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Regelventil mit kolbenentlastetem Einsitzventilkegel Die Erfindung
bezieht sich auf ein Regelventil für strömende Medien, dessen Einsatzventilkegel
durch einen mit letzterem verbundenen Kolben entlastet ist. Hei diesen Ventilen
lastet der Vordruck auf dem Ventilkegel, solange dieser den Ventildurchgang abschließt,
während die Entlastung b°i der Eröffnung durch ein kleines, bei der in Rede stehenden
Ventilgattung unmittelbar mit dem Hauptventil verbundenes Umführungsventil oder
Hilfssteuerventil erfolgt. Der Vordruck dagegen wird bei den bekannten Kolbeneinsitzventilen
dieser Art durch den Radialispalt zwischen dem Kolben und dessen Zylinder in den
Raum hinter dem Kolben ül>ei-tragen.
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Damit bei Ventilabschluß der Vordruck unverzüglich auf den Kolben
wirkt, um den Ventilkegel fest auf seinen Sitz zu pressen, ist ein verhältnismäßig
großes radiales Spiel zwischen <lern Kolben und dem Führungszylinder erforderlich.
Diese hat bei den bekannten Einrichtungen den Nachteil, daß auch bei vollständiger
öffnung des Hilfsventils in dem Zylinderraum hinter dem Kolben niemals der gleiche
Druck wie auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptventilkegels herrscht, weil
durch den erwähnten Spalt zwischen Kolben und Zylinder ständig Flüssigkeit oder
Gas höheren Druckes in den Zylinderraum nachströmt. Infolgedessen ist ein derartiges
Ventil keineswegs vollständig entlastet, und die Ventilstange muß die Druckdifferenz
am Hauptventilkegel durch einen zusätzlichen Kräfteaufwand überwinden.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen wobei
gattungsmäßig ebenfalls von einem Kolbeneinsitzventil ausgegangen wird, mit welchem
ein besonderes Hilfssteuerventil verbunden ist.
Die Erfindung besteht
nun im wesentlichen darin, das das Hilfssteuerventil als Zweiwegeventil ausgebildet
ist, dessen Gehäuse in dem Hauptventilkolbenkörper angeordnet und mit drei verschiedenen
Durchlässen versehen ist:- Eurer dieser Durchlässe führt aus dem Gehäuseinnenraum
des Zweiwegeventils in den Zylinderraum des Hauptventilkolben. körpers und ist ständig
geöffnet, während die beiden weiteren aus dem Gehäuseinnenraum einerseits in den
Vordruckraum und andererseits in den Minderdruckraum des Hauptventils führenden
Durchlässe durch einen von der Ventilstange gesteuerten Hilfsventilverschlußkörper
alternativ geöffnet bzw. geschlossen werden.
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Bei geschlossenem Hauptventil wird der in den Minderdruckraum führende
Durchlas abgesperrt und der in den Vordruckraum führende Durchlas geöffnet, so das
der Vordruck durch letzteren in den Gehäuseinnenraum des Zweiwegeventils und weiter
durch den ständig offenen Durchlas in den Zylinderraum des Hauptventilkolbenkörpers
gelangt, wo er in voller Höhe als Dichtungsdruck des Hauptventilkegels wirksam ist.
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Bei der Eröffnung des Hauptventils dagegen wird zunächst der Hilfsventilverschlußkörper
von der Ventilstange angehoben, so das der aus dem Zweiwegehilfsventil in den Minderdruckraum
des Hauptventils führende Durchlas geöffnet und der in den Vordruckraum führende
Durchlas geschlossen wird. Dadurch kann sich der Druck in dem Zylinderraum hinter
dem Kolben durch den ständig offenen Durchlas, den Gehäuseinnenraum. des Zweiwegeventils
und den von dort in den Minderdruckraum des Hauptventils führenden Durchlas mit
dem Druck in diesem Minderdruckraum sofort ausgleichen, so das das Hauptventil vollständig
entlastet ist. Die Ventilstange kann dann den Hauptventilkegel leicht anheben und
in seiner geöffneten Stellung halten, ohne das hierbei eine Druckdifferenz, wie
bei den bisher bekannten Ventilen dieser Art, zu überwinden ist. Bei einem Regelventil,
welches durch Steuerimpulse irgendwelcher Art betätigt wird, ist eine solche leichte
Arbeit der Ventilstange von großer Bedeutung, weil dadurch die Impulskräfte und
Impulsorgane klein gehalten werden können, während gleichzeitig die Empfindlichkeit
und Regelgenauigkeit des Ventils gesteigert wird. Die Erfindung ermöglicht auf diese
Weise die Anwendung von Kolbeneinisitzventilen auch für Ventile mit größerer lichter
Weite, wohingegen die bisher bekannten Ventile der in Rede stehenden Art auf verhältnismäßig
kleine Ventilabmessungen beschränkt und dabei außerdem mit Mängeln behaftet waren.
