DE8132848U1

DE8132848U1 - Ventil

Info

Publication number: DE8132848U1
Application number: DE19818132848
Authority: DE
Original assignee: Ch Zikesch 4100 Duisburg De GmbH
Current assignee: Ch Zikesch 4100 Duisburg De GmbH
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1987-08-06

Description

Ventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilgehäuse und mit mehreren in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Ventilsitzen, die jeweils eine mittlere Durchgangsöffnung bilden und denen jeweils ein in die Durchgangsöffnung eingreifender,relativ zu dem jeweiligen Ventilsitz beweglicher Schließteil zugeordnet ist.

Es ist bekannt, die Schließteile eines derartigen Ventils als Parabolkegel auszubilden und aiuf einer gemeinsamen Spindel anzuordnen. Jeder Parabolkegel wirkt mit einem in entsprechender Lage angeordneten Ventilsitz zusammen.

Ein derart aufgebautes mehrstufiges Ventil dient zum Beispiel als Drosselventil. Die Zahl der Stufen ist jedoch durch die Bauweise begrenzt, denn an der Spindel lassen sich nicht beliebig viele Teile hintereinander anordnen. Das bekannte Ventil benötigt ferner verhältnismäßig viel Konstruktionsraum. Es ist auch sehr schwierig, die Abmessungstoleranzen zwischen dem Parabolkegel und dem Sitz niedrig zu halten. Es ist keine beliebig feine Einstellung des Ventils möglich derart, daß die zum Durchströmen freigegebene Fläche verhältnismäßig klein ist. Dies liegt unter anderem auch daran, daß der Parabolkegel einen Durchmesser von

bestimmter Mindesgröße haben muß. Der kleinstmögliche Durchtrittsquerschnitt läßt sich deshalb nicht dadurch verringern, daß man den Durchmesser des Parabolkegels noch weiter verringert.

Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auch mit einer größeren Anzahl von Stufen herstellbares Ventil zu schaffen, bei dem sich auch kleine Durchtrittsquerschnitte zuverlässig und genau einstellen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mehrere Sitzscheiben von zumindest angenähert gleicher Querschnittsform und Höhe aneinandergesetzt sind und in ihren Durchgangsöffnungen aneinanderliegende Schließteile von jeweils einer der Höhe einer Sitzscheibe entsprechenden Höhe enthalten und daß Schließteile und Sitzscheiben relativ zueinander verschiebbar sind.

Schließteile und Sitzscheiben liegen also jeweils als Konstruktionsteile, die miteinander nicht fest verbunden werden müssen, aneinander. Man kann entweder die aneinanderliegenden Sitzscheiben in axialer Richtung verschieben und die Schließteile in axialer Richtung festhalten. Im allgemeinen wird es aber zweckmäßiger sein, die Schließteile verschiebbar zu halten und zu führen, so daß die Sitzscheiben gegenüber dem Ventilgehäuse in vorgegebener fester Lage angeordnet sind.

Ein derartiges Ventil ist zum Beispiel als Drosselventil besonders geeignet. Die Zahl der Drosselstufen läßt sich nahezu beliebig erhöhen, wenn dies erforderlich ist. Die Schließteile können einfache, kompakte Körper von geeigneter Form sein. Der Durchtrittsquerschnitt im Bereich des

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Ventilsitzes und entsprechend die Schließteile lassen sich auch mit verhältnismäßig kleinen Durchmessern ausbilden, so daß sich äußerst kleine Durchtrittsquerschnitte zuverlässig und genau einstellen lassen. Durch' die Wahl des entsprechenden Durchtrittsquerschnitts und der Zahl der Stufen ist ohne Schwierigkeiten eine Anpassung an den jeweils zu drosselnden Druckbereich möglich.

Von besonderem Vorteil ist es ferner, daß die Herstellung des nach der Erfindung ausgebildeten Ventils einen sehr geringen Aufwand erfordert. Die Sitzscheiben und Schließteile sind jeweils gleich. Das Ventil läßt sich in einfacher Weise nach dem Baukastenprinzip zusammensetzen. Die Sitzscheiben und Schließteile lassen sich ohne Schwierigkeiten mit kleinsten Toleranzen herstellen.

Das Ventil ist sowohl für flüssige als auch für gasförmige Medien geeignet und kann immer dann eingesetzt werden, wenn verhältnismäßig kleine Durchsatzmengen über einen verhältnismäßig großen Dmickbereich im Druck zu reduzieren sind. Es ist aber auch denkbar, das Ventil als Schließventil, als Dosierventil oder für andere Anwendunger auszubilden.

