DE3833494A1 - Durchfluss-regulierventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchluß-Regulierventil für ein insbesondere pneumatisches Druckmedium.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfach aufge­ bautes Durchfluß-Regulierventil zu schaffen, das über einen großen Regelbereich verfügt und auch bei verschmutztem Druck­ medium keine Einbußen seiner Funktionsfähigkeit erleidet.

Dieses Ziel wird erreicht durch ein Ventilgehäuse mit einer Zuflußöffnung und einer Abflußöffnung für das Druckmedium, in dem sich zwei durch eine im Gehäuseinnern befindliche Trennwand voneinander abgetrennte Ventilräume befinden, die jeweils mit einer der beiden Öffnungen kommunizieren, durch eine als Überströmöffnung für das Druckmedium zwischen den beiden Ventilräumen dienende, vom einen bis zum anderen Ventilraum durchgehende Durchbrechung in der Trennwand, und durch ein in einem der beiden Ventilräume an der zugeordneten Trennwandseite angeordnetes Drehverschlußglied, das zur Einstellung einer gewünschten vom einen in den anderen Ventilraum übertretenden Durchflußmenge von außen her mit Bezug zur Überströmöffnung verdrehbar ist, wobei es sich entsprechend der jeweiligen Drehstellung in einer die Überströmöffnung vollständig abdeckenden und ver­ schließenden Schließstellung oder in einer die Überström­ öffnung ganz oder teilweise freigebenden Offenstellung befinden kann.

Ein derartiges Durchfluß-Regulierventil läßt sich mit einer geringen Anzahl von Bauteilen realisieren, so daß es kostengünstig hergestellt werden kann und einen verschleiß­ armen Betrieb gewährleistet. Außerdem verfügt es über einen relativ großen Regelbereich, wobei zwischen dem größten und dem geringsten einstellbaren Durchflußwert ein relativ großer Verstellweg für das Drehverschlußglied liegen kann, so daß beliebige Zwischenwerte stufenlos und feinfühlig einstellbar sind. Da ferner der Durchflußweg beim Passieren der Trennwand relativ kurz und geradlinig ist, ist auch die Verstopfungsneigung sehr gering, was einen störungsfreien Dauerbetrieb ermöglicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 2 kann als Drehver­ schlußglied eine einfache öffnungslose Platte oder Scheibe verwendet werden, die in der Schließstellung die Überströmöffnung abdeckt und in den Offenstellungen mehr oder weniger weit aus dem Öffnungsbereich weggeschwenkt bzw. weggedreht ist. Es ist somit nicht notwendig, daß auch das Drehverschlußglied mit einer Durchtrittsöffnung versehen ist, was zu einer weiteren Verringerung der Her­ stellungskosten beiträgt. Außerdem hat diese Maßnahme zur Folge, daß das Druckmedium beim Überströmen zwischen den beiden Ventilräumen nur ein Bauteil zu durchströmen und deshalb eine nur geringe Wegstrecke zurückzulegen hat. Dies verringert Reibungsverluste und erhöht den Wirkungs­ grad des Ventils.

Die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 3 und 4 erwei­ sen sich besonders herstellungsfreundlich und ermöglichen einen einfachen Aufbau des Ventils.

Bei den Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 5 bis 10 läßt sich ein besonders großer Regelbereich erzielen. Man kann die Überströmöffnung in Krümmungsrichtung sehr lang ausbilden, um eine Änderung des Durchflußquerschnittes durch Zugabe oder Wegnahme seitens des abgedeckten Längen­ abschnittes der Überströmöffnung zu realisieren. Somit steht bei maximaler Offenstellung der gesamte Durchbrechungs­ querschnitt als Strömungsquerschnitt zur Verfügung, und nicht nur ein Teilbereich. Durch die Gestaltung der Quer­ schnittsform im Laufe der Länge der Überströmöffnung kann eine weitere Beeinflussung des Regelverhaltens vorgenommen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine erste Bauform des erfindungsge­ mäßen Durchfluß-Regulierventils im Längsschnitt gemäß Schnittlinie I-I aus Fig. 2,

Fig. 2 das Durchfluß-Regulierventil aus Fig. 1 im Querschnitt gemäß Schnitt­ linie II-II in Schließstellung,

Fig. 3 das Ventil aus Fig. 1 ebenfalls im Querschnitt gemäß Schnittlinie II-II, jedoch in einer teilweisen Offenstellung und

Fig. 4 eine weitere Bauform des Durchfluß-Regu­ lierventils im Querschnitt, wobei die Schnittlinie einen der in Fig. 1 dar­ gestellten Linie IV-IV entsprechenden Verlauf hat.

