HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fluidregler mit
einem Ventilelement, das nach oben oder unten bewegbar ist,
indem eine Ventilstange gedreht wird, um einen Fluidkanal zu
öffnen oder zu schließen.
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Bei Fluidreglern der genannten Art ist das Ventilelement
nach oben oder unten bewegbar, indem die Ventilstange
gedreht wird, um die Stange nach oben oder unten zu bewegen.
Das Ventilelement wird in Kontakt mit einem Ventilsitz
gebracht und in diesen gesetzt, um einen Fluidkanal zu
schließen, indem es nach unten bewegt wird. Das Ventilelement wird
außer Kontakt von dem Ventilsitz gebracht, um den Fluidkanal
zu öffnen, indem es nach oben bewegt wird. Die Ventilstange
und das Ventilelement sind als getrennte Elemente
vorgesehen, und das untere Ende der Stange ist drehbar an dem
oberen Ende des Elements befestigt, so daß das Ventilelement
sich nicht mit der Stange drehen wird, wenn es in Kontakt
mit dem Ventilsitz kommt.
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Wenn jedoch die Ventilstange drehbar an dem Ventilelement
befestigt ist, wie es in den Fig. 2 bis 4 der US-A-3 278 156
offenbart ist, tritt zwischen ihnen unvermeidbar eine
Aufwärts- oder Abwärtsluft (Spiel) auf, was entsprechend zu dem
folgenden Problem führt.
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Fluidregler umfassen solche, bei denen das Ventilelement in
den Ventilsitz mit einer Klemmwirkung beißt, wenn es in den
Sitz eingesetzt ist, um vollständig den Fluidkanal zu
schließen. Je kleiner der Konuswinkel des Ventilelements ist,
desto größer ist die Klemmwirkung und desto größer ist die
Wahrscheinlichkeit, daß das Ventilelement in den Sitz beißt.
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Wenn das Beißen des Ventilelements auftritt, bleibt das
Ventilelement in den Ventilsitz beißend ohne sich nach oben zu
bewegen, selbst wenn die Ventilstange von der vollständigen
Schließstellung in eine Öffnungsrichtung gedreht wird, bis
die Stange sich um eine Strecke nach oben bewegt, die der
Luft zwischen der Stange und dem Element entspricht. Erst
wenn die Ventilstange sich um eine größere Strecke bewegt
hat, kommt das Element außer Kontakt von dem Sitz. In dem
Moment, in dem das Ventilelement den Sitz verläßt, wird das
Element in Richtung der Ventilstange durch den Druck des
Fluids gedrückt und dadurch um eine Strecke, die der Luft
entspricht, nach oben bewegt, um gegen die Stange zu stoßen.
Das selbe Phänomen wie zuvor tritt auch in dem Fall von
Ventilen auf, in denen Balge oder Membranen vorgesehen sind.
Entsprechend gibt der Stoßkontakt des Ventilelements mit der
Ventilstange ein Geräusch ab, was zum Unbehagen des
Gebrauches führt. Insbesondere wenn der Fluidregler zur Steuerung
der Durchflußmenge verwendet wird, ist weiterhin eine
extreme Schwierigkeit damit verbunden, die Durchflußmenge
zwischen der voll geschlossenen Stellung und einer leicht
geöffneten Stellung fein einzustellen.
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In der US-A-3 278 156 ist eine andere Ausführungsform eines
Fluidreglers offenbart (Fig. 11 und 12), worin das
Ventilelement gegen eine Kappe durch ein elastisches Element,
beispielsweise eine Spiralfeder, beaufschlagt wird. Die Kappe
ist auf ein Gehäuse geschraubt, welches das Ventilelement
und die Spiralfeder umgibt.
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Ein ähnlicher Aufbau ist in der FR-A-2 420 070 und
BE-A-571 561 und weiterhin in der US-A-3 391 901 offenbart.
In dem letzten Dokument wird das Ventilelement durch eine
Scheibenfeder nach oben gegen eine Ventilstange gepreßt.
Daher ist dieses Dokument für den Oberbegriff von Anspruch 1
herangezogen worden.
