DE7110684U - Absperrorgan mit druckentlastetem verschlussorgan - Google Patents

Description

j PATENTANWALT ^:DiPL.i-IN.G^:.BERTHOLD SCHMID Γ

STUTTGART 1 . FALBENHENNENSTRA3SE 17 · FERNSPRECHER (0711) 608893 UNSEK ZBICHBN 9624· B/bt

Braukmann Armaturen AG Bothrist/Schweiz

Absperrorgan mit druckentlastetem Verschlußorgan

Sie Erfindung betrifft ein Absperrorgan, insbesondere ein Stellglied, mit einem drucksntlasteten, mit einem Sitz zusammenwirkenden Verschlußorgan isowie einem Druckentlastungsraum, in welchem ein mit dem Verschlußorgan bewegungsmäßig verbundenes Glied angeordnet ist, wobei der ßruckentlastungs-» raum mit dem in Strömungsrichtuiig vor dem Verschlußorgan liegenden Gehäueeraum hydraulisch verbunden gegenüber dem dahinter liegenden, jedoch abgedichtet ist. Absperrorgane, d.h.

Ventile dieser Art sind an sich bereite bekannt. Bei ihnen wird der auf den Ventilkegel wirkende Druck durch eine hohle Ventiletange auf den Entlastungekolben oder Entlastungsbalg übertragen. Weiter sind Ventile bekannt, bei denen der auf den Ventilkegel wirkende Druck über ein außerhalb dee Ven~ tilpehäuses angebrachtes Bohr, welches vorzugsweise an einer Verstärkung des Eintrittsflansches angebracht ist, auf den Entiastungskoiben bzw. -balg übertragen wird. Im geschlossenen Zustand wirkt der im öffnenden Sinne am Ventilkegel angreifenden Kraft, aus dem Produkt Druck P^ mal wirksame Kegelfläche, eine gleich große Kraft entgegen, die sich aus dem Produkt Druck P^ mal der wirksamen, dem Ventilkegel flächengleichen Kolben- bzw. Metallbalgquerschnitt ergibt, so daß keine Kraft im öffnenden oder schließenden Sinne frei wird.

Bei einem geringen Hub dagegen wirken am Entiastungskoiben bzw. -balg unterschiedliche Kräfte, die darauf zurückzuführen sind, daß aufgrün der Strömungsverhältnisse der wirksame Druck vom Mittelpunkt des Ventilkegels nach außen zur Kegelabdichtkante hin stetig abnimmt. Bei den Ventilen dieser Bauart wirkt daher schon kurz nach dem öffnen des Ventilkegels

eine Differenzkraft im schließenden. Sinne, so daß zur Überwindung dieser Kraft eine verstärkte Ventilöffnungsfeder eingebaut werden muß. Bei geschlossenem Ventil dagegen sind die durch den Differenzdruck hervorgerufenen Kräfte ausgeglichen, so daß die VorSpannkraft der verstärkten Ventil— Öffnungsfeder öffnend am Ventilsystem und damit nachteilig für die Verstellkräfte wirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absperrorgan der genannten Gattung zu schaffen, welche die geschilderten Kachteile des bekannten Standes der !Technik vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein derartiges Absperrorgan vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz eine insbesondere rohrförmige Engstelle liegt und die Verbindungeleitung oder der Verbindungskanal zum Druckentlastungsraum an der Engstelle mündet bzw. beginnt. Bei diesem Absperrorgan können sich die störenden Kräfte aufgrund der dynamischen Druckverhältnisse nicht auswirken. Die physikalischen Zusamnien-

hänge zwischen Struck uad Geschwindigkeit sind hierbei mit denen einer Düse in etwa vergleichbar.

Sie Mündungsstelle bzw. -stellen befinden sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes, also kurz vor derjenigen Stelle, an welcher sich der Strömungsquerschnitt plöt^-ich erweitert.

