DE3744730C1 - Throttle valve - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselventil der im Oberbegriff des Hauptanspruches spezifizierten Art.

Ein bekanntes derartiges Drosselventil (US-PS 38 80 399) weist ein einteiliges Drosselorgan auf, das sich mit seinem einen Ende auf einem Axialwiderlager am Ventilgehäuse abstützt. Auf das andere Ende des Drosselorganes wirken Niederhaltemittel ein, die es in der vorgesehenen Einbaulage halten. Dabei wird eine zwischen zwei Drosselkanal-Gruppen des Drosselorganes angeordnete Ringdichtung zusammengepreßt, die verhindert, daß dort das zu drosselnde Medium zwischen dem Drosselorgan und der umgebenden Gehäusewand hindurchtritt. Hinter den abströmseitig nachfolgenden Drosselkanal-Gruppen ist keine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Drosselorgan und der umgebenden Gehäusewand vorhanden. An diesen Stellen besteht deshalb die Gefahr eines unkontrollierten Mediumdurchtritts. Dies kann den Drosselvorgang des Drosselventils beeinträchtigen und auch zu Erosionsverschleiß insbesondere am Ventilgehäuse führen. Die notwendige Anzahl der Drosselstufen und damit die Länge des Drosselorganes wird durch die im jeweiligen Einsatzfall auftretende Druckdifferenz bestimmt. Es werden deshalb Drosselorgane in unterschiedlicher Länge benötigt.

Bei einem anderen bekannten Drosselventil (DE-GM 76 12 987) ist das Drosselorgan mehrteilig ausgeführt. Es besteht aus zwei Hülsensätzen, die sich mit ihren benachbarten Enden an einem dazwischen befindlichen Axialwiderlager des Ventilgehäuses abstützen. Jeder Hülsensatz wird durch eigene Niederhaltemittel in der vorgesehenen Einbaulage gehalten. Die Unterteilung des Drosselorganes in zwei Hülsensätze bietet den Vorteil, das jeweils benötigte Drosselorgan aus relativ kurzen, fertigungsgünstigen Hülsen baukastenartig zusammenstellen können. Allerdings ist diese Lösung auf Drosselorgane mit zwei stationären Drosselkanal-Gruppen beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drosselventil der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Drosselorgan mehrteilig ausgebildet, jedoch im Ventilgehäuse zuverlässig abgedichtet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Drosselorgan ist mehrteilig ausgebildet und sowohl zwischen den Drosselkanal-Gruppen als auch an seinem widerlagerseitigen Ende zuverlässig peripher im Ventilgehäuse abgedichtet. Dadurch, daß die Niederhaltemittel zugleich auf das Distanzrohr und das steife Drosselorgan einwirken, ist die Kompression der Dichtungen auf ein definiertes Maß beschränkt. Eine Überlastung und übermäßige Verformung der Dichtungen ist verhindert. Das eine Distanzrohr wirkt im übrigen drosselnd auf das durchströmende Medium ein. Diese Zusatzfunktion wirkt sich günstig auf das Bauvolumen aus. Das andere Distanzrohr schützt die Gehäusewand vor Strahlverschleiß.

Die erfindungsgemäße Konzeption bietet die Möglichkeit, durch wechselweises Aufeinanderschichten von Ringen mit peripherer Dichtung und Hülsen mit radialen Drosselkanälen sowie umgebenden Distanzrohren Drosselorgane mit beliebiger Anzahl an Drosselstufen zu realisieren.

Der Anspruch 2 hat eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zum Gegenstand. Da die Drosselkanäle des Distanzrohres und des Drosselorganes gänzlich zueinander versetzt sind, bildet der zwischen diesen beiden Teilen bestehende radiale Ringspalt den engsten Durchflußquerschnitt und verhindert, daß größere Schmutzteile an die Absperrstelle gelangen können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Drosselventil mit zwei zueinander fixierten Schiebern,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Drosselorganes als Abwicklung,

Fig. 3 ein Drosselventil mit zwei gegeneinander begrenzt hubbeweglichen Schiebern und

Fig. 4 ein weiteres Drosselventil mit zwei gegeneinander begrenzt hubbeweglichen Schiebern.

In Fig. 1 weist ein Ventilgehäuse 1 einen Eintrittskanal 2, einen Austrittskanal 3 sowie einen Innenraum 4 auf. Im Innenraum 4 ist ein mehrstufiges Drosselorgan angeordnet, das auf einem Teil seiner Länge von einer Wand 5 des Ventilgehäuses 1 umschlossen ist und an seinem austrittsseitigen Ende auf einem Axialwiderlager 6 des Ventilgehäuses 1 ruht. Auf das eintrittsseitige Ende des Drosselorganes wirkt ein Niederhalter 7, durch den die einzelnen Teile des Drosselorganes in der vorgesehenen Einbaulage gehalten werden.