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Die Nachteile von dieser Art von Fluidreglern sind, daß das
elastische Element das Ventilelement über den gesamten
Bewegungsbereich beaufschlagen muß. Daher darf dieser Bereich
nicht zu groß sein, ansonsten ist die Federkraft in der
Sitzstellung des Ventilelements zu hoch und in der voll offenen
Stellung zu niedrig. Weiterhin kann die Stellung des
Ventilelements durch Fluidkräfte oder -schwingungen beeinflußt
werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, einen Fluidregler
anzugeben, der keine Stoßgeräusche erzeugt, wenn der
Fluidkanal aus der voll geschlossenen Stellung leicht geöffnet
wird, und der für die Feineinstellung der Durchflußmenge
geeignet ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch einen
Fluidregler gelöst, wie er in Anspruch 1 definiert ist. In diesem
Fluidregler sind das Ventilelement und die Ventilstange
axial davon relativ zueinander fast unbewegbar verbunden und
beaufschlagt das elastische Element das Ventilelement nur in
einem ersten Bewegungsbereich, in dem sich das Ventilelement
in einer Sitzstellung oder in der Nähe der Sitzstellung
befindet, wobei das elastische Element das Ventilelement nicht
beaufschlagt, wenn sich das Ventilelement in einem zweiten
Bewegungsbereich befindet, der oberhalb des ersten Bereiches
liegt.
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Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Ansprüchen 2 bis 4 offenbart.
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Die Begriffe "aufwärts" und "abwärts" und ähnliche Begriffe,
wie sie hierin und in den beiliegenden Ansprüchen verwendet
werden, sollen im wesentlichen die Relativstellung zwischen
den Komponenten des Fluidreglers ausdrücken, wie er in den
Zeichnungen angeordnet ist, die die nachfolgend beschriebene
Ausführungsform zeigen. Diese Begriffe sollten nicht so
interpretiert werden, daß sie die absolute
"oben-unten"-Beziehung in dem Zustand, in dem der Regler verwendet wird,
ausdrücken.
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Der Fluidregler der vorliegenden Erfindung gibt keine
Schlaggeräusche ab, wenn der Fluidkanal aus der voll geschlossenen
Stellung leicht geöffnet wird und ist für die
Feineinstellung der Durchflußmenge verwendbar, wie nachfolgend
beschrieben werden wird.
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In der Nähe der Sitzstellung wird das Ventilelement nach
oben beaufschlagt und durch das elastische Element gegen den
Ventilsitz gedrückt, so daß selbst dann, wenn das
Ventilelement dazu gebracht wird, in den Sitz zu beißen, wenn es in
den Sitz eingesetzt ist, um den Kanal voll zu schließen, das
Ventilelement sich sofort nach oben außer Kontakt von dem
Sitz bewegt, wobei es gegen die Stange durch das elastische
Element gedrückt wird, wenn das Ventilelement in der
äffnungsrichtung leicht gedreht und dadurch leicht nach oben
bewegt wird. Anders als der Stand der Technik beseitigt dies
daher die Wahrscheinlichkeit, daß sich das Ventilelement zu
einem Zeitpunkt um eine Strecke, die der Luft entspricht,
bewegt, um gegen die Ventilstange zu schlagen. Somit erzeugt
das Ventilelement keine Anschlaggeräusche. Weiterhin ist der
Strom durch den Kanal fein einstellbar, weil sich das
Ventilelement in der Nähe der Sitzstellung auch einer leichten
Bewegung der Ventilstange folgend bewegt.
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Als ein Merkmal der Erfindung ist das elastische Element
zwischen der oberen Fläche eines Führungsbereiches zur Führung
des Ventilelements und einem flanschähnlichen Bereich, der
fest an einem Bereich des Ventilelements oberhalb des
Führungsbereiches vorgesehen ist, angeordnet, und sowohl der
Führungsbereich als auch der flanschähnliche Bereich
berühren das elastische Element nur dann, wenn das Ventilelement
sich in dem ersten Bewegungsbereich befindet. Als ein
anderes Merkmal der Erfindung ist das elastische Element an der
oberen Fläche des Führungsbereiches angeordnet, wobei der
flanschähnliche Bereich das elastische Element berührt, wenn
sich das Ventilelement in dem ersten Bewegungsbereich
befindet, wobei der flanschähnliche Bereich nach oben weg von dem
elastischen Element liegt, wenn sich das Ventilelement in
dem zweiten Bereich befindet. Als ein anderes Merkmal umfaßt
das elastische Element eine Scheibenfeder.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 ist eine Ansicht im Vertikalschnitt, die einen
Fluidregler zeigt, der die Erfindung verkörpert;
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Figur 2 ist eine vergrößerte Teilansicht im Vertikalschnitt
von Fig. 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert
werden.
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Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Fluidreglers, der zur
Durchflußmengeneinstellung geeignet ist, und Fig. 2 zeigt
den Hauptbereich desselben in größeren Einzelheiten.
