DE3519034C2

DE3519034C2 -

Info

Publication number: DE3519034C2
Application number: DE3519034A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. 4330 Muelheim De Epe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1985-05-25
Publication date: 1987-09-03
Also published as: DE3519034A1; US4651768A

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein vorgesteuertes Ventil in Rohrflanschbauweise - mit zylindrischem Gehäuse, quer schnittsgesteuertem Strömungskanal, Ventilsitzelement, Verschlußstück und zumindest einem in eine radiale Bohrung des Gehäuses einge setzten Hilfsventil, wobei das Ventilsitzelement als pilzförmg ausge führt ist, dessen Pilzkopf einen als Sitzfläche ausgebildeten Rand aufweist und dessen Pilzstiel an zumindest einen den Strömungskanal durchquerenden Haltesteg angeschlossen ist, wobei das Verschlußstück als federbelasteter, im Gehäuse geführter Hohlkolben ausgeführt ist, dessen Zylinderraum den Strömungskanal bildet, der mit einem Innen rand auf die Sitzfläche des Pilzkopfes aufsetzbar ist und wobei das Hilfsventil ein federbelastetes Hilfsverschlußstück mit zugeordnetem Hilfsventilsitz aufweist, das einen über eine Drosseleinrichtung vom Hauptstrom abgezweigten Mediumstrom steuert.

Bei dem bekannten gattungsgemäßen Ventil (FR-PS 15 68 846) ist das Pilzelement birnenförmig gestaltet und mit seinem als Pilstiel dienen den Birnenhals an starre Stege angeschlossen, die sich praktisch über die gesamte Länge des Birnenhalses erstrecken und folglich ein großes Flächenträgheitsmoment aufweisen sowie nicht elastisch verformbar eingerichtet sind. Der Zylinderkolben ist mit seinem äußeren Rand unter Zwischenschaltung von Dichtungsmitteln in dem zugeordneten, zylindrischen Gehäuse geführt. Die Drosseleinrichtung besteht aus Drosselbohrungen und Drosselkanälen. Bei dem beschrie benen Aufbau können Verklebungen zwischen dem Pilzelement und dem Ventilsitzelement auftreten, die außerordentlich stören, weil vorge steuerte Ventile feinfühlig und schon mit dem durch die Rückhol federung des Zylinderkolbens hervorgerufenen Druckabfall zuverlässig arbeiten sollen. Diese kleinen Kräfte reichen oft infolge der Verkle bungen nicht aus, um den rohrförmigen Ventilkörper aus der ge schlossenen Stellung zu lösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes, vorgesteuertes Ventil so weiter auszubilden, daß ein Kleben des Ventilkörpers am Ventilsitzelement sich störend nicht mehr auswirken kann, sondern ohne Schwierigkeiten durch den normalen Betrieb auf gehoben wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Der bzw. die am Pilzstiel engeschlossenen Haltestege für das pilzförmige Ventilsitzelement sind federnd elastisch,
b) ein äußerer Abschnitt des Hohlkolbens bildet gegenüber dem Ge häuse einen als Drosseleinrichtung dienenden Ringspalt.

Daß ein Hohlkolben mit seinem äußeren Rand gegenüber dem Gehäuse einen Ringspalt bildet, der als Drosseleinrichtung dient, ist an sich bekannt (DE-OS 20 32 822).