Das in den Fig. 1 bis 3 abgebildete Ausführungsbei­ spiel des Durchfluß-Regulierventils enthält ein Gehäuse 1 mit einer zylindrischen Außenkontur. In seinem Innern befindet sich ein Hohlraum 2, der allseitig von Gehäuse­ wänden umschlossen ist, wobei die eine axialseitige Ge­ häusewand von einem Gehäusedeckel 3 gebildet ist. Auch der Hohlraum 2 hat eine kreiszylindrische Kontur und ist über einen ringförmigen Absatz 4 in zwei axial aufeinander­ folgende Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers unterteilt. Der Abschnitt 5 größeren Durchmessers ist dem Gehäusedeckel 3 zugeordnet.

Der Hohlraum 2 ist durch eine Trennwand 6 in zwei Ventil­ räume 7, 8 unterteilt. Diese Trennwand 6 hat eine zum größeren Hohlraumabschnitt 5 komplementäre Außenkontur und sitzt in diesem Abschnitt 5 ein, wobei sie am Ab­ satz 4 aufliegt. Somit kann die Trennwand 6 bei offenem Gehäusedeckel 3 leicht eingesetzt werden. Der Umfangsbe­ reich der Trennwand 6 ist zum Gehäuse 1 hin abgedichtet, was beim Ausführungsbeispiel durch ein Verkleben von Trenn­ wand 6 und Gehäuse 1 bewerkstelligt ist. Es ist natürlich auch möglich, zusätzlich oder alternativ eine entsprechende Dichtung vorzusehen.

Die Trennwand 6 hat die Form einer Kreisscheibe mit vorzugs­ weise planen Scheibenflächen 9 vor allem an der dem deckel­ seitigen Ventilraum 7 zugewandten Wandoberseite 10.

In jeden der beiden Ventilräume 7, 8 mündet eine Öffnung, zum einen die mit dem deckelseitigen Ventilraum 7 kommuni­ zierende Zuflußöffnung 14 und zum anderen die mit dem ge­ häusebodenseitigen Ventilraum 8 kommunizierenden Abfluß­ öffnung 15. Durch die Zuflußöffnung 14 hindurch läßt sich gemäß Pfeil 16 ein Druckmedium dem Ventilraum 7 zuführen, während über die Abflußöffnung 15 im Ventilraum 8 be­ findliches Druckmedium gemäß Pfeil 17 ausströmen kann. An die Öffnungen lassen sich nicht näher dargestellte Druck­ mittelleitungen od. dgl. anschließen, die Öffnungen befinden sich, wie abgebildet, vorzugsweise an der umlaufenden Seitenwand des Gehäuses 1. Im übrigen ist das Regulierventil für den Betrieb mit pneumatischem Druckmedium, z. B. Druck­ luft, geeignet.

Die Trennwand 6 ist mit einer Durchbrechung 18 versehen, die einerseits in den Ventilraum 7 und andererseits in den Ven­ tilraum 8 ausmündet und durch die Trennwand 6 in Axial­ richtung 19 mit Bezug zum Gehäuse 1 hindurchgeht. Sie stellt eine Überströmöffnung 20 dar, über die Druckmedium vom oberen Ventilraum 7 in dem unteren Ventilraum 8 überströmen kann, wenn sie zumindest teilweise offen ist.

