DE69707270T2

DE69707270T2 - Ventileinrichtung zur Flüssigkeitsversorgung

Info

Publication number: DE69707270T2
Application number: DE69707270T
Authority: DE
Inventors: Jesus Ruiz
Original assignee: SICPA Holding SA
Current assignee: SICPA Holding SA
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: EP0886090A1; WO1998058200A1; DK0886090T3; ATE206807T1; DE69707270D1; ES2165013T3; EP0886090B1; PT886090E; JP2001501291A; US6098955A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung für die Lieferung von Fluiden.
Für das vorübergehende Schließen oder Drosseln eines Gasflusses, Dampfflusses oder Fluidflusses ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Ventilen bekannt. Es wird beispielsweise zwischen Durchgangsventilen mit einem linearen Fluidfluss, Eckventilen mit einem gebogenem Fluss und Wechselventilen unterschieden. In vielen Anwendungsbereichen werden hochviskose Fluide teilweise unter Druck durch die Ventile geführt. Trotz der hohen Viskosität sollte der Gasfluss, der Dampffluss oder der Fluidfluss, der von dem Ventil geliefert wird, so gleichmäßig wie möglich laufen. Insbesondere bei Ventilen, bei denen eine Richtungsänderung des Fluidflusses bewirkt wird, ist es schwierig, eine solche gleichmäßige Lieferung zu erreichen. Bei einem geschlossenen Ventil, drückt das zu liefernde Fluid lateral auf ein Schließelement, beispielsweise auf einen Ventilstößel. Sobald das Schließelement weg bewegt wird, und folglich das Ventil geöffnet ist, wird das Fluid geliefert. Wenn das hochviskose Fluid lateral unter Druck in das Ventil eintritt, ist es oftmals nicht möglich, dass das Fluid in einem geraden Strahl geliefert wird. Abhängig von dem Druck und der Viskosität des Fluids resultiert eine Abweichung des Strahls. Die oben erwähnten Probleme sind beispielsweise bei hochviskosen Fluiden, wie z. B. Drucktinten, vorhanden.
Die US 3 286 736 offenbart eine Ventilanordnung zur Verwendung bei viskosen Flüssigkeiten, wobei die Ventilanordnung die Merkmale offenbart, die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definiert sind. Die Flüssigkeit wird in einem ringförmigen Raum gesammelt, der zwischen einer axial bewegbaren Nadel und dem Körper des Ventils gebildet ist. Die Spitze der Nadel führt zu einem zunehmenden Querschnitt des ringförmigen Raums hin zu dem unteren Ende desselben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Technik zu vermeiden und insbesondere eine Ventilanordnung für die Lieferung von Fluiden vorzusehen, durch die eine Lieferung von hochviskosen Fluiden in einem gleichmäßigen Strahl ebenfalls möglich ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in dem Vorsehen einer Ventilanordnung, die einfach und kostengünstig erzeugt werden kann, und die aus kleinst möglichen bewegbaren Teilen zusammengesetzt ist. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ferner auf eine einfache Art und Weise gereinigt werden.
Gemäß der Erfindung werden diese Ziele durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht.
Die Ventilanordnung, die die Merkmale der Erfindung aufweist, besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse und einem Schließelement, das bewegbar in dem Ventilgehäuse angeordnet ist. Das Ventilgehäuse ist mit einer lateralen Einlassöffnung und einer axialen Auslassöffnung versehen. Die Auslassöffnung kann mit einem Verschlussabschnitt des Schließelements in einem Ventilsitz des Ventilgehäuses verschlossen werden. Der Ventilsitz ist axial in einem Abstand von der Einlassöffnung angeordnet. Um auch eine gleichmäßige Lieferung von einem hochviskosen Fluid, wo geeignet unter Druck, zu ermöglichen, ist zwischen dem Ventilsitz und der Einlassöffnung ein Umfangsverteilungsraum vorgesehen, der mindestens bei einer geschlossenen Ventilanordnung mit der Einlassöffnung verbunden ist. In diesem Zusammenhang werden hochviskose Fluide als Fluide, wie z. B. Drucktinten, aufgefasst, von denen die Viskosität typischerweise größer als 2 Pa·s ist. Auf der einen Seite ist der Verteilungsraum durch die innere Oberfläche des Ventilgehäuses begrenzt, und auf der anderen Seite ist derselbe durch die äußere Oberfläche des Schließelements begrenzt. Wenn das Ventil geschlossen ist, füllt das Fluid den Umfangsverteilungsraum, so dass ein gleichmäßiger Druck in dem gesamten Umfang des Schließelements vorherrscht. Sobald der Verschlussabschnitt des Schließelements aus der Ineingriffnahme mit dem Ventilsitz gebracht ist, verlässt das Fluid, das in dem Verteilungsraum gesammelt ist, das Ventil.
