WO2024008661A1 - Regelventil, insbesondere elektrisch gesteuertes regelventil - Google Patents

Regelventil, insbesondere elektrisch gesteuertes regelventil Download PDF

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WO2024008661A1
WO2024008661A1 PCT/EP2023/068270 EP2023068270W WO2024008661A1 WO 2024008661 A1 WO2024008661 A1 WO 2024008661A1 EP 2023068270 W EP2023068270 W EP 2023068270W WO 2024008661 A1 WO2024008661 A1 WO 2024008661A1
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WO
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ball
spindle
control valve
rotor
closing member
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/068270
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jean-Jacques Robin
Peter Bohnenstengel
Frank Leschert
Original Assignee
Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg filed Critical Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/047—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor characterised by mechanical means between the motor and the valve, e.g. lost motion means reducing backlash, clutches, brakes or return means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/2015—Means specially adapted for stopping actuators in the end position; Position sensing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/50—Mechanical actuating means with screw-spindle or internally threaded actuating means
    • F16K31/504—Mechanical actuating means with screw-spindle or internally threaded actuating means the actuating means being rotable, rising, and having internal threads which co-operate with threads on the outside of the valve body

Definitions

  • Control valve in particular electrically controlled control valve
  • the invention relates to a control valve, in particular an electrically controlled control valve.
  • a motor-operated valve is known from JP 2006-348 962 A.
  • This valve includes a housing with an inlet opening and an outlet opening. A control room is provided in between.
  • a valve closing element is controlled to move up and down within the regulating space.
  • An electric drive is provided to control a lifting movement of the valve closing member.
  • This includes a stationary stator and a rotor arranged within a separating cap, which is driven in rotation by the stator.
  • a spindle drive consisting of a spindle and a spindle nut is provided inside the separating cap. The spindle, which accommodates the rotor, is mounted in the separating cap in a rotating but stationary manner.
  • the spindle nut which is axially guided in a stationary guide piece, accommodates the spindle, whereby the rotational movement of the rotor and the spindle is translated into an axial movement.
  • a spring element is provided which is fixed to the regulating space and which surrounds the guide piece on the outside.
  • a stop element is provided along the windings of the spring element so as to rotate relative to the spring element. This stop element is firmly connected to the guide piece.
  • a stop is provided at the upper and lower ends of the spring element. This limits the up and down movement of the stop element with respect to the entire stroke path by stopping the rotating movement of the rotor when the stops are reached.
  • a control valve is also known from CN 101 769 389 A.
  • This control valve also has an electric drive which has a fixed stator and, within a separating cap, a rotor which can be rotatably driven by the stator.
  • the spindle is firmly connected to the rotor, so that during a rotational movement the rotor is moved up and down together with the spindle.
  • the lifting movement of the rotor and the spindle is limited by an analogous spring element with an upper and lower stop and a stop element guided therein, as in the previously cited prior art.
  • This stroke limitation has the disadvantage that increased friction can occur between the stop element and the windings of the spring element during the up and down movement.
  • is Exact alignment of the upper and lower stops at the end of each turn is not possible due to temperature influences.
  • the invention is based on the object of creating a control valve which enables safe operation.
  • a control valve in particular an electrically controllable control valve, which comprises a housing in which a valve closing member is provided, which closes a valve seat in a closed position and is lifted from the valve seat into a working position.
  • a drive device for controlling a lifting movement of the valve closing member comprises an electrically controllable motor which comprises a stator and a rotor which can be driven in rotation by the stator.
  • the stator is fixed to the housing and the rotor is arranged within a separating cap which is attached to the housing and preferably closes the housing to the outside.
  • a spindle drive consisting of a spindle nut and a spindle, is provided to control a lifting movement of the valve closing member.
  • a ball screw drive is provided or acts between the spindle drive and the rotor.
  • This ball spindle drive has the advantage that at least one upper and/or a lower end stop can be formed on the ball spindle drive or by the ball spindle drive in order to control the travel movement of the valve closing member along a stroke path and the lifting movement of the rotor and/or the valve closing member in the event of incorrect control limited by the engine.
  • the ball spindle drive for such a control valve preferably comprises a ball raceway with a pitch between the spindle nut and the rotor and a ball movable along the pitch, which is guided by a guide, the guide extending at least over the entire length of the ball raceway.
  • This ball spindle drive therefore has a structurally simple structure. On the one hand, the ball can be guided up and down along the guide. On the other hand, the ball can be rolled along the ball's orbit. This results in simple force conditions and/or low friction conditions.
  • the guide of the ball screw drive can be provided on an inner circumference of the rotor and the ball orbit of the ball screw drive on an outer circumference of the spindle nut. Alternatively, this arrangement can also be reversed.
  • a longitudinal axis of the guide extends parallel to the axis of rotation of the ball track.
  • the longitudinal axis of the guide is aligned at right angles to a slope section of the ball orbit.
  • the guide is formed by a ball guide, preferably a ball guide with a U-shaped longitudinal groove, which is rotatably mounted on the spindle nut.
  • the guide is rotatably mounted on the spindle nut and the socket or on the spindle nut and the separating cap.
  • This ball guide which is rotatably mounted on the spindle nut, has the advantage that the rotor can have a simple design and simplifies the assembly of the valve.
  • the ball guide has an upper and a lower bearing point, which is mounted on an upper and a lower guide section of the spindle nut.
  • These upper and lower bearing points can at least partially encompass the upper and lower guide sections.
  • the ball guide can be positioned so that it can rotate on the spindle nut.
  • the upper bearing point can be annular, which is placed on top of the upper guide section of the spindle nut.
  • the lower bearing point can be designed in the shape of a clamp so that it rests on the lower one Guide section of the spindle nut can be attached and / or stored on another adjacent part.
  • the upper bearing point is designed to function as a radial bearing and the lower bearing point is designed to function as an Arial-radial bearing.
  • the ball guide in particular the U-shaped longitudinal groove, advantageously extends along the entire length of the ball track. This allows the ball of the ball screw drive to be moved between an upper and a lower stop of the ball track.
  • the rotor which cooperates with the ball guide, advantageously has on its inner circumference a web which extends parallel to the axis of rotation and, depending on the direction of rotation of the rotor, rests on one or the other leg of the U-shaped longitudinal groove of the ball guide for rotating the ball guide .
  • the structure of such a rotor is simplified.
  • this can make it possible for the rotor to be driven with a rotation of preferably less than 360°, in particular in a range of 320° to 359°, before the rotational movement is transmitted to the spindle nut via the ball. This makes it possible for the length of the pitch of the ball orbit to be reduced.
  • the design of the ball guide and its rotatable mounting around the spindle nut makes it possible for the rotor to have a length that is shorter than the length of the ball guide.
  • a cost reduction can thereby be achieved since the rotor is made of a magnetic material, in particular rare earths.
  • a reduction in the weight of the rotor can be achieved, whereby the drive torques or inertial forces when accelerating and/or braking the rotor can also be reduced.
  • the ball screw drive is guided by two parallel webs with a web arranged between them.
  • th groove is formed.
  • the groove can have a semicircular or rectangular cross section.
  • the distance between the webs is only slightly larger or is designed with a clearance fit to the diameter of the ball.
  • the ball orbit has a groove which corresponds in diameter to that of the ball and preferably encompasses a circumference of 120 to 180° in cross section.
  • the cross section of the groove can also be rectangular. This circumference only requires that the ball is guided securely in the ball's orbit.
  • the groove is preferably helically shaped.
  • This ball orbit can be made of plastic or metal.
  • the design made of plastic has the advantage that the ball screw drive can be designed to save weight, especially if a spindle nut with the ball track is made of plastic.
  • an end stop is provided at the upper and lower ends of the ball track. This makes it easy to limit the rolling movement of the ball in the ball raceway and thus also stop the drive movement for a lifting movement of the valve closing member.
  • an end stop made of a material that is harder than plastic can advantageously be provided.
  • This end stop can be pressed onto the ball track, pressed in, glued or designed in the form of a composite component.
  • the end stop can be made of metal.
  • a height-saving arrangement can be created for controlling a lifting movement of the valve closing member.
  • the spindle nut of the spindle drive is preferably connected to the housing in a rotationally fixed manner, in particular to an opening in the housing into which the valve closing member can be inserted.
  • the separating cap can be arranged to seal the opening of the housing. Alternatively, the separating cap can also be provided on the housing so as to encompass the opening.
  • the spindle nut is connected in a rotationally fixed manner to the housing, in particular to the opening of the housing, by a positive and/or non-positive and/or material connection.
  • this makes it possible for the rotor to be driven in rotation relative to the spindle nut and, on the other hand, a rotary movement of the rotor can be transferred to the spindle, which is provided so that it can move up and down within the spindle nut.
  • the spindle nut which is preferably made of plastic, can have a metal insert through which it is connected to the housing in a rotationally fixed manner.
  • This insert can, for example, be integrated into the production of the spindle nut through an injection molding process.
  • a metallic connection between the insert and the housing as well as an axial fastening of the spindle nut can be created and at the same time the weight-saving design of the plastic spindle nut can be retained.
  • the spindle nut of the spindle drive preferably has an internal thread, through which the spindle with an external thread engaging therein can be controlled for the lifting movement.
  • the rotational movement of the spindle is advantageously controlled by a transmission element which acts on the rotor and is firmly connected to the spindle. This allows a simple connection to be created between the rotor and the spindle.
  • the housing can preferably be designed as a screw-in socket, press-in socket or a plug-in socket.
  • the socket can an inserted or pressed-in valve seat may be provided.
  • a front end section of the plug-in socket, in which the valve seat is provided, can be inserted into a passage of the connection device via a connection opening of a connection device.
  • the plug-in socket can make it possible for different configurations of the valve closing member and/or the valve seat and/or a through-channel in the valve seat to be inserted into the same connection device.
  • the spindle of the spindle drive comprises a valve closing member receptacle into which the valve closing member can be immersed against a force of a force storage element. This can prevent thermal distortion that can occur with increased closing force and subsequent heating of the valve seat due to ambient conditions.
  • valve closing member receptacle In the valve closing member receptacle, the valve closing member is preferably mounted in a rotationally decoupled manner. This makes it possible for the valve closing member to rest in the valve seat with a predefined closing force. This means that damage can be avoided when the pressure force from the valve closing member to the valve seat increases.
  • the housing, the valve closing member, the spindle drive, the ball spindle drive and the rotor and preferably the separating cap can be inserted into the connection device as a structural unit. This enables simple and quick installation and assembly of such a regulating valve with an electric drive. After inserting this installation unit into the connection device, it may be necessary to attach the separating cap and fasten it as well as to arrange and fasten the stator to the connection device.