In einem zentrale Längskanal 8 des Drosselorganes befindet sich ein hubbewegliches Verschlußteil 9, das an seinem dem Eintrittskanal 2 nahen Ende einen aus dem Ventilgehäuse 1 herausragenden Betätigungsschaft 10 aufweist. Eine Dichtung 11 gewährleistet eine druckdichte Durchführung des Betätigungsschaftes 10 nach außen.

Das Drosselorgan weist an seinem austrittsseitigen Ende einen sich auf dem Axialwiderlager 6 abstützenden Basisring 12 auf. Darauif steht ein erster Satz ineinandergesteckter Hülsen 13, die in mehreren Ebenen radiale Drosselkanäle 14 aufweisen. Auf den Hülsen 13 liegt stirnseitig ein mit radialen Durchgangskanälen 15 versehener Distanzring 16 auf, und auf diesem wiederum ein Sitzring 17, der an seinem Innenrand einen Ventilsitz 18 aufweist. - Der Sitzring 17 und der Distanzring 16 können bei Bedarf zu einem einzigen Teil zusammengefaßt werden. - Auf dem Sitzring 17 steht ein zweiter Satz ineinandergesteckter Hülsen 19, die in mehreren Ebenen radiale Drosselkanäle 20 aufweisen. Sowohl der Sitzring 17 als auch der Basisring 12 sind an ihrem Außenumfang mit einem umlaufenden Rücksprung 21, 22 versehen, in dem sich jeweils eine Dichtung 23, 24 befindet. Zwischen dem Sitzring 17 und der Dichtung 23 des Basisringes 12 erstreckt sich ein Distanzrohr 25. Dieses, die Dichtungen 23, 24 und die beiden Ringen 12, 17 werden von der Wand 5 radial eng umschlossen. Eine äußere Ringkammer 26 umgibt die äußere Hülse 13 des ersten Hülsensatzes und den Distanzring 16. Die äußere Hülse 19 des zweiten Hülsensatzes ist unter Bildung eines Ringspaltes 27 von einem Distanzrohr 28 umgeben, das radiale Drosselkanäle 29 aufweist und mit seinem einen Ende auf der Dichtung 24 am Sitzring 17 aufliegt. Der Niederhalter 7 wirkt auf das andere Ende des Distanzrohres 28 und zugleich auch stirnseitig auf die Hülsen 19 ein. Dadruch werden die Hülsen 19, der Sitzring 17, der Distanzring 16, die Hülsen 13 und der Basisring 12 fest aufeinander gepreßt und in ihrer Einbaulage gehalten. Zugleich werden über die Distanzrohre 25, 28 die Dichtungen 23, 24 auf ein vorgesehenes Maß komprimiert, so daß sie an der Wand 5 und dem Sitzring 17 bzw. Basisring 12 radial dichtend anliegen.

Das Verschlußteil 9 weist in festem axialem Abstand zueinander zwei Schieber 30, 31 auf. Der eine Schieber 30 ist stromauf des Ventilsitzes 18 in der inneren Hülse 19 angeordnet. Er verfügt stirnseitig über eine mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkende Dichtfläche 32. Der andere Schieber 31 ist in der inneren Hülse 13 angeordnet. Zwischen den beiden Schiebern 30, 31 bildet der zentrale Längskanal 8 des Drosselorganes 12-29 eine innere Ringkammer 33.

Die Drosselkanäle 29, 20 des Distanzrohres 28 und der äußeren Hülse 19 sind zueinander seitlich gänzlich versetzt (Fig. 2). Der Radialspalt 27 zwischen dem Distanzrohr 28 und der äußeren Hülse 19 ist wesentlich kleiner als die lichte Weite der Drosselkanäle 20, 29. Die Drosselkanäle 20 der Hülsen 19 sind zu denen ihrer jeweils benachbarten Hülse 19 um einen Teil ihrer lichten Weite versetzt (Fig. 2). An den Berührungsflächen der Hülsen 19 bilden sich dadurch Drosselstellen und dazwischen Entspannungskammern. Dies gilt sinngemäß auch für die Hülsen 13 und ihre Drosselkanäle 14.

