DE3047136A1

DE3047136A1 - "schieberventil"

Info

Publication number: DE3047136A1
Application number: DE19803047136
Authority: DE
Inventors: Erik 6430 Nordborg Andersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-06-16

Description

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DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Schieberventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schieberventil, bei dem ein feststehendes Ventilteil und ein durch eine Antriebsvorrichtung verstellbares Ventilteil, der Schieber, mit Ventilöffiiungen versehen sind, die zusammen einen Durchflußkanal veränderbaren Querschnitts bilden.

Bei einem bekannten Schieberventil dieser Art (DE-OS 26 20 558). wird ein mit einer Ventilöffnung versehener Schieber längs eines mit einer Ventilöffnung versehenen feststehenden Ventilteils verstellt, so daß sich durch unterschiedliche Überdeckungen der beiden Ventilöffnungen ein Durchflußkanal veränderbaren Querschnitts ergibt. Als Antriebsvorrichtung dient ein thermostatisches Arbeitselement in einem Betätigungsaufsatz, so daß sich in Abhängigkeit von der Temperatur kontinuierlich veränderbare Stellungen des Schiebers ergeben. Solche Ventile werden in Regelkreisen verwendet, in denen dauernd kleine Verstellungen des Schiebers möglich sein müssen. Mit solchen Ventilen ist es aber nicht möglich, von außen her definierte Durchtrittsquerschnitte anzusteuern, wie dies beispielsweise für die Leistungsregelung bei Kältemaschinen erforderlich ist.

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ORIGINAL INSPECTED

30A7136

Bekannt ist eine Ventilanordnung für einen Kältekreislauf (US-PS 16 57 739), bei der zwei Elektromagnete dazu dienen, eine Steuerplatte axial zu verstellen und auf diese Weise gleichzeitig die Schäfte von drei im Kältekreislauf liegenden Ventilen zu verstellen. Diese Ventile können aber nur aus ihrer Schließstellung in ihre offene Stellung umgeschaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schieberventii der

eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem dem Durchflußkänal

auf einfache Weise unterschiedliche, aber genau definierte Querschnitte gegeben werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer Ventilöffnung in dem einen Ventilteil mindestens eine Ventilöffnung in dem anderen Ventilteil zugeordnet ist, deren quer zur Verstellrichtung des Schiebers gemessene Breite in Verstellrichtung auf einen Bruchteil der Breite der erstgenannten Ventilöffnung abnimmt und daß die Antriebsvorrichtung, den Schieber in Stufen «verstellt.

Bei dieser Konstruktion ist jeder der unterschiedlichen Querschnitte des Durchflußkanals dadurch definiert, daß die mindestens eine Ventilöffnung abnehmender Breite einen mehr oder weniger großen Teil der zugeordneten Ventilöffnung freigibt. Die Antriebsvorrichtung sorgt dafür, daß der Schieber jeweils in Stufen verstellt wird, so daß immer die Ventilöffnung in dem einen Ventilteil mit unterschiedlichen Breiten der mindestens einen Ventilöffnung des anderen Ventilteils zusammenwirkt. Dieses Schieberventil läßt sich leicht von außen auf den gewünschten Durchflußquerschnitt einstellen. Hierfür genügen sehr einfache Antriebsvorrichtungen. Insbesondere eignet sich das Schieberventil zur Leistungsregelung, beispielsweise in Kältekreisläufen.

Vorzugsweise ist die Ventilöffnung abnehmender Breite als Nut ausgebildet. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung

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von unterschiedlich großen Bohrungen, die in Verstellrichtung versetzt angeordnet sind.

Günstig ist es, wenn die Verstellstufen der Antriebsvorrichtung einander gleich sind. Dies erlaubt eine sehr einfache Ausbildung der Antriebsvorrichtung.

Mit besonderem Vorteil ist der Schieber ein Drehschieber und die mindestens eine Ventilöffnung abnehmender Breite auf einer Kreisbahn angeordnet. Dies ergibt einen platzsparenden Aufbau. Ein Drehschieber erlaubt es auch, einen nur einsinnig wirkenden Antrieb zu verwenden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß eine Drehschieberscheibe die Ventilöffnung abnehmender Breite als stirnseitige Nut aufweist und um eine exzentrisch zur Ventilöffnung des feststehenden Ventilteils verlaufende Achse drehbar ist. Dies ergibt eine axial kurze Konstruktion.

