DE2401286A1

DE2401286A1 - Mehrzweckventil

Info

Publication number: DE2401286A1
Application number: DE2401286A
Authority: DE
Inventors: Erwin R Mueller
Original assignee: Rexnord Inc
Current assignee: Rexnord Inc
Priority date: 1973-01-11
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1974-07-18
Also published as: FR2214074A1; DE2401286C2; JPS49101935A; US3820558A; AT339106B; GB1446363A; SE395527B; ATA17474A; JPS5513044B2; FR2214074B1

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER DR.-ING. H. KINKELDEY DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. <caurinst.oftechn>

Patentanwälte DR. K. SCHUMANN - DIPL.-ING. P. JAKOfc.

8OU) MÜNCHEN 22 Kicximiliansti'a6e 43 Telefon 297100/2947« Telegramme Monopol München Telex 05-28380

P 7544

11. Januar 1974·

BEXNORD TJTC.

47OI West Greenfield Avenue, Milwaukee, Wisconsin 53201, USA

Mehrzwe ckventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrzweckventil.

Ein \tfichtiges Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines für Wasser und andere Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität sowie auch mit Flüssigkeiten höherer Viskosität, etwa Öl, verwendbaren Ventils, welches sich durch geringfügige Veränderungen auf den Betrieb als Überdruckventil, als Druckminderventil oder .als Entlastungsventil umstellen läßb.

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Gemäß der Erfindung ist ein Mehrzweckventil der genannten Art gekennzeichnet durch ein Gehäuse, durch einen durch das Gehäuse hindurch führenden Hauptdurchlaß mit einer als.Ventilsitz und/oder als Strömungsdrossel wirksamen Verengung darin und wahlweise als Einlaß oder Auslaß verwendbaren Mündungen an den Enden und durch eine im Hauptdurchlaß angeordnete, als Absperrglied oder als Drosselglied mit der Verengung zusammenwirkende Ventilspindel mit in gegenseitigem Längsabstand gebildeten zylindrischen Teilen, einer zwischen den zylindrischen teilen und zunächst einem derselben gebildeten Sitzfläche und einer der Sitzfläche zunächst gebildeten profilierten Fläche, welche so geformt ist, daß sie bei einer ersten Stellung der Spindel als Teil eines Entlastungsventils eine druckregelnde Funktion und in einer Überkopf umgedrehten zweiten Stellung der Spindel als Teil eines Druckminderventils eine druckmindernde Funktion hat.

Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Mehrzweckventils ist aus zwei Teilen, deren Trennlinie in der waagerechten Mittelebene der Verengung bzw. des Sitzes verläuft, zusammengeschraubt oder sonstwie zusammengefügt, so daß sich irgendwelche Buchsen, Schrumpfpassungen oder andere zusätzliche Ausbildungen zum Befestigen des Sitzes erübrigen. Das Steuer- oder Absperrglied bzw. die Spindel des erfindungsgemäßen Ventils ist derart geformt und

profiliert, daß sich bei seinem Einbau in einer ersten Stellung eine druckmindernde Wirkungsweise und bei um 180° gewendetem Einbau eine Wirkungsweise als-Entlastungsoder Überdruckventil ergibt. Das Profil des Absperrglieds bzw. der Ventilspindel ist so ausgebildet, daß der für eine eingestellte Druckminderung richtige Durchlaßquerschnitt automatisch eingehalten wird.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind im Gehäuse des Ventils mehrere Bohrungen oder Durchlässe gebildet, an welchen gewisse Zusatzeinrichtungen wie etwa

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ein einstellbares Servo-Entlastungsventil und/oder ein Magnet-Steuerventil anschließbar sind, mit deren Hilfe das Mehrzweckventil als die Hauptstufe zur Druckentlastung oder Druckminderung oder auch als ein Zweiwegeventil verwendet werden kann, ohne dazu den Grundaufbau des Ventils zu verändern. Die vorstehend angeführten Zusatzeinrichtungen können über Verbindungsleitungen od. dergl. am Ventilgehäuse angeschlossen sein, so daß die Funktionen des Ventils als Überdruckventil, Druckminderventil oder Entlastungsventil ohne Veränderung des Grundaufbaus des Ventils fernsteuerbar sind.

Die "Unterseite des Ventilgehäuses ist so geformt, daß dieses wahlweise auf einen Verteiler od. dergl. aufgesetzt oder mittels Flanschen in einer durchgehenden Leitung angeschlossen werden kann.

Bei der Verwendung des Ventils als Druckminderventil ist eine Strömungsdrossel mit veränderbarem Durchlaßquerschnitt, welche einen vorbestimmten Anteil des Gesamt-Druckabfalls erzeugt, in Eeihe mit der Ventilspindel angeordnet. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Strömungsdrossel als ein von außerhalb des Ventilkörpers ausbaubarer, austauschbarer und Einstellbarer Einsatz ausgebildet.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1· eine Seitenansicht eines Mehrzweckventils in senkrechtem Schnitt, '"· . ■

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.T,

Fig. 5 eine Teilansicht des Ventils nach Fig. 1 von unten,

Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 4-4-in Fig. 1,

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Pig. 5 eine schematisierte, teilweise zerlegte Seitenansicht des Mehrzweckventils und

Fig. 6 bis 13 schematisierte Darstellungen von verschiedenen Punktionen des Ventils.

