DE2714087A1

DE2714087A1 - Regelventil fuer in eine richtung stroemende fluide

Info

Publication number: DE2714087A1
Application number: DE19772714087
Authority: DE
Inventors: Roydon B Cooper
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1977-12-22
Also published as: AU508469B2; JPS606686Y2; NL170181B; DK155759B; SE432817B; CA1081582A; GB1534384A; JPS52153233A; FI66065B; DE2714087C2; JPS5934166U; DK155759C; FR2355224B1; CH632326A5; FR2355224A1; BR7703448A; ZA771444B; ES457603A1; NL7706165A; FI66065C

Description

PATENTANWÄLTE

DUM-lna. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZI K2 7 1 ^ 08 DipL-lne- G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

TELEFON CO6I1)

281134 287014

β FRANKFURT/M.

Ga ESCHENHEIMER STR. 39

28. März 1977 GuRb/Pi.

Case 2-219

PALL CORPORATION

30 Sea Cliff Avenue

Glen Cove, New York U.S.A.

Regelventil für in eine Richtung strömende Fluide

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Die Erfindung betrifft Regelventile für in eine Richtung strömende Fluide.

Häufig ist es wichtig, zu gewährleisten, daß der Fluidfluß in einem Fluidpfad nur in einer Richtung und nicht in die umgekehrte Richtung fließt, oder daß der Fluidfluß nur bei bestimmten Zuständen des Fluiddruckes und der Fluidströmung in die umgekehrte Richtung fließt. So ist es z.B. normalerweise wünschenswert, daß das Fluid durch ein Filter nur in der Vorwärtsrichtung und nicht in der Rückwärtsrichtung fließt, da eine Strömung in Rückwärtsrichtung das vom Filter ausgesonderte Verunreinigungsmaterial wieder abträgt, wobei die resultierende Entsorgung des Filters sehr nachteilige Folgen haben kann. In ähnlicher Weise kann z.B. der lediglich in einer Richtung erfolgende Durchfluß durch ein Instrument für den Betrieb einer Pumpe erforderlich sein, während der Durchfluß in entgegengesetzte Richtung die Pumpe beschädigen kann.

Bei derartigen Anwendungen ist es üblich, ein Rückschlagventil einzubauen, das den Fluidfluß in einer Richtung gestattet, in der anderen Richtung dagegen nicht ermöglicht. Es sind verschiedene Arten von Rückschlagventilen erhältlich, die von einfachen Strukturen aus elastischem Material, wie z.B. Entenschnabel ventile (duckbill valves), Schirmventile (umbrella valves) und Klappenventile bis zu den beträchtlich komplizierteren Kegelventil-Anordnungen reichen, die in den US-PS 3 13*f 39*f von Ohta, US-PS 2 577 851 von Hribar, US-PS 2 if 15 750 von Melichar, US-PS 2 667 895 von Pool E.A. und US-PS 3 05*f 420 von Williams beschrieben sind. Bei allen, diesen Anordnungen sitzt als Folge einer Strömung aus einer Richtung in der geschlossenen Stellung ein Ventilkegel auf einem Ventilsitz auf wobei der Ventilkegel als Folge einer Strömung aus der entgegen-

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gesetzten Sichtung sich vom Ventilsitz wegbewegt und das Ventil öffnet.

Nachteilig ist bei allen genannten Ventilanordnungen, daß eine große Vorspannkraft erforderlich ist, um das Ventil geschlossen zu halten, und daß aufgrund der großen Vorspannkraft der Öffnungsgrad des Ventils direkt zum differentiellen Fluiddruck am Ventil proportional ist. Sofern das Ventil durch eine Feder vorgespannt ist, wie das bei einem Kegelventil der Fall ist, nimmt die zum öffnen des Ventils erforderliche Kraft geometrisch mit wachsender öffnung zu, cla bei einer unter Belastung stehenden Feder die zum Weiterbewegen der Feder erforderliche Kraft größer wird. In ähnlicher Weise nimmt bei einem elastischen Material der Ausdehnungs- oder Auslenkungswiderstand zu, wenn sich das elastische Material unter dem Fluiddruck auslenkt oder ausdehnt.

Als Ergebnis folgt, daß derartige Ventile unmittelbar nach dem öffnen keine hohe Durchflußrate oder hohs Durchflußgeschwindigkeit aufgrund der Schwierigkeiten ermöglichen, die beim vollständigen öffnen der Ventile gegeben sind.

Ein weiteres Problem stellt sich bei dem von diesen Ventilen erforderlichen Raumbedarf. Kegelventile, Entenschnabelventile, Klappenventile und Schirmventile erfordern alle einen Raum, in den sich das Ventilelement bewegen kann, wenn es sich vom Ventilsitz entfernt, und dieser Raum stellt einen für die Strömung nicht verfügbaren Raum dar, da das Ventilelement eine Strömung dort verhindert. Je größer die benötigte Strömung oder Durchfluß ist, desto größer muß der Ventilicegel oder ein anderes Ventilelement sein, und je größer das Ventilelement ist, desto schwerer ist es, und desto schwerer ist es zu bewegen, und desto größer ist die Auswirkung auf die Durchflußrate, wenn das Ventil sich öffnet.

