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Freiflußventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Freiflußventil, das seinen Namen
daher hat, weil das Strömungsmedium vor und nach der Drosselstelle eine gerade Durchflußrichtung
besitzt, also keine Umlenkung erfährt.
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Der bekannteste Typ des Freiflußventils ist ein Schrägsitzventil,
welches strömungstechnisch eine besonders günstige Ventilausführung darstellt. Durch
Schrägstellen des Ventilsitzes bezüglich der Strömungsrichtung und damit zwangsläufig
auch der Ventilspindel läßt sich ein gerader Durchfluß des Strömungsmediums erreichen,
was geringere Druckverluste, die nur etwas halb so groß sind wie bei Geradsitzventilen
gleicher Nennweite, zur Folge hat. Diese Bauweise ist jedoch verhältnismäßig aufwendig
und nicht wartungsfrei, insbesondere hinsichtlich der abzudichtenden Stellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Freiflußventil zu schaffen,
dessen bewegbare Teile keiner Abdichtung bedürfen und das eine einfache, kostengünstige
Ausführung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Ventilkörperteil
ein vom Strömungsmedium durchflossenes elastisches Schlauchstück angeordnet ist,
dessen beide Enden von in Einschraubrichtung konisch zulaufenden, mit Außengewinde
versehenen Befestigungsmuttern an Anlageflächen des Ventilkörperteils gepreßt sind
und letzteres einander gegenüberliegende Führungen für druckbeaufschlagbare Bolzen
aufweist, deren mit ihnen jeweils verbundene 8acke entsprechend der Größe der axialen
Druckkraft das elastische Schlauchstück eindrückt, derart, daß die gegenläufige
Bewegung der Backen eine Drosselung des Strömungsmediums im Bereich von 0 bis 100
% hervorruft.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen
der Ansprüche 2 bis 10.
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Nachstehend sind einige bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen
mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben; es
zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Freiflußventils in Draufsicht
in Offenstellung (Drosselung 0 %) und gestrichelt in Schließstellung (Drosselung
100 %); Fig. 2 einen Querschnitt des Freiflußventils in Offenstellung (Drosselung
0 %); Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt des Freiflußventils mit Magnetspulen;
Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt des Freiflußventils mit Handrad.
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Das erfindungsgemäße Freiflußventil besitzt ein Ventilkörperteil 1,
in das ein Schlauchstück 2 eingeschoben ist.
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Um dasselbe in seiner Lage festzuhalten, werden an beiden Seiten des
Ventilkörperteils 1 mit Außengewinde versehene Befestigungsmuttern 3,4 eingeschraubt,
deren in Einschraubrichtung konisch zulaufender Teil die beiden Enden 5,6 des Schlauchstücks
2 an Anlageflächen 7,8 des Ventilkörperteils 1 preßt. Das Ventilkörperteil 1 weist
einander gegenüberliegende Führungen 9,10 auf, in denen Bolzen 11,12 axial verschiebbar
gelagert sind. An dem dem Schlauchstück 2 zugewandten Ende des Bolzens 11 befindet
sich eine Backe 13 und am Ende des Bolzens 12 eine Backe 14, wobei jeweils Bolzen
und Backe einstückig ausgebildet sind. Der Abstand der beiden Backen 13,14 ist dabei
so bemessen, daß sie das Schlauchstück 2 fast oder nur leicht am Umfang berühren.
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Wenn nun auf das Ende des hervorstehenden Bolzens 11 eine Kraft P
wirkt und auf das Ende des hervorstehenden Bolzens 12 eine Kraft P', dann soll in
möglichst engen Toleranzgrenzen P = Pl gelten. Oder in vektorieller Schreibweise
genauer ausgedrückt P =-P'.
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Je nach Größe der Kraft P bewegen sich die Backen 13,14 mehr oder
weniger aufeinander zu und drücken dadurch das elastische Schlauchstück 2 ebenfalls
mehr oder weniger zusammen, was zwangsläufig einen kleineren oder größeren Durchflußquerschnitt
zu Folge hat. In Fig. 1 ist die Offenstellung des Ventils in durchgezogenen Linien
und die Schließstellung in gestrichelten Linien gezeigt.