Ein in Pig. 1 gezeigtes Ventilgehäuse 10 ist aus einem oberen und einem unteren Teil 12 bzw. 14- zusammengesetzt. Wenngleich die Teile 12, 14- nicht im eigentlichen Sinne "Hälften" des Gehäuses 10 sind, sind sie im folgenden der Einfachheit halber als solche bezeichnet. Die mit ihren Trennflächen· 16 bzw. 18 aneinanderliegenden Hälften 12 und 14- sind mittels mehrerer, beispielsxireise vierer Schrauben 20 zusammengehalten. Die Schrauben 20 durch setzen einen oberen Deckel 22, sie obere Hälfte 12 und sind in die untere Hälfte 14· eingeschraubt..

Die untere Hälfte 14- hat eine im folgenden als Einlaß bezeichnete Mündung 24- und ist von einer Bohrung 26 durchsetzt. Die Bohrung 26 führt zu einer Querbohrung 28 in der oberen Hälfte 12, welche ihrerseits zu einer Hauptventilkammer führt. Diese setzt sich aus einer oberen Kammer 30 in der oberen Hälfte 12 und einer unteren Kammer 32 in der unteren Hälfte 14- zusammen. Die untere Kammer ist über eine Querbohrung 34- mit einer in einer Auslaßmündung 38 auslaufenden Auslaßbohrung 36 verbunden. Die Bohrungen 26 bis 36 bilden zusammen mit den Kammerteilen 30, 32 einen Hauptdurchlaß des Ventils.

IDi der Hauptventilkammer ist eine Ventilspindel 40 mit einem oberen und einem unteren Kolbenteil 4-2 bzw. 44 und einem besonders profilierten Zwischenstück angeordnet.. Die Kolbenteile 4-2, 44- tragen jeweils wenigstens einen Kolbenring 50 /bzw. 52 etwa aus glasfaserverstärktem PoIyt-et-rafluoräthylen und sitzen in Zylindern 46, 48 in der jeweiligen Gehäusehälfte. Die Kolbenteile 42, 44 sowie die sie aufnehmenden Zylinder 46, 48 haben sämtlich glei-

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chen Durchmesser, so daß sich die Spindel 40 für nachstehend anhand von Fig. 5 erläuterte verschiedene Punktionen des Ventils in zwei um 180° zueinander verdrehten Stellungen einbauen läßt.

Die Spindel 40 hat zunächst dem einen Kolbenteil 44 eine kegelige Sitzfläche 53a und zwischen dieser und dem Korbenteil 44 eine Ringnut, welche lediglich der Vereinfachung der Bearbeitung dient. An die Sitzfläche 53a schließt sich ein kegeliges bzw. sich verjüngendes Teil 53b an. Dieses hat vorzugsweise ein aus verschiedenen Kurven zusammengesetztes Profil, kann jedoch auch im Interesse einer leich-. teren Bearbeitung geradlinig kegelförmig sein· Das kegelige Teilstück 53b wirkt bei der Verwendung des Ventils als Überdruckventil oder als Druckminderventil mit einem Sitzring zusammen. An das Kegelteil 53*> schließt sich eine beiderseits durch eine steilere Kegelfläche abgesetzte Einschnürung 53c an. Bei Verwendung des Ventils als Überdruckventil in der in I¹Xg. 5 gezeigten Stellung befindet sich die Sitzfläche 53a in Anlage an dem Sitzring 58» "bis ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Bei Verwendung des Ventils als Druckminderventil wird die Spindel 40 in der in Fig. 1 gezeigten V/eise eingebaut, wobei dann die Sitzfläche 53a normalerweise nicht in Anlage am Sitzring 58 kommt, es sei denn unter sehr ungewöhnlichen Betriebsbedingungen. In beiden Fällen ist die Kegelfläche 53^ das hauptsächlich für die Steuerung wirksame Teil.

Die beiden Hälften 30 und 32 der Ventilkammer'haben an der Trennfläche jeweils eine Erweiterung 54 bzw. 56 als Sitz für den Ventilsitzring .58. Dieser hat einen Durchlaß mit beiderseits profilierten Rändern für die abdichtende Anlage der Sitzfläche 53c der Spindel 40, so daß sich die Durchströmung in den verschiedenen nachstehend erläuterten Funktionen sicher absperren läßt. An den äußeren Rändern des Sitzrings 58 sind in bekannter Weise Rundringdichtungen eingelegt. Die in den Trennflächen 16, 18 der Gehäuse-

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hälften 12 bzw. 14 gebildeten ringförmigen Sitze 54 bzw. 56 haben den Vorteil, daß der darin eingesetzte Sitzring 58 die beiden Hälften gegeneinander ausrichtet, so daß die verschiedenen Zylinder, Kammern, Bohrungen und Sitze für den Sitzring und die Spindel mit der gleichen Einstellung einer Werkzeugmaschine gebohrt, geräumt, gelappt oder sonstwie bearbeitet werden können. Dadurch ist eine genaue Ausrichtung und Konzentrizität etwa der beiden Zylinder 46, 48 beim Zusammensetzen des Gehäuses mit eingelegtem Sitzring 58 gewährleistet.

Eine oberhalb der Spindel 40 angeordnete schwache Feder 60 stützt sich mit ihrem unteren Ende in einer Fassung 62 an der Oberseite der Spindel und mit dem oberen Ende in einer versenkten Bohrung 64 im Deckel 22 ab. Eine den Deckel 22 in Verlängerung der versenkten Bohrung 64 durchsetzende Entlüftungs- oder Meßbohrung 66 ist mittels eines Stopfens verschließbar.

