DE3624999A1 - Einsitzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einsitzventil mit einem Ent­ lastungsorgan, beispiels- und vorzugsweise ein Einsitz­ ventil, insbesondere zum Regeln des Ausgangsdruckes eines unter einem Eingangsdruck anstehenden Strömungs­ mediums, mit einer durch den Eingangsdruck beaufschlag­ ten Eingangskammer, einer unter dem Ausgangsdruck stehenden Ausgangskammer, dem zwischen der Eingangs- und der Aus­ gangskammer angeordneten Ventilkegel, der einerseits durch den Eingangsdruck und eine auf ihn einwirkende Einstellfeder oder dergleichen in Öffnungsrichtung und andererseits durch den Ausgangsdruck in Schließstellung belastet ist, und der mit dem Strömungsmedium beaufschlagten Entlastungskammer mit dem beweglichen, mit dem Ventil­ kegel über ein Verbindungsglied im wesentlichen mechanisch starr verbundenen Entlastungsorgan, welches durch den in der Entlastungskammer herrschenden Entlastungsdruck in der Einwirkung des Eingangsdruckes auf den Ventil­ kegel entgegengesetzter Richtung belastet ist.

Einsitzventile der vorstehend beschriebenen Art werden auch in anderen Reglern ohne Hilfsenergie häufig als Stellglieder verwendet. Der Vorteil der entlasteten Einsitzventile gegenüber nicht entlasteten Einsitzventi­ len liegt darin, daß sie die gleiche geringe Leckrate haben, jedoch mit sehr viel geringerer Stellenergie als letztere verstellt werden können. In Reglern ohne Hilfs­ energie ebenfalls übliche Doppelsitzventile hingegen können zwar mit relativ geringer Stellenergie verstellt werden, haben aber eine Leckrate, die etwa zehnmal höher ist als die der Einsitzventile.

Hinsichtlich der Verstellenergie, welche notwendig ist, um das Ventil von der Schließstellung in die vollständige Öffnungsstellung zu führen, verhält sich das entlastete Einsitzventil nachteiliger als das Doppelsitzventil. Im Öffnungszustand strömt nämlich das zustellende Medium mit hoher Geschwindigkeit durch den Spalt zwischen Ventil­ kegel bzw. Ventilteller und Ventilsitz. Nach dem Bernouilli- Gesetz wirkt daher auf den Ventilkegel ein Druck, der kleiner ist als jener, den das Strömungsmedium am Ventil­ eingang hat. Am Entlastungsorgan - sei dies ein Federrohr, eine Membran oder ein Kolben oder dergleichen - bewegt sich der Fließmittelstrom langsam, so daß hier im wesent­ lichen die statischen Druckkräfte, die in der Schließstel­ lung herrschen, erhalten bleiben. Es kommt demzufolge zu einem Ungleichgewicht zwischen den Kräften am Ventilkegel und am Entlastungsorgan mit der Folge, daß zur Verstel­ lung des Ventilkegels vom Schließzustand in einen Öffnungs­ zustand höhere Kräfte und damit höhere Energien notwendig sind als bei vollständiger Ventilentlastung.

Da sich bei Doppelsitzventilen an beiden Ventilsitzen Strömungen ausbilden, ist hier das Ungleichgewicht zwi­ schen Schließ- und Öffnungszustand geringer. In der DE-PS 10 77 937 ist bereits eine Möglichkeit beschrieben, wie man die durch Strömungskräfte bedingte Fehlentlastung verringern kann, indem man statt eines tellerförmigen Ventilkegels ein Verschlußrohr verwendet, an dem die Angriffsfläche für die Strömungskräfte geringer ist als an einem Ventilteller. Dennoch verändern sich auch bei Verwendung eines Verschlußrohres wegen dessen endlicher Fläche die Stellkräfte mit steigender Strömungsgeschwin­ digkeit. Zudem ist ein derartiges Verschlußrohr schwerer herzustellen als ein flacher Ventilkegel bzw. -teller.

