DE2421600A1 - Steuerventil - Google Patents

Description

G 49 421 /K

Firma PHOENIX VALVE MANUFACTURERS (PROPRIETARY) LIMITED,
11th Floor, Eagle Building, 359 West Street,
DURBAN, Natal Province, Republik Südafrika

Steuerventil

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Flüssigkeitsstrom.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Steuerventile dieser Art zu verbessern.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe eignet sich nach der vorliegenden Erfindung ein Steuerventil für einen Flüssigkeitsstrom mit
einem Gehäuse und einem darin verschiebbaren Ventilelement, wobei ein Ventileinlaß zu einer außen vom Gehäuse und innen vom Ventilelement begrenzten Kammer führt und wobei die Enden der Kammer
bildende Wandungen vorgesehen sind, das sich ferner dadurch auszeichnet, daß die ein Ende der Kammer bildenden Wandung eine Fläche einnimmt, die sich von derjenigen der Wandung unterscheidet,
welche das andere Ende der Kammer ausmacht, wobei die Flächendifferenz zwischen den Bndwandungen eine Funktion von der Fläche

409848/0332

eines Auslasses ist und wobei beide Endwandungen in bezug auf das Gehäuse verschiebbar sind. In weiterer Ausgestaltung eignet sich speziell ein Steuerventil mit einem Gehäuse, einem in dieses führenden Einlaß, einem verschiebbaren Ventilelement im Gehäuse sowie ersten und zweiten Abdichtungen zwischen dem Element und dem Gehäuse, wobei die Abdichtungen in Verschiebungsrichtung des Ventilelements einen gegenseitigen Abstand aufweisen und zusammen mit dem Gehäuse und dem Ventilelement eine Druckkammer begrenzen, in die der Einlaß führt, wobei das Ventilelement ferner einen mit der Kammer in Verbindung stehenden hohlen Innenraum aufweist und wobei ein Ventilauslaß vom hohlen Innenraum führt, während das Ventilelement eine Schließposition für den Auslaß aufweist und aus dieser Position zum Öffnen des Ventils verschiebbar ist, das sich ferner dadurch auszeichnet, daß die für den Druck in der Kammer wirksame Fläche einer Endwandung der Kammer unterschiedlich von der für den Druck in der Kammer wirksamen Fläche der anderen Endwandung der Kammer ist und daß die Flächendifferenz dergestalt ist, daß auf das Ventilelement eine vom Einlaßdruck abgeleitete Kraft ausgeübt wird, die den vom Auslaß herrührenden Effekt einer Unausgeglichenheit zu vermindern neigt.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - einen Vertikalschnitt durch ein Druckminderungsventil nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 - einen Vertikalschnitt durch ein Druckminderungsventil entsprechend einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung und

Figur 3 - einen Vertikalschnitt des für eine Verwendung als Spülventil modifizierten Ventils aus Figur 1.

In Figur 1 bezeichnet eine Hinweiszahl Io allgemein ein Druckminderungsventil mit einem Gehäuse 12, das ein Hauptteil 14 mit oberen und unteren Endkappen 16 und 18 enthält. Ein Einlaßaufbau 2o enthält ein Rückschlag-Kugelventil 22, ein Anschlußstück bzw. eine Überwurfmutter 24 und einen Krümmer bzw. ein Winkelstück 26

409848/0332

2421 BOO

mit einem Filtersieb 28. Das freie Ende des Winkelstücks 26 ist mit einer Einlaßverbindung 3o versehen, und der Einlaßaufbau 2o wird nachfolgend detailliert beschrieben.

Das Ventil Io enthält ferner ein verschiebbares Ventilelement 32, das von einem Paar von Rollmembranen bzw. -Zwischenwänden 34 und 36 gestützt wird. Das Element 32 ist in vereinfachter Form in Figur 3 dargestellt. Die Membranen 34 und 36 dichten den Raum zwischen dem Element 32 und dem Gehäuse 12 ab und weisen in Bewegungsrichtung des Elements 32 einen gegenseitigen Abstand auf. Zusammen mit dem Gehäuse 12 und dem Element 32 begrenzen die Membranen einen allgemein ringförmigen Druckraum 38, in den ein im Gehämse 12 ausgebildeter Einlaß 4o führt. Während das Element 32 die Kammer 38 innen begrenzt, umgibt das Gehäuse 12 die Kammer 38 von außen.

