DE8715391U1

DE8715391U1 - Stellventil

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Publication number: DE8715391U1
Application number: DE8715391U
Authority: DE
Original assignee: Mapa Electronic 2890 Nordenham De GmbH
Current assignee: Mapa Electronic 2890 Nordenham De GmbH
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1988-04-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellventil, mit einem Gehäuse, einem Ventilsitz in dem Gehäuse, einem

&Ogr;&Lgr;&KHgr;&agr;&iacgr;&Egr;&Igr;&Igr; OUSLXUIIinauaj cnjuiuauii) einem beweglich gelagerten Ventilkörper, der bei Anlage an den Ventilsitz das Ventil schließt und beim Abheben vom Ventilsitz das Ventil öffnet, und mit Steuermitteln zum Verstellen des Ventil-* körpers.

Derartige Stellventile sind in vielseitiger Ausgestaltung bekannt und dienen zur Steuerung der durch das Ventil hindurchströmenden Fluidmenge.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stellventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auch grosse Durchflussmengen und/oder unter hohen Drücken stehende Fluide mit geringen Stellkräften wirksam gesteuert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Zuströmkanal von einer Querwand begrenzt ist, die den Ventilsitz trägt, dass der Ventilkörper eine beidseitig offene Hülse enthält, die im Zuströmkanal gegen dessen Innenwand abgedichtet axial verschiebbar gelagert ist und väem Ventilsitz benachbart eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Schließkante besitzt, und dass der Abströmkanal stromaufseitig vom Ventilsitz radial aus dem Zvströmkanal abzweigt.

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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der Vehtilkörper als offene Hülse ausgebildet ist, deren eine Umfangskante als Schließkante ausgebildet ist und mit einem ebenen Ventil zusammenwirkt, so dass zum öffnen des Ventils - neben den unvermeidlichen Reibungsverlusten - nur eine Kraft

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vergleichsweise kleinen Schließfläche ist, mit welcher die Schließkante den Ventilsitz berührt.

Besonders bevorzugt ist die Schließkante der als Ventilkörper dienenden Hülse, die mit ihrer Aussenflache im Zuströmkanal gleitend gelagert ist, zur Innenfläche hin angefäst, wodurch die Schließkante fcchneidenförmig ausläuft und den Ventilsitz dadurch nur noch mit einer besonders geringen Schließfläche berührt. Die zum öffnen des Ventils benötigte Stelikraft, welche proportional zu der Schließfläche und dem im Fluid herrschenden Druck ist, wird auf diese Keise noch weiter verringert.

Die Steuermittel zum öffnen und Schließen des Ventils, d.h. zum Verstelisn der Hülse, enthalten besonders bevorzugt eine Steuernut auf der Aussenflache &agr; r ¹IUlSe sowie eine die Steuernut freilegende radiale Bohrung in dem Gehäuse. Vorgesehen ist ferner eine in der Raäialbohrung drehbar gelagerte Antriebswelle, die von einem Stellmotor ausserhaib des Gehäuses antreibbar ist. Die Antriebswelle besitzt einen zur Hülse hin gerichteten Exzenterstif\ , welcher zur Achse der Antriebswelle eine &Eacgr;&&lgr; ■ ..iizität e besitzt und in die Steuernut hineinragt und bei seiner Kreisbewegung diese axial verstellt.

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Derartig ausgebildete Steuer- oder Antriebsmittel _m ermöglichen eine besonders genaue und einfache Verstellung der Hülse unter Verwendung lediglich eines entsprechend untersetzten Stellmotors.

