CH683363A5 - Durchfluss-Kontrollventil. - Google Patents

Description

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CH 683 363 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchfluss-Kontrollventil. Derartige Ventile sind bekannt. Sie werden in eine Leitung eingebaut und haben die Aufgabe den Durchfluss durch diese Leitung zu kontrollieren oder besser gesagt, zu überwachen. Diese Überwachungsfunktion kann darin bestehen, dass das Ventil nicht mehr Fluid durchströmen lässt, als vorgegeben ist, auch wenn der Druck an der Zufuhrseite zunimmt. Seine Funktion ist also mehr, als die eines einfachen Drosselventils. Weitere Funktionen, die man einem Durchfluss-Kontrollventil übertragen kann, bestehen darin, dass das Ventil den Durchfluss sperrt, wenn übermässig viel Fluid durchfliesst. Eine weitere Aufgabe, eines Durchfluss-Kontrollventiles kann darin bestehen, dass es bei geringem Durchfluss, wie dies bei Lek-kage vorkommt, den Durchfluss sperrt.

Bei übermässigem Durchfluss, wie er beispielsweise bei einem Rohrbruch oder beim Platzen eines Schlauches auftritt, sollte das Durchfluss-Kontrollventil möglichst rasch schliessen, während die Durchfluss-Unterbrechung bei Leckage nicht unbedingt rasch vor sich zu gehen braucht. In gewissen Fällen, beispielsweise bei Waschmaschinen, wird in bestimmten Zyklen Wasser eingelassen, während einer bestimmten Zeitdauer. Diese Wassereinlasszeit wird mittels elektromagnetischen Ventilen gesteuert. Bleibt ein solches Ventil hängen, kann dies zu einer Überschwemmung führen. Hier ist es von Vorteil, in die Zufuhrleitung ein Durchfluss-Kontrollventil einzubauen, welches nach Überschreiten der vorgesehenen Durchflusszeit den Durchfluss sperrt.

Zur Beherrschung sämtlicher obgenannten Kontrollfunktionen sind Durchfluss-Kontrollventile bekannt, die alleine oder in Kombination mit weiteren Ventilen diese Funktionen ausüben können. Werden zum Ausüben der gewünschten Kontrollfunktion mehrere Ventile benötigt, wird die Anlage recht teuer. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn zusätzlich zu einem durch den Druck des Strömungfluids betätigten Ventil noch ein durch Fremdenergie betätigbares Ventil, wie zum Beispiel ein Elektroventil benötigt wird. Die meisten heute bekannten Durchfluss-Kontrollventile sind jeweils verschiedener Bauart, je nachdem ob sie die eine oder andere Kon-trollfunktion ausüben sollen. Meist sind die bekannten Durchfluss-Kontrollventile so konzipiert, dass sie nur eine oder höchstens zwei der gewünschten Kontrollfunktionen ausüben können. Dies verteuert die Herstellung solcher Durchfluss-Kontrollventile und hemmt auch deren allgemeine Anwendung, wo dies im Interesse der Sicherheit von Vorteil wäre.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt ein Durchfluss-Kontrollventil zu schaffen, mit einem einheitlichen Grundaufbau, dem durch Einsetzen unterschiedlicher Steuerelemente ganz verschiedene Charakteristiken gegeben werden können.

Die Erfindung geht dabei von einem Durchfluss-Kontrollventil mit einem Gehäuse, in welchem ein allseitig umströmbar, gehaltener Einsatz angebracht ist, der eingangsseitig einen Führungszylinder mit einem federbelastenden Steuerelement und aus-gangsseitig einen an den Führungszylinder anschliessenden Hauptzylinder mit einem darin geführten, federbelasteten Schliesskolben umfasst, wobei das Steuerelement einen in Ruhezustand die Eingangsöffnung verschliessenden Ventilteller mit einem im Führungszylinder geführten Schaft aufweist.

Neu und erfinderisch ist, dass unten im Führungszylinder ein zentral angeordnetes Dichtungselement gehalten ist, neben dem mindestens eine Durchgangsöffnung vom Führungszylinder zum Hauptzylinder frei bleibt, und dass das Steuerelement mindestens eine zentrale Durchgangsbohrung aufweist.

Das zentrale Dichtungselement kann entweder fest oder axial federnd gehalten sein. Ist das zentrale Dichtungselement fest unten im Führungszylinder gehalten, bildet es einen Anschlag für den Schaft des Steuerelementes. Dies bedeutet, dass das Steuerelement nur zwei Betriebsstellungen einnehmen kann. Ist dagegen das zentrale Dichtungselement axial federnd gehalten, bekommt das Steuerelement drei Betriebsstellungen. Dies ermöglicht dem Durchfluss-Kontrollventil zusätzliche Schliess-charakteristiken zu geben.

