TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konstantfluß-Ventil, das in der Lage ist,
eine konstante Flußrate eines Fluides zu liefern.
STAND DER TECHNIK
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Das US-Patent 4 592 383 zeigt ein Konstantfluß- Ventil, das nur die vorgegebene Flußrate
steuern kann. Die vorgegebene Flußrate kann nicht geändert werden. Des weiteren
hat das Konstantfluß-Ventil keine Ventilschließfunktion, und es ist lediglich mit einer
einzigen Feder versehen. Wenn sich daher der Ventilschaft und das innere Ventil in
Reaktion auf eine plötzliche Änderung der Flußrate unvermittelt bewegen, kann keine
stabile Steuerung der Flußrate erzielt werden.
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Dieser Anmelder erfand früher ein Konstantfluß-Ventil, das als automatisches
Drosselventil dient, das dazu gedacht ist, eine konstante Flußratensteuerung zu unterstützen,
welche Funktionen zur Steuerung einer konstanten Flußrate und optional zum
Einstellen einer gesteuerten Flußrate bereitstellte und des weiteren als ein Absperrventil
agierte, das sich öffnete und schloß, und hat um ein Gebrauchsmusterrecht für das
Ventil nachgesucht. Diese Anmeldung wurde als ungeprüfte japanische
Gebrauchsmusterschrift Nr. 62-96173 unter dem Titel :Constant Flow Valve" veröffentlicht.
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Das US-Patent 4 791 956 zeigt ein im wesentlichen identisches Konstantfluß-Ventil. Die
folgende Beschreibung des Konstantfluß-Ventils gemäß dem japanischen
Gebrauchsmuster 62-96173 kann daher ebenso auf das US-Patent gelesen werden.
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Das "Konstantfluß-Ventil", das in der obigen ungeprüften japanischen
Gebrauchsmusterschrift Nr. 62-96173 offenbart ist, beinhaltet ein Gehäuse vom Absperrventiltyp
mit einer Öffnung, die sich von einer stromabwärts gelegenen Seite zu einer
stromaufwärts gelegenen Seite desselben verjüngt. Die Öffnung und ein Ventilstopfen, der
an einem unteren Ende eines Kolbenventils angebracht ist, bilden einen Durchgang,
und ein Druckunterschied, der zwischen einem Punkt vor und einem Punkt hinter
dem Durchgang erzeugt wird. wird über eine druckeinbringende Öffnung, die innerhalb
des Kolbenventils vorgesehen ist, und über eine druckeinbringende Öffnung, die in
einem Federsitz vorgesehen ist, in eine erste und eine zweite Druckkammer eingebracht,
die durch einen Kolben in einem Zylinder definiert sind, wodurch der Druckunterschied
verstärkt und das Kolbenventil in Reaktion auf den Druckunterschied betätigt wird, um
so eine konstante Flußrate aufrechtzuerhalten. Der Zylinder kann entlang einer Achse
der Öffnung zurück und vor bewegt werden, so daß eine anfängliche Betriebsposition
des Ventilstopfens bezüglich der Öffnung geändert werden kann, um ein optionales
Einstellen der gesteuerten Flußrate zu ermöglichen. Eine untere Endfläche des Zylinders
besitzt einen abdichtenden Bereich, der gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, um einen
Fluidfluß vollständig zu stoppen. Auf diese Weise besitzt dieses Konstantfluß-Ventil
anders als herkömmliche Ventile drei Funktionen: "Steuern einer konstanten Flußrate",
"optionales Einstellen einer gesteuerten Flußrate" und "Fungieren als Absperrventil".
Im Inneren des Zylinders, wo ein Fluid üblicherweise stagniert, kann das
Kolbenventil frei gleiten, um zu bewirken, daß das Fluid von der ersten Druckkammer in die
zweite Druckkammer und dann in eine Auslaßdurchführung entweicht, um dadurch
das Auftreten von "totem Wasser" zu verhindern. Als eine Folge besitzt dieses Ventil
eine entscheidende Nutzbarkeit in der chemischen Industrie und auf dem Gebiet der
Halbleiterfertigung.