Zum Absperren kommt in dem Drosselventil nach Fig. 1 die Dichtfläche 32 des Schiebers 30 auf dem Ventilsitz 18 zur Anlage. Zugleich verdeckt der Schieber 30 zumindest in der dem Sitzring 17 benachbarten Ebene sämtliche Drosselkanäle 20 der inneren Hülse 19, während der Schieber 31 zumindest in der dem Basisring 12 benachbarten Ebene sämtliche Drosselkanäle 14 der inneren Hülse 13 verdeckt.

Zum Öffnen wird die Dichtfläche 32 des Schiebers 30 vom Ventilsitz 18 abgehoben. Entsprechend der jeweiligen Hubstellung geben die simultan bewegten Schieber 30, 31 sowohl in den Hülsen 19 als auch in den Hülsen 13 eine adäquate Anzahl von Drosselkanälen 20, 14 frei. Das Medium durchströmt zunächst die Drosselkanäle 29 im Distanzrohr 28 und erfährt dort eine erste Drosselung. Sodann gelangt es in den Ringspalt 27, der aufgrund seiner geringen Breite störende Verunreinigungen zurückhält. Von dort strömt das Medium weiter durch die vom Schieber 30 freigegebenen Drosselkanäle 20 und erfährt in ihnen zusätzlich eine mehrstufige Drosselung. Der weitere Strömungsweg führt durch die innere Ringkammer 33, die Durchgangskanäle 15 und die äußere Ringkammer 26 in die vom Schieber 31 freigegebenen Drosselkanäle 14 der Hülsen 13. Darin wird das Medium erneut mehrstufig gedrosselt, und erst danach fließt es in den Austrittskanal 3 ab.

Bei extremen Druckdifferenzen ist es möglich, in Längsrichtung des Drosselorganes drei oder mehr Hülsensätze und am Verschlußteil entsprechend viele Schieber anzuordnen. Die Durchströmung des Drosselventils nach Fig. 1 kann bei Bedarf auch entgegengesetzt zu der gezeigten Richtung erfolgen.

Das Drosselventil aus Fig. 3 gleicht in seinem Aufbau weitgehend dem aus Fig. 1. Allerdings ist in Fig. 3 ein zweiter Ventilsitz 34 vorgesehen, und der Schieber 31 weist eine Dichtfläche 35 auf. Der in Strömungsrichtung gesehen vordere Schieber 30 weist eine zum hinteren Schieber 31 hin offene Aufnahmebohrung 36 auf. Der hintere Schieber 31 ist mit einem Verbindungsschaft 37 versehen, der in die Aufnahmebohrung 36 hineinragt und dort einen Hubmitnehmer 38 aufweist. Der Schieber 30 weist in seiner Aufnahmebohrung 36 einen dem Hubmitnehmer 38 zum Schieber 31 hin vorgelagerten Hubanschlag 39 auf. In der Aufnahmebohrung 36 ist eine Feder 40 angeordnet, die in Ventilschließrichtung auf den Verbindungsschaft 37 einwirkt.

Aufgrund dieser Ausbildung öffnen und schließen die beiden in Strömungsrichtung hintereinander geschalteten Absperrstellen 18, 32; 34, 35 zueinander verzögert, wodurch Erosionsverschleiß an den Absperrstellen zuverlässig verhindert wird.

Das Drosselventil nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem aus Fig. 3 dadurch, daß der Betätigungsschaft 10 des Verschlußteiles 9 einen verschlußteilnahen dickeren 41 und einen verschlußteilfernen dünneren Schaftabschnitt 42 aufweist. Ferner ist eine Druckkammer 43 vorhanden, durch die der Betätigungsschaft 10 hindurchragt. Das verschlußteilferne Ende des dickeren Schaftabschnittes 41 befindet sich innerhalb der Druckkammer 43. An den Enden der Druckkammer 43 sind druckdichte Durchführungen 44, 45 für den dickeren bzw. dünneren Schaftabschnitt 41, 42 vorgesehen. Die Druckkammer 43 steht über einen Kanal 46 mit der inneren Ringkammer 33 in Verbindung.

Die für das Anheben des Schiebers 30 notwendige Betätigungskraft ändert sich deshalb nicht wesentlich, so daß, z. B. selbst bei Verwendung einer pneumatischen Betätigungseinrichtung, die Öffnungsbewegung stetig erfolgt und eine ungewollte sprungartige Öffnungsbewegung vermieden ist.

