DE2506855C3 - Hochdruckreduzierventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckreduzierventil mit einem aus einem Stapel koaxialer Ringscheiben mit gleicher Innenbohrung zusammengesetzten Drosselkörper, in dem ein dicht abschließender Kolben verschiebbar ist, während zwischen den Flächen benachbarter Ringscheiben von der Drosselkörperinnenbohrung zum Außenrand des Scheibenstapels verlaufende Strömungswege ausgebildet sind.

Es sind Druckreduzierventile der genannten Art bekannt (US-PS 35 14 074 und US-PS 35 29 628), bei denen in dem Ringscheibenstapel Kanäle gebildet sind, durch die eine Umlenkung des Strömungsmediums und eine hohe Wandreibung bewirkt werden. Bei den bekannten Ventilen ist für die Vereinigung von Wandreibung und Umlenkung ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich, insbesondere ist die Herstellung der einzelnen Ringscheiben sehr aufwendig.

Es ist auch eine Druckminderungsvorrichtung für Hochdruckdampf bekannt (DE-PS 10 08 977), bei welcher ringsum laufende Austrittsöffnungen nach Art einer Labyrinthdichtung vorgesehen sind, wobei die Öffnungen als schmale, zum Austritt hin im Querschnitt einen dem Flachgewindequerschnitt gleichen Verlauf aufweisende Spalte ausgebildet sind, in denen ein Richtungswechsel und Spannungsverlust für den Dampf erzielbar ist. Hier sind für eine wesentliche Wandreibung die senkrechten Partien des Spaltes zu breit, und es ergibt eine weitere Annäherung der Drosselscheibtn keine gleichmäßige Veränderung der Spaltbreite über den Strömungsweg. Es ergibt sich dadurch eine mehrfache Drosselung mit jeweils nachfolgender

ίο Entspannung bzw. Verwirbelung, wodurch erhebliche Geräusche erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruckreduzierventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das zur Druckreduzierung eine Strömungsumlenkung einerseits und eine starke Wandreibung durch ein hohes Verhältnis "on Wandfläche zu Volumen andererseits auf einfache Weise vereinigt Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jede Ringscheibe auf wenigstens einer Fläche mehrere, im wesentlichen kreisringförmige Rippen von V-förmigem Querschnitt mit dazwischenliegenden V-förmigen Rillen trägt, wobei konzentrischen Rippen auf der einen Fläche zweier einander gegenüberstehender Ringscheiben entsprechende konzentrische Rillen auf der gegenüberliegenden Fläche der angrenzenden Ringscheibe gegenüberstehen, daß jede Ringscheibe entlang dem Außenrand auf wenigstens einer Fläche Abstandshaltevorspt ünge aufweist, die die benachbarte Ringscheibe etwas übergreifen, und daß eine erhebliche

Öffnung am Innenrand jeder Scheibe eine Verbindung mit dem ringförmigen Spaltraum zwischen den Scheiben und eine erhebliche Öffnung am Außenrand jeder Scheibe die Verbindung vom Spaltraum zum Ventilauslaß bildet.

Das erfindungsgemäße Ventil ist in einfacher Weise herstellbar. Die vorgesehene V-Form der Rippen bzw. Rillen ermöglicht die Kombination der Strömungsumlenkung und der starken Wandreibung, da bei dieser Formgebung trotz Umlenkung der Strömung die Spaltdicke auf dem gesamten Weg der Strömung gleichmäßig durch entsprechende Dimensionierung des Ringrandes bei der Herstellung einstellbar ist.

Die Rippen auf der einen Fläche der einen Ringscheibe können einen spiraligen Verlauf aufweisen, wobei der Spiralrippe eine entsprechende Spiralrille auf der gegenüberliegenden Fläche der benachbarten Ringscheibe gegenübersteht.

Die Tiefe der V-förmigen Rillen kann von innen nach außen zunehmen.

so Zweckmäßig liegen die Grate der V-förmigen Rippen im wesentlichen in einer Ebene.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nun in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein Ventil mit einzeln aufeinandergestapelten Ringscheiben;
F i g. 2 eine Draufsicht auf eine der Scheiben;
F i g. 3 einen Schnitt durch die Scheibe nach F i g. 2 in Durchmesserrichtung;

F i g. 4 eine Seitenansicht der Scheibe aus F i g. 2;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Scheibe mit abgewandelter Gestaltung der Rippen sind Rillen;

F i g. 6 zwei Scheiben übereinander im Schnitt, deren Rippen und Rillen vertikal voneinander getrenn; sind;

b¹) F i g. 7 eine abgewandelte Ausführungslorm derarti^rer Scheioen mit Rillen in den Scheibenfläehen, bei denen der Scheibenabstand mit zunehmendem Radialabstand von der Mittelöffnung anwächst;

Fig.8 einen Querschnitt durch eine Scheibe mit schmalen Stützfüßen am Außenrand, durch die die Scheibe von der darunter befindlichen abgehoben wird;

Fig.9 ein teils geschnittenes, teils aufgebrochenes Ventil mit Scheiben gemäß F i g. 8, deren Stützfüße beim Aufeinandersetzen gegeneinander verdreht sind.

