DE4135858A1 - Scheibenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Scheibenventil gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Derartige Scheibenventile sind für unterschiedliche Zwecke im Einsatz. Unter normalen Einsatzbedingungen ist die von der Dichtfläche abgewandte Seite der drehbaren Steuerscheibe mit dem einlaßseitigen Druck beaufschlagt, so daß diese Steuerscheibe bei geschlossenem Ventil sicher gegen die feststehende Steuerscheibe gedrückt wird. Hat man bei einem solchen Ventil großen Druckunterschied zwischen Einlaß und Auslaß, so treten insbesondere bei großen Ventilen hohe Reibungskräfte zwischen den beiden Steuerscheiben auf, und zum Verstellen des Ventiles sind entsprechend leistungs­ fähige Antriebe notwendig, die nicht nur teuer sind, sondern auch entsprechenden Platzbedarf haben.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Scheiben­ ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterge­ bildet werden, daß die drehbare Steuerscheibe auch bei großer Druckdifferenz zwischen Ventileinlaß und Ventilauslaß mit geringer Kraft gedreht werden kann, trotzdem aber eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Scheiben­ ventil gemäß Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß die drehbare Steuerscheibe keine Kippmomente erfährt. Dies wiederum ermöglicht es, die Zylinderbohrung und den Kolben der Vorspanneinrichtung axial kurz bauend zu wählen, was im Hinblick auf geringe Bauhöhe des gesamten Scheibenventiles von Vorteil ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine kleine Relativbewegung zwischen der drehbaren Steuer­ scheibe und dem Kolben. Es ist daher nicht notwendig, die Achse der Zylinderbohrung exakt auf die Achse der drehbaren Steuerscheibe auszufluchten.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 6 bis 9 sind jeweils im Hinblick auf eine einfache und preisgünstige Herstellung des Scheibenventiles von Vorteil.

Bei einem Scheibenventil gemäß Anspruch 10 ist es nicht möglich, daß Kolben und Zylinderbohrung der druckmittel­ betriebenen Vorspanneinrichtung durch Verunreinigungen des gesteuerten Mediums beeinträchtigt werden.

Gemäß Anspruch 11 läßt sich auf einfache Weise ein robustes und kompakt bauendes Eck-Scheibenventil realisieren.

Bei einem Scheibenventil gemäß Anspruch 12 hat man auch bei niedrigen Druckdifferenzen zwischen Einlaß und Auslaß ausreichende Dichtkraft zwischen den beiden Steuerscheiben.

Nachstehend wird die Erfimdung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 bis 3: vertikale axiale Schnitte durch verschiedene Eck-Scheibenventile.

Das in Fig. 1 wiedergegebene Eck-Scheibenventil hat ein Gehäusehauptteil 10 mit einem Einlaßkanal 12 sowie einem Auslaßkanal 14, die unter rechtem Winkel zueinander angeord­ net sind und mit der Umfangswand bzw. der Bodenwand einer zylindrischen Scheibenkammer 16 in Verbindung stehen. Letztere wird oben durch einen zylindrischen Deckelansatz 18 begrenzt, der Teil eines das Gehäusehauptteil 10 oben verschließenden Gehäusedeckels 20 ist. Letzterer ist durch Gewindebolzen 22 und Muttern 24 mit dem Gehäusehauptteil 10 verschraubt.

Über dem Boden der Scheibenkammer 16 sitzt eine feststehende Steuerscheibe 26. Sie ist durch eine Dichtung 28 gegen die Umfangswand der Scheibenkammer 16 abgedichtet. Ein hülsenförmiger Ansatz 30 der Steuerscheibe 26 sitzt form­ schlüssig im oberen Endabschnitt des Auslaßkanals 14. Koaxial hierzu ist in der Steuerscheibe 26 eine kreisförmigen Querschnitt aufweisende Steueröffnung 32 vorgesehen.