Die Kombination bringt besondere Effekte: Bei geschlossenem Vor steuerventil belastet der volle Zulaufdruck das Pilzelement. Beginnt nun allmählich ein Vorsteuerstrom zu fließen, so sinkt der Zwischen druck auf den Gleichgewichtswert ab, der durch die Flächenverhält nisse der Druckbeaufschlagung bestimmt wird. Hierdurch federt die Sitzfläche zurück und bewegt sich der zylindrische Ventilkörper schon, bevor er von der Sitzfläche abhebt, so daß ein Kleben auf gehoben wird. Dazu trägt die Maßnahme bei, daß der Hohlkolben mit seinem äußeren Rand gegenüber dem Gehäuse den Ringspalt und damit die Drosseleinrichtung bildet. Hierdurch ergibt sich nämlich, toleranzbedingt, ein Freiheitsgrad für den Ventilkörper, und zwar gleichsam quer zur Achse des Strömungskanals.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglich keiten der weiteren Ausbildung. So kann der Hohlkolben im Be reich eines Innenbundes den äußeren, die Drosseleinrichtung bildenden Abschnitt aufweisen und dieser äußere Abschnitt kann mit einer umlaufenden Zahnprofilierung versehen sein. Die Drosseleinrichtung kann fernerhin eine Schutzblende mit Abstreifwirkung aufweisen, die im Hohlkolben eine Verlängerung des Ringspaltes der Drosseleinrich tung bildet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Aus führungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils mit zusätzlichen Funktionen.

Das in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte vorgesteuerte Ventil besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, in dem der rohrförmige Hohlkol ben 2 als Verschlußstück drehbar und gegen das Ventilsitzelement 3 axial verschiebbar gelagert ist. Dieses Ventil ist für nichtschmierende, niederviskose Medien konzipiert, da die Hauptdichtstelle am Ausgang mit einer Abdichtungsmembran 4 versehen ist, die einerseits an einer zwischen Gehäuse 1 und Rohrflansch 5 festgeklemmten Platte 6 be festigt ist und andererseits über einen Dichtring 7 drehbar mt dem als Hohlkolben 2 ausgebildeten Verschlußstück in Verbidung steht, wobei die Passung 8 zwischen Hohlkolben 2 und Gehäuse 1 lediglich der Gleitführung dient; die andere schiebende Begrenzung des Zwi schendruckraumes 9 muß für die Speisung der Vorsteuerung leckbe haftet sein, hierzu bildet das Spiel zwischen Hohlkolben 2 und Ge häuse 1 die Zulaufdrosselung in Form eines Ringspaltes 10, die zwecks Widerstandserhöhung bei großem Spiel aus einer Zahnpofilie rung 11 besteht, wobei die genaue Führung durch die Nocken 12 wahrgenommen wird. Eine Schutzblende 13 verhindert den Schmutz eintritt in den Ringspalt 10, da jede Ansammlung von Fremdkörpern an der Einlaufkante 14 beim Öffnen des Ventils durch die Strömungs kräfte infolge hoher Stömungsgeschwindigkeiten weggefegt wird. Das Ventilsitzelement ist als Pilzelement 3 ausgeführt, dessen Pilzkopf 3′ einen als Sitzfläche 3′′ ausgebildeten Rand aufweist und dessen Pilz stiel 3′′′ an zumindest einen Haltesteg 26 angeschlossen ist. Der Ventilkörper ist als federbelasteter, im Gehäuse 1 geführter rohr förmiger Hohlkolben 2 ausgeführt, dessen Zylinderraum den Strömungs kanal K bildet, der mit einem Innenbund 2′ auf die Sitzfläche 3′′ des Pilzkopfes 3′ aufsetzbar ist und der mit einem äußeren Ab schnitt 2′′ gegenüber dem Gehäuse 1 einen Ringspalt 10 und damit die Drosseleinrichtung bildet.