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Da dieser Ventiltyp ein Fluid von der ersten Druckkammer in die zweite Druckkammer
und dann zu der Auslaßdurchführung entweichen läßt, weist er nichtsdestoweniger die
folgenden zwei Nachteile auf: (1) ein Teil des gesteuerten Flusses entweicht zu der
Auslaßdurchführung, und daher gibt es wenig Steuerungsmöglichkeit für eine sehr kleine
Flußrate und eine Grenze für den Bereich der gesteuerten Flußraten, wobei der
Bereich dieser und anderer bekannter Ventile im allgemeinen gegenwärtig bei 4:1 bis 8:1
liegt, und (2) wenn eine Leitung eine Menge Staub enthält, werden gleitende Teile des
Kolbens aufgrund des Entweichens eines Fluides von einer ersten Druckkammer in eine
zweite Kammer durch den Staub abgenutzt, und somit treten häufig Fehlfunktionen
auf.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der obigen Umstände besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein
Konstantfluß-Ventil mit einer einfachen und kompakten Struktur bereitzustellen, das die
drei Funktionen "Steuern einer konstanten Flußrate", "optionales Einstellen einer
gesteuerten Flußrate" und "Fungieren als Absperrventil" beibehält; das einen beträcht
lich ausgedehnten Bereich von gesteuerten Flußraten besitzt und keine Fehlfunktion
aufgrund des Vorhandenseins von Fremdkörpern, wie Staub, zeigt.
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Um diese Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein Konstantfluß-Ventil
bereit, das einen Ventilkörper eines Absperrventiltyps (im folgenden als der Ventilkörper
bezeichnet) mit Einlaß- und Auslaßkanälen, die einer Krümmung einer inneren
Trennwand folgen, und mit einer hohlen Kammer, die zwischen den Einlaß- und
Auslaßkanälen angeordnet ist und axial bezüglich einer Achse des Einlaßkanals geneigt ist;
eine Öffnung, die innerhalb des Ventilkörpers angeordnet ist, um den Auslaßkanal mit
der hohlen Kammer zu verbinden, und eine Innenumfangsfläche aufweist, die sich von
einer stromaufwärts gelegenen Seite zu einer stromabwärts gelegenen Seite derselben
nach innen verjüngt; einen Deckelkörper, der an dem Ventilkörper befestigt ist; eine
Spindel, die von dein Deckelkörper getragen ist und eine Achse besitzt, die im
wesentlichen die gleiche ist wie eine Achse der Öffnung und entlang jener Achse zurück und
vor bewegbar ist; einen Zylinder, der integral an einem Ende der Spindel auf der
stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet ist, um innerhalb der hohlen Kammer zurück und
vor bewegbar zu sein, und eine Endfläche aufweist, die mit einem Ventilsitzbereich der
Öffnung in Kontakt kommt; einen Ventilschaft, der innerhalb des Zylinders im
wesentlichen entlang der Achse der Öffnung frei angeordnet ist; einen Ventilstopfen auf der
stromaufwärts gelegenen Seite, der an einem Vorderende des Ventilschafts befestigt
ist, so daß ein Durchgang zwischen dem Ventilstopfen und der Öffnung gebildet wird;
wobei wenigstens einer von dem Ventilschaft und dem Ventilstopfen als ein festes Teil
ausgebildet ist; und erste und zweite Federn beinhaltet, die innerhalb des Zylinders
angeordnet sind und unterschiedliche Federkonstanten aufweisen, um den
Ventilstopfen von der Öffnung wegzudrücken, wobei die expandierenden und kontrahierenden
Aktionen der Federn in Reaktion auf Fluktuationen des Fluiddruckes unterschiedlich
reagieren.
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Das Material des Konstantfluß-Ventils der Erfindung kann ein Kunststoff oder Metall
sein und ist nicht speziell beschränkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung aus einem
sich verjüngenden Rohr geformt, das eine Öffnung mit einer gekrümmten Fläche
aufweist, die sich von einer stromaufwärts gelegenen Seite zu einer stromabwärts gelegenen
Seite derselben verjüngt, und durch Verschrauben des sich verjüngenden Rohres durch
einen abdichtenden Ventilsitzbereich mit der Trennwand und einer Innenwand des
Ventilkörpers
am Boden der hohlen Kammer.
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Der Ventilstopfen weist eine kegelstumpfförmige Gestalt auf.