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Diese Schwierigkeiten vereinigen sich und stellen die Ursache für ein noch größeres Problem, nämlich den Energieverlust dar. Derartige Ventile führen einen unveränderlichen Druckabfall ein, der den Leistungsbedarf zur Aufrechterhaltung der Strömung in Stromabrichtung des Ventils bedeutend erhöht, und bei den heutigen Energiekosten kann dies äußerst teuer sein, insbesondere wenn elektrische Energie oder Energie auf ölbasis verwendet wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Strömungsregelventil angegeben, das einen kleinen Raumbedarf besitzt und einen vollständigen und ungestörten Strömungsdurchgang ermöglicht, wenn es offen ist. Als Ergebnis folgt daraus ein vernachlässigbarer Druckabfall längs des Ventils und eine wichtige Energieeinsparung. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Ventil so leicht, daß es selbst bei den kleinen differentiellen Fluiddrucken vollständig geöffnet werden kann, die beim Einsetzen einer Strömung aus einer vorgegebenen Richtung angetroffen werden, v/odurch unmittelbar nach der öffnung hohe Durchflußraten möglich sind.

Das erfindungsgemäße Strömungsregelventil enthält:ein Ventilgehäuse; einen Ventil-Fluiddurchgang durch das Gehäuse, der im wesentlichen frei von scharfen Kanten und abrupten Richtungsänderungen ist und einen vergrößerten Zwischenbereich enthält; einen Ventilsitz, der in vergrößertem Bereich des Fluiddurchganges angeordnet ist und den Durchgang als Ring um die äußere Peripherie des Ventilsitzes definiert; ein rohrförmiges Ventilelement, das in einem Bereich des Strömungsdurchganges hin- und herverschiebbar angeordnet und zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung in Kontakt mit bzw. vom Ventilsitz weg verschiebbar ist, wobei das rohrförmige Ventilelement eine offene Mitte hat, durch die das durch den Strömungsdurchgang im Ventilgehäuse fließende Fluid hindurchströmen muß; wobei das

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rohrförmige Ventilelement sich über die Strömungslinie zwischen seinem Sentralbereicb und dem ringförmigen Bereich des Durchganges erstreckt, wenn es in dichtendem Kontakt mit dem Ventilsitz ist, wobei der Ventildurchgang an seinem ringförmigen Bereich geschlossen wird, und wobei das rohrförmige Ventilelement den Ventildurchgang für die Fluidströmung freigibt, wenn es von der dichtenden Berührung nit dem Ventilsitz abhebt; eine den Fluiddruck aufnehmende Oberfläche auf dem rohrförmigen Ventilelement, die dem Fluiddruck im ringförmigen Bereich des Ventil-Fluiddurchganges ausgesetzt ist, und die unter ausreichendem Fluiddruck das rohrförmige Ventilelement gegen die offene Stellung drückt; und eine Vorspanneinrichtung,' die gegen das rohrförmige Ventilelement arbeitet und das rohrförmige Ventilelement gegen die geschlossene Stellung zu drücken strebt, so daß das Ventilelement nur bei einen, einen vorgegebenen Minimaldruck übersteigenden differentiellen Fluiddruck längs des Ventils sich gegen die Vorspannkraft des Vorspannelements von der geschlossenen in eine offene Stellung bewegt.

Das Vorspannelement kann so angeordnet sein, daß es der Bewegung des Ventilelements mit einer solchen Kraft gegenübertritt, die lediglich ausreicht, das Ventil geschlossen zu halten, wenn die Strömung stoppt, und bei der sich das Ventil öffnet, sobald eine Strömung in der gewünschten Strömungsrichtung erfolgt. Das Ventil öffnet sich dann plötzlich, sobald die Strömung in der gewünschten Strömungsrichtung beginnt, während das Ventil geschlossen bleibt, wenn Strömung in entgegengesetzter Richtung fließen will. Bei dieser AusfUhrungsform stellt das Ventil ein wahres Strömungsregelventil dar, und der vorgegebene differentielle Fluiddruck, bei dem das Ventil öffnet, besitzt den minimalen Wert.

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Das Vorspannelement kann ferner so angeordnet sein, daß es der Bewegung des Ventil elements von einer geschlossenen in eine offene Stellung mit irgend einer beliebigen Kraft entgegentritt, die bis zu einen vorgegebenen minimalen differentiellen Fluiddruck reicht, die den normalen differentiellen Fluiddruck überschreitet. Bei dieser Ausführungsform stellt das Ventil ein überdruckventil dar, das lediglich dann öffnet, wenn der normale Leitungsdruck überschritten wird.