In der beigefügten Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen mittigen Längsschnitt durch ein Durchfluss-Kontrollventil nach der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Schnitte durch das Steuerelement des Ventil nach Fig. 1 in verschiedenen Betriebsla1 gen, in grösserem Massstab;

Fig. 4 einen Schnitt, wie bei Fig. 2 und 3, jedoch mit geändertem Steuerelement;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein Durchfluss-Kontrollventil, bei welchem das zentrale Dichtungselement federnd gehalten ist;

Fig. 6 bis 8 Schnitte durch das Steuerelement des Ventil nach Fig. 5 in verschiedenen Betriebslagen.

Fig. 1 zeigt ein Durchfluss-Kontrollventil im mittigen Längsschnitt, dessen Hauptbestandteile ein zweigeteiltes Gehäuse 1, 2 sind, mit einer Einiass-öffnung E im Teil 1 und einer Auslassöffnung A im Teile 2. Wobei im Gehäuse ein Einsatz 3 allseitig umströmbar gehalten ist. Dazu ist der Einsatz mit seitlichen Rippen 31 versehen, die im Gehäuse 1, 2 gehalten sind.

Der Einsatz 3 umfasst einen einlassseitig offenen Führungszylinder 32 und einen auslassseitig offenen Hauptzylinder 33. Im Hauptzylinder befindet sich ein durch eine Feder 34 belasteter Schliesskolben 35 und im Führungszylinder ist der Schaft 41 eines Steuerelementes 4 geführt. Das Steuerelement 4 hat im wesentlichen die Form eines Tellerventils mit einem Schaft, der wie erwähnt im Führungszylinder gleitend geführt ist. Eine Feder 42 drückt unten an den Teller des Ventils, der in Ruhelage, das heisst wenn kein Fluid durch das Ventil fliesst, die Einlassöffnung E verschliesst. Teller und Schaft des Steuerelementes weisen eine zentrale Bohrung 43 auf. Unten im Führungszylinder ist ein

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Dichtungselement 44 gehalten, beispielsweise eine relativ weiche Kunststoff- oder Gummischeibe, deren Durchmesser grösser ist, als der Durchmesser der zentralen Bohrung des Steuerelementes. Das Dichtungselement ist so angeordnet, dass neben demselben mindestens eine Durchgangsöffnung 45 vom Führungszylinder zum Hauptzylinder führt. Hier sind dies neben dem Dichtungselement verlaufende Durchgangsbohrungen, die eine Verbindung vom Führungszylinder zum Hauptzylinder herstellen. Bei einer Abwärtsbewegung des Steuerelementes kann das Dichtelement die zentrale Durchgangsbohrung des Steuerelementes verschliessen.

Im unteren Gehäuseteil 2 ist schliesslich eine ringförmige Dichtung 21 eingelassen, auf welche bei bestimmten Betriebsverhältnissen der Schliess-kolben zum Aufliegen kommt und den Durchfluss sperrt.

Schliesslich sei noch auf den einlassseitig oben auf dem Ventilteller des Steuerelementes angebrachten Kragen 46 hingewiesen. Der Kragen ist gleitend in der Einlassbohrung geführt und ist mit einer Anzahl von radialen Bohrungen 47 versehen. Wohlvermerkt sei, dass der Kragen nicht der Abdichtung dient, die eigentliche Abdichtung in Ruhelage besorgt der Ventilteller. Bei einer Bewegung des Steuerelementes werden die Bohrungen im Kragen freigegeben und dienen der einlassseitigen Drosselung des Durchflusses. Die freibleibenden Durchlässe zwischen den Rippen, mit denen der Einsatz im Gehäuse gehalten ist und den radialen Schlitzen 36 im unteren Teil des Hauptzylinders haben einen grösseren Querschnitt und dienen nicht der Drosselung. Das einiassseitige Anbringen der Drosselung hat den Vorteil, dass dadurch das Druckgefälle im Ventil geringer ist. Ausserdem wird durch diese Anordnung der Einströmquerschnitt erst allmählich freigegen. Anhand der Fig. 2 und 3, welche das Steuerelement nach Fig. 1 in grösserem Massstab darstellen, lässt sich die Wirkungsweise des Ventils erklären.

Während das Ventil in Fig. 1 in Ruhelage dargestellt war, wobei kein Durchfluss stattfand, zeigt Fig. 2 die Lage bei normalen Durchflussverhältnissen. Infolge des Druckunterschiedes hat sich das Steuerelement soweit nach abwärts bewegt, dass das Dichtungselement die zentrale Durchgangsbohrung verschliesst. Es strömt daher kein Fluid in den Raum oberhalb des Schliesskolbens. Hört der Durchfluss auf, beispielsweise durch Schliessen eines ausgangsseitig an das Durchfluss-Ventil angeschlossenen Hahnens, kehrt das Steuerelement in seine Ruhelage nach Fig. 1 zurück.

