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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem zylindrischen Ventilgehäuse und
einem ununterbrochenen, geradlinigen Strömungsweg, einem im Ventilgehäuse
konzentrisch zu dem Strömungsweg angeordneten konischen Ventilsitz und
einem scheibenförmigen Ventilkörper mit mindestens einem Arm und einem
Schließelement. Der Ventilkörper ist flüssigkeitsdicht und bewegbar in dem
Ventilgehäuse angeordnet und wird durch eine Federeinrichtung betätigt, deren
anderes Ende in Kontakt mit einem Federsitz steht.
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Das erfindungsgemäße Ventil kann zum Steuern des Durchflusses eines flüssigen
oder gasförmigen Mediums aus einem Behälter oder in eine Röhre, in der das
Medium enthalten ist, verwendet werden.
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Ventile für diesen Zweck sind üblicherweise Kugelventile mit einem an einem Arm
befestigten Ventilkörper, welcher Arm durch die Kraft einer außerhalb des
Ventilgehäuses angeordneten Feder betätigt wird. Das Ventilschließelement eines
derartigen Ventils wird von dem Ventilsitz abgehoben, wenn der Druck in dem zu
regelnden Medium einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, bei dem die
Federkraft überwunden wird, die andernfalls das Schließelement gegen den Sitz drückt.
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Es ist von Nachteil, daß die Strömung des Mediums durch die bekannten
Kugelventile einen nichtlinearen Weg durch den Sitz und entlang des Schließelements
einnehmen muß, was zu einem großen Druckabfall führt.
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Ein Ventil mit einem linearen Strömungsweg ist der bekannte Schieber. Dieses
Ventil wird geöffnet, wenn der Schieber durch den Arm in den Aufsatz oder in den
oberen Bereich des Ventils bewegt wird. Der Aufsatz bzw. der obere Bereich ist
außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet. Diese Art von Ventil ermöglicht keinen
kompakten Ventilaufbau, bei dem alle Komponenten innerhalb des
Ventilgehäuses angeordnet sind.
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Ein kompaktes Sitzventil mit einem im wesentlichen ununterbrochenen,
geradlinigen Strömungsweg ist in der Dänischen Patentschrift 4345/75 beschrieben,
wo ein kreisförmiger Ventilsitz konzentrisch zu dem Strömungsweg innerhalb des
Ventilgehäuses angeordnet ist. Eine mit dem Sitz zusammenwirkende Ventilkugel
ist durch eine Schraubenfeder vorgespannt.
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Ein Ende der Feder steht in Kontakt mit einem eine Zentralbohrung aufweisenden
Federsitz. Das andere Ende der Feder, das mit der Ventilkugel zusammenwirkt,
steht in Kontakt mit einem weiteren Federsitz, der an seinem Umfang Nuten
parallel zur Achse des Federsitzes aufweist. Dadurch ist der Strömungsweg durch
die Nuten und die Zentralbohrung des Federsitzes gewährleistet. Nach dieser
Druckschrift ist das Ventil als Prüfventil für einen Saugkolben geeignet. Ein
Nachteil des beschriebenen Ventils liegt in dem begrenzten Strömungsweg durch
die Nuten des Federsitzes und in der Anordnung der Feder innerhalb des
Strömungswegs. Dies ist besonders nachteilig, wenn das Ventil zur Steuerung der
Strömung von hochviskosen Medien oder strömungsfähigen Festkörpern
verwendet wird.
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Ein Schließventil mit einem geradlinigen Strömungsweg und einem ringförmigen,
druckemfpindlichen Kolben ist in der US-Patentschrift 2,109,397 beschrieben.
Das beschriebene Ventil dient zum Ablassen des Inhalts von
zusammenschiebbaren Röhren oder ähnlichen Behältern, bei denen der durch den Halsbereich
einer Röhre gelangende Inhalt derart einen nach unten gerichteten Druck auf den
Kolben ausübt, daß das Ventil bei Zusammendrücken der Röhre öffnet. Wenn das
Zusammendrücken der Röhre gestoppt wird, schließt eine Feder das Ventil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil anzugeben, das einen
ununterbrochenen, geradlinigen Strömungsweg durch das Ventilgehäuse aufweist,
und das das Steuern des Durchflusses von hochviskosen oder strömungsfähigen
Medien ohne die Nachteile der bekannten Ventile ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird ein Ventil der oben genannten Art angegebenen, bei dem
der Arm koaxial zur Achse des innerhalb des Ventilgehäuses vorhandenen
Strömungswegs angeordnet ist, wobei die Konzentrizität zu der Strömungsachse
durch eine Zentralbohrung und durch eine axial ausgerichtete, dem Arm
gegenüberstehende Düse sichergestellt ist, welche Düse eine am Federsitz um einen
Einlaßbereich angeordnete zylindrische Düsenführung konzentrisch und
flüssigkeitsdicht bewegbar umgibt, welcher Einlaßbereich in Form einer Zentralbohrung
durch den Federsitz gestaltet ist und eine Querschnittsfläche aufweist, die
kleiner ist als die Querschnittsfläche des Ventilkörpers, wobei die
Federeinrichtung die axial verlaufende Düse konzentrisch umgibt.