Das Strömungsregelventil nach der Erfindung läßt sich einzeln einsetzen, um sicherzustellen, daß eine Strömung nur in einer, nicht aber in der entgegengesetzten Richtung in einer Fluidleitung fließt. Das Strömungsregelventil nach der Erfindung läßt sich aber auch paarweise und parallel einsetzen, wobei dann ein Fluidfluß in beiden Richtungen durch eine Fluidleitung unter den gleichen oder verschiedenen Bedingungen gestattet wird, je nachdem, ob die beiden Ventile bei demselben oder einem verschiedenen differentiellen Fluiddruck längs des Ventils öffnen. Zwei Paare von Ventilen in entgegenstehender Ausrichtung lassen sich ebenfalls einsetzen, um zu gewährleisten, daß unabhängig von der Strömungsrichtung in einer Fluidleitung die Strömungsrichtung durch eine Filteranordnung oder eine andere, in eine Richtung betriebenen Anordnung, die in Fluidflußverbindung mit der Leitung steht, die gleiche ist.

Durch Verwendung des offenen rohrförmigen Durchganges des Ventilelements für den Fluiddurchfluß gestattet das erfindungsgemäße Ventil den Durchgang einer größeren Fluidströmung bei einem kleineren Druckabfall als andere Ventilanordnungen.

Ein Vorteil der Rohrkonstruktion besteht darin, daß das Ventil- element hinsichtlich seines Gewichtes leicht ist und sehr schnell in einigen Millisekunden zwischen der offenen und der

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geschlossenen Stellung hin- und herbewegbar ist.

Zwischen den Ventilelement und der V/and des Durchgangs durch das Ventilgehäuse lassen sich Dichtungseinrichtungen vorsehen, um eine Fluidundichtigkeit durch das Ventil oder zwischen Ventilelement und dem Ventilsitz zu vermeiden. Ein Dichtungselement ist nicht wichtig, es läßt sich genau so gut eine fluiddichte Passung zwischen Ventilalement und rohrförinigem Ventilgehäuse und dem Ventilsitz verwenden, wobei diese Ausführungsform insbesondere bei hohen Fluiddrucken bevorzugt wird, wie sie bei Hydrostat-Systemen anzutreffen sind.

Da das Ventilelement normalerweise geschlossen ist, wenn keine Fluidströmung vorhanden ist, dient das Ventil ebenfalls als ein Anti-Rückschlagventil. Sofarn das Ventil in Serie mit einen Filterelement liegt, so vermeidet das Ventil Fluidverluste aus der zum Motor fließenden Leitung, und da die Purnpe tatsächlich ein geschlossenes Ventil darstellt, ergeben sich keine Fluidverluste aus der zur Pumpe führenden Leitung. Während des Auswechselns eines Filters entsteht daher als einziger Fluidverlust nur das im Filtergefäß vorhandene Fluid.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsquerschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hegelventils für Fluidströmung in einer Richtung, wobei sich das rohrfönaige Ventilelement in einer Strömungsrichtung in geschlossener Stellung befindet;

Fig. 2 ein weiterer Längsquerschnitt des in Fig. 1 dargestellten Strömungsregelventils, wobei sich das rohrförmige Ventilelement als Folge einer Änderung

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der Richtung der Fluidströmung in offener Stellung befindet, wobei d:Lo Richtung dor Fluidströmung derjenigen von Fig. 1 entgegengesetzt ist;

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 des Strömungsregelventils nach Fig. 1; und

Fig. /f eine Teilansicht des Ventilsitzes einer weiteren Ausführungsform des Strömungsregelventils, bei dem das Ventilelement gegen einen Dichtungsring aufliegt.

Das rohrförmige Ventilgehäuse besitzt als Wand des Fluidströmungs-Durchganges durch das Gehäuse eine innere Lagerfläche oder eine Lager führung, län^s flci- das Ventil element während seiner Hin- und Herbewegung zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung geführt wird. Die ^agerfläche oder Lagerführungsbahn kann durch die innere Durchgangsvrand des Gehäuses gebildet werden, längs der das Ventilelement beweglich ist. Alternativ kann ein Lagereinsatz, auch Lagerbuchse genannt, in den Durchgang des Gehäuses eingesetzt werden, der bzw. die als Ventilelement-Führung oder Laufbahn dient. Sofern eine derartige Oberfläche porös ist, besitzt sie aufgrund des durch die Anordnung fließenden Fluids, das die Poren der Lagerfläche oder der Lagerbuchse füllt, selbstschmierende Eigenschaften.

Aus Vereinfachungsgründen und wegen einer erleichterten Herstellung besitzt das rohrförmige Gehäuse und/oder die Führung eine zylindrische Gestalt, und das Ventilelement ist ebenfalls zylindrisch und koaxial mit dem Gehäuse und/oder der Führung ausgebildet. Es läßt sich jedoch jede beliebige andere Querschnittsform, wie z.B. quadratisch, dreieckföroig, oder vieleckförmig verwenden. Rohrfönnige, nicht runde Ansätze, be-

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schränken das Ventilelement auf eine Hin- und Herbewegung und verhindern eine Drehbewegung, du/, innerhalb mancher Anordnungen wünschenswert ist.

Die äußere Gestalt des Ventilelements paßt mit der Lagerfläche oder der Führung innerhalb des rohrförmigen Gehäuses und kann zwischen den Grenzstellungen die Hin- und Herbewegung ausführen. Die Länge der Bewegung des Ventilelements ist überhaupt nicht kritisch, und die Lagerfläche oder die Führung ist lang genug, um eine derartige Bewegung zu ermöglichen.