Vorgesteuerte Ventile sollen feinfühlig arbeiten und schon mit dem durch die Rückholfederung des Hohlkolbens 2 (in Fig. 1 durch die Federwirkung der Abdichtungsmembran 4 verwirklicht, in Fig. 4 nicht dargestellt) hervorgerufenen Druckabfall zuverlässig arbeiten. Diese kleinen Kräfte reichen oft infolge Klebe-Effekten nicht aus, um den rohrförmigen Hohlkolben 2 aus der geschlossenen Stellung zu lö sen. Abhilfe ist durch die elastisch verformbaren Haltestege 26 zwi schen den Einlaßöffnungen 27 gegeben. Bei geschlossenem Vorsteuer ventil, sei es bei der Fremdsteuerung die Ventilstelle des Hilfsven tils 20, beim Druckminderer der Ventilkegel 28 oder beim Überström ventil der Ventilstift 29, baut sich im Zwischendruckraum 9 der volle Zulaufdruck auf, dementsprechend wird das Pilzelement 3 belastet; beginnt nun allmählich ein Vorsteuerstrom zu fließen, so sinkt der Zwischendruck auf den Gleichgewichtswert ab, der durch die Flächen verhältnisse der Druckbeaufschlagungen bestimmt wird; hierdurch federt die Sitzfläche 3′′ zurück und bewegt den Hohlkolben 2 schon bevor er von der Sitzfläche 3′′ abhebt, so daß allfälliges Kleben an den Seitenwänden aufgelockert wird.

Häufig sind vorgesteuerte Ventile des beschriebenen Aufbaus regelbar, was nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die Ausführungsbeispiele zeigen solche Ventile. Der Hohlkolben 2 weist in seiner Außenober fläche zumindest eine hauptsächlich in Umfangsrichtung verlaufende Regelkennlinien-Steuerkurve S mit zugeordnetem, im Gehäuse 1 liegen dem Steuerbolzen 18 auf, wobei der Zylinderkolben 2 mit Hilfe eines Stelltriebes 19 um seine Zylinderkolbenachse Z drehbar sowie dadurch die Regelkennlinie veränderbar ist.

Die Vorsteuerung der Fig. 1 koppelt über den durch die Feder 17 belasteten Steuerbolzen 18 die Stellung des Hohlkolbens 2 an die Vorgabe eines Stellstiftes 15 des Antriebes (hier dargestellt als pneu matischer Membranantrieb 16) derart, daß je nach Winkelstellung des Hohlkolbens 2 eine in dessen Mantelfläche eingearbeitete Regelkenn linien-Steuerkurve S mit spiralförmigem Verlauf das Öffnungsgesetz des Ventiles bezüglich des Stellstiftes 15 bestimmt. Somit kann von außen und während des Betriebes (bei geöffnetem Ventil) durch Dreh hung der mit einer Verzahnung 2′′′ am Hohlkolben 2 in Eingriff stehenden Stellschraube 19 jegliche Übertragungsvariante z. B. zwi schen linear und gleichprozentig angewählt werden, je nach Reaktion des ganzen Regelsystems, ähnlich wie bei einem hydraulischen Kopie rer wird der Hohlkolben 2 den Bewegungen des Stellstiftes 15 folgen, gesteuert durch den vom Hilfsventil 20 modulierten und von der Zu laufdrosselung 10 dosierten Steuerstrom, der sich über die Öffnung 21 wieder mit dem Hauptstrom am Ausgang des Ventiles vereint.

Der gleiche Gewindeanschluß 22, der in Fig. 1 den Membranantrieb 16 aufnimmt, kann auch mit einer Vielfalt von fremd- und eigengesteu erten Regeleinsätzen bestückt werden, z. B. mit dem Druckminderer 23 oder der Stromregler/Überströmventil-Kombination 24 der Fig. 4. Eben so können mittels mehreren Gewindeanschlüssen 22 im gleichen Gehäu se 1 Paarungen von Funktionen realisiert werden (z. B. Fremdsteue rung plus Druckminderer oder Fremdsteuerung plus Überströmen usw.), dies ohne das Ventil je von seiner Rohrflanschverbindung zu lö sen.