Die Schließteile lassen sich vorteilhaft kugelförmig, kegelstumpfformig oder tonnenförsiig ausbilden. Diese Formen entsprechen denjenigen der für die Herstellung von Wälzlagern bekannten Elemente. Entsprechend kann die Herstellung der Schließteile eines nach, der Erfindung ausgebildeten Ventils in ahnlicher Weise erfolgen wie die Herstellung derartiger Wälzlagerelemente.

Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben, von denen eine darin besteht, daß die jeweils verschiebbaren Schließteile oder Sitzscheiben durch den Druck der aas Ventil durchsetzenden

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Strömung in eine durch einen verstellbaren Anschlag begrenzte und der Offenstellung des Ventil entsprechende Endstellung bewegbar sind.

Bei Druckbeaufschlagung werden also die Schließteile vonihrer Ausgangsstellung im engsten Durchtrittsguerschnitt aus in diejenige Endstellung gebracht, die durch den Anschlag vorgegeben ist und in der der Durchtrittsquerschnitt die gewünschte Größe hat. Die Ausgangsstellung braucht jedoch nicht unbedingt einer Schließstellung des Ventils zu entsprechen, was später noch erläutert wird.

Der zur Begrenzung des Öffnungshubes dienetnde Anschlag kann mit einer am Ventilgehäuse geführten Gewindespindel verbunden oder durch diese gebildet sein. Die Gewindespindel ermöglicht eine besonders feine Einstellung der Anschlaghöhe und damit auch des DurchtrittsquerSchnitts. Es ist aber insbesondere auch bei einer Verwendung des Ventils als Dosierventil denkbar, daß der Anschlag durch einen Stößel gebildet ist. An diesem kann zum Beispiel ein Antriebselement, zum Beispiel eine Nockenscheibe angreifen, über die sich das Ventil in beliebiger Weise steuern läßt. Die Gewindespindel oder der Stößel können erfindungsgemäß mit einem äußeren Ansatz versehen sein, der in der maximalen Ofi'enstellung des Ventils an einem feststehenden Gehäuseteil zur Anlage kommt. Dieser Ansatz kann sowohl als Begrenzung des Haximalhubes als auch dazu dienen, die Gewindespindel oder den Stößel gegen unbeabsichtigtes Herausnehmen zu sichern.

Ferner ist es erfindungsgemäß denkbar, daß die Sitzscheiben in eine Hülse eingesetzt sind und daß die Hülse in der Wandung eines Druckbehälters auswechselbar angeordnet ist» Die Hülse dient also nur dem konstruktiven Zusammenhalt

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der einzelnen Teile des Ventils, während die Wandung des Druckbehälters entweder die Wandung des Ventilgehäuses selbst oder aber auch die Wandung eines größeren Druckgefäßes sein kann.

Für die Verwendung des Ventils als Drosselventil ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die die Durchgangsöffnung begrenzende und den Ventilsitz bildende Innenwandung einer Sitzscheibe mit um den umfang verlaufenden Rillen versehen ist. Beim Drosseln einer Strömung bewirken diese Rillen einen besondershäufigen und schnellen Wechsel von Druck und Geschwindigkeit des jeweils hindurchströmenden Mediums. Hierdurch wird die Drosselwirkung in beachtlichem Maße verbessert. Die Herstellung der Rillen ist besonders einfach, wenn diese durch ein in die Innenwandung eingeschnittenes Gewinde gebildet sind, dessen Spitzen abgeschliffen sind.

Die den Ventilsitz jeweils bildende und die Durchtrittsöffnung einer Sitzscheibe begrenzende Innenwandung läßt sich mit einer verhält-nismäßig geringen Konizität ausbilden. Dies kommt der Feineinstellung zugute, denn die je Millimeter Schließteilhub bewirkte Änderung des Durchtrittsguerschnittes ist entsprechend klein. Die den Ventilsitz bildende Innenwandung einer Sitzscheibe kann vorteilhaft gegenüber der Mittelachse ihrer Durchgangsöffnung unter einem Winkel von 1° bis 5° geneigt verlaufen. Bei Verwendung von kegelstumpfförmigen Schließteilen kann jedoch häufig ein etwas größerer Neigungswinkel zweckmäßig sein, insbesondere dann, wenn das Ventil auch als Schließventil arbeiten soll.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Durchgangsöffnungen etwa auf halber Höhe der

Sitzscheibe ihren kleinsten Querschnitt haben und daß der Schließteil jeweils zu beiden Seiten dieses Querschnitts hin verschiebbar ist.