Obwohl nicht erforderlich, ist das Ventilelement normalerweise rohrförmig und besitzt einen Mittendurchgang für eine normale Fluidströmung. In dieser Form eignet sich das Ventil besonders als Rückschlag- oder Ablaufventil oder als ein Füußrichtungs-Regelventil innerhalb einer FiIteranordnung, wobei das Ventil innerhalb des inneren Kerns eines rohrförmigen oder zylindrischen Filterelemente zur Einsparung des Raumbedarfs angeordnet sein kann. Das Ventil öffnet sich lediglich bei einer Fluidströmung in einer Richtung durch das Ventil und verhindert Rückfluß, es ermöglicht dagegen eine Auslaß- oder Vorwärtsströmung.

Das rohrförmige Ventilelement enthält eine ringförmige Druckabnahme fläche, tiie an einer Seite Fluiddruck aufnimmt und auf diese Weise den differentiellen Fluiddruck längs dieser Fläche registriert. Das Ventilelement ist mit der Druckaufnahmefläche derart verbunden, daß es, wie gewünscht, in eine Richtung entweder in die offene oder die geschlossene Stellung gedrängt wird. Die Druckaufnahmefläche besitzt bevorzugt einen differentiellen Druck aufnehmenden Bereich, der groß genug ist, um die Vorspannkraft des Vorspannelements zu übersteigen und das Ventilelement in die gewünschte Richtung zu bewegen.

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Eine derartige Druckfläche ist in geeigneter Weise in einen rohrförmigen Ventilelement als Ansatz an einer Stirnseite oder auf dem Rohr angeordnet und erstreckt sich ganz oder nur teilweise um das Rohr, wobei ein Bereich eines größeren oder kleineren Durchmessers erzeugt wird. Ferner ist es möglich, einen oder mehrere abstehende Flügel oder Flansche am Umfang des Ventilelements anzubringen. Ein Dichtungselement oder ein Dichtungsring, der an dem Umfang des Ventilelements verbunden ist, kann als Druckfläche dienen.

Normalerweise ist das Ventilelement so angeordnet, daß es sich in die gewünschte Richtung in eine Offen- oder Schließstellung unter dem Impuls der Druclcauf nähme fläche bewegt. Y/enn das Ventilelement offen ist, kann es einen Durchgang für einen Bypass eines Filterelements darstellen oder für andere Zwecke dienen. Die Ventilöffnung kann sich über den gesamten oder nur den Teil des Umfangs des Ventilelements je nach der gewünschten Strömung erstrecken.

Das Äußere des Ventilelements kann so ausgebildet sein, daß es mit einer engen Toleranz gegen eine Lagerfläche oder eine Führung des rohrförmigen Gehäuses paßt. Das Spiel kann dabei so klein sein, daß eine lecksichere Dichtung zwischen Ventilelement und Lagerfläche geschaffen wird, wodurch eine Undichtigkeit durch das Rückschlagventil vermieden wird.

Ferner ist es möglich, einen Dichtungsring zwischen das Äußere des Ventilelements und die L_agerfläche oder die Führung zu bringen. Ein derartiges Dichtungselement kann an der Wand des rohrförmigen Gehäuses oder am Ventilelement befestigt sein. Im erstgenannten Fall ist das Ventilelement stationär, im letzte- ren Fall bewegt es sich mit dem Ventilelement hin und her. Es hat sich jedoch als vorteilhaft und wünschenswert erwiesen, ein Dichtungselement vorzusehen, das weder am Ventilelement noch an

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der Lagerfläche befestigt ist, sondern das sich frei im Raum zwischen Ventilelerasnt und der "Oberfläche oder Führung dec rohrförmigen Gehäuses bewegt. Das Dichtungselement kann in diesem Fall innerhalb dieses Raumes gleiten oder sich drehen, wenn sich das Ventilelenent längs der Führung hin- und herbewegt, wobei die Reibung und damit die differenzielle Druckkraft zur Bewegung des Ventilelements reduziert wird. Da3 freibewegliche Dichtungselement kann als Druckaufnahmefläche dienen, die das Ventilelement hin- und herbewegt, auch wenn das Dichtungselement sich längs des Ventilelements bewegt, da es dem Ventilelement eine Schub- und Hubkraft zuführt, die ausreicht, das Ventilelement in der einen oder der anderen Richtung anzutreiben.

Am Ventilsitz ist ein Dichtungseicnent angeordnet, um die Dichtungsfläche, wie z.B. das Ende des rohrförmigen Ventilelements aufzunehmen. Eine Ringdichtung kann in einer Nut in der Oberfläche des Ventilsitzes mit einer Gestalt eingebracht \7erden, die zur Querschnittsgestalt des Ventilelements konform ist. Die gesamte Oberfläche des Ventilsitzes kann aus elastischem Dichtungsmaterial bestehen_; sofern dies gewünscht wird. Als Beispiel einer elastischen Ventilsitzdichtung ist die Anordnung nach Fig. 1+ angegeben.

