WO2014183928A1

WO2014183928A1 - Ventilvorrichtung und ventilblock

Info

Publication number: WO2014183928A1
Application number: PCT/EP2014/057111
Authority: WO
Inventors: Martin Bender
Original assignee: Witt Gmbh & Co. Holding Und Handels-Kg
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-11-20
Also published as: DE102013008140A1

Abstract

Ventile zur Regelung von Gasmengen und zur Gasmischung, z. B. Nadelventile, sind meist aufwändig aufgebaut und dementsprechend nur auf kostenaufwändige Weise herstellbar. Alternativ zu Nadelventilen können Ventile eingesetzt werden, die einen vom Gas durchströmbaren, porösen Ventileinsatz aufweisen. Die Erfindung geht aus von einer Ventilvorrichtung (1) für einen Ventilblock (20) zum Einstellen eines Durchsatzes eines Gases, mit einem Ventilkörper (4); einer Einrichtung zum Positionieren des Ventilkörpers (4) entlang einer Mittenlängsachse (M) relativ zum Ventilblock (20) zum Einstellen des Durchsatzes; einem vom Gas durchströmbaren Ventileinsatz (6) aus einem porösen Material; einem von der Ventilvorrichtung (1) umgrenzten Innenvolumen (7) zum Leiten des Gases durch die Ventilvorrichtung (1). Die Erfindung schlägt vor, dass der Ventileinsatz (6) am Ventilkörper (4) fixiert ist und zusammen mit dem Ventilkörper (4) zum Einstellen des Durchsatzes positionierbar ist. Hierdurch kann eine einfach aufgebaute, robuste Ventilvorrichtung bereitgestellt werden. Die Erfindung betrifft ferner einen Ventilblock (20) zum Einstellen eines Durchsatzes eines Gases mittels einer solchen Ventilvorrichtung (1).

Description

Ventilvorrichtuna und Ventilblock Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung sowie einen Ventilblock.

Ventile zur Regelung von Gasmengen und zur Gasmischung werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, sei es z.B. im Laborbetrieb, bei der Gasanalytik, bei der Gasherstellung oder bei der Herstellung von z.B. Leuchtmitteln, Halbleitern oder Bildschirmen. Zur Regelung kleinster Gasmengen werden z.B. Nadelventile eingesetzt, die jedoch insbesondere aufgrund feinmechanischer Komponenten, z.B. einer Lagerung der Nadel mit zugehöriger Nadelhülse, kostenaufwändig in der Herstellung sind.

Die US 2009/0145609 A1 zeigt ein Ventil für eine selbstregulierende Durchflussregelung in Abhängigkeit von einer Viskosität des Fluids, wobei ein vom Fluid axial zu durchströmender Ventileinsatz aus einem porösen Material vorgesehen ist, dessen poröse Oberfläche zumindest teilweise durch einen geometrisch mit dem Ventileinsatz korrespondierenden Ventilkörper abgeschottet werden kann, indem entweder der Ventileinsatz oder der Ventilkörper relativ zu dem jeweils anderen Teil verlagert wird. Der Ventileinsatz oder der Ventilkörper kann für diesen Zweck federbelastet gelagert sein. Die Verlagerung kann mittels des Fluids selbst erfolgen, indem bei hoher Viskosität eine stärkere relative Verlagerung gegen die Federkraft und damit ein vollständigeres Freilegen der porösen Oberfläche erfolgt, oder indem die Position des Ventileinsatzes relativ zum Ventilkörper manuell eingestellt wird. Die US 3,693,659 A zeigt eine Ventileinrichtung mit einem ringförmigen Ventileinsatz aus einem porösen Material, welcher in der Ventileinrichtung ortsfest gelagert ist und in radialer Richtung von innen nach außen durchströmbar ist, wobei innerhalb der Ventileinrichtung ein relativ zum Ventileinsatz verlagerbarer Ventilkörper angeordnet ist, mittels welchem ein den Ventileinsatz durchströmender Gasdurchsatz einstellbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Dosieren von Gasen bereitzustellen, welche einfach aufgebaut ist bzw. welche auf einfache Weise zum Dosieren des Gases einstellbar ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn auch eine kostengünstige Bauform bzw. Herstellung der Vorrichtung sichergestellt werden kann, insbesondere mit einer geringen Anzahl einzelner Teile.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einen Ventilblock gemäß Anspruch 9 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht aus von einer Ventilvorrichtung für einen Ventilblock zum Einstellen eines Durchsatzes eines Gases, mit