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Das Ventil ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließelement mit einem
Hilfsprüfventil ausgestattet ist. Das Hilfsprüfventil weist einen zylindrischen
Bolzen mit parallel zur Achse des Bolzens am Umfang verlaufenden Nuten bzw.
Furchen auf, wodurch ein Strömungsweg von dem Inneren des Ventilgehäuses zur
Außenseite des Ventils ermöglicht wird, Der Bolzen ist in einer Bohrung durch das
Schließelement angeordnet und weist an der außerhalb des Ventilgehäuses
gelegenen Seite eine Kröpfung oder Verdickung auf, die das Gleiten des Bolzens durch
die Bohrung vermeidet. An der Innenseite des Gehäuses weist der Bolzen einen
konischen oder scheibenförmigen Körper auf, der in Abhängigkeit des Drucks im
Hauptventil gegen das Schließelement gedrückt wird.
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Der Strömungsweg durch das erfindungsgemäße Ventil ist somit durch die
Zentralbohrung durch den Federsitz, die Zentralbohrung durch den Ventilkörper
zusammen mit der axial ausgerichteten Düse und durch den konischen Sitz, dessen
Konzentrizität zu der Strömungsachse durch das Ventilgehäuse sichergestellt
wird, gewährleistet.
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Die Federeinrichtung ist außerhalb des Strömungswegs angeordnet, was
insbesondere dann sehr vorteilhaft ist, wenn das Ventil von viskosen Flüssigkeiten oder
partikelhaltigen Materialien durchströmt wird.
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Im Vakuum oder unter Innendruck des Ventilgehäuses wird der Druck durch eine
Leckströmung von Luft oder einem Medium außerhalb des Ventils durch die
Nuten in dem Bolzen und in den durch den Ventilkörper und den Ventilsitz
definierten Zwischenraum ausgeglichen.
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Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Ventils ist der Unterschied
zwischen den Querschnittflächen des Einlaßbereichs und des scheibenförmigen
Ventilkörpers, der dem Druck des durch das Ventil zu regelnden Mediums
ausgesetzt ist.
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Der durch ein Fluid in geschlossenen Behältern ausgeübte Druck wird als
konstant über alle Flächen des Behälters angenommen. Somit kann der Druck in
dem Ventil durch die folgende Beziehung dargestellt werden:
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Pm = Ff/Af = Fv/Av = const.,
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wobei Pm der Druck durch das Fluid in dem Ventil ist: Ff und Fv die auf die
Zentralbohrung des Einlaßbereichs und auf die Ventilscheibe des Ventilkörpers
jeweils wirkenden Kräften sind: und Af und Av jeweils die Querschnittsfläche der
Zentralbohrung und der Ventllschelbe darstellen.
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Dadurch, daß die Ventilscheibe eine größere Fläche aufweist als der
Einlaßbereich, kann eine große Federkraft durch die Federeinrichtung auf das
Schließeiement wirken, um einen luftdichten Abschluß des Ventils herzustellen, was
besonders vorteilhaft ist, wenn das zu regelnde Medium luftempfindliche oder
lufthärtende Komponenten, wie z.B. Kleister oder Kleber, enthält. Andererseits
kann der Druck in dem Medium zum Öffnen des Ventils relativ niedrig sein, was
wünschenswert ist, wenn das Medium aus einem Behälter durch manuellen
Druck auf den Behälter abgelassen werden soll.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Abstand zwischen
dem Ventilkörper und dem Federsitz kontinuierlich durch eine verlagerbare
Anordnung des Ventilsitzes in dem Ventilgehäuse geregelt werden. Der Ventilsitz
ist dann als Zylinder mit Fortsätzen an der Zylinderaußenseite ausgeführt, die
vorzugsweise ein Gewinde darstellen, das zusammen mit entsprechenden
Fortsätzen an der Innenseite des Ventilgehäuses wirkt. Durch Verstellen des
Abstandes wird die auf den Ventilkörper wirkende Federkraft durch mehrmaliges Drehen
des Ventilgehäuses oder des Ventilsitzes um seine Achse eingestellt.
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Das erfindungsgemäße Ventil kann besonders vorteilhaft als Ausgangsdüse einer
Extrudiereinrichtung verwendet werden.
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Für diesen Zweck kann der Ventilsitz beispielsweise mit einem zylindrischen
Düsenstück versehen sein.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren
näher erläutert, wobei
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Fig. 1 einen Querschnitt eines Ventils gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt
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Fig. 2 ein Querschnitt eines Ventilschließelements gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung ist; und
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Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch das Ventilschließelement aus Fig.
2 zeigt.
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Wie in Fig. 1 gezeigt weist das Ventil ein zylindrisches Ventilgehäuse 1 auf, das in
seinem oberen Bereich mit einem konischen Ventilsitz 3 versehen ist. Der
Ventilsitz 3 weist eine kreisförmige Öffnung 3a konzentrisch zu der Achse des
Strömungswegs 2 durch das Ventil auf. Die Öffnung 3a bildet den Auslaß des
Ventils.