Das in F i g. 1 gezeigte Ventil besteht aus einem Ventilgehäuse 10, in dem ein vertikal bewegbarer Kolben 11 angeordnet ist, der innerhalb einer zentralen Einlaßöffnung 12 verschoben werden kann, wodurch eine Anzahl seitlicher Einlaßöffnungen 13 mehr oder weniger verschlossen wird; die Einlaßöffnungen 13 führen zu Ringkammern 14, die zwischen den aufeinandergestapelten Scheiben 15, 16 gebildet sind. Ein Strömungsmedium unter hohem Druck strömt in die zylindrische Einlaßkammer 12 und von dort in die seitlichen Einlaßöffnungen 13, strömt dann in die offenen Ringkammern 14 zwischen den übereinander angeordneten Scheiben und von dort am Rande der Scheiben durch Austrittsöffnungen 17 wieder ab. Das aus den öffnungen 17 ausströmende Medium gelangt in eine Ringkammer 18, die die gestapelten Scheiben über den größten Umfangsbereich umgibt außer in einer Zone, die zu einer Austrittsöffnung 19 führt

Das Ventil nach der Erfindung wird aus Scheiben zusammengesetzt, die nachfolgend im einzelnen beschrieben werden. Die Anzahl der Scheiben, der Zwischenraum zwischen ihnen, die Oberflächengröße der einzelnen Scheiben und die spezielle Oberflächengröße der einzelnen Scheiben und die spezielle Oberflächengestaltung hängt von der Größe des Ventils sowie Volumen und Druck des durchzusetzenden Druckmediums ab. Die Scheiben in einem einzelnen Ventil haben vorzugsweise alle dieselben Innen- und Außendurchmesser und im wesentlichen gleichen Aufbau. Die Scheiben sind praktisch sämtlich fluchtend übereinandergesetzt, was insbesondere zur Erzielung einer glatten Zylinderkammer 12 für den Kolben 11 und dessen dichten Abschluß erforderlich ist, so daß am Kolben entlang kein Leckstrom auftreten kann.

Die öffnungen 13 zwischen den benachbarten Scheiben sind in der Achsrichtung des Ventils ausgerichtet, und vorzugsweise ist die gesamte Öffnungsfläche in jeder Ebene jeweils gleich. Eine öffnung 13 zwischen benachbarten Scheiben kann ein durchgehender, enger Öffnungspalt sein, der den gesamten Innenrand der Einlaßkammer zwischen benachbarten Scheiben umfaßt, zumal wenn die Scheiben durch Stützfüße am Außenrand gegeneinander abgestützt sind.

Eine bei der Erfindung mit Vorteil einzusetzende Scheibe ist in den F i g. 2,3 und 4 dargestellt Die Scheibe paßt mit den benachbarten Scheiben mittels konzentrischer Rippen auf der einen Scheibenfläche und unmittelbar gegenüberstehender konzentrischer Rillen auf der anderen Scheibenfläche ineinandergreifend zusammen. Die Flächen benachbarter Scheiben, d. h. die obere Fläche einer unteren Scheibe und die untere Fläche der nächst darüberbefindlichen Scheibe sind vorzugsweise zueinander parallel, so daß der Ringraum zwischen Einlaßöffnung ur^ V¹SIaB am Umfang der Scheibe eine Höhe oder Dicke hat die praktisch gleichförmig ist, wenn auch der Ringraum durch unregelmäßige, d. h. nicht ebene Flächengestaltung begrenzt wird.