  • the rotor when the valve closing member is arranged in a closed position and the ball of the spindle drive is at an upper end stop of the ball orbit and when the spindle drive is designed with a right-hand thread, the rotor is controlled in a counterclockwise rotation to control a lifting movement into the working position of the valve closing member is. On the one hand, the rotor is moved upwards relative to the spindle nut and, on the other hand, the spindle within the spindle nut is also moved upwards. In addition, the ball and the spindle move in opposite directions.
  • the rotor is controlled clockwise to control the lifting movement of the valve closing member into the working position.
  • the rotor and the spindle are moved upwards relative to the spindle nut.
  • the ball and the spindle move in opposite directions.
  • valve closing member is arranged in a closed position and the ball of the ball spindle drive rests on a lower end stop of the ball orbit and, in the case of a spindle drive designed with a right-hand thread, the rotor rotates clockwise to control the lifting movement of the valve closing member into the working position is controlled.
  • the ball and the spindle move in the same direction.
  • a shortened rotor can be provided.
  • valve closing member is arranged in a closed position and the ball of the ball spindle drive rests against a lower end stop of the ball track and, in the case of a spindle drive designed with a left-hand thread, the rotor rotates counterclockwise for control the lifting movement of the valve closing member is controlled into the working position of the valve closing member.
  • a shortened rotor can also be provided in this embodiment.
  • the ball of the ball spindle drive can be provided at an upper end stop or at a lower end stop in a closed position of the valve closing member and in both cases a lifting movement of the valve closing member can be controlled.
  • the spindle drive can also be swapped with a right-hand or left-hand thread.
  • Figure 1 is a perspective view of a control valve with a drive device
  • FIG. 2 is a perspective view of the control valve according to Figure 1 with a stator of the drive device, not shown,
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the control valve according to FIG. 1 with a valve closing member in a closed position
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of the control valve according to FIG. 1 with the valve closing member in a working position
  • 5 shows a schematic sectional view of the control valve according to FIG. 1 with the valve closing member in a securing position
  • Figure 6 is a perspective view of a spindle nut with a ball orbit of a ball spindle drive of the control valve
  • Figure 7 is a perspective sectional view of a rotor with a guide of the ball screw drive
  • Figure 8 is a perspective sectional view of the ball screw drive between the rotor and the spindle nut
  • Figure 9 is a schematic sectional view of an alternative embodiment to Figure 3.
  • FIG. 10 shows a schematic sectional view of the alternative embodiment according to FIG. 9 with the valve closing member in a securing position
  • Figure 11 is a perspective view of an alternative embodiment of the ball screw drive of the control valve
  • Figure 12 is a perspective view of the spindle drive according to Figure 11,
  • Figure 13 is a perspective view of a spindle nut of the spindle drive according to Figure 11,
  • FIG 14 is a perspective view of a ball guide of the ball screw drive according to Figure 11, and Figure 15 is a perspective sectional view of a rotor for the ball screw drive according to Figure 11.
  • a control valve 11 is shown in perspective in Figure 1.
  • This control valve 11 is provided on a connection device 5.
  • the control valve 11 includes a drive device 14.
  • This drive device 14 includes an electrical connection 15, in particular a plug, which can be connected to a control (not shown).
  • This drive device 14 includes an electric motor 17, which is also referred to as a separating cap motor, and a mounting device 16, in particular a fastening flange.
  • the drive device 14, in particular the housing and the stator 18, is preferably releasably attached to the connection device 5 with the mounting flange 16.
  • This motor 17 comprises a stator 18 which is fixedly arranged in the housing of the drive device 14 and a rotor 19 which can be driven in rotation (FIG. 3).
  • a separating cap 21 is provided between the stator 18 and the rotor 19. This separating cap 21 is arranged in a media-tight manner to the connection device 5 or to a connection opening of the connection device 5.
  • Figure 2 shows the connection device 5 with a housing 12 of the control valve 11 detachably attached to it and a separating cap 21 attached to the housing 12. Components of the control valve 11 are inserted into the connection device 5 and sealed to the outside by the separating cap 21.
  • the separating cap 21 is preferably soldered or welded to an upper section, in particular an annular collar, of the housing 12.
  • the stator 18 and the housing of the drive device 14 that accommodates the stator 18 can then be mounted on the connection device 5 to complete the control valve 11.
  • This control valve 11 according to Figure 1 can be used in the connection device 5 of a refrigeration circuit in which, for example, the refrigerant R134a, R1234y or the like is used.
  • This control valve 11 can also be used for a refrigerant CO2.
  • the connection device 5 can be, for example, an internal heat exchanger, a chiller or a connection block.
  • a schematic sectional view of the control valve 11 according to FIG. 1 is shown in FIG.
  • the connection device 5 can be made of aluminum, for example. In particular, it can be an extruded profile, so that the connecting device 5 can be produced by cutting the profile to a final size.
  • the connection device 5 comprises a feed opening 6 and a discharge opening 7, which are connected to one another by a passage 8.
  • a connection opening 9 is provided, which extends into the connection device 5 and ends in the passage 8. As a result, the passage 8 is accessible from the outside via the connection opening 9.
  • the control valve 11 includes a housing 12, which is designed, for example, as a screw-in bushing 31.
  • This screw-in socket 31 can be designed to be inserted into the connection opening 9.
  • the plug-in socket 31 is sealed against the connection opening 9 via a sealing element 13.
  • a valve closing member 43 can be provided in the screw-in socket 31 so that it can be moved up and down.
  • the valve closing member 43 can close a valve seat 32 arranged in the passage 8 or pressed into the passage 8.
  • the housing 12 can, as shown in Figures 3 and 4, have an end section which includes an inlet opening 24 and an outlet opening 26, which are connected to one another by a through channel 27.
  • the through channel 27 extends within the valve seat 32.
  • a regulating space 29 is provided between the valve seat 32 and the inlet opening 24.
  • This screw-in bushing 31 can preferably have a sealing element 23 on the outside at a front end section between the inlet opening 24 and the outlet opening 26, so that the end section of the housing 12 is sealed against the passage 8.
  • the valve seat 32 in the housing 12 can be formed in one piece in the socket 31 or can be formed as a press-fit part. Alternatively, the valve seat 32 can also be arranged in the screw-in socket 31 in a height-adjustable manner via a screw thread.
  • the housing 12 accommodates a spindle drive 34.
  • This spindle drive 34 is arranged opposite the front end section of the housing 12, which can be inserted into the connection opening 9.
  • the spindle drive 34 includes a spindle nut 36 and a spindle 37. Between the spindle nut 36 and the spindle 37, an internal and external thread 38, 39 act together for a relative movement of the spindle 37 and spindle nut 36.
  • the spindle 37 is about a longitudinal axis 35 of the spindle nut 36 rotatable.
  • the spindle nut 36 is made of plastic.
  • This spindle nut 36 has an insert 41.
  • This insert 41 serves to axially secure the spindle 37 to the housing 12.
  • the insert 41 is preferably made of metal.
  • This insert part 41 is connected in a rotationally fixed manner to a section 42, in particular an annular section of the housing 12 or the plug-in socket 31.
  • the insert 41 can be designed as an annular disk. To fix it to the section 42, flanging, welding, pressing, friction, gluing or the like can be provided.
  • the spindle 37 has a valve closing member receptacle 44 at a lower end facing the valve seat 32. Through this valve closing member receptacle 44, a valve closing member is arranged in a flexible and/or rotationally decoupled manner in the longitudinal axis of the spindle 37.
  • a force storage element 45 is provided in the valve closing member receptacle 44, which transfers the valve closing member 43 into a starting position. In this starting position, a circumferential shoulder 46 of the valve closing member 43 rests on an annular collar 47 of the valve closing member receptacle 44.
  • a transmission element 51 is fixed at the upper end of the spindle 37 or the valve closing member 43. This transmission element 51 represents a connection between the spindle 37 and the rotor 19.
  • the rotor 19 is connected to the spindle 37 in a rotationally fixed manner. At the same time, the rotor 19 is fixed in its position relative to the spindle 37 by the transmission element 51. If the spindle 37 is moved upwards relative to the spindle nut 36, the rotor 19 also moves upwards.
  • a bearing 40 is provided, through which a lifting movement of the spindle 37 is guided relative to the spindle nut 36.
  • This axial guidance of the spindle 37 via the bearing 40 in the spindle nut 36 can prevent the rotor 19 from wobbling during its rotational movement. This enables a very small gap between an outer circumference of the rotor 19 and the separating cap 21. This in turn enables improved power transmission from the stator 18 to the rotor 19.
  • a ball spindle drive 55 is provided between the rotor 19 and the spindle nut drive 34, in particular the spindle nut 36.
  • This ball spindle drive 55 serves to limit a lifting movement of the valve closing member 43 from a closing position 48 according to Figure 3 into a working position 57 according to Figure 4 and a securing position 58 according to Figure 5.
  • the closing position 48 is determined by a lower end stop 66 on the spindle nut 36.
  • the securing position 58 is determined by an upper end stop 67 on the spindle nut 36.
  • the ball screw drive 55 includes a ball track 61 which is provided on an outer circumference of the spindle nut 36.
  • the ball spindle drive 55 includes a ball 62 and a guide 63, which is preferably provided on an inner circumference of the rotor 19.
  • the separating cap 21 surrounds the rotor 19, the ball drive 55, the spindle nut drive 34 and is media-tight on the socket 31 or fixed to the front side of the connection device 5.
  • An enclosure of the drive device 14 has an opening.
  • the separating cap 21 is provided within the opening.
  • the stator 18 and the rotor 19 are thus separated by the separating cap 21.
  • the stator 18 and the rotor 19 are provided at approximately the same height.
  • the rotor 19 can consist of several segments, which are positioned alternately and in a row with their north and south poles. By activating the stator 18, the rotor 19 can be set in rotation.
  • a stroke of the valve closing member 43 can be controlled by a predetermined number of revolutions of the rotor 19.
  • valve closing member 43 is transferred to a working position 57.
  • the working position 57 lies between the closing position 48 according to FIG. 3 and the securing position 58 in FIG 27 free.
  • the valve closing member 43 is shown in a securing position 58.
  • the valve closing member 43 is lifted into a position opposite the valve seat 32.
  • the ball 62 of the ball spindle drive 61 is located at an upper end stop 67. The lifting movement of the valve closing member 43 is thereby limited in the opening direction.
  • the safety position 58 or upper stop position is not assumed during normal operation.
  • control valve 11 can be designed as follows with respect to the spindle drive 34 and the ball spindle drive 55.