Hierbei kann die Drehschieberscheibe auf der Abflußseite durch einen Führungsring abgestützt und das feststehende Ventilteil auf der Zuflußseite gegen die Drehschieberhülse einpreßbar sein. Bei größeren Axialkräften kann zwischen Drehschieberscheibe und Führungsring auch ein Wälzlager angeordnet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die beiden Ventilteile durch eine Drehschieberhülse und einen sie durchsetzenden festen Hohlzapfen gebildet sind und die Ventilöffnung abnehmender Breite eine Umfangsnut ist. Auch dies führt zu einem sehr einfachen Aufbau.

Mit besonderem Vorteil weist die Antriebsvorrichtung ein Schrittschaltwerk auf. Solche Antriebsvorrichtungen haben einen sehr einfachen Aufbau und lassen sich durch einfache Steuerimpulse betätigen. Zwar vermag ein Schrittschaltwerk den Schieber nur um

vorbestimmte Abschnitte zu verstellen. Dies ist aber zulässig, da ohnehin nur eine Verstellung in bestimmten Stufen erstrebt ist, wobei es gleichgültig ist, ob eine Stufe mit einem Schritt oder mit mehreren Schritten durchlaufen wird.

Empfehlenswert ist, daß das Schrittschaltwerk wenigstens einen durch elektrische Impulse erregbaren Elektromagneten ausweist, dessen Anker eine mit Schaltzähnen an dem Schieber zusammenwirkende Klinke betätigt. Zum Erreichen einer bestimmten Stellung des Schiebers braucht lediglich eine vorgegebene Anzahl elektrischer Impulse an den Elektromagneten abgegeben zu werden. Bei Verwendung eines Drehschiebers genügt ein einzelner Elektromagnet. Günstiger ist es jedoch, wenn zwei Elektromagnete mit gegen sinnig auf die Schaltzähne einwirkenden Klinken vorgesehen sind. Auf diese Weise können sowohl bei der Aufwärts- als auch bei der Abwärts-Verstellung die kürzesten Schaltwege ausgenutzt werden.

Mit Vorteil sind die Schaltzähne des Schrittschaltwerks am Aussenumfang des Drehschiebers angebracht. Wegen des vergleichsweise großen Radius genügen kleine Elektromagnete, um die Verstellung zu bewirken. Außerdem ist an diesem Außenumfang ausreichend Platz, um die Klinke unterzubringen.

Zweckmäßig sind ferner Arretierungsmittel, um den Schieber am Ende einer Verstellstufe festzuhalten. Der Schieber behält dann seine Stellung bei, auch wenn die Antriebsvorrichtung, insbesondere das Schrittschaltwerk, vom Schieber abgekuppelt wird.

Der Innenraum des Ventils und die Antriebsvorrichtung können nach außen hermetisch abgedichtet sein. Dies empfiehlt sich beispielsweise bei Verwendung in einer Kälteanlage»

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß der Drehschieber in einem Gehäuse zwischen parallelachsig dazu verlaufenden Ein- und Austrittsstutzen angeordnet ist und daß zwei

Elektromagnete parallel zueinander und etwa tangential zum Drehschieberumfang an einer Gehäusewand angebracht sind. Dies ergibt einen sehr platzsparenden Aufbau mit kurzen Strömungswegen innerhalb des Ventils.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schieberventils,

Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein zweites AusfUhrungsbeispiel und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt längs der Linie B-B in .,•'Fig. 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Gehäuse 1 vorgesehen, das einen Eintrittsstutzen 2 aufweist. Der Innenraum 3 ist unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 4 durch'einen Deckel 5 mit Austrittsstutzen 6 abgeschlossen. Beide Teile sind durch Schrauben 7 miteinander verbunden.

Ein scheibenförmiger Drehschieber 8 ist durch einen im Deckel 5 gehaltenen Führungsring 9 drehbar gelagert und wird an diesen durch ein Wälzlager 10 axial abgestützt. Im Drehschieber 8 verbinden Axialbohrungen 11 eine zur Eingangsseite hin offene Nut, die eine Ventilöffnung 13 abnehmender Breite bildet und auf einer Kreisbahn um die Drehachse 12 des Drehschiebrs 8 angeordnet ist, mit der Austrittsseite. In einer in Verlängerung des Eintrittsstutzens 2 angeordneten Gehäusebohrung 14 ist ein feststehendes Ventilteil 15 mit einer Ventilöffnung 16 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 17 axial verschiebbar angeordnet. Es

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steht unter dem Einfluß einer Feder 18 und dem Druck des eintretenden Mediums, so daß seine Stirnfläche 19 dicht gegen die Stirnfläche des Drehschiebers 8 gedrückt wird. Die Flächen 19 und 20 sind sehr genau plangeschliffen; sie sollten eine Ebenheit von höchstens 1 pm und eine Oberflächenrauheit von höchstens o,2 ρ haben.. Um eine kleine Reibung und eine ausreichend große Verschleißfestigkeit zu erreichen, können beide Oberflächen mit einem harten Belag, z.B. Titancarbld, versehen sein, der beispielsweise chemisch aufgedampft sein kann. .