Besonders bevorzugt besitzt die Steuernut von der Schließkante der Hülse einen Abstand a, und die Achse der radial eingesetzten Antriebswelle besitzt einen Abstand b von der Ebene des Ventilsitzes. Die Exzentrizität e des Exzenterstiftes zur Achse der Antriebswelle ist so bemessen, dass die Bedingung e + a ->4b gilt. Bei dieser Anordnung von Hülse, Steuernut, Antriebswelle sowie Exzenterstift wird die Schließstellung der Hülse dann erreicht, wenn der Exzenterstift sich dem Ventilsitz am stärksten annähert. Bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle entfernt sich daher die Schließkante der Hülse anfänglich nur sehr langsam, mit wachsender Auslenkung dann schliesslich schneller vom Ventilsitz. Der Abstand der Schließkante vom Ventilsitz ist etwa proportional zu 1 - cos/' wobei f der Drehwinkel der Antriebswelle aus der Schließstellung heraus ist. Diese Stellcharskteristik führt dazu, dass beim öffnen des Ventils die Durchflussmenge etwa zeitproportional anwächst, wenn die Antriebswelle mit etwa konstanter Drehgeschwindigkeit angetrieben wird, so dass mit einfachen Mitteln eine etwa lineare Funktion zwischen Stellwinkel der Antriebswelle und pro Zeiteinheit durchfliessende Durchflussmenge hergestellt ist.

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Besonders bevorzugt ist der Zuströmkanal als eine zentrale erste Bohrung ausgebildet, die axial in dem vorzugsweise als Rohrabschnitt ausgebildeten Gehäuse verläuft. Der Abströmkanal ist - nach seiner radialen Abzweigung vom Zuströmkanal - axial an der den Ventilsitz tragenden Querwand vorbeigeführt: und mündet in eine axiale zweite Bohrung, die abströmseitig zentral aus dem Gehäuse austritt.

Bevorzugt ist auf der Querwand zumindest im Bereich des Ventilsitzes ein Dichtungsbelag angeordnet, damit das Ventil zuverlässig geschlossen wird, wenn die Schließkante den Ventilsitz erreicht. Der Abströmkanal lässt sich in mehrere Teilkanäle unterteilen, die bevorzugt gleichmässig verteilt radial vom Umfang des Zuströmkanals abzweigen und in der zweiten Bohrung münden.

Um die Abhängigkeit der Durchflussmenge vom Stellwinkel der Antriebswelle zu beeinflussen und noch besser zu linearisieren/ ist bevorzugt ein Stromlei tkörper auf der Querwand angeordnet, der in den Zuströmkanal hineinragt und sich zu seinem freien Ende hin verjüngt.

Der Stellmotor, welcher die Antriebswelle antreibt, sitzt bevorzugt in dem Querüweig einer aus Transistoren bectehenden Brückenschaltung, wobei diagonal einander gegenüberliegende Transistoren mit ihren Basisanschlüssen an jeweils einem Steuerzweig anliegen, der einen Schalter aufweist. Auf diese Meise ist es möglich, mit jeweils hur einem Schaltkontakt zur Steuerung des Motors ifi die eifte Dreh-

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richtung, und einem anderen Schaltkontakt zur Steuerung des Motors in die andere Drehrichtung zu arbeiten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der ERfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Stellventil;

icj. 2 eine Seitenansicht des Stellventils von der Abströmseite her gesehen;

Fig. 3 eine Aufsicht auf das Stellventil gr-mäss Fig. 1 ohne die Antriebswelle für die Hülse; und

Fig. 4 eine Steuerschaltung für den Stellmotor zum Antreiben der Hülse.

In den Flg. 1 bis 3 sind verschiedene Ansichten eines Stellventils dargestellt. Ein Gehäuse 2 besitzt die Form eines Rohrabschnittes mit einer ersten und zweiten Stirnfläche 3a und 3b senkrecht zur zentralen Achse 1. Von der ersten Stirnfläche 3a ist eine erste zentrale Bohrung eingearbeitet, welche einen Zuströmkanal 4 bildet» Von deif zweiten Stirnfläche 3b her ist eine zweite zentrale Bohrung eingearbeitet, welche Teil eines Abströmkanals ist.

