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Als Regel- und Absehliessorgan ausgebildetes Durchgangsventil Die
Erfindung betrifft ein als Regel- und Abschliessorgan ausgebildetes, vorzugsweise
in eine von einem Arbeitsmedium durchströmte Rohrleitung eingebautes Durchgangsventil,
das im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse, einem mit dem Venteilgehäuse fest verbundenen
Einsatz und einem im Ventile hause axial verschiebbaren Hubteil besteht, der einen
Ventilteller trägt, welcher durch den Mediumsdruck eines Steuersystems von seinem
Sitz abgehoben und bei Druckentlastung im Steuersystem durch Federkraft auf den
Sitz gepresst wird.
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Es sind hydraulisch, pneumatisch oder mit motorischer Kraft angetriebene
Durchgangsventile bekannt, bei denen das Antriebsystem ausserhalb des Ventilgehäuses
angeordent ist Am Eintritt des Ventilschaftes in das Ventilgehäuse sind dabei immer
Dichtungen notwendig, um das Austreten von
Arbeitsmedium nach aussen
zu verhindern. Wenn bei einem hydraulisch betätigten Ventil das Arbeits- und das
Steuermedium auf Je eine Seite eines Kolbens wirken, muss dieser so ausgebildet
sein, dass die Medien gegeneinander abgedicntet sind, damit niemals das eine mit
de anderen in Berührung kommt. Für alle diese Dichtungen werden praktisch immer
Lippendichtungen oder Dichtungsringe, beispielsweise O-Ringe verwendet, die aus
Kuntstoff bestehen. Wegen ihrer beschränkten Beständigkeit gegenüber z.B. Benzin,
Aromaten oder Lösungsmittel cuellen diese Dichtungen auf, was zu einer Erhöhung
der mechanischen Reibung und schliesslich zu ihrer vorzeitigen Zerstörung führt.
Wo hochgiftige Flüssigkeiten oder Dämpfe nach aussen treten komnen, ist der Einsatz
derartiger Ventile zumindest problematisch.
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Ferner sind elektromagnetisch betätigte Ventile bekannt, deren Verwendung
wegen der Grösse des benötigten Magneten auf sehr kleine Durchmesser und damit auf
entsprechend geringen Durchsatz beschränkt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchgangsventil zu
schaffen, das eine in sich geschlossene, kompakte Einheit bildet, bei dem das Arbeits-
und das Steuermedium völlig getrennt voneinander sind und kein Mediumsaustritt nach
aussen möglich ist, und das für praktisch alle industriell
vorkommenden
Arbeitsmedien in einem breiten Temperaturbereich verwendbar ist und einen genügenden
Durchsatz aufweist.
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Erflndungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch ein geschlossenes
Ventilgehäuse, das durch keine bewegten Teile des Steuersystems oder des Hubteils
durchbrochen ist, und durch leckagefreie Abdichtungen zwischen dem Arbeits- und
dem Steuermedium.
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Da bei dem erfindungsgemässen Durchgangsventil keine bewegten Teile
das Gehäuse durchbrechen, sind auch keine der Abnützung oder schädlichen Einwirkungen
des Arbeitsmediums unterworfenen Dichtungen vorhanden und somit ist der Austritt
von Arbeitsmedium nach aussen völlig und dauernd unterbunden. Im Innern des Ventils
sind das Arbeits- und das Steuermedium durch ein flexibles Element voneinander getrennt.
Dort, wo über Spalten oder Nahtstellen ein Uebertritt von Arbeitsmedium ins Steuermedium
oder umgekehrt denkbar wäre,sind ausschliesslich leckagefreie Abdichtungen vorgesehen,
worunter das Abdichten von gegeneinander unbeweg - ten Teilen zu verstehen ist,
was zum Unterschied von gegeneinander bewegten Teilen absolut leckagefrei möglich
ist.
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Es sind auch keine metallischen Gleitflachen vorhanden.
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Alle Lagerungen zwischen bewegten und unbewegten Teilen bestehen aus
Kunststoff, wofür vorzugsweise Teflon verwendet ist. Dieses hat optimale Gleiteigenschaften
und ist zwischen 1000 und +300°C praktisch temperatupunempindlich, d.h. es quillt
nicht, wodurch das Ventil über einen sehr weiten Temperaturbereich funktionsfahig
ist. Eine als Dichtung ausgebildete Lagerung ist selbstnachstellend, so dass ihre
Dichtungseigenschaft auch nach längerem Betrieb erhalten bleibt.
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Das Ventil ist praktisch für alle technisch vorkommenden Arbeitsmedien
geeignet und auch gegen Verunreinigungen im Medium weitgeherd unempfindlich. Es
ist Vorsorge getroffen dass solche Verunreinigungen von den Gleitflächen möglichst
ferngehalten werden, auch hat Teflon die Eigenschaft, Verunreinigungen einzubetten
und so eine Blockierung des Ventils zu vermeiden.