  • the valve closing member 43 is in a closed position 48 and thus the spindle 37 is in a lower position. In this lower position of the spindle 37, the rotor 19 is also in a lower position.
  • the ball 62 is arranged in a lower position in the ball orbit 61.
  • the spindle drive 34 is designed with a left-hand thread and the ball track 61 rotates counterclockwise, a direction of rotation of the rotor 19 is controlled to the right in order to move the valve closing member 43 into an open position.
  • the ball 61 and the spindle 67 move in the same direction. This has the advantage that a rotor 19 that is shortened in length can be formed and thus the overall height of the separating cap 21 can be reduced.
  • the spindle nut 36 includes the ball track 61, which is formed on the outer circumference, for example, with a right-hand thread.
  • the running surface of the ball track 61 is adapted to the diameter of the ball 62.
  • the diameter of the ball 62 and thus the gradient of the ball orbit 61 is preferably adapted to the stroke path that the valve closing member 43 has to overcome from a closed position 48 to the working position 57.
  • the upper end stop 67 can be formed by a cross-sectional area which blocks the ball track 61. Alternatively, a pin-shaped stop or the like can also be provided.
  • Such a Pin-shaped stop can also be designed as an insert part when the spindle nut 36 is designed as a plastic part.
  • One end of the spindle 37 protrudes from the upper end of the spindle nut 36.
  • a connecting section 41 is provided on the spindle nut 36 on the opposite side. This can be made of metal.
  • the spindle nut 36 and the connection section 41 can be designed as a composite component. This in turn is connected to the section 42 of the housing 12 or the socket 31.
  • FIG. 1 A schematic sectional view of the rotor 19 is shown in FIG.
  • the rotor 19 is sleeve-shaped.
  • the transmission element 51 is attached to one end of the sleeve of the rotor 19. This can also be cast in. Alternatively, this can also be attached to the rotor 19 by an adhesive, press, screw or other connection.
  • the guide 63 is formed on the inner circumference of the rotor 19. This guide 63 comprises two webs 64 spaced parallel to one another, between which a groove 65 is formed. The distance between the webs 64 and the width of the groove 65 corresponds to the diameter of the ball 62 or is slightly larger. The length of the guide 63 can be greater than a distance between the upper and lower end stops 66, 67.
  • the guide 63 can be smaller than the distance between the upper and lower end stops 66, 67.
  • the guide 63 on the rotor 19 can be made of plastic or metal.
  • FIG. 1 A perspective sectional view of the ball screw drive 55 is shown in FIG.
  • the ball 62 shown in half section is held on the one hand by the guide 63 of the rotor 18 and on the other hand is guided in the ball orbit 61 by the guide 63.
  • the clockwise rotation of the rotor relative to the spindle nut 36 is blocked by the upper stop 67.
  • the ball 62 then rests in the upper stop 67.
  • the ball spindle drive 55 of the control valve 11 according to FIGS. 3 to 5 when the valve closing member 44 is positioned in the closed position 48, the ball 62 of the ball spindle drive 55 is arranged at a lower end stop 66.
  • the ball screw drive 55 can, for example, have a ball track 61 with a pitch of 2.5 mm per turn and four turns. As a result, the rotor 19 is moved by a stroke of 10 mm when the valve closing member 43 is transferred from the closed position 48 in FIG. 3 to a securing position 58 according to FIG. 5.
  • the thread between the spindle nut 36 and the spindle 37 can have a pitch of 0.5 mm.
  • valve closing member 43 passes through a stroke of 2 mm relative to the spindle nut 36 for four revolutions of the spindle 37 relative to the spindle nut 36. This results in the total stroke of the rotor 19 from a closed position 48 to the securing position 58 of 8 mm.
  • FIG. 11 A schematic sectional view of the control valve 11 is shown in FIG. This sectional view corresponds to the view according to FIG.
  • This alternative arrangement for controlling a lifting movement of the valve closing member 43 is also possible.
  • the direction of rotation of the ball track 61 or the internal thread 38 of the spindle 37 is changed compared to the embodiment in Figure 3, in particular from clockwise to counterclockwise.
  • valve closing member 43 When controlling an opening movement of the valve closing member 43, the ball 62 moves in the ball orbit 61 in the direction of the lower end stop 66 of the spindle nut 36.
  • a working position 57 can be assumed by the valve closing member 43, which corresponds to that shown in FIG. 10 shows the securing position 58 for the control valve 11, in which the ball 62 rests on the lower end stop 66 of the spindle nut 36.
  • spindle drive 34 can have a right-hand thread and the ball screw drive 55 can have a left-hand rotating ball track 61.
  • the direction of rotation of the rotor 19 for opening the valve closing member 43 is therefore counterclockwise.
  • the spindle drive 34 can have a left-hand thread and the ball spindle drive 55 can include a clockwise rotating ball track 61, with a clockwise rotation of the rotor 19 being controlled to open the valve closing member 43.
  • the ball 62 moves from an upper end stop 67 towards the lower end stop 66.
  • FIG 11 shows a schematic sectional view of an alternative embodiment of the ball screw drive 55.
  • this ball screw drive 55 is shown enlarged in perspective.
  • This embodiment of the ball screw drive 55 differs from the previous ones in the design of the rotor 19 and the guide 63 Embodiments according to Figures 1 to 10.
  • a ball guide 71 is provided between the spindle nut 36 and the rotor 19.
  • This ball guide 71 is designed separately from the rotor 19 or as a separate component to the rotor 19.
  • the ball guide 71 is rotatably mounted to the spindle nut 36 about the same axis of rotation 35.
  • the ball guide 71 is preferably designed separately from the spindle nut 36.
  • This ball guide 71 which is shown in Figure 14, is a separate component from the spindle nut 36 and the rotor 19.
  • the ball guide 71 includes a U-shaped longitudinal groove 72.
  • the width and depth of the longitudinal groove 72 is adapted to the size of the ball 62 or vice versa, so that the ball 62 can be moved up and down along the longitudinal groove 72 in interaction with the ball orbit 61.
  • An upper bearing point 73 and a lower bearing point 74 are provided at the upper and lower ends of the ball guide 71.
  • the upper and lower bearing points 73, 74 are connected to an upper and lower end of the longitudinal groove 72, preferably in one piece.
  • the upper bearing point 73 is designed, for example, as a closed ring.
  • the lower bearing point 74 is designed, for example, as an open ring. This lower bearing point 74 can be designed as an attachable clip.
  • an upper guide section 76 is provided on the spindle nut 36 at the upper end section of the spindle nut 36.
  • a lower guide section 77 is provided opposite.
  • the spindle nut 36 and the connection section 41 are preferably designed as a component made of plastic. Such an embodiment is shown in Figure 13.
  • the upper and lower end stops 67, 66 of the ball track 61 are arranged between the upper guide section 76 and the lower guide section 77.
  • the upper guide section 76 can be designed as a ring which is smaller in diameter than an outer circumference of the spindle nut 36.
  • the lower guide section 77 can be designed as a U-shaped recess.
  • FIG. 1 A perspective sectional view of the rotor 19 is shown in FIG.
  • This rotor 19 differs from the embodiment in FIG. 7 in that only one web 64 is provided on an inner circumference of the rotor 19.
  • this web 64 is not designed as a guide for the ball 62, but as a driver.
  • This web 64 causes the ball guide 71 to rotate relative to the spindle nut 36.
  • the web 64 rests on an outside of the longitudinal groove 72 of the ball guide 71.
  • the design of the web 64 in the function of a driver on the rotor 19 makes it possible that when the rotor 19 is driven in one direction of rotation, the web 64 can perform a free rotation of almost 360 ° before the web 64 rests on the longitudinal groove 72, to set the ball guide 71 in rotation. Since the transmission element 51 of the rotor 19 is connected to the spindle 37 in a rotationally fixed manner, a rotational movement of the spindle 37 can be controlled by the rotation of the rotor 19 without driving the ball guide 71 without the ball 62 being moved along the ball orbit 61. This configuration enables a larger stroke path to be controlled in the embodiment according to FIGS. 11 to 15 with the same pitch and number of turns of the ball track 61 as in the previously described embodiment in FIGS. 1 to 10.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelventil, insbesondere elektrisch steuerbares Regelventil, mit einem Gehäuse, in welchem ein Ventilschließglied vorgesehen ist, welches in einer Schließposition einen Ventilsitz schließt und in einer Arbeitsposition von dem Ventilsitz abgehoben ist, mit einer Antriebseinrichtung (14) zur Steuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes, welche einen Motor umfasst, der einen Stator und einen durch den Stator rotierend antreibbaren Rotor umfasst, wobei der Stator feststehend zum Gehäuse vorgesehen ist und der Rotor innerhalb einer Trennkappe vorgesehen ist, welche an dem Gehäuse fixiert ist, mit einem Spindelantrieb, der eine Spindelmutter und eine Spindelumfasst, wobei durch den Spindelantrieb eine Hubbewegung des Ventilschließgliedes ansteuerbar ist, wobei zwischen dem Rotor und dem Spindelantrieb ein Kugelspindelantrieb vorgesehen ist, und der Kugelspindelantrieb zur Begrenzung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes zumindest einen unteren Endanschlag für die Schließposition des Ventilschließgliedes und/oder einen oberen Endanschlag für eine Sicherungsposition des Rotors aufweist.

Description

Regelventil, insbesondere elektrisch gesteuertes Regelventil
Die Erfindung betrifft ein Regelventil, insbesondere ein elektrisch gesteuertes Regelventil.
Aus der JP 2006-348 962 A ist ein motorbetriebenes Ventil bekannt. Dieses Ventil umfasst ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung. Dazwischenliegend ist ein Regulierraum vorgesehen. Innerhalb des Regulierraumes ist ein Ventilschließglied auf- und abbewegbar angesteuert. Zur Ansteuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes ist ein elektrischer Antrieb vorgesehen. Dieser umfasst einen feststehend angeordneten Stator sowie einen innerhalb einer Trennkappe angeordneten Rotor, der durch den Stator rotierend angetrieben ist. Innerhalb der Trennkappe ist ein Spindelantrieb bestehend aus einer Spindel und einer Spindelmutter vorgesehen. Die Spindel, welche den Rotor aufnimmt, ist in der Trennkappe rotierend aber ortsfest gelagert. Die Spindelmutter, welche in einem ortsfesten Führungsstück axial geführt ist, nimmt die Spindel auf, wodurch die Drehbewegung des Rotors und der Spindel in einer axialen Bewegung übersetzt wird. Zur Begrenzung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes ist ein feststehend zum Regulierraum vorgesehenes Federelement vorgesehen, welches das Führungsstück außen umgibt. Entlang den Windungen des Federelementes ist ein Anschlagelement rotierend zum Federelement vorgesehen. Dieses Anschlagelement ist fest mit dem Führungsstück verbunden. Am oberen und unteren Ende des Federelementes ist ein Anschlag vorgesehen. Dadurch wird die Auf- und Abbewegung des Anschlagelementes bezüglich des gesamten Hubweges beschränkt, indem die rotierende Bewegung des Rotors beim Erreichen der Anschläge gestoppt wird.