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Die erste und die zweite Feder sind parallel zueinander angeordnet. Die Federkonstante
der ersten Feder ist kleiner als jene der zweiten Feder, und die freie Länge der ersten
Feder ist größer als jene der zweiten Feder.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite
Feder seriell angeordnet, und die Federkonstante der ersten Feder ist kleiner als jene der
zweiten Feder.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der ein Konstantfluß-Ventil gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt, der wesentliche Teile des Ventils zeigt und ein
Druckgleichgewicht eines Fluides erläutert;
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Fig. 3 ist ein Längsschnitt, der eine weitere Ausführungsform zeigt; und
Fig. 4 zeigt Flußrateneigenschaften gemäß Ergebnissen von aktuellen Flußtests.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 werden Ausführungsformen der Erfindung
erläutert. Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Die erste
Ausführungsform bezieht sich auf ein Konstantfluß- Ventil vom Y-Typ, in dem eine Achse einer
hohlen Kammer 4 zu einer stromaufwärts gelegenen Seite hin relativ zu einer Achse
eines Einlaßkanals 2 geneigt ist. Die Achse der hohlen Kammer 4 kann vertikal zu der
Achse des Einlaßkanals 2 verlaufen.
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In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen Ventilkörper mit einer Trennwand 1, die
innerhalb des Ventilkörpers angeordnet ist, einem Einlaßkanal 2 und einem Auslaßkanal
3, die der Krümmung der Trennwand 1 folgen, und einer hohlen Kammer 4, die sich
zwischen dem Einlaßkanal 2 und dem Auslaßkanal 3 befindet.
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Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein sich verjüngendes Flußrohr, und ein
abdichtender Ventilsitzbereich 6 ist an einer oberen Randfläche des sich verjüngenden Flußrohrs
eingepaßt und angebracht. Das Innere des sich verjüngenden Flußrohrs 8 bildet eine
Öffnung 7 mit einer gekrümmten Fläche, die sich von einer stromaufwärts gelegenen
Seite zu einer stromabwärts gelegenen Seite hin verjüngt. Das sich verjüngende
Flußrohr 8 ist durch Verschraubung an der Trennwand 1 und an einer Innenwand des
Ventilkörpers am Boden der hohlen Kammer 4 derart angebracht, daß der
Ventilsitzbereich 6 dort gehalten wird und eine Achse der Öffnung 7 im wesentlichen mit einer
Achse der hohlen Kammer 4 übereinstimmt, wodurch die hohle Kammer 4 mit dem
Auslaßkanal 3 in Verbindung steht. In dieser Ausführungsform ist die Öffnung 7 in dem
sich verjüngenden Flußrohr 8 ausgebildet, das mit dem Ventilkörper 5 verschraubt ist.
Die Öffnung kann direkt an der Innenwand des Ventilkörpers 5 am Boden der hohlen
Kammer 4 und an der Trennwand ausgebildet sein.
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Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Deckelkörper mit einer zylindrischen Form, der
eine Öffnung 17a au einem oberen mittleren Teil desselben und einen mit Gewinde
versehenen Bereich auf einer unteren Randfläche desselben aufweist. Der mit Gewinde
versehene Bereich ist durch Verschraubung an einem inneren, mit Gewinde versehenen
Bereich des Ventilkörpers 5 befestigt, der an einem oberen Teil der hohlen Kammer
4 ausgebildet ist. Die Öffnung 17a des Deckelkörpers 17 hält eine Spindel 9 mit
einer Achse, die im wesentlichen mit der Achse der Öffnung 7 übereinstimmt, und eine
Buchse 24 ist mit der Spindel 9 verschraubt. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet
einen Zylinder, der integral an einem unteren Ende der Spindel 9 ausgebildet ist und