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Auf diese Weise läßt sich die Durchsatzmenge des Strömungsmediums
pro Zeiteinheit kontinuierlich verändern. Wird P= O, so bewegen sich die beiden
Backen 13,14 infolge der rückstellenden Elastizitätskraft des Schlauchstücks 2,
gegebenenfalls unter Mitwirkung des Strömungsdrucks, wieder in ihre Ausgangsstellung
zurück. Auf die beschriebene Weise ist eine kontinuierliche Drosselung des Strömungsmediums
im Bereich von 0 bis 100 % möglich, d.h. mit anderen Worten, bei 0 % findet übehraupt
keine Drosselung statt, während bei einer 100%igen Drosselung das erfindungsgemäße
Freiflußventil das Strömungsmedium vollkommen absperrt, solange der dazu erforderliche
Druck P aufrechterhalten wird. Dies gilt selbstverständlich analog für alle Backenstellungen,
vorausgesetzt, daß P = const und im Strömungsmedium keine Druckschwankungen auftreten.
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Im einfachsten Fall läßt sich bereits mit Daumen und Zeigefinger einer
Hand durch Druck auf die Bolzenenden eine Drosselung hervorrufen. Aus der vorstehend
beschriebenen Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist klar ersichtlich, daß
sich dieser den verschiedensten Anwendungsfällen sowohl hinsichtlich der auftretenden
Kräfte als auch der Durchsatzmengen und der Art des Strömungsmediums leicht anpassen
läßt.
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Hierzu gehört auch, daß die Wand des elastischen Schlauchstücks 2
für das Strömungsmedium undurchlässig ist und mit demselben auch keine unerwünschte
chemische Reaktion eingeht. Dabei handelt es sich keineswegs um eine Selbstverständlichkeit,
sondern es wird deutlich, in welch großem Umfang das Schlauchmaterial in mechanischer
(elastischer) und auch in stofflicher Zusammensetzung wählbar ist, um diese Forderungen
optimal zu erfüllen. Wenn - aus welchen Gründen auch immer - eine besonders schmale
Ausführungsform des Ventils notwendig ist, kann das in Fig. 2 als kreisförmig zu
erkennende Schlauchstück 2 auch eine (nicht dargestellte) ovale Form besitzen. In
solchen Fällen hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Backen
13,14 rechteckig ausgebildet sind und mit ihren Längsseiten an denjenigen des ovalen
elastischen Schlauchstücks anliegen.
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Fig. 2 zeigt einen unteren Teil einer Betätigungsstange 15, die durch
eine Führung 16 des Ventilkörperteils 1 hindurchtritt und am Steg 17 eines U-förmigen
Bügels 18 befestigt ist. Seine Schenkel 19,20 ragen ins Ventilinnere und weisen
nach außen abgewinkelte Endteile 21,22 auf, deren Flächen 23,24 auf die Bolzen 11
bzw. 12 drücken, welche ihrerseits die jeweilige axiale Druckkraftkomponente auf
die Backen 13,14 übertragen und den Abstand derselben voneinder innerhalb der gegebenen
Grenzen in Abhängigkeit von der Eindringtiefe des Bügels 18 bestimmen.
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Da beim Einfahren des Bügels 18 nicht die volle Druckkraft nutzbar
gemacht werden kann, sondern nur die jeweilige axiale Druckkraftkomponente auf die
Backen 13,14 wirkt, treten an der jeweiligen Berührungsstelle zwischen den Bolzenenden
einerseits und den Flächen 23 bzw. 24 andererseits erhebliche Reibungskräfte auf
sowie auch Druckkräfte in den Führungen 9,10, was nicht nur eine erhöhte Materialbeanspruchung,
sondern auch einen unnötigen Energieaufwand bedeutet. Diese Nachteile lassen sich
weitgehend verringern, wenn die Bolzen 11,12 an der Berührungsstelle mit den abgewinkelten
Endteilen 21,22 derart abgeschrägt sind, daß eine Flächenberührung stattfindet,
insbesondere, wenn der U-förmige Bügel 18 aus Bandmaterial besteht.
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Zwischen der Eindringtiefe des Bügels 18 in das Ventilkörperteil 1
und dem Einschiebeweg der Bolzen 11,12 bzw.