Bei den meisten der in Betracht kommenden Ausführungsformen wird sich der kleinste Querschnitt auf etwa halber Höhe der Sitzseheibe befinden. Dies gilt besonders, wenn der Schließteil eine der hier genannten besonders geeigneten Formen hat. Wenn dann gleichzeitig der Schließteil so ausgebildet ist, daß er zu beiden Seiten des kleinsten Querschnittes hin verschiebbar ist, kann das Ventil wahlweise in der einen oder der anderen Richtung durchströmt werden. Bei der hier vorgeschlagenen Ausbildung der Ventilsitze wird meist ein kegelstumpfförmiger Schließteil hierfür nicht in Betracht kommen.

Wenn das Ventil wahlweise von der einen oder anderen Seite durchströmt werden soll, wird man die beweglichen Elemente des Ventils nicht nur in der einen axialen Richtung, sondern in beiden axialen Richtungen in der jeweiligen Endstellung durch einen Anschlag abstützen müssen. Alternativ ist es aber auch denkbar, daß die Schließteile durch zu beiden Seiten ohne axiales Spiel angreifende Anschläge bewegbar sind. Diese Ausführungsform kann gewählt werden unabhängig davon, ob das Ventil nur in einer oder abwechselnd in beiden Richtungen durchströmt werden soll.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Ventils mit kegelstumpfförmigen Schließteilen;

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Figur 2 einen Teil eines Ventils im Längsschnitt mit tonnenförmigen Scnließteilen;

Figur 3 einen Längsschnitt durch ein Ventilmit kugelförmigen Schließteilen, die zu beiden Seiten gehalten und geführt sind;

Figur 4 in ^^rgrößertem Maßstab einen

Längsschnitt durch eine Sitzscheibe mit kugelförmigem Schließteil für einseitige Druckbeaufschlagung;

Figur 5 einen Längsschnitt durch eine Sitzscheibe mit kugelförmigen Schließteil für zweiseitige Druckbeaufschlagung.

Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß das Ventil in eine Wandung 10 eingesetzt ist, die Bestandteil feines Ventilgehäuses oder eines anderen Druckgefäßes sein kann. Als Einsatzteil dient eine Hülse 11, die mit einer Querbohrung 12 versehen ist. Diese mündet in eine Auslaßleitung 13.

Bei der Ausführungsform nach Figur 1 wird die Hülse 11 an der einen Seite von einer Gewindespindel 14 durchsetzt, deren oberes Ende mit vier in einem Winkelabstand von jeweils 90° über den Umfang verteilt angeordneten Ausparungen 15 versehen ist. In diese können Raststifte 16 eines drehbaren Schraubkopfes 17 eingreifen, so daß die Gewindespindel 14 auf diese Weise gedreht werden kann und ihr Gewinde zusammen mit einem Innengewinde 18 in der Hülse 11 für den entsprechenden Vorschub sorgt. Zur Abdichtung der Hülse 11 gegenüber der Gewindespindel 14 und gegenüber der Wandung 10 dienen Ringdichtungen 19 und 20,

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Von dem gegenüberliegenden Ende der Hülse 11 sind mehrere Sitzscheiben 21 in diese eingesetzt, die jeweils mittels einer weiteren Ringdichtung 22 gegenüber der Innenwandung der Hülse 11 abgedichtet sind. Zur Eingangsseite hin schließt an die unterste Sitzscheibe 21 ein Einsatzteil 23 an, das einen Filter 24 enthält und mittels eines Außengewindes mit einem an dieser Stelle vorgesehenen Innengewinde der Hülse 11 versehraubt werden kann. Das Einsatzteil 23 ist mit Bohrungen 25 versehen, durch die das dem Ventil über eine Eingangsleitung 26 zugeführte Medium hindurchtreten kann.