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Der Ventilverschlußkörper des Zweiwegeventils kann in verschiedener
Weise, z. B. als Schieber, ausgebildet ,sein. Vorteilhaft besteht er jedoch aus
einem Doppelkegel, der mit zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen im Gehäuseinneren
des Zweiwegeventils zusammenarbeitet. Gegebenenfalls kann dieser Doppelkegel oder
son:sfige Ventilverschlußkörper unter der Wirkung einer Feder stehen, die ihn auf
den zum Minderdruckraum führenden Ventilsitz bzw. Durchlas zu drücken oder zu ziehen
sucht.
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Die Verbindung des kleinen Zweiwegeventils mit dem Hauptventilkolbenkörper
kann ebenfalls in verschiedener Weise ausgebildet und angeordnet sein. Zweckmäßig
werden die Ventilsitze und der Doppelkegel in der Mittelachse des Hauptventils angeordnet.
Der in den Minderdruckraum führende Durchlas kann hierbei einfach axial zu seinem
Ventilsitz durch den Boden des Hauptventilkolbenkörpers bzw. Hauptventilkegels hindurchgehen,
während der in den Vordruckraum führende Durchlag quer durch die Seitenwandung des
Hauptventilkolbenkörpers verläuft und in eine über dem zugehörigen Ventilsitz angeordnete
Vorkammer mündet.
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Wenn der Hauptventilkegel und der Entlastungskolben keinen unmittelbar
zusammenhängenden Körper bilden, sondern beispielsweise durch eine Kolbenstange
getrennt sind, erfolgt die Anordnung des Hilfszweiwegeventils in entsprechend abgeänderter
Form.
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Der Doppelkegel des Zweiwegeventils kann frei spielend mit dem Kopf
der Ventilstange zusammenarbeiten. Die Verbindung dieser beiden Teile kann aber
auch kraftschlüssig, starr oder unter Einschaltung eines elastischen Zwischengliedes,
hergestellt sein. Es muß nur dafür gesorgt sein, das die Ventilstange des Hauptventils
nach Öffnung des einen oder des anderen Durchlasses im Zweiwegeventil den Hauptventilkegel
von seinem Sitz abhebt bzw. seine Rückbewegung auf diesen Sitz gestattet.
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Die Ventilstange des Hauptventils betätigt also zweckmäßigerweise
sowohl das Zweiwegehilfssteuerventil als auch den Hauptventilkegel selbst. Die Bewegung
der Ventilstange kann in beliebiger, an sich bekannter Weise geschehen, z. B. mittels
eines membran- oder balgförmigen Arbeitskörpers, der auf Druck- oder Temperaturimpulse
ansprichf; so das das Ventil gemäß der Erfindung als Druck-oder Temperaturregelventil
wirkt. Es können aber auch magnetische, elektrische, mechanische oder sonstige Kräfte
zur Betätigung der Ventilstange verwendet werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigt die einzige Figur der Zeichnung im Schnitt ein schematisch
dargestelltes Regelventil für beliebige Verwendungszwecke.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht das Hauptventil aus einem Gehäuse
i, welches beispielsweise in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 2 von dem hinsichtlich
seines Flusses oder Zustandes zu regelnden Medium durchströmt wird. Eine Zwischenwand
3, in welche ein Hauptventilsitz q. eingebaut ist, trennt in dem Gehäuse i den Eintritts-oder
Vordruckraum 5 von dem Austritts- oder Minderdruckraum 6.
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Durch den Ventilgehäusehals 7 ragt von unten her eine Ventilstange
8 in das Gehäuse i. Die zur Betätigung dieser Ventilstange 8 dienende Einrichtung
ist in der Zeichnung nicht besonders dargestellt worden; sie besteht beispielsweise
aus einer druckbeaufschlagten
Steuermembran oder einem Arbeitsbalg
oder aus dem Arbeitskörper eines Thermo-@säten, aus einem Magnet oder einem sonstigen
Impulsgeber bzw. Antriebsmittel.
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Der Ventilsitz des Hauptventils arbeitet mit einem Haupventilkegel9
zusammen, der oberhalb seiner Kegelfläche als Hohlkolben io ausgebildet oder mit
einem solchen Kolben irgendwie vereinigt oder verbunden ist. Der Kolben io gleitet
in einem Führungszylinder i i, welcher am Hauptventilgehäuse i befestigt und oben
durch einen Deckel 12 dicht abgeschlossen ist. Auf diese Weise wird ein Zylinderraum
13 gebildet.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel bildet der Hauptventilkegel 9 mit (lern
Kolben io einen zusammcnhängenden Hauptventilkolbenkörper 14. In diesem Körper i4
ist erfindungsgemäß ein kleines Zweiwegeventil angeordnet, dessen Innenraum 15 mittels
drei verschiedenen Durchlässen 16, 17 und 18 mit den umgebenden Räumen in Verbindung
stehen kann. Der erste burchlaß 16 führt vom Innenraum 1,5 unmittelbar in den Zylinderraum
13 hinter <lern Boden des Hohlkolbens io und ist ständig offen. Der zweite Durchlaß
17 verläuft quer durch die Seitenwandung des Hauptventilkolbenkörpers i4 und mündet
einerseits in den Vordruckrauni _5 des Hauptventils, andererseits in eine Vorkammer
i9 des Zweiwegeventils, welche ihrers,eite durch die Öffnung eines Ventilsitzes
2o mit dein Innenraum 15 des Zweiwegeventils in Verbindung steht. Der dritte Durchlaß
18 schließlich ist durch den unteren Boden des Ventilkolbenkörpers 14 geführt und
mündet einerseits in den Minderdruckratim 6 des Hauptventils, andererseits über
einen Ventilsitz 21 in den Innenraum 15 des Zweiwegeventi ls.
