DE2717840A1

DE2717840A1 - Durchflussventil

Info

Publication number: DE2717840A1
Application number: DE19772717840
Authority: DE
Inventors: Kurt Ing Grad Staehle
Original assignee: Concordia Fluidtechnik GmbH
Current assignee: Danfoss Fluidtechnik GmbH
Priority date: 1977-04-22
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1978-10-26
Also published as: US4224963A; JPS53132817A; DK174878A; IT7820950A0; FR2388189B3; FR2388189A1; IT1093185B

Description

Concordia Fluidtechnik GmbH

Talstrasse 41 7000 Stuttgart 1

Durchflußvent i1

Die Erfindung betrifft ein Durchflußventil für Flüssigkeiten mit Temperaturen in der Nähe ihres Siedepunktes, insbesondere für Heißwassergeräte, bestehend aus einem mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Verschlußkörper, der mit dem Ventilsitz eine Drosselstelle bildet.

Durcnflußventile, die zur Steuerung der Henge eines bestimmten Durchflusses dienen, sind bekannt. Ventile dieser Art werden auch teilweise für den Betrieb zur Steuerung von Flüssigkeiten eingesetzt, deren Temperaturen in der Nähe ihres Siedepunktes liegen. Beispielsweise ist es bekannt, daß bei Heißwassergeräten, insbesondere bei Kaffeemaschinen, Ventile eingesetzt werden müssen, durch die kochendes V/asser geschickt wird. Dabei tritt das Problem auf, daß Kalkablagerungen einmal verhindert werden müssen, um die Funktion des Ventiles selbst, d.h. also den dichten Abschluß, aufrechterhalten zu können. Es sind hier-

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für Ventile vorgeschlagen worden, "bei denen Gummimembranen als Verschlußkörper dienen, die den Vorteil haben, daß sie sich bei jedem Verschlußvorgang in Schwingungen versetzen und auf diese V/eise etwa angesetzten Kalk wieder selbsttätig entfernen.

Die Kalkab sonde rung bringt aber auch den Nachteil mit sich, daß sich die Durchflußmenge durch Widerstandserhöhung verändert. Gerade bei der Steuerung des Durchflusses von kochendem Wasser hat sich aber gezeigt, daß an dem engsten St römungs quer schnitt, der in der Regel der Drosselstelle zwischen Ventilsitz und Ventilkörper entspricht, hinter auftretenden Strömungskanten oder Widerständen durch den sich bildenden örtlichen Unterdruck Kavitation auftritt, die zum Teil zu einer erheblichen Verfälschung des Durchflusses führen kann. Gleichzeitig bildet sich an den Stellen, an denen Kavitation auftritt, auch relativ schnell die unerwünschte Kalkabsonderung, die ihrerseits wieder die Kavitationsbildung fördert. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußventil der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß an der Drosselstelle das Auftreten von Kavitation und damit auch die Bildung einer Kalkablagerung vermieden wird.

Die Erfindung besteht darin, daß in Strömungsrichtung hinter dem engsten Strömungsquerschnitt an der Drosselstelle Belüftungsöffnungen angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung wird von vorneherein der Unterdruckbildung in dem Bereich der Drosselstelle entgegengewirkt, weil ein natürlicher Druckausgleich durch die Belüftungsöffnungen gegeben ist. Die unkontrollierte Entstehung von Dampfblasen und die dadurch hervorgerufene Beeinflussung des Durchflusses kann vermieden werden.

Es ist vorteilhaft, die Belüftungsöffnungen als einen die Drossel-

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stelle umgebenden Ringspalt auszubilden, der über eine Ringkammer mit Umgebungsdruck beaufschlagt sein kann. Es ist auch baulich, sehr einfach, den Ringspalt und die Ringkammer zwischen einer den Ventilsitz tragenden Einsatzdüse und einem in dieses eingeschobenen Innenrohr zu bilden. Fertigungstechnische Schwierigkeiten werden auf diese Weise vermieden. Eine ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dabei dann, wenn die Einsatzdüse vom Ventilsitz aus konisch nach außen verbreitert ist, weil dann der engste Querschnitt vor einem Strömungsquerschnitt sitzt, der wesentlich größer gehalten v/erden kann. Dabei kann die Oberkante der Einsatzdüse unmittelbar als Ventilsitz ausgebildet sein und das dem Ventilsitz benachbarte Ende des Innenrohres kann konisch nach oben verjüngt sein, und zwar unter einem Könuswinkel, der ebenso groß gewählt ist wie jener der Einsatzdüse. Dadurch entsteht die düsenartige Ausbildung am Ventilsitz, die aber entgegengesetzt durchströmt v/ird. Das v/eist den großen Vorteil auf, daß sich hinter dem engsten Querschnitt eine Ringzone ausbilden kann, die dem Druckausgleich dient und die Kavitation sicher verhindert und in der sich am Rand ablagernder Kalk keinerlei Einfluß auf die Größe des Durchflusses hat. Dabei tritt auch noch der vorteilhafte Nebeneffekt auf, daß die in den Ringkanal entgegengesetzt zum heißen V/asser strömende Ausgleichs luft bzw. die kältere Luftsäule nach dem Abschalten der Einrichtung relativ schnell eine Erkaltung des Innenrohres bewirken kann, die bei geeigneter Mat eria laus wahl aufgrund der Temperaturschwankungen Formänderungen des sehr dünn ausgebildeten Innenrohres hervorruft, die etwa angesetzten Kalk leicht wieder abblättern lassen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß nach dem Anschließen des Ventilsitzes der Abfluß aus dem Innenrohr leicht erfolgen kann, weil die Luft nicht von unten nach oben durch die abströmende Flüssigkeit nachströnen muß, sondern von vornherein von oben durch den Ringspalt