einem Ventilkörper;

einer Einrichtung zum Positionieren des Ventilkörpers entlang einer Mittenlängsachse relativ zum Ventilblock zum Einstellen des Durchsatzes;

einem vom Gas durchströmbaren Ventileinsatz aus einem porösen

Material;

einem von der Ventilvorrichtung umgrenzten Innenvolumen zum Leiten des Gases durch die Ventilvorrichtung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Ventileinsatz am Ventilkörper fixiert ist und zusammen mit dem Ventilkörper zum Einstellen des Durchsatzes positionierbar ist. Hierdurch kann die Positionierung des Ventileinsatzes mittels des Ventilkörpers erfolgen und eine vom Gas durchströmbare Fläche des Ventileinsatzes kann variiert werden. Mit anderen Worten kann der Gasdurchsatz durch Variation der Größe einer durchströmbaren Fläche des Ventileinsatzes eingestellt werden. Durch die Erfindung können die Herstellungskosten beträchtlich gesenkt werden, schätzungsweise um die Hälfte im Vergleich zu den bisher vielfach eingesetzten Nadelventilen.

Unter Ventileinsatz ist im Sinne der Erfindung bevorzugt ein einzelnes Element der Ventilvorrichtung zu verstehen, durch welches der gesamte Gasstrom geleitet wird, und welches innerhalb eines Ventilsitzes relativ zu einem Ventilblock positionierbar ist, um die Größe der von dem Gasstrom durchströmbaren Fläche des Ventileinsatzes einzustellen.

Bevorzugt ist das Innenvolumen eine ringförmige Kavität. Weiter bevorzugt ist die Größe des Innenvolumens unabhängig von der Position des Ventileinsatzes konstant. Der Gasdurchsatz kann somit allein mittels Variation der durchströmbaren Fläche eingestellt werden. Andere Größen ändern sich nicht, wodurch der Gasdurchsatz über einen breiten Bereich auf zumindest annähernd gleiche, insbesondere lineare Weise eingestellt werden kann. Dies erleichtert die Regelung der Ventilvorrichtung.

Bevorzugt weist der Ventilkörper eine Au ßenmantelfläche, insbesondere eine Zentrierfläche auf, an welcher ein Abdichtelement zum Abdichten des Innenvolumens gegenüber der Umgebung vorgesehen ist. Die Zentrierfläche ist zur Zentrierung des Ventilkörpers im Ventilblock ausgebildet. Das Abdichtelement ist bevorzugt in einer an der Zentrierfläche vorgesehenen Nut angeordnet.

Gemäß einer Variante weist die Zentrierfläche einen Durchmesser auf, welcher größer ist als ein Au ßendurchmesser des Ventileinsatzes. Bevorzugt ist am Ventilkörper ein Absatz ausgebildet, mittels welchem einee geschlossene Position der Ventilvorrichtung im Ventilblock definierbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Ventilkörper und der Ventileinsatz in Reihe hintereinander entlang Mittenlängsachse angeordnet. Hierdurch kann ein einfacher Aufbau bereitgestellt werden. Die Größe der durchströmbaren Fläche kann durch Verlagerung entlang der Mittenlängsachse einfach eingestellt werden. Bevorzugt weist der Ventileinsatz einen Gaseinlass in Form einer Mantelfläche, insbesondere einer Außenmantelfläche, sowie einen Gasauslass in Form einer Mantelfläche, insbesondere einer Innenmantelfläche auf. Hierdurch ist der Ventileinsatz radial durchströmbar. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umgrenzt der Ventileinsatz das Innenvolumen und ist derart angeordnet, dass er in radialer Richtung quer zur Mittenlängsachse durchströmbar ist. Mit anderen Worten erstreckt sich ein Strömungspfad des Gases in radialer Richtung durch den Ventileinsatz. Der Strömungspfad durch den Ventileinsatz ist bevorzugt im Wesentlichen radial ausgerichtet, also ohne eine axiale Richtungskomponente. Hierdurch kann die Länge des durch den Ventileinsatz zurückzulegenden Weges und damit ein Druckverlust minimiert werden. Der Druckverlust ist damit unabhängig von einer axialen Position der Ventilvorrichtung im Ventilblock. Der Gasdurchsatz wird nicht über einen Strömungswiderstand eingestellt, sondern über die von einem vorgegebenen Volumenstrom zu durchströmende Fläche.

Bevorzugt ist der Ventileinsatz derart angeordnet, dass er radial von außen nach innen durchströmbar ist.

