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Steuerventi 1 Die Er£indung bezibbt sich auf ein Steuerventil zur
Steuerung des Durchsatzes von Fluiden.
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Ventilelemente und Ventilschafte zur Verwendung als Bauteile von Druckreglern
müssen zusätzlich zu den normalerweise bei solche Einrichtungen bestehenden Forderungen
gewisse zusätzliche Erfordernisse erfüllen. Ein Haupterfordernis besteht darin,
daß hierbei die Ventilelemente und Ventilschafte besonders klein und leicht sein
müssen. Diese Forderung ist besonders schwierig zu erfüllen, wenn die Größe eines
Druckreglers vermindert oder miniaturisiert werden soll. Die Größe oder Breite der
verschiedenen zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebilde-ten Spalte muß
sehr gering sein. Die Spaltbreite muß bei Jeder Stellung des Ventilelements und
des Ventilsitzes genau reproduzierbar sein. Die mechanische Verbindung zwischcn
dem Ventilelement und dem Ventilschaft muß eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen,
um eine Relativbewegung zwischen diesen Teilen auch bei hohen, suf das Ventilelement
und den
Ventilschaft wirkende Gegenkräften, mit Sicherheit auszuschließen.
Diese Forderung ist besonders schwer zu erfüllen, wenn das Ventilelement und der
Ventilschaft miniaturisiert werden soll und wenn das Ventilelement zur Erhöhung
der chemischen Beständigkeit aus einer nichtmetallischen synthetischen Substanz
bestehen soll..
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zu schiffen,
das die obigen Forderungen erfüllt, d.h. klein und leicht ist, dessen Bauteile eine
hohe mechanische Festigkeit aufweisen und bei dem die gegenseitige Stellung der
einzolnen Beuteile auch bei hohen Gegenkräften genau reproduzierbar ist.
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Insbesondere soll ein Steuerventil zur Verwendung in miniaturisierten
Druckreglern der Art geschaffen werden, wie sie in der gleichzeitig eingerichten
Patentanmeldung "Geeichter Druckregler" des gleichen Anmelders (DA-9183) beschrieben
ist.
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Dabei soll das Steuerventil auch für andere Anwendungsfälle mit ähnlichen
Erfordernissen geeignet sein.
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Das erfindungsgemäße Ventil enthält einen Ventilsitz, ein Ventilelement
und einen das Ventilelement tragenden Ventilschaft. Der Ventilschaft enthält einen
Teil mit verhältnismäßig großem Durchmesser, der verhältnismäßig nahe am Ventilsitz
angeordnet ist, sowie einen mit einem Gewinde versehenen Teil mit verhältnismäß
großem Durchmesser, der in relativ größerer Entfernung vom Ventil sitz angeordnet
ist. Das Ventilelement enthält einen mit der' Ventilsitz in Eingriff gelagenden
Teil in Form eine Kegelstumpfes, der verhältnismäßig nahe Ventilsitz angeordnet
und durch den Teil des Ventilschaftes mit verhältnismäßig großem Durchmesser radial
erweitert ist Das Ventilelement enth l i -c ferner einen vom Ventilsitz verhältnismäßig
weit angeordneten zylindrischen Teil, der mit dem Gewindeteil des Ventiklschaftes
in passendem Eingriff steht. Das Ventilelement besteht aus einer synthetischen Substanz
mit im wesentlichen den gleichen nie
chanischen Eigenschaften wie
Polytetrafluoräthylen. Eine Feder spannt den mit dem Ventilsitz in Eingriff gelangenden
Teil des Ventilelements in Eingriff mit dem Ventilsitz. Die von der Feder ausgeübte
Kraft ist ausreichend hoch, um an dem mit -dem Ventilsitz in Eingriff gelangenden
Teil des Ventilelementes eine permanente Dichtungsschulter z.u bilden, wobei der
Ventilsitz in den mit dem Ventilsitz in Eingriff gelagenden Teil des Ventilelemente
eindringt und der mit dem Ventilsitz in Eingriff gelangende Teil des Ventilelementes
im kalten Zustand fließt.
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Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung im folgenden naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen ersten
Arbe,tsschritt ei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Ventils, d.h. die Verbindung
des Ventilelements mit dem Ventilschaft, wobei das Ventilelement im Längs- oder
Axialschnitt und der Ventilschaft in Vorderansicht dargestellt ist; Fig. 2 zustzlich
au den in Fig. 1 gezeigten Teilen in der gleiche Weise die das Ventilelement vorspannende
Feder und die Halterung für die Feder; und Fig. 3 den gleichen Aufbau wie in Fig.
2 und zusätzlich den Ventilsitz, wobei das Ventilelement mit dem Ventilstz in Eingriff
steht.