An einer Seite der oberen Hälfte 12 ist ein einstellbares Überdruck-Servoventil 68 anschließbar. Das Servoventil 68 kann einen herkömmlichen Aufbau haben und weist in der dargestellten Form eine von Hand drehbare Schraube 70 zum Verändern des ein Absperrglied 74 in Anlage an einem Sitz 76 belastenden Drucks einer Feder 72 zum Steuern der Durchströmung auf. Das Servoventil 68 ist über eine Servoleitung 771 78 mit einem nach außen führenden Ablaß verbunden; Für die Speisung einer Kammer 80 oberhalb des Ventilsitzes 76 mit Strömungsmittel ist eine (in Fig. 1 nicht sichtbare) senkrechte Durchlaßanordnung vorgesehen. Der Raum unterhalb des Ventilsitzes 76 ist über eine Querbohrung 82 mit einer quer verlaufenden Servoleitung 84 verbunden, welche in den. Zylinder 46 mündet und über eine weitere Bohrung 85 mit einem magnetbetätigten Steuerventil 86 verbunden ist. Das Steuerventil 86 kann ebenfalls in bekannter Weise ausgeführt sein, weshalb nur die zum Verständnis seiner Funktion notwendigen Teile dargestellt sind. Die Servoleitung 85

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mündet in einer unteren Kammer 88. Die Eammer hat einen Ventilsitz mit einem Absperrglied 90, welches über eine Feder 92 mit einem magnetbetätigten Stößel oder Anker 94 verbunden ist. Der Raum oberhalb des Absperrglieds 90 ist über eine waagerechte und eine senkrechte Bohrung 96 bzw. 98 mit der Querbohrung 28 des Hauptdurchlasses verbunden.

In der unteren Gehäusehälfte 14 gebildete Querbohrungen verbinden die Zylinderkammer 48 unterhalb des Kolbenteils 44 der Spindel 40 mit den Einlaß- und Auslaßbohrungen 26 bzw. 36. Die in die Bohrungen. 26 und 36 führenden Mündungen der Querbohrungen sind mittels Stopfen 102 bzw. 103 verschließbar. Eine von der Querbohrung 100 zur Unterseite des Gehäuses führende Bohrung ist ebenfalls mittels eines Stopfens 104 verschließbar. Eine in Fig. 4 dargestellte, ebenfalls unterhalb des Kolbenteils 44 in den Zylinder 48 mündende zx-reite Bohrung 105 führt über einen Drosseldurchlaß 106 zu einem sich in beiden Gehäusehälften senkrecht erstreckenden Durchlaß 108, 111 mit einem an der Trennlinie der Gehäusehälften darin eingesetzten Drosseleinsatz 110. Das obere Ende des Durchlasses 111 ist über eine Querbohrung 112 mit dem Zylinder 46 oberhalb der Spindel 40 verbunden.

In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist eine Strömungsdrossel 114 in die Querbohrung 34 des Haupt durchlass es eingesetzt. Die Strömungsdrossel hat die Form eines zylindrischen Einsatzes mit einer Axialbohrung 1^6 im vorderen Ende und wenigstens einer Radialbohrung 118, welche eine Strömungsverbindung zwischen der Vent'ilkammer 32 und der. Auslaßbohrung 36 herstellt. Der Einsatz "114 ist mittels eines Gewindes 120 befestigt und mittels einer Mutter 122 od. dergl. .gesichert, so daß er sich einstellen und in verschiedenen Stellungen festsetzen läßt. . .

Die.Ventilspindel 40 wirkt mit dem Sitzring 58 zusammen. Dieser hat einen kreisförmigen Durchlaß mit jeweils einer Sitzfläche an beiden Enden. Je .nach der Funktion des Ventils kommt jeweils nur die eine oder andere Sitzfläche zur

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Wirkung. In der Funktion als Überdruck- oder Druckminderventil wird die Durchströmung durch die Querschnittsflächen größe des zwischen der Spindel und dem Durchlaß des Sitzrings vorhandenen Ringspalts gesteuert. Der Durchmesser des Durchlasses im Sitzring ist unveränderlich. Aufgrund des Profils der gegenüber dem feststehenden Ring beweglichen Ventilspindel ergibt sich jedoch bei jeder Verschiebung derselben eine Änderung des offenen Durchlaßquerschnitts. Das Profil der Spindel ist vorzugsweise so gestaltet, daß sich zwischen der Bewegung der Spindel und der Änderung des Durchlaßquerschnitts eine lineare Beziehung ergibt. Zur Erzielung einer genau linearen Beziehung müßte das Profil parabolisch sein, wobei dann für das parabolische Profil jeweils eine bestimmte konstante Durchströmung des Ventils einzuhalten wäre. Da jedoch bei verschiedenen Verwendungsarten die Durchströmung des Ventils unterschiedlich sein kann, empfiehlt sich ein aus mehreren Kurven kombiniertes Profil, welches allen Anforderungen näherungsweise genügt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Verwendung als Druckminderventil bewegt sich die Spindel je nach den Erfordernissen der Durchflußkapazität und der gewünschten Druckminderung relativ zum Sitzring. Aufgrund des Profils der Spindel können sich die vertikalen Kraftkomponenten bei der Auf- und Abwärtsbewegung der Spindel ebenfalls ändern. Bei Annäherung der Spindel an die Schließstellung kehren sich die abwärts gerichteten in · aufwärts gerichtete Kräfte um. Dabei übt dann die Feder 60 eine kompensierende Kraft aus, um das Schließen des Ventils vor Erreichen eines eingestellten Drucks zu verhindern.

Das besondere Profil der Spindel bietet eindeutige Vorteile bei der in Fig. 5 dargestellten Verwendung als Überdruckventil, da es^ zusammen mit dem ringförmigen Sitz einen Ringdurchlaß von gleichmäßig zunehmender Breite bildet, welcher kurz nach dem öffnen noch sehr eng ist, so daß das Ventil schon bei geringer Durchströmung stabil arbeitet.