Die Breite des Verteilungsraums ist kontinuierlich von einem Punkt einer maximalen Breite hin zu der Auslassöffnung reduziert. Bei einer solchen kontifluierlichen Reduktion kann eine besonders homogene Verteilung des gelieferten Fluidstrahles aufgrund der homogenen Druckverteilung des Fluids in dem Verteilungsraum erreicht werden.
Das Schließelement ist vorzugsweise axial verschiebbar in dem Ventilgehäuse angebracht. Es sind jedoch ferner andere Anordnungen, beispielsweise ein drehbares Schließelement, das durch Drehung Löcher für die Lieferung des Fluids öffnet oder schließt, denkbar.
Der Verteilungsraum erstreckt sich ferner vorteilhafter Weise bis zu oder nahezu bis zu dem Ventilsitz bis zu dem Verschlussabschnitt des Schließelements.
Der Verteilungsraum ist auf der einen Seite durch die äußere Oberfläche des Schließelements begrenzt und auf der anderen Seite durch die innere Oberfläche des Ventilgehäuses begrenzt. Zum Bilden eines Verteilungsraums ist es ebenfalls denkbar, die äußere Oberfläche des Schließelements mit einer Querschnittsverminderung zu versehen und/oder die innere Oberfläche des Ventilgehäuses mit einer Vertiefung zu versehen. Beide Ausführungsbeispiele sind in ihrer Betriebsweise ähnlich. Die Homogenität des gelieferten Fluidstrahls wird dadurch zusätzlich erhöht. Es ist grundsätzlich jede drehbare symmetrische Anordnung denkbar. Es ist nachgewiesen, dass eine Anordnung mit aufeinanderstehenden Kegelschnitten oder mit einer gekrümmten Rotationsoberfläche, wie z. B. ein Rotationsparaboloid, oder mit einem Schnitt einer kugelförmigen Oberfläche besonders vorteilhaft ist. Solche Oberflächen erlauben eine gleichmäßige Entladung des Fluids über die betreffenden Oberflächen.
Die Erfindung ist im folgenden detaillierter durch Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Darstellung im Querschnitt einer Ventilanordnung gemäß der Erfindung mit geschlossenem Ventil,
Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 mit geöffnetem Ventil,
Fig. 3 und 4 alternative Ausführungsbeispiele des Verteilungsraums, und
Fig. 5 eine Ventilanordnung gemäß dem Stand der Technik.
Eine Ventilanordnung gemäß dem Stand der Technik ist schematisch in Fig. 5 gezeigt. Ein Ventilgehäuse 32 ist mit einer lateralen Einlassöffnung 34 versehen, die durch ein Schließelement 33 geschlossen werden kann, das in dem Ventilgehäuse 32 axial verschiebbar ist. Bei dem in Fig. 5 gezeigten geschlossenen Zustand drückt das Fluid F gegen die äußere Oberfläche des Schließelements 33. Zum Öffnen der Ventilanordnung wird das Schließelement 33 angehoben und gibt die Einlassöffnung 34 frei. Das Fluid F kann in das Innere des Ventilgehäuses 32 eintreten und wird durch die Auslassöffnung 37 geliefert. Aufgrund des Drucks nimmt das Fluid F eine laterale Komponente auf, so dass das Fluid nicht parallel zu der Achse des Ventils aus der Auslassöffnung 37 sondern diagonal austritt.
Die Ventilanordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt diese Nachteile nicht. Die Ventilanordnung 1 besteht ähnlicher Weise aus einem Ventilgehäuse 2, und in demselben ist ein axial verschiebbares Schließelement 3 angeordnet. Das Schließelement 3 weist einen Verschlussabschnitt 5 auf, durch den das Schließelement gegen einen Ventilsitz 6 drückt und daher eine Auslassöffnung 7 schließt.