eine innenseitige hohle Kammer 10a aufweist. Eine Achse des Zylinders 10 stimmt
im wesentlichen mit der Achse der Öffnung 7 überein. Ein unterer Teil und eine
abdichtende untere Endfläche 10b des Zylinders sind im Inneren der hohlen Kammer 4
des Ventilkörpers 5 zurück und vor bewegbar, und ein oberer Teil des Zylinders ist
im Inneren des Deckelkörpers 17 bewegbar. Ein Paar von Führungsrillen 18 und 19
ist am Umfang des Zylinders 10 angeordnet und ist einander diametral zugewandt,
um in Vorsprünge 20 und 21 einzugreifen, die an einer unteren inneren Endfläche des
Deckelkörpers 17 derart angebracht sind, daß der Zylinder 10 nur auf und ab bewegbar
ist und sich nicht drehen kann. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Ventilschaft mit
einem kolbenähnlichen Bundring 12a an seinem oberen Ende und einem Ventilstopfen
13 mit kegelstumpfförmiger Gestalt, der am unteren Ende desselben angebracht und
eingepaßt ist. Der Ventilschaft ist im Inneren der hohlen Kammer 10a des Zylinders
10 zurück und vor bewegbar. Der Ventilstopfen 13 ist im wesentlichen auf der Achse
der Öffnung 7 positioniert. Ein Durchgang 11 wird bei Bedarf zwischen dem
Ventilstopfen und der Öffnung 7 erzeugt. Die Gestalt des Ventilstopfens 13 ist nicht auf
die Kegelstumpfform beschränkt, sondern kann eine scheibenartige Gestalt oder eine
umgekehrte kegelstumpfförmige Gestalt sein. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel
für bevorzugte Gestaltungen des Ventilstopfens. Die Bezugszeichen 14 und 15
bezeichnen eine erste beziehungsweise eine zweite Feder. Die Federkonstante der ersten Feder
ist kleiner als jene der zweiten Feder, und die freie Länge der ersten Feder ist größer
als jene der zweiten Feder. Ein Schaftbereich 12b des Ventilschaftes 12 ist in die erste
Feder 14 eingesetzt, ein oberes Ende der ersten Feder ist in einer Federsitzaufnahme
12c plaziert, die an einer Unterseite des kolbenartigen Bundrings 12a ausgebildet ist,
und eine untere Endfläche der ersten Feder steht in Kontakt mit einem Federsitz 16,
der später erläutert wird. Die erste Feder 14 ist in die zweite Feder eingesetzt. Die
zweite Feder befindet sich in einem freien Zustand im Inneren der hohlen
Zylinderkammer 10a derart, daß eine obere Endfläche derselben mit der unteren Endfläche des
Bundrings 12a des Ventilschaftes 12 in Kontakt kommt oder eine untere Endfläche
derselben mit dem Federsitz 16 in Kontakt kommt, in Abhängigkeit von einem Paßwinkel
des Konstantfluß-Ventils. Der Schaftbereich 12b des Ventilschaftes 12, die erste Feder
14, die zweite Feder 15 und die Innenfläche des Zylinders 10 sind derart angeordnet,
daß sie einander so wenig wie möglich berühren.
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Die Federn bestehen üblicherweise aus Metall. Wenn Korrosionsbeständigkeit
erforderlich ist, können die Federn vollständig mit einem Kunststoff, wie Fluorharz, beschichtet
sein.
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Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen ringförmigen Federsitz mit einer inneren
kreisförmigen Öffnung, durch die der Ventilschaft 12 frei gleitet. Um zu ermöglichen, daß
ein Fluid in die hohle Kammer 10a des Zylinders 10 hinein und heraus fließt, besitzt
der Federsitz eine Mehrzahl von druckeinbringenden Öffnungen 16a. Der Federsitz
ist an dem Zylinder 10 mit einem Anschlagring 22 befestigt. Das Bezugszeichen 23
bezeichnet einen Handgriff, der an der Buchse 24 befestigt ist, welche mit der Spindel
9 in Eingriff ist. In Fig. 1 kann der Handgriff 23 gedreht werden, um die Spindel 9 und
den Zylinder 10 auf und ab zu bewegen.