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Fig. 1 zeigt den Ventilschaft 1 mit einem oberen Teil 1 1 mit den
größten Durchmesser, mit einem Zwischenteil 1", dessen Durchmesser geringer ist
als der des oberen Teils 1', und mit einem unteren Teil 1"', dessen Durchmesser
geringer ist als der das Zwischenteils 1". Der Zwischenteil 1" ist mit einem Gewinde
versehen, der größere Durchmesser des Gewindes ist geringer als der Durchmesser
des oberen Teils 1'.
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Das Ventilelement 2 enthält einen oberen Teil 2', der mit dem Ventilsitz
in Eingriff gelangt, einen zylindrischen Zwischenteil 2" und einen unteren Teil
2"', der ebenfalls zylindrisch ist und einen geringeren Durchmesser aufweist als
der Zwischenteil 2". Der obere Teil 2' ist kegelstumpfförmig und weist eine Axialbohrung
mit verhältnismäßig großem Durchmesser auf, die den oberen Teil 1' des Schaftes
1 aufnimmt. Der unteree Teil 2"' und der Zwischenteil 2" des Ventilelements 2 sintl
ebenfalls mit einer Axialbohrung versehen, die den mit einem Gewinde versehenen
Zwischenteil 1' Schaftes 1 auf nimmt. Das Ventilelement 2 besteht aus Polytetrafluotäthylen
oder einer synthetischen Substanz mit im wesentlichen den gleichen mechanischen
Eigenschaften wie Polytetrafluoräthylen (Teflon). Der Bohrungsdurchmesser im Ventilelement
2 zur Aufnahme des Gewindeteils 1" des Ventilschaftes 1 ist etwas geringer als der
Hauptdurchmesser des Gewindes. Der Durchmesser der Bohrung im Ventilelement 2 zur
Aufnahme des Gewindeteils 1" des Schaftes 1 kann beispielsweise in der Größenordnung
1,16 mm und der Hauptdurchmesser des Gewindes am Schaft 1 in der Größenordnung von
etwa 1,42 mm liegen. Hierdurch ergibt stich ein sicheren Sitz zwischen den Teilen
1 und 2, wobei der letztere die Form des Gewindeteils 1" des Schaftes 1 annimmt.
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Der Durcfrnesser des Teils 1' des Schaftes 1 ist ebenfalls großer
als der Durchmesser der Bohrung im Ventilelement 2, die zur Aufnahme dieses Teils
des Ventilsehaftes 1 vorgesehen ist. Die Innenbohrung des Ventilelementes 2 zur
Aufnahme des Teils 1 des Ventilschaftes 1 kann in der Größen--ordnung von 1,42 mm
liegen, der Durchmesser des Teils 1 des Ventilschaftes 1 in der Größenordnung von
1,57 mm. Durch den in das Ventilelement 2 eingesetzten Schaft 1 wird das Ventielement
in Radielrichtung gedehnt, so daß der dichte Sitz zwischen dem Schaft 1 und dem
Ventilelement 2 verbessert wird.
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Das dem oberen Teil 'I' 1 gegenüberliegende Ende des Schaftes 1 ist
mit einer Ringnut 1a zur Aufnahme eines geschlitzten Befestigungsringes 3 (Fig.2,3)
versehen.
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Gemäß Fig. 2 und 3 ist koaxial zum Ventilschaft 1 eine 8 Schraubenfeder
4 angeordnet. Das eine Ende der Feder 4 liegt am Ventilelement 2 an, das andere
Ende an einem scheibenförmigen Anschlagteil 5 mit Öffnungen 5', durch die ein in
Richtung des Ventilschaftes 1 zu einem Ventilsitz 6 strömendes Fluid hindurchtritt.
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Der durch die Feder 4 auf das Ventilelement 2 ausgeübte Druck führt
zu einer Deformation des letzteren. Dies ist in Fig. 2 angedeutet. Die strichpunktierten
Linien in Fig. 2 zeigen die Form des Ventilelements 2 bevor der Axialdruck durch
die Schraubenfeder 4 ausgeübt wird. Diese Form ist gleich der in Fig. 1 gezeigten.
Die ausgezogenen Linien der Fig. 2 zeigen die Form des Ventilelementes, wenn desselb
dem Axialdruck der Feder 4 ausgesetzt ist.
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Wenn die in Fig. 2 gezeigte Anordnung in einem Ventil oder einem Reglergehäuse
angeordnet ist, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, so ist der Anschlagteil 5 ein
Gehäuse in Qer in Fig. 3 gezeigten Stellung befetigt. Hierdurch wird die Feder 4
zusammengedrückt und der Zwischenteil 2' des Ventilelements 2 wird durch die Feder
4 gegen dcn Ventilsitz 6 gedrückt. Die Feder 4 ist so stark, daß sich eine permanente
Dichtungsschulter in dem mit dem Ventilsitz in Eingriff stehenden Teil 2' des Ventilelementes
2 bildet, da der mit dem Ventilsitz in Eingriff gelagende Teil 2' des Ventilelementes
2 in den Ventilsitz 6 eindringt und hierdurch haltverformt wird.