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Die Verwendung, Wirkungsweise und Funktionen der Erfindung gehen am deutlichsten aus Fig. 5 "bis 13 hervor, in denen das Ventil zum besseren Verständnis schematisiert und vereinfacht dargestellt ist. Das Ventil ist vorwiegend für die Verwendung mit Hochdruckwasser "bestimmt, woraus sich gewisse Unterschiede gegenüber einem für öl bestimmten Ventil ergeben. Diese Unterschiede beruhen auf den unterschiedlichen Eigenschaften von Wasser und öl als Strömungsmittel. Wasser hat keine oder nur geringe Schmierfähigkeit, ist nur wenig belastbar und erfordert wegen seiner sehr niedrigen Viskosität besonders aufwendige Abdichtungen. Unter dem Einfluß von Luft bewirkt Wasser ein schnelles Eosten oder Korrodieren der für ölventile gebräuchlichen Exsenteile.Es müssen daher also korrosionsbeständige Werkstoffe wie etwa rostfreier Stahl verwendet werden. Bei der Anwendung des Ventils etwa als Überdruck- oder Druckminderventil wird eine Steuerung der Drücke dadurch erzielt, daß im Ventil eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, um einen Teil der Energie des Strömungsmittels zu vernicltrben. Die Strömungsgeschwindigkeit steht in bestimmter Beziehung zum Druck. Je höher der Druck, um so größer die Geschwindigkeit. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit ergeben sich stark erodierende ' Wirkungen, welche die Verwendung eines besonders harten Materials erfordern.

Ein Druckminderventil hat die Aufgabe, ein ihm unter hohem · Druck zugeführtes Strömungsmittel mit verringertem Druck .weiterzuleiten. Bei der Konstruktion eines Druckminderventils für Hochdruckwasser stellt sich das Problem der Strömungserosion in besonderem Maße. Der gewünschte Druckabfall wird "■ bei einem Druckminderventil durch Verengung der Strömungsdurchlässe des Ventils erzielt, wobei- dann ein Teil des Einlaßdrucks dazu verbraucht wird, das Strömungsmittel durch die verengten Durchlässe zu drücken. Bei zunehmender Verengung oder Drosselung ergibt sich eine entsprechende Zunahme des Druckunterschieds zwischen Einlaß und Auslaß, also des Druckabfalls über das Ventil.

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Der Druckabfall ändert sich in quadratischer Punktion der Strömungsgeschwindigkeit. Zwar spielen noch andere Faktoren eine Rolle, diese können jedoch für bestimmte Betriebsbedingungen als konstant betrachtet werden. Beträgt der Druckabfall über ein Ventil beispielsweise etwa 5,5 kp/cm bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 9,1 m/sec, so nimmt die Geschwindigkeit bei einer Einstellung des Ventils auf

einen Druckabfall von beispielsweise etwa 14-1 kp/cm auf einen Wert von etwa 106 m/sec zu.

Bei der Durchströmung eines Druckminderventils treten also sehr viel höhere Geschwindigkeiten auf als bei der etwa eines vergleichbaren Absperr- Rückschlag- Bypass- oder sonstigen Ventils. Die hohe Durchströmungsgeschwindigkeit eines Druckminderventils ist bei der Durchströmung mit Wasser ein kritischer Faktor, da dieses sehr geringe Schmierfähigkeit hat und dazu neigt, einen Drosseldurchlaß wegzuerodieren. Der Drosseldurchlaß eines Druckminderventils ist gewöhnlich aus einer etwa kegelförmigen Spindel und einer diese verschieblich aufnehmenden Bohrung im Ventilgehäuse gebildet* Selbst wenn die Spindel und die Leibung der sie umgebenden Bohrung aus gehärtetem Stahl gefertigt sind, werden sie aufgrund der Schliffwirkung des Wassers ziemlich schnell abgetragen. Die Betriebslebensdauer eines solchen Ventils läßt sich beträchtlich verlängern, wenn es gelingt, den Druckabfall über den durch die Spindel und ihren Sitz gebildeten Drosseldurchlaß selbst nennenswert zu verringern.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung einen verstellbaren Drosseldurchlaß in Form des in Fig. 1 und 5 gezeigten Einsatzes 114 vor. Dieser läßt sich so einstellen, daß er einen in Reihe mit der Spindel wirksamen gleichbleibenden Druckabfall erzeugt. Der Einsatz hat also im Betrieb'keine selbstkompensierende Wirkung, sondern dient nur dazu, einen Druckabfall herbeizuführen, welcher nahe an dem für das Ventil insgesamt gewünschten Druckabfall liegt. Ledig-

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lieh der verbleibende Anteil am gewünschten Gesamt-Druckabfall braucht dann noch mittels der Spindel erzeugt zu werden.

Der als Strömungsdrossel wirksame Einsatz 114- ist als ein gehärteter Bolzen mit einem Außengewinde an einem Ende und., einer Axialbohrung im anderen Ende ausgebildet. Er ist satt in den betreffenden Durchlaß des Ventils eingepaßt und hat am inneren Ende eine oder mehrere Querbohrungen von gleichem oder unterschiedlichem Durchmesser. Die Strömungsdrossel ist so in das Ventilgehäuse einsetzbar, daß dessen Durchströmung weitgehen von einer oder mehreren der Querbohrungen gesteuert ist. Der Einsatz ist verdrehbar, und an der Außenseite des Gehäuses ist gegebenenfalls eine Maßeinteilung oder Skala vorhanden, anhand derer sich der Einsatz verdrehen und die jeweils gewünschte Drosselwirkung einstellen läßt. Der den Einsatz aufnehmende Durchlaß ist ausreichend lang, damit beim Verdrehen des Einsatzes in seinem Gewinde die einzelnen Querbohrungen wahlweise in Wirkstellung gebracht werden können.