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Der Fluidregler umfaßt ein Ventilgehäuse 1, das einen nach
oben vorstehenden zylindrischen Bereich 1a, eine
Ventilstangenbohrung 2, die einen großen Durchmesser hat und sich von
dem oberen Ende des zylindrischen Bereichs 1a zu einem
Zwischenbereich der Höhe des Ventilgehäuses 1 erstreckt, und
eine Führungsbohrung 3, die einen kleinen Durchmesser hat
und sich von dem Boden der Bohrung 2 zu einem unteren
Bereich des Ventilgehäuses 1 erstreckt. Ein Fluidkanal 4 ist
durch einen Kanal, der sich von einer Seitenfläche des
Gehäuses 1 zu einem Zwischenbereich der Führungsbohrung 3
erstreckt, den Bodenbereich der Stangenbohrung 2 und einen
Kanal, der sich von diesem Bereich zu der anderen
Seitenfläche des Ventilgehäuses 1 erstreckt, gebildet. Ein nach unten
geneigter ringförmiger Ventilsitz 5 ist an dem oberen Ende
der Führungsbohrung 3 vorgesehen.
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Ein Ventilverschluß 6 in der Form eines gestuften Zylinders
hat einen unteren Bereich, der um den zylindrischen Bereich
1a des Ventilgehäuses 1 geschraubt ist. Mehr als das untere
Halbteil des Ventilverschlusses 6 ist ein Bereich 6a großen
Durchmessers, der in den Innen- und Außendurchmessern groß
ist, und der verbleibende Oberteil von ihm ist ein Bereich
6b kleinen Durchmessers, der klein in den Innen- und
Außendurchmessern ist. Eine ringförmige Schulter 6c ist zwischen
diesen Bereichen 6a und 6b vorgesehen. Der untere Endteil
des Bereichs 6a großen Durchmessers des Verschlusses 6 ist
auf den zylindrischen Bereich la des Gehäuses 1
aufgeschraubt. Der Bereich 6b kleinen Durchmessers des
Verschlusses 6 ist durch eine Montageöffnung in eine Tafel einsetzbar
(nicht gezeigt). Die Tafel soll zwischen der Schulter 6c und
einer Mutter 7, die auf den Bereich 6b kleinen Durchmessers
aufgeschraubt ist, gehalten werden.
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Ein Ventilstangenstützelement 8, welches die Form eines
Zylinders mit gestuften Bohrungen hat, ist an seinem unteren
Bereich mit einem Außenflansch 9 versehen. In den Bereich 6a
großen Durchmessers des Ventilverschlusses 6 eingesetzt sind
der Bereich des Stützelements 8 nicht höher als der Flansch
9, ein Ventilführungselement 10 in der Form eines kurzen
Bohrungszylinders, das auch als ein Federhalter dient, und ein
hohles zylindrisches Distanzelement 11. Diese sind zwischen
der Schulter 6c des Verschlusses 6 und dem oberen Ende des
zylindrischen Bereiches 1a des Ventilgehäuses 1 gehalten.
Das untere Ende des Distanzelements 6 ist kleiner im
Außendurchmesser als sein anderer Bereich und ist in das obere
Ende der Stangenbohrung 2 des Gehäuses 1, die etwas größer
im Innendurchmesser als der andere gebohrte Bereich ist,
eingesetzt. Eine Dichtung 12 dichtet die Verbindung zwischen
dem Distanzelement 11 und dem zylindrischen Gehäusebereich
1a ab. Das Distanzelement 11 hat einen oberen Endbereich,
der im Innendurchmesser größer als sein anderer Bereich ist
und in den der im Durchmesser größere obere Bereich des
Führungselements 11 und das untere Ende des
Stangenstützelements 8 eingesetzt sind. Die Verbindung zwischen dem
Distanzelement 11 und dem Führungselement 10 ist durch eine
Dichtung 13 abgedichtet.
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Der Bereich des Stützelements 8 oberhalb seines Flansches 9
ist in den Bereich 6b kleinen Durchmessers des Verschlusses
6 eingesetzt und erstreckt sich weiter nach oben über das
obere Ende des Bereiches 6b hinaus. Das Stützelement 8 hat
einen oberen Endbereich mit einem leicht verringerten
Außendurchmesser. Eine Anzeigevorrichtung 14 in der Form
eines hohlen Zylinders ist um diesen Bereich herum
angeordnet und mit einer Stellschraube 15 an diesem
befestigt.