Bei einem Absperrorgan mit einem, an einer, in eine Gehäusebohrung einsetzbaren Buchse, insbesondere Bundbuchse angebrachten Ventilsitz besitzt die Buchse in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens eine Radialbohrung, deren inneres Ende die Miindungsöffnung des Verbindungskanal β oder dgl. zum Druckentlastungsraum bildet und die Teil dieses Verbindung skanals darstellt. An diese Radialbohrung schließt sich also ein gehäuseeigener Verbindungskanal oder ein« Y&vbindungsleitung unmittelbar an, wobei selbstverständlich auf eine entsprechende Abdichtung zu achten ist.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende bzw. die äußeren Enden der Radialbohrung

bzw. -bohrungen in einen Hingkanal der 3u.cb.se und/oder des Gehäuses mündet bzw. münden. Diesem Merkmal kommt in erster Linie bei Verwendung mehrerer Radialbohrungen im Gehäuse oder einer darin eingesetzten Buchse Bedeutung zu. Ler Ringkanal oder eine Ringnut sammelt die über die verschiedenen zur Engstelle führenden Bohrungen zugeströmten Mengen und gibt sie an den Verbindungskanal oder die Verbindungsleitung weiter, der bzv. die ebenfalls in den Ringkanal mündet.

Dde Radialbohrung erstreckt sich in weiterer Ausbildung der. Erfindung senkrecht zur Längsachse der Engstelle bzw. Buchse. Bei einer andeien Variante der Erfindung verläuft wenigstens das innere Ende des Verbindungekanals bzw. der Radial-Bohrung geneigt zur Längsachse der Engstelle bzw. Buchse und bildet mit der Strömungsrichtung einen spitzen Winkel von weniger als 9o°. Um Mißverständnisse auszuschließen, wird ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen, aus welcher hervorgeht, daß in Strömungsrichtung gesehen die Mündung der Bohrung den vordersten Punkt der Radialbohrung bzw. des Verbindungskanalendes lüdet. Ee soll also vermieden werden, daß das durch die Engstelle strömende Medium ohne wesentliche Umlenkung in die Radial» bohrung bzw. die Verbindungsleitung gelangt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform dar Erfindung ist der Verbindungskanal oder dgl. bzw. die fiadialbohrung über ein in die Engstelle hineinragendes Eohratück verlängert, das insbesondere etwa in der Mittelachse der Engstelle endigt. Das freie Ende des Rohrstücks ist vorzugsweise so angeschrägt, daß der in Strömungsrichtung hintere Umfangeteil langer ist als der vordere. Eine bevorzugte Ab" schrägung erfolgt unter 4-5°.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das innere Ende des Bohrstücks verschlossen und überdies ist an der ir Strömungerichtung vorne liegenden Mantelfläche, also der Abströmfläche, wenigstens eine Verbindungsbohrung zum Eohretückinnern angoordnet. Der Querschnitt dieser Verbindungsbohrung bzw. -bohrungen kann wesentlich kleiner sein als der des Bohrstücks und des Verbindungskanals.

In zweckmäßiger und an sich bekannter Weise trägt die das Verschlußorgan tragende Spindel auch den Kolben oder eine axial druckbelastbare Scheibe des Druckentlastungeraumes. Dabei ist der Kolben in üblicher Weise in einem entsprechenden

Zylinder des Druckentlastungeraumes hin- und herverschiebbar und konzentrisch zum Verschlußorgan., also dem Ventilteller oder -kegel angebracht. Entsprechende Kolbenringe sorgen für eine gute Abdichtung zum Abströmraum des Ventils. Bei einer anderen Ausführungsform wird statt eines Kolbens und eines Zylinders eine fest mit der Ventilspindel verbundene Scheibe verwendet, die über einen faltenbalg mit dem Gehäuse oder einem darin eingesetzten. {Deil verbunden ist, wobei beide Verbindungsstellen der Balgenden dicht ausgeführt sind.

Die Spindel des Absperrorgans ist in zweckmäßiger Weise durch eine Feder in axialer Sichtung im öffnenden Sinne druckbeaufschlagt. Die Kraft der Feder muß auf die am Absperrorgan angreifenden hydraulischen Kräfte selbstverständlich abgestimmt sein.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absperrorgans,

figur 2 eines, analogen Schnitt durch eine svelte Ausführungsform,

Figuren vertikale Schnitte durch verschiedene Ausführungfcbei-5 ^bie 6 spiele der i? cvaa Gehäuse eingesetzten Buchse mit de» Ventilsitz.