Weiter bevorzugt stellt der Ventileinsatz einen zu dem Innenvolumen führenden Gaseinlass bereit. Weiter bevorzugt ist das Innenvolumen als ringförmige Kavität ausgebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventileinsatz zwischen dem Ventilkörper und einem Gasaustrittsstück angeordnet. Hierdurch kann das Gas aus dem Innenraum heraus in eine korrespondierende Kavität des Ventilblocks geleitet werden. Bevorzugt weist das Gasaustrittsstück einen geometrisch auf das Innenvolumen angepassten Gasauslass auf, welcher das Gas in eine radiale Richtung umlenkt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventileinsatz mittels einer Fixiereinrichtung am Ventilkörper fixiert, die sich entlang der Mittenlängsachse erstreckt und in den Ventilkörper eingreift. Hierdurch kann ein einfacher Aufbau der Ventilvorrichtung erzielt werden. Ferner kann eine von der Fixiereinrichtung auf den Ventileinsatz ausgeübte Haltekraft auf einfache Weise eingestellt werden. Durch eine separate Fixiereinrichtung kann der Ventileinsatz in konstruktiver Hinsicht besonders einfach ausgebildet werden. Die Haltekraft kann auch im Hinblick auf eine Abdichtung zwischen dem Ventilkörper und dem Ventileinsatz eingestellt werden, ohne dass bei der Montage des Ventileinsatzes eine Verlagerung/Verdrehung des Ventileinsatzes relativ zum Ventilkörper erfolgen muss.

Die axiale Anordnung ermöglicht eine einfache Montage, z.B. auch einen einfachen Wechsel des Ventileinsatzes, z.B. von einem Ventileinsatz mit hohem Strömungswiderstand zu einem Ventileinsatz mit kleinerem Strömungs- widerstand. Bevorzugt erstreckt sich die Fixiereinrichtung im Innenvolumen. Weiter bevorzugt ist der Ventileinsatz mittels der Fixiereinrichtung zwischen dem Ventilkörper und dem Gasaustrittsstück eingespannt.

Bevorzugt sind an den Schnittstellen zwischen den jeweiligen Teilen Dichtungen vorgesehen, insbesondere O-Ringe. Bevorzugt ist die Fixiereinrichtung eine Schraube, welche entlang der Mittenlängsachse angeordnet ist und in ein Innengewinde des Ventilkörpers eingreift.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der Ventilkörper und der Ventileinsatz denselben Au ßendurchmesser auf. Gemäß einer Variante ist ein in einem Ventilsitz des Ventilblocks angeordneter Abdichtungskörper wahlweise am Ventileinsatz oder am Ventilkörper anordenbar. Durch eine Anordnung des Abdichtungskörpers am Ventilkörper ist eine vollständig geschlossene Position der Ventilvorrichtung im Ventilsitz realisierbar, in welcher überhaupt kein Gas mehr durch die Ventilvorrichtung strömen kann. Ferner kann der Ventilsitz des Ventilblocks einfach aufgebaut werden. Eine montierte Ventilvorrichtung kann dabei auf einfache Weise in axialer Richtung in den Ventilsitz eingesetzt werden. Bevorzugt weist das Gasaustrittsstück einen größeren Außendurchmesser auf als der Ventileinsatz. Hierdurch kann eine Zentrierung der Ventilvorrichtung mittels des Gasaustrittsstücks erfolgen, ohne dass der Ventileinsatz eine korrespondierenden Zentrierfläche des Ventilblocks kontaktiert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventileinsatz als Hülse ausgebildet. Bevorzugt besteht er zumindest teilweise aus gesintertem Material, insbesondere einer Keramik. Weiter bevorzugt besteht der Ventileinsatz vollständig aus einer gesinterten Keramik. Hierdurch kann der Ventileinsatz als ein einfach aufgebautes, robustes, kostengünstiges Ventilelement bereitgestellt werden, welches auch auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.

Eine Sinterhülse kann dabei eine hohe Porosität aufweisen, d.h. sehr feine Poren mit einem Durchmesser von z.B. weniger als 0,5 μιτι. Bei sehr feinen Poren können auch sehr kleine Gasmengen oder -durchflüsse auf genaue Weise eingestellt werden. In Verbindung mit der Hülsenform liefert ein feinporiges, gesintertes Material den Vorteil einer stabilen, gleichförmig strukturierten Materialstruktur, für welche eine Porosität gezielt eingestellt werden kann.