Die Radial- oder Querbohrungen des Einsatzes 114 sind zweckmäßig so kalibriert, daß der darin entstehende Druck-

abfall um etwa 28 kp/cm geringer ist als der gewünschte Gesamtdruckabfall. Dadurch, daß man den Druckabfall über die Ventilspindel auf höchstens etwa 28 kp/cm begrenzt, bleibt die Durchströmungsgeschwindigkeit unter etwa 45 m/sec, wobei dann noch keine unzuträglichen Eros ions er scheinungen auftreten. Die Begrenzung des Druckabfalls an der Spindel bleibt unabhängig vom gewünschten Gesamtdruckabfall unverändert. Sie ist also bei einer Gesamt-Druckminderung von

etwa 210 auf etwa 35 kp/cm die gleiche wie bei einer Druck-

minderung von etwa 70 auf etwa 42 kp/cm .

Das Gewinde des Einsatzes ermöglicht Einstellungen desselben, in denen nur ein Teil einer Radialbohrung dem entsprechenden Durchlaß im Ventilgehäuse gegenübersteht. Zum Einstel-

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len der gewünschten Drosselwirkung können auch Teile von zwei Kadialbohrungen auf den Durchlaß ausgerichtet werden.

In jedem Falle ist die Strömungsdrossel so ausgebildet und angeordnet, daß sie den größeren Anteil des gewünschten Druckabfalls bewirkt. Der Einsatz unterliegt zwar auch dem Verschleiß, kann jedoch von Zeit zu Zeit zum Ausgleichen der Abnutzung nachgestellt werden. Bei gänzlicher Abnutzung läßt er sich ohne Schwierigkeit ausbauen und zu erheblich geringeren Kosten Ersetzen als beispielsweise die Spindel mit ihrem Sitz. Der wesentliche Zweck der Strömungsdrossel liegt darin, daß sie in !Reihe mit der Spindel wirksam ist, so daß der Druckabfall und damit die Strömungsgeschwindigkeit an der Spindel geringer ist als bei alleiniger Verwendung der Spindel zum Steuern der Durchströmung. Die Strömungsdrossel bzw. der Einsatz kann jede beliebige Anzahl von Eadialbohrungen mit beliebig großen Durchmessern haben.

Ein wesentlicher, durch die Erfindung erzielter Vorteil liegt darin, daß der sonst auftretende Verschleiß der für die Durchflußsteuerung wesentlichen Teile des Ventils durch die Verwendung der Strömungsdrossel 114- verringert und dadurch eine genaue Durchflußsteuerung möglich ist. Bei bekannten Anordnungen war es äußerst schwierig, die Form der Spindel konstant zu erhalten, was für eine genaue und vorbestimmbare Steuerung unerläßlich ist. Die im Durchlaß an der Abströmseite des Ventilsitzes angeordnete Strömungsdrossel kann dieses Problem lösen. Die Strömungsdrossel ist zwar auch den erodierenden Ausxtfirkungen der hohen Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt, diese beeinträchtigen jedoch nicht in gleichem Maße die Genauigkeit der Steuerung und die Betriebslebensdauer. Die Feinsteuerung erfolgt durch Bewegung der Spindel im. jeweiligen Einstellungsbereich, während beispielsweise ein erster Anteil von 90% des Druckabfalls mittels der Strömungsdrossel bewirkbar. ist. Die Strömungsdrossel bzw. der Einsatz 114 selbst ist ein im Betrieb feststehendes Kleinteil und im Vergleich zur Spin-

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del und ihrem Sitz wohlfeil.' Aufgrund der geringen Abmessungen des Einsatzes ist die Verwendung von Wolfram oder, einem anderen exfcrem harten Haterial wirtschaftlich vertretbar, um seine Betriebslebensdauer zu verlängern, während sich die Verwendung von solchen Werkstoffen für größere Teile wie die Spindel und den Sitzring aus Kostengründen verbietet.

Die beschriebene Strömungsdrossel hat den Vorteil, daß sie in Form eines Einsatzes ausgebildet und ohne weitere Eingriffe am Ventil von außerhalb des Gehäuses zugänglich ist. Sie kann mehrere Durchlaßbohrungen jeweils mit verschiedenem Durchmesser haben, deren jede in einem bestimmten Druckabfallbereich wirksam ist. Das Einstellen der verschiedenen Druckabfallbereiche kann von außen her durch Verdrehen des Einsatzes erfolgen. Auch der im Lauf der Zeit auftretende Verschleiß kann durch Verdrehen des Einsatzes kompensiert werden. '

Unterhalb des in Fig. 5 gezeigten Ventils sind dessen verschiedene, in Fig. 6 bis 13 schematisch dargestellte, Betriebsarten oder Funktionen durch Pfeile angedeutet. Das Servo-Überdruckventil 68 sowie das Magnet-Steuerventil 86 können wahlweise angeschlossen oder nicht angeschlossen sein, wobei im letzteren Falle die entsprechenden Anschlußböhrungen in der oberen Gehäusehälfte verschlossen sind. Dies hängt von der jeweiligen Betriebsweise und Verwendungsart des eigentlichen Ventils ab.

Die Ausgangsstellung des Ventils bei der Verwendung als Druckminderventil ist in Fig. 1 dargestellt. Darin ist die Spindel 40 von der Feder 60 abwärts in die untere Gehäusehälfte 14 verschoben und nimmt die Stellung für die größte Dürchstromung ein. Das Servoventil 68 ist geschlossen, d.h. sein Absperrglied 74 sitzt auf seinem Sitz 76. Das Hagnet-Steuerventil 86 ist ebenfalls geschlossen, d.h. das Absperrglied 90 ruht auf seinem Sitz.