Bei den Ausfübrungsbeispielen handelt es sich jeweils um Ventile ait zwei AnschluSfl ansehen für den Zu» und AbfluS des zu regelnden Mediums. Derartige Ventile «erden Insbesondere in Regelkreisen als Stellglieder verwendet. Beide Aueführungsformen sind mit einer in Richtung des Doppelpfeils 1 verschiebbar gelegerten Ventilspindel 2 versehen, an deren einem Ende ein Ventilteller 3 angebracht oder angeformt ist. Statt eines Ventiltellers kann auch ein Ventilkegel oder dgl· Verwendung finden. Bas Absperrorgan bzw. der Ventilteller 3 exbeitet mit einem Ventilsitz 4 zusammen, der durch die ihm zugekehrte Stirnfläche der Bundbuchse 5 gebildet wird· Bei dicht am Ventilsitz 4 anliegendem Ventilteller 3 wird der in Strömungerichtung 6 hinter der Absperrstelle gelegene Ventilgehauseravm von dem vor liegenden 7 abgetrennt. Letzterer ist mit dem Anschlußstutzen 9 für den Zufluß verbunden. Zwischen den Ge-

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häuser&umen 7 und 8 liegt «ine Bagatelle 1o, die du?eh die Bohrung dear Buadbuohse 5 gebildet wird.

Larch das Gehäuseteil 11 ujd das Einsatz teil 12 wird noch ein Sruokauegleioheraum 13 begrenzt'. Dieser ist über eine Verbindungsleitong 14 und eine sich daran ans«ikiieBende Badialbohxung 15 der Buchse 5 mit der Engstelle 1o also der Bachseabchrusg rerbunde». Sas innere ^ade 16 der Hediaibohrung 1$ mündet also in die Engstelle. Damit herrscht im Gehäuseraum 7 und im Druckausgleicheraum 13 derselbe Druck.

rohrförmiger Ansatz 17 des Einsatzteils 12 bildet einen Zylinder fur einen Kolben 18, der fest mit der Ventilspindel oder Kolbenstange 2 verbunden ist. Zur Abdichtung gegenüber den Gehäuseraum 8 dient eine Dichtung, beispielsweise ein O-Bing 19» Bohrungen 2o verbinden den Gehäuseraum 8 mit dem Zylindoxraül 21, wodurch auch in diesen beiden Bäumen der gleiche Druck herrscht. Die wirksamen Flächen 22 und 23 des Ventiltellers 3 sowie 24 und 25 des Kolbens 18 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei den herrschenden Drücken zum dichten Abschluß des Ventils nur geringe Kräfte erforderlich

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siad. Zusätzlich zu diesen, hydraulischen Kräften wirkt an der Ventilspindel oder Kolbenstange 2 noch die Kraft einer Druckfeder 26, die sich einerseits an dem am äußeren Ende 27 der Ventilspindel 2 befestigten Hing 28 und andererseits der Fläche 29 des Gehäuseteil 11 abstützt. Die Feder 26 wirkt demnach im öffnenden Sinne auf den Ventilteller 3 ein.

Die Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen der Figur 1 im -wesentlichen dadurch, daß statt eines Kolbens und eines Zylinders eine fest mit der Spindel 2 verbundene Scheibe verwendet wird. Zwischen dieser und dem mit Ausnahme des Zylinders gleich ausgebildeten Einsatzteil 31 ist ein. Faltenbalg 32 geschaltet. Seine beiden E^den sind dicht mit dem Einsatzteil und der Scheibe verbunden. Im übrigen ist die Wirkungsweise genau gleich.

Jn den Figuren 3 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen der Bundbuchse dt gestellt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die verschiedene Anordnung der Mündung der Radialbohrung bzw· die Zuordnung derselben zum Ventilsitz 4. Unterschiede bestehen auch hinsichtlich des Verlaufs dieser Sadialbohrung.

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In Figur 3 verläuft die radiale Bonrung 15 schräg zur Strömungsrichtung 6 und bildet mit dieser einen spitzen Winkel 33· In d.e°· Figuren 5 und 6 beträgt dieser Winkel genau 9o°, •während er in Figur 4 besonders spitz ist und sich dort an die fast in axialer Eichtung verlaufende Radialbohrung 15 noch ein senkrecht zur Buchsenlängsachse gerichtetes Stück 34 anschließt. Letzteres mündet in einen Ringkanal 35» der außen in die Einschraubbuchse eingestochen ist. Derselbe
Ringkanal findet sich auch bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3· Ibm kommt besonders dann Bedeutung zu, wenn mehrere .Radialbohrungen an einer Buchse vorgesehen sind. Sämtliche Buchsen sind übrigens mit einer trichterartigen Verengung 36 ausgestattet, die ihnen die erwähnte Wirkung einer Düse verleiht. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist außerdem noch am Austritt eine trichterförmige Erweiterung 37 vorgesehen, in welche die Hadialbohrung 15 mündet.