Im zuströmseitigen Ventilraum 7 ist ein Drehverschlußglied 21 angeordnet. Es liegt flächig an der zugewandten Fläche 9 der Trennwand an und ist über ein Betätigungsglied 22 von außer­ halb des Gehäuses 1 um eine Achse 23 verdrehbar. In Ab­ hängigkeit von der momentanen Drehstellung wird die Überströmöffnung 20 vom Drehverschlußglied 21 mehr oder weniger weit abgedeckt, so daß mit dem Drehverschluß­ glied 21 der dem Druckmedium beim Überströmen zwischen den beiden Ventilräumen 7, 8 zur Verfügung stehende unab­ gedeckte Strömungsquerschnitt 24 eingestellt werden kann. Wie man bei einem Vergleich der Fig. 2 und 3 leicht sieht, kann das Drehverschlußglied 21 eine Schließstellung einnehmen (Fig. 2), in der die Überströmöffnung 20 von ihm vollständig abgedeckt ist. Andererseits kann es auch Offenstellungen einnehmen, in denen es die Überströmöffnung 20 unter Vorgabe eines mehr oder weniger großen Strömungs­ querschnittes 24 ganz oder teilweise freigibt; in Fig. 3 ist eine solche teilweise Offenstellung abgebildet. Beim Ausführungsbeispiel fällt die Drehachse 23 mit der Längs­ achse 19 des Gehäuses 1 zusammen und ist rechtwinkelig zu der eine Anlagefläche für das Drehverschlußglied 21 bil­ denden Trennwandfläche 9 ausgerichtet. Dadurch liegt das Drehverschlußglied 21 in jeder Drehstellung flächig an der Trennwand 6 an. Eine Dichtung ist im Anlagebereich zwischen dem Drehverschlußglied 21 und der Trennwand 6 beim Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen, da durch entsprechende Materialwahl, z. B. unter Verwendung von Weichkunststoff, eine ausreichende Dichtheit erzielt werden kann. Es ist jedoch durchaus möglich, zusätzlich in diesem Bereich eine Dichtung vorzusehen, und es ist als Beispiel in Fig. 1 gestrichelt und in Fig. 2 strichpunktiert eine solche Dichtung 25 angedeutet. Es ist zweckmäßig, wenn es sich bei ihr um eine Ringdichtung handelt, die so an einem der beiden Teile angeordnet ist, daß in der Schließ­ stellung des Drehverschlußgliedes 21 die Überströmöff­ nung 20 im Mündungsbereich zum Ventilraum 7 ringsum von ihr umgeben ist.

Beim Ausführungsbeispiel hat auch das Drehverschlußglied 21 Scheibenform. Allerdings liegt, aus nachstehend noch erläuterten Gründen, keine Kreiskontur vor. Jedenfalls ermöglicht die scheibenförmige Bauweise von Trennwand 6 und Drehverschlußglied 21 eine in Axialrichtung 19 kom­ pakte Bauweise des Ventils.

Das Ausführungsbeispiel wartet mit dem besonderen Vorteil auf, daß die Überströmöffnung 20, in Richtung der Dreh­ achse 23 gesehen, einen gekrümmten Verlauf hat. Sie er­ streckt sich bogenförmig in Umfangsrichtung 29 mit Bezug zur Drehachse 23 und ist somit relativ langgestreckt. Dabei ist die Umfangserstreckung geringer als 360°.

Beim abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Überströmöffnung 20 in etwa über einen Bogenwinkel von etwas weniger als 180°. Das Krümmungszentrum fällt praktisch mit der Drehachse 23 zusammen. Dabei ist das Drehverschlußglied 21 so ausgebildet, daß es die Über­ strömöffnung 20 in der Schließstellung vollständig ver­ schließt, während es zum Erhalt der maximalen Offenstellung so um die Achse 23 verdreht werden kann, daß es die Über­ strömöffnung 20 vollständig freigibt und neben dieser an­ geordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß das Drehverschluß­ glied 21 selbst vollständig öffnungslos ausgebildet sein kann, es wird also in keiner der möglichen Offenstellungen mitdurchströmt. Das Überströmen des Druckmediums zwischen den beiden Ventilräumen 7, 8 erfolgt somit ausschließlich über die Überströmöffnung 20. Dies hat den Vorteil, daß das Drehverschlußglied 21 von einfacher Bauweise sein kann, und keine auf Gestalt und Verlauf der Überströmöffnung 20 angepaßte Durchgangsöffnung benötigt.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Drehverschlußglied 21 in Längsrichtung 23 gesehen die Form eines Kreissegmentes mit einer sich über mehr als 180° erstreckenden Bogenlänge aufweist. Dies ist in den Fig. 2 und 3 der Fall, und man erkennt, daß das Krümmungszentrum des Drehverschlußglie­ des 21 mit der Drehachse 23 zusammenfällt. Vorzugsweise entspricht die Außenkontur des Drehverschlußgliedes 21 im gekrümmten Bereich derjenigen der Trennwand 6, und beide Teile sind koaxial zueinander angeordnet.

