DE4232831A1 - Ventil mit absperr- und drosselfunktion - Google Patents
Ventil mit absperr- und drosselfunktionInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit Absperr- und
Drosselfunktion der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art.
Solche Ventile eignen sich beispielsweise als Absperr- und
Drosselglieder in Rohrleitungen für flüssige oder gasförmige
Medien, deren Durchflußmenge, Druck oder Wärmemenge gesteuert
oder geregelt wird.
Es ist ein Ventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art bekannt (DE-OS 29 26 500), bei dem ein Schließkörper mit
Hilfe eines Kniehebels durch eine Spindel axial in der
Durchflußrichtung des Ventils bewegbar ist. Der Kniehebel und
der Schließkörper sind von einem dichten Innengehäuse umgeben,
welches vom gesteuerten Medium umströmt wird. Damit das Ventil
im offenen Zustand einen kleinen Strömungswiderstand aufweist,
ist ein großer Ventilsitz notwendig.
Außerdem ist ein weiteres Ventil dieser Art bekannt (FR
12 61 204), bei dem ein Ventilteller über ein Knickgestänge durch
Kolbenhub weggeschwenkt werden kann, so daß der Ventilteller
und das Knickgestänge im offenen Zustand des Ventils nicht mehr
im Durchflußkanal des Mediums liegen. Solche Ventile haben im
offenen Zustand den gewünschten kleinen Strömungswiderstand,
erfordern jedoch zum Schließen relativ hohe Kräfte. Aufgrund
der Schwenkbewegung des Ventiltellers im Bereich des Ventil
sitzes sind zudem kleine Durchflußmengen schlecht dosierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der
eingangs genannten Art so zu gestalten, daß kleine Durchfluß
mengen genau dosierbar sind und das Ventil trotzdem schnell ganz
geöffnet und schnell ganz geschlossen werden kann.
Die Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt eines Ventils in Richtung
Rohr- und Ankerachse in geschlossener
Stellung (Schnitt B-B in Fig. 3),
Fig. 2 ein Kniegelenksystem eines Ventils in
geschlossener und in offener Stellung und
Fig. 3 einen Schnitt eines Ventils in Richtung
Rohrachse, senkrecht zur Ankerachse
(Schnitt A-A in Fig. 1).
In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Ventil mit einem Gehäuse 2, welches
eine Gehäusekammer 3 umschließt und zwei im wesentlichen
rohrförmige Durchlaßkanäle 4 und 5 aufweist, die auf einer
gemeinsamen Rohrachse 6 einander gegenüber angeordnet sind und
von denen einer an seinem Ende gegen die Gehäusekammer 3 hin
einen Ventilsitz 7 für einen Schließkörper 8 aufweist.
In der Gehäusekammer 3 ist ein Kniehebelsystem 9 untergebracht,
dessen Knie 10 von einem am Gehäuse 2 gelenkig verankerten
Stützhebel 11 und einem mit dem Schließkörper 8 gelenkig
verbundenen Schließhebel 12 gebildet wird und über einen
Stellhebel 13 bewegbar ist. Der Stellhebel 13 ist gelenkig am
Knie 10 angebracht. Es ist auch möglich, daß der Stellhebel 13
statt am Knie 10 am Schließhebel 12 oder am Stützhebel 11
angreift.
Ein Stellantrieb 14 besteht im wesentlichen aus einem am
Stellhebel 13 gelenkig angebrachten Anker 15 aus
ferromagnetischem Material, der von einem durch eine
stromdurchflossene Spule 16 magnetisierbaren Kern 17 entgegen
der Kraft einer Druckfeder 18 angezogen werden kann. Vorteilhaft
ist der Stellantrieb 14 als Deckel zum Gehäuse 2 ausgebildet.
Im Ruhezustand des Stellantriebs 14 - d. h. im stromlosen
Zustand der Spule 16 - wirkt die Kraft der vorgespannten
Druckfeder 18 über den gelösten Anker 15 auf den Stellhebel 13
des Kniehebelsystems 9, welches den Schließkörper 8 auf den
Ventilsitz 7 preßt, so daß sich das Ventil 1 in geschlossenem
Zustand befindet.