Ein oder mehrere Vorspannelemente sind vorgesehen, die das Ventilelement auf den Ventilsitz bzw. vom Ventilsitz weg in einer Richtung bewegen, die derjenigen Bewegung des Ventils entgegengesetzt ist, die unter Einwirkung des differentiellen Fluiddruckes an der Druckaufnähmefläche erfolgt. Das Vorspannelement widersetzt sich einer Bewegung des Ventilelements auf den Ventilsitz hin bzw. vom Ventilsitz weg, wenn das Ventilelement unter differentiellen Fluiddrucken bis zu einem vorgegebenen Minimum steht; bei höheren differentiellen Fluid-

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-zuübersteigt die auf die Druckaufnahmefläche ausgeübte Kraft die Vorspannkraft des Vor-spemnele-nants, vro durch eine Bewegung des Ventils in entgegengesetzter Richtung durchgeführt wird. In einer derartigen Richtung v/ird das Ventil in die geöffnete Stellung bewegt. Das Ventil kann also so angeordnet werden, daß es unter einen derartigen, vorgegebenen differentiellen Fluiddruck sich öffnet oder schließt.

Das Vorspannelenent kann jede beliebige Form besitzen. Eine Druck- oder eine Zugfeder läßt sich leicht in den Strömungsdurchgang des rohrförmigen Gehäuses anbringen, ohne daß der für die Fluidströmung vorhandene Freiraum behindert würde. Verwenden läßt sich ferner ein magnetisches Element, das von einem innerhalb des rohrförmigen Gehäuses fest angeordneten magnetischen Elements entweder angezogen oder abgestoßen v/ird, wodurch dieses magnetische Element das rohrförrnige Ventilelement auf den Ventilsitz hin oder von diesem weg anzieht oder abstößt. Bei allen Ausführungsformen verhindert das Vorspannelement eine Bewegung des Ventilelements in derjenigen Richtung, die der Richtung der Auswirkung des differentiellen Fluiddruckes auf der Druckaufnahmefläche entgegengesetzt ist. Einsetzbar ist ferner eine Kombination aus einer Vorspannfeder und aus magnetischen Vorspanneinrichtungen.

Die erfindungsgemäßen Ventile für Fluidfluß in einer Richtung eignen sich insbesondere zur Verwendung in Hydrostat-Systeinen, zur Strömungssteuerung oder -regelung, oder zur Steuerung oder Regelung des Durchflusses und/oder des Bypass einer Filteranordnung, wobei das Ventil (wie zuvor angegeben) innerhalb des inneren Kerns eines rohrförmigen Filterelements angeordnet sein kann. Das Filterelement ist in einem Filtergehäuse untergebracht, wobei das rohrfönnige Ventilgehäuse mit dem Filtergehäuse verbunden werden kann, und wobei das Filterelement an dem rohrförmigen Ventilgehäuse befestigt werden kann. Zum

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Beispiel kann eine FiIterendkappe eine zentrale öffnung enthalten, die sich eng an die Außer)gestalt des rohrförmigen , Ventilgehäuses mittels eines Preßsitzes anpaßt, wobei eine fluiddichte Dichtung dazwischen liegt. Das Ventil kann auf diese Weise das Filterelement in einer gewünschten Lage im Gehäuse halten, und der Preßsitz ermöglicht eine schnelle Änderung des Filterelements ohne in irgend einer Weise in die Befestigung des Ventils mit dem Gehäuse einzugreifen. Andere Anordnungen sind jedoch ebenfalls möglich. So kann z.B. das Ventil innerhalb des Filterkerns allein gehalten und befestigt werden und am Filtergehäuse zusammen mit dem Filterelement angebracht bzw. abgezogen werden, wobei das Filterelement auf übliche Weise am Gehäuse befestigt ist.

Das erfindungsgemäße rohrförmige Ventil kann aus beliebigen geeigneten Materialien, wie z.B. Kunststoffen oder Metallen bestehen. Rostfreier Stahl eignet sich speziell als dauerhaftes Herstellungsmaterial, das für die meisten Verwendungszwecke, insbesondere bei Filterelementen aufgrund der Resistenz gegen den Angriff durch die Fluide geeignet ist, wobei dieses Material sowohl für das Ventilelement und für das rohrförmige Ventilgehäuse und für die anderen Komponenten des Ventils geeignet ist. Es eignen sich jedoch auch Kunststoffe zur Herstellung von rohrförmigen Ventilelementen, wie z.B. Polytetrafluoroäthylen, Nylon, Polykarbonate, Phenolformaldehyd ,Harnsto£formaldehyd oder Melamin-Formaldehyd-Kunstharze. Es läßt sich ebenfalls das Ventilgehäuse und das Ventilelement aus rostfreiem Stahl herstellen und eine Lagerbuchse aus dauerhaftem Kunststoff zwischen Ventilgehäuse und Ventilelement als Führungselement einfügen, wobei z.B. Pblytetrafluoräthylen oder Nylon verwendbar sind.