Aus der CN 101 769 389 A ist ebenfalls ein Regelventil bekannt. Dieses Regelventil weist ebenfalls einen elektrischen Antrieb auf, der einen feststehenden Stator und innerhalb einer Trennkappe ein durch den Stator drehbar antreibbaren Rotor aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spindel fest mit dem Rotor verbunden ist, so dass bei einer Rotationsbewegung der Rotor zusammen mit der Spindel auf- und abbewegt wird. Die Hubbewegung des Rotors und der Spindel wird durch ein analoges Federelement mit einem oberen und unteren Anschlag sowie einem darin geführten Anschlagelement wie bei dem zuvor zitierten Stand der Technik begrenzt.
Diese Hubbegrenzung weist den Nachteil auf, dass es zwischen dem Anschlagelement und den Windungen des Federelementes während der Auf- und Abbewegung zu erhöhter Reibung kommen kann. Zudem ist eine exakte Ausrichtung des oberen und unteren Anschlags am Ende einer jeden Windung aufgrund von Temperatureinflüssen nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil zu schaffen, welches einen sicheren Betrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Regelventil, insbesondere ein elektrisch steuerbares Regelventil gelöst, welches ein Gehäuse umfasst, in welchem ein Ventilschließglied vorgesehen ist, welches in einer Schließposition einen Ventilsitz schließt und in eine Arbeitsposition von dem Ventilsitz abgehoben ist. Eine Antriebseinrichtung zur Steuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes umfasst einen elektrisch ansteuerbaren Motor, der einen Stator und einen durch den Stator rotierend antreibbaren Rotor umfasst. Der Stator ist feststehend zum Gehäuse vorgesehen und der Rotor innerhalb einer Trennkappe angeordnet, welche an dem Gehäuse befestigt ist und vorzugsweise das Gehäuse nach außen schließt. Ein Spindelantrieb, bestehend aus einer Spindelmutter und einer Spindel, ist zur Ansteuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes vorgesehen. Zwischen dem Spindelantrieb und dem Rotor ist ein Kugelspindelantrieb vorgesehen bzw. wirkt der Kugelspindelantrieb. Dieser Kugelspindelantrieb weist den Vorteil auf, dass zumindest ein oberer und/oder ein unterer Endanschlag an dem Kugelspindelantrieb oder durch den Kugelspindelantrieb ausgebildet werden kann, um die Verfahrbewegung des Ventilschließgliedes entlang eines Hubweges anzusteuern und die Hubbewegung des Rotors und/oder des Ventilschließgliedes bei einer Fehlansteuerung durch den Motor zu begrenzen.
Der Kugelspindelantrieb für ein solches Regelventil umfasst bevorzugt eine Kugellaufbahn mit einer Steigung zwischen der Spindelmutter und dem Rotor sowie eine entlang der Steigung bewegbare Kugel, welche durch eine Führung geführt ist, wobei die Führung sich zumindest über die gesamte Länge der Kugelumlaufbahn erstreckt. Dieser Kugelspindelantrieb weist somit einen konstruktiv einfachen Aufbau auf. Zum einen kann die Kugel auf und ab entlang der Führung geführt werden. Zum anderen kann die Kugel entlang der Kugelumlaufbahn abgerollt werden. Dadurch sind einfache Kraftverhältnisse und/oder geringe Reibverhältnisse gegeben.
Die Führung des Kugelspindelantriebs kann an einem Innenumfang des Rotors und die Kugelumlaufbahn des Kugelspindelantriebes an einem Außenumfang der Spindelmutter vorgesehen sein. Alternativ kann diese Anordnung auch vertauscht ausgebildet sein.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Längsachse der Führung sich parallel zur Rotationsachse der Kugelumlaufbahn erstreckt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Längsachse der Führung rechtwinklig zu einem Steigungsabschnitt der Kugelumlaufbahn ausgerichtet ist. Bei dieser Anordnung können verbesserte Kraftverhältnisse als bei der zuvor beschriebenen Anordnung gegeben sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Führung durch eine Kugelführung, vorzugsweise eine Kugelführung mit einer U-förmigen Längsnut ausgebildet ist, welche an der Spindelmutter drehbar gelagert ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Führung an der Spindelmutter und der Einsteckbuchse oder an der Spindelmutter und der Trennkappe drehbar gelagert ist. Diese Kugelführung, welche an der Spindelmutter drehbar gelagert ist, weist den Vorteil auf, dass der Rotor konstruktiv einfach ausgestaltet sein kann und vereinfacht die Montage des Ventils.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kugelführung eine obere und eine untere Lagerstelle aufweist, welche an einem oberen und einem unteren Führungsabschnitt der Spindelmutter gelagert ist. Diese obere und untere Lagerstelle kann entsprechend den oberen und unteren Führungsabschnitt zumindest teilweise umgreifen. Insbesondere kann die Kugelführung an der Spindelmutter drehbar gelagert positioniert werden. Vorteilhafterweise kann die obere Lagerstelle ringförmig ausgebildet sein, welche oben auf den oberen Führungsabschnitt der Spindelmutter aufgesteckt wird. Insbesondere kann die untere Lagerstelle klammerförmig ausgebildet sein, sodass diese auf den unteren Führungsabschnitt der Spindelmutter aufgesteckt werden kann und/oder auf einem weiteren benachbarten Teil gelagert sein. Bevorzugt ist die obere Lagerstelle in der Funktion als ein Radiallager und die untere Lagerstelle in der Funktion als eine Arial-Radiallager ausgebildet.
Die Kugelführung, insbesondere die U-förmige Längsnut, erstreckt sich vorteilhafterweise entlang der gesamten Länge der Kugelumlaufbahn. Dadurch kann die Kugel des Kugelspindelantriebs zwischen einem oberen und einem unteren Anschlag der Kugelumlaufbahn verfahren werden.
Der Rotor, der mit der Kugelführung zusammenwirkt, weist vorteilhafterweise an seinem Innenumfang einen sich parallel zur Rotationsachse erstreckenden Steg auf, der in Abhängigkeit der Drehrichtung des Rotors an dem einen oder dem anderen Schenkel der U-förmigen Längsnut der Kugelführung zur rotierenden Mitnahme der Kugelführung anliegt. Der Aufbau eines solchen Rotors ist vereinfacht. Zudem kann dadurch ermöglicht sein, dass der Rotor mit einer Umdrehung vorzugsweise von weniger als 360°, insbesondere in einem Bereich von 320° bis 359°, angetrieben ist, bevor eine Übertragung der Drehbewegung auf die Spindelmutter über die Kugel erfolgt. Dadurch ist ermöglicht, dass die Länge der Steigung der Kugelumlaufbahn verringert werden kann.
Insbesondere ist durch die Ausgestaltung der Kugelführung und deren drehbarer Lagerung um die Spindelmutter ermöglicht, dass der Rotor eine Länge aufweist, die kürzer als die Länge der Kugelführung ist. Dadurch kann eine Kostenreduzierung erzielt werden, da der Rotor aus einem magnetischen Material, insbesondere Seltene Erden, aufgebaut ist. Zudem kann eine Verringerung des Gewichts des Rotors erzielt werden, wodurch auch die Antriebsmomente bzw. Trägheitskräfte beim Beschleunigen und/oder Abbremsen des Rotors verringert werden können.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Führung des Kugelspindelantriebs durch zwei parallel verlaufende Stege mit einer dazwischen angeordne- ten Nut ausgebildet ist. Die Nut kann einen halbrunden oder auch rechteckigen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise ist der Abstand der Stege nur geringfügig größer oder mit einer Spielpassung zu dem Durchmesser der Kugel ausgebildet.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Kugelumlaufbahn eine Ril- lung aufweist, die im Durchmesser dem der Kugel entspricht und vorzugsweise einen Kreisumfang von 120 bis 180° im Querschnitt umfasst. Alternativ kann der Querschnitt der Rillung auch rechteckig sein. Dieser Kreisumfang erfordert lediglich, dass die Kugel sicher in der Kugelumlaufbahn geführt ist. Vorzugsweise ist die Rillung helixförmig ausgebildet.
Diese Kugelumlaufbahn kann aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein. Die Ausgestaltung aus Kunststoff weist den Vorteil auf, dass der Kugelspindelantrieb gewichtssparend ausgebildet sein kann, insbesondere wenn eine Spindelmutter mit der Kugelumlaufbahn aus Kunststoff ausgebildet ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass am oberen und unteren Ende der Kugelumlaufbahn jeweils ein Endanschlag vorgesehen ist. Dadurch kann in einfacher Weise die Rollbewegung der Kugel in der Kugellaufbahn begrenzt und somit auch die Antriebsbewegung für eine Hubbewegung des Ventilschließgliedes stillgesetzt werden.
Bei einer aus Kunststoff ausgebildeten Kugelumlaufbahn kann vorteilhafterweise eine aus einem gegenüber Kunststoff härteren Material ausgebildeter Endanschlag vorgesehen sein. Dieser Endanschlag kann an der Kugelumlaufbahn angepresst, eingepresst, angeklebt oder in Form eines Verbundbauteils ausgebildet sein. Der Endanschlag kann aus Metall bestehen.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine in der Höhe platzsparende Anordnung für die Ansteuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes geschaffen werden kann. Die Spindelmutter des Spindelantriebes ist bevorzugt drehfest mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere mit einer Öffnung des Gehäuses, in welche das Ventilschließglied einsteckbar ist. Die Trennkappe kann abdichtend zur Öffnung des Gehäuses angeordnet werden. Alternativ kann die Trennkappe auch die Öffnung umgreifend an dem Gehäuse vorgesehen sein.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spindelmutter durch eine form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung drehfest mit dem Gehäuse, insbesondere mit der Öffnung des Gehäuses verbunden ist. Dadurch wird zum einen ermöglicht, dass der Rotor gegenüber der Spindelmutter rotierend antreibbar ist und zum anderen kann eine Drehbewegung des Rotors auf die Spindel übertragbar sein, welche innerhalb der Spindelmutter auf- und abbewegbar vorgesehen ist.