Insgesamt hat es sich gezeigt, daß Einsitzventile der gattungsgemäßen Art, bei denen also in der Entlastungs­ kammer ständig im wesentlichen der Eingangsdruck herrscht, erhebliche Fehlentlastungen zeigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Einsitzventil dahingehend weiterzubilden, daß die bei Ventildurchströmung auftretende Fehlentla­ stung verringert und möglichst vollständig beseitigt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Entlastungsorgan in einer gegenüber den sonstigen Ventilräumen abgedichteten Entlastungskammer unterge­ bracht ist, in deren Inneren ein Druck erzeugbar ist, welcher bei allen Ventilhüben im wesentlichen gleich dem mittleren Druck auf den angeströmten Einsitz- Ventilkegel ist.

Eine besondere Ausführungsform zeichnet sich dabei dadurch aus, daß der die Entlastungskammer beaufschlagende Entla­ stungsdruck bei jeder Stellung des Ventilkegels (40) im wesentlichen gleich dem mittleren den Ventilkegel in Öffnungsrichtung belastenden momentanen Öffnungsdruck ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Entlastungsdruck um geringe Werte gegenüber dem momentanen Öffnungsdruck veränderbar ist.

Ferner sieht die Erfindung gegebenenfalls vor, daß eine das Entlastungsorgan mit dem Ventilkegel verbindende Ventilstange, die in einer die Entlastungskammer von der Eingangskammer und/oder der Ausgangskammer trennenden Wand gleitbeweglich gelagert ist, in der Trennwand druck­ dicht geführt ist.

Erfindungsgemäß wird weiterhin in bevorzugter Ausführungs­ form vorgeschlagen, daß die Entlastungskammer über eine Entlastungsleitung mit dem momentanen Öffnungsdruck be­ aufschlagbar ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Entlastungsleitung mit der Eingangskammer über eine Vordrossel und mit der Ausgangskammer über eine hubabhängig durch den Ventilkegel betätigbare Steuer­ drossel verbunden ist, die in Schließstellung des Ventil­ kegels geschlossen ist.

Die Erfindung schlägt auch vor, daß die Vordrossel als Festdrossel ausgebildet ist.

Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß der Drosselquerschnitt der Vordrossel einstellbar ist.

Auch kann bei der Erfindung vorgesehen sein, daß die Steuerdrossel einen Verdrängungskörper zum Gleich­ stellen des Entlastungsdruckes mit dem momentanen hubabhängigen Öffnungsdruck aufweist.

Die Erfindung sieht bei einer anderen Ausführungsform vor, daß die Entlastungsleitung mit einem innerhalb des Ventilkegels angeordneten Sammelraum verbunden ist, der über eine Anzahl von Druckabnahmebohrungen mit dem momen­ tanen Öffnungsdruck beaufschlagbar ist.

Dabei wird auch vorgeschlagen, daß die Druckabnahme­ bohrungen in Schließstellung des Ventilkegels durch den Ventilsitz hindurch mit der Eingangskammer kommunizieren.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Druckabnahmebohrungen in eine im wesentlichen senk­ recht zur Bewegungsrichtung des Ventilkegels liegende, dem Ventilsitz zugewandte Rückfläche des Ventilkegels münden.

Stattdessen kann auch vorgesehen sein, daß die Druck­ abnahmebohrungen in eine geneigt zur Bewegungsrichtung des Ventilkegels liegende Umfangsfläche desselben münden.

Die Erfindung sieht in Weiterbildung dieser Ausführungs­ form vor, daß der Ventilkegel eine dem Ventilsitz zuge­ wandte, in den die Rotationssymmetrieachse des Ventil­ kegels enthaltenden Schnittebenen gekrümmte Vorstufe auf­ weist, in deren Umfangsfläche die Druckabnahmebohrungen im wesentlichen senkrecht münden.

Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die Eingangskammer und die Entlastungskammer zusätzlich zu der Entlastungsleitung über eine mit einer Einstelldrossel versehene Verbindungsleitung kommunizieren.

Weiterhin ist nach der Erfindung ein Einsitzventil zur Verwendung in Stellgliedern mit oder ohne Hilfsenergie, wie Druckreglern, Differenzdruckreglern, Temperaturreg­ lern oder dergleichen, wobei der Ventilkegel wirkungs­ mäßig mit einem Meßglied bzw. einem Stellmotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsorgan entgegengesetzt zur Einwirkung des Entlastungsdruckes mit dem Ausgangsdruck beaufschlagbar ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Entlastungsorgan an der der Entlastungskammer abgewandten Seite mit einer Ausgleichskammer in Verbindung steht, die über eine Aus­ gleichsleitung mit der Ausgangskammer kommuniziert.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß es gelingt, den Nachteil der bei Ventildurchströmung entstehenden Fehlentlastung zu beseitigen, indem das Ent­ lastungsorgan von der Eingangskammer des Ventiles durch einen z.B. die Ventilstange nahezu oder ganz druckdicht umschließenden Flansch getrennt und dann in der in dem Raum zwischen dem Entlastungsorgan und dem Abdichtungs­ flansch gebildeten Entlastungskammer ein Entlastungsdruck erzeugt wird, welcher nicht mit dem Eingangsdruck überein­ stimmt, wie im Stand der Technik, sondern demjenigen ent­ spricht, der bei Ventildurchströmung auf die der Eingangs­ kammer zugewandte Seite des Ventilkegels einwirkt. Hier­ durch gelingt es nicht nur, die Drücke auf das Entlastungs­ organ und den Ventilkegel ungefähr gleich groß zu machen, sondern der Druck in der Entlastungskammer läßt sich auch mit dem Hub derartig verknüpfen, daß die in Richtung auf die Ausgangskammer gerichteten Kräfte mit dem Hub des Ventilkegels nicht nur abnehmen, sondern wahlweise sogar zunehmen. Eine derartige Dimensionierung der Druckent­ lastung kann die durch die Einstellfeder vorgegebene Ver­ stärkung des Reglers erheblich vergrößern, wobei auch die Druckwirkung in der Entlastungskammer vorzugsweise einstell­ bar gemacht werden kann.

All dies gelingt im wesentlichen durch das Grundkonzept der Erfindung, den Entlastungsdruck in der Entlastungs­ kammer gleich dem momentanen mittleren Öffnungsdruck auf den Ventilkegel zu machen, also hubabhängig auszubilden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeich­ nung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Beispiel eines entlasteten Einsitzventiles nach dem Stand der Technik im Längsschnitt durch die Rotationssymmetrieachse;

Fig. 2 in Fig. 1 entsprechender Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einsitz­ ventiles nach der Erfindung;

Fig. 3 in Fig. 2 entsprechender Darstellung ein wei­ teres Ausführungsbeispiel eines Einsitzventiles nach der Erfindung;

Fig. 4 in Fig. 3 entsprechender Schnittdarstellung ein wiederum abgewandeltes Ausführungsbei­ spiel des Einsitzventiles nach der Erfindung; und