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nachdringen kann. Das neue Ventil ermöglicht daher auch einen wesentlich schnelleren Abfluß als bekannte Ventilbauarten.

Vorteilhaft wird der Innenrand des Konusteiles des Innenrohres mit einem Durchmesser versehen, der etwas größer als der Durchmesser des engsten Drosselquerschnittes am Ventilsitz der Einsat zdüse ist, denn es hat sich gezeigt, daß dann ein direktes Auftreffen des durch das Ventil einströmenden PlussigkeitsStrahles auf die Oberkante des Innenrohres und ein Eintreten von Flüssigkeit in die Ringkammer vermieden wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, das in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert ist.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Teilschnittes durch ein neues Durchflußventil, das als Elektromagnetventil ausgebildet ist,

Fig. 2 die Darstellung der Einsatzdüse mit dem Ventilsitz und des Innenrohres gemäß der vorliegenden Erfindung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Innenrohr der Einsatzdüse längs der Linie ΪΙΙ-IIIund

Fig. 4 in nochmals vergrößertem Maßstab die Ausbildung des Ventils und des oberen Randes des Innenrohres, das mit dem Ventilsitz zusammen den Ringspalt für die Belüftung des engsten Querschnittes bildet.

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Ια der Pig. 1 ist ein Elektromagnetventil gezeigt, dessen Magnetteil in nicht näher dargestellter V/eise über einen Plunger eine Membran 2 betätigt, die straff über einen Drahtring 3 gespannt ist, der über ein Verbindungsstück 4 an dem Plunger befestigt ist. Die Membran 2 dient als Ventilkörper und wirkt mit einem Ventilsitz 5 zusammen, der die Oberkante einer Einsatzdüse 6 bildet, die einstückig mit dem Ventilgehäuse 7 beispielsweise aus Kunststoff hergestellt ist. Das zu steuernde flüssige Medium, im vorliegenden Pail kochendes Wasser, strömt in Richtung des Pfeiles 9 in das Ventilgehäuse 7 ein und verläßt dieses wieder in Richtung des Pfeiles 10, wenn die Membran vom Sitz 5 abgehoben ist.

In die Einsatzdüse 6 ist ein Innenrohr 11 eingeschoben, das mit Anschlaglappen 12 an einem Anschlag 13 im Gehäuse 7 anliegt, der in der Einsatzdüse 6 liegt. Das Innenrohr 11 wird dadurch eindeutig in seiner Lage fixiert. Zwischen der Einsatzdüse 6 und dem Innenrohr 11 wird ein Ringräum 14 gebildet, der über Schlitze 15 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.

Am oberen Ende ist sowohl die Einsatzdüse 6 als auch das Innenrohr 11 konisch verjüngt nach innen hereingezogen, so daß sich die düsenartige Ausbildung ergibt, die jedoch in umgekehrter Sichtung durchströmt wird, als das sonst bei Düsen der Pail ist. Wie aus den Pig. 2 bis 4 im einzelnen hervorgeht, ist die Oberkante 16 des Ventilsitzes 5 abgerundet ausgebildet und es schließt sich daran ein konisch nach außen unter einem Winkel $C von 45° nach außen abfallender Konusteil I7 an, der dann in einen zylindrischen Teil übergeht. Das Innenrohr 11 ist unter dem gleichen Winkel OC mit einem Konusteil 18 versehen, dessen Innenseite einen ausgerundeten Ringteil I9 bildet, der dann ebenfalls in einen zylindrischen Rohrteil übergeht. Die obere Innenkante 20 des Innanrohres 11 weist einen Durchmesser auf, der etwas größer

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ist als der Innendurchmesser am Ventilsitz, so daß der beim öffnen der Membran 2 eintretende Flüssigkeitsstrahl nicht auf die Stirnkante des Innenrohres 11 auftreffen kann.