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In dem Innenraum 15 des Zweiwegeventils ist ein axial verschiebbarer
Ventilverschlußdoppelkege122 angeordnet. Der Doppelkegel 22 bewegt sich derart mit
Spiel zwischen den beiden gegenüberliegenden Ventilsitzen 20 und 21, daß er in seiner
einen Endstellung den Ventilsitz 20 öffnet und den Ventilsitz 21 schließt, während
er in seiner anderen Endstellung den Ventilsitz 21 öffnet, dagegen den Ventilsitz
20 abschließt. Mit einem Ansatz 23 ragt der Doppelkegel 22 durch den Durchlaß 18
hindurch in den Ntinderdruckraum 6, während die Ventilstange 8 mit ihrem Kopfende
24 bis an den Ansatz 23 leerangeführt ist bzw. von letzterem in ihrer unteren Endstellung
nur durch einen mehr oder weniger geringen Zwischenraum getrennt ist.
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Die Unterbringung des kleinen Zweiwegeventils in oder an dem Hauptventilkolbenkörper
14 kann selbstverständlich auch in einer von der schematischen Darstellung der Zeichnung
abweichenden Art und Weise erfolgen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Regelventils ist folgende:
Bei der in der Zeichnung dargestellten Lage der Ventilteile befindet sich das Hauptventil
ebenso wie das Hilfssteuerventil in seiner Abschlußstellung. Hierbei kann der im
Vordruckraum 5 herrschende Vordruck über den DurchlaB 17, die Vorkammer 19, den
geöffneten Ventilsitz 2o, den Innenraum 15 des Zweiwegeventils und den Durchlaß
16 in den Zylinderraum 13 eindringen, wo er in voller Stärke auf den Hohlkolben
io wirkt und dadurch den Hauptventilkegel 9 fest auf seinen Sitz 4 drückt.
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Wird nun die Ventilstange 8 durch einen Regelimpuls nach oben verschoben,
so hebt sie den Doppelkegel 22 des Zweiwegeventils von seinem unteren Sitz 21 ab
und drückt ihn bei weiterem Vorschub auf den oberen Sitz 20. Dadurch wird der Durchlaß
17 abgesperrt, und der Vordruck kann nicht mehr länger in den Zylinderraum 13 eindringen.
Der in diesem Zylinderraum 13 herrschende Druck kann sich jetzt aber durch den Durchlaß
16, den Innenraum 15, den nunmehr offenen Ventilsitz 21 und den Durchlaß 18 mit
dem Minderdruck im Raum 6 ausgleichen, so daß vor und hinter dem Ventilkegel 9 bzw.
dem Ventilkolbenkörper 14 der gleiche Druck herrscht. Dadurch ist der Hauptventilkegel
vollständig entlastet und kann mit geringem Kraftaufwand verstellt werden. Dies
geschieht mit Hilfe der Ventilstange $, welche bei ihrem weiteren Vorschub über
den Doppelkegel den Ventilkolbenkörper 14 hochdrückt und damit den Kegel 9 von seinem
Sitz 4 abhebt. Das Hauptventil ist damit geöffnet.
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Beim Schließen des Hauptventils wird die Ventilstange 8 von ihrer
Verstellkraft nach unten bewegt. Dieser Bewegung folgt zunächst der Hauptventilkolbenkörper
14, bis sich dessen Kegel 9 auf den Hauptventilsitz 4 auflegt. Sodann, gegebenenfalls
aber auch schon vorher, folgt auch der Doppelkegel 22 der Ventilstange 8 und legt
sich auf seinen Sitz 21. Der Vordruck aus dem Raum 5 des Hauptventils kann nunmehr
wieder durch die Durchlässe 17 und 20 in den Zylinderraum 13 eintreten und, wie
oben beschrieben, den Hauptventilkolbenkörper mit dem Kegel 9 auf den Sitz 4 drücken.
Dieses Herabdrücken tritt auch dann ein, wenn der Hauptventilkolbenkörper 14 der
abwärts gehenden Ventilstange 8 nicht gleich folgt, weil dann auf jeden Fall der
Doppelkegel 22 durch Einwirkung der Strömung die geschilderte Bewegung ausführt
und dann der Vordruck im Zylinderraum 13 den Ventilkolbenkörper 14 mit Sicherheit
auf den Ventilsitz 4 schiebt.