Wurde der Hahnen nicht richtig zugedreht, so dass ein geringer Durchfluss; eine Leckage verbleibt, genügt dies nicht das Durchfluss-Kontrollventil zu öffnen. Das Steuerelement bleibt daher in «Ruhelage», aber durch die zentrale Bohrung dringt nun doch Fluid durch die seitlichen Öffnungen in den Raum oberhalb des Schliesszylinders, so dass dieser trotz des geringen Druckgefälles schliesst. Das in den Fig. 1-3 dargestellte Durchfluss-Kon-trollventil ist ein Ventil, welches bei Leckage schliesst. Durch eine geringe Änderung des Steuerelementes lässt sich das Ventil in ein Durchflusszeit-Kontrollventil umwandeln. Dazu wird der Schaft des Steuerelementes mit einer radial verlaufenden, in die zentrale Bohrung mündende Kapillarbohrung 48 versehen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Bei normalen Durchflussverhältnissen wird daher der Raum oberhalb des Schliesskolbens langsam gefüllt bis er schlussendlich den Durchfluss stoppt. Ein solches Durchflusszeit-Kontrollventil kann wie oben erwähnt, mit Vorteil in der Zufuhrleitung vor einer Waschmaschine eingebaut werden und bietet eine zusätzliche Sicherheit gegen das Überlaufen, wenn ein Ventil der Maschine nicht richtig schliesst.

Fig. 5 zeigt ein Durchfluss-Kontrollventil, das im generellen Aufbau dem Ventil nach Fig. 1 entspricht, wobei aber das zentral angeordnete Dichtungselement 44a axial federnd im Führungszylinder gehalten ist. Dies erlaubt dem Steuerelement drei unterschiedliche Stellungen einzunehmen, wie dies die Fig. 6 bis 8 zeigen.

Fig. 6 zeigt das Steuerelement in Ruhelage, bei welcher kein Durchfluss stattfindet, das Ventil schliesst aber langsam bei Leckage.

Fig. 7 zeigt das Steuerelement bei normalem Durchfluss, bei welchem das untere Ende des Schaftes auf dem Dichtungselement aufliegt durch die Kapillarbohrung 48 strömt Fluid in den Hauptzylinder, so dass das Ventil nach einer gewissen Zeit schliesst.

Fig. 8 zeigt den Fall, dass der Durchfluss das normale Mass überschreitet, beispielsweise im Falle eines Rohrbruches oder beim Platzen eines Schlauches einer an der Ausgangsseite des Durchfluss-Kontrollventils angeschlossenen Leitung.

Diese drei Betriebslagen ermöglichen dem Ventil unterschiedliche Charakteristiken zu geben.

Dazu ist im Schaft des Steuerelementes nur eine relativ grosse radiale Bohrung 49 angebracht, die in der zentralen Bohrung mündet, aber bei normalem Betrieb immer von der Innenwand des Führungszylinders verschlossen bleibt und nur bei Rohrbruch freigeben wird, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Dadurch schliesst das Ventil bei Rohrbruch rasch.

Das so ausgebildete Steuerelement gibt dem Durchfluss-Kontrollventil eine solche Charakteristik, dass es bei Leckage langsam und bei Rohrbruch schnell schliesst.

Bringt man im Schaft des Steuerelementes zusätzlich noch eine Kapillarbohrung 48 an, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, kommt das Durchfluss-Kontrollventil folgende Charakteristik:

1. das Ventil schliesst relativ langsam bei Leckage;

2. das Ventil unterbricht den normalen Durchfluss nach einer bestimmten Zeit;

3. das Ventil schliesst relativ rasch bei Rohrbruch.

Das in Fig. 5 dargestellte Durchfluss-Kontrollven-til unterscheidet sich von dem, in Fig. 1 dargestellten Ventil durch eine axial verschiebbare, federbelastende Hülse 5, die im Ruhezustand und bei geringem Überdruck im Hauptzylinder gewisse Öffnungen 37 freigibt, damit der Schliesskolben rasch in seine Ausgangslage zurückkehren kann.

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Die Zeichnungen zeigen eine etwas vereinfachte Darstellung. Führungszylinder und Hauptzylinder können einstückig ausgebildet sein oder auch aus getrennten Teilen bestehen. Bei einer axial federnden Ausbildung des unten im Führungszylinder angeordneten Dichtungselement 