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In dem Gehäuse 2 ist am stromabseitigen Ende des Zuströmkanals eine Querwand 30 angeordnet, die quer zur zentralen Achse 1 verläuft und den Ventilsitz 22 trägt. Im Zuströmkanal 4, und zwar an dessen Innenwand 5 anliegend, ist eine beidseitig offene Hülse 20 axial verschiebbar gelagert, die mittels zweier umlaufender Dichtungsringe 26 gegen die Innenwand 5 des Zuströmkanals 4 abge"ichtet ist und eii;an Ventilkörper darstellt. Die Hülse besitzt der Querwand 30 benachbart stirnseitig eine umlaufende Schließ?* ante 2 2, die beim Schliessen des Ventils gegen einen zuströmseitig angeordneten Dichtungsbelag 33 am entsprechend umlaufenden Ventilsitz 32 zur Anlage kommt. Um die zum Öffnen des Ventils notwendige Kraft auf ein gewünschtes Maß zu begrenzen, besitzt die Schließkante 2 2 der Hülse 20 zu ihrer Innenfläche 21 hin eine Innenfase 24, so dass die Schließkante 22 mit einer gegenüber der Wandstärke der Hülse wesentlich reduzierten Fläche auf der Querwand 30 zur Anlage kommt. Der Winkel, den die Innenfase gegen die Innenfläche 21 der Hülse 20 einschliesst, hat Einfluss auf die Funktion zwischen Durchflussmenge und Stellweg und beträgt z.B. 45°.

Auf dem zuströmseitigen Dichtungcbelag 33 der Querwand 30 ist ein Stromleitkörper 34 z.B. mittels einer Schraube 40 befestigt, der die Form eines Kegelstumpfes besitzt und sich mit zunehmendem Abstand von der Querwand 30 verjüngt. Der Durchmesser des zentralen Ftromlei'ckörpers 34 und die Neigung seiner AusSenfläche, d.h. der radiale Abetand zu der in Schließstellung befindlichen Hülse 20/ gehen ebenfalls in den Zuspjnmenhang zwischen

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Düföhflussmerige Und SteÜweg ein.

Der Abströmkanal 6 zweigt stromaufseitig von der Querwand 30 und dem Ventilsitz 32 mit mehreren radialen Kanalabschnitten 8 aus dem Zustromkanal 4 ab, die dann in axiale Kanalabschnitte 10 über-

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Wie insbesondere den Fig. 1 und 3 zu entnehmen ist, besitzt die Hülse 20 eine Stveuernut 28, die im Abstand a von der Schließkante 22 eine vorgegebene Länge auf dem Aüssenümfäng der Hülse 20 verläuft. Das Gehäuse 2 besitzt im Bereich der Steuernut 28 eine radiale Bohrung 7, in der eine mittels eines Stellmotors antreibbare Antriebswelle 50 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle weist zur Hülse hin einen Exzenterstift 54 auf, der radial in die Steuernut 28 hineinragt und gegenüber der Achse der Antriebswelle 50 eine Exzentrizität e besitzt. Die radiale Bohrung 7 ist so angeordnet, dass deren Achse, und damit auch die Achse 56 der Antriebswelle 50, von dem Ventilsitz 32 einen Abstand b aufweist. Bevorzugt ist der Abstand b so gewählt, dass die Bedingung e + a U b gilt, so dass die Hülse 20 ihre Schließstellung dann erreicht, wenn der Exzentefstiffc 54 sich auf seiner Kreisbahn dem Ventilsitz 32 am stärksten angenähert hat. Bei dieser Bemessung hebt die Schließkante 22 der Hülse 20 - bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 50 anfänglich sehr langsam vom Ventilsitz ab und entfernt sich dann mit zunehmendem Drehwinkel rascher vom Ventilsitz 32. Dadurch wird der bei zeitpropor-

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tionaier Verstellung der Hülse ansonsten auftretende überptoporfeibnäle Anstieg deir Durchflussmenge kompensiert/ und es ergibt sich näherungsweise eine lineare Abhängigkeit zwischen Durchflussmenge und der Verstellzeit, d.h. dem zurückgelegten Drehwinkel der Antriebswelle. Zur Beeinflussung des Zusammenhangs zwischen Durchflussmenge und Stellweg bzw. Drehwinkel lässt sich alternativ auch die Steuernut 28 auf dem Aussenumfang der Hülse 20 mit geeignetem Kurvenverlauf aufbringen.