Das Material des Ventileinsatzes ist z.B. Edelstahl, Keramik oder Bronze. Bevorzugt ist der Ventileinsatz aus Keramik ausgeführt. Ein Ventileinsatz aus Keramik kann mit einer besonders glatten, reibungsarmen Oberfläche ausgeführt werden, so dass eine relative Verschiebung einer Dichtung, insbesondere eines O-Rings, auf der Außenmantelfläche des Ventileinsatzes auf reibungsarme Weise erfolgen kann. Dies liefert eine lange Lebensdauer. Es müssen keine Spezialdichtungen eingesetzt werden, sondern es können Standard-O-Ringe verwendet werden.

Bevorzugt ist der Ventileinsatz rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere als ein einstückiger Rohrabschnittskörper, und ist konzentrisch um die Mittenlängsachse angeordnet. Weiter bevorzugt weist der Ventileinsatz an seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils eine ringförmige Ausnehmung auf, in welcher ein O-Ring anordenbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Ventilvorrichtung eine manuell betätigbare Stellvorrichtung auf, wobei die Stellvorrichtung verdrehbar gegenüber dem Ventilkörper am Ventilkörper gelagert ist. Hierdurch kann der Ventileinsatz auf einfache Weise in eine axiale Position gebracht werden, um einen gewünschten Gasdurchsatz einzustellen. Die Stellvorrichtung greift bevorzugt in den Ventilkörper ein, wobei die axiale Position der Stellvorrichtung relativ zu dem Ventilkörper zumindest annähernd fix ist.

Die zuvor genannte Aufgabe wird, wie erwähnt, auch gelöst durch einen Ventilblock zum Einstellen eines Durchsatzes eines Gases mittels einer Ventilvorrichtung, vorzugsweise mindestens einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung, welche in einem Ventilsitz des Ventilblocks anordenbar ist, wenn erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Ventilsitz einen vorzugsweise in einer Nut des Ventilblocks angeordneten Abdichtungskörper aufweist, an dem ein Ventileinsatz der Ventilvorrichtung zur Anlage bringbar ist, wobei der Ventileinsatz relativ zum Abdichtungskörper verlagerbar ist. Hierdurch kann ein einfacher Aufbau mit nur einem Abdichtungskörper, insbesondere O-Ring, bereitgestellt werden. Der Abdichtungskörper kann dabei die durchströmbare Fläche begrenzen. Auf diese Weise ist die Größe (insbesondere die axiale Erstreckung) der durchströmbaren Außenmantelfläche des Ventileinsatzes einstellbar, insbesondere bei konstanter Länge eines im Wesentlichen radial durch den Ventileinsatz ausgerichteten Strömungspfades des Gases.

Dabei kann der Ventilsitz im Ventilblock einfach aufgebaut sein. Der Ventilsitz kann ausschließlich durch korrespondierende Kavitäten zur Aufnahme der Ventilvorrichtung sowie durch den Abdichtungskörper bzw. die Nut für den Abdichtungskörper gebildet sein. Die Kavitäten können als einzelne Bohrungen mit voneinander abweichendem Durchmesser ausgebildet sein. Ein solcher Ventilsitz kann kostengünstig hergestellt werden.

Bevorzugt ist der Abdichtungskörper in Strömungsrichtung des Gases stromab eines Einlasskanals des Ventilblocks angeordnet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Ventilblock drei entlang des Ventilsitzes hintereinander angeordnete Kavitäten auf, die einen voneinander abweichenden Innendurchmesser aufweisen. Hierdurch kann eine Zentrierung oder zumindest eine axiale Führung der Ventilvorrichtung im Ventilsitz in der ersten und dritten Kavität erfolgen, und in der zweiten Kavität kann das Einstellen der Größe der durchströmbaren Fläche erfolgen. Diese Anordnung liefert den Vorteil einer funktionalen Trennung und eines kompakten Aufbaus der Ventilvorrichtung. Dabei kann die Ventilvorrichtung schmal ausgeführt werden, so dass in einem kompakten Ventilblock eine Vielzahl von Ventilvorrichtungen anordenbar sind, z.B. zum Einstellen eines Gasgemisches, z.B. eines Prüfgases mit drei oder fünf oder noch mehr unterschiedlichen Gasbestandteilen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Ventilblock einen Einlasskanal auf, der zu einer mittleren Kavität der drei Kavitäten, insbesondere mittig zu der mittleren Kavität führt. Hierdurch kann eine Anordnung bereitgestellt werden, bei welcher der Ventileinsatz durch axiale Verlagerung in die dritte Kavität von dem Einlasskanal auf einfache Weise abgeschottet werden kann.