Das Ventilelement 32 enthält ein mit zwei diametral gegenüberliegenden Schlitzen 44 ausgebildetes Hauptteil 42. Dessen oberes Ende 46 'ist abgeschlossen und mit einem Haltering 48 für den Innenrand bzw. den Innenumfang der Rollmembran 34 umgeben bzw. verbunden. Ein eingeschraubter Arretierring 5o drängt den Haltering 48 in Klemmeingriff mit der Membran 34. Die Ringe 48 und 5o können einteilig sein, und in diesem Fall wird der Ring 5o nicht geschraubt, sondern greift einfach über das Ende 46 unter Festlegung durch Einziehen bzw. durch. Gesenkarbeit (swaging). An seinem unteren Ende ist das Hauptteil 42 Mit einem außen verschraubten Zentriervorsprung 52 versehen,.über dem sich eine Rippe 54 befindet, wo-" bei Schlitze 44 den.Zentriervorsprung und die Rippe in zwei gebogene Bereiche unterteilen. Ein Dichtungsring 56 ist zwischen die Rippe 54 und einem Sitzelement 58 eingeklemmt, das auf den Vorsprung 52 aufgeschraubt ist. Das untere Ende des Elements 58 ist mit ei^ier Außenvers ehr aubung versehen, und ein Haltering 6o für den innenumfang der Rollmembran 36 greift über den Schraubbereich des Elements 58. Ein mit einer Innenverschraubung versehener Verriegelungs- bzw. Arretierring 62 ist auf das Element 58 aufgeschraubt und drängt den Ring 6o gegen die Membrane 36. Wenn die Ringe 6o und 62 einteilig ausgebildet sind, werden sie durch

409848/0332

_ 4 —

Einschnüren bzw. Gesenkarbeit (swaging) und nicht durch Verschrauben festgelegt.

Ein Querglied 64 erstreckt sich quer zum Gehäuse 12 und führt durch die Schlitze 44. Das Glied 64 ist mit einem Kern 66 versehen, der sich innerhalb des Elements 32 befindet und in dem ein Ventilabschlußglied 68 befestigt ist. Dieses Glied 68 arbeitet mit einem Ventilsitz 7o zusammen, der das obere Ende des von einer Bohrung 72 im Element 58 gebildeten Ventilauslasses umgibt. Ein Auslaßanschluß des Ventils ist mit der Hinweiszahl 74 belegt, und eine Feder 76 wirkt zwischen der Endkappe 16 und dem Ende bzw. Abschluß 46 des Teils 42. Die von der Endkappe 16 begrenzte Kammer kann verschlossen werden, so daß" darin eingeschlossene Luft einen Puffer bzw. ein Kissen für das Element 32 bildet. Der Durchmesser Dl der Endkappe 16 ist kleiner als der Durchmesser D2 der Endkappe 18. Die Endteile des Elements 32 weisen ebenfalls unterschiedliche Durchmesser auf. Daher ist der Ring 48 mit einem kleineren Durchmesser als der Ring 6o versehen, wobei diese beiden Ringe den wirksamen Durchmesser der Endwandungen der Kammer 38 bestimmen, was noch näher erläutert wird.