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Eine Betriebsweise der Ausführungsform mit der obigen Anordnung wird unter
Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. In Fig. 1 tritt ein Fluid durch den Einlaßkanal
2 hindurch, erreicht die hohle Kammer 4, tritt durch den Durchgang 11 hindurch, der
zwischen der Öffnung 7 und dem Ventilstopfen 13 erzeugt ist, und fließt zu dem
Auslaßkanal 3. Wenn das Fluid durch den Durchgang 11 hindurchtritt, verursacht es einen
Druckunterschied AP zwischen Drücken auf einer stromaufwärts gelegenen Seite
und einer stromabwärts gelegenen Seite des Durchgangs. In Fig. 2 bezeichnet P1 den
Druck auf der strmaufwärts gelegenen Seite des Durchgangs 11, und P2 bezeichnet
den Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite des Durchgangs 11. In der Figur
bezeichnen die Bezugszeichen 31 bis 37 und 31' bis 37' druckaufnehmende Abschnitte
des Ventilschafts 12 und des Ventilstopfens 13. Der Druck P1 wird über die
druckeinbringenden Öffnungen 16a in den Zylinder 10 eingebracht und wirkt auf die gesamte
Oberfläche des Ventilschafts 12, in dem die Abschnitte 31 und 31', 32 und 32', 34 und
34' sowie 35 und 35' den Druck P1 sowohl auf ihren Oberseiten als auch auf ihren
Unterseiten aufnehmen, um den Druck zu eliminieren. Andererseits nehmen die
Abschnitte 36 und 36', 33 und 33' sowie 37 und 37' den Druck P1 auf ihren Oberseiten
und den Druck P2 auf ihren Unterseiten auf. Unter der Annahme, daß eine Summe
von projizierten Flächen der Abschnitte 36, 33 und 37 A ist, ist ersichtlich, daß A = 36'
+ 33' + 37', und als ein Ergebnis wirkt der Druckunterschied AP (= P1 - P2) lediglich
auf die Fläche A auf den Oberflächen des Ventilschafts 12 und des Ventilstopfens 13.
Demgemäß nehmen in Fig. 1 der Ventilschaft 12 und der Ventilstopfen 13 eine Last
von AxΔP[N](Kgf) auf und bewegen sich entlang der Achse der Öffnung 7. Wenn der
Druckunterschied ΔP und seine Fluktuation relativ gering sind, comprimiert der
Ventilschaft 12 lediglich die erste Feder 14, während er sich zu der Öffnung 7 hin bewegt
oder wird umgekehrt durch eine elastische Rückstoßkraft der ersten Feder 14 von der
Öffnung 7 weggedrückt. Wenn der Druckunterschied AP und seine Fluktuation relativ
groß sind, komprimiert der Ventilschaft 12 die erste Feder 14 bis zu einem gewissen
Ausmaß und nimmt dann eine große elastische Rückstoßkraft der zweiten Feder 15
auf, während er sich zu der Öffnung 7 hin bewegt, oder nimmt entgegengesetzte
Reaktionen auf, um sich von der Öffnung 7 weg zu bewegen. Gemäß dem Betrieb des
Ventilschafts 12 und dem Absperrbetrieb des Ventilstopfens 13 in Reaktion auf
Änderungen des Druckunterschieds AP wird der Durchgang 11, der zwischen der Öffnung 7
und dem Ventilstopfen 13 erzeugt ist, erweitert oder verschmälert. Wenn aus
irgendeinem Grund der stromaufwärtige Druck des Fluides, das durch den Ventilkörper 5 fließt,
zunimmt oder wenn der stromabwärtige Druck reduziert wird, um somit eine Flußrate
des Fluides zu erhöhen, wird der Druckunterschied AP größer. Dann reduziert der
Ventilstopfen 13 automatisch den Durchgang 11 entsprechend, wie oben erwähnt, um
sofort die Flußrate zu erniedrigen und sie auf einen voreingestellten Flußratenwert zu
steuern. Andererseits wird, wenn aus irgendeinem Grund der stromaufwärtige Druck
abfällt oder der stromabwärtige Druck ansteigt, der Druckunterschied ΔP kleiner, um
die Flußrate des Fluides zu reduzieren, das durch das Ventil fließt. Der Ventilstopfen
13 erweitert den Durchgang 11 dann automatisch entsprechend, wie oben erwähnt,
um sofort die Flußrate zu erhöhen und sie auf den voreingestellten Flußratenwert zu
steuern. Mit diesen Aktionen der jeweiligen Teile wird die Flußrate konstant gehalten,
selbst wenn der Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts des Ventilkörpers 5
schwankt. Um diese Aktionen effektiv zu erreichen, muß die Federkonstante der ersten
Feder 14 kleiner als jene der zweiten Feder 15 sein. Die Öffnung 7 ist
glattverlaufend gekrümmt, so daß eine Flußrate in einem weiten Bereich eingestellt werden kann
und optional eine konstante Flußrate unabhängig von einer Betriebsstartposition des
Ventilstopfens 13 gesteuert werden kann. Wenn der Handgriff 23 in einer
Schließrichtung gedreht wird, um die Spindel 9 und den Zylinder 10 zu der Öffnung 7 hin zu
bewegen, bewegt sich der Ventilstopfen 13 entsprechend, und da sich die Öffnung 7
zu der stromabwärts gelegenen Seite hin verjüngt, verschmälert sich der Durchgang 11
entsprechend. Wenn der Ventilstopfen 13 in dieser Position betätigt wird, ändert sich
der Durchgang 11 in einem relativ schmalen Bereich, um das Fluid zu steuern. Die
anfängliche Betriebsposition des Ventilstopfens wird nämlich geändert, um das Fluid
in einem relativ kleinen Flußratenbereich zu steuern. Wenn andererseits der Handgriff
23 in einer öffnenden Richtung gedreht wird, um die Spindel 9 und den Zylinder 10
vofl der Öffnung 7 weg zu bewegen, verbreitert sich der Durchgang 11 durch die
entgegengesetzte Aktion, und wenn der Ventilstopfen 13 in dieser Position betätigt wird,
ändert sich der Durchgang 11 in einem relativ verbreiterten Bereich, um das Fluid zu
steuern. Die anfängliche Betriebsposition des Ventilstopfens wird nämlich geändert,
um das Fluid in einem relativ großen Flußratenbereich zu steuern. Auf diese Weise
steuern die Bewegungen der Spindel 9 und des Zylinders 10 die Flußrate optional in
dem großen und dem kleinen Flußratenbereich.