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Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäßen rohrförmigen Ventile besteht darin, daß es ihre Konstruktion ermöglicht, das rohrförmige Gehäuse zu gießen, und Bandmaterial für die innere Lagerbuchse und für das Ventilelement zu verwenden. Dadurch wird die Herstellung erheblich vereinfacht und die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Ventiltypen reduziert, bei denen spanabhebend oder durch Extrusion hergestelle Komponenten benötigt werden.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Strömungsregelventil enthält ein Ventilgehäuse 1 mit einem zentralen Fluidströmungs-Durchgang 2a und 2b durch das Gehäuse, der einen vergrößerten Bereich 2c zwischen dem Bereich 2a und dem Bereich 2b besitzt. Das Ventilgehäuse enthält eine Umfangsnut 5 zur Aufnahme eines O-Ringes oder einer Dichtungsmanschette (nicht dargestellt) zur Herstellung eines Dichtungskontaktes des Gehäuses innerhalb eines Fluidsysteme, z.B. in einem Hydro stat-Syst em oder einer FiIteranordnung.

Mit der Wand des Durchgangs ist im vergrößerten Bereich ein Ventilsitz 7 verbunden, der z.B. durch Schweißen, Hartlöten oder Gießen mittels einer dreifüßigen Spinne 8 am Ventilgehäuse 1 befestigt ist. Mit Ausnahme der durch die Spinne 8 hervorgerufenen Teilung stellt der Durchgang 2c im wesentlichen einen Ring dar, der den Ventilsitz 7 umgibt. Die Querschnittsfläche des Durchganges 2c ist mindestens gleich der Querschnittsfläche der Durchgänge 2a und 2b stromauf und stromab vom Durchgang 2c, so daß keine Flußverengung eintritt. Es sei bemerkt, daß der Ventilsitz 7 im Zentrum des vergrößerten Bereiches 2c angeordnet ist.

Das rohrförmige Ventilelement 15 ißt koaxial mit dem Durchgang 2b ausgerichtet und ist konzentrisch um den umfang des

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Durchganges 2b angeordnet und besitzt gegen die Wand des Durchganges 2b eine enge, aber gleitende Passung. Gegen ein Ende I8 des Ventilelements 15 lagert eine Spiraldruckfeder 20. Das andere Ende der Feder ist im Befestigungsring 21 verankert, der in eine Federpassung in der schmalen Nut 22 in der Wand des Durchganges 2b eingefügt ist. Die Feder 20 spannt auf diese Weise das rohrförmige Ventilelement 15 gegen den Umfangsteil 11 des Ventilelements 10 in Dichtungskontakt mit dem Ventilsitz vor, wobei dies die normal geschlossene Stellung des Ventils ist.

An der Stirnfläche 10 ist der Ventilsitz 7 mindestens im Umfangsbereich 11 flach und glatt. Dadurch wird durch den flachen geläppten Steg 16 des rohrförmigen Ventilelements 15 eine lecksichere Dichtung mit dem Umfangsbereich 11 gebildet. Der Steg 16 enthält ferner eine Druckaufnahmefläche 17, die dem stronaufseitigen Druck in dem Durchgang 2c ausgesetzt ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, übt die Feder 20 eine Vorspannkraft auf das Ventilelement 15 aus und trachtet danach, das Ventilelement 15 in der in Fig. 1 dargestellten geschlossenen Position zu halten. Fluid in den Bereichen 2a und 2b und 2c des Fluiddurchganges wird vom Ventilelement 15 an diesen Stellen gehalten, wenn das Ventilelement in der dargestellten geschlossenen Stellung liegt. Da die öffnung des Ventilelements eine Bewegung gegen den Fluiddruck in dem Durchgang 2b erforderlich macht, vrird eine Strömung vom Durchgang 2b gegen die Durchgänge 2a und 2c durch das geschlossene Ventil verhindert.

Eine Fluidströmung in die entgegengesetzte Richtung von den Durchgängen 2a und 2c wird nur solange verhindert, bis ein vorgegebener minimaler Druckunterschied längs des Ventilelements in Richtung auf den Durchgang 2b erreicht ist. Dieser Druck-

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unterschied kann so klein sein, daß das Ventil öffnet, sobald die Strömung beginnt, oder er kann so groß sein, daß der Durchfluß unterbunden wird, bis eine Auslaßfunktion erforderlich wird, um einen zusätzlichen Fluidfluß oder Druck in den Durchgängen 2a und 2c auszulösen.

Fluid in den Bereichen 2a und 2c kann daher Fluiddruck gegen die Druckaufnahmefläche 17 ausüben und tut dies auch. Wenn der Fluiddruck-Unterschied längs des Ventils wegen des höheren Fluiddrucks in den Bereichen 2a und 2c genügend groß ist, wird evtl. im Bereich 2b durch die Strömung in dieser Richtung die Vorspannkraft der Feder 20 überschritten. Wenn dies geschieht, gleitet das rohrförmige Ventilelement in die in Fig. 2 dargestellte Stellung und öffnet den ringförmigen Durchgang 2c und gestattet damit den Fluidfluß von den Bereichen 2a und 2c in den Bereich 2b des Fluid-Durchganges.

Das rohrförmige Ventilelement 15 ist leicht bezüglich des Gev/ichts und bewegt sich an[sich sofort, wenn die Vorspannkraft der Feder 20 überschritten wird. Das Ventil öffnet sich dann voll in die in Fig. 2 dargestellte Lage.