Der Aufbau 2o enthält einen mit einer Außenversehraubung versehenen Einlaßteil bzw. -stutzen 78 mit einer glockenförmigen Bohrung oder öffnung, in der sich Rippen 8o befinden. Diese Rippen hindern die Kugel 22 daran, die Wasserströmung durch den Aufbau 2o in das Ventil zu unterbrechen. Das Winkelstück 26 enthält einen äußeren Flansch 82, über den ein Befestigungsring 84 als Teil der überwurfmutter 24 geschoben und zum Halten des Winkelstücks auf das Teil 78 aufgeschraubt wird. Ein O-Ring dichtet den Bereich zwischen dem Teil 78 und dem Flansch 82 ab. Ein Sitzelement 86 für die Kugel 22 befindet sich zwischen einer Innenschulter des Teils 78 und dem Haltering 88 des Filtersiebes 28, wobei der Haltering selbst an einer Schulter des Winkelstücks 26 anliegt. Das Element 86 weist eine zentrale Öffnung auf, in die die Kugel 22 eintritt, wenn das Wasser zu einem Strömen vom Ventil Io zum Winkelstück 26 neigt. Die Einlaßverbindung 3o enthält einen auf das freie Ende des Winkelstücks 26 aufgeschraubten Befestigungsring 9o und einen

409848/0332

mit einer Innenversehraubung versehenen Vorsprung 92, der durch den Ring 9o am Winkelstück 26 gehalten wird.

Wenn es erwünscht ist, kann ein nicht dargestellter luftdichter Einlaß vorgesehen sein, so daß die Kammer innerhalb der Kappe 16 geöffnet und eine Flüssigkeit, wie Wasser, in die Kammer eingeführt werden kann, wodurch das Volumen der Kammer reduziert wird. Das Gas im reduzierten Volumen der Kammer dient dazu, das Element 32 ohne Verwendung einer Feder 76 vorzuspannen und hierfür ein Kissen zu bilden, wobei selbstverständlich diese Funktion auch in Verbindung mit einer Feder durchgeführt werden kann.

Wenn das Ventil geschlossen ist bzw. wenn sich das Glied 6 8 in Eingriff mit dem Ventilsitz 7o befindet, wird Wasser mit dem Einläßdruck in der ringförmigen Druckkammer 68 eingeschlossen, mit der der hohle Innenraum des Elements 32 in Verbindung steht. In diesem hohlen Innenraum sind bestimmte Oberflächen dem Einlaßdmick ausgesetzt, und die sich hieraus ergebenden Kräfte wirken entgegengesetzt zueinander und neigen dazu, das Element 32 in Richtung zum Verschlußglied 68 und von diesem weg zu bewegen. Infolge der Auslaßbohrung 72 ist der Bereich, auf den der Einlaßdruck zum Erzeugen einer Ventilöffnungskraft einwirkt, kleiner als die Fläche, auf die der Flüssigkeitsdruck zum Erzeugen einer Ventilverschlußkraft einwirkt. Außerhalb des Elements 32 sind die Rollmembranen 34 und 36 dem Einlaßdruck ausgesetzt, so daß Kräfte erzeugt werden, die in entgegengesetzten Richtungen des Elements 32 wirken. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser Dl und D2 sowie der Ringe 48 und 6o ist die wirksame, von der Membran 36 gebildete Fläche der Endwandung größer als die wirksame, von der Membran 34 gebildete Fläche der Endwandung.

Im Betrieb des Ventils wirkt der Rückdruck am Auslaß auf das Element 32 ein und verlagert dieses gegen die Wirkung der Feder 76 bis zu einer Position, in der das Ventil geschlossen ist. Beim Abfallen des Drucks am Auslaß, beispielsweise wenn ein Auslaß oder Abzweig stromabwärts von einem Heißwassererzeuger bzw. -geyser, mit dem das Ventil verbunden ist, geöffnet wird, überschrei-

— 6 —

409348/0332

tet die von der Feder 76 ausgeübte Kraft diejenige durch den Rückdruck. Das Element 32 bewegt sich dadurch in Figur 1 nach unten, so daß sich das Ventilsitzelement 72 vom Verschlußglied 68 wegbewegt. #eim Verschließen des Ablasses bzw. Abzweigs baut sich der Rückdruck wieder auf, und das Ventil wird geschlossen. Die von der Feder 76 ausgeübte Kraft stellt den Hauptfaktor zum Festlegen des Rückdrucks dar, der erreicht werden muß, bevor das Ventil schließt.