Die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Scheibe hat einen Ringrand 20 an ihrem Außenrand, der etwas unter die untere Fläche der Scheibe hinunterragt. Selbstverständlich kann die Scheibe auch umgedreht verwendet werden, so daß der Rand über die obere Räche hinausragt

Der äußere Ringrand wird durch Schlitze 21 unterbrochen, durch die das zwischen den Scheiben hindurchgeströmte Medium wieder austreten kann. Die Austrittsschlitze 21 können fast den gesamten Umfang der Scheibe einnehmen, so daß der Rand 20 auf kleine Abschnitte, z. B. vier schmale Bereiche zum Abstützen der jeweiligen Platte zusammenschrumpft Die Austrittsschlitze 21 befinden sich vorzugsweise auf demselben Radius wie die Eintrittsschlitze 13 am Scheibeninnenrand.

Der Ringrand 20 paßt in eine Ringabstufung oder Schulter 22, so daß die Scheiben sich seitlich nicht gegeneinander verschieben können, und sie halten zwischen den gegenüberstehenden Flächen benachbarter Scheiben den Abstand des Ringraums 14 ein. Eine Ringfläche 23 liegt gegen die Fläche 24 einer angrenzenden Scheibe an, wie dies die Zeichnung zeigt doch können die Scheiben auch so konstruiert sein, daß diese einander gegenüberstehenden Flächenabschnitte voneinander Abstand haben. Haben diese Flächenbereiche 23 und 24 miteinander Berührung, dann muß der Austrittsschlitz 21 so gestaltet sein, daß er sich über die Fläche 24 bis in die Schrägfläche 25 der äußersten Ringrille 26 hinein erstreckt, die dann unmittelbar der Ringrippe 27 der nächst angrenzenden Scheibe gegenübersteht. Die Anzahl der Ringrippen auf einer Fläche einer Scheibe ist vorzugsweise gleich der Anzahl der Riingrillen in der gegenüberliegenden Fläche.

Ein Durchtrittsraum für das strömende Medium wird zwischen übereinanderliegenden Scheiben dadurch gebildet, daß die Wände 25 und 28 der Ringrülen 26 von den V/änden 29 und 30 der Ringrippen 27 der nächsten Scheibe einen Abstand haben. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Wand 25 parallel zur Wand 19. Der Scheitelwinkel der Rille 26 ist gleich dem Scheitelwinkel der Rippe 27. Dieser Scheitelwinkel kann zwischen 150° und etwa 15° liegen, wird jedoch vorzugsweise zwischen 120° und 30° und liegt in den meisten Fällen zwischen 90° und etwa 45°. Bei dem dargestellten Ausfiihrungsbeispiel haben die Rippen und Rillen einen Scheitelwinkel von 60°.

Deir Abstand d\ von der Ringfläche 24 zum Scheitel der Rille 26 ist etwas größer als der Abstand dt von der oberen Ringfläche 23 zum Scheitel der Ringrippe 27. Dadurch wird erzielt, daß ein Durchtrittsspalt für das strömende Medium zwischen aufeinanderliegenden Scheiben vorhanden ist, wenn die Fläche 23 der einen Scheibe mit der Fläche 24 der anderen in Berührung ist Der Abstand zwischen benachbarten Scheiben hängt von der Anzahl der Scheiben ab, die für ein bestimmtes Ventil benötigt werden, sowie vom Gesamtdurchmesser der Scheiben, der Breite der festen Scheibenabschnitte zwischen den Ringöffnungen am Innenrand und am Außenrand der Scheibe und der Anzahl und dem Scheitelwinkel der Rippen und der Rillen.

Bei einer typischen Scheibe mit einem Außendurchmesser von etwa 75 mm und einer mittleren Bohrung von etwa 37,5 mm genügt ein senkrechter Abstand zwischen den benachbarten Scheiben von 1,5 mm bis 3 mm, um den gewünschten Strömungswiderstand hervorzurufen. Die Gesamtdicke c/3 einer Scheibe kann beträchtlich schwanken, was von der Tiefe der Rillen und der Höhe der Rippen beeinflußt wird. Die Tiefe ds eines Ventils mit Scheiben der oben aufgeführten Abmessungen umfaßt jedoch typisch den Bereich

zwischen 6 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 9 und 18 mm.