Beim Verdrehen des Drehverschlußgliedes 21 um die Dreh­ achse 23 wird das Drehverschlußglied 21 allmählich aus dem Bereich der Überströmöffnung 20 hinausgedreht, wobei die Länge des geöffneten Bereiches, d. h. des Strömungs­ querschnittes 24, fortlaufend zunimmt. Die maximale Offenstellung ist nach einer Drehung um ca. 180° erreicht.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 weist die Überströmöffnung 20 über ihre entlang der Krümmung ge­ messene Länge einen sich kontinuierlich ändernden Quer­ schnitt auf. Ausgehend von einem Minimalwert am einen in Umfangsrichtung gesehenen Ende 30 erfolgt eine stetige Zunahme der Durchbrechungsbreite in Umfangsrichtung 29, um letztendlich am anderen Ende 31 einen Maximalwert zu erreichen. Die Überströmöffnung hat daher in Draufsicht gesehen die Form einer Sichel. Auf diese Weise läßt sich insbesondere ein Proportionalverhalten des Ventils re­ alisieren, was seine Bedienung erheblich vereinfacht.

Das Betätigungsglied 22 setzt sich beim Ausführungsbei­ spiel aus einer Welle 33 und einem Drehknopf 34 zusammen. Die Längsachse der Welle 33 fällt mit der Drehachse 23 zusammen und sie ist drehfest am Drehverschlußglied 21 angeordnet. Dies erfolgt beispielsweise im Rahmen einer Schraubverbindung 35. Die Welle 33 durchzieht den zufluß­ seitigen Ventilraum 7 in Längsrichtung und durchquert den Gehäusedeckel 3 diesem gegenüber verdrehbar nach außen, wobei im Durchdringungsbereich eine Dichtungsanordnung 36 vorgesehen ist. Auch zusätzliche, nicht dargestellte Drehlagereinrichtungen können vorgesehen werden. Am äußeren Wellenendbereich ist der Drehknopf 34 befestigt, und durch Drehung an ihm läßt sich das Drehverschlußglied 21 innen in entsprechender Weise verschwenken.

Den notwendigen Anpreßdruck zwischen Drehverschlußglied 21 und Trennwand liefert beim Ausführungsbeispiel eine Druckfeder 37, die die Welle 33 im Ventilraum 7 koaxial umgibt und sich einerseits am Gehäusedeckel 3 und an­ dererseits an der von der Trennwand 6 wegweisenden Seite des Drehverschlußgliedes 21 abstützt.

Es ist ersichtlich, daß sich die Trennwand 6, das Dreh­ verschlußglied 21 mit vormontierter Welle 33 und die Druckfeder 37 bei abgenommenem Gehäusedeckel 3 leicht in den Hohlraum 2 einsetzen lassen, im Anschluß daran der Gehäusedeckel 3 über die Welle 33 geführt und dichtend mit dem Gehäuse 1 verschraubt werden kann. Die Montage des Ventils ist somit sehr einfach.

Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Zentrierung für die Drehbewegung des Drehverschlußgliedes 21 hauptsächlich über dessen kreisbogenförmige Außenkontur, die mit Gleit­ spiel am Innenumfang des größeren Hohlraumabschnittes 5 geführt ist. Es versteht sich aber, daß auch andere Lage­ rungsmöglichkeiten gewählt werden können, z. B. eine direkte Verbindung zwischen dem Drehverschlußglied 21 und der Trennwand 6 durch eine Lagerachse. Solches bietet sich vor allem dann an, wenn die mit Bezug zur Drehachse 23 gemessene Umfangserstreckung des Drehverschlußgliedes 21 geringer ist als 180°. Ein solcher Fall ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 angedeutet, wo das Drehverschlußglied 21 die Form eines Kreissektors hat. Entsprechend ist dort auch die in Drehrichtung gemessene Erstreckung der Überströmöffnung 20 geringer ausgefallen. Zusätzlich zeigt dieses Ausführungsbeispiel eine Über­ strömöffnung 20, die über ihre gesamte, in Umfangsrichtung 29 mit Bezug zur Drehachse 23 gemessene Länge über einen konstanten Querschnitt verfügt. Außerdem ist das Gehäuse beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 außen quaderför­ mig gehalten.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch dann funktioniert, wenn die Außenkonturen des Drehverschlußgliedes 21 und der Trennwand 6 voneinander abweichen. Auch müssen diese Außenkonturen nicht notwendigerweise gerundet sein. Es ist aber von Vorteil, wenn die Fläche des Drehverschluß­ gliedes 21 in Längsrichtung der Drehachse 23 gesehen ge­ ringer ist, als die Fläche der Trennwand 6, so daß sich das Drehverschlußglied 21 zum Öffnen der Überströmöffnung 20 problemlos neben diese verdrehen läßt.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich dann, wenn man das Drehverschlußglied mit Hilfe eines z. B. elektrischen Schrittmotors z. B. schrittweise ver­ stellbar macht.