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Das Stangenstützelement 8 hat eine Bohrung 16 großen
Durchmessers, die in seinem unteren Bereich ausgebildet ist, und
eine Bohrung 17 kleinen Durchmessers, die sich nach oben von
dieser erstreckt. Die obere und untere Bohrung erstrecken
sich durch das Element 8. Der gebohrte Bereich, der bei 17
angedeutet ist, hat an seinem oberen Teil ein Innengewinde
18. Eine Ventilstange 19 ist durch diese Bohrungen 16, 17
eingesetzt. Die Ventilstange 19 hat einen mit einem
Außengewinde versehenen oberen Bereich 20, der in das Innengewinde
18 des Stützelements 8 eingeschraubt ist. Die Ventilstange
19 ist an ihrem oberen Ende mit einem Bereich 19a großen
Durchmessers versehen, der einen größeren Außendurchmesser
als ihr anderer Bereich hat und der in die Bohrung 16 großen
Durchmessers des Stützelements 8 eingesetzt ist. Ein O-Ring
21 ist an dem Außenumfang des Bereiches 19a großen
Durchmessers befestigt, um den Spalt zwischen dem Bereich
19a und dem Stützelement 8 abzudichten. Der Bereich der
Ventilstange 19 oberhalb des Außengewindes 20 erstreckt sich
nach oben über die oberen Enden des Stützelements 8 und die
Anzeigevorrichtung 14 hinaus und hat einen festen
zylindrischen Knauf 22, der um die Stange herum angeordnet und an
dieser mit einer Stelischraube 23 befestigt ist. Der Knauf
22 hat an seinem unteren Ende einen hohlen zylindrischen
Bereich 22a, der um die Anzeigevorrichtung 14 angeordnet ist.
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An der Umf angswand des Stützelements 8, welche die Bohrung
17 kleinen Durchmessers definiert, ist eine
Sicherungsschraube 24 befestigt. Die Ventilstange 18 wird gedreht und
dadurch nach oben oder nach unten bewegt, indem der Knauf 22
mit gelockerter Sicherungsschraube 24 gedreht wird, und wird
in einer gewünschten Stellung befestigt, indem die
Sicherungsschraube 24 festgezogen wird. Die Anzeigevorrichtung 14
zeigt das Maß der Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der
Ventilstange 19 an.
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Der Bereich 19a großen Durchmessers der Ventilstange 19 ist
mit einer Einsetzausnehmung 25 versehen, die sich von seiner
Bodenfläche nach oben erstreckt. Ein Ventilelement 26 hat
einen oberen Bereich, der in die Ausnehmung 25 eingesetzt
ist. Das Ventilelement 26 ist allgemein in der Form eines in
vertikaler Richtung länglichen festen Zylinders und
erstreckt sich nach unten durch das Führungselement 10. Der
Bereich des Ventilelements 26, der in die Ausnehmung 25
eingesetzt ist, hat eine ringförmige Rille 27 in Richtung ihres
oberen Endes und einen Flansch 28 an seinem oberen Ende. Der
Bereich 19a großen Durchmessers der Ventilstange ist fest
mit einem Zapfen 29 parallel zu einer Durchmesserrichtung
von ihr versehen. Der Zapfen hat einen Zwischenbereich, der
teilweise in die Rille 27 des oberen Bereiches des
Ventilelements 26 eingesetzt ist. Entsprechend sind die Ventilstange
19 und das Ventilelement 26, obwohl sie relativ zueinander
drehbar sind, nach oben oder unten (in Axialrichtung von
ihnen) relativ zueinander fast unbeweglich. Es ist
wünschenswert, das Spiel zwischen dem Flansch 28 des Ventilelements
26 und der Oberwand, welche die Ausnehmung 25 definiert und
darüber positioniert ist, als auch zwischen dem Flansch und
dem darunterliegenden Zapfen 29 zu minimieren, wobei jedoch
etwas Spiel unvermeidbar zwischen ihnen auftritt.
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Das Ventilelement 26 ist an seinem unteren Ende mit einer
geneigten Führungsstange 26a kleinen Durchmessers und einer
nach unten geneigten konischen Fläche 26b, die oberhalb der
Stange positioniert ist, versehen. Wenn das Ventilelement 26
sich nach unten bewegt, paßt die geneigte Stange 26b in die
Führungsbohrung 3, und die konische Fläche 26b wird in
Kontakt mit dem Ventilsitz 5 gebracht und in diesen eingesetzt,
um den Kanal 4 zu schließen.