Die bevorzugt aus Kunststoff ausgebildete Spindelmutter kann ein metallisches Einlegeteil aufweisen, durch welches dieses mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist. Dieses Einlegeteil kann beispielsweise bei der Herstellung der Spindelmutter durch einen Spritzgussvorgang mit eingebunden sein. Dadurch kann eine metallische Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem Gehäuse sowie eine axiale Befestigung der Spindelmutter geschaffen werden und gleichzeitig die gewichtsparende Ausgestaltung der Spindelmutter aus Kunststoff beibehalten bleiben.
Die Spindelmutter des Spindelantriebs weist bevorzugt ein Innengewinde auf, durch welches die Spindel mit einem darin eingreifenden Außengewinde für die Hubbewegung ansteuerbar ist.
Die Drehbewegung der Spindel wird vorteilhafterweise durch eine an dem Rotor angreifenden und fest mit der Spindel verbundenen Übertragungselement angesteuert. Dadurch kann eine einfache Verbindung zwischen dem Rotor und der Spindel geschaffen werden.
Das Gehäuse kann bevorzugt als eine Einschraubbuchse, Einpressbuchse oder eine Einsteckbuchse ausgebildet sein. In der Einsteckbuchse kann ein eingesteckter oder eingepresster Ventilsitz vorgesehen sein. Ein stirnseitiger Endabschnitt der Einsteckbuchse, in welchem der Ventilsitz vorgesehen ist, kann über eine Anschlussöffnung einer Anschlusseinrichtung in einen Durchgang der Anschlusseinrichtung einsetzbar sein. Dieser ermöglicht, dass zum einen eine einfache Herstellung des Gehäuses als Einsteckbuchse ermöglicht ist. Zum anderen kann durch die Einsteckbuchse ermöglicht sein, dass voneinander abweichende Ausgestaltungen des Ventilschließgliedes und/oder des Ventilsitzes und/oder einem Durchgangkanal im Ventilsitz in dieselbe Anschlusseinrichtung einsetzbar sind.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spindel des Spindelantriebes eine Ventilschließgliedaufnahme umfasst, in welche das Ventilschließglied entgegen einer Kraft eines Kraftspeicherelementes eintauchbar ist. Dadurch kann eine thermische Verspannung unterbunden bleiben, die bei einer erhöhten Schließkraft und einem darauffolgenden Erwärmen des Ventilsitzes aufgrund von Umgebungsbedingungen auftreten kann.
In der Ventilschließgliedaufnahme ist das Ventilschließglied bevorzugt drehentkoppelt gelagert ist. Dadurch wird ermöglicht, dass das Ventilschließglied mit einer vordefinierten Schließkraft in dem Ventilsitz anliegt. Dadurch kann eine Beschädigung bei einer Druckkrafterhöhung von dem Ventilschließglied auf den Ventilsitz vermieden werden.
Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Gehäuse, das Ventilschließglied, der Spindelantrieb, der Kugelspindelantrieb und der Rotor und vorzugsweise die Trennkappe als eine Baueinheit in die Anschlusseinrichtung einsetzbar sind. Dadurch kann ein einfacher und schneller Einbau und Zusammenbau eines solchen Regulierventils mit einem elektrischen Antrieb ermöglicht sein. Nach dem Einsetzen dieser Einbaueinheit in die Anschlusseinrichtung ist gegebenenfalls noch das Aufstecken der Trennkappe und dessen Befestigung sowie die Anordnung und Befestigung des Stators an der Anschlusseinrichtung erforderlich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Regelventils ist vorgesehen, dass bei einer Anordnung des Ventilschließgliedes in einer Schließposition und der Kugel des Spindelantriebes an einem oberen Endanschlag der Kugelumlaufbahn sowie bei einem mit einem Rechtsgewinde ausgebildeten Spindelantrieb der Rotor linksdrehend zur Ansteuerung einer Hubbewegung in die Arbeitsposition des Ventilschließgliedes angesteuert ist. Dabei wird zum einen der Rotor relativ zur Spindelmutter nach oben bewegt und zum anderen die Spindel innerhalb der Spindelmutter ebenfalls nach oben bewegt. Zudem bewegen sich die Kugel und die Spindel gegenläufig.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass bei dem Ventilschließglied in einer Schließposition und der Kugel des Spindelantriebes an einem oberen Endanschlag der Kugelumlaufbahn sowie bei einem mit einem Linksgewinde ausgebildeten Spindelantrieb der Rotor rechtsdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes in die Arbeitsposition angesteuert ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird der Rotor als auch die Spindel relativ zur Spindelmutter nach oben bewegt. Zudem bewegen sich die Kugel und die Spindel gegenläufig.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Regelventils kann vorgesehen sein, dass das Ventilschließglied in einer Schließposition angeordnet ist und die Kugel des Kugelspindelantriebes an einem unteren Endanschlag der Kugelumlaufbahn anliegt und bei einem mit einem Rechtsgewinde ausgebildeten Spindelantrieb der Rotor rechtsdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes in die Arbeitsposition angesteuert wird. Die Kugel und die Spindel bewegen sich in gleicher Richtung. Bei dieser Ausführungsform kann ein verkürzter Rotor vorgesehen sein.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Ventilschließglied in einer Schließposition angeordnet ist und die Kugel des Kugelspindelantriebes an einen unteren Endanschlag der Kugelumlaufbahn anliegt und bei einem mit einem Linksgewinde ausgebildeten Spindelantrieb der Rotor linksdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes in die Arbeitsposition des Ventilschließgliedes angesteuert wird. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein verkürzter Rotor vorgesehen sein.
Diese vorstehenden Ausführungsformen zeigen, dass zum einen die Kugel des Kugelspindelantriebes an einem oberen Endanschlag oder an einem unteren Endanschlag bei einer Schließposition des Ventilschließgliedes vorgesehen sein kann und in beiden Fällen eine Hubbewegung des Ventilschließgliedes ansteuerbar ist. Auch kann eine Vertauschung des Spindelantriebs mit einem Rechts- oder Linksgewinde vorgesehen sein.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen :
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Regelventils mit einer Antriebseinrichtung,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Regelventils gemäß Figur 1 bei einem nicht dargestellten Stator der Antriebseinrichtung,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht des Regelventils gemäß Figur 1 mit einem Ventilschließglied in einer Schließposition,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht des Regelventils gemäß Figur 1 mit dem Ventilschließglied in einer Arbeitsposition, Figur 5 eine schematische Schnittansicht des Regelventils gemäß Figur 1 mit dem Ventilschließglied in einer Sicherungsposition,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht einer Spindelmutter mit einer Kugelumlaufbahn eines Kugelspindelantriebes des Regelventils,
Figur 7 eine perspektivische Schnittansicht eines Rotors mit einer Führung des Kugelspindelantriebes,
Figur 8 eine perspektivische Schnittansicht auf den Kugelspindelantrieb zwischen dem Rotor und der Spindelmutter,
Figur 9 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform zur Figur 3,
Figur 10 eine schematische Schnittansicht der alternativen Ausführungsform gemäß Figur 9 mit dem Ventilschließglied in einer Sicherungsposition,
Figur 11 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Kugelspindelantriebs des Regelventils,
Figur 12 eine perspektivische Ansicht des Spindelantriebs gemäß Figur 11,
Figur 13 eine perspektivische Ansicht einer Spindelmutter des Spindelantriebs gemäß Figur 11,
Figur 14 eine perspektivische Ansicht einer Kugelführung des Kugelspindelantriebs gemäß Figur 11, und Figur 15 eine perspektivische Schnittansicht eines Rotors für den Kugelspindelantrieb gemäß Figur 11. In Figur 1 ist perspektivisch ein Regelventil 11 dargestellt. Dieses Regelventil 11 ist an einer Anschlusseinrichtung 5 vorgesehen. Das Regelventil 11 umfasst eine Antriebseinrichtung 14. Diese Antriebseinrichtung 14 umfasst einen elektrischen Anschluss 15, insbesondere einen Stecker, der mit einer nicht näher dargestellten Steuerung verbindbar ist. Diese Antriebseinrichtung 14 umfasst einen elektrischen Motor 17, der auch als Trennkappenmotor bezeichnet wird, sowie eine Montageeinrichtung 16, insbesondere einen Befestigungsflansch. Die Antriebseinrichtung 14, insbesondere die Umhausung und der Stator 18, ist bevorzugt mit dem Montageflansch 16 an der Anschlusseinrichtung 5 lösbar befestigt. Dieser Motor 17 umfasst einen in der Umhausung der Antriebseinrichtung 14 feststehend angeordneten Stator 18 sowie einen drehend antreibbaren Rotor 19 (Figur 3). Zwischen dem Stator 18 und dem Rotor 19 ist eine Trennkappe 21 vorgesehen. Diese Trennkappe 21 ist mediendicht zu der Anschlusseinrichtung 5 bzw. zu einer Anschlussöffnung der Anschlusseinrichtung 5 angeordnet.
Die Figur 2 zeigt die Anschlusseinrichtung 5 mit einem daran lösbar befestigten Gehäuse 12 des Regelventils 11 sowie einer an dem Gehäuse 12 befestigten Trennkappe 21. Komponenten des Regelventils 11 sind in die Anschlusseinrichtung 5 eingesetzt und durch die Trennkappe 21 nach außen abgedichtet. Bevorzugt ist die Trennkappe 21 an einem oberen Abschnitt, insbesondere Ringbund, des Gehäuses 12 verlötet oder verschweißt. Der Stator 18 sowie die den Stator 18 aufnehmende Umhausung der Antriebseinrichtung 14 kann darauffolgend an der Anschlusseinrichtung 5 zur Komplettierung des Regelventils 11 montiert werden.
Dieses Regelventil 11 gemäß Figur 1 kann in der Anschlusseinrichtung 5 eines Kältekreislaufs eingesetzt werden, bei welchem beispielsweise das Kältemittel R134a, R1234y oder dergleichen verwendet wird. Auch kann dieses Regelventil 11 für ein Kältemittel CO2 eingesetzt werden. Die Anschlusseinrichtung 5 kann beispielsweise ein innerer Wärmetauscher, ein Chiller oder ein Anschlussblock sein. In Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht des Regelventils 11 gemäß Figur 1 dargestellt. Die Anschlusseinrichtung 5 kann beispielsweise aus einem Aluminium bestehen. Insbesondere kann es sich um ein stranggepresstes Profil handeln, so dass die Anschlusseinrichtung 5 durch Ablängung des Profils auf ein Endmaß herstellbar ist. Die Anschlusseinrichtung 5 umfasst eine Zuführöffnung 6 sowie eine Abführöffnung 7, die durch einen Durchgang 8 miteinander verbunden sind. An einer Außenseite der Anschlusseinrichtung 5 ist eine Anschlussöffnung 9 vorgesehen, welche sich in die Anschlusseinrichtung 5 hinein erstreckt und in dem Durchgang 8 endet. Dadurch ist der Durchgang 8 über die Anschlussöffnung 9 von außen zugänglich.