Bevorzugt ist der Ventilblock derart ausgebildet, dass der Strömungspfad des Gases vom Einlasskanal durch die mittlere (zweite) Kavität und durch das Innenvolumen der Ventilvorrichtung in die dritte Kavität führt. In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung eine Ventilvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2a in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung einen Ventilblock mit vier Ventilvorrichtungen in einem Zustand minimaler Dosierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2b in einer Draufsicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 2a gezeigten Ventilblock;

Figur 3a in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 2a gezeigten

Ventilblock gemäß dem Schnitt A-A;

Figur 3b den in der Fig. 3a gezeigten Ventilblock, wobei ein Strömungspfad angedeutet ist;

Figur 4 in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 2b gezeigten

Ventilblock gemäß dem Schnitt B-B;

Figur 5a in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 2a gezeigten Ventilblock, hier jedoch in einem Zustand maximaler Dosierung;

Figur 5b in einer Draufsicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 5a gezeigten Ventilblock;

Figur 6a in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 5a gezeigten

Ventilblock gemäß dem Schnitt A-A;

Figur 6b den in der Fig. 6a gezeigten Ventilblock, wobei ein Strömungspfad angedeutet ist; und Figur 7 in einer Schnittansicht in schematischer

Darstellung den in der Fig. 5b gezeigten Ventilblock gemäß dem Schnitt B-B.

In der Fig. 1 ist eine Ventilvorrichtung 1 gezeigt, die einen Einstellknopf 2 mit einer Sechskantmutter 2.1 und einer Zylinderschraube 2.2, einen Sicherungsring 3, einen Ventilkörper 4 mit einem daran in einer Nut 4c angeordneten Abdichtelement 5, einen Ventileinsatz 6, ein Gasaustrittsstück 9, eine Distanzhülse 10, eine Scheibe 1 1 und eine Fixierschraube 12 zum Fixieren des Ventileinsatzes 6 am Ventilkörper 4 aufweist. Die Zylinderschraube 2.2 ist drehfest mit dem Einstellkopf 2 verbunden. Am Ventilkörper 4 ist oberhalb und unterhalb der Nut 4c eine Zentrierfläche 4b ausgebildet, mittels welcher die Ventilvorrichtung 1 in einem Ventilblock (nicht dargestellt) zentriert werden kann.

Der Ventileinsatz 6 ist als Hülse ausgebildet, deren beide Stirnflächen am Ventilköper 4 bzw. am Gasaustrittsstück 9 zur Anlage kommen, wobei an der jeweiligen Schnittstelle eine erste Dichtung 8.1 (O-Ring) bzw. eine zweite Dichtung 8.2 (O-Ring) angeordnet ist. Die Fixierschraube 12 ist entlang einer Mittenlängsachse M der Ventilvorrichtung 1 innerhalb vom Ventileinsatz 6 angeordnet und greift in ein Innengewinde 4a in den Ventilkörper 4 ein. Die Fixierschraube 12 kann die Elemente 4, 6, 9, 10 und 1 1 miteinander verspannen, wobei die Distanzhülse 10 am Gasaustrittsstück 9 zur Anlage kommt. Zwischen der Fixierschraube 12 und dem Ventileinsatz 6 ist ein Innenvolumen 7 gebildet, durch welches Gas strömen kann, nachdem es den Ventileinsatz 6 in radialer Richtung durchströmt hat. Der Ventileinsatz 6 weist hierzu einen Gaseinlass in Form einer Außenmantelfläche 6a sowie einen Gasauslass in Form einer Innenmantelfläche 6b auf. Der Ventileinsatz 6 besteht aus einem porösen Material und ist bevorzugt ein einstückiger, gesinterter Körper. Das Sintermaterial weist je nach Porosität einen mehr oder weniger großen Strömungswiderstand auf. Das Gas kann den Ventileinsatz 6 auf dem kürzesten Weg durchströmen, indem es zumindest annähernd einem Strömungspfad S (schematisch angedeutet durch die gestrichelten Blockpfeile) in radialer Richtung folgt. Abgesehen von den durch die Porosität bedingten Krümmungen des Strömungspfades S entspricht eine Länge rs des Strömungspfades einer Wandstärke der Hülse 6.