Ein elektrischer Strom durch die Spule 16 bewirkt ein Magnetfeld
mit einer vom Strom abhängigen Kraft auf den Anker 15, die
entgegen der Kraft der Druckfeder 18 wirkt und mit zunehmendem
Strom größer wird. Ist die Kraft des Magnetfelds größer als
die Kraft der Druckfeder 18, wird der Anker 15 so weit in die
Spule 16 hineingezogen, bis sich die beiden Kräfte kompensieren
oder bis der Anker 15 am Kern 17 anschlägt. Die Position des
Ankers 15 ist also zwischen zwei Endstellungen vom Betrag des
Stromes abhängig; eine passive Endstellung ergibt sich durch die
Stellung des Schließkörpers 8 im geschlossenen Zustand des
Ventils 1, und eine aktive Endstellung wird mit dem Anschlag des
Ankers 15 am Kern 17 erreicht. Es ist aber auch möglich, daß
die aktive Endstellung auf eine andere Art, beispielsweise durch
einen nicht gezeichneten Anschlag am Kniehebelsystem 9 bestimmt
wird.
Die Hebelverhältnisse am Kniehebelsystem 9 und die Vorspannung
der Druckfeder 18 sind für die Absperrfunktion in bekannter
Weise so ausgelegt, daß der Schließkörper 8 einerseits in der
passiven Endstellung mit dem nötigen Schließdruck auf dem
Ventilsitz 7 aufliegt und andererseits in der aktiven
Endstellung so weit aus der Rohrachse 6 geschwenkt ist, daß das
Ventil 1 im offenem Zustand ist, in dem das Medium in seinem
Durchfluß durch die beiden Durchlaßkanäle 5 und 4 vom
Schließkörper 8 praktisch nicht behindert wird. Damit ist beim
Ventil 1 eine wichtige Voraussetzung zu einem kleinen Strömungs
widerstand bei offenem Zustand gegeben. Der offene Zustand des
Ventils ist in Fig. 2 mit Strichlinien dargestellt.
Hat das Medium die in der Fig. 1 eingezeichnete Strömungs
richtung V, unterstützt der Druck des Mediums in der Gehäuse
kammer 3 die durch das Kniehebelsystem 9 übertragene Kraft auf
den Schließkörper 8 und verstärkt damit den Schließdruck.
Im folgenden wird ausgehend von einem Ventil 1 in geschlossenem
Zustand die Bewegung des Schließkörpers 8 beim Öffnen näher
beschrieben.
Am Schließhebel 12 und am Stützhebel 11 ist eine Feder,
vorzugsweise eine Torsionsfeder 19 derart vorgespannt
angebracht, daß ihre Kraft den Schließhebel 12 mit dem Knie 10
als Drehachse gegen den Stützhebel 11 drückt und den Winkel α
zwischen dem Schließhebel 12 und dem Stützhebel 11 durch eine
Scherbewegung zu verkleinern sucht. Der minimal erreichbare
Winkel α′ wird durch ein Begrenzungsmittel am Kniehebelsystem 9
bestimmt. Vorzugsweise ist das Begrenzungsmittel eine Nase 20,
die am Stützhebel 11 derart ausgebildet ist, daß sie bei einer
Scherbewegung des Schließhebels 12 bzw. des Stützhebels 11 als
Anschlag für den Schließhebel 12 dient, wenn der minimale
Winkel α′ erreicht ist. Ein am Gehäuse 2 angeordneter Führungs
körper 21 mit einer Führungsebene 22, auf die sich der Schließ
körper 8 und der Schließhebel 12 während einer ersten Phase
beim Öffnen des Ventils 1 über ein Führungsmittel 23 abstützt,
ist so gestaltet, daß der Schließkörper 8 axial zur Rohrachse
6 mit einer Translationsbewegung vom Ventilsitz 7 abhebt, da
durch die Kraft der Torsionsfeder 19 die Scherbewegung des
Schließhebels 12 bis zu ihrer Begrenzung durch die Nase 20
ausgeführt wird, wenn das Knie 10 vom Stellhebel 13 gegen den
Stellantrieb 14 gezogen wird. Wird das Knie 10 in einer
anschließenden zweiten Phase weiter gegen den Stellantrieb 14
gezogen, schwenkt der Schließkörper 8 zunehmend weiter aus der
Rohrachse 6, bis das Ventil 1 seinen offenen Zustand erreicht.