Die Sitzscheiben 21 haben jeweils eine innere Durchtrittsöffnung 27. Die diese begrenzende Innenwandung der Sitzscheibe 21 verjüngt sich von den äußeren Stirnflächen der Sitzscheibe 21 aus zur Mitte hin konisch, so daß sich der engste Querschnitt etwa auf halber Höhe der Sitzscheibe 21 befindet. Jede Sitzscheibe 21 umgibt einen Schließteil 28, der kegelstumpfförmig ist und dieselbe Höhe hat wie die Sitzscheibe Der ausgangsseitige Teil der Innenwandung einer Sitzscheibe 21 ist in seiner Neigung gegenüber der Mittelachse an die konische Form des Schließteils 28 angepaßt. Demgegenüber hat der eingangsseitige Teil der Innenwandung eine wesentlich stärkere Neigung gegenüber der Mittelachse, so daß der eingangsseitige Querschnitt einer Durchtrittsöffnung 27 einen größeren Außendurchmesser hat als der ausgangsseitige Querschnitt. Hierdurch entsteht an der Eingangsseite einer jeden Sitzscheibe 21 ein Ringraum, dessen Querschnitt größer ist als der Querschnitt der Durchtrittsöffnung 27 an der ausgangsseitigen Stirnfläche der benachbarten Sitzscheibe 21. Dieser Ringraum begünstigt insbesondere eine Drosselung der das Ventil durchsetztenden Strömung.

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In der in Figur 1 gezeigten Stellung liegt das untere Ende der Gewindespindel 14 an dem ihr benachbarten Schließteil 28 an. Das Ventil ist geschlossen. Durch Betätigen der Gewindespindel 14 kann der jeweils gewünschte Hub der Schließteile 28, durch den die Größe des Durchtrittsquerschnitts bestimmt wird, vorgegeben werden. Durch die Druckbeaufschlagung heben sich die Schließteile 28 an, so daß das jeweilige Medium die Sitzscheiben 21 durchströmen und zu der Auslaßleitung 13 gelangen kann. Ist das Ventil zum Beispiel mit Dampf von hohem Druck beaufschlagt, so wird sich der Druck beim Durchsetzen des Ventils stufenweise bis auf den gewünschten Wert abbauen.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 finden Sitzscheiben 29 Anwendung, deren Durchtrittsöffnung 30 von der Eingangsseite aus bis etwa zur halben Höhe einen gleichbleibenden Querschnitt hat und sich von dort aus in Richtung auf die Ausgangsseite leicht konisch in einem Winkel von etwa 2° bis 2,5° erweitert. Die Sitzscheiben 29 umgeben tonnenförmige Schließteile 31, die dieselbe Höhe haben wie die Sitzscheiben 29. Alle übrigen Ausführungsmerkmale stimmen mit der Ausführungsform nach Figur 2 überein.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind in dieHülse 11 die im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Figur 2 bereits beschriebenen Sitzscheiben 29 eingesetzt, deren Durchtrittsöffnung 3O von der Eingangsseite aus etwa bis zur halben Höhe gleich ist und sich dann zur Ausgangsseite hin leicht konisch erweitert. Dies ist im übrigen in Figur 4 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Es werden jetzt kugelförmige Schließteile 32 verwendet, deren Durchmesser der Höhe einer Sitzscheibe 29 entspricht.

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Die Hülse 11 hat eine zweite Querbohrung 33, in die eine Eingangsleitung 34 mündet. Zu beiden Seiten der Schließteile 32 greift jetzt anstelle einer Gewindespindel jeweils ein Stößel 35 an, der in der Hülse 11 verschiebbar gehalten und geführt ist. Die Stößel 35 treten an den Stirnseiten der Hülse 11 heraus, so daß dort jeweils eine Nockenscheibe 36 angreifen kann. Diese können in beliebiger Weise synchron gesteuert werden, was hier im einzelnen nicht dargestellt ist. Der Durchmesser der Schließteile 32 ist auf den Durchmesser des kleinsten Querschnitts der Durchtrittsöffnungen 30 mit möglichst geringer Toleranz so abgestimmt, daß die Schließteile 32 auch durch den engsten Querschnitt der Durchtrittsöffnungen 3O hindurchpassen.

Die Stößel 35 haben jeweils einen äußeren Ringansatz 37, der durch Anschlag an einer innerhalb der Hülse 11 befindlichen Ringschulter 38 den maximalen Hub der Schließteile 32 begrenzt und gleichzeitig ein weiteres Verschieben der Stößel 35 nach außen hin verhindert. Im übrigen ist zu demselben Zweck auch die Gewindespindel 14 der Ausführungsform nach Figur 1 mit einem Ringansatz 37 versehen.

Die Ausführungsform nach Figur 3 läßt sich gegebenenfalls auch dahingehend abwandeln, daß das Medium in entgegengesetzter Richtung durch das Ventil geführt wird. In diesem Fall erfolgt das Verschieben der Schließteile 32 in die Offenstellung des Ventils entgegen dem Strömungsdruck.