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel des Einsitz­ ventiles nach der Erfindung zur Verwendung als Stellglied in einem Temperaturregler.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, weist das dort gezeigte Einsitz­ ventil nach dem Stand der Technik, also das Beispiel eines gattungsgemäßen Einsitzventiles, eine mit einem unter einem Eingangsdruck stehenden pneumatischen oder hydrau­ lischen Strömungsmedium beaufschlagte Eingangskammer 10 sowie eine unter einem Ausgangsdruck stehende Ausgangskammer 12 auf. Die Eingangskammer 10 ist mit der Ausgangskammer 12 über einen in Fig. 1 tellerförmig ausgebildeten Ventil­ kegel 14 verbunden, dem ein Ventilsitz 16 zugeordnet ist. Der Ventilkegel 14 steht über eine Ventilstange 18 mit einem durch einen in einer Entlastungskammer 20 herrschenden Druck beaufschlagbaren Entlastungsorgan 22 in Form eines Feder­ rohres in Verbindung. Die Entlastungskammer 20 kommuniziert, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, bei dem Einsitzventil nach dem Stand der Technik frei mit der Eingangskammer 10, so daß also der in der Entlastungskammer 20 herrschende Druck mit dem in der Eingangskammer 10 herrschenden Druck nahezu iden­ tisch ist. Der Boden des Federrohres 22 ist durch eine Einstellfeder 24 druckbelastet, mittels welcher durch ent­ sprechende Einstellung der Sollwert des Ausgangsdruckes, der in der Ausgangskammer 12 herrschen soll, einstellbar ist, da die Einstellfeder 24 zusätzlich zu dem Eingangs­ druck, der in der Eingangskammer 10 herrscht, den Ventil­ kegel 14 in Öffnungsrichtung, d.h. also in Richtung auf die in Fig. 1 gezeigte Offenstellung, drückt. Der Ventilkegel 14 wirkt bei dieser Anordnung als Meßglied, wobei auf die Oberseite des Ventilkegels 14 wegen der relativ großen, den Ventilkegel 14 umgebenden Ausgangskammer 12 und der darin herrschenden geringen Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen der statische Druck des Strömungsmediums ein­ wirkt, welches auf der Ausgangsseite des Einsitzventiles aus der Ausgangskammer 12 abfließt.

Die vorstehend beschriebene Anordnung nach dem Stand der Technik arbeitet wie folgt:

Sinkt der zu regelnde Ausgangsdruck in der Ausgangskammer 12, so drückt die Einstellfeder 24 den Ventilkegel 14 unter Verkürzung des Federrohres 22 nach oben. Im Spalt zwischen dem Ventilkegel 14 und dem Ventilsitz 16 entsteht ein Strahl, dessen Geschwindigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck in der Ausgangskammer 10 und dem Ausgangsdruck in der Ausgangskammer 12 abhängt, wobei diese Geschwindigkeit erheblich höher ist als die Strahl­ geschwindigkeit beim Eintritt des Strömungsmediums in die Eingangskammer 10 bzw. in den Ventilsitz 16. Diese Geschwindigkeitserhöhung des Strahles in den Spalt zwischen dem Ventilkegel 14 und dem Ventilsitz 16 läßt den Druck auf die dem Ventilsitz 16 zugewandte Unter­ seite des Ventilkegels 14 absinken, so daß der Mittel­ wert des auf diese Ventilkegelseite wirkenden Druckes, nämlich der momentane Öffnungsdruck, kleiner wird als bei geschlossenem bzw. nahezu geschlossenem Ventilkegel 14. Die in Öffnungsrichtung, d.h. in Fig. 1 nach oben, wir­ kenden Kräfte des beweglichen Systems verkleinern sich also mit der Strahlgeschwindigkeit und der mittleren Angriffsfläche des Ventilkegels 14, die hubabhängig ist, während die in Fig. 1 nach unten gerichteten Entlastungs­ kräfte, die durch den auf das Federrohr 22 einwirkenden, in der Entlastungskammer 20 herrschenden Entlastungsdruck erzeugt werden, der ja mit dem Eingangsdruck in der Ein­ gangskammer 10 übereinstimmt, im wesentlichen konstant sind. Ein in Schließnähe durch die Einstellfeder 24 ein­ gestellter Minderdruck verkleinert sich also bei ein und demselben Hub des Ventilkegels 14 bei großer Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck stärker als bei geringer Druckdifferenz. Hieraus folgt, daß die Verstärkung bzw. der Proportionalbereich des Reglers vor allem vom Druckgefälle am Ventilsitz 16, von der Größe des Hubes des Ventilkegels 14 und von der Fläche des Ventilkegels 14 abhängig ist. Bei ein und derselben Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck und dem gleichen Ventilhub wird ein Ventilkegel 14 mit großem Querschnitt durch die Strömung prozentual weniger fehlentlastet als ein kleiner Ventilkegel 14. Erwünscht ist jedoch im allgemeinen eine vom Ventilhub unabhängige Verstärkung. Dabei wird meist in Kauf genommen, daß der Verstärkungsgrad durch die Steife der Einstellfeder 24 begrenzt wird; bei Bedarf kann man jedoch auch statt einer Einstellfeder 24 Gewichte benutzen, um zu einer hohen Verstärkung zu kommen.