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Ein mit dem Ventilsitz 3 zusammenwirkendes Ventilschließelement 4 weist in der
gezeigtenAusführungsform eine konische Form auf. Andere Formen, wie z.B. eine
Halbkugel- oder eine Linsenform, können ebenfalls gut geeignet sein. Das
Schließelement 4 kann - wie oben beschrieben - mit einem Einlaßventll 40
versehen sein (Fig. 2).
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Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt. ist bei dieser Ausführungsform ein zylindrischer
Bolzen 41 in das Schließelement 4 eingesetzt, der in einer Zentralbohrung 42
durch das Schließelement 4 gleitet. Der Bolzen 41 weist urnfangsseitige Nuten 41a
bzw. Furchen parallel zu seiner Achse auf. Eine Kröpfung 41b an dem Bolzen 41
außerhalb des Ventils verhindert, daß der Bolzen vollstandig durch die Bohrung
42 gleiten kann. Auf der anderen Seite weist der Bolzen 41 einen konischen Körper
41c auf, der zusammen mit einer trichterförmigen Vertiefung 4b an der Unterseite
des Schließelements 4 wirkt. Das Schließelement 4 (Fig. 1) ist über einen Arm 6
mit einem Ventilkörper 8 verbunden, der aus einer Ventilscheibe 8a und einer
Düse 8b, die um eine in dem Körper 8 vorhandene Zentralbohrung 8c axial
ausgerichtet ist, besteht.
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Der Umfangsbereich der Ventilbohrung 8a stellt einen flüssigkeltsdichten
Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses 1 sicher. Der Körper 8 ist an seiner
Unterseite durch eine Spiralfeder 10 belastet, deren anderes Ende in Kontakt mit
einem zylindrischen Federsitz 12 steht. Der Federsitz 12 ist in der gezeigten
Ausführungsform als Schraubkolben mit einem Gewinde 12a ausgebildet, das
zusammen mit einem entsprechenden Gegengewinde 1b an der Innenseite des
Ventilgehäuses wirkt.
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Wie oben beschrieben, ist es möglich bei dieser Ausführungsform des Ventils die
Strömung durch das Ventil durch Verändern des Abstandes zwischen dem
Federsitz 12 und dem Schließelement 8 zu verändern. Das Ventil kann konstant
geschlossen werden, indem der Ventilsitz 12 in das Ventilgehäuse eingeschraubt
wird, bis der Ventilsitz 12 die Düse 8b berührt, so daß jegliche Bewegung des
Körpers 8 unterbunden wird.
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Weiterhin weist der Federsitz 12 eine Zentralbohrung 12a auf, sowie eIne axial
angeordnete Düsenführung 12b, die von der Düse 8b umgeben wird. Die
Zentralbohrung 12c bildet den Ventileinlaß 11, durch den das zu regelnde Medium in den
Strömungsweg 2 einströmt. Der Strömungsweg 2 wird weiterhin durch die
Zentralbohrungen 12c und 8c durch den Federsitz 12 und die Ventilscheibe 8
gebildet, sowie durch die Düsenführung 12b. die Düse 8b und den konischen
Ventilsitz 3 mit der kreisförmigen Öffnung 3a.
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Das Ventil ist im Normalzustand geschlossen, und ein in das Ventil
einströmendes Medium füllt den Zwischenraum zwischen dem Ventilsitz 3 und der Oberseite
des Ventllkörpers 8 aus. Der Körper 8 wird durch eine gegen die Oberseite der
Ventilscheibe 8a gerichtete Kraft bewegt, die proportional zu dem Druck des
Mediums am Einlaß 11 und der Fläche der Scheibe 8a ist. Der Körper 8a wird dadurch
gegen den Federsitz 12 bewegt, wenn diese Kraft die Federkraft der Feder 10
übersteigt. Der Strömungsweg durch die Öffnung 3a am Ventilsitz wird daraufhin
geöffnet und das Medium strömt durch das Ventil.
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Der Umfangsbereich der Scheibe 8a gleitet entlang der Innenseite 1a des
Ventilgehäuses, und die Düse 8b gleitet entlang der Düsenführung 12b, wodurch ein
Flattern bzw. Verkanten des Ventilkörpers 8 vermieden wird. Bei nachlassendem
Druck im Medium und damit nachlassender Kraft auf die Scheibe 8a übertrifft die
von der anderen Seite auf die Scheibe 8a wirkende Federkraft diese Kraft und das
Ventil gelangt wieder in seine Schließstelldung.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die speziellen Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die gezeigten
Ausführungsformen beschränkt. So kann bei anderen Ausführungsformen der Erfindung die
Außenwand des Gehäuses 1 mit einem Gewinde versehen werden, das es erlaubt,
das Ventil in eine Röhre oder einen Behälter einzuschrauben. Weiterhin kann die
Zentralbohrung 12 durch den Federsitz 12 ein Gewinde, eine
Kupplungseinrichtung
oder ein Federschloß aufweisen, durch das das Ventil an einem Behälter
befestigt wird.
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Die Abmessungen und Materialien des Ventils sind für die Erfindung nicht
relevant und können frei gewählt werden.