Claims (14)

1. Durchfluß-Regulierventil für ein insbesondere pneumatisches Druckmedium, gekennzeichnet durch ein Ven­ tilgehäuse (1) mit einer Zuflußöffnung (14) und einer Abflußöffnung (15) für das Druckmedium, in dem sich zwei durch eine im Gehäuseinnern (2) befindliche Trennwand (6) voneinander abgetrennte Ventilräume (7, 8) befinden, die jeweils mit einer der beiden Öffnungen (14, 15) kom­ munizieren, durch eine als Überströmöffnung (20) für das Druckmedium zwischen den beiden Ventilräumen (7, 8) dienende, vom einen bis zum anderen Ventilraum durchge­ hende Durchbrechung (18) in der Trennwand (6), und durch ein in einem der beiden Ventilräume (7, 8) an der zuge­ ordneten Trennwandseite (10) angeordnetes Drehver­ schlußglied (21), das zur Einstellung einer gewünschten vom einen in den anderen Ventilraum übertretenden Durchflußmenge von außen her mit Bezug zur Überström­ öffnung (20) verdrehbar ist, wobei es sich entsprechend der jeweiligen Drehstellung in einer die Überströmöff­ nung (20) vollständig abdeckenden und verschließenden Schließstellung oder in einer die Überströmöffnung ganz oder teilweise freigebenden Offenstellung befinden kann.

2. Durchfluß-Regulierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehverschlußglied (21) zumindest im beim möglichen Verdrehen der Überströmöffnung (20) gegenüberliegenden Bereich und vorzugsweise vollständig öffnungslos ausgebildet ist.

3. Durchfluß-Regulierventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Trennwand (6) an der dem Verschlußglied (21) zugeordneten Seite (10) eine ebene Anlagefläche (9) befindet, an der das Drehver­ schlußglied (21) in jeder Drehstellung insbesondere flä­ chig anliegt.

4. Durchfluß-Regulierventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (23) für das Drehver­ schlußglied (21) rechtwinkelig zur Anlagefläche (9) ver­ läuft.

5. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöff­ nung (20) sich in Umfangsrichtung (29) mit Bezug zur Dreh­ achse (23) erstreckt, wobei die Erstreckung zweckmäßiger­ weise weniger als 360° beträgt.

6. Durchfluß-Regulierventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (20) über ihre gesamte entlang ihrer Krümmung gemessene Länge einen gleich­ bleibenden Querschnitt aufweist.

7. Durchfluß-Regulierventil nach Anspruch 5, daß die Überströmöffnung (20) über ihre entlang ihrer Krümmung gemessene Länge einen sich ändernden Querschnitt aufweist, wobei in Längsrichtung der Überströmöffnung (20) zweck­ mäßigerweise eine kontinuierliche Querschnittsänderung er­ folgt.

8. Durchfluß-Regulierventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (20) eine sichel­ förmige Kontur aufweist.

9. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Bezug zur Dreh­ achse (23) gemessene Umfangserstreckung des Drehverschluß­ gliedes (22) geringer als 360° ist.

10. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehverschluß­ glied (21) so ausgestattet ist, daß es in einer Schließ­ stellung die Überströmöffnung (20) vollständig abdeckt und in einer Offenstellung die Überströmöffnung (20) voll­ ständig freigibt und hierbei neben der Überströmöffnung (20) angeordnet ist.

11. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehverschluß­ glied (21) scheibenförmig ausgebildet ist, wobei es eine gegenüber der zugewandten Fläche der vorzugsweise ebenfalls scheibenförmig ausgebildeten Trennwand eine geringere Schei­ benfläche aufweist.

12. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (6) eine kreisförmige Umrandung hat und das an der Trennwand (6) anliegende Drehverschlußglied (21) die Form eines Kreis­ sektors oder eines Kreissegmentes aufweist, dessen Krümmungs­ mittelpunkt (23) mit dem Zentrum der Trennwand (6) zusammen­ fällt, durch welchen Punkt auch zweckmäßigerweise die Dreh­ achse (23) für das Drehverschlußglied (21) verläuft.

13. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehverschlußglied (21) druckbelastet gegen die Trennwand (6) vorgespannt ist, wobei sich zweckmäßigerweise zwischen dem Dreh­ verschlußglied und der auf der der Trennwand entgegen­ gesetzten Verschlußgliedseite angeordneten Gehäuseinnen­ seite eine Druckfeder (37) abstützt.

14. Durchfluß-Regulierventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehverschluß­ glied mit Hilfe eines z. B. elektrischen Schrittmotors verstellbar ist.