Es ist aber alternativ auch denkbar, Sitzscheiben 39 zu verwenden, die sich von dem engsten Querschnitt ihrer Durchtrittsöffnung 4O in etwa halber Höhe der Sitzscheibe 39 aus in beiden Richtungenleicht konisch erweitern.

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Derartige Sitzscheiben 39 sind in Figur 5 dargestellt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Schließteile 32 aus ihrer dargestellten Lage heraus je nach Bedarf in die eine oder die andere Richtung verschoben werden können und den jeweils gewünschten Durchtritts·* querschnitt freigeben. Die Schließteile 32 brauchen dann bei Verschiebung in die Offenstellung des Ventils nicht gegen die Wirkung des Strömungsdruck bewegt zu werden.

Die in Figur 5 dargestellte Sitzscheibe 39 ist an der Innenwandung ihrer Durchtrittsöffnung 40 mit Rillen 41 versehen. Zur Herstellung der Rillen 41 wurde zunächst ein entsprechendes Innengewinde eingeschnitten, das anschließend entsprechend der von der Mitte ausgehenden konischen erweitert nach außen hin abgeschliffen wurde.

Zusammen mit den Sitzscheiben 39 können alternativ auch tonnenförmige Schließteile 31 verwendet werden.

Claims

Ansprache

1'. Ventil mit einem Ventilgehäuse und mit mehreren in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Ventilsitzen", die jeweils eine mittlere

. Durchgangsöffnung bilden und denen jeweils ein in die Durchgangsöffnung eingreifender", relativ zu dem jeweiligen Ventilsitz beweglicher Sehließteil zugeordnet

ist,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aneinander gesetzte Sitzscheiben (21, 29, 39) von zumindest angenähert gleicher Querschnittsform und Höhe vorgesehen sind, die in ihren Durchgangsöffnungen (27, 30, UO) aneinanderliegende Schließteile (28, 31, 32) von jeweils einer der Höhe einer Sitzscheibe (21, 29, 39) entsprechenden Höhe aufweisen, wobei die Schließteile (28', 31, 3D und Sitzscheiben (21, 29, 39) relativ zueinander verschiebbar aneinandergesetzt sind*

2. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein verstellbarer Anschlag (14, 35) vorgesehen ist, der entsprechend der Offenstellung des Ventils eine Endstellung für die durch den Druck der das Ventil durchsetzenden Strömung jeweils verschiebbaren Schließteile (28", 31, 32) oder Sitzscheiben begrenzt:

3. Ventil nach Anspruch 2",

adurch gekennzeichnet, daÄ der

Anschlag mit einer Gewindespindel (14) verbunden oder durch diese gebildet ist!

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der

Ansehlag durch einen Stößel (35) gebildet istl

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (14) oder der Stößel (35) mit einem äußeren Ansatz (37) versehen sind, der in der maximalen Offenstellung des Ventils an einem feststehenden Gehäuseteil (38) zur Anlage kommt1

6'. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzscheiben (21, 29", 39) in eine Hülse (11) eingesetzt sind und daß die Hülse (11) in der Wandung (10) eines Druckbehälters oder des Ventilgehäuses auswechselbar angeordnet ist.

7. Ventil nach -einem der ovrherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Durchgangsöffnung (40) begrenzende und den Ventilsitz bildende Innenwandung einer Sitzscheibe (39) mit um den Umfang verlaufenden Rillen (HD versehen istl

Q'. Ventil nach Anspruch 7»

dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (41) durch ein. in dia Innenwandung eingeschnittenes Gewinde gebildet sind, dessen Spitzen abgeschliffen sind.

9. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die

Schließteile (28, 31, 32) kugelförmig, kegelstumpfförmig

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oder tonnenförmig sindI

1Oi Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilsitz bildende Innenwandung einer Sitzscheibe (21, 29, 39) gegenüber der Mittelachse ihrer Durchgangsöffnung (27, 30, UO) unter einem Winkel von 1° bis 5° geneigt verläuft!

11* Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (40) etwa auf halber Höhe der Sitzscheibe (39) ihren kleinsten Querschnitt haben, derart, daß der Schließteil (31, 32) zu beiden Seiten dieses Querschnitts hin verschiebbar ist!

12. Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten ohne axiales Spiel angreifende Anschläge

(35) zur Bewegung der Schließteile (32) vorgesehen sind!

13. Ventil nach.Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Querschnitt der Druchtrittsöffnung (27) einer Sitzscheibe (21). größer ist als der ausgangsseitige Querschnitt.