Ein hochviskoses Fluid F mit einer Viskosität ≥ 2 Pa·s kann in das Innere des Ventilgehäuses 2 durch eine Einlassöffnung 4 eingeführt werden. Ein Umfangsverteilungsraum 12, in dem sich das Fluid F bei geschlossenem Ventil ansammelt, befindet sich in einer direkten Verbindung mit der Einlassöffnung 4. Der Umfangsverteilungsraum 12 ist auf der einen Seite durch die innere Oberfläche 10 des Ventilgehäuses 2 und auf der anderen Seite durch die äußere Oberfläche 11 des Schließelements 3 begrenzt. Die äußere Oberfläche 11 des Schließelements weist eine Querschnittsverminderung 15 auf, die die maximale Breite B des Verteilungsraums 12 definiert. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Querschnittverminderung durch den Schnittpunkt von zwei Kegelschnitten 20a, 20b, definiert, die aufeinander stehen. Die Kegelschnitte 20a, 20b bilden die äußere Oberfläche 11 des Schließelements 3 in der Region des Verteilungsraumes 12.
Bei einem oberen Abschnitt 23 ist das Schließelement 3 verschließbar in dem Ventilgehäuse 2 verschiebbar. Das Schließelement 3 ist in der axialen Richtung durch eine Antriebsanordnung 24 bewegbar, die nicht detaillierter gezeigt ist. Dies kann mit einem manuellen Antrieb, einem Motorantrieb oder einem pneumatischen Antrieb verbunden sein. Für das Öffnen der Ventilanordnung 1 wird das Schließelement 3 in der axialen Richtung durch die Antriebsanordnung 24 angehoben.
Fig. 2 zeigt die Ventilanordnung 1 gemäß der Erfindung in geöffnetem Zustand. Zwischen dem Verschlussabschnitt 5 des Schließelements 3 und der inneren Seite 10 des Ventilgehäuses 2 ist ein ringförmiger Zwischenraum 22 gebildet, durch den das Fluid F die Auslassöffnung 7 erreicht. Das Fluid F sammelt sich zuerst in dem Verteilungsraum 12 und tritt gleichmäßig verteilt über den Umfang des Schließelements 3 durch den ringförmigen Zwischenraum 22 nach dem Öffnen des Schließelements 3 aus. Die Breite des Verteilungsraums 12 ist von dem Punkt der maximalen Breite B in der Region der Querschnittsverminderung 15 hin zu dem Verschlussabschnitt 5 kontinuierlich reduziert. Dadurch ist eine möglichst gleichmäßige Entladung des Fluids F garantiert. Der Verteilungsraum 12 erstreckt sich hin zu der Verschlussanordnung 5, die selbst eine bestimmte axiale Ausdehnung aufweist.
Für die Erfindung ist wesentlich, dass bei noch geschlossenem Ventil der Verteilungsraum 12 gleichmäßig mit dem Fluid F gefüllt ist, so dass sich ein gleichmäßiger Druck in dem Verteilungsraum 12 aufbaut. Beim Öffnen der Ventilanordnung 1 tritt das Fluid F durch die Auslassöffnung 7 unter einem Druck aus, der den gleichen Betrag über den gesamten Umfang des Schließelements 3 aufweist. Der gelieferte Strahl 9 des Fluids F läuft daher unabhängig von dem Druck und der Viskosität des Fluids F parallel zu der Achse der Ventilanordnung 1.
Fig. 3 und 4 zeigen alternative Ausführungsbeispiele des Verteilungsraums 12. In Fig. 3 ist der Verteilungsraum 12 durch eine Vertiefung 16 in der inneren Seite 10 des Ventilgehäuses 2 gebildet. Die Vertiefung ist durch eine gekrümmte Rotationsoberfläche 21 und durch die äußere Oberfläche eines zylindrischen Schließelements 3 gebildet. Die Auslassöffnung 7 wird durch die Verschlusswirkung zwischen dem Verschlussabschnitt 5 und dem Ventilsitz 6 geschlossen. Bei geschlossenem Ventil tritt das Fluid in den Verteilungsraum 12, ähnlich wie in Fig. 1, ein und verteilt sich hierin gleichmäßig.
In Fig. 4 ist eine zu der in Fig. 1 ähnliche Anordnung gezeigt. Die Querschnittsverminderung 15 ist im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine gekrümmte Rotationsoberfläche, typischer Weise ein Rotationsparaboloid, gebildet. Bei beiden gezeigten Ausführungsbeispielen definiert die Querschnittsverminderung 15 oder die Vertiefung 16 die maximale Breite B des Verteilungsraums 12. Die Breite des Verteilungsraums 12 ist von der Vertiefung 16 oder Querschnittsverminderung 15 hin zu dem Verschlussabschnitt 5 kontinuierlich reduziert. Der Verteilungsraum 12 erstreckt sich bis zu dem Verschlussabschnitt 5.