Das Regelventil 11 umfasst ein Gehäuse 12, welches beispielsweise als eine Einschraubbuchse 31 ausgebildet ist. Diese Einschraubbuchse 31 kann zum Einsetzen in die Anschlussöffnung 9 ausgebildet sein. Die Einsteckbuchse 31 wird über ein Dichtelement 13 gegenüber der Anschlussöffnung 9 abgedichtet. In der Einschraubbuchse 31 kann ein Ventilschließglied 43 auf- und abbewegbar vorgesehen sein. Bei einer einfachen Ausgestaltung des Gehäuses 12 bzw. der Einschraubbuchse 31 dient die Einschraubbuchse 31 nur zur Fixierung in der Anschlusseinrichtung 5. Das Ventilschließglied 43 kann einen in dem Durchgang 8 angeordneten oder in dem Durchgang 8 eingepressten Ventilsitz 32 schließen. Das Gehäuse 12 kann, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, einen Endabschnitt aufweisen, welcher eine Einlassöffnung 24 sowie eine Auslassöffnung 26 umfasst, die durch einen Durchgangskanal 27 miteinander verbunden sind. Der Durchgangskanal 27 erstreckt sich innerhalb des Ventilsitzes 32. Zwischen dem Ventilsitz 32 und der Einlassöffnung 24 ist ein Regulierraum 29 vorgesehen.
Diese Einschraubbuchse 31 kann vorzugsweise an einem stirnseitigen Endabschnitt zwischen der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 26 außen umlaufend ein Dichtelement 23 aufweisen, so dass der Endabschnitt des Gehäuses 12 gegenüber dem Durchgang 8 abgedichtet ist. Der Ventilsitz 32 in dem Gehäuse 12 kann einteilig in der Einsteckbuchse 31 ausgebildet sein oder als ein Einpressteil ausgebildet sein. Alternativ kann der Ventilsitz 32 auch über ein Schraubgewinde in der Höhe einstellbar in der Einschraubbuchse 31 angeordnet werden.
Das Gehäuse 12 nimmt einen Spindelantrieb 34 auf. Dieser Spindelantrieb 34 ist dem stirnseitigen Endabschnitt des Gehäuses 12, der in die Anschlussöffnung 9 einsteckbar ist, gegenüberliegend angeordnet. Der Spindelantrieb 34 umfasst eine Spindelmutter 36 sowie eine Spindel 37. Zwischen der Spindelmutter 36 und der Spindel 37 wirken ein Innen- und Außengewinde 38, 39 miteinander für eine Relativbewegung der Spindel 37 und Spindelmutter 36. Die Spindel 37 ist um eine Längsachse 35 der Spindelmutter 36 drehbar.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Spindelmutter 36 aus Kunststoff ausgebildet ist. Diese Spindelmutter 36 weist ein Einlegeteil 41 auf. Dieses Einlegeteil 41 dient zur axialen Sicherung der Spindel 37 zum Gehäuse 12. Das Einlegeteil 41 ist vorzugsweise metallisch ausgebildet. Dieses Einlegeteil 41 ist drehfest mit einem Abschnitt 42, insbesondere einem Ringabschnitt des Gehäuses 12 bzw. der Einsteckbuchse 31 verbunden. Das Einlegeteil 41 kann als eine Ringscheibe ausgebildet sein. Zur Fixierung an dem Abschnitt 42 kann eine Umbördelung, eine Verschweißung, eine Verpressung, eine Reibschluss, eine Verklebung oder dergleichen vorgesehen sein.
Die Spindel 37 weist an einem unteren zum Ventilsitz 32 weisenden Ende eine Ventilschließgliedaufnahme 44 auf. Durch diese Ventilschließgliedaufnahme 44 ist ein Ventilschließglied in Längsachse der Spindel 37 nachgiebig und/oder drehentkoppelt angeordnet. In der Ventilschließgliedaufnahme 44 ist ein Kraftspeicherelement 45 vorgesehen, welches das Ventilschließglied 43 in eine Ausgangsposition überführt. In dieser Ausgangsposition liegt eine umlaufende Schulter 46 des Ventilschließgliedes 43 an einem Ringbund 47 der Ventilschließgliedaufnahme 44 an. Am oberen Ende der Spindel 37 bzw. dem Ventilschließglied 43 gegenüberliegend ist ein Übertragungselement 51 fixiert. Dieses Übertragungselement 51 stellt eine Verbindung zwischen der Spindel 37 und dem Rotor 19 dar. Dadurch ist der Rotor 19 drehfest mit der Spindel 37 verbunden. Gleichzeitig ist der Rotor 19 durch das Übertragungselement 51 in seiner Position relativ zur Spindel 37 lagefixiert. Sofern die Spindel 37 relativ zur Spindelmutter 36 aufwärts bewegt wird, erfolgt auch eine Aufwärtsbewegung des Rotors 19.
Zwischen dem oberen Ende der Spindel 37 und des Außengewindes 39 der Spindel 37 ist eine Lagerung 40 vorgesehen, durch welche eine Hubbewegung der Spindel 37 relativ zur Spindelmutter 36 geführt ist. Durch diese axiale Führung der Spindel 37 über die Lagerung 40 in der Spindelmutter 36 kann eine Taumelbewegung des Rotors 19 bei dessen Drehbewegung verhindert sein. Dieser ermöglicht ein sehr geringes Spaltmaß zwischen einem Außenumfang des Rotors 19 und der Trennkappe 21. Dadurch kann wiederum eine verbesserte Kraftübertragung von dem Stator 18 auf den Rotor 19 ermöglicht sein.
Zwischen dem Rotor 19 und dem Spindelmutterantrieb 34, insbesondere der Spindelmutter 36, ist ein Kugelspindelantrieb 55 vorgesehen. Dieser Kugelspindelantrieb 55 dient zur Begrenzungeiner Hubbewegung des Ventilschließgliedes 43 aus einer Schließposition 48 gemäß Figur 3 in eine Arbeitsposition 57 gemäß Figur 4 und eine Sicherungsposition 58 gemäß Figur 5. Die Schließposition 48 ist durch einen unteren Endanschlag 66 an der Spindelmutter 36 bestimmt. Die Sicherungsposition 58 ist durch einen oberen Endanschlag 67 an der Spindelmutter 36 bestimmt. Der Kugelspindelantrieb 55 umfasst eine Kugelumlaufbahn 61, welche an einem Außenumfang der Spindelmutter 36 vorgesehen ist. Der Kugelspindelantrieb 55 umfasst eine Kugel 62 sowie eine Führung 63, welche bevorzugt an einem Innenumfang des Rotors 19 vorgesehen ist.
Die Trennkappe 21 umgibt den Rotor 19, den Kugelantrieb 55 , den Spindelmutterantrieb 34 und ist mediendicht an der Einsteckbuchse 31 oder zur Stirnseite der Anschlusseinrichtung 5 fixiert. Eine Umhausung der Antriebseinrichtung 14 weist eine Durchbrechung auf. Innerhalb der Durchbrechung ist die Trennkappe 21 vorgesehen. Der Stator 18 und der Rotor 19 sind somit durch die Trennkappe 21 getrennt. Der Stator 18 und der Rotor 19 sind in etwa auf derselben Höhe vorgesehen. Der Rotor 19 kann aus mehreren Segmenten bestehen, die mit deren Nord- und Südpol abwechselnd und aneinandergereiht positioniert sind. Durch eine Ansteuerung des Stators 18 kann der Rotor 19 in Drehung versetzt werden. Durch eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen des Rotors 19 ist ein Hub des Ventilschließgliedes 43 ansteuerbar.
In der Schließposition 48, in welcher das Ventilschließglied 43 den Ventilsitz 32 schließt, ist gemäß der Ausführungsform in Figur 3 die Kugel 62 an einem unteren Endanschlag 66 anliegend positioniert.
In Figur 4 ist das Ventilschließglied 43 in einer Arbeitsposition 57 übergeführt. Die Arbeitsposition 57 liegt zwischen der Schließposition 48 gemäß Figur 3 und der Sicherungsposition 58 in Figur 5. Durch die Ansteuerung des Motors 17 mit einer vorbestimmten Anzahl an Schritten oder Drehungen wird das Ventilschließglied 43 aus der Schließposition 48 gegenüber dem Ventilsitz 32 abgehoben und gibt den Durchgangskanal 27 frei. Bei einem angesteuerten Öffnungshub des Ventilschließgliedes 43 kann dieses die Arbeitsposition 57 einnehmen. In Figur 5 ist das Ventilschließglied 43 in einer Sicherungsposition 58 dargestellt. Das Ventilschließglied 43 ist in einer Position gegenüber dem Ventilsitz 32 abgehoben. Nach der Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes 43 durch den Motor 17 befindet sich die Kugel 62 des Kugelspindelantriebs 61 an einem oberen Endanschlag 67. Die Hubbewegung des Ventilschließgliedes 43 ist in Öffnungsrichtung dadurch begrenzt. Die Sicherungsposition 58 bzw. obere Anschlagsposition wird bei normalem Betrieb nicht eingenommen. Sofern der Motor 18, der durch Antriebsschritte angesteuert wird, einen Schrittverlust erfahren sollte, also seine Position verliert, wird eine Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes 43 durch diese Sicherungsposition 58 begrenzt und das Regelventil 11 bleibt weiter funktionsfähig. Ein solches Regelventil 11 gemäß den Figuren 3 bis 5 kann bezüglich dem Spindelantrieb 34 und dem Kugelspindelantrieb 55 wie folgt ausgebildet sein. Das Ventilschließglied 43 ist in einer Schließposition 48 und somit ist die Spindel 37 in einer unteren Position. In dieser unteren Position der Spindel 37 ist auch der Rotor 19 in einer unteren Position. Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die Kugel 62 in der Kugelumlaufbahn 61 in einer unteren Position angeordnet ist.
Sofern nun der Spindelantrieb 34 mit einem Rechtsgewinde ausgebildet ist und die Kugelumlaufbahn 61 rechtsdrehend ausgebildet ist, wird eine Drehrichtung des Rotors 19 nach links zum Öffnen des Ventilschließgliedes 43 angesteuert.
Sofern bei der vorbeschriebenen Ausführungsform der Spindelantrieb 34 mit einem Linksgewinde ausgebildet ist und die Kugelumlaufbahn 61 linksdrehend ist, wird eine Drehrichtung des Rotors 19 nach rechts angesteuert, um das Ventilschließglied 43 in eine geöffnete Position überzuführen.