Die oben liegende Stirnfläche der Steuerscheibe 26 ist auf hohe Ebenheit und geringe Rauhigkeit bearbeitet und arbeitet mit einer entsprechend bearbeiteten unteren Stirn­ fläche einer drehbaren Steuerscheibe 34 zusammen. Letztere ist mit einer Steueröffnung 36 versehen, deren Durchmesser gleich groß ist wie derjenige der Steueröffnung 32 und deren Abstand von der Scheibenachse gleich demjenigen der Steueröffnung 32 ist. Damit lassen sich die beiden Steueröffnungen 32, 36 in eine fluchtende Stellung bewegen, die in Fig. 1 wiedergegeben ist und in welcher sie einen stoßfreien Durchgangskanal bilden.

Die Steuerscheibe 34 trägt über eine Mehrzahl in Umfangs­ richtung verteilter angeformter Träger 38 eine obere Leit­ scheibe 40, die unter radialem Spiel in der Scheibenkammer 16 verdrehbar ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, fluchten die Oberseite der Steuerscheibe 34 und die Unterseite der Leitscheibe 40 mit dem tiefsten bzw. höchsten Punkt des Einlaßkanals 12, so daß der Zwischenraum zwischen Steuerscheibe 34 und Leitscheibe 40 einen in Verlängerung des Einlaßkanals 12 liegenden Verteilerraum 42 bildet.

An die Oberseite der Leitscheibe 40 ist ein kurzer Kolben 44 angeformt, der in einer mittigen Zylinderbohrung 46 des Deckelansatzes 18 läuft und gegen diese durch einen Dichtring 48 abgedichtet ist. Mit der Zylinderbohrung 46 fluchtet eine Wellenbohrung 50, in der eine kurze Stell­ welle 52 läuft, von deren Unterseite eine quadratischen Querschnitt aufweisende Mitnahmeöffnung 54 zurückspringt. In letzterer sitzt verschiebbar ein Vierkant 56, der an die obere Stirnfläche des Kolbens 44 angeformt ist. Eine Dichtung 58 dichtet die Wellenbohrung 50 gegen die zylindri­ sche Außenfläche der Stellwelle 52 ab. Als Antrieb für die Stellwelle 52 ist ein kontinuierlich arbeitender Antrieb oder ein Schrittmotor 60 vorgesehen, der in Fig. 1 nur schematisch wiedergegeben ist.

Zwischen der Zylinderbohrung 46 und der Wellenbohrung 50 springt eine Ringnut 62 radial nach außen vor. Die Ringnut 62 steht über mindestens einen radialen Speisekanal 64 des Deckelansatzes 18 mit einer Speisenut 66 in Verbindung, die in die Außenfläche des Deckelansatzes 18 eingestochen ist. Zu beiden Seiten der Speisenut 66 angeordnete Dichtungen 68, 70 dichten die Speisenut 66 gegen die Atmosphäre bzw. die Scheibenkammer 16 ab.

Die Speisenut 66 fluchtet radial mit einem Verbindungskanal 72, der in der Umfangswand des Gehäusehauptteiles 10 aus­ gebildet ist und mit dem Auslaßkanal 14 in Verbindung steht.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die durch die dreh­ bare Steuerscheibe 34, die Leitscheibe 40 und den Kolben 44 gebildete Einheit im Ventilgehäuse nicht axial fest positioniert, kann vielmehr um eine kleine Strecke in axialer Richtung bewegt werden.

Bei geschlossenem oder geöffnetem Scheibenventil ist unter normalen Betriebsbedingungen der einlaßseitige Druck größer als der auslaßseitige Druck, so daß man durch Druckbeauf­ schlagung der Oberseite der Steuerscheibe 34 eine Netto- Andrückkraft für die bewegliche Steuerscheibe 34 auf die feststehende Steuerscheibe 26 zu erhält.