Fig. 4 zeigt eine Steuerschaltung zum Betreiben des Stellmotors 60, der die Antriebswelle 50 antreibt. Der Stellmotor 60 ist vorzugsweise als Gleichstromgetriebemotor ausgebildet und liegt in dem Querzweig einer Brückenschaltung, die in einem Längszweig die Tranistorschaltungen Tl, T2 und in dem anderen Längszweig die Transistorschaltungen T3 und T4 enthält. Die Basisanechlüsse der Transistorschaltungen Tl und T2 sind über je einen Schalter Sl bzw. S2 aussteuerbar und dadurch in den leitenden bzw. nicht leitenten Zustand schaltbar. Die Basisanschlüsse der Transistorschaltungen T3 und T4 liegen über gegensinnige Zenerdioden am ersten Längszweig zwischen den Transistorschaltungen Tl und T2, Bei Betätigung des Schalters Sl geht zusätzlich zu der Transistorschaltung Tl Tuch noch die diagonal hierzu liegende Transistorschaltung T4 in den leitenden Zustand über, wodurch der Motor 60 im Querzweig der Brückenschaltung Strom Il in der einen Flußrichtung erhält. Wird dagegen der Schalter S2 betätigt, so geht neben der Transitorschaltung T2 auch noch die diagonal hierzu liegende Transistorschaltung T3 in den leitenden Zustand über, während Tl und T4 sperren, und der Motor im Querzweig der Brückenschaltung erhält Strom 12 in

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der anderen Richtung, wodurch sich die Drehrichtung umkehrt. Auf diese Weise wird eine Ansteuerung des Stell-* motors 60 realisiert, die ohne Relais mit nur zwei Schaltern Sl und S2 arbeitet und eigensicher, insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar ist.

Anstelle der in den Fig. i bis 3 dargestellten Äusführungsform, bei welcher ein Exzenterstift in die Steuerung hineinragt Und mittels eines Stellmotors 60 a.ntreibbär ist, läßt sich auch eine entsprechend axial Ausgerichtete Steuernut auf der Außenfläche der Hülse 20 anbringen, die mit einem stationären, z.B. gehäusefesten Steuerstift zusammenwirkt. Zur Erzielung der Hubbewegung der Hülse 20 wird dann die Hülse 20 mittels eines Stellmotors in eine Drehbewegung versetzt, wodurch die Steuernut am Steuerstift vorbeigleitet und dadurch eine axiale Bewegung der Hülse hervorruft.

Claims

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Patentanwälte · European PaientAitomeys

Unser Zeichen: M 13 53

Anmelder/InL: MAPA Electronic GmbH .

Patentanwälte

Aktenzeichen: Neuanmeldung DipL-Ing. Günther Eisenfuhr

Dipl.-Ing. Dieter K. Speiser Dr.-Ing. Werner W. Rabus

Datum- 19. November 1987 BjykH#3DeitfJü»s»si«£

Dipl.-Ing. Jürgen Brügge

Dipl.-Chem.

Dr. Walter Maiwald

MAPA Electronic GmbH, Rahdener Str. 125, 2890 Nordenham Stellventil

Ansprüche

1. Stellventil, mit einem Gehäuse, einem Ventilsitz in dem Gehäuse, einem axialen Zustromkanal stromaufseitig vom Ventilsitz, einem Abströmkanal stromabseitig vom Ventilsitz, einem beweglich gelagerten Ventilkörper, der bei Anlage an den Ventilsitz das Ventil schließt und beim Abheben vom Ventilsitz das Ventil öffnet, und mit Steüermitteln zum Verstellen des Ventilkörpers dadurch gekennzeichnet, daß der zustromkanal (4) von einer Querwand (30) begrenzt ist, die den Ventilsitz (32) trägt, daß der Ventilkörper eine beidseitig offene Hülse (20) enthält, die im zustromkanal (4)

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Mirtinlitraße 24 Telefon., &ldquor;., , Tikqöpjjpref,, ,Telex DäteX'P

D-2iOO Bremen 1 0421-42^SO₁H ". OJUI-326134 'j244020fepatci 44421040311

gegen dessen Innenwand (5) abgedichtet axial verschiebbar gelagert ist und dem Ventilsitz (32) benachbart eine mit dem Ventilsitz (32) zusammenwirkende Schließkante (22) besitzt, und daß der Abströmkanal (6) stromaufseitig vom Ventilsitz (32) radial aus dem zuströmkanal (4) abzweigt.

2. Stellventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schließk£&ldquor;ce (22) der

-i Hülse (20) iLur Innenfläche (21) hin eine Innenfase

j (24) besitzt.

3. Stellventil nach Anspruch 2,

'■< dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfase einen Win-

kel zwischen etwa 20° und 60° zur innenflache (21)

besitzt.

4. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, ' dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (20) mindestens

eine Steuernut (28) auf ihrer Außenfläche besitzt, ', und daß das Gehäuse (2) die Steuernut(en) (28) frei-

legende radiale Bohrüng(en) (7) aufweist.

5. Stollventil nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bohrung(en) (7) je ein Steuerstift in die Steuernut (28) hineingreift und mittels eines Stellmotors (60) längs einer vorgegebenen Bewegungsbahn antreibbar i«st.

6. Stellventil nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (7) eine mittels eines Stellmotors (60) antreibbare Antriebswelle (50) drehbar gelagert ist, welche einen Exzenterstiffc (54) trägt/ der in die SfceUetnut (28) hineinuagt und die Hülse bei einer Kreisbewegung des ExzenteKstiftes (58) axial Verstellt.

I* Steliventii nach Anspruch 4/
dadurch gekennzeichnet, daß die SteUernUfe(en) (28) eine Komponente in axialer Richtung besitzen/ daß ein stationärer Steueistift in die Steuernut(en) (28) hineinragt/ Und daß die Hülse (20) zur Verwirklichung einer axialen Hubbewegung mittels eines Stellmotors (60) antreibbar ist.

8. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet/ daß die Steuernut (28) von der Schließkante (22) der Hülse (20) einen vorgegebenen Abstand a besitzt/ daß die Achse (56) der in der radialen Bohrung (7) gelagerten Antriebswelle (50) einen vorgegebenen Abstand b von der Ebene des Ventilsitzes (32) aufweist/ und daß die Exzentrizität e des Exzenterstifts (54) zur Achse (56) der Antriebswelle (50) der Bedingung e + a * b genügt.

9. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuströmkanal (4) als eine zentrale erste Bohrung ausgebildet ist, und daß | der Abströmkanal (6) axial an der den Ventilsitz (32) tragenden Querwand (30) vorbeigeführt ist und in eine axiale zentrale zweite Bohrung (9) mündet.

10. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß auf der Querwand (30) der Schließkante (22) benachbart ein Dichtungsbelag (33) angeordnet ist.

11. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmkanal in meh-

t, rere Teilkanäle unterteilt ist, die in vorgegebenem

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Abstand Voneinander stromaufwärts vom Ventilsitz (32) in den ZustrÖrnkanal (4) münden/ axial an der Querwand (30) vorbeigeführfc sind und in die zweite Bohrung (9) münden«

12. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß auf der Querwand (30) zuströmseitig ein zentraler Strömleitköfper (34) angeordnet ist und sich in den ZustrÖmkanal (4) hineinerstreckt.

13. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche* dadurch gekennzeichnet^ daß der Sfcromleitkörpeif (34) die Form eines Kegelstumpfes bildet, der sich mit zunehmendem Abstand von der Querwand (30) verjüngt*

14. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (60), welcher die Antriebswelle (50) antreibt, ein Gleichßtromgetriebemotor ist, der in dem Querzweig einer aus Transistoren (Tl, T2, T3, T4) bestehenden Brüekenschaltung angeordnet ist.

15. Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) zwei parallele Stirnflächen (3a_# 3b) quer zur ersten und zweiten zentralen Bohrung (4_f 9) besitzt_e