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Ein Strömungsmittel tritt an der Einlaßmündung 24 in das "Ventil ein, durchströmt die Bohrung 26, die Querbohrung 28, den zwischen der Spindel 40 und ihrem Sitzring 58 gebildeten Ringdurchlaß, die Kammer 32 in der unteren Gehäusehälfte 14, die Äxialbohrung 116 im Einsatz 114, eine der Eadialbohrungen 118 des Einsatzes und die Bohrung 36.zur Auslaßmündung 38, von welchem es einer zu speisenden Einrichtung zuströmt.

Der durch die Eadialbohrung 118 gebildete Durchlaß hat im Vergleich zu ä.en übrigen Durchlässen und Bohrungen einen kleinen Querschnitt, so daß an dieser Stelle ein _; beträchtlicher Druckabfall eintritt. Dadurch ist dann der Druck an der Auslaßseite niedriger als der an der Einlaßseite anstehende.

Unter dem verringerten Druck dringt das Strömungsmittel auch in die Querbohrung 100 ein, deren Ausmündungen 102 und 104 durch Stopfen verschlossen sind. Der Druck des Strömungsmittels beaufschlagt die Unterseite der Spindel sov/ie über den Durchlaß 105, den Drosseldurchlaß 106, den senkrechten Durchlaß 108, den zweiten Drosseleinsatz 110, den senkrechten Durchlaß 111 und den Querdurchlaß 112 das obere Ende der Spindel 40 in der Zylinderkammer 46. Von der Zylinderkammer 46 aus gelangt der Druck des Strömlings— mittels über die Durchlässe 84 und 82 in den Raum unterhalb des Ventilsitzes 76 des Servoventils 68 und beaufschlagt dessen Absperrglied 74. Über die Leitung 85 gelangt der Strömungsmitteldruck schließlich noch zur Kammer 88 des Magnetventils 86 und beaufschlagt "dessen Absperrglied 90.

In diesem Betriebszustand findet also eine Durchströmung des Ventils vom Einlaß zum Auslaß statt, einander gleiche Strömungsmitteldrücke beaufschlagen beide Enden der Ventilsjpindel 40 sowie die Absperrglieder des Servoventils und des Magnetventils in Öffnungsrichtung. Dabei sind die Ab- ■ sperrglieder von der Feder 72 bzw. von der Magnetspule geschlossen gehalten.

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Die Strömung vom Auslaß zu der zu speisenden Einrichtung setzt sich nun fort, "bis an der betreffenden Einrichtung ein Gegendruck spürbar wird, worauf dann der Druck an der Äbströmseite der Strömungsdrossel 114 ansteigt, dabei jedoch noch niedriger ist als der an der Zuströmseite herrschende.

Dieser Druckanstieg wird auch an dem durch die Feder belasteten Absperrglied 72 wirksam. Erreicht der Druck dabei einen vorbestimmten Wert, dann überwindet die von unten her auf das Absperrglied einwirkende Kraft die von der Feder ausgeübte Belastung, so daß das Absperrglied 7^ von seinem Sitz abgehoben wird und der das obere Ende der Spindel 40 beaufschlagende Drück über die Durchlässe 84 und 82, das Servoventil und den Durchlaß 77 entweichen kann. Dadurch sind nun die auf die Spindel einwirkenden Drücke nicht mehr ausgeglichen, so daß sich diese aufwärts zu bewegen beginnt, was aufgrund des Profils der Spindel zu einer Verkleinerung des Durchlaßquerschnitts zwischen ihr und dem Sitzring führt. Die Verkleinerung des Durchlaßquerschnitts hat einen Druckabfall zur Folge, welcher sich so lange vergrößert, bis er zusammen mit dem Druckabfall über die Strömungsdrossel 114 den gewünschten bzw. eingestellten Wert erreicht. Die Spindel bleibt dann in der eingenommenen Stellung, bis sich der Druck am Auslaß 38 verringert. Dadurch verringert sich dann auch der Druck in den verschiedenen Servodurchlässen des Ventils, bis die Federbelastung des Absperrglieds 74- im Servoventil den das Absperrglied beaufschlagenden Strömungsmitteldruck 'überwindet und das Ventil schließt, worauf dann wieder der das obere Ende der Spindel beaufschlagende Druck zunimmt, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Unter der Belastung durch die Feder 60 ist die Spindel dann bestrebt, sich abwärts in die voll geöffnete Stellung zu bewegen, wobei sich der Quersdanitt des Ringdurchlasses zwischen ihr und dem Sitzring vergrößert, was eine Verringerung des Druckabfalls zur Folge hat, bis der Auslaß-

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druck wieder den gewünschten bzw. eingestellten Wert erreicht hat, worauf sich das beschriebene Arbeitsspiel wiederholen kann.

Im praktischen Betrieb bewegt sich die Yentilspindel nicht in einzelnen wahrnehmbaren Hüben auf- und abwärts, sondern führt schnelle Schwingungen mit einer sehr geringen Amplitude aus, um damit den gewünschten Betriebszustand aufrechtzuerhalten.

Die festen Drosseldurchlässe 106 und 110 sind so bemessen, daß sie den Zustrom zum Servoventil 68 in der Weise dosieren, daß dieses eine stabile Öffnungsstellung einnimmt und eine Entlastung auf einen konstanten Druck herbeiführt. Dies ist insofern wichtig, als sich Schwankungen des Entlastungsdrucks auf das obere Ende, der Ventilspindel übertragen und dadurch die Schwingungsamplitude derselben vergrößern würden. Dabei entstünden dann Schwankungen im Druckabfall zwischen der Spindel und ihrem Sitz, so daß sich keine konstante Druckminderung erzielen ließe.