Ist das Scheibenventil geschlossen, so wird der Druck am Auslaß über den Verbindungskanal 72, die Speisenut 66 und den Speisekanal 64 zur Stirnfläche des Kolbens 44 geleitet. Die Vierkant-Mitnahmeverbindung zwischen der Mitnahmeöffnung 54 und dem Vierkant 56 ist in der Regel nicht druckmittel­ dicht, so daß die Stirnfläche des Vierkantes 56 zur druck­ beaufschlagten Fläche des Kolbens 44 hinzugehört. Ggf. kann man dies durch Nuten in der Außenfläche des Vierkants 56 oder der Innenfläche der Mitnahme 54 gewährleisten.

Die insgesamt druckbeaufschlagte Fläche des Kolbens 44 ist so gewählt, daß sie etwas kleiner ist als die druckbeauf­ schlagte Fläche der drehbaren Steuerscheibe 34, die über die Steueröffnung 32 der feststehenden Steuerscheibe 26 mit dem auslaßseitigen Druck beaufschlagt ist. Damit erhält man eine Netto-Vorspannkraft für die drehbare Steuerscheibe 34 auf die feststehende Steuerscheibe 26 zu.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 sind Ventilteile, die in funktionell äquivalenter Form schon oben beschrieben wurden, wieder mit denselben Bezugs­ zeichen versehen. Diese Ventilteile brauchen daher auch nicht noch einmal im einzelnen beschrieben zu werden.

Bei dem Scheibenventil nach Fig. 2 ist die feststehende Steuerscheibe 26 mit zwei einander diametral gegenüber liegenden Steueröffnungen 32, 32′ versehen, die beide gleichermaßen mit einem aufgekelchten Endabschnitt 74 des Auslaßkanals 14 in Verbindung stehen. Bei in Schließ­ stellung stehender Steuerscheibe 34 hat man daher insgesant kein auf die Steuerscheibe ausgeübtes Kippmoment, damit auch kein auf den Kolben 44 wirkendes Kippmoment. Man kann daher die Zylinderbohrung 46 axial kurz wählen, ohne daß die Gefahr eines Verklemmens des Kolbens 44 in der Zylinderbohrung 46 besteht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die effektiv druckbeaufschlagte Fläche des Kolbens 44 etwas kleiner als die Summe der Querschnitte der beiden Steueröffnungen 32 und 32′, so daß man wieder eine axiale Netto-Anpreßkraft erhält.

Für den Kippmomenten-Ausgleich ist es an sich nicht notwendig, daß auch die drehbare Steuerscheibe 34 mit zwei Steueröff­ nungen 36, 36′ ausgebildet ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Im Hinblick darauf, den Durchsatz des Scheibenventiles in der Offenstellung möglichst groß zu haben, wird aber vor­ zugsweise die Anzahl und Geometrie der Steueröffnungen der drehbaren Steuerscheibe 34 gleich derjenigen der feststehen­ den Steuerscheibe 26 gewählt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Kolben 44 nicht starr mit der drehbaren Steuerscheibe 34 verbunden, arbeitet vielmehr über ein insgesamt mit 76 bezeichnetes Kugelpfannengelenk in axialer Richtung auf die Steuerscheibe 34. An das untere Ende des Kolbens 44 ist ein Mitnahmefinger 78 angeformt, der in eine entsprechende nach oben offene Mitnahmenut 80 in der Oberseite der Steuerscheibe 34 ein­ greift. Durch die beschriebene Anordnung der Verbindung zwischen Kolben und drehbarer Steuerscheibe lassen sich geringe Fertigungsfehler aufnehmen.

Ein zweiter Unterschied des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3 zu den vorstehend beschriebenen besteht darin, daß die Steuerscheiben jeweils aus einem Grundkörper 82 bzw. 84 und in diesen eingelegten Dichtplatten 86, 88 bestehen.

Bei dem Scheibenventil nach Fig. 3 ist ferner in den Verbindungskanal 72 ein Filter 90 eingesetzt, welches im gesteuerten Medium etwa enthaltene Verunreinigungen von der Zylinderbohrung 46 fernhält.