Bei sämtlichen Ausführungsformen der Figuren 3 bis 6 ist die Gehäuseviandung 38 von dem Ende 39 der Verbindungeleitung durchsetzt. Es endigt in den Figuren 3 und 4 am Ringkanal 35» während es in den Figuren 5 und 6 die Wandung der Buchse 5

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radial durchsetzt und bis zur Buchsenachse ragt. Dieses Ende ist in. Figur 5 unter einem Winkel 4o abgeschrägt, der vorzugsweise 45° mit der Längsachse der Buchse einschließt · In Figur 6 ist dieses Ende dagegen verschlossen. Dafür sind auf der Abströmseite 41 verschiedene Durchtrittsbohrungeη 42 kleineren Durchmessers vorgesehen. Bei allen Ausführungsformon ist dem» nach dafür gesorgt, daß der in Richtung 6 durch die Buchse fließende Strom nicht unmittelbar, sondern erst nach einer gewissen Umlenkung in die radiale Bohrung eintreten kann.

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Claims (7)

Ansprüche

1. Absperrorgan, insbesondere Stellglied, mit einem druckentlasteten, mit einem Sitz zusammenwirkenden Verschluß-» organ sowie einem Dtruckentlestungsraum, in welchem ein mit dem.Verschlußorgan bewegungsmäßig verbundenes Glied angeordnet ist, wobei der Druckentlastungsraum mit dem in Strömungsrichtung vor dem Verschlußorgan liegenden Gehävseraum hydraulisch verbunden, gegenüber dem dahinter liegenden 3«»doch abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (6) vöx - dem Ventilsitz eine insbesondere rohrförmige Engstelle (1o) liegt und die Verbindungsleitung (14) oder der Verbindungskanal zum Druckentlastungsraum (13) an der Engsteile mündet.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsstelle (16) in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes (4) gelegen ist»

3· Absperrorgan mit einem an einer, in eine Gehäusebohrung einsetzbaren Buchse, insbesondere Bundbuchse angebrachten

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Ventilsitz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekc "·- zeichnet, daß die Buchse (5) wenigstens eine Eadialbohrung (15) besitzt, deren inneres Ende (16) die IKindungsöffnung des Verbindungskanals oder dgl. zum Druckentlastungsraum bildet und die Teil dieses Verbindungskanals (16) darstellt.

4. Absperrorgan nach Anspruch 3> dadurch p-ekennsüeichnet, daß das äußere Ende bzw. die äußeren Enden der JRadialbohrung

(15) bzw. -bohrungen ±n einen Eingkanal (35) der Buchse (5) und/oder des Gehäuses mündet bzw. münden.

5· Absperrorgan nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Radialbohrung (15) senkrecht zur Längsachse der Endstelle bzw. Buchse (5) erstreckt.

6. Absperrorgan nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das innere Ende

(16) des Verbindungskanals (14) bzw. der Radialbohrungen (15) geneigt zur Längsachse der Engstelle (1o) bzw. Buchse (5) verläuft und mit der Strömungsrichtung (6) einen spitzen Winkel (33) von weniger als 9o° bildet.

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7. Absperrorgan nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (14) oder dgl. bzw. die Radialbohrung (15) über ein in die Engsteilβ (1o) hineinragendes Bohretück (39) verlängert ist, das insbesondere etva in der Mittelachse endigt.

8. Absperrorgan nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Bohrstücks so angeschrägt ist, daß der in Strömungsrichtung (6) hintere Umfangsteil langer iut als der vordere.

9. Absperrorgan nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende des Bohrstücks (39) verschlossen ist und an der in Strömungsrichtung (6) vorne liegenden Mantelfläche wenigstens eine Verbindungsbohrung (42) zum Rohrstückinnern angeordnet ist.

1o. Absperrorgan nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die das Verschlußorgan ($) tragende Spindel (2) auch

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den Kolben (18) oder eine axial druckb»ladbar· Scheibe (3o) dee Druckentlafltungaraumee (1J) trägt·

11. Absperrorgan nach eXv*jt. oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flpindel (2) de· Absperrorgane durch eine feder (26) in axialer Biohtung im öffnenden Sinne druckbeaufschlagt ist.

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