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Wenn das Ventilelement 26 sich nach oben bewegt, wird die
konische Fläche 26b nach oben außer Kontakt von dem
Ventilsitz 5 bewegt, um den Kanal 4 zu öffnen. Balge 30 sind
zwischen dem unteren Bereich des Führungselements 10 und einem
umgekehrt konischen Bereich 26c, der an dem Ventilelement 26
etwas oberhalb von der konischen Fläche 26b ausgebildet ist,
vorgesehen, um das Element zwischen diesen Bereichen
abzudichten. Die oberen und unteren Enden der Balge 30 sind an
diesen Bereichen in direktem Kontakt mit diesen befestigt.
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Ein Federhalter 31 in der Form eines Halterings ist an dem
Außenumfang des Ventilelements 26 direkt unterhalb der
Ventilstange 19 befestigt. Eine Scheibenfeder 32, die als ein
elastisches Element dient, ist an dem Führungselement 10
vorgesehen. Die Scheibenfeder 32 steht in Druckkontakt mit dem
Federhalter 31, wenn sich das Ventilelement 26 in der Nähe
seiner Sitzstellung befindet, und beaufschlagt das
Ventilelement 26 nach oben und preßt seine obere Endfläche
in Kontakt mit der Oberwand der Ventilstange 19, welche die
Ausnehmung 25 definiert.
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Wenn der Knauf in eine Öffnungsrichtung gedreht wird,
bewegen sich die Ventilstange 19 und das Ventilelement 26 nach
oben, wodurch die konische Fläche 26b des Elements 26 außer
Kontakt von dem Sitz 5 gebracht wird, um den Kanal 4 zu
öffnen. Wenn der Kanal 4 voll geöffnet ist, wird der Bereich
19a großen Durchmessers der Stange 19 zu der Oberseite der
Bohrung 16 großen Durchmessers des Stützelements 8 bewegt,
um den Federhalter 31 des Ventilelements 26 nach oben weg
von der Scheibenfeder 32 zu positionieren. Entsprechend wird
das Ventilelement 26 nicht durch die Scheibenfeder 32 nach
oben beaufschlagt, sondern wird durch die Balge 30 nach oben
beaufschlagt und gegen die Ventilstange 19 mit einer relativ
kleinen Kraft gedrückt.
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Wenn der Knauf 22 in Richtung einer Schließrichtung gedreht
wird, bewegen sich die Ventilstange 19 und das Ventilelement
26 nach unten. Wenn die Ventilstange 19 eine solche Stellung
erreicht, daß die konische Fläche 26b des Ventilelements 26
eine kurze Strecke oberhalb der Sitzstellung plaziert ist,
wo die Fläche den Ventilsitz 5 berührt, kommt der
Federhalter 31 an dem Ventilelement 26 in Kontakt mit der
Scheibenfeder 32, was wiederum das Ventilelement 26 mit einer größeren
Kraft als vorher nach oben in Druckkontakt mit der
Ventilstange 19 drückt. Wenn die konische Fläche 26b des
Ventilelements 26 in Kontakt mit dem Ventilsitz 5 gebracht wird und
in diesen eingesetzt wird, wodurch der Kanal 4 vollständig
geschlossen wird, wird das Ventilelement 26 gegen die
Ventilstange 19 mit einer weiter erhöhten Kraft aufgrund der
Reaktion von dem Sitz 5 gepreßt.
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Wenn der Knauf 22 aus dem voll geschlossenen Zustand leicht
gedreht wird, wodurch die Ventilstange 19 leicht nach oben
bewegt wird, bewegt sich das Ventilelement, welches durch
die Scheibenfeder 32 nach oben beaufschlagt und gegen die
Ventilstange 19 gedruckt wird, sofort nach oben außer
Kontakt von dem Sitz 5, wobei es durch die Scheibenfeder 32
gegen die Stange 19 gedrückt wird, selbst wenn die konische
Fläche 26b des Ventilelements 26 in der voll geschlossenen
Stellung sich im Beißeingriff mit dem Sitz 5 befindet.
Anders als die herkömmliche Vorrichtung wird daher das
Ventilelement 26 sich nicht gleichzeitig um eine der Luft
entsprechende Strecke in Anschlagkontakt mit der Ventilstange 19
bewegen, und damit werden keine Anschlaggeräusche auftreten.
Weiterhin ist die Strömung durch den Kanal 4 fein
einstellbar, weil das Ventilelement 26 in der Nähe der Sitzstellung
der Bewegung der Ventilstange 19, selbst wenn diese gering
ist, folgt.