Eine Antriebsvorrichtung 21 weist zwei Elektromagnete 22 und 23 auf, die parallel nebeneinander an einer Seitenwand 24 des Gehäuses 1 angebracht sind, wobei ihre Achsen etwa tangential zum Umfang des Drehschiebers 8 verlaufen. Die Elektromagnete besitzen je einen durch eine Feder 25 bzw. 26 belasteten Anker 27 bzw. 28, an dessen unterem Ende eine Klinke 29 bzw. 30 über einen Zapfen 31 bzw, 32 angelenkt ist. Durch eine exzentrisch angreifende Feder 33 bzw. 34 werden die Klinken radial nach innen gedrückt, sofern sie nicht in ihrer unteren Endstellung durch Auflage auf einem Anschlag 35 nach außen gezwungen werden. Am Umfang des Drehschiebers 8 sind Schaltzähne 36 vorgesehen, die zusammen mit den Klinken 29 und 30 ein Schrittschaltwerk 37 bilden. Eine Arretierungsvorrichtung 38 wird mit Hilfe einer durch eine Feder 39 belasteten Kugel 40 gebildet, die jeweils zwischen zwei Schaltzähnen 36 einzugreifen und dadurch den Drehschieber 8 in seiner Stellung festzuhalten vermag, auch wenn die beiden Klinken außer Eingriff mit den Schaltzähnen stehen.

In der veranschaulichten Stellung des.Drehschiebers 8 ist die Ventilöffnung 16 völlig verschlossen. Das Schieberventil ist daher gesperrt. Wird dem Elektromagneten ein elektrischer Impuls zugeführt, zieht der Anker 27 an, die Schaltklinke 29 kommt in Eingriff mit einem Schaltzahn 36 und dreht hierdurch den Drehschieber 8 um einen vorgegebenen Winkel. Je nach dem Hub des Schrittschaltwerks kommt die kleinste Breite der Ventilöffnung 13 nach einem oder mehreren elektrischen Impulsen in Überdeckung

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mit der Ventilöffnung 16, wodurch der kleinste Durchlaßquerschnitt festgelegt ist. Durch weitere elektrische Impulse kann der Drehschieber 8 weitergeschaltet werden, so daß nacheinander verschieden große Durchflußquerschnitte wirksam gemacht werden. Während der Elektromagnet 22 eine Aufwärtssteuerung bewirkt, kann mit Hilfe des Elektromagneten 23 in gleicher Weise eine Abwärtssteuerung erzielt werden. Da die Elektromagnete unter Zwischenschaltung je einer Ringdichtung 40 bzw. 41 am Gehäuse 1 anschliessen, sind der gesamte Innenraum des Ventils und die Antriebsvorrichtung 21 nach außen hin hermetisch abgeschlossen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 werden für entsprechende Teile um 100 gegenüber Fig. 1 und 2 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich ist zunächst, daß der Drehschieber 108 aus einer Hülse 141 und einer damit verbundenen Scheibe 142, die außen die Schaltzähne 136 trägt, besteht„ Die Hülse 141 weist eine einzelne Ventilöffnung 116 auf und umgibt als zweites Ventilteil 115 einen Hohlzapfen, der in Umfangsrichtung jeweils um 90° versetzt vier Radialbohrungen 111 unterschiedlicher Größe und am Umfang eine Nut, welche eine Ventilöffnung 113 abnehmender Breite bildet, aufweist. Dieses Ventilteil 115 ist einstückig mit einem Flansch 143 ausgebildet und wird durch den mit Schrauben befestigten Deckel 105 im Gehäuse 101 ortsfest gehalten.

Die Anker der Elektromagnete 122 und 123 sind mit Verlängerungen 144 bzw. 145 versehen, die am unteren Ende die Drehachsen 131 bzw. 132 für kurze Klinken 129 bzw. 130 tragen, welche durch Biegefedern 133 bzw. 134 aus Draht radial nach innen gedrückt werden, sofern sie nicht durch Anlage an einer Bodenfläche 135 des Gehäuses nach außen gedrückt werden. Zapfen 146 verhindern ein zu weites Einschwenken der Klinken 131. Die Arretierungsvorrichtung 138 weist statt einer Kugel einen federbelasteten Konus 14O auf.

Bei dieser Ausführungsform treten etwas geringere Reibungsver-

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luste als bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 auf; man muß aber mit etwas größeren Leckverlusten rechnen.