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Wenn die Spindel 9 und der Zylinder 10 zu der Öffnung 7 hin bewegt werden, um
die abdichtende untere Endfläche 10b des Zylinders 10 gegen den Ventilsitzbereich
6 der Öffnung 7 zu drücken, wird die hohle Kammer 4 vollständig gegenüber dem
Auslaßkanal 3 verschlossen, wodurch der Fluidfluß gestoppt und das Ventil in einen
vollständig geschlossenen Zustand versetzt wird.
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Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Eine erste und eine zweite
Feder 40 und 41 sind seriell über einen bewegbaren Federsitz 42 angeordnet. Die
anderen Anordnungen sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform, und
daher wird auf eine Erläuterung derselben verzichtet.
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Die erste Feder 40 weist einen oberen Endbereich in einer Federsitzaufnahme 12c
eines
Ventilscliafts 12 und einen unteren Endbereich in Kontakt mit einer Oberseite des
bewegbaren Federsitzes 42 auf. Die zweite Feder 41 weist einen oberen Endbereich in
Kontakt mit einer Unterseite des bewegbaren Federsitzes 42 und einen unteren
Endbereich in Kontakt mit einem Federsitz 16 auf. Der bewegbare Federsitz 42 besitzt eine
mittige Öffnung, durch die sich ein Schaftbereich 12b des Ventilschaftes 12 erstreckt,
ohne die Öffnung zu berühren. Der bewegbare Federsitz kann frei auf einer inneren
Umfangsfläche eines Zylinders 10 gleiten.
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Die Funktion der Ausführungsform mit der obigen Anordnung wird lediglich
hinsichtlich des Ventilschaftes 12, des Ventilstopfens 13, der ersten Feder 40, der zweiten Feder
41 und des bewegbaren Federsitzes 42 erläutert. Die Funktionen der anderen Teile sind
die gleichen wie jene der ersten Äusführungsform, und daher wird auf eine Erläuterung
derselben verzichtet.
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In Fig. 3 bewegen sich, wenn der Ventilschaft 12 und der Ventilstopfen 13 aufgrund
eines Druckunterschieds ΔP eine Last von AxΔP[N](Kgf) aufnehmen und wenn
und seine Fluktuation relativ klein sind, der Ventilschaft und der Ventilstopfen in
einem gewissen Ausmaß zu einer Öffnung 7 hin, während hauptsächlich die erste Feder
komprimiert wird, oder sie werden umgekehrt hauptsächlich durch die erste Feder 40
zurückgedrückt. Wenn ΔP und seine Fluktuation groß sind, kommt ein Bundring 12a
des Ventilschaftes in Kontakt mit einem zylindrischen Vorsprung 42a des bewegbaren
Federsitzes 42, um hauptsächlich die zweite Feder 41 zu komprimieren, oder sie werden
umgekehrt hauptsächlich durch die zweite Feder 41 zurückgedrückt. Auf diese Weise
arbeitet der Ventilstopfen 13 in Reaktion auf die Größe der Fluktuation des
Druckunterschiedes ΔP, um einen Durchgang 11, der zwischen dem Ventilstopfen 13 und der
Öffnung 7 erzeugt ist, zu erweitern oder zu reduzieren, wodurch ein durch die
Fluktuation verursachtes Anwachsen oder Abnehmen der Flußrate automatisch und sofort
gesteuert und ein Sollwert wiederhergestellt wird. Um derartige Wirkungen effektiv zu
erzielen, muß die Federkonstante der ersten Feder 40 kleiner als jene der zweiten Feder
41 sein.