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dem Abstand der Bacl<en 13,14 muß nicht immer ein lineares Verhältnis
bestehen. Eine andere Zuordnung kann dadurch hergestellt werden, daß die den Bolzen
11,12 zugewandten Flächen 23,24 der abgewinkelten Endteile 21,22 uneben sind.
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So können etwa kleine (nicht dargetellte) Auflauframpen od.dgl. an
den genannten Flächen angebracht sein, je nachdem, wie der gewünschte Drosselungsgrad
von der Eindringtiefe des Bügels 18 in einem bestimmten Anwendungsfall abhängig
sein soll. Eine andere, vor allem Druckschwankungen des Strömungsmediums berücksichtigende
Art der Regelung des Drosselungsgrades läßt sich dadurch erreichen, daß die abgewinkelten
Endteile 21,22 federnd ausgebildet sind. Eine Kombination dieser beiden Maßnahmen
ist damit selbstverständlich nicht ausgeschlossen. Entscheidend sind aber stets
die besonderen Erfordernisse des jeweiligen Einzelfalles.
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Eine bevorzugt für Fernbedienung geeignete Variante besteht darin,
daß die einen Elektromagneten 25 durchsetzende Betätigungsstange 15 mit dessen Joch
26 fest verbunden ist. Auch hierdurch erfolgt ohne Einwirkung von außen eine variable
Änderung des Drosselungsgrades und somit auch der Durchsatzmenge in Abhängigkeit
vom Druck des Strömungsmediums. Die weiter oben bereits erwähnte Rückstellkraft
auf die Bolzen 11,12, hervorgerufen durch die Elastizitätskraft des Schlauch stücks
2 und/oder des Strömungsdrucks, hat die Tendenz, den Bügel 18 auszuschieben. Die
bisher beschriebenen Maßnahmen zur Drosselung sind daher immer im Zusammenhang mit
der auf die Betätigungsstange 15 wirkenden Kraft zu wählen - oder umgekehrt. Es
liegt im Rahmen des allgemeinen technischen Wissens, an sich bekannte Sperreinrichtungen
vorzusehen, um die Betätigungsstange 15 in einer bestimmten Stellung zu arretieren
bzw. sich nur in der einen oder anderen Richtung bewegen zu lassen.
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In vielen Fällen ist es zweckmäßig, wenn die als Gewindestange 27
ausgebildete Betätigungsstange mit der Welle 28 mit Innengwinde in der Führung 16
verschraubbar gelagert ist. Am oberen Ende der Welle 28 ist ein Handrad 29 fest
angebracht. Statt desselben kann natürlich auch
ein anderes Verstellorgan,
wie etwa ein Schwenkhebel od.
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dgl. vorgesehen sein. Die Betätigungsstange 15 ist damit praktisch
zu einer Spindel geworden und der ganze Erfindungsgegenstand - von der Betätigungsweise
her gesehen -zu einem Niederschraubventil.
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In der vorstehenden Beschreibung sind einige grundsätzliche Funktionsweisen
angegeben, die das erfindungsgemäße Freiflußventil in sich vereinigt. So ist durch
die letztgenannte Maßnahme ein Absperrventil geschaffen, wenn der Bügel 18 seine
tiefste Eindringstellung erreicht hat, also vollständig niedergeschraubt ist, und
seine Schenkel 19,20 bzw. die Endteile 21,22 nicht federndoder nachgiebig, sondern
starr ausgebildet sind. Andernfalls ergibt sich ein Überdruck- oder Sicherheitsventil.
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Das erfindungsgemäße Freiflußventil läßt sich somit den drei bekannten
Hauptgruppen Absperrventil, Drosselventil und Auslaßventil zuordnen. Damit liegen
die Vorteile, die der Erfindungsgegenstand mit sich bringt, auf der Hand.
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Das Strömungsmedium kann flüssig oder gasförmig sein, wobei noch der
Vorteil hinzukommt, daß bei Verwendung von kalkhaltigem Wasser die Ablagerungen
an der Innenwand des Schlauchstücks 2 infolge dessen elastischer Bewegungen abplatzen.
Es ist also auch nach längerer Absperrung (Drosselungsgrad 100 %) eine sofortige
Funktionsfähigkeit gegeben, ohne daß vorher Dichtungen ausgewechselt oder sonstige
Wartungsarbeiten vorgenommen werden müßten.
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