Die verwendeten Materialien werden nach den Forderungen gewählt, die an das Ventil gestellt werden. Für normale Zwecke können die Teile aus Messing bestehen. Für aggressive Medien bei mäßigen Temperaturen kann Kunststoff für die einzelnen Teile verwendet werden. Für aggressive Medien bei höherer Temperatur ist beispielsweise säurefester Stahl geeignet.

Abwandlungen von den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind in vielerlei Richtung möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die Ventilöffnung 16, 116 im Querschnitt von der Kreisform abweichen. Die nutenförmigen Ventilöffnungen 13, 113 können auch je durch eine Gruppe unterschiedlich großer Bohrungen ersetzt werden. Es ist auch möglich, zwei Ventilöffnungen abnehmender Breite auf zwei nebeneinander liegenden Kreisbahnen anzuordnen und in einer beiden Ventilöffningen ,gemeinsamen Ventilöffnung am anderen Ventilteil zusammenwirken zu lassen.

Claims

Patentansprüche

1. Schieberventil, bei. dem ein feststehendes Ventilteil und ein durch eine Antriebsvorrichtung verstellbares Ventilteil, der Schieber, mit Ventilöffnungen versehen sind, die zusammen einen Durchflußkanal veränderbaren Querschnitts bilden, dadurch gekennzeichnet, daß einer Ventilöffnung (16, 116) in dem einen Ventilteil (15, 141) mindestens eine Ventilöffnung (13, 113) in dem anderen Ventilteil (8, 115) zugeordnet ist, deren quer zur Verstellrichtung des Schiebers (8, 108) gemessene Breite in Verstellrichtung auf einen Bruchteil der Breite der erstgenannten Ventilöffnung (13, 113) abnimmt und daß die Antriebsvorrichtung (21, 121) den Schieber in Stufen verstellt.

2. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilöffnung (13, 113) abnehmender Breite als Nut ausgebildet ist.

3. Schieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellstufen der Antriebsvorrichtung (121) einander gleich sind.

4. Schieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (8, 108) ein Drehschieber und die mindestens eine Ventilöffnung (13, 113) abnehmender Breite auf einer Kreisbahn angeordnet ist.

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5. Schieberventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehschieberscheibe (8) die Ventilöffnung (13) abnehmender Breite als stirnseitige Nut aufweist und um eine exzentrisch zur Ventilöffnung (16) des feststehenden Ventilteils (15) verlaufende Achse (12) drehbar ist.

6. Schieberventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieberscheibe (8) auf der Abflußseite durch einen Führungsring (9) abgestützt und das feststehende Ventilteil (15) auf der Zuflußseite gegen die Drehschieberscheibe anpreßbar ist.

7. Schieberventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drehschieberscheibe (8) und Führungsring (9) ein Wälzlager (10) angeordnet ist.

8. Schieberventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilteile durch eine Drehschieberhülse (141) und' einen sie durchsetzenden festen Hohlzapfen (115).gebildet sind und die Ventilöffnung (113) abnehmender Breite eine Umfangsnut ist.

9. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (21, 121) ein Schrittschaltwerk (37, 137) aufweist.

10. Schieberventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittschaltwerk (37, 137) wenigstens einen durch elektrische Impulse erregbaren Elektromagneten (22, 23; 122, 123) aufweist, dessen Anker eine mit Schaltzähnen (36, 136) an dem Schieber (8, 108) zusammenwirkende Klinke (29, 30; 129, 130) betätigt.

11. Schieberventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektromagnete (22, 23; 122, 123) mit gegensinnig auf die Schaltzähne (36, 136) einwirkenden Klinken (29, 30; 129,

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130) vorgesehen sind.

12. Schieberventil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzähne (36, 136) des Schrittschaltwerks (37, 137) am Außenumfang des Drehschiebers (8, 108) angebracht sind.

13. Schieberventil nach einem der Ansprüche .1 bis 12, gekennzeichnet durch Arretierungsmittel (38, 138), die den Schieber (8, 108) am Ende einer Verstellstufe festhalten.

14. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (3, 103) des Ventils und die Antriebsvorrichtung (21, 121) hermetisch nach außen abgedichtet sind.

15. Schieberventil nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (8, 108) in einem Gehäuse (1, 101) zwischen parallelachsig dazu verlaufenden Ein- und Austrittsstutzen (2, 6; 102, 106) angeordnet ist und daß zwei Elektromagnete (22, 23; 122, 123) parallel zueinander und etwa tangential zum Drehschieberumfang an einer Gehäusewand (24, 124) angebracht sind.