In beiden Ausführungsformen bewegt sich die Kugel 61 und die Spindel 67 in gleicher Richtung. Dies weist den Vorteil auf, dass ein in der Länge verkürzter Rotor 19 ausgebildet sein kann und somit die Bauhöhe der Trennkappe 21 verringert werden kann.
In Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter 36 mit einem oberen Endanschlag 67 dargestellt. Die Spindelmutter 36 umfasst die Kugelumlaufbahn 61, welche am Außenumfang beispielsweise mit einem Rechtsgewinde ausgebildet ist. Die Lauffläche der Kugelumlaufbahn 61 ist an den Durchmesser der Kugel 62 angepasst. Bevorzugt wird der Durchmesser der Kugel 62 und somit die Steigung der Kugelumlaufbahn 61 dem Hubweg angepasst, welchen das Ventilschließglied 43 aus einer Schließposition 48 in die Arbeitsposition 57 zu überwinden hat. Der obere Endanschlag 67 kann durch eine Querschnittsfläche ausgebildet sein, welche die Kugelumlaufbahn 61 sperrt. Alternativ kann auch ein stiftförmiger Anschlag oder dergleichen vorgesehen sein. Ein solcher stiftförmige Anschlag kann bei der Ausgestaltung der Spindelmutter 36 als Kunststoffteil auch als Einlegeteil ausgebildet sein. Am oberen Ende der Spindelmutter 36 ragt ein Ende der Spindel 37 hervor. Gegenüberliegend ist ein Anschlussabschnitt 41 an der Spindelmutter 36 vorgesehen. Dieser kann aus Metall ausgebildet sein. Die Spindelmutter 36 und der Anschlussabschnitt 41 können als ein Verbundbauteil ausgebildet sein. Dieses wiederum ist mit dem Abschnitt 42 des Gehäuses 12 bzw. der Einsteckbuchse 31 verbunden.
In Figur 7 ist eine schematische Schnittansicht des Rotors 19 dargestellt. Der Rotor 19 ist hülsenförmig ausgebildet. An einem Ende der Hülse des Rotors 19 ist das Übertragungselement 51 befestigt. Dieses kann auch eingegossen sein. Alternativ kann dies auch durch eine Klebe-, Press-, Schraub- oder sonstige Verbindung an dem Rotor 19 befestigt sein. Am Innenumfang des Rotors 19 ist die Führung 63 ausgebildet. Diese Führung 63 umfasst zwei parallel zueinander beabstandete Stege 64, zwischen denen eine Nut 65 gebildet ist. Der Abstand der Stege 64 bzw. die Breite der Nut 65 entspricht dem Durchmesser der Kugel 62 oder ist geringfügig größer ausgebildet. Die Länge der Führung 63 kann größer als ein Abstand zwischen dem oberen und unteren Endanschlag 66, 67 sein. In dem Fall, dass die Gewinderichtung der Spindel 37 und der Kugelumlaufbahn 61 gleich sind, kann die Führung 63 kleiner als der Abstand zwischen dem oberen und unteren Endanschlag 66, 67 sein. Die Führung 63 am Rotor 19 kann aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein.
In Figur 8 ist eine perspektivische Schnittansicht des Kugelspindelantriebes 55 dargestellt. Die im Halbschnitt dargestellte Kugel 62 ist zum einen durch die Führung 63 des Rotors 18 gehalten und zum anderen in der Kugelumlaufbahn 61 durch die Führung 63 umlaufend geführt. Die Drehbewegung des Rotors gegenüber der Spindelmutter 36 im Uhrzeigersinn ist durch den oberen Anschlag 67 gesperrt. Die Kugel 62 liegt dann im oberen Anschlag 67 an. Analoges gilt für den unteren Anschlag 66. Bei dem Kugelspindelantrieb 55 des Regelventils 11 gemäß Figur 3 bis 5 ist bei einer Positionierung des Ventilschließgliedes 44 in der Schließposition 48 die Kugel 62 des Kugelspindelantriebes 55 an einem unteren Endanschlag 66 angeordnet. Der Kugelspindelantrieb 55 kann beispielsweise eine Kugelumlaufbahn 61 mit einer Steigung von 2,5 mm je Windung und vier Windungen aufweisen. Dadurch wird der Rotor 19 um einen Hub von 10 mm bei der Überführung des Ventilschließgliedes 43 aus der Schließposition 48 in Figur 3 in eine Sicherungsposition 58 gemäß Figur 5 um 10 mm verfahren. Zwischen der Spindelmutter 36 und der Spindel 37 kann beispielsweise das Gewinde eine Steigung von 0,5 mm aufweisen. Bei derselben Anzahl der Umdrehungen der Spindel 37, welche durch die Kugelumlaufbahn 61 an der Spindelmutter 36 beschränkt ist, insbesondere gemäß dem Ausführungsbeispiel, durchläuft das Ventilschließglied 43 bei vier Umdrehungen der Spindel 37 relativ zur Spindelmutter 36 einen Hubweg von 2 mm. Daraus ergibt sich der Gesamthub des Rotors 19 aus einer Schließposition 48 in die Sicherungsposition 58 von 8 mm.
In Figur 9 ist eine schematische Schnittansicht des Regelventils 11 dargestellt. Diese Schnittansicht entspricht der Ansicht gemäß Figur 3 mit einer Ausnahme, dass bei der Anordnung des Ventilschließgliedes 43 in der Schließposition 48 die Kugel 62 des Kugelspindelantriebes 55 an einem oberen Endanschlag 67 der Spindelmutter 36 positioniert ist. Diese alternative Anordnung zur Ansteuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes 43 ist ebenfalls möglich. Bei dieser Ausführungsform wird die Drehrichtung der Kugelumflaufbahn 61 oder des Innengewindes 38 der Spindel 37 gegenüber der Ausführungsform in Figur 3 geändert, insbesondere von rechtsdrehend auf linksdrehend.
Bei der Ansteuerung einer Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes 43 wandert die Kugel 62 in der Kugelumlaufbahn 61 in Richtung auf den unteren Endanschlag 66 der Spindelmutter 36. Dabei kann durch das Ventilschließglied 43 eine Arbeitsposition 57 eingenommen werden, die der gemäß Figur 4 entspricht. In Figur 10 ist die Sicherungsposition 58 für das Regelventil 11 dargestellt, bei welcher die Kugel 62 am unteren Endanschlag 66 der Spindelmutter 36 anliegt.
Bei dieser Ausführungsform des Regelventils 11 gemäß den Figuren 9 und 10 können folgende Ausgestaltungen von Spindelantrieb 34 und Kugelspindelantrieb 55 vorgesehen sein. Der Spindelantrieb 34 kann ein Rechtsgewinde aufweisen und der Kugelspindelantrieb 55 eine linksdrehende Kugelumlaufbahn 61 aufweisen. Die Drehrichtung des Rotors 19 zum Öffnen des Ventilschließgliedes 43 ist somit linksdrehend.
Alternativ kann der Spindelantrieb 34 ein Linksgewinde aufweisen und der Kugelspindelantrieb 55 eine rechtsdrehende Kugelumlaufbahn 61 umfassen, wobei eine Rechtsdrehung des Rotors 19 zum Öffnen des Ventilschließgliedes 43 angesteuert wird.
In beiden alternativen Ausführungsformen wandert die Kugel 62 von einem oberen Endanschlag 67 in Richtung auf den unteren Endanschlag 66.
Zum Überführen des Ventilschließgliedes 43 aus der Schließposition 48 gemäß Figur 9 in die Sicherungsposition 58 gemäß Figur 10 wurden bevorzugt ebenfalls vier Umdrehungen des Rotors 19 angesteuert. Dabei ergibt sich jedoch ein Gesamthub von 12 mm. Somit weist diese Ausführungsform einen um vier Millimeter gegenüber der Ausführungsform in Figur 3 und 4 größeren Gesamthub auf. Dies ist durch die Positionierung der Kugel 62 relativ zum unteren Endanschlag 66 beziehungsweise oberen Endanschlag 67 des Kugelspindelantriebes 55 bedingt.
In Figur 11 ist eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Kugelspindelantriebes 55 dargestellt. In Figur 12 ist dieser Kugelspindelantrieb 55 perspektivisch vergrößert dargestellt. Diese Ausführungsform des Kugelspindelantriebes 55 weicht in der Ausgestaltung des Rotors 19 und der Führung 63 von den vorangehenden Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 10 ab. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen der Spindelmutter 36 und dem Rotor 19 eine Kugelführung 71 vorgesehen ist. Diese Kugelführung 71 ist getrennt von dem Rotor 19 bzw. als ein separates Bauteil zu dem Rotor 19 ausgebildet. Die Kugelführung 71 ist drehbar zur Spindelmutter 36 um dieselbe Rotationsachse 35 gelagert. Die Kugelführung 71 ist bevorzugt getrennt zur Spindelmutter 36 ausgebildet. Diese Kugelführung 71, welche in Figur 14 dargestellt ist, ist ein separates Bauteil zur Spindelmutter 36 und zum Rotor 19. Die Kugelführung 71 umfasst eine U-förmige Längsnut 72. Die Breite und Tiefe der Längsnut 72 ist an die Größe der Kugel 62 angepasst oder umgekehrt, sodass die Kugel 62 entlang der Längsnut 72 auf- und abbewegbar im Zusammenspiel mit der Kugelumlaufbahn 61 ist. Am oberen und unteren Ende der Kugelführung 71 ist eine obere Lagerstelle 73 und eine untere Lagerstelle 74 vorgesehen. Die obere und untere Lagerstelle 73, 74 ist an einem oberen und unteren Ende der Längsnut 72 angebunden, vorzugsweise einteilig. Die obere Lagerstelle 73 ist beispielsweise als ein geschlossener Ring ausgebildet. Die untere Lagerstelle 74 ist beispielsweise als ein offener Ring ausgebildet. Diese untere Lagerstelle 74 kann als ein aufsteckbarer Clip ausgebildet sein.