Fig.2 zeigt eine Unteransicht der in Fig. 3 im Schnitt gezeichneten Scheibe, wobei dargestellt ist, wie der Außenrand 20 und die Schlitze 21 und 13 angeordnet sind. Zwischen den Schlitzen 13 bleiben Stützfüße 31 stehen. F i g. 2 zeigt auch, daß die Breite der Schlitze 21 gleich der der Schlitze 13 ist, wenngleich die einen Schlitze auch breiter sein können als die anderen oder die Stützfüße 31 gänzlich entfallen können, so daß der Schlitz 31 als umlaufende Ringöffnung anzusprechen ist. Die Schlitze 21 können den größten Teil des Scheibenumfangs einnehmen, so daß nur noch schmale Zonen des Ringrandes 20 stehenbleiben, die eine seitliche Verschiebung der Scheiben gegeneinander verhindern. Da der Rand 20 die entsprechende Fläche der benachbarten Scheibe überlappt, werden dadurch die Scheiben vertikal im Abstand gehalten, und es wird auch eine gegenseitige seitliche Verschiebung der Scheiben unterbunden. Aus Konstruktionsgriinden sind deshalb keine Stützfüße 31 zwischen den Eintrittsöffnungen 13 erforderlich. Die öffnung in die Ringkammern zwischen den Scheiben kann damit ein umlaufender Ringspalt sein.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 weist abgewandelte konzentrische Rippen und Rillen auf in den einander zugewandten Flächen der übe:reinander gestapelten Scheiben. Die Schnittdarstellung der F i g. 5 zeigt den rechteckigen Querschnitt der Rippen und Rillen, d. h. die Rippe 32 hat parallele Seitenwände 32a und 32b, die auf eine im wesentlichen ebene Fläche 33 im rechten Winkel treffen. In die Rille 35 greift die Rippe 32 ein, wobei erstere eine etwas breitere ebene Fläche parallel zur Rippenoberfläche 32c aufweist. Eine Scheibe mit einer Rippen-Rillenanordnung gemäß Fig.5 hat je Rippe eine Umkehrstelle mehr als die Anordnung nach Fig.3. Der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen der benachbarten Scheiben ist bei der Ausführungsform nach F i g. 5 im wesentlichen konstant.

Eine ringförmige Expansionskammer 34 ist am Randaustritt der Druckabfaüzone vorgesehen. Der Eintritt 37 in die Druckabfallzone ist trichterförmig im Querschnitt Die Fläche 38 ist mit einem Winkel zwischen 5° und 15° gegen die Senkrechte geneigt, wodurch die Regulierung der Strömungsmenge bei Verschieben des Kolbens gegenüber der Fläche 38 verbessert wird. Die Fläche 39 hat eine Winkelneigung zwischen 45° und 60° gegen die Senkrechte.

Als Ausgangszone für das strömende Medium befindet sich der äußere Raum 36 am Rande des Druckabfallbereichs. Das Strömungsmedium strömt in den Ringraum 34 und expandiert darin. Dieser Innenraum 34 dient als Zwischenexpansionszone, aus dem das Gas dann durch Austrittsöffnungen in den umgebenden Leitungsbereich eintritt, wo es weiter expandieren kann.

Fig.6 zeigt im Schnitt die Expansionszone zwischen einem Scheibenpaar mit konzentrischen Rippen, die den ebenfalls konzentrischen Rillen in der angrenzenden Scheibe genau gegenüberstehen. Die Spitzen der Rippen bzw. der zwischen den Rillen der anderen Scheibe verbleibenden Rippen haben voneinander einen vertikalen Abstand <U, der wesentlich geringer ist als der eingezeichnete Abstand <h zwischen Scheitel der Rippe und Scheitel des Rillengrundes; vorzugsweise ist (U nicht größer als ein Viertel von tfc. Wenn (U zu groß gewählt wird, wird das strömende Medium gezwungen.

in die Rillen zwischen den Rippen einzudringen. Es ist selbstverständlich möglich, (U auch 0 zu machen oder, wie es in der Fig. 1 zu sehen ist, die Rippen der einen Scheibe in die· Rillen der gegenüberliegenden eindringen zu lassen, so daß die Rippen einander gewissermaßen überlappen.

Das Ventil nach der Erfindung kann sowohl für die Steuerung und die Druckminderung von Hochdruckströmungsmittelströmen eines flüssigen Mediums oder eines gasförmigen Mediums verwendet werden, wobei ja bekannt ist, daß das Volumen eines gasförmigen Mediums mit Druckabnahme zunimmt. Wird daher bei abnehmendem Druck ein Gasstrom durch einen gleichbleibenden Querschnitt hindurchgeleitet, so muß die Strömungsgeschwindigkeit ansteigen. Um akustische Belästigungen der sehr schnellen Gase zu vermeiden, kann das erfindungsgemäße Ventil so dimensioniert werden, daß die Gasgeschwindigkeiten 0,4 Mach an keiner Stelle im Ventil überschreitet.