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Sowohl in offener als auch in geschlossener Stellung ist der Hubteil
des Ventils nahezu druckentlastet, so dass zum Oeffnen und für die Regelung vom
Druck des Steuermediums nur die Kraft der Schliessfeder und die Reibungen des Hubteils
überwunden werden müssen. Die Position "geschlossen", die
betriebstechnisch
besonders wichtig ist, aber auch Jede Zwischenstellung des Ventiltellers lässt sich
z.B. durch eine elektrische Anzeige ablesen. Die Funktionstüchtigkeit der bewegten
Teile ist über den Druck im Steuersystem überwachbar. Die Durchströmung des Ventils
ist in beiden Richtungen gleicherweise möglich. Es ist strömungstechnisch gut ausgebildet,
da es nur schwache Umlenkungen aufeist und überall ein möglichst gleicher Strömungsquer
schnitt eingehalten ist. Ausreichender Durchsatz ist gewährleistet, kV - Werte bis
4000 können ohne weiteres eingehalten werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher erläutert,
deren Fig. 1-3 drei Ausführungsbeispiele und deren Fig. 4 und 5 Je einen Bauteil
nach dem Schnitt A - A in Fig. 1 im gleichen Massstab zeigen.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Ventilgehäuse 1 zweiteilig, und
jeder Teil ist mit einem Anschlussgewinde 4o für die Zulauf- bzw. Ablaufleitung
(nicht eingezeichnet) versehen. Zwischen den beiden Teilen, die durch die Schrauben
4 zusairmengepresst sind, ist der Einsatz befestigt, der Im wesentlichen aus dem
Tragkörper 3, der Halterung 16 und der Abdeckkappe 27 besteht. Zur Abdichtung nach
aussen sind die O-Ringe 2 eingelegt. Der Tragkörper 5 und die
Halterung
16 sind durch die Schrauben 17 verbunden, dazwischen ist zur Abdichtung der O-Ring
18 eingelegt. Die Abdeckkappe 27 ist dichtend, aber lösbar mit dem Tagkörper 3 verbunden.
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Der Hubteil besteht im wesentlichen aus dem Gleitrohr 5, der Haltekappe
8, der Ringscheibe 9, dem Füirirungsrohr 12 und der Abschlussplatte 14. Die Haltekappe
8 und die Ringscheibe 9 sind durch die Schrauben 10 verbunden. Das Gleitrohr 5 ist
durch den Seegerring 11, das Führungsrohr 12 durch den Seegerring 15 in der Haltekappe
8 festgehalten.
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Die Abschlussplatte 14 ist in zweckdienlicher Weise am Führungsrohr
12 befestigt.
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Um eine axiale Bewegung des Hubteils zu ermöglichen, ist das Gleitrohr
5 derart über einen Teil seiner Länge mit Ausnehmungen 7 versehen, dass die stehenbleibenden
Teile (Fig. 4 und 5) gerade in die Räume passen, die von den Tragarmen 33 freigelassen
werden, welche den flanschartigen und den zylindrischen Teil des Tragkörpers 3 miteinander
verbinden. Oder anders gesehen, die Tragarme 33 kennen sich relativ zum Gleitrohr
5 in dessen Ausnehmungen 7 axial hin und her bewegen.
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Der Hubteil ist am Einsatz geführt. In die Halterung 16 ist. durch
den Seegerring 20 gehalten, die innere, feststehende Lagerung 19 eingesetzt, in
der das Führungsrohr 12 gleitet. Mit 23 ist die zweite Lagerung des Hubteils bezeichnet,
die in das Gleitrohr 5 eingesetzt ist, somit axial beweglich ist und am Tragkörper
3 gleitet. Beide Lagerungen bestehen aus K4Astoff, vorwiegend aus Teflon.
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Um die Gleitfläche am Tragkörper 3 vor allfälliger Verschmutzung zu
schützen, ist der Abstreifring 24 vorgesehen.
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Die Lagerung 19 muss nicht unbedingt dicht sein, aa auf beiden Seiten
die Räume mit Arbeitsmedium gefüllt sind.
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Dies trifft zwar auch für die Lagerung 23 zu, doch steht bei geschlossenem
Ventil das Arbeitsmedium auf beiden Seiten unter sehr unterschiedlichem Druck und
eine Leckage muss gegebenenfalls unter allen Umständen verhindert werden. In diesem,
Falle bewährt sich bestens Teflon, das unter Druck plastisch verformbar ist. Zu
diesem Zwecke ist der Pressring 22 vorgesehen, auf den ständig die Kraft der Schraubenfeder
21 wirkt. Der Luftspalt 25 ermöglicht die selbsttätige Nachstellung der Lagerung
23.