Die Größe der Druckminderung läßt sich dadurch verändern, daß man den größeren Teil des Druckabfalls mittels einer entsprechend gewählten Radialbohrung 118 der Strömungsdrossel 114- einstellt und die Feineinstellung dann mittels der Stellschraube 70 vornimmt, indem man die Federbelastung des Absperrglieds 74- entsprechend verändert. ■

Das Magnetventil 86 ermöglicht -die Fernsteuerung des Druckminderventils.· Diese geschieht in der gleichen Weise wie die Steuerung mittels des Servoventils, wobei jedoch das Magnetventil eine schwächere Feder haben sollte als das Servoventil. . ■

Solange das Magnetventil offen ist, kann das Strömungsmittel von der oberen Zylinderkammer 46 über den Durchlaß 85, die Kammer 88, am Absperrglied 90 vorüber, und über die Durchlässe 96, 126 nach aiißeriarb des Ventils entweichen.

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Die Wirkungsweise des Ventils ist da"bei die gleiche, mit der Ausnahme jedoch, daß die Feineinstellung des verminderten Prucks an einem entfernt angeordneten Servo-Entlastungsventil eingestellt werden kann. Bei geschlossenem Magnetventil ist das entfernt angeordnete Servoventil gesperrt und die !Feinsteuerung der Druckminderung wird wieder von dem am Druckminderventil selbst angeordneten Servoventil 68 übernommen.

Für die Betriebsweise als Überdruck- oder Entlastungsventil ist die Spindel 4-0 Überkopf umgedreht und wirkt ,derart mit dem Sitzring 58 zusammen, daß die Durchströmung bis zum Erreichen eines eingestellten Drucks vollständig gesperrt ist. Bei Erreichen des eingestellten Drucks hebt die Spindel dann von ihrem Sitz ab, so daß eine Durchströmung des Ventils zu einem Auffangbehälter od. dergl. erfolgen kann. Die Spindel bleibt in der Öffnungsstellung,' bis der anstehende Druck auf den eingestellten Wert abgesunken ist, worauf sie sich dann wieder auf ihren Sitz senkt und die Durchströmung vollständig sperrt. In dieser Betriebsweise wird der eingestellte Druck allein über das Servo-Entlastungsventil 68 gesteuert, die einstellbare Strömungsdrossel findet also nicht Verwendung.

Diese Betriebsweise des Ventils ist in Fig. 6 schematisch dargestellt, wobei das Servo-Entlastungsventil 68 vorhanden, das Magnetventil abgenommen und sein Anschluß am Ventilkörper verschlossen und die Spindel in der in Fig. 5 gezeigten Stellung eingesetzt ist. In Fig. 5 sind verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung der Servodurchlässe dargestellt. So kann das Servoventil 68 über einen Durchlaß 78 zur Abströmseite der Ventilspindel oder über den· Durchlaß 77 nach außen entlastet sein.

In Fig. 7 ist eine Betriebsweise des Ventils als Überdruckoder Entlastungsventil mit angeschlossenen Servo-Entlastungs-

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und Magnetventilen schematisch dargestellt, wobei das Magnetventil in der Ruhestellung geschlossen ist. Der Auslaß des Magnetventils 86 kann über eine Bohrung 98 im Ventilgehäuse oder über einen Durchlaß 126 zu einer entfernt angeordneten Drucksteuereinrichtung geführt sein (Fig. 5).

8 unterscheidet sich von Fig. 7 dadurch, daß das . Magnetventil im Ruhezustand geöffnet ist.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung, bei welcher das Servoventil entfernt ist und seine Anschlüsse verschlossen sind. Bei Verwendung des Magnetventils 86 arbeitet das Ventil nun als in der Ruhestellung geschlossenes Absperrventil. Fig. zeigt eine Abwandlung in Form eines im Ruhezustand offenen Absperrventils.

In den vorstehend beschriebenen Betriebsarten ist die Ventilspindel 40 jeweils in der in Fig. 5 gezeigten Stellung eingesetzt, die Mündung 38 bildet den Einlaß und die Mündung 24 den Auslaß.

Fig. 11 bis 13 unterscheiden sich von Fig. 6 bis 10 darin, daß die Spindel 40 in der in Fig. 5 links gezeigten, überkopf umgedrehten Stellung eingesetzt ist, so daß das Ventil als Druckminderventil mit der Mündung 24 als Einlaß und der Mündung 38 als Auslaß arbeitet. In Fig. 11 bis 13 ist die Betriebsweise als Druckminderventil mit verschiedenen Kombinationen des Servoventils 68 und des Magnet— · ventils 86 dargestellt. In Fig.-· 11 findet lediglich das Servoventil 68, nicht jedoch das Magnetventil Verwendung, und das Ventil ist in der Ruhelage offen.