Um eine praktisch konstante Gasgeschwindigkeit im gesamten Spalt zwischen den Ventilscheiben zu erhalten, muß das Volumen entsprechend der Druckabnahme ansteigen. Ventile, die speziell für Gase konstruiert sind, haben deshalb im Austrittsbereich einen größeren Spaltabstand als am Einlaß des Spaltes an der zylindrischen Mittelkammer. Die Scheiben können Rippen und Rillen von gleichmäßiger Höhe bzw. Tiefe haben, wobei der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen mit der Entfernung von den Eintrittsöffnungen in den Spalt zunimmt. Bei einer derartigen Konstruktion nimmt das Volumen des Strömungsweges durch die Spalte stärker zu, ohne daß die Rippenausmaße zunehmen müssen. Damit wird auch erreicht, daß immer weniger Gas seine Richtung ändern muß, wenn es sich dem Außenrand der Scheiben nähert Bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsform jedoch wird die Größe der Rippen bzw. Rillen mit zunehmendem Abstand von der Eintrittsöffnung in den Spalt erhöht Ein derartiges Beispiel ist in der F i g. 7 dargestellt.

In F i g. 7 ist der Spalt einer speziell für Hochdruckgase geeigneten Anordnung wiedergegeben. Der Gasstrom geht durch den Spalt zwischen den Scheibenflächen vom zylindrischen Innenraum 12 zum Außenrand der Scheiben. Die Rillen in den Scheibenflächen nehmen von innen nach außen an Tiefe zu. Die erste Rippe 40, gegen die der Gasstrom zunächst anläuft, hat eine geringere Höhe und damit auch Anlauffläche als die Rippe 41 nahe dem Austritt am Außenrand. Die Tiefe c4

so der gegenüberstehenden äußeren Rille 44 ist wesentlich größer als die 'liefe ds der innersten Riiie 45. Die zwischen den beiden Außenrippen 40 und 41 liegenden inneren Rippen 42 und 43 haben eine entsprechend angepaßte, von innen nach außen zunehmende Rippenhöhe.

Da die Höhe der Rippen und die Tiefe der Rillen von innen nach außen zunimmt, nimmt auch das Volumen des Spaltes mit zunehmendem Radialabstand von der Mitte zu. Der Raum zwischen der Rippe 41 und der ihr gegenüberstehenden Rille 44 ist wesentlich größer als der Raum zwischen der Rippe 40 und der gegenüberliegenden Rille 44. Bei einem Ventil, das zur Steuerung eines Gasstroms bei einer Druckabnahme auf etwa ein Drittel verwendet wird, sollte der Raum zwischen der äußersten Rippe und der gegenüberliegenden Rille ungefähr das Dreifache des Raumes zwischen der innersten Rippe und der dieser gegenüberstehenden Rille sein.

Bei der Handhabung von Strömungsmedien in einem Ventil gemäß der Erfindung soll über einen Druckabfall von 50% an einer einzigen Rippe nicht hinausgegangen werden, was im allgemeinen eine dreifache Richtungsänderung des strömenden Mediums verlangt. Um also den Druck von 100 bar auf unter 10 bar abzusenken, ist eine Anordnung erforderlich, bei der an der ersten Rippe ein Druckabfall auf 50 bar erzielt werden kann, an der zweiten Rippe dann ein Druckabfall auf 25 bar, an der dritten Rippe ein Druckabfall auf 12,5 bar und schließlich an der vierten Rippe ein Druckabfall auf 6,25 bar.

Mit der Erfindung wird ein Ventil geschaffen, durch das infolge von Richtungsänderungen und Reibung an den Oberflächen der Druck im strömenden Medium vermindert wird. Die Austrittsöffnungen eines Scheibenpaars können auch unmittelbar der öffnung eines weiteren Scheibenpaars gegenüberstehen, so daß die Medienströme dann aufeinanderstoßen, was wiederum zu einem Energieverlust führt. Das strömende Medium wird bei der Erfindung gezwungen, quer über Rippen und durch Rillen zu strömen, so daß es durch wiederholte Richtungswechsel seine Energie zum Teil einbüßt. Außerdem ist der Strömungsweg durch die Spalte zwischen einander gegenüberstehenden Scheiben ausreichend lang, so daß ein Energieverlust auch bereits aufgrund von Reibung auftritt.

