DE4131709C1 - Fluid pressure differential controlled valve - has housing with seat and valve rod seal with diaphragm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein differenzdruckge­ steuertes Ventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz und ein mit einer Ventilstange versehenes Verschlußstück aufweist, mit einem Membrangehäuse, das am Ventilgehäuse angebracht und durch eine auf die Ven­ tilstange wirkende Membran in zwei Druckräume unterteilt ist, und mit einer Einstellvorrichtung, die am Membrange­ häuse angebracht ist sowie eine auf die Membran wirkende Sollwertfeder und eine Verstellvorrichtung für die Soll­ wertfeder aufweist.

Bei einem bekannten Ventil dieser Art (EP-OS 3 54 427) gibt es eine durchgehende Ventilstange, die das Ver­ schlußstück, die Membran und einen von der Sollwertfeder belasteten Federteller miteinander verbindet und mit einem freien Ende nahe des Verschlußstücks in einer Führung des Ventilgehäuses gelagert ist. Querkräfte, die im Bereich der Einstellvorrichtung und/oder im Be­ reich der Membran auf die Ventilstange übertragen werden, beispielsweise durch unsymmetrische Federkräfte (Schief­ heiten), führen zu unerwünschten Reibungsbeanspruchungen in der abgedichteten Durchführung des Ventilgehäuses und damit zu einer Hysterese bei der Ventilbewegung und zu übermäßigem Verschleiß.

Es ist auch bekannt (US-PS 36 69 403), bei einem Mem­ branventil den die Membran abstützenden Teller über ein Gelenk mit dem Ventilschaft zu verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, dessen Ventilstange leichtgängig und verschleißarm bewegbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Zentrum der Membran ein Einsatz befestigt ist, an dem eine stirnseitige Anlagefläche der Ventilstange unter dem Einfluß einer Ventilfeder anliegt und der über ein Gelenk mit einem Stift verbunden ist, der in die Einstellvorrichtung ragt und dort durch die Sollwert­ feder belastet ist.

Bei dieser Konstruktion steht die Membran über eine erste Kupplungsstelle, die sich zwischen Einsatz und Anlagefläche befindet, mit der Ventilstange und über eine zweite Kupplungsstelle, die durch das Gelenk gebil­ det wird, mit dem zur Einstellvorrichtung führenden Stift in Kontakt. Wird die Membrananordnung durch kon­ struktive Unsymmetrien oder ungleiche Federkräfte schräg gestellt, so kann der Einsatz um das Gelenk schwenken und sich gegenüber der Anlagefläche der Ventilstange quer verschieben. Es werden daher keine Querkräfte auf die Ventilstange übertragen. Demzufolge ergibt sich eine leichtgängige Bewegung der Ventilstange mit minima­ ler Hysterese und geringem Verschleiß.

Günstig ist es, daß der Stift abgedichtet aus dem Mem­ brangehäuse herausragt und die Einstellvorrichtung als Baueinheit vom Membrangehäuse abnehmbar ist. Die Abdich­ tung des Stiftes erlaubt es, die Sollwertfeder in der normalen Atmosphäre anzuordnen; sie kann daher jederzeit verstellt oder durch Austausch der Einstellvorrichtung ausgewechselt werden. Wegen des Gelenks ist die Dichtung für den Stift höchstens minimal durch von der Membran herrührende Querkräfte belastet, behindert also die leichtgängige Betätigung nicht.

Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich, wenn der Einsatz an zwei die Membran beidseitig abdecken­ den Stützplatten befestigt ist. Dies kann insbesondere so durchgeführt werden, daß der Einsatz eine Umfangswand besitzt, die eine zentrische Öffnung der Stützplatten durchsetzt und dort durch Bördeln befestigt ist. Durch die Verbindung des Einsatzes mit den Stützplatten wird sichergestellt, daß auch ein vergleichsweise kleiner Einsatz sicher mit der Membran verbunden ist.

Von Vorteil ist es, daß das Gelenk durch einen Gelenk­ kopf, der über einen Hals am Stift befestigt, und eine den Gelenkkopf hintergreifende Gelenkpfanne im Einsatz gebildet ist. Hiermit wird berücksichtigt, daß bei den üblichen Ausführungen eines differenzdruckgesteuerten Ventils, bei dem im ventilfernen Druckraum der höhere Druck herrscht, die Sollwertfeder mit Zugkräften auf die Membran wirken, das Gelenk also Zugkräfte übertragen muß.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Gelenk­ kopf eine zumindest teilkugelige Oberfläche und die Gelenkpfanne ist durch eine Querbohrung gebildet, an die sich ein Schlitz zur Aufnahme des Halses anschließt. Dies erleichtert den Zusammenbau von Einsatz und Stift.