Der Einlaßdruck, dem ein mit dem Hauptnetz verbundenes Ventil ausgesetzt ist, schwankt stark während des Tagesverlaufs, da der Bedarf an Wasser ansteigt und fällt. Durch geeignete Auswahl der relativen Größen derjenigen Flächen, die dem Einlaßdruck ausgesetzt sind, ist es möglich, den zum Schließen des Ventils erforderlichen Rückdruck zu beeinflussen. Wenn der Flächenunterschied zwischen den von den Membranen gebildeten Wandungen genau der Fläche der Auslaßbohrung 72 entspricht, sind alle aus dem Einlaßdruck hergeleiteten Kräfte auf das Element 32 ausgeglichen, und der Druck, bei dem das Ventil schließt, ist unabhängig vom Einlaßdruck. Wenn der Flächenunterschied etwas größer als die Fläche der Bohrung 72 ist, ergibt sich bei steigendem Einlaßdruck eine ansteigende Kraft, die das Ventil zu öffnen neigt. In diesem Fall steigt der für ein Schließen des Ventils erforderliche Rückdruck mit dem Einlaßdruck. Wenn der Flächenunterschied im Gegensatz dazu etwas kleiner als die Fläche der Bohrung 72 ist, ergibt sich bei ansteigendem Einlaßdruck eine größer werdende und aus diesem abgeleitete Kraft, die das Ventil zu schließen neigt. Daher nimmt unter diesen Bedingungen der zum Schließen des Ventils erforderliche Rückdruck bei steigendem Einlaßdruck ständig ab.

Die Größe, durch die sich der Flächenunterschied von der Fläche der Bohrung 72 unterscheiden kann, hängt in gewissem Maße von den zu erwartenden Schwankungen im Einlaßdruck, ferner in gewissem Maße von der Feder 76 ab, die benutzt werden kann, und ferner von der Größe des Drucks, für die das Ventil entworfen ist. Wenn große Veränderungen im Einlaßdruck oder hohe Einlaßdrücke zu erwafcten sind, kann nur ein kleiner Differenzprozentsatz, beispielsweise

409848/0332

2A21600

bis zu 2,5 %, über und unter dem Ausgleich zwischen der Flächendifferenz und der Fläche des Auslasses 72, angepaßt werden. Wenn dagegen nur kleine Veränderungen des Einlaßdrucks und niedrige Einlaßdrücke zu erwarten sind, kann dieser Prozentsatz bis zu beispielsweise 5 % ansteigen.

In Figur 2 bezeichnet eine Hinweiszahl loo allgemein ein Druckminderungsventil entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Aus Gründen einer Vereinfachung sind einander entsprechende Teile der Ventile Io und loo mit ähnlichen Hinweiszahlen belegt. Das Ventil loo ähnelt dem Ventil Io mit dem Unterschied, daß das Ventilverschlußglied 68 nunmehr vom Element 32 getragen Wird und daß die Auslaßbohrung 72 im Querglied 64 angeordnet ist. Die Auslaßbohrung 72 steht mit einem Querkanal Io2 in Verbindung, der durch die Wandung des Hauptgehäuseteils 14 führt. Zwischen der Kappe 18 und dem Element 32 befindet sich eine Kammer Io4, zu der eine Leitung vom Kanal Io2 führt. Das Element 32 dieses Ventils weist einen einfacheren Aufbau als das oben beschriebene auf und enthält ein Hauptteil Io6, in dem diametral gegenüberliegende Schlitze zur Aufnahme des Gliedes 64 vorgesehen sind. Ferner ist das Element 32 mit zwei Endkappen Io8 und Ho versehen. Die Rollmembran 34 ist zwischen dem Teil|lo6 und der Kappe Io8 eingeklemmt, während die Rollmembran 36 in ähnlicher Weise zwischen der Kappe Ho und dem Teil Io6 eingeklemmt ist. Das Verschlußglied 68 bildet einen Teil der Kappe Ho, die bei 112 mit einem Rand bzw. einer Zinne versehen ist, um zu verhindern, daß die Kammer Io4 vollständig vom Kanal Io2 abgeschlossen ist, wenn das Ventil gemäß Darstel lung vollständig geöffnet ist. Das Ventil arbeitet in derselben Weise wie das Ventil Io.