Die Scheiben für die Ventile gemäß der Erfindung werden vorzugsweise so konstruiert, daß zwischen ihnen wenigstens eine vierfache Richtungsänderung auftritt. Außerdem wird angestrebt, den Raum zwischen den Scheiben so zu gestalten, daß die Geschwindigkeit des strömenden Mediums nicht zu hoch wird, vorzugsweise niedriger als 0,4 Mach für Gase und weniger als 30 m/sec für Flüssigkeiten. Das erfindungsgemäße Ventil erlaubt es, die Strömung von unter hohem Druck stehenden Strömungsmedien zu regulieren, ohne daß das Medium eine hohe Geschwindigkeit annehmen muß. Das Medium wird an einem Ende in eine zylindrisch geformte Kammer eingelassen, die durch die Mittelbohrungen der übereinander gestapelten Scheiben gebildet wird. Das für das unter hohem Druck stehende Medium zur Verfügung stehende Volumen des Innenholraumes wird durch einen Kolben reguliert, der entlang der Mittelachse der Zylinderkammer verschiebbar ist. Aus der Kammer strömt das Hochdruckmedium radial in die angrenzenden Ringspalte, die die Zylinderkammer umgeben. Die Anzahl der Ringspalte ist um 1 kleiner als die Zahl der verwendeten Scheiben, da jeweils ein Paar von Scheiben benötigt wird, um einen einzigen Ringspalt zu bilden. Die Scheiben haben mit .Ausnahme der untersten und der obersten Rippen und Rillen auf beiden Flächen.

Die Strömungsrichtung des Mediums in den gewählten Ringspalten ist im wesentlichen senkrecht zu den Rippen und Rillen. Mit anderen Worten, der Strömungsverlauf ist radial, ausgehend von der zylindrischen Mittelkammer, und das Medium strömt auch praktisch radial in den umgebenden Raum aus, der vom Ventilkörper gebildet wird, welcher die übereinander gestapelten Scheiben mit Ausnahme an der Stelle der Austrittsöffnung aus dem Ventilkörper umschließt

Die Richtung des Medienstroms innerhalb der gewählten Spalte wird in ausreichender Zahl geändert, üblicherwiese wenigstens viermal, um einen hinreichend großen Druckabfall in einem Hochdruckmedium zu erzielen. In einem vertikal stehenden Ventil, d.h. in einem solchen mit vertikal angeordneten Kolben, verläuft die Richtungsänderung im wesentlichen in einer vertikalen Ebene; das strömende Medium tritt radial aus der mittleren Zylinderkammer in den Spalt ein und erhält lediglich Ablenkung in vertikaler Richtung zum radialen Verlauf, nicht jedoch in einer Querrichtung innerhalb der Spaltebene.

Die Gase, die einer Druckminderung ausgesetzt werden, expandieren dabei. Die in der Fig. 7 gezeigte Scheibe soll dieser Eigenschaft der Gase besonders entgegenkommen. Der gewählte Ringspalt, der durch die einander gegenüberstehenden Flächen eines Scheibenpaars gebildet wird, bietet für Gase oder sonstige strömende Medien, die durch den Ringspalt von innen nach außen strömen, ein zunehmend sich vergrößerndes Volumen. Da jeder von innen nach außen folgende Ringraum auch einen größeren Umfang hat, ist die Umfangsfläche zwischen den Scheiben am Austritt wesentlich größer als die Umfangsfläche am Eintritt in die Ringspalte. Dies ist ein Merkmal, das bei Vorrichtungen, die vom strömenden Medium in einem langen Tunnel oder dergleichen durchströmt werden, nicht auftreten kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils ist der wahrhaft umkomplizierte Aufbau jeder einzelnen Ringscheibe. Ventile für die Strömungskontrolle von Hochdruckmedien erfordern ganz allgemein eine sehr genaue Überwachung. Die Flächen der einzelnen Bestandteile werden üblicherweise in Maschinenfertigung hergestellt. Die Maschinenfertigung von konzentrischen Rillen, wie sie bei der Erfindung in den Scheiben angebracht werden, kann leicht auf einer Drehbank ausgeführt werden. Die erforderlichen Toleranzen an den Scheiben können deshalb mit großer Genauigkeit eingehalten werden. In einem Scheibenstapel, aus dem das Ventil nach der Erfindung zusammengefügt ist, kann das Volumen der gewählten Ringspalte sehr genau gleichgehalten werden, womit ein exakt vorhersehbarer Betrieb gefahren werden kann.