In der Fig. 2a ist ein Ventilblock 20 gezeigt, welcher vier Ventilsitze 20.1 , 20.2, 20.3, 20.4 für je eine Ventilvorrichtung 1 .1 , 1 .2, 1 .3, 1 .4 aufweist, wobei eine vierte Ventilvorrichtung 1 .4 am weitesten stromab in Strömungsrichtung angeordnet ist und zum Dosieren einer Gasmenge an einem Gasauslass 22 vorgesehen ist. Der Ventilblock 20 weist einen Strömungskanal 20a auf, welcher mit jedem der Ventilsitze 20.1 , 20.2, 20.3, 20.4 sowie mit einem Auslasskanal 22a verbunden ist. Gas strömt in der angedeuteten x-Richtung durch den Strömungskanal 20a.

In der Fig. 2b sind ferner Gaseinlässe 21 mit Einlasskanälen 21 a vorgesehen, die jeweils mit einem der drei Ventilsitze 20.1 , 20.2, 20.3 verbunden sind. Der vierte Ventilsitz 20.4 ist über den Strömungskanal 20a mit den anderen Ventilsitzen verbunden.

In der Fig. 3a ist einer der Ventilsitze 20.3 gezeigt, in welchem das entsprechende Dosierventil 1 .3 mittels einer Halteplatte 25 gehalten ist. Die Halteplatte 25 ist an einer Oberseite des Ventilblocks 20 fixiert und weist ein Innengewinde 25a auf, in welches die Positioniereinrichtung bzw. Zylinderschraube 2.2 eingreift. Der Ventilsitz 20.3 ist im Wesentlichen durch eine erste Kavität 27, eine zweite Kavität 28 und einer Nut 28a mit einem darin angeordneten Abdichtungskörper 26 (O-Ring) sowie einer dritten Kavität 29 gebildet. Die erste Kavität 27 weist eine zylindrische Innenmantelfläche 27a auf, welche als Gleitfläche mit einer zweckdienlicher Weise (niedrigen) Oberflächenrauhigkeit ausgebildet ist. An dieser Innenmantelfläche 27a kann das Abdichtelement 5 entlanggleiten, wobei eine Zentrierung des Dosierventils 1 .3 mittels der Zentrierfläche 4b des Ventilkörpers 4 erfolgen kann. Ebenso kann die Außenmantelfläche 6a des Ventileinsatzes 6 am Abdichtungskörper 26 entlanggleiten. Der Einlasskanal 21 a führt zu der zweiten Kavität 28. Das Gasaustrittsstück 9 weist eine Zentrierfläche 9a auf, mittels welcher das Dosierventil 1 .3 in der dritten Kavität 29 zentriert werden kann, so dass das Dosierventil 1 .3 exakt entlang der Mittenlängsachse M ausgerichtet werden kann.

Eine Verlagerung der Ventilvorrichtung 1 relativ zum Ventilblock 20 ist dadurch möglich, dass die Zylinderschraube 2.2 mittels des Einstellknopfes 2 (Rändelmutter) um die Mittenlängsachse M gedreht wird und dabei entlang der Mittenlängsachse M relativ zu der Halteplatte 25 verlagert wird. Die Zylinderschraube 2.2 ist relativ zu dem Ventilkörper 4 verdrehbar, so dass eine Rotation der Zylinderschraube 2.2 nicht zu einer Rotation des Ventilkörpers 4 führt. Der Sicherungsring 3 bewirkt dabei, dass eine Zugkraft von der Zylinderschraube 2.2. auf den Ventilkörper 4 übertragbar ist, und über eine Unterseite der Zylinderschraube 2.2 kann eine Druckkraft auf den Ventilkörper 4 ausgeübt werden, um den Ventilkörper 4 nach unten zu verlagern.

In der gezeigten Position des Dosierventils 1 .3 ist das Dosierventil 1 .3 maximal geschlossen. In dieser Position liegt ein Absatz des Ventilkörpers 4 an einem korrespondierenden Absatz der ersten Kavität 27 an.

In der Fig. 3b ist ein Strömungspfad S durch den Ventileinsatz 6 (schematisch durch die gestrichelten Blockpfeile) angedeutet. Ein Gasstrom G (schematisch angedeutet durch die schwarzen Blockpfeile) verläuft vom Einlasskanal 21 a zu der zweiten Kavität 28, und von dort im Wesentlichen radial durch den Ventileinsatz 6 zum Innenvolumen 7, in welchem das Gas entlang der Mittenlängsachse M nach unten am Ventileinsatz 6 vorbei bis hin zum Gasaustrittsstück 9 strömt. Am Gasaustrittsstück 9 verlässt das Gas das Dosierventil und strömt in die dritte Kavität 29, welche mit dem Auslasskanal (nicht dargestellt) des Ventilblocks 20 verbunden ist.