Bezugszeichenliste

1 - Ventilgehäuse
2 - Eintrittskanal
3 - Austrittskanal
4 - Innenraum
5 - Gehäusewand
6 - Axialwiderlager
7 - Niederhalter
8 - Längskanal
9 - Verschlußteil
10 - Betätigungsschaft
11 - Dichtung
12 - Basisring
13 - Hülse
14 - Drosselkanal
15 - Durchgangskanal
16 - Distanzring
17 - Sitzring
18 - Ventilsitz
19 - Hülse
20 - Drosselkanal
21, 22 - Rücksprung
23, 24 - Dichtung
25 - Distanzrohr
26 - Ringkammer
27 - Ringspalt
28 - Distanzrohr
29 - Drosselkanal
30, 31 - Schieber
32 - Dichtfläche
33 - Ringkammer
34 - Ventilsitz
35 - Dichtfläche
36 - Aufnahmebohrung
37 - Verbindungsschaft
39 - Hubmitnehmer
39 - Hubanschlag
40 - Feder
41, 42 - Schaftabschnitt
43 - Druckkammer
44, 45 - Durchführung
46 - Kanal

Claims (3)

1. Drosselventil mit

• - einem Ventilgehäuse,
• - einem im Ventilgehäuse angeordneten Drosselorgan, das einen umlaufenden Rücksprung, einen Ventilsitz, einen Längskanal, mindestens zwei Gruppen radialer Drosselkanäle und mindestens einen radialen Durchgangskanal aufweist, wobei - in Längsrichtung des Drosselorganes betrachtet - Drosselkanal-Gruppe und Durchgangskanal in alternierender Reihenfolge angeordnet sind,
• - einem Verschlußteil, das einen ersten, im Bereich einer Drosselkanal-Gruppe hubbeweglichen Schieber, eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche und mindestens einen weiteren im Bereich der weiteren Drosselkanal-Gruppe hubbeweglichen Schieber aufweist
• - mindestens einer zwischen zwei Schiebern begrenzten inneren Ringkammer im Längskanal,
• - mindestens einer äußeren Ringkammer, die das Drosselorgan im Bereich einer Drosselkanal-Gruppe umgibt und durch den radialen Durchgangskanal mit der inneren Ringkammer verbunden ist,
• - einer auf den Rücksprung des Drosselorganes aufgesetzten Dichtung,
• - einer die Dichtung radial umschließenden Wand des Ventilgehäuses,
• - einem Axialwiderlager am Ventilgehäuse für das eine Ende des Drosselorganes und
• - Niederhaltemitteln, die stirnseitig auf das andere Ende des Drosselorganes einwirken,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - diejenigen Abschnitte des Drosselorganes (12-29), die eine Gruppe von Drosselkanälen (14, 20) aufweisen, aus Hülsen (13, 19) mit radialen Drosselkanälen (14, 20) bestehen,
• - zwischen den Hülsen (13, 19) zweier Drosselkanal-Gruppen (14, 20) ein Sitzring (17) angeordnet ist, der an seinem Innenrand den Ventilsitz (18) für das Verschlußteil (9) und an seinem Außenumfang den die Dichtung (24) aufnehmenden, umlaufenden Rücksprung (22) aufweist,
• - ein erstes Distanzrohr (28) das Drosselorgan (12-29) zu dessen einem Ende hin umgibt, radiale Drosselkanäle (29) aufweist und mit seinem einen Ende auf der Dichtung (24) aufliegt,
• - am anderen Ende des Drosselorganes (12-29) ein Basisring (12) angeordnet ist, der sich am Axialwiderlager (6) abstützt und an seinem Außenumfang einen umlaufenden Rücksprung (21) aufweist,
• - auf den Rücksprung (21) eine Dichtung (23) aufgesetzt ist,
• - zwischen der Dichtung (23) und dem zwischen den Hülsen (13, 19) zweier Drosselkanal-Gruppen (14, 20) angeordneten Sitzring (17) sich ein weiteres, das Drosselorgan (12-29) mit radialem Abstand (26) umgebendes Distanzrohr (25) erstreckt,
• - eine Wand (5) des Ventilgehäuses (1) den Sitzring (17), den Basisring (12) sowie die Dichtung (23) radial umschließt und
• - die Niederhaltemittel (7) stirnseitig zugleich auf das Distanzrohr (28) und die Hülsen (19) einwirken.

2. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Drosselkanäle (29) im ersten Distanzrohr (28) und die Drosselkanäle (20) im benachbarten Abschnitt (19) des Drosselorganes seitlich gegeneinander versetzt sind und
• - das Distanzrohr (28) das Drosselorgan mit einem radialen Abstand (27) umgibt, der kleiner ist als die lichte Weite der Drosselkanäle (29, 20).