Abweichend von dem in Fig. 1 beschriebenen Beispiel eines gattungsgemäßen, also dem Stand der Technik zugehörigen Einsitzventiles stieg bei dem Ausführungsbeispiel des Ein­ sitzventiles nach der Erfindung, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, die Entlastungskammer 20 nicht frei kommunizierend mit der Eingangskammer 10 in Verbindung, sondern ist über eine Entlastungsleitung 26 einerseits über eine Vordrossel 28 mit der Eingangskammer 10 und andererseits über eine Rohrleitung 30 und eine Steuerdrossel 32 mit der Ausgangs­ kammer 12 verbunden. Die Steuerdrossel 32, deren Drossel­ querschnitt sich durch entsprechende Formgebung hubabhängig ändert, ist in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise als Kleinventil ausgebildet, welches durch Schwerkraft oder unter der Einwirkung einer besonderen, in Fig. 2 nicht gezeig­ ten Feder auf dem Ventilkegel 14 an dessen dem Ventil­ sitz 16 abgewandten Oberseite aufliegt. Im Schließzustand ist die Verbindung zwischen der Steuerdrossel 32 und dem Ventilkegel 14 gelöst. Durch die Wirkung der Vor­ drossel 28 entsteht eine Druckkaskade zwischen der Eingangs­ kammer 10 und der Ausgangskammer 12 des Einsitzventiles. Der Kaskadendruck, also der Druck zwischen der Vordrossel 28 und der Steuerdrossel 32, wird über die Entlastungslei­ tung 16, die in Fig. 2 teilweise strichpunktiert gezeich­ net ist, in die Entlastungskammer 20 geleitet. Befindet sich der Ventilkegel 14 in seiner Schließstellung, so ist auch die Steuerdrossel 32 geschlossen, so daß also dann der in der Entlastungskammer 20 herrschende Entlastungs­ druck gleich dem Eingangsdruck in der Eingangskammer 10 ist. Das Einsitzventil ist also im geschlossenen Zustand vollkommen entlastet. Beginnt der Ventilkegel 14 Hub zu machen, so öffnet er die Steuerdrossel 32, wodurch der Kaskadendruck entsprechend dem Druckgefälle zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck in der Eingangskammer 10 bzw. in der Ausgangskammer 12 und dem Flächenverhältnis zwischen der Vordrossel 28 und der Steuerdrossel 32 ab­ sinkt. Der Drosselquerschnitt der Steuerdrossel 32 kann dabei mittels des in Fig. 2 schematisch gezeigten Ver­ drängungskörpers in vorteilhafter Weise derartig mit dem Ventilhub des Ventilkegels 14 verknüpft sein, daß in der Entlastungskammer 20 ein Druck herrscht, welcher mit dem an der Unterseite des Ventilkegels 14 herrschen­ den mittleren Druck, also dem momentanen Öffnungsdruck des Ventilkegels 14, weitgehend übereinstimmt, beispielsweise diesem gleich ist. Wird die Vordrossel 28 etwas kleiner gemacht, als dies zur vollständigen Entlastung des Ventilkegels 14 notwendig ist, so steigen die nach oben gerichteten Kräfte am Ventilkegel 14 mit seinem Ventilhub, wodurch die Wirkung der Federsteife der Einstellfeder 24 ver­ ringert oder annähernd eliminiert werden kann. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der wirksame Querschnitt der Vordrossel 28 keinen Festwert hat, sondern von Hand ein­ gestellt werden kann, da dann die hubabhängige Kraft auf das bewegliche System verändert und hierdurch die Ver­ stärkung des Gesamtreglers eingestellt werden kann. Dies ist ein besonderer Vorteil, denn man kann durch Ver­ stärkungsänderung eine eventuell vorliegende Instabilität eines mit dem Einsitzventil bzw. Regler versehenen Regelkreises beseitigen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Er­ findung verläuft die Entlastungsleitung 26 innerhalb der Ventilstange 18 und steht mit einem in dem Ventil­ kegel 14 vorgesehenen Sammelraum 34 in Verbindung. Der Sammelraum 34 kommuniziert über eine Anzahl von an der Unterseite des tellerförmig ausgebildeten Ventilkegels 14 mündenden, zur Rotationslängsachse des Ventilkegels 14 parallele Druckabnahmebohrungen 36 mit demjenigen Oberflächenbereich des Ventilkegels 14, an dem der momentan auf diesen einwirkende Öffnungsdruck anliegt. In Schließstellung des Ventilkegels 14 ist dies durch den Ventilsitz 16 hindurch, wie Fig. 3 erkennen läßt, der Eingangsdruck 10, während mittels der Abnahmeboh­ rungen 36 beim Öffnen des Ventilkegels 14 der Druck des zwischen dem Ventilkegel 14 und dem Ventilsitz 16 ent­ stehenden Strahles an mehreren Stellen abgenommen wird. All diese Teildrücke werden dann also dem Sammelraum 34 innerhalb des Ventilkegels 14 zugeleitet und von hieraus über die achsenparallele Entlastungsleitung 26 innerhalb der Ventilstange 18 der Entlastungskammer 20 übermittelt. Durch diese Maßnahmen wird der Druck auf der Unterseite des Ventilkegels 14 in der Entlastungskammer 20 so gut abgebildet, daß die Anordnung nahezu vollständig entlastet ist. Zwischen der Eingangskammer 10 und der Entlastungs­ kammer 20 kann eine von Hand einstellbare Einstelldrossel 38 in einer Verbindungsleitung 40 vorgesehen sein, so daß sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Eingangskammer 10 und der Entlastungskammer 20 eine ein­ stellbare Strömung erzeugen läßt, die von der Eingangs­ kammer 10 in die Entlastungskammer 20 und über diese zur Ausgangskammer 12 gerichtet ist und mittels welcher die Wirkung des Entlastungsdruckes verändert werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles von Fig. 3, wobei der Ventilkegel 14 hier nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 eine Vielzahl von Abnahmebohrungen 36, sondern nur drei oder vier Abnahme­ bohrungen 36 aufweist. Diese sind am Umfang des Ventil­ kegels 14 symmetrisch angeordnet, tasten jedoch den Strahl zwischen dem Ventilsitz 16 und dem Ventilkegel 14 nicht in seiner senkrechten Komponente ab, wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3, sondern schräg. Dabei ist die Unterseite des Ventilkegels 14 mit einer vorzugs­ weise rotationssymmetrischen Vorstufe 42 versehen, welche in den die Rotationssymmetrieachse des Ventilkegels 14 und der Ventilstange 18 enthaltenden Schnittebenen ge­ krümmt ist. In diese Vorstufe 42 sind die Druckabnahme­ bohrungen 36 so gebohrt, daß sie vorzugsweise senkrecht in die Oberfläche der Vorstufe 42 münden. Bei geeigneter Vorstufenform wird bereits bei vier geeignet angeordneten Abnahmebohrungen 42 der momentane Öffnungsdruck, der als mittlerer Strömungsdruck auf die Unterseite des Ventil­ kegels 14 einwirkt, hinreichend gut repräsentiert. Es ist daher nicht notwendig, eine so große Anzahl von Druck­ abnahmebohrungen 36 vorzusehen, wie dies beispielsweise bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist; allerdings müssen die Druckabnahmebohrungen 36 beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 schief zur Achse der Ventilstange 18 gebohrt werden.