Ebensogut kann die Nase 20 am Schließhebel 12 statt am
Stützhebel 11 ausgebildet sein.
In der ersten Phase nimmt der für die Durchflußmenge des
Mediums wirksame Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 7
und dem Schließkörper 8 linear mit dem vom Schließkörper 8
axial zurückgelegten Weg, und damit im wesentlichen linear mit
dem zurückgelegten Weg des anziehenden Ankers 15, zu. Der Betrag
der Geschwindigkeit des Schließkörpers 8 bei seiner
Schwenkbewegung in der zweiten Phase vergrößert sich durch die
Wirkung des Kniehebelsystems 9 bei gleichförmiger Translation
des Ankers 15.
Beim Schließen des Ventils verläuft der Bewegungsablauf genau
umgekehrt.
Dadurch, daß das Öffnen bzw. das Schließen in zwei
unterschiedlichen Bewegungsphasen abläuft, ergeben sich wichtige
Vorteile:
In der ersten Phase - d. h. bei der axialen Bewegung des
Schließkörpers 8 - erfolgt der Hub des Schließkörpers 8 im
wesentlichen linear zum Hub des Ankers 15, womit auch die
Durchflußmenge im wesentlichen linear vom Hub des Ankers 15
abhängt. In dieser Phase ist die Durchflußmenge durch die
Position des Ankers 15 bzw. durch den elektrischen Strom in der
Spule 16 genau dosierbar. Durch die vorteilhafte Bewegung des
Schließkörpers 8 beim Abheben vom Ventilsitz 7 beziehungsweise
unmittelbar vor dem Aufsetzen auf diesen ergeben sich am
Ventilsitz 7 keinerlei Dichtungsprobleme und
Abnützungserscheinungen. Ebenso ist die Schwingungsneigung
gering. Das Ventil 1 kann damit beispielsweise vorteilhaft als
Drosselglied in einem Rohrsystem, dessen Durchflußmenge oder
Druck geregelt wird, eingesetzt werden. Die gewählten
Übersetzungsverhältnisse der Hebel im Kniehebelsystem 9
bestimmen in bekannter Weise die Translation des Schließkörpers
8, die durch die Translation des Ankers 15 verursacht wird.
Für die vollständige Schwenkbewegung in der zweiten Phase ist
aufgrund der Hebelverhältnisse des Kniehebelsystems 9 nur ein
geringer Hub des Ankers 15 notwendig, so daß diese Phase beim
Öffnen und beim Schließen sehr rasch ablaufen kann.
Das Führungsmittel 23 ist beispielsweise durch die beiden
vorstehenden Enden einer Achse gebildet, die als gelenkiges
Verbindungsmittel zwischen dem Schließhebel 12 und dem
Schließkörper 8 dient. Ein unerwünschtes Abdrehen des
Schließkörpers 8 um seine Verbindung zum Schließhebel 12,
welches bei der Schwenkbewegung des Schließkörpers durch das
strömende Medium verursacht werden kann, wird beispielsweise
durch einen entsprechend hohen Reibungswiderstand in der
Verbindung oder durch eine Begrenzung des Drehbereichs zwischen
dem Schließhebel 12 und dem Schließkörper 8 auf den in der
ersten Phase erforderlichen Bereich verhindert.
Ein stabiler Aufbau des Kniehebelsystems 9 ergibt sich, wenn der
Stützhebel 11 sowie auch der Schließhebel 12, wie in der Fig. 3
dargestellt, als Doppelhebel 11, 11′ bzw. 12, 12′ aufgebaut ist.
Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus liegt darin, daß im offenen
Zustand des Ventils 1 das gesamte Kniehebelsystem außerhalb der
Durchflußzone zwischen den beiden Durchlaßkanälen 4 und 5
liegt, damit bei diesem Ventil 1 ein niedriger Strömungs
widerstand erreicht wird.