Wird durch entsprechende Erregung des Elektromagneten, der über die Anschlußfahne 21 an elektrischen Steuerleitungen angeschlossen ist, die Membran 2 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage in die geöffnete Lage gebracht, so strömt Flüssigkeit aus dem Innenraum des Ventilgehäuses 7 über den Ventilsitz 5 in das Innenrohr 11 herein und in Richtung des Pfeiles 10 ab. Dabei findet in der Zone des engsten Querschnittes, nämlich am Ventilsitz 5 ein Druckausgleich durch den Ringspalt 22 mit der im Ringraum 14 befindlichen Umgebungsluft statt} so daß einer Unterdruckbildung hinter dem Ventilsitz 5 sicher begegnet wird. Das durchströmende kochende Wasser kann daher durch örtliche Unterdruckbildung nicht Kavitationserscheinungen unterworfen werden. Innerhalb des ringförmigen Wandteiles 19 wird sich eine Druckausgleichszone bilden. Selbst wenn sich aber an diesem Wandungsteil Kalkablagerungen bilden sollten, so haben diese keinen Einfluß auf den Durchfluß, da sie nicht am engsten Querschnitt auftreten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird somit einmal ein konstanter Durchfluß auch von Flüssigkeiten gewährleistet, die Temperaturen im Bereich ihres Siedepunktes aufweisen, weil Kavitationserscheinungen vermieden werden. Zum anderen eignet sich das neue Ventil speziell zur Steuerung von kochendem Wasser, v/eil auch Kalkablagerungen einmal durch den Ausschluß von Kavitationserscheinung schon nicht so schädliche Wirkungen haben können, wie bei Ventilen üblicher Art, zum anderen aber auch nur an Stellen auftreten können, wo sie keinen schädlichen Einfluß auf den Durchfluß haben.

Das neue Ventil weist auch den Vorteil auf, daß das Innenrohr 11

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aus geeignetem Material und sehr dünn hergestellt sein kann. Dieses dünne Innenrohr 11 unterliegt daher bei jeder Inbetriebnahme und Außerbetriebsetzung starken Temperaturschwankungen, die aufgrund von Wärmedehnungen dazu führen, daß Kalkablagerungen, sollten sie sich gebildet haben, wieder abplatzen. Das neue Ventil eignet sich daher in besonders vorteilhafter Weise zur Steuerung von Durchfluß von kochendem V/asser. Auch die Ausbildung des Ventilkörpers als gespannte Gummimembran 2 wirkt der Kalkabsonderung am Ventilsitz entgegen, weil die Membran bei der Betätigung elastischen Verformungen unterliegt, die Kalkablagerungen selbsttätig entfernt.

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Claims

Ansprüche

2.

Durchflußventil für Flüssigkeiten mit Temperaturen in der Nähe ihres Siedepunktes, insbesondere für Heißwassergeräte, "bestehend aus einem mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Verschlußkörper, der mit dem Ventilsitz eine Drosselstelle "bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (10) hinter dem engsten Strömungsquerschnitt (5) an der Drosselstelle Belüftungsöffnungen (22) angeordnet sind.

Durchflußventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be lüftungs öffnungen als ein die Drosselstelle (5) umgehender Ringspalt (22) ausgebildet sind.

Durchflußventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (22) über eine Ringkammer (14) mit Umgebungsdruck beaufschlagt ist.

Durchflußventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Ringspalt (22) und die Ringkaramer (14-) zwischen einer den Ventilsitz (5) tragenden Einsatzdüse (6) iind einem in diese eingeschobenen Innenrohr (11)
gebildet sind.

5- Durchflußventil nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzdüse (6) vom Ventilsitz (5) aus mit einem sich konisch nach außen verbreiternden Konusteil (17) versehen ist.

6. Durchflußventil nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante der Einsatzdüse (6) als Ventilsitz ausgebildet ist.

7· Durchflußventil nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Ventilsitz benachbarte Ende des Ihnenrohres (11) ebenfalls mit einem Konusteil (18) versehen ist.

8. Durchflußventil nach den Ansprüchen 5 t>is 7» dadurch gekennzeichnet, d-aß der Konusteil (18) des Innenrohres (11) den gleichen Konusv/inkel (oc) wie die Einsatzdüse (6) aufweist.

9. Durchflußventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrand (20) des Konusteiles (18) des Innenrohres (11) einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als der Durchmesser des engsten Drosselquerschnittes am Ventilsitz (5).

10. Durchflußventil nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (19) des Konusteiles (18) des Innenrohres (11) zum Ihnenrand (20) hin abgerundet ist.

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11. Durchf Iußventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (5) Teil eines Flachventiles mit einer flach auf dem hochstehenden Ventilsitzkragen aufsitzenden Membran (2) ist.

12. Durchflußventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran (2) zugewandte Oberkante (16) des Ventilsitzes (5) abgerundet ist.

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