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Die dauerhafte Dichtungsschulter am Teil 2' des Ventilelementes 2
bildet sich infolge der physikalischen oder mechanischen Eigenschaften des Materials
des Ventilelements 2, das
Kaltfließ- oder Kriecheigenschaften aufweist.
Würde das Polytetrafluoroäthylen oder ein im wesentlichen die gleichen Eigenschaften
aufweisendes Material durch ein anderes, diese Eigenschaften nicht aufweisendes
Material ersetzt, so würde dies zu einem Ausfall des Ventils führen. Dies wäre beispielsweise
dann der Fall, wenn das Polytetrafluoräthylen durch Polyemid (Nylon) ersetzt würde.
Ebenso könnte das Ventil nicht arbeiten, wenn das Ventilelement 2 aus synthetischem
Kautschuck, beispielsweise bund Bestünde. Einmal deformiertes Polytetrafluoräthylen
hat ein wesentlich geringeres Rückbildungsvermögen als sybthetischer Kautschuk,
der wesentlich stärker federt als Polytetrafluoräthylen und seine ursprüngliche
Form wieder annimmt, nachdem die Deformationskraft verringert oder beseitigt ist.
Zwar könnte eine Schulter wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, auch in einem verhältnismäßig
federnden Material wie beispielsweise synthetischem Kautschuk gebildet werden. Beim
Absenken des Ventilelementes und das Ventilschaftes weg vom Ventilsitz 6 würde sich
jedoch die Größe der Schulter änderen, und die Schulter würde völlig verschwinden,
wenn der Druck der Feder 4 nicht ausreicht, um einen Druck oder eine Kraft zu überwinden,
die in Richtung des Pfeils P in Fig. 3 wirkt, so daß die Teile 2' und 6 völlig getrennt
wesen.
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Das Ventilelement 2 sollte wegen seiner chemischen Beständig eit aus
Pclytetrafluoräthylen oder eine mechanischen Äquivalent hergestellt werden, dessen
Kaltfließeigenschaften mit denen von Lötzinn vergleichbar sind.
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Der Durchmesser des Schaftteils 1"' ist geringer als der Durch messer
des Zwischenteils 1" des Ventilschaftes oder der größere Durchmesser des in diesen
Teil geschnittenen Gewindes.
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Hierdurch wird die Befestigung des Ventilelements 2 am Ventilschaft
1 vereinfacht.
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Bei Ventilen oder bei Druckreglern, die bei sehr hohen Fluiddrücken
arbeiten, besteht das Ventilelement 2 vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Polytetrafluoräthylen.
Der Glasgehalt kann zwischen 15 und 25 % betragen, ohne die mechanischen Eigenschaften
des Ventilelements 2. nachteilig zu beeinflussen.
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Der obere Teil 1' des Ventilschaften kann an der Membran eines Druckreglers
anliegend oder mit dieser in Eingriff stehen.
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Die durch den Pfeil P in Fig. 3 angedeutete Kraft kann durch die Eiefeder
des Druckreglers ausgeübt werden.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau wird eine Bewegung des Ventilschaftes
1 gegenüber dem Ventilelement 2 unter der Kraft P ausschließlich durch die Form
des Ventilschaften 1 und des Ventilelements 2 und die physikalischen Eigenschaften
des Polytetrafluoräthylen verhindert, ohne daß zusätzliche Klebemittel vorgesehen
wären. Der verhältnismäßig große Durchmesser das oberen Teils 1' des Ventilstempels
1 erhöht die Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen den Teilen 1 und 2
gegenüber Axialkräften in Richtung des Pfeils P. Da die Anlageflächen des Ventilschaften
1 und des Ventilelements 2 glatt sind und in dem Bereich kein Gewinde vorhanden
ist in der das Ventilelement einen verminderten Durchmesser aufweist und die Form
eines Kegelstumpfes hat, wird die Festigkeit der mechanischen Verbindung zwischen
den Teilen 1 und 2 weiter erhöht, und zwar weil die relative Schwächung des Ventilelements
2 durch das Gewinde auf den Zwischenteil 2" begrenzt ist, der einen verhältnismäßig
großen Durchmesser aufweist. Wichtig ist, daß an der Zwischenfläche zwischen dem
oberen Teil 1' des Ventilschaftes 1 und dem Teil 2' des Ventilelements 2 keine Gewinde
vorgesehen sind.
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Patentansprüche