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Ein Konstantfluß-Ventil mit der Anordnung von Fig. 1 mit einem Durchmesser von
25A wurde aktuellen Flußtests unter den unten erwähnten Bedingungen unterzogen.
Figur 4 zeigt die Flußrateneigenschaften der Resultate der Tests.
[Bedingungen]
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Fluid: Wasser
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Temperatur: 25ºC
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Einstellflußratenbereich des Ventils: 1l/min bis 30l/min
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Druckunterschied vor und hinter dem Ventil: 0MPa bis 0,1MPa (0kgf/m² bis
1,0kgf/cm²
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Federkonstanten
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Erste Feder: 3,5N/mm [0,35kgf/mm]
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Zweite Feder: 9,1N/mm [0,91kgf/mm]
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Die Resültate der Tests mit den obigen Bedingungen waren wie folgt:
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Genauigkeit: innerhalb von ±4% bis ±6% der jeweiligen
Sollwerte
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gesteuerter Druckunterschiedbereich: (0,01MPa bis 0,018MPa) bis 0,1MPa
[(0,1kgf/cm² bis 0,18kgf/cm²) bis 1,0kgf/cm²]
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Druckverlust: 0,01MPa bis 0,018MPa [0,1kgf/cm² bis
0,18kgf/cm²]
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Bereichsfähigkeit: 30:1 (4:1 bis 8:1 für herkömmliche Ventile)
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist das Konstantfluß-Ventil der Erfindung in der Lage, einen
weiten Bereich von Flußraten von einer großen Flußrate bis zu einer kleinen Flußrate zu
steuern (Bereichsfähigkeit von 30:1) und zeigte eine gute Steuergenauigkeit von ±4%
bis ±6% für die jeweiligen Sollwerte.
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Die vorliegende Erfindung liefert die folgenden Effekte:
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(1) Steuerung eines sehr weiten Bereichs von Flußraten von einer kleinen Flußrate
bis zu einer großen Flußrate Anders als bei herkömmlichen Ventilen, die eine
Bereichsfähigkeit von 4:1 bis 8:1 erzielen, erzielt das Konstantfluß-Ventil der Erfindung
eine beträchtlich erweiterte Bereichsfähigkeit von 30:1.
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(2) Das Ventil der Erfindung steuert ein Fluid lediglich durch Erweitern und Verengen
des zwischen dem Ventilstopfen und der Öffnung erzeugten Durchgangs derart, daß,
anders als bei den herkömmlichen Ventilen, Fehlfunktionen aufgrund von Staub und
Fremdstoffen im Leitungssystem nicht auftreten, wodurch eine stabile
Flußratensteuerung während einer langen Zeitspanne realisiert wird.
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(3) Zusätzlich zu den neuartigen Vorteilen der obigen Punkte (1) und (2) stellt das
Ventil der Erfindung die herkömmlichen drei Funktionen "Steuern einer konstanten
Flußrate", "optionales Einstellen einer gesteuerten Flußrate" und "Fungieren als
Absperrventil" bereit.
AUSNUTZUNG IN DER INDUSTRIE
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Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise für Leitungssysteme zum Transport von
Fluiden, wie Leitungswasser, industriellem Wasser, landwirtschaftlichem Wasser, Erdöl,
flüssigen Chemikalien etc., anwendbar.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
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1: Trennwand
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2: Einlaßkanal
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3: Auslaßkanal
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4: hohle Kammer
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5: Ventilkörper
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6: Ventilsitzbereich
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7: Offnung
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8: sich verjüngendes Flußrohr
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9: Spindel
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10: Zy]inder
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10b: abdichtende untere Endfläche
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11: Durchgang
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12: Ventilschaft
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13: Ventilstopfen
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14: erste Feder
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15: zweite Feder
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16: Federsitz
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17: Deckelkörper
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23: Handgriff
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40: erste Feder
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41: zweite Feder