Auch bei der Anordnung von Fig. 4 werden hubabhängige Entlastungsdrücke erzeugt, die im geschlossenen Zustand gleich dem statischen Druck am Ventileingang, also gleich dem Eingangsdruck in der Eingangskammer 10, sind. Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist es zweckmäßig, entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 eine von Hand einstellbare Vordrossel zwischen der Eingangs­ kammer 10 und der Entlastungskammer 20 vorzusehen, mittels welcher sich die Zuordnung zwischen der auf den Ventilkegel 14 einwirkenden Fehlentlastung und dem Hub verändern läßt.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Einsitzventiles nach der Erfindung, bei dem die der Einwirkung des Ent­ lastungsdruckes in der Entlastungskammer 20 entgegenge­ setzte Seite des Federrohres 22 über eine Ausgleichslei­ tung 44 mit dem in der Ausgangskammer 12 herrschenden Ausgangsdruck beaufschlagbar ist. In diesem Ausführungs­ beispiel kann das Einsitzventil bei Reglern mit oder ohne Hilfsenergie als Stellglied angewendet werden, wie z.B. Differenzdruckreglern, Temperaturreglern oder der­ gleichen, wobei bei Verwendung als Stellglied mit Hilfs­ energie dieses natürlich mit schwachen elektrischen oder pneumatischen oder hydraulischen Stellmotoren ausgerüstet sein muß. Der auf die Oberseite des Ventilkegels 14 ein­ wirkende Ausgangsdruck wird dabei dann also auch der Unterseite, in Fig. 5 gesehen, des Entlastungsorganes bzw. Federrohres 22 zugeführt, wobei an der Kegelstange 18 unten bei Reglern ohne Hilfsenergie ein Meßglied bzw. bei Reglern mit Hilfsenergie ein Stellmotor oder derglei­ chen angreifen kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen enthaltenen Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschie­ denen Ausführungsformen wesentlich sein.