Claims

1. Ventilanordnung (1) für die Lieferung von vorzugsweise hochviskosen Fluiden (F), mit einem Ventilgehäuse (2) und einem Schließelement (3), das bewegbar in dem Ventilgehäuse (2) angeordnet ist, wobei das Ventilgehäuse (2) eine laterale Einlassöffnung (4) und eine axiale Auslassöffnung (7), die mit einem Verschlussabschnitt (5) des Schließelements (3) in einem Ventilsitz (6) geschlossen werden kann, aufweist,

wobei der Ventilsitz (6) axial in einem Abstand zu der Einlassöffnung (4) angeordnet ist, und

wobei zwischen dem Ventilsitz (6) und der Einlassöffnung (4) ein Umfangsverteilungsraum (12) vorgesehen ist, der durch die innere Oberfläche (10) des Ventilgehäuses (2) und die äußere Oberfläche (11) des Schließelements (3) begrenzt ist, und der mindestens bei einer geschlossenen Ventilanordnung (1) mit der Einlassöffnung (4) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Verteilungsraum (12) eine Breite aufweist, die von einem Punkt mit einer maximalen Breite (B) hinzu dem Verschlussabschnitt (5) des Schließelements kontinuierlich reduziert ist.

2. Ventilanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verteilungsraum (12) bis zu dem Verschlussabschnitt (5) erstreckt.

3. Ventilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsraum (12) durch eine Querschnittsverminderung (15) der äußeren Oberfläche (11) des Schließelements (3) gebildet ist.

4. Ventilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsraum (12) durch eine Vertiefung (16) der inneren Oberfläche (10) des Ventilgehäuses (2) gebildet ist.

5. Ventilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsraum (12) rotationssymmetrisch gebildet ist.

6. Ventilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsraum (12) durch zwei aufeinanderstehende Kegelabschnitte (20a, 20b) gebildet ist.

7. Ventilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungsraum (12) durch eine gekrümmte Rotationsoberfläche (21) und insbesondere durch ein Rotationsparaboloid oder einen Schnitt einer kugelförmigen Oberfläche gebildet ist.