In der Fig. 4 ist gezeigt, dass alle Ventile 1 .1 , 1 .2, 1 .3, 1 .4 in einer maximal geschlossenen Position angeordnet sind. Die Halteplatten 25 sind jeweils durch Befestigungsmittel 24 (Schrauben) mit dem Ventilblock 20 verbunden.

In den Fig. 5a und Fig. 5b ist der Ventilblock 20 mit den Dosierventilen 1 .1 , 1 .2, 1 .3, 1 .4 jeweils in einer maximal offenen Position gezeigt, welche im Zusammenhang mit der Fig. 6a näher erläutert wird.

In der Fig. 6a ist der Ventilkörper 4 in einer Position gezeigt, in welcher er mittels der Rändelmutter 2 bzw. der Schraube 2.2 bis an die Halteplatte 25 hochgezogen wurde. In dieser Position ragt der Ventileinsatz 6 bis in die erste Kavität 27. Der Ventileinsatz 6 ist in der ersten Kavität 27 und der zweiten Kavität 28 angeordnet und wurde aus der dritten Kavität 29 heraus verlagert. Das Dosierventil 1 .1 ist wie auch in der (in der Fig. 4 gezeigten) maximal geschlossenen Position über die Zentrierfläche 9a des Gasaustrittsstücks 9 in der dritten Kavität 29 zentriert. Ein unteres Ende des Ventileinsatzes 6 liegt am Abdichtungskörper 26 an. Der Ventileinsatz 6 kann nahezu über seine gesamte Länge mit Gas beaufschlagt werden. Der Ventileinsatz 6 ist dabei zumindest annähernd mittig in Bezug auf den Einlasskanal 21 a angeordnet. Ein Gasstrom trifft dabei mittig auf die Außenmantelfläche des Ventileinsatzes 6, wie in Fig. 6b näher beschrieben. In der Fig. 6b ist ein Strömungspfad S durch den Ventileinsatz 6 (schematisch durch die gestrichelten Blockpfeile) angedeutet. Ein Gasstrom G (schematisch angedeutet durch die schwarzen Blockpfeile) verläuft vom Einlasskanal 21 a zu der zweiten Kavität 28, und von dort im Wesentlichen radial durch den Ventileinsatz 6 zum Innenvolumen 7, in welchem das Gas entlang der Mittenlängsachse M nach unten am Ventileinsatz 6 vorbei bis hin zum Gasaustrittsstück 9 strömt. Am Gasaustrittsstück 9 verlässt das Gas das Dosierventil und strömt in die dritte Kavität 29, welche mit dem Auslasskanal (nicht dargestellt) des Ventilblocks 20 verbunden ist.

In der Fig. 7 ist gezeigt, dass alle Ventile 1 .1 , 1 .2, 1 .3, 1 .4 in einer maximal geschlossenen Position angeordnet sind. Der Strömungskanal 20a führt zu der zweiten Kavität 28 des in Strömungsrichtung vierten Ventilsitzes 1 .4 und mündet zumindest annähernd mittig in der zweiten Kavität 28. Bei dieser Anordnung trifft das Gas mittig auf den Ventileinsatz 6. Diese Anordnung des vierten Ventilsitzes 1 .4 relativ zu dem Strömungskanal 20a bzw. den ersten drei Ventilsitzen 1 .1 , 1 .2, 1 .3 kann durch einen Absatz am Ventilblock 20 erzielt werden. Der Strömungskanal 20a kann dabei als geradlinige Bohrung ausgeführt sein.

- Bezugszeichenliste -

Liste der Bezuaszeichen Ventilvorrichtung .1 (erstes) Dosierventil für Gaszusammensetzung .2 (zweites) Dosierventil für Gaszusammensetzung .3 (drittes) Dosierventil für Gaszusammensetzung .4 Dosierventil für Gasmenge am Gasauslass manuell betätigbare Stellvorrichtung (Einstellknopf), insbesondere (Rändel-)Mutter .1 (Sechskant-) Mutter .2 Positioniereinrichtung, insbesondere (Zylinder-)Schraube Sicherungsring Ventilkörper a Innengewinde b Zentrierfläche c Nut 5 Abdichtelement, insbesondere O-Ring