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Die Feder 21 stützt sich am Tragkörper 3 ab. Sie ist so dimensioniert,
dass sie im Ruhezustand des Ventils über
den Pressring 22, die Lagerung
23 und den Abstreifring 24 den Ventilteller 6, der in diesem Ausführungsbeispiel
das Ende des Gleitrohres 5 bildet, mit genügendem Druck auf seinen Ventilsitz 38
presst.
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Zwischen dem Hubteil und dem Einsatz erstreckt sich als abdichtende
Verbindung der Balg 15, der das Arbeits- und das Steuermedium voneinander trennt.
Er ist zweckentsprechend, z.B. durch Löten, Schweissen oder Einstemmen, mit der
Abschlussplatte 14 und der Halterung 16 verbunden.
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Durch die Bewegung des Hubteils streckt oder verkürzt sich der Balg
15, wodurch der Innenraum 30 zwischen Balg und Führungsrohr 12 sein Volumen ändert.
Es sind daher im Führungsrohr die Durchströmoeffnungen 31 vorgesehen, über die der
Innenraum 30 mit dem Arbeitsmedium in Verbindung steht, das vorzugsweise in der
Richtung 39 das Ventil durchströmt, aber ebenso in umgekehrter Richtung strömen
kann. Es wäre aber auch möglich, den Innenraum 30 abzuschliessen und von der Montage
her Luft darinnen zu lassen.
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Der Raum 29 zwischen dem Balg 15 und der Innenwand des Tragkörpers
3 ist mit Steuermedium gefüllt, das nach aussen über die Bohrung 28 im Tragkörper
3 mit einem (nicht gezeichneten) Steuersystem in Verbindung steht. Damit das
Steuermedium,
wofür z.B. ein entsprechendes Oel wie Siliconoel verwendbar ist, ohne Schwierigkeiten
auch unter die Abschlussplatte 14 gelangen kann, ist diese mit grossem Spiel in
den Tragkörper 3 eingesetzt und mit Abstützfüssen 26 versehen.
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Zur Betätigung des Ventils wird der Druck im Steuersystem erhöht,
was von Hand aus oder mechanisch, auch ferngesteuert erfolgen kann. Der Druck des
Steuermediums auf die untere Seite der Abschlussplatte 14 bewegt den.
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Hubteil unter Ueberwindung der Schliesskraft der Feder 21, und der
Ventilteller 6 hebt von seinem Sitze 38 ab.
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Die maximale Hubhöhe ist erreicht, wenn der tiefste Punkt der Ausnehmung
7, der als Anschlag 32 ausgebildet ist, am Tragarm 33 des Tragkörpers 3 anschlägt.
Bei Druckentlastung im Steuersystem wird die Feder 21 wieder wirksam und presst
den Ventilteller 6 auf seinen Sitz 38.
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Zur Kontrolle, ob das Ventil tatsächlich geschlossen ist, dient der
Magnetschalter 35, der in der Abdeckkappe 27 untergebracht ist und so eingestellt
ist, dass er erst bei der grösstmöglichen Annäherung des an der Abschlussplatte
14 befestigten Magneten 34 schliesst. Dafür eignet sich beispielsweise ein Reed-Schalter,
doch können-ebenso induktive Annäherungsschalter verwendet werden, - bei denen auch
die reproduzierbare Schaltgenauigkeit ca. 0,1 mm beträgt.
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Das Schliessignal wird durch die Kabel 36, die in den Kabelkanal 37
eingelegt sind, nach aussen geleitet, wo es an einem Anzeigeinstrument abgelesen
werden kann.
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Auch ist die Auslösung eines optischen oder akustischen Signals auf
einfache Weise möglich.
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Durch Aenderung des Druckes im Steuersystem kann das beschriebene
Ventil als Regelorgan mit sich iindernden, Durchflussquerschnitt verwendet werden.
Je höher der Druck im Steuersystem wird, was ebenfalls von Hand aus oder durch eine
automatische Regelung erfolgen kann, desto grösser wird der Hub und desto mehr öffnet
das Ventil. Für eine Handsteuerung kann es zweckmässig sein, eine Regelkurve der
Ventilöffnung oder des Ventilhubes in Abhängigkeit vom Druck im Steuersystem aufzustellen.
Dies bietet gleichzeitig eine vorzügliche Kontrollmöglichkeit für das einwandfreie
Funktionieren der bewegten Teile. Ist bei Erreichung oder gar bei Ueberschreitung
des vorher ermittelten notwendigen Maximaldruckes im Steuersystem das Ventil noch
nicht voll geöffnet oder spricht der Magnetschalter, welcher die Schliessstellung
anzeigt, bei Druckentlastung nicht an, dann liegt irgend ein Schaden vor und das
Ventil muss zur Behebung der Störung kontrolliert werden.