Ein Ventil gemäß Figur.3 stellt eine Abwandlung des Ventils aus Figur 1 dar, und ähnliche Teile sind mit entsprechenden Hinweiszahlen belegt. In diesem Ventil liegt das Querglied 64 Eechtwinklig zum Einlaß 4o, und der Auslaßanschluß 74 befindet sich am oberen Ende des Gehäuses 12 statt an deseem unteren Ende. Daher bildet die Kappe 18 eine obere Kappe, während die Kappe 16 eine untere Kappe darstellt, die zusammen mit dem Element eine Kammer

409848/0332

einschließt. Diese ist über einen Kanal 116 mit dem Einlaßkanal stromaufwärts vom Einlaß 4o verbunden, und es befindet sich ein von Hand und beispielsweise über einen Druckknopf betätigbares Ventil 118 im Kanal 116. Ein Auslaßkanal 12o mit einer darin angeordneten Strömungsregulierungsnadel 122 führt von der Kammer 114 zu einer Auslaßkammer 124. Eine Feder 126 drängt das Element 32 in die Schließposition des Ventils. Das Element 32 ist schematisch dargestellt und enthält ein Hauptteil 128, eine Abschlußkap*· pe 13o und Endringe 132. Der obere Ring 132 ist bei 134 mit einem Rand bzw. einer Zinne versehen, um sicherzustellen, daß der Kanal 12o in der dargestellten vollständigen Offnungsposition nicht von der Kammer 124 abgetrennt wird.

Wenn sich im Betrieb kein Druck in der Kammer 124 oder in der .Kammer 114 befändet, hält die Feder 126 das Ventil in der Schließposition. Aus den detailliert in bezug auf Figur 1 beschriebenen Gründen übt der Einlaßdruck keine resultierende Kraft auf das Element 32 aus oder aber bei Vorliegen einer resultierenden Kraft ist die Größe derselben eng gesteuert. Wenn das Ventil 118 geöffnet ist, steigt der Druck in der Kammer 114 an, und es wird eine sich aus dem Druck ergebende Kraft auf das Element 3 2 ausgeübt. Diese Kraft überwindet die von der Feder 126 begründete Kraft, und das Element 32 verschiebt sich in Öffnungsrichtung des Ventils. Sobald das Ventil 118 schließt, beginnt der Druck in der Kammer 114 infolge der Ableitung über den Kanal I2o abzufallen. Schließlich überwindet die von der Feder ausgeübte Kraft die von dem unter Druck in der Kammer 114 befindlichen Wasser ausgeübte Kraft, und das Ventil schließt. Die Strömungsrate durch den Kanal 12o und daher die Zeit des Schließvorgangs des Ventils hängen von der Einstellung der Nadel 122 ab.

Wenn es erwünscht ist, kann die Feder 126 fortgelassen werden, wobei die Flächendifferenz der Enden der Kammer 38 in bezug auf die Fläche der Bohrung 72 so gewählt wird, daß sich eine auf das Element 32 ausgeübte, vom Einlaßdruck abgeleitete und das Element in Schließrichtung gegen die Kraft infolge des Drucks in der Kammer 114 drängende Kraft ergibt.

-Patentansprüche- - 9 -

409848/0332

Claims (4)

— Q _ Patentansprüche

1.) Steuerventil für einen Flüssigkeitsstrom mit einem Gehäuse und ^ einem darin verschiebbaren Ventilelement, wobei ein Ventileinlaß zu einer außen vom Gehäuse und innen vom Ventilelement begrenzten Kammer führt und wobei die Enden der Kammer bildende Wandungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Ende der Kammer (38) bildende Wandung (34) eine Fläche einnimmt, die sich von derjenigen der Wandung (36) unterscheidet, welche das andere Ende der Kammer ausmacht, wobei die Flächendifferenz zwischen den Endwandungen eine Funktion von der Fläche eines Auslasses (7.2) ist und wobei beide Endwandungen in bezug auf das Gehäuse verschiebbar sind.