6 Ventileinsatz, insbesondere (Sinter-)Hülse

6a Außenmantelfläche des Ventileinsatzes

6b Innenmantelfläche des Ventileinsatzes 7 vom Gas durchströmbares Innenvolumen, insbesondere im Querschnitt ringförmige Kavität in der Ventilvorrichtung

8.1 (erste) Dichtung, insbesondere (erster) O-Ring

8.2 (zweite) Dichtung, insbesondere (zweiter) O-Ring

9 Gasaustrittsstück 9a Zentrierfläche

10 Distanzhülse

1 1 Scheibe

12 Fixiereinrichtung, insbesondere (Zylinder-)Schraube 20 Ventilblock 20a Strömungskanal

20.1 (erster) Ventilsitz

20.2 (zweiter) Ventilsitz 20.3 (dritter) Ventilsitz

20.4 (vierter) Ventilsitz 21 Gaseinlass

21 a Einlasskanal 22 Gasauslass 22a Auslasskanal

24 Befestigungsmittel

25 Halteplatte zum Positionieren einer Ventilvorrichtung relativ zu dem Ventilblock 25a Innengewinde

26 Abdichtungskörper im Ventilblock, insbesondere O-Ring

27 (erste) Kavität 27a Innenmantelfläche

28 (zweite) Kavität 28a Nut in (zweiter) Kavität

29 (dritte) Kavität G Gastrom M Mittenlängsachse der Ventilvorrichtung

S Strömungspfad durch Ventileinsatz rs Länge des Strömungspfades bzw. radiale Erstreckung des Ventileinsatzes

- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche

1 . Ventilvorrichtung (1 ) für einen Ventilblock (20) zum Einstellen eines Durchsatzes eines Gases, mit

einem Ventilkörper (4);

- einer Einrichtung zum Positionieren des Ventilkörpers (4) entlang einer Mittenlängsachse (M) relativ zum Ventilblock (20) zum Einstellen des Durchsatzes;

einem vom Gas durchströmbaren Ventileinsatz (6) aus einem porösen Material;

- einem von der Ventilvorrichtung (1 ) umgrenzten Innenvolumen (7) zum Leiten des Gases durch die Ventilvorrichtung (1 );

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ventileinsatz (6) am Ventilkörper (4) fixiert ist und zusammen mit dem Ventilkörper (4) zum Einstellen des Durchsatzes positionierbar ist.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) und der Ventileinsatz (6) hintereinander entlang der Mittenlängsachse (M) angeordnet sind.

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (6) das Innenvolumen (7) umgrenzt und derart angeordnet ist, dass er in radialer Richtung quer zur Mittenlängsachse (M) durchströmbar ist.

4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (6) zwischen dem Ventilkörper (4) und einem Gasaustrittsstück (9) angeordnet ist.

5. Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (6) mittels einer Fixiereinrichtung (12) am Ventilkörper (4) fixiert ist, die sich entlang der Mittenlängsachse (M) erstreckt und in den Ventilkörper (4) eingreift.

6. Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) und der Ventileinsatz (6) denselben Außendurchmesser aufweisen.

7. Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (6) als Hülse ausgebildet ist, und bevorzugt zumindest teilweise aus gesintertem Material, insbesondere Keramik besteht.

8. Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (1 ) eine manuell betätigbare Stellvorrichtung (2) aufweist, die verdrehbar gegenüber dem Ventilkörper (4) im Ventilkörper (4) gelagert ist.

9. Ventilblock (20) zum Einstellen eines Durchsatzes eines Gases mittels einer Ventilvorrichtung, mit mindestens einer Ventilvorrichtung (1 .1 ; 1 .2; 1 .3; 1 .4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in einem Ventilsitz (20.1 ; 20.2; 20.3; 20.4) des Ventilblocks (20) anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz einen Abdichtungskörper (26) aufweist, an dem der Ventileinsatz (6) der Ventilvorrichtung zur Anlage bringbar ist, wobei der Ventileinsatz (6) relativ zum Abdichtungskörper (26) verlagerbar ist.

10. Ventilblock mit mindestens einer Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilblock (20) drei entlang des Ventilsitzes hintereinander angeordnete Kavitäten (27, 28, 29) aufweist, die einen voneinander abweichenden Innendurchmesser aufweisen.

1 1 . Ventilblock nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilblock einen Einlasskanal (21 a) aufweist, der zu einer mittleren Kavität (28) der drei Kavitäten führt.

- Zusammenfassung -