In Fig. 12 und 13 findet jeweils das Servoventil 68 sowie das Magnetventil 86 Verwendung, wobei letzteres in Fig. 12 in der Ruhestellung geschlossen und in Fig. 13 in der Ruhestellung offen ist. In allen drei Figuren arbeitet das

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Ventil als Druckminderventil.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß im Gehäuse des Ventils eine Anordnung von Durchlässen und Leitungen gebildet ist, welche den Anschluß von direkt und/oder ferngesteuerten Einrichtungen für die Druckentlastung und die Steuerung der Punktionen des Ventils ermöglichen, so daß sich die Betriebsweise des Ventils ohne Veränderungen am Ventil selbst umstellen läßt. Die Unterseite des Ventilgehäuses ist so bemessen und gestaltet, daß das Ventil auf einen Verteiler od. dergl. aufgesetzt oder mit den Ein- und Auslassen an Planschrohren einer durchgehenden Leitung angeschlossen werden kann.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten.und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche:

1. Mehrzweckventil, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10), durch einen durch das Gehäuse hindurchführenden Hauptdurchlaß (24 bis 38) mit einer als Ventilsitz und/oder als Strömungsdrossel wirksamen Verengung (58) darin und wahlweise als Einlaß oder Auslaß verwendbaren Mündungen (24, 38) an den Enden und durch eine im Hauptdurchlaß angeordnete, als Absperrglied oder als Drosselglied mit der Verengung zusammenwirkende Ventilspindel (40) mit in gegenseitigem Längsabstand gebildeten zylindrischen Teilen (42, 44) einer zwischen den zylindrischen Teilen und zunächst einem derselben gebildeten Sitzfläche (53a) und einer an die Sitzfläche anschließenden profilierten Fläche (53b), welche so geformt ist, daß sie bei einer ersten Stellung der Spindel als Teil eines Entlastungsventils eine druckregelnde Funktion und in einer Überkopf umgedrehten Stellung der Spindel als Teil eines Druckminderventils eine druckmindernde Funktion hat.

2. Mehrzweekventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Betriebsweise als Druckminderventil eine zusätzliche Strömungsdrossel (114) in Reihe mit der Verengung (58) und der Spindel (40) im Hauptdurchlaß (24 bis 38) angeordnet und so ausgebildet ist daß sie einen Teil der gewünschten Druckminderung bewirkt.

3. Mehrzweckventil nach Anspruch 1 oder 2., gekennzeichnet durch eine Anzahl von inneren und äußeren Durchlässen und Anschlüssen (77 bis 85, 96, 98, 126), welche wahlweise mit einem Servo-Entlastungsventil (68) und/oder einem Steuerventil (86) verbindbar oder aber verschließbar sind, so daß das Ventil auf eine Betriebsweise als Druckentlastungsventil, als Druckminderventil ader als Überdruckventil einstellbar ist.

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4. Mehrzweckventil für die Verwendung als Druckminderventil oder als Überdruckventil, ' gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10) mit einem an beiden Enden eine wahlweise als Einlaß oder Auslaß verwendbare Mündungen (24, 38) aufweisenden Hauptdurchlaß (26 bis 36), durch einen im Hauptdurchlaß angeordneten Ventilsitz (58) und eine mit diesem zusammenwirkende Ventilspindel (40), welche zusammen einen Durchlaß bilden, wobei die Spindel in einer Stellung als Teil eines Überdruckventils als Absperrglied und in einer anderen, Überkopf umgedrehten Stellung als druckminderndes Drosselglied wirksam ist, und durch eine in Reihe mit der Spindel entnehmbar im Hauptdurchlaß angeordnete Strömungsdrossel (114) zum Erzeugen eines Anteils der Druckminderung, deren Restanteil über den von der Spindel und dem Ventilsitz gebildeten Durchlaß bewirkbar ist.

5. Mehrzweckventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Ventilspindel (40) und dem Sitz (58) gebildete Durchlaß aufgrund eines veränderlichen Profils der Spindel eine veränderliche Querschnittsgröße hat, wobei das Profil der Spindel so ausgebildet ist, daß diese in einer ersten Stellung relativ zum Sitz als Teil eines Überdruckventils und in einer Überkopf umgedrehten Stellung als Drosselglied eines Druckminderventils wirksam ist, in welchem ein Teil der Druckminderung über das mit dem Sitz zusammenwirkende Spindelprofil und ein anderer Teil der Druckminderung über die in Reihe mit der Spindel angeordnete Strömungsdrossel (114) bewirkbar ist.

6. Mehrzweckventil nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe mit der Spindel (40) angeordnete Strömungsdrossel (114) eine Anzahl von Durchlässen (118) verschiedenen Durchmessers hat, über welche ein größerer Anteil der Druckminderung bewirkbar ist, während der kleinere Anteil der Druck-

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Hinderung über den von der Spindel und dem Sitz (58) gebildeten Durchlaß bewirkbar ist, so daß die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Spindel und des Sitzes verringert und deren Betriebslebensdauer dadurch verlängert ist.

7- Mehrzweckventil nach wenigstens einem der Ansprüche 4- bis 6, dadurch gekennz eichnet, daß die zusätzliche Strömungsdrossel ein Einsatz (114) ist, welcher in einen mit dem Hauptdurchlaß strömungsverbun— denen Zweigdurchlaß (34-) eingesetzt ist.

8. Mehrzweckventil nach wenigstens einem der Ansprüche. 4- bis 7» dadurch g e k e η η ζ e i c h η .e t", daß der die Strömungsdrossel bildende Einsatz (114·) Ausbildungen, (120, 122) zum Ausrichten seiner Stellung an der Außen- ' seite des Ventilgehäuses (10) hat, so daß das über die Strömungsdrossel bewirkte Ausmaß der Druckminderung von außen einstellbar und an der Strömungsdrossel auftretender -Verschleiß kompensierbar ist.

9. Mehrzweckventil nach wenigstens einem der Ansprüche 4- bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strömungsdrossel bildende Einsatz (114-) in seinem inneren Teil eine Kittelbohrung (116) sowie eine Anzahl seitlich davon ausgehender öffnungen (118) hat, so daß die die Durchströmung des Hauptdurchlasses (24- bis 38) bestimmende Durchlaß-Querschnittsfläche durch Verdrehen des Einsatzes veränderbar ist. ·-

10. Mehrzweckventil nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen öffnungen (118) unterschiedliche QuerSchnittsgrößen haben. ■ .

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