Zur drehbaren Aufnahme der Kugelführung 71 ist an der Spindelmutter 36 am oberen Endabschnitt der Spindelmutter 36 ein oberer Führungsabschnitt 76 vorgesehen. Gegenüberliegend ist ein unterer Führungsabschnitt 77 vorgesehen. Die Spindelmutter 36 und der Anschlussabschnitt 41 sind bevorzugt als ein Bauteil aus Kunststoff ausgebildet. Eine solche Ausführungsform ist in Figur 13 dargestellt. Zwischen dem oberen Führungsabschnitt 76 und dem unteren Führungsabschnitt 77 sind der obere und untere Endanschlag 67, 66 der Kugelumlaufbahn 61 angeordnet. Der obere Führungsabschnitt 76 kann als ein Ring ausgebildet sein, der im Durchmesser kleiner ausgebildet ist als ein Außenumfang der Spindelmutter 36. Der untere Führungsabschnitt 77 kann als eine U-förmige Vertiefung ausgebildet sein. Dadurch kann nach dem Befestigen der Kugelführung 71 an der Spindelmutter 36 eine gesicherte Lagerung der Kugelführung 71 zur Spindelmutter 36 ermöglicht sein. Durch den unteren Führungsabschnitt 77 ist die Kugelführung 71 gegenüber der Spindelmutter 36 axial gesichert. Die Kugelführung 71 ist zur Spindelmutter 36 um 360° drehbar.
In Figur 15 ist eine perspektivische Schnittansicht des Rotors 19 dargestellt. Dieser Rotor 19 weicht dahingehend von der Ausführungsform in Figur 7 ab, dass an einem Innenumfang des Rotors 19 nur ein Steg 64 vorgesehen ist. Dieser Steg 64 ist bei der Ausführungsform des Rotors 19 gemäß Figur 15 nicht als Führung für die Kugel 62, sondern als ein Mitnehmer ausgebildet. Durch diesen Steg 64 wird die Kugelführung 71 in eine Drehbewegung gegenüber der Spindelmutter 36 versetzt. Dabei liegt der Steg 64 an einer Außenseite der Längsnut 72 der Kugelführung 71 an.
Durch die Ausgestaltung des Steges 64 in der Funktion als Mitnehmer am Rotor 19 ist ermöglicht, dass bei einem Antrieb des Rotors 19 in eine Drehrichtung der Steg 64 eine freie Umdrehung von nahezu 360° durchführen kann, bevor der Steg 64 an der Längsnut 72 anliegt, um die Kugelführung 71 in Drehung zu versetzen. Da das Übertragungselement 51 des Rotors 19 drehfest mit der Spindel 37 verbunden ist, kann durch die Drehung des Rotors 19 ohne Mitnahme der Kugelführung 71 bereits eine Drehbewegung der Spindel 37 angesteuert werden, ohne dass die Kugel 62 entlang der Kugelumlaufbahn 61 verfahren wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass bei gleicher Steigung und Anzahl der Windungen der Kugelumlaufbahn 61 wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsform in Figur 1 bis 10 bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 11 bis 15 ein größerer Hubweg ansteuerbar ist.

Claims

Ansprüche
1. Regelventil, insbesondere elektrisch steuerbares Regelventil,
- mit einem Gehäuse (12),
- in welchem ein Ventilschließglied (43) vorgesehen ist, welches in einer Schließposition (48) einen Ventilsitz (32) schließt und in einer Arbeitsposition (57) von dem Ventilsitz (32) abgehoben ist,
- mit einer Antriebseinrichtung (14) zur Steuerung einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43), welche einen Motor (17) umfasst, der einen Stator (18) und einen durch den Stator (18) rotierend antreibbaren Rotor (19) umfasst, wobei der Stator (18) feststehend zum Gehäuse (12) vorgesehen ist und der Rotor (19) innerhalb einer Trennkappe (21) vorgesehen ist, welche an dem Gehäuse (12) fixiert ist,
- mit einem Spindelantrieb (34), der eine Spindelmutter (36) und eine Spindel (37) umfasst, wobei durch den Spindelantrieb (34) eine Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass zwischen dem Rotor (19) und dem Spindelantrieb (34) ein Kugelspindelantrieb (55) wirkt, und
- dass der Kugelspindelantrieb (55) zur Begrenzung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) zumindest einen unteren Endanschlag (66) für die Schließposition (48) des Ventilschließgliedes (43) und/oder einen oberen Endanschlag (67) für eine Sicherungsposition (58) des Rotors (19) aufweist. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelspindelantrieb (55) eine Kugelumlaufbahn (61) mit einer Steigung umfasst, entlang der eine Kugel (62) zwischen der Spindelmutter (36) und dem Rotor (19) verfahrbar durch eine Führung (63) geführt ist und die Führung (63) parallel zu einer Rotationsachse der Kugelumlaufbahn (61) ausgerichtet ist und vorzugsweise sich zumindest tangential entlang der vorzugsweise gesamten Länge der Kugelumlaufbahn (61) erstreckt. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (63) an einem Innenumfang des Rotors (19) und die Kugelumlaufbahn (61) an einem Außenumfang der Spindelmutter (36) oder in einer vertauschten Anordnung vorgesehen ist. Regelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Führung (63) zur Rotationsachse der Kugelumlaufbahn (61), insbesondere parallel zur Rotationsachse, oder zu einem Steigungsabschnitt, insbesondere rechtwinklig zu einem Steigungsabschnitt, ausgerichtet ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (63) durch zwei, vorzugsweise parallel verlaufende, Stege (64) mit einer dazwischen angeordneten Nut (65) ausgebildet ist, wobei die Breite der Nut (65) dem Durchmesser der Kugel (62) entspricht oder größer ausgebildet ist. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (63) durch eine Kugelführung (71), vorzugsweise mit einer U-förmigen Längsnut (72), ausgebildet ist, welche an der Spindelmutter (36) oder an der Spindelmutter (36) und der Einschraubbuchse (31) oder an der Spindelmutter (6) und der Trennkappe (21) drehbar gelagert ist. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelführung (71) eine obere Lagerstelle (73) und eine untere Lagerstelle (74) aufweist, welche an einem oberen Führungsabschnitt (76) und einem unteren Führungsabschnitt (77) der Spindelmutter (36), vorzugsweise zumindest teilweise umgreifend, drehbar gelagert ist. Regelventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kugelführung (71) entlang der gesamten Steigung der Kugelumlaufbahn (61) erstreckt. Regelventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (19) an seinem Innenumfang einen Steg (64), insbesondere einen sich parallel zur Rotationsachse (35) erstreckenden Steg (64), aufweist, der in Abhängigkeit der Drehrichtung des Rotors (19) an dem einen oder dem anderen Schenkel der U-förmigen Längsnut (72) der Kugelführung (71) zur rotierenden Mitnahme anliegt. Regelventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (19) eine Länge aufweist, die kürzer als die Länge der Kugelführung (71) ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufbahn (61) eine Rillung aufweist, die dem Durchmesser der Kugel (62) entspricht, und vorzugsweise die Rillung einen Umfang von 120 bis 180° im Querschnitt gesehen umfasst und vorzugsweise die Rillung einen helixförmigen Verlauf aufweist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufbahn (61) aus Kunststoff oder Metall ausgebildet ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen und unteren Ende der Kugelumlaufbahn (61) der obere Endanschlag (67) und der untere Endanschlag (66) vorgesehen ist. Regelventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Kunststoff ausgebildete Kugelumlaufbahn (61) einen aus Metall ausgebildeten Endanschlag (66, 67) umfasst. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (36) drehfest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist, insbesondere mit einer Öffnung (22) des Gehäuses (12), in welche das Ventilschließglied (43) einsetzbar ist. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (36) durch zumindest eine form- oder kraft- oder stoffschlüssige Verbindung drehfest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (36) und die Kugelumlaufbahn (61) aus Kunststoff ausgebildet sind und die Spindelmutter (36) ein metallisches Einlegeteil (41) umfasst, welches mit dem Gehäuse (12), insbesondere der Öffnung (22) des Gehäuses (12), drehfest verbunden ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (36) ein Innengewinde (38) umfasst, durch welches die Spindel (37) mit einem daran angreifenden Außengewinde (39) für eine Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) ansteuerbar ist, wobei die Drehung der Spindel (37) durch ein an dem Rotor (19) angreifendes und fest mit der Spindel (37) verbundenes Übertragungselementes (51) ansteuerbar ist. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) ein einsetzbarer oder eingepresster Ventilsitz (32) vorgesehen ist. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (37) eine Ventilschließgliedaufnahme (44) umfasst, in welche das Ventilschließglied (43) entgegen einer Kraft eines Kraftspeicherelementes (45) eintauchbar ist und in welcher das Ventilschließglied (43) drehentkoppelt gelagert ist. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine Einlassöffnung (24) und eine Auslassöffnung (26) umfasst, die durch einen Durchgangskanal (27) miteinander verbunden sind, und zwischen der Einlassöffnung (24) und der Auslassöffnung (26) einen Regulierraum (29) umfasst, in welchem das Ventilschließglied (43) vorgesehen ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) als eine Einsteckbuchse (31) ausgebildet ist und das Ventilschließglied (43), der Spindelantrieb (34), der Kugelspindelantrieb (55), der Rotor (18) und vorzugsweise die die Öffnung (22) des Gehäuses (12) abdichtende Trennkappe (21) als eine Einbaueinheit ausgebildet und in eine Anschlusseinrichtung (5) einsetzbar ist. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ventilschließglied (43), welches in einer Schließposition (48) angeordnet ist, und einem Spindelantrieb (34) mit einem Rechtsgewinde und einer Kugelumlaufbahn (61) der Spindelmutter (36) mit einem Linksgewinde aufweist, wobei die Kugel (62) des Kugelspindelantriebs (55) an einem oberen Endanschlag (67) anliegt, der Rotor (19) linksdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) in die Arbeitsposition (57) ansteuerbar ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ventilschließglied (43), welches in einer Schließposition (48) angeordnet ist, und einem Spindelantrieb (34) mit einem Linksgewinde und einer Kugelumlaufbahn (61) der Spindelmutter (36) mit einem Rechtsgewinde aufweist, wobei die Kugel (62) des Kugelspindelantriebs (55) an einem oberen Endanschlag (67) anliegt, der Rotor (19) rechtsdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) in die Arbeitsposition (57) ansteuerbar ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ventilschließglied (43), welches in einer Schließposition (57) angeordnet ist, und einem Spindelantrieb (34) mit einem Rechtsgewinde und einer Kugelumlaufbahn (61) der Spindelmutter (36) mit einem Rechtsgewinde, wobei die Kugel (62) des Kugelspindelantriebes (55) in einem unteren Endanschlag (66) anliegt, der Rotor (19) linksdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) angesteuert ist. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ventilschließglied (43), welches in einer Schließposition (57) angeordnet ist, und einem Spindelantrieb (34) mit einem Linksgewinde und einer Kugelumlaufbahn (61) der Spindelmutter (36) mit einem Linksgewinde, wobei die Kugel (62) des Kugelspindelantriebes (55) in einem unteren Endanschlag (66) anliegt, der Rotor (19) rechtsdrehend zur Ansteuerung der Hubbewegung des Ventilschließgliedes (43) angesteuert ist.
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