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Das Ventilgehäuse, der Einsatz und der Hubteil sind üblicherweise
aus
Aluminium Oder Bronze hergestellt. Sollte es sich um aggressive Arbeitsmedien wie
z.B. Säuren, Laugen oder Lösungsmittel handeln, dann müssen die genannten Teile
aus einem hochlegierten austenitischen Stahl oder aus einer nicht frorr.agnetischen
Mickellegierung hergestellt werden.
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Auch der Ueberzug mit einer Schutzschicht, beispielsweise aus Email,
ist möglich, ferner die Verwendung scher Legierungen, doch funktioniert dann ein
Magnetschalter nicht mehr und es muss eine andere Lösung für die Anzeige der Ventilstellung
gewählt werden.
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Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Fig. 1 etwas abweichende Ausführung,
in der linken Hälfte bei geschlossenem, in der rechter Hälfte bei geöffnetem Ventil.
Statt der Halterung 16 ist die stillstehende Lagerung 49 vorgesnhen, die mit dem
Tragkörper 3 durch die Schrauben 44 verbunden ist und an ihrem Aussenumfang die
Bombierung 50 aufweist, an der das Gleitrohr 5 gleitet. Die Bohrung 28 für das Steuermedium
ist auch durch den zylindrischen Teil des Tragkörpers 3 geführt und setzt sich in
der Tragerplatte 42 fort, die zwischen dem Tragkörper und die Abdeckkappe 27 eingebaut
ist. Die Bohrung 28 mündet in dem Zwischenraum 45 aus, der von zwei koaxial angeordneten
Bälgen 15 gebildet wird, die einerseits in die Trägerplatte 42, anderseits in die
axial bewegliche Stirnplatte 47 dichtend eingebaut sind.
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Der Zwischenraum 45 ist mit Steuermedium gefüllt. Wird der Druck desselben
erhöht, so strecken sich die Bälge 15, die Stirnplatte 47 wird gehoben und drückt
auf den zylindrischen Ansatz 41 der Haltekappe 8, wodurch das Gleitrohr 5 axial
bewegt und der Ventilteller 6 gehoben wird. Bei Druckentlastung des Steuersystems
presst die Feder 21 den Ventilteller wieder auf seinen Sitz.
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Eine Führung des zylindrischen Ansatzes 41 in der Lagerung 49 ist
überflüssig. Es ist sogar ein gewisser Spalt gelassen, wodurch der äussere Hohlraum
51 mit dem das Ventil durehström.enden Arbeitsmedium in Verbindung steht. Um eine
rasche Bewegung der Stirnplatte 47 und damit des Ventiltellers 6 nicht zu behindern,
ist in der Lagerung 49 zusätzlich die Entlastungsbohrung 54 vorgesehen, welche die
Räume ober- und unterhalb der Lagerung 49 verbindet. Der innere Hohlraum 46 ist
abgeschlossen und normalerweise mit Luft gefüllt, er könnte aber auch zur Druckentlastung
durch eine Bohrung in der Stirnplatte 47 mit dem Raum über derselben und daher mit
dem Arbeitsmedium in Verbindung stehen.
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Mit der Trägerplatte 42 verbunden ist das gegen die Abdeckkappe 27
hin offene Trägerrohr 43. In dieses ist für die Stellunssanzeige des Ventiltellers
der Magnetschalter 35
e gebaut, dessen Kabel 36 durch das Trägerrohr
und durch einen (nicht gezeichneten) Kabelkanal nach aussen führen.
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Der zugehörige Magnet 34 ist am Rohransatz 48 befestigt, der mit der
Stirnplatte 47 verbunden und mit dieser axial beweglich ist. Selbstverständlich
könnten in das Tragerrohr 43 auch zwei Magnetschalter eingebaut sein, um beide Endstellungen
des Ventiltellers anzuzeigen. Es würde dafür ein einziger Magnet genügen.
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Fig. 3 zeigt ein ähnlich aufgebautes Ventil wie Fig. 2.
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Mit der Stirnplatte 47 ist der Stab 52 verbunden, der durch eine Oeffnung
in der Trägerplatte 42 hindurch ragt und einen Teil des Differenzial-Transformators
53 trägt, welcher in die Abdeckkappe 27 eingebaut ist. Die elektrische Anzeige des
Transformators lässt sich direkt als Stellungsanzeige des Hubteils auswerten.
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Zu erwähnen ist noch, dass die beschriebenen Ventile in jeder Lage,
stehend, liegend oder geneigt, gleicherweise verwendet werden können.