Schließlich ist ein Schraubenfeder 92 vorgesehen, die an der Stellwelle 52 abgestützt ist und am Kolben 44 an­ greift. Damit erhält man eine Anpressung der drehbaren Steuerscheibe 34 an die feststehende Steuerscheibe 26 auch in drucklosem Zustand und in unterschiedlichen Einbaulagen.

Claims (12)

1. Scheibenventil mit einem Gehäuse (10, 20), in welchem eine Scheibenkammer (16) ausgebildet ist, die mit einem Einlaß (12) und einem Auslaß (14) des Gehäuses in Verbindung steht, mit einer feststehenden Steuerscheibe (26) und einer drehbaren Steuerscheibe (34), die beide in der Scheibenkammer (16) angeordnet sind, über zusammen­ arbeitende Dichtflächen in Berührung stehen und jeweils mit mindestens einer Steueröffnung (32, 36) versehen sind, wobei die Steueröffnungen (32, 36) der beiden Steuerscheiben (26, 34) zwischen einer fluchtenden Durchgangsstellung und einer nicht fluchtenden Sperrstellung kontinuierlich verstellbar sind, und mit einer Einrichtung zum Vorspannen der drehbaren Steuerscheibe (34) gegen die feststehende Steuerscheibe (26), dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ spanneinrichtung aufweist: einen Kolben (44), der auf die von der Dichtfläche abgelegene Seite der drehbaren Steuer­ scheibe (34) einwirkt und in einer Zylinderbohrung (46) des Gehäuses (10, 20) läuft, und eine Verbindungsleitung (64, 72), welche einen durch die Zylinderbohrung (46) und den Kolben (44) begrenzten Arbeitsraum der Vorspann­ einrichtung mit dem Auslaß (14) des Gehäuses (10, 20) verbindet.

2. Scheibenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagte Stirnfläche des Kolbens (44) im wesentlichen der Gesamtfläche der Steueröffnungen (32) der feststehenden Steuerscheibe (26) entspricht, vorzugsweise etwas kleiner ist als diese.

3. Scheibenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die feststehende Steuerscheibe (26) eine Mehrzahl symmetrisch um die Scheibenachse herum ange­ ordneter und mit dem Auslaß (14) in Verbindung stehender Steueröffnungen (32, 32′) aufweist.

4. Scheibenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie und Anordnung der Steueröffnungen (36, 36′) der drehbaren Steuerscheibe (34) derjenigen der feststehenden Steuerscheibe (26) entspricht.

5. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (44) über ein kardani­ sches Gelenk (76), vorzugsweise ein Kugelpfannengelenk (76), auf die drehbare Steuerscheibe (34) arbeitet.

6. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Steuerscheibe (34) und/oder die feststehende Steuerscheibe (26) jeweils aus einem Scheibengrundkörper (82, 84) und einer in letzteren eingelegten Dichtplatte (86, 88) besteht.

7. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (66, 72) als Gehäusekanal ausgebildet ist.

8. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (46) durch einen Abschnitt oder eine Verlängerung einer Wellenbohrung (50) gebildet ist, in welcher eine auf die drehbare Steuer­ scheibe (34) arbeitende Stellwelle (52) gelagert ist.

9. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrung (46) in einem zylindrischen Deckelansatz (18) eines Gehäusedeckels (20) vorgesehen ist, der in die Scheibenkammer (16) eingreift.

10. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (66, 72) ein Filter (90) angeordnet ist.

11. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Dichtfläche abgelegene Seite der drehbaren Steuerscheibe (34) über eine Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilter Träger (38) eine Leitscheibe (40) trägt, wobei der Abstand der einander zugewandten Stirnflächen von drehbarer Steuerscheibe (34) und Leitscheibe (40) dem Durchmesser des Einlasses (12) entspricht und der zwischen diesen Scheiben liegende Raum eine Fortsetzung des Einlaßkanales (12) darstellt.

12. Scheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Steuerscheibe (34) zusätzlich durch eine Feder (92) gegen die festste­ hende Steuerscheibe (26) gedrückt wird.