• Bezugszeichenliste 10 Eingangskammer
  12 Ausgangskammer
  14 Ventilkegel
  16 Ventilsitz
  18 Ventilstange
  20 Entlastungskammer
  22 Entlastungsorgan (Federrohr)
  24 Einstellfeder
  26 Entlastungsleitung
  28 Vordrossel
  30 Rohrleitung
  32 Steuerdrossel
  34 Sammelraum
  36 Druckabnahmebohrung
  38 Einstelldrossel
  40 Verbindungsleitung
  42 Vorstufe
  44 Ausgleichsleitung

Claims (17)

1. Einsitzventil mit Entlastungsorgan, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entlastungsorgan in einer gegenüber den sonstigen Ventilräumen abgedichteten Entlastungs­ kammer (20) untergebracht ist, in deren Inneren ein Druck erzeugbar ist, welcher bei allen Ventilhüben im wesentlichen gleich dem mittleren Druck auf den ange­ strömten Einsitz-Ventilkegel (40) ist.

2. Einsitzventil nach Anspruch 1, insbesondere zum Regeln des Ausgangsdruckes eines unter einem Eingangs­ druck anstehenden Strömungsmediums, mit einer durch den Eingangsdruck beaufschlagten Eingangskammer, einer unter dem Ausgangsdruck stehenden Ausgangskammer, dem zwischen der Eingangs- und der Ausgangskammer angeordneten Ventil­ kegel, der einerseits durch den Eingangsdruck und eine auf ihn einwirkende Einstellfeder oder dergleichen in Öffnungsrichtung und andererseits durch den Ausgangs­ druck in Schließstellung belastet ist, und der mit dem Strömungsmedium beaufschlagten Entlastungskammer mit dem beweglichen, mit dem Ventilkegel über ein Verbin­ dungsglied im wesentlichen mechanisch starr verbundenen Entlastungsorgan, welches durch den in der Entlastungs­ kammer herrschenden Entlastungsdruck in der Einwirkung des Eingangsdruckes auf den Ventilkegel entgegengesetzter Richtung belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Entlastungskammer (20) beaufschlagende Entlastungs­ druck bei jeder Stellung des Ventilkegels (40) im wesentlichen gleich dem mittleren den Ventilkegel in Öffnungsrichtung belastenden momentanen Öffnungs­ druck ist.

3. Einsitzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsdruck um geringe Werte gegenüber dem momentanen Öffnungsdruck veränderbar ist.

4. Einsitzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine das Entlastungsorgan (22) mit dem Ventilkegel (14) verbindende Ventilstange (18), die in einer die Entlastungskammer (20) von der Eingangskammer (10) und/oder der Ausgangskammer (12) trennenden Wand gleitbeweglich gelagert ist, in der Trennwand druck­ dicht geführt ist.

5. Einsitzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Entlastungskammer (20) über eine Entlastungsleitung (26) mit dem momentanen Öffnungsdruck beaufschlagbar ist.

6. Einsitzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (26) mit der Eingangskammer (10) über eine Vordrossel (28) und mit der Ausgangskam­ mer (12) über eine hubabhängig durch den Ventilkegel (14) betätigbare Steuerdrossel (32) verbunden ist, die in Schließstellung des Ventilkegels (14) geschlossen ist.

7. Einsitzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vordrossel (28) als Festdrossel ausgebildet ist.

8. Einsitzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt der Vordrossel (28) einstell­ bar ist.

9. Einsitzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerdrossel (32) einen Verdrängungskörper zum Gleichstellen des Entlastungs­ druckes mit dem momentanen hubabhängigen Öffnungsdruck aufweist.

10. Einsitzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsleitung (26) mit einem innerhalb des Ventilkegels (14) ange­ ordneten Sammelraum (34) verbunden ist, der über eine Anzahl von Druckabnahmebohrungen (36) mit dem momentanen Öffnungsdruck beaufschlagbar ist.

11. Einsitzventil nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckabnahmebohrungen (36) in Schließstellung des Ventilkegels (14) durch den Ventil­ sitz (16) hindurch mit der Eingangskammer (10) kommunizieren.

12. Einsitzventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabnahmebohrungen (36) in eine im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrich­ tung des Ventilkegels (14) liegende, dem Ventilsitz (16) zugewandte Rückfläche des Ventilkegels münden.

13. Einsitzventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabnahmebohrungen (36) in eine geneigt zur Bewegungsrichtung des Ventilkegels (14) liegende Umfangsfläche desselben münden.

14. Einsitzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ventilkegel (14) eine dem Ventilsitz (16) zugewandte, in den die Rotationssymmetrieachse des Ventilkegels enthaltenden Schnittebenen gekrümmte Vor­ stufe (42) aufweist, in deren Umfangsfläche die Druck­ abnahmebohrungen (36) im wesentlichen senkrecht münden.

15. Einsitzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangskammer (10) und die Entlastungskammer (20) zusätzlich zu der Ent­ lastungsleitung (26) über eine mit einer Einstelldros­ sel (38) versehene Verbindungsleitung (40) kommunizieren.

16. Einsitzventil nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Verwendung in Stellgliedern mit oder ohne Hilfs­ energie, wie Druckreglern, Differenzdruckreglern, Tempe­ raturreglern oder dergleichen, wobei der Ventilkegel wirkungsmäßig mit einem Meßglied bzw. einem Stellmotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungs­ organ (22) entgegengesetzt zur Einwirkung des Entlastungs­ druckes mit dem Ausgangsdruck beaufschlagbar ist.

17. Einsitzventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsorgan (22) an der der Entlastungskammer (20) abgewandten Seite mit einer Ausgleichskammer in Verbindung steht, die über eine Ausgleichsleitung (44) mit der Ausgangskammer (12) kommuniziert.