Die Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Ausführung des Hohlkolbens 2 und des Gehäuses 1 ohne Abdichtungsmembran 4 für viskose Medien. In der gleichen Darstellung werden Ausführungsbeispiele von eigenge steuerten Vorsteuereinsätzen gezeigt, und zwar die Druckminde rung 23 und das Überströmen mit Stromregelung 24: Bei der Druck minderung schließt der auch als Feder wirkende Balg 30 (auf Umwelt druck gelüftet) das Hilfsverschlußstück 28 bei steigendem Druck im Rücklauf, wobei der Balg 31 (auf Zwischendruck gehalten durch die Bohrung 32) lediglich der Druckkraftkompensierung am Vertikalkegel des Hilfsverschlußstückes 28 dient; somit wird der Druck am Ausgang durch die Federkrafteinstellung an den Bälgen 30, 31 über den Dreh stift 33 vorgegeben, der rohrförmige Hohlkolben pendelt sich entspre chend dieser Sollwerteinstellung ein; die Dichtkappe 34 dient zugleich als Gegenmutter.

Im Zusammenspiel mit der Meßblende 35 sorgt die sogenannte Druck waage, bestehend aus Ringkolben 36 und Fesselfeder 37, durch Ab decken der Zwichendruckraum-Entlüftung 38 für einen konstanten Strom durch den Hohlkolben 2, indem der Druckabfall an der Blende 35 unverändert bleibt, wobei der Blendenzulaufdruck über das Bohrungssystem 39 der Stirnseite des Ringkolbens 36 zugeführt wird. Mit dem Stromregler kombiniert ist hier ein einfaches Überdruckven til, bestehend aus dem durch die Feder 40 vorgespannten Ventil stift 29, der den Hohlkolben 2 in Öffnungsstellung bringt, sobald die Zulaufdruckkraft am Ventilstift 29 die am Drehstift 41 eingestellte Federspannung 40 übersteigt. Auch hier dient die Dichtkappe 42 zugleich als Gegenmutter. Die beschriebene "IN-LINE"-Bauart ermög licht außerordentlich günstige Druckabfallwerte, da in geöffneter Stel lung die Umlenkungen minimal sind; außerdem bietet diese radialsym metrische Ausgestaltung den Vorteil preisgünstiger Fertigung (vor wiegend Drehteile) und großer Druckfestigkeit (gleichmäßige Verfor mungen unter Druck).

Claims

1. Vorgesteuertes Ventil in Rohrflanschbauweise - mit

zylindrischem Gehäuse,
querschnittsgesteuertem Strömungskanal,
Ventilsitzelement,
Verschlußstück und
zumindest einem in eine radiale Bohrung des Gehäuses ein gesetzten Hilfsventil,

wobei das Ventilsitzelement pilzförmig ausgeführt ist, dessen Pilzkopf einen als Sitzfläche ausgebildeten Rand aufweist und des sen Pilzstiel an zumindest einen den Strömungskanal durchqueren den Haltesteg angeschlossen ist, wobei das Verschlußstück als feder belasteter, im Gehäuse geführter Hohlkolben ausgeführt ist, dessen Zylinderraum den Strömungskanal bildet, der mit einem Innenrand auf die Sitzfläche des Pilzkopfes aufsetzbar ist, und wobei das Hilfs ventil ein federbelastetes Hilfsverschlußstück mit zugeordnetem Hilfs ventilsitz aufweist, das einen über eine Drosseleinrichtung vom Hauptstrom abgezweigten Mediumstrom steuert, gekenn zeichnet durch die Kombination folgender Merk male:

a) Der bzw. die am Pilzstiel (3′′′) angeschlossenen Haltestege (26) für das pilzförmige Ventilsitzelement (3) sind federnd nachgie big ausgebildet,
b) ein äußerer Abschnitt (2′′) des Hohlkolbens (2) bildet gegenüber dem Gehäuse (1) einen als Drosseleinrichtung dienenden Ring spalt (10).

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl kolben (2) im Bereich eines Innenbundes (2′) den äußeren, die Dros seleinrichtung bildenden Abschnitt (2′′) aufweist und daß dieser äußere Abschnitt (2′′) mit einer umlaufenden Zahnprofilierung (11) versehen ist.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Drosseleinrichtung eine Schutzblende (13) mit Abstreif wirkung aufweist, die im Hohlkolben (2) eine Verlängerung des Ringspaltes (10) der Drosseleinrichtung bildet.