Da die offene Fläche in den Bereichen 2a und 2c des Fluid-Durchganges im wesentlichen gleich der offenen Fläche im mittleren Bereich 2b des Fluid-Durchganges ist, übt das Ventil keine bedeutende Störung auf den Fluidfluß durch das Ventilgehäuse aus, wenn sich das Ventil in der offenen Stellung befindet, vgl. Fig. 2. Es findet daher im wesentlichen eine sofortige volle Strömung durch den Durchgang statt, wenn das Ventil offen ist, und die Strömung beginnt in dieser Richtung mit einem vernachlässigbaren Druckabfall.

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Das Ventil bleibt in der in Fig. 2 dargestellten Position, solange die Strömung in der dargestellten Vorwärtsrichtung vom Bereich 2a des Durchgangs zum Bereich 2b des Durchgangs fließt. Sobald die Strömung stoppt, reicht der das Ventil in geöffneter Stellung gegen die Feder andrückende Druck nicht mehr aus, und sobald dies der Fall ist, bewegt die Feder das Ventil kräftig zurück in eine fluiddichte Dichtung gegen den Ventilsitz 11 in die gemäß Fig. 1 dargestellte Position. Das Ventil verhindert in dieser Position eine Strömung in Rückwärtsrichtung und eine Strömung in Vorwärtsrichtung, das Ventil ist aber stets bereit, Strömung in Vorwärtsrichtung zu gestatten, wenn der Fluiddruck-Unterschied längs des Ventils erneut den bestimmten vorgegebenen Minimalwert überschreitet.

Der Ventilsitz 7a gemäß Fig. k besitzt eine elastische O-Ringdichtung 30 in einer Nut 31> und eine konvexe Metallkappe 32, die durch die Schraube 33 gehalten wird, die sich in das Bohrloch 34 im Ventilsitz 7a schrauben läßt. Die Dichtung 30 stellt die Dichtungsfläche des Ventilsitzes dar, die sich an das Ende 12 des rohrförmigen Ventilelements 15 anlegt. Der Umfang der Kappe 32 dient als Führung, um das Ventilende 12 in Kontakt mit dem Ventilsitz zu bringen. Ansonsten ist die in Fig. k dargestellte Struktur die gleiche wie diejenige der Fig. 1 bis 3.

Die Feder 20 spannt das rohrförmige Ventilelement gegen den Sitz 30 für einen abdichtenden Kontakt mit dem Sitz 30 vor, wobei die Druckaufnahmefläche 17 dem Fluiddruck im Durchgang 2c ausgesetzt ist.

Die elastische Dichtung stellt bei hohen Fluiddruck-Unterschieden längs des Ventils Leckdichtigkeit sicher.

Während bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen des

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Ventils das Ventilelement durch Druckfedern normalerweise in einer geschlossenen Stellung gehalten wird, kann das Ventilelement durch Zugfedern ebenso in einer normalerweise offenen Stellung gehalten werden und unter einem vorgegebenen Differenzdruck längs des Ventils, der ein vorgegebenes Minimum überschreitet, geschlossen v/erden. Das Ventil kann auf diese Weise zum Schließen gebracht werden, um Druckanstiege aus beiden Richtungen, z.B. bei einer Rückwärtsströmung, beim Durchtritt zu hindern, ansonsten jedoch den Durchfluß in der einen oder der anderen Richtung frei zu ermöglichen. Das Ventil kann außerdem so aufgebaut werden, daß es eine normale Strömung durch eine Leitung in der einen oder der anderen oder in beiden Richtungen gestattet.

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Claims

28. März 1977 PALL CORPORATION

GuRb/Pi.

Case 2-219

Patentansprüche:

Strömungsregelventil, das in geschlossener Stellung eine Strömung in einer Fluidleitung in der einen oder der anderen Richtung verhindert, und das in geöffneter Stellung die volle Pluidströmung durch die Fluidleitung mit gleichförmiger Geschwindigkeit und oine^r hohen Durchflußrate und einem vernachlässigbaren Druckabfall ermöglicht,

gekennzeichnet durch

ein Ventilgehäuse (1),

einen Fluidfluß-Durchgang (2)durch das Gehäuse (1),der im wesentlichen frei von scharfen Biegungen und abrupten Richtungsänderungen ist und einen vergrößerten Zwischenbereich (2c) enthält,

einen Ventilsitz (7) im vergrößerten Zwischenbereich (2c) des Fluid-Durchganges (2), der den Durchgang (2c) als Ring um den äußeren Umfang des Ventilsitzes (7) festlegt, ein rohrförmiges Ventilelement (15), das hin- und herverschiebbar in einem Bereich des Fluid-Durchganges (2) angeordnet und zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung beweglich ist und in Kontakt mit dem Ventilsitz (7) oder aus dem Kontakt mit dem Ventilsitz bringbar ist, wobei das rohrförmige Ventileleaent ein offenes Mittenloch besitzt, durch das das durch den Fluid-Durchgang (2) im Ventilgehäuse (1) fließende Fluid