2. Ventil nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse, einem in dieses führenden Einlaß, einem verschiebbaren Ventilelement im Gehäuse sowie ersten und zweiten Abdichtungen zwischen dem Element und dem Gehäuse, wobei die Abdichtungen in Verschiebungsrichtung des Ventilelements einen gegenseitigen Abstand aufweisen und zusammen mit dem Gehäuse und dem Ventilelement eine Druckkammer begrenzen, in die der Einlaß führt, wobei das Ventilelement ferner einen mit der Kammer in Verbindung stehenden hohlen Innenraum aufweist und wobei ein Ventilauslaß vom hohlen Innenraum führt, während das Ventilelement eine Schließposition für den Auslaß aufweist und aus dieser Position zum Öffnen des Ventils verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Druck in der Kammer wirksame Fläche einer Endwandung der Kammer (38) unterschiedlich von der für den Druck in der Kammer wirksamen Fläche der anderen Endwandung der Kammer ist und daß die Flächendifferenz dergestalt ist, daß auf das Ventilelement eine vom Einlaßdruck abgeleitete Kraft ausgeübt wird, die den vom Auslaß herrührenden Effekt einer Unausgeglichenheit zu vermindern neigt.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Abdichtungen jeweils eine Membran (34, 36) darstellen, deren Innenumfang am Ventilelement (32) und deren Außenumfang am Gehäuse (12) festgelegt sind. - ^lo

40 9848/0332

- Io -

4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß"der Auslaß von einer Bohrung (72) im Ventilelement (32) gebildet wird und sich vom hohlen Innenraum desselben in Bewegungsrichtung des Ventilelements erstreckt.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (32) diametral gegenüberliegende Schlitze (44) aufweist und daß sich ein Querglied (64) durch das Element (32) über die Schlitze (44) erstreckt, wobei ein Ventilverschlußglied (68) vom Querglied (64) getragen wird und mit dem Auslaß (72) zusammenarbeitet.

6. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element (32) diametral gegenüberliegende Schlitze (44) und ein feststehendes Querglied (6.4) aufweist, welches sich über die Schlitze (44) durch das Element (32) erstreckt, wobei der Ventilauslaß von einem Kanal (Io2) im Querglied (64) gebildet wird und wobei ein Ventilverschlußglied (68) vom verschiebbaren Element (32) für eine Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Kanal (Io2) und dem hohlen Innenraum des Ventilelements (32) getragen wird.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendifferenz der Fläche, des Ventilauslasses entspricht, so daß das Ventilelement von Veränderungen im Einlaßdruck unbeeinflußt bleibt.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendifferenz kleiner oder größer als die Fläche des Ventilauslasses ist, wodurch auf das Ventilelement eine vom Einlaßdruck abgeleitete Kraft ausgeübt wird, die sich mit dem Einlaßdruck ändert.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche des Ventilelements (3.2) dem Druck am Ventilauslaß ausgesetzt ist, so daß das Element (32) dem Rückdruck an diesem Auslaß unterworfen ist, und daß eine weitere

- 11 -

409848/0332

ORIGINAL INSPECTED

Fläche des Elements einer gegensinnigen Kraft ausgesetzt ist, die durch den Rückdruck auf die Fläche ausgeübt wird.

Io. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Ventilelement (32) eine Kraft ausgeübt wird, die es in die Schließposition zu schieben neigt, und daß eine Kammer (1.14) vorgesehen ist, deren Druck zu einer Kraft führt, welche das Ventilelement (32) zur Offnungsposition zu schieben neigt, wobei ferner ein Einlaß (1.16) zur Kammer (114) , ein Ventil (1.18) für ein zeitweiliges Verbinden dieser Kammer mit einer Druckflüssigkeitsquelle und ein von der Kammer (114)
führender Ausströmkanal (12o) vorgesehen sind, so daß der
Druck in der Kammer während einer Zeitperiode abfällt.

4 09848/0332

Leerseite