Es ist auch möglich, den Führungskörper 21 so zu gestalten, daß
er beide Phasen der Bewegung des Schließkörpers 8 bestimmt. In
diesem Fall geht die Führungsebene 22 an ihrer vom Ventilsitz
weiter entfernten und senkrecht zur Rohrachse liegenden
Abschlußlinie in eine konvexe Führungsfläche über, die so
gekrümmt ist, daß der Schließkörper 8 in der zweiten, Phase die
geforderte Schwenkbewegung ausführt. Die Nase 20 ist in dem Fall
nicht erforderlich.
Die beiden Phasen in der Bewegung des Schließkörpers 8 werden
auch bei einer Variante des Ventils 1 erreicht, in der im
Führungskörper 21 eine Kulisse für das Führungsmittel 23
ausgebildet ist.
Der Anschluß eines Rohrs an den Durchlaßkanal 4 bzw. 5 kann
über ein Gewinde oder durch eine Flanschverbindung erfolgen.
Statt des beschriebenen Stellantriebs 14 kann auch ein
Stellantrieb mit anderen Wirkprinzipien, beispielsweise ein
hydraulischer oder ein pneumatischer Antrieb, dessen Aufgabe
übernehmen. Es ist auch möglich, den Stellantrieb 14 als
Druckregler auszubilden.
Claims (5)
1. Ventil (1) mit Absperr- und Drosselfunktion mit einem Gehäuse
(2) mit auf einer gemeinsamen Rohrachse (6) angeordneten
Durchlaßkanälen (4; 5), einem fest am Gehäuse (2) angebrachten
Ventilsitz (7) und einem Schließkörper (8), der über ein
Kniehebelsystem (9) betätigbar ist, wobei der Schließkörper (8)
und das Kniehebelsystem (9) in einer vom Medium durchfließbaren
Gehäusekammer (3) untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schließkörper (8) vom Ventilsitz (7) axial auf der
Rohrachse (6) abhebbar ist und daß der Schließkörper (8) bei
teilweise offenem Zustand des Ventils (1) zur Erreichung des
offenen Zustandes ganz aus der Rohrachse (6) schwenkbar ist.
2. Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kniehebelsystem (9) aus einem am Gehäuse (2) gelenkig
verankerten Stützhebel (11), einem mit dem Schließkörper (8)
gelenkig verbundenen Schließhebel (12) und einem Stellhebel
(13) besteht, wobei am Kniehebelsystem (9) ein Begrenzungsmittel
derart ausgebildet ist, daß beim Öffnen des Ventils (1) der
Schließhebel (12) in seiner Scherbewegung zum Stützhebel (11)
hin begrenzbar ist, wodurch die axiale Bewegung des Schließ
körpers (8) in eine Schwenkbewegung überführbar ist.
3. Ventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Begrenzungsmittel eine am Stützhebel (11) oder am Schließhebel
(12) ausgebildete Nase (20) ist.
4. Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kniehebelsystem (9) aus einem am Gehäuse (2) gelenkig
verankerten Stützhebel (11), einem mit dem Schließkörper (8)
gelenkig verbundenen Schließhebel (12) und einem
Stellhebel (13) besteht und daß am Gehäuse (2) ein
Führungskörper (21) mit einer gekrümmten Führungsfläche zur
Führung eines Führungsmittels (23) des Schließkörpers (8)
angeordnet ist, so daß die Bewegung des Schließkörpers (8)
durch die Form der Führungsfläche bestimmbar ist.
5. Ventil (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Torsionsfeder (19) derart vorgespannt
am Schließhebel (12) und am Stützhebel (11) angebracht ist,
daß beim Abheben des Schließkörpers (8) vom Ventilsitz (7) die
Scherbewegung des Schließhebels (12) und des Stützhebels (11)
unterstützt wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH372391A CH684847A5 (de) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | Ventil mit Absperr- und Drosselfunktion. |
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DE4232831C2 DE4232831C2 (de) | 1997-10-09 |
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