Der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils ist auch insofern vorteilhaft, als sich weniger leicht Fremdkörper in einem gewählten, ringförmigen Spalt ansetzen können als in ein m langen engen Tunnelrohr. Außerdem kann das Ventil schnell zusammengebaut werden, da weder horizontale noch radiale Ausrichtung der Scheiben gegeneinander erforderlich ist. Die Scheiben müssen lediglich vertikal fluchtend übereinandergesetzt werden, wobei jedoch die übergreifenden Ränder automatisch für diese Anordnung sorgen. Wenn die Scheiben in Umfangsrichtung gegeneinander verdreht sind, so hat dies auf die Arbeitsweise des Ventils keinen Einfluß.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die aus den beschriebenen Scheiben aufgebauten Ventile einfach verlegt und gereinigt werden können, da keine Schweißungen nötig sind, um sie in einer bestimmten Orientierung zueinander festzulegen. Auch brauchen keine Bolzen durch die Scheiben hindurchgesteckt zu werden, um sie gegeneinander zu arretieren. Lediglich der vertikale Druck hält die zueinander fluchtenden Scheiben fest Zusätzliche Abstandshalter zwischen den Scheiben werden ebenfalls nicht benötigt Ein weiteres und sehr wesentliches Merkmal der

Erfindung besteht darin, daß die Scheiben schmale Stützfüße haben können, die voneinander am Umfang einen größen Abstand haben, so daß die Scheiben in Umfangsrichtung zueinander verdreht angeordnet werden können, d.h. die Füße an der einen Scheibe werden gerade in der Lücke zwischen den Füßen der

vorhergehenden Scheibe angeordnet, was eine gewisse federnde Konstruktion ergibt, so daß Dehnungen infolge unterschiedlicher Erwärmung des Ventilkörpers innerhalb des Scheibenstapels ausgeglichen werden können. Dieses Merkmal des Ventils gemäß der Erfindung ist sehr wichtig, da die Ventile für die Druckminderung im Medienstrom von einem hohen auf einen niedrigen Druck sowohl Reibung als auch Richtungsänderung im Medienstrom verwenden. Es entstehen deshalb infolge der äußeren als auch der inneren Reibung des Medienstroms erhebliche Temperaturerhöhungen. Hinzu kommt, daß das durchströmende Medium häufig selbst bereits eine erhöhte Temperatur hat. Oft sind die Scheiben selbst auch aus einem anderen Werkstoff hergestellt als der Ventilkörper, so daß unterschiedliche Wärmedehnungen infolge der verschiedenen Dehnungskoeffizienten bei den Scheiben und bei dem metallischen Ventilkörper auftreten. Wenn der Wärmedehnungskoeffizient der Scheiben viel größer ist als der des Ventilkörpers, könnte ein starkes Ansteigen der Temperatur andernfalls zum Bruch des Ventilkörpers führen.

Wie bereits besenrieben, halten die Scheiben ihren Abstand voneinander durch Stützen oder Füße, die nur einen kleinen Umfangsbereich der Scheiben einnehmen und daß der Innenumfang der Scheiben gänzlich offen ■st, da dort keine Stützfüße nötig sind, um den Abstand der übereinander gestapelten Scheiben zu gewährleisten. Die Füße sind vorzugsweise integraler Bestandteil der Scheiben selbst. Wie bereits gesagt, können am Außenumfang der Scheibe vier schmale Füße vorgesehen werden. Damit ist es möglich, die Scheiben so übereinanderzustaplen, daß die Füße der einen Scheibe gerade in den Zwischenraum der Füße der vorhergehenden Scheibe fallen, so daß sie auf einer elastisch nachgiebigen Stelle der Scheibe ruhen, die sich unter erhöhtem Druck durchbiegen kann. Anhand eines Beispiels in den Fig. 8 und 9 soll hierauf nochmals besonders Bezug genommen werden.

Die in der F i g. 8 im Querschnitt gezeigte Scheibe ist den Scheiben nach Fig.! bis 4 nahezu gleich mit der Ausnahme, daß sie nur schmale Füße hat, die in gleicher Weise konstruiert sind wie der Ringrand bei der früher beschriebenen Scheibe, wobei insbesondere diese Füße die darunterliegende Scheibe übergreifen und auf einer Schulter 47 aufstehen, so daß eine seitliche Verschiebung infolge des angrenzenden Randes 48 der Schulter ausgeschlossen ist. Die Füße 46 halten also den vertikalen Abstand der benachbarten Scheiben ein und verrastcn auch noch die Scheiben gegeneinander, um ein genaus Fluchten zu erzielen und um jede Verschiebung bei auftretenden Querkräften zu verhindern.

Die Verwendung von Scheiben mit schmalen und wenigen Füßen am Innenumfang, vorzugsweise jedoch am Außenumfang oder auch entlang Innen- Und Außenumfang ermöglicht es, eine Federwirkung im Scheibenstapel zu erzielen, indem die Füße jeweils auf Lücke zur darunter befindlichen Scheibe gesetzt werden.