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hindurchströmt, wobei das rohrförinige Ventilelement (15),wenn in Dichtungskontakt mit dem Ventilsitz (7)_f sich über die Strömungslinie zwischen dessen Mittelbereich und dem Ringbereich des Durchganges (2) erstreckt und den Ventildurchgang (2) am Ringbereich schließt, und den Ventildurchgang für eine Fluidströmung durch den Durchgang öffnet, wenn das rohrförmige Ventilelement (15) vom Dichtungskontakt mit dem Ventilsitz (7) abhebt,

eine Fluid-Druckempfangsfläche (17) auf dem rohrförmigen Ventilelement (15)» die dem Fluiddruck im Ringbereich (2c) des Fluid-Durchganges (2) ausgesetzt ist und bei genügend großem Fluiddruck das rohrförmige Ventilelement (15) in die offene Stellung bewegt, ein Vorspannelemant (20), das gegen das rohrförmige Ventilelement (15) arbeitet und das rohrförmige Ventilelement (15) in die geschlossene Stellung zu bewegen trachtet, so daß nur bei einem, einen vorgegebenen Minimalv/ert überschreitenden Fluid-Druckunter-ochied längs des Ventilelements sich das Ventilelement gegen die Vorspannkraft des Vorspannelements (20) von der geschlossenen in eine offene Stellung bewegt.
2. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (20) das Ventilelement (15) in geschlossener Stellung zu halten trachtet, und daß die Fluid-Druckaufnahmeflache (17) auf dem Ventilelement (13) aufgrund eines Fluiddrucks längs des Ventils das Ventilelement (1^) in die offene Stellung bewegt, wenn die Vorspannkraft des Vorspannelements (2o) überschritten wird.

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3. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, , daß das Vorspannelement (20), das auf das Ventilelement (15) arbeitet, das Ventilelement (15) in offener Stellung zu halten trachtet, und daß die Fluid-Druckaufnähmefläche (17) das Ventilelement in die geschlossene Stellung zu bewegen bestrebt ist, wenn die Vorspannkraft des Vorspannelements (20) überschritten wird.
i*. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (20) als Spiralfeder ausgebildet ist.
5. Strömungsregelventil nach Anspruch /|, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spiralfeder (20) als Druckfeder ausgebildet ist.
6. Strömungsregelventil nach Anspruch l\, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spiralfeder (20) als Zugfeder ausgebildet ist.
7. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ventilsitz (7) im wesentlichen die Gestalt eines weichkonturierten Tränentropfens mit einem Umfangs-Dichtungsteil (11) zur Aufnahme eines Endes (12) des rohrförmigen Ventilelements (15)_f und eine im wesentlichen flache und glatte Oberfläche zur fluiddichten Abdichtung zwischen Ende (12) des Ventilelements (15) und dem Dichtungsbereich (11) besitzt.

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8. Strömungsregelventil nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,

daß das rohrförmige Ventilelement (15) an dein Ende (12), das den Ventilsitz (7) kontaktiert, in einen Dichtungssteg mündet, dessen eine Seite vom rohrförmigen Ventilelement (15) nach außen gewendet ist und als Fluid-Druckaufnahmefläche (17) dient.
9. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Ventilelement (15) die Wand des ersten Fluidströaiungs-Durchganges (2b) in einer engen, relativ lecksicheren Dichtung gleitbar berührt.
10. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilelemente (15) leicht bezüglich des Gewichtes sind und zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung innerhalb einiger Millisekunden hin- und herbewegbar sind.
11. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das rohrförmige Ventilgehäuse (1) eine Innenwand besitzt, längs deren das Ventilelement (15) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung hin- und herbewegbar ist.
12. Strömungsregelventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß das Äußere des Ventilelements (.1^) und die Innenwand ein Zwischenspiel besitzen, das eng genug ist, um dazwischen eine fluiddichte Dichtung zu definieren.

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13. Ströraungsregelventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bereich der Innenwand und das äußere des Ventileleinents (15) beabstandet voneinander angeordnet sind, und daß Dichtungseinrichtungen innerhalb des Abstandraumes zur Herstellung einer fluiddichten Dichtung zwischen dem Ventilelement (15) und der Innenwand vorgesehen sind.
Uj.. Strömungsregel ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (7) eine Dichtungsfläche (30) aus elastischem Material besitzt.
15. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Ventilelement (15) Bereiche mit relativ großem und relativ kleinem Durchmesser besitzt, die durch einen Steg verbunden sind, der eine Fluid-Druckaufnähmefläche darstellt.
16. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Vorspannelement (20) das Ventil bei dem längs des Ventilelements entwickelten Druckunterschieds öffnet, sobald eine Strömung aus der zugelassenen Richtung einsetzt.
17. Strömungsregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Vorspannelement (20) das Ventil bei einem längs des Ventilelements entstehenden Druckunterschieds öffnet,

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wenn der Leitungsdruck einen Nornalleitungsdruck überschreitet.
18. Fluidleitung,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Fluid-Durchgang für den Durchtritt eines Fluids in der einen oder der anderen Richtung, und ein Strönmngsregelventil nach Anspruch 1 vorgesehen ist, das den Durchfluß durch den Fluiddurchgang so regelt oder steuert, daß eine Fluidströmung nur in einer Richtung erfolgt.

Der Patentanwalt

Dr. D. pudel

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