Hierbei kann eine am Stift in Axialrichtung arretierbare Kappe vorgesehen sein, die den Einsatz im Bereich der Querbohrung übergreift. Es genügt eine leichte Kunst­ stoffkappe, weil keine großen Kräfte aufzunehmen sind.

In weiterer Ausgestaltung empfiehlt es sich, daß im Einsatz ein Entlastungsventil untergebracht ist, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz den höher belasteten Druckraum mit dem geringer belaste­ ten Druckraum verbindet. Ein Entlastungsventil zwischen den beiden Druckräumen ist an sich bekannt. Es wird im vorliegenden Fall platzsparend und leicht herstellbar im Einsatz vorgesehen.

Insbesondere kann der Einsatz eine mit der Querbohrung in Verbindung stehende Axialbohrung aufweisen, gegen deren freies Ende eine Ventilkugel durch eine Feder gehalten ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längs­ schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil.

Das veranschaulichte Ventil besteht aus drei aneinander befestigten Teilen, nämlich einer Ventileinheit 1, einem Membranaufsatz 2 und einer Einstellvorrichtung 3.

Die Ventileinheit 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 4 mit einem Ventilsitz 5. Dieser wirkt mit einem Verschlußstück 6 zusammen, das mit einer Ventilstange 7 verbunden ist. Das Verschlußstück ist auf einen Gewindestutzen 8 der Ventilstange 7 aufschraubbar und klemmt dabei den Boden eines aus Blech gezogenen Topfes 9 an einer Stufe der Ventilstange 7 fest. Ein eine Durchführung bildender Einsatz 10 im Gehäuse 4 weist einen Führungsabschnitt 11 für die Ventilstange 7 und eine Dichtung 12 für den Topf 9 auf. Hierbei ergibt sich ein Kompensationsraum 13, der über ein Kanalsystem 14 im Verschlußstück 6 und in der Ventilstange 7 mit dem Eingangsraum 15 des Ventil­ gehäuses 4 verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich ein statischer Druckausgleich am Verschlußstück.

Der Membranaufsatz 2 besitzt ein Membrangehäuse 16 mit einer unteren Schale 17 und einer durch Bördelung hier­ mit verbundenen oberen Schale 18. An der unteren Schale 17 ist ein Befestigungsring 19 angebördelt, der mittels einer Überwurfmutter 20 am Ventilgehäuse 4 befestigt werden kann. An der oberen Schale 18 ist ein als Stopf­ buchse dienendes Dichtungsgehäuse 21 angebördelt, das eine Profilierung 22 in Form einer umlaufenden Ringnut mit konusförmigen Seitenwänden besitzt. Eine Membran 23 ist am Rand zwischen den Schalen 17 und 18 eingespannt und beidseitig durch Stützplatten 24 und 25 abgedeckt. Ein Einsatz 26 besitzt eine Umfangswand 27, welche eine zentrische Öffnung der Stützplatten 24, 25 durchsetzt und dort durch Bördeln befestigt ist. Die Ventilstange 7 trägt am oberen Ende eine durch eine Platte gebildete Anlagefläche 28, die mit Hilfe einer Ventilfeder 29 gegen den Einsatz 26 gedrückt wird.

Die Membran 23 unterteilt das Membrangehäuse 16 in einen ventilnahen Druckraum 30 und einen ventilfernen Druckraum 31. Der Druckraum 30 steht über eine Bohrung 32 mit dem Kompensationsraum 13 und damit mit dem Eingangsraum 15 des Ventilgehäuses 4 in Verbindung. Der Druckraum 31 besitzt einen Anschluß 33 für eine Impulsleitung, über die ein zu überwachender Anlagedruck, der in aller Regel höher ist als der Druck im Druckraum 30, zugeführt werden kann. Im Druckraum 30 gibt es eine Membranfeder 34, welche die Membran 23 nach oben belastet, und im Druckraum 31 gibt es eine Membranfeder 35, welche die Membran 23 nach unten belastet. Ein geführter Stift 36 ist am unteren Ende über ein Gelenk 37 mit dem Einsatz 26 verbunden. Er regelt durch das Dichtungsgehäuse 21 nach außen. Das Gelenk 37 weist einen halbkugelförmigen Kopf 38 auf, der über einen Hals 39 mit dem Stift 26 verbunden ist, und eine Gelenkpfanne 40, welche den Gelenkkopf 38 hintergreift. Die Gelenkpfanne ist durch eine Querbohrung 41 gebildet, deren Achse senkrecht zur Zeichenebene steht und an deren Oberseite sich ein in gleicher Richtung verlaufender Schlitz 42 für den Durchtritt des Halses 39 anschließt. Bei der Montage wird der Gelenkkopf 38 von der Seite her in die Quer­ bohrung 41 geschoben und inmitten der Bohrung so durch eine aufgeschobene Kappe 43 gehalten, daß er eine be­ grenzte allseitige Schwenkbewegung durchführen kann.

Im Einsatz 26 ist ein Entlastungsventil 44 vorgesehen, das eine Ventilkugel 45 aufweist, welche durch eine Feder 46 gegen das freie Ende einer mit der Querbohrung 41 in Verbindung stehenden Axialbohrung 47 gedrückt wird.

Die Einstellvorrichtung 3 weist einen ringförmigen Sockel 48 auf, der auf das Dichtungsgehäuse 21 aufschiebbar und mit Hilfe von Schrauben 49, die mit Kegelspitzen in die Ringnut 22 greifen, am Membrangehäuse 16 zu be­ festigen ist. Eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Sollwertfeder 50 erstreckt sich koaxial zu dem Stift 36 zwischen einer membrannahen Stützplatte 51 und einem membranfernen Federteller 52. Die Stützplatte 51 wird durch eine Führung 53 gegen Drehung gesichert und besitzt ein Außengewinde 54, das mit einem entsprechenden Innen­ gewinde an der Umfangswand 55 eines Drehgriffs 56 in Eingriff steht. Der Drehgriff 56 besitzt am unteren Ende federnden Zungen 57, die mit Vorsprüngen 58 unter eine Stufe des Sockels 48 greifen. Der Drehgriff 56 ist daher drehbar, aber axial festgehalten. Auf der Stützplatte 51 liegt ein Zeigerring 59 auf, der mit radialen Zeigerzungen 60 durch zwei Axialschlitze 61 des Drehgriffs 56 ragt und mit einer Markierung an der Außenseite des Drehgriffs zusammenwirkt.

Der Federteller 52 ist über eine Konuswand 62 mit einer rohrförmigen Verlängerung 63 verbunden, die sich bis in die Nähe des Membranaufsatzes 2 erstreckt und dort mit dem Stift 36 eine Kupplung 64, insbesondere eine Schnappkupplung, bildet. Zu diesem Zweck weist der Stift 36 einen Kopf 65 auf, der stirnseitig mit einer Schräg­ fläche 66 versehen ist. Dieser wirkt mit einer ihn hin­ tergreifenden Fassung 67 zusammen, die an ihrer Stirn­ seite ebenfalls Schrägflächen 68 besitzt. Die Fassung ist an Federarmen 69 ausgebildet, die durch achsparallele Schlitze 70 in der rohrförmigen Verlängerung 63 ent­ stehen. Die Schlitze 70 verlaufen bis in die Konuswand 62, so daß man durch Einführung eines Werkzeuges durch eine stirnseitige Öffnung 71 des Drehgriffs 56 am Übergang von der Verlängerung 63 zur Konuswand 62 ein Sprei­ zen der Federarme 69 bewirken und dadurch die Kupplung 64 lösen kann.

Es sei angenommen, daß das veranschaulichte Ventil den Druckabfall in einer Anlage, beispielsweise in einer Warmwasserheizungsanlage konstant halten soll. Dann wird das Ventil am Austritt der Anlage, also in der Rücklaufleitung angeordnet und der Anschluß 33 mit der Vorlaufleitung verbunden. Der untere Druckraum 30 führt dann den Rücklaufdruck und der obere Druckraum 31 den Vorlaufdruck. Dies ergibt eine in Schließrichtung wirken­ de Kraft. Ihr wirkt die Kraft der Sollwertfeder 50 ent­ gegen, die im Bereich des Gelenks 38 und der Kupplung 64 als Zugkraft wirksam ist. In üblicher Weise stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem der Druck­ abfall in der Anlage den gewünschten Wert hat.

Die Sollwertfeder kann jederzeit durch Verdrehen des Drehgriffs 56 verstellt werden. Wenn man einen anderen Federsatz verwenden möchte, kann einfach die Einstellvor­ richtung 3 als Baueinheit ausgetauscht werden. Hierbei können mit Hilfe eines Werkzeuges, das einen kleineren Konuswinkel als die Konuswand 62 besitzt, die Federarme 69 gespreizt werden, so daß die Kupplung 64 gelöst wird. Bei der erneuten Montage erfolgt das Aufschnappen der Kupplung 64 wegen der Schrägflächen 66 und 68 automa­ tisch. Wenn die Kraft der Sollwertfeder 50 zu groß sein sollte, genügt es, den Federteller 52 etwas nach unten zu drücken, was durch die Öffnung 71 ohne weiteres mög­ lich ist.

Das Spiel und die Gelenkbeweglichkeit der Kupplung 64 verhindert, daß Querkräfte, die bei einer Unsymmetrie der Sollwertfeder 50 am Federteller 52 auftreten können, in störendem Maß auf den Stift 36 übertragen werden. Das gleiche gilt wegen des Gelenks 37 auch, wenn die Membran 23 irgendwelche Schieflagen erleidet. Der Stift 36 kann daher reibungsarm und leicht beweglich durch das Dichtungsgehäuse 21 hindurchgeführt werden. Auch auf die Ventilstange 7 können keine Querkräfte von der Membran übertragen werden, weil die Ventilstange 7 vom Einsatz 26 getrennt ist und lediglich Druckkräfte über­ tragen werden können. Infolgedessen ist auch an der Dichtung 12 keine störende Reibung, welche die Beweg­ lichkeit des Ventils behindert und störenden Verschleiß hervorruft, zu befürchten.

Bei Heizungsanlagen kann es geschehen, daß durch Ab­ sperren aller Verbraucher der Rücklaufdruck aufgrund der Abkühlung des Wassers und die damit verbundenen Kontraktion im Druckraum 30 abfällt, während der Vorlauf­ druck im Druckraum 31 dem normalen Anlagedruck ent­ spricht, beispielsweise 5 bar. Damit man keine dicken und trägen Membranen verwenden muß, ist das Entlastungs­ ventil 44 vorgesehen, das unter den genannten Umständen öffnet und einen teilweisen Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 30 und 31 bewirkt.

Claims (9)

1. Differenzdruckgesteuertes Ventil mit einem Ventilge­ häuse, das einen Ventilsitz und ein mit einer Ventil­ stange versehenes Verschlußstück aufweist, mit einem Membrangehäuse, das am Ventilgehäuse angebracht und durch eine auf die Ventilstange wirkende Membran in zwei Druckräume unterteilt ist, und mit einer Einstellvorrichtung, die am Membrangehäuse angebracht ist sowie eine auf die Membran wirkende Sollwertfeder und eine Verstellvorrichtung für die Sollwertfeder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum der Membran (23) ein Einsatz (26) befestigt ist, an dem eine stirnseitige Anlagefläche (28) der Ventil­ stange (7) unter dem Einfluß einer Ventilfeder (29) anliegt und der über ein Gelenk (37) mit einem Stift (36) verbunden ist, der in die Einstellvorrichtung (3) ragt und dort durch die Sollwertfeder (50) be­ lastet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (36) abgedichtet aus dem Membrangehäuse (16) herausragt und die Einstellvorrichtung (3) als Baueinheit vom Membrangehäuse (16) abnehmbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (26) an zwei die Membran (23) beid­ seitig abdeckenden Stützplatten (24, 25) befestigt ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (26) eine Umfangswand (27) besitzt, die eine zentrische Öffnung der Stützplatten (24, 25) durchsetzt und dort durch Bördeln befestigt ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (37) durch einen Ge­ lenkkopf (38), der über einen Hals (39) am Stift (36) befestigt ist, und eine den Gelenkkopf hintergreifende Gelenkpfanne (40) im Einsatz (26) gebildet ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (38) eine zumindest teilkugelige Ober­ fläche hat und die Gelenkpfanne (40) durch eine Quer­ bohrung (41) gebildet ist, an die sich ein Schlitz (42) zur Aufnahme des Halses (39) anschließt.

7. Ventil nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine am Stift (36) in Axialrichtung arretierbare Kappe (43), die den Einsatz (26) im Bereich der Quer­ bohrung (41) übergreift.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Einsatz (26) ein Entlastungs­ ventil (44) untergebracht ist, das bei Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz den höher belasteten Druckraum (31) mit dem geringer belasteten Druckraum (30) verbindet.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (26) eine mit der Querbohrung (41) in Verbindung stehende Axialbohrung (47) aufweist, gegen deren freies Ende eine Ventilkugel (45) durch eine Feder (46) gehalten ist.