ίο Es kann wünschenswert sein, die Schlitzöffnungen 49, durch die das Medium aus dem Spalt zwischen den Scheiben austritt, so auszuschneiden, daß ein schwacher Tragbalken der Dicke t gebildet wird. Die Dicke f wird dann so gewählt, daß die Scheibe zwischen einander benachbarten Füßen, die den Stützbalken bildet, sich unter dem Druck eines daraufgesetzten Fußes hinreichend durchbiegt, so daß übermäßige Beanspruchungen in einem Scheibenstapel, die durch Kräfte infolge unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten von Stapel und Ventilkörper auftreten, in Grenzen gehalten werden.

Obgleich genaue Dimensionierungen der Breite der Füße 46 und des Abstands zwischen den Füßen nur für Scheiben bestimmten Durchmessers gegeben werden können, ist bei der Herstellung der Scheiben für ein Ventil, in dem Unterschiede der Wärmedehnungskoeffizienten ausgeglichen werden sollen, darauf zu achten, daß die Breite der Füße und die Breite der Schlitze zwischen den Füßen wenigstens in einem Verhältnis von 1 :2 liegen, so daß wenigstens etwa 65% offene Fläche am Umfang der Scheibe vorhanden ist. Vorzugsweise wird eine Fußbreite zu Schlitzbreite von 1 :3 gewählt, wobei zwischen 3 und 6 Füße gleichmäßig am äußeren Umfang der Scheibe verteilt werden. Vier gleichmäßig

J5 verteilte Füße, die ungefähr 20% des Umfangs einnehmen, ergeben einer sehr günstigen Aufbau. Auch die Dicke t kann in genauen Zahlen nur für eine in ihren Abmessungen festliegende Scheibe angegeben werden. Allgemein kann jedoch gesagt werden, daß bei einer Fußbreite von mehr als 25% des Umfangs der Scheibe die Dicke t vorzugsweise geringer ist als 25% der Balkenbreite.

In F i g. 9 ist ein Scheibenstapel gezeigt, bei dem die Füße 46 so gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß sie auf den Balkenelementen 50 ruhen, die durch die Scheibenabschnitte zwischen den Füßen gebildet sind. Die Scheiben in Fig.9 haben vier gleichmäßig am Umfang verteilte Füße mit etwa 20% Breite gegenüber dem Abschnitt zwischen den Füßen; mit anderen

so Worten die vier Füße nehmen zusammen etwa 20% des Scheibenumfangs ein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hochdruckreduzierventil mit einem aus einem Stapel koaxialer Ringscheiben mit gleicher Innenbohrung zusammengesetzten Drosselkörper, in dem ein dicht abschließender Kolben verschiebbar ist, während zwischen den Flächen benachbarter Ringscheiben von der Drosselkörperinnenbohrung zum Außenrand des Scheibenstapels verlaufende Strömungswege ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringscheibe (15, 16) auf wengistens einer Fläche mehrere, im wesentlichen kreisringförmig verlaufende Rippen (27) von V-förmigem Querschnitt mit dazwischenliegenden V-förmigen Rillen (26) trägt, wobei konzentrische Rippen (29) auf der einen Fläche zweier einander gegenüberstehender Ringscheiben (16) entsprechende konzentrische Rillen (28) auf der gegenüberliegenden Fläche der angrenzenden Ringscheibe gegenüberstehen, daß jede Ringscheibe (15, 16) entlang dem Außenrand auf wengistens einer Fläche Abstandshaltervorsprünge (20, 46) aufweist, die die benachbarte Ringscheibe etwas übergreifen, und daß eine erhebliche Öffnung (13) am Innenrand jede: Scheibe (15,16) eine Verbindung mit dem ringförmigen Spaltraum (14) zwischen den Scheiben (15, 16) und eine erhebliche Öffnung (17,49) am Außenrand jeder Scheibe die Verbindung vom Spaltraum (17) zum Ventilauslaß (19) bildet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen auf der einen Fläche der einen Ringscheibe einen spiraligen Verlauf aufweisen und der Spiralrippe eine entsprechende Spiralrille auf der gegenüberliegenden Fläche der benachbarten Ringscheibe gegenübersteht.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der V-förmigen Rillen (44,45) von innen nach außen zunimmt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grate (40, 41, 42, 43) der V-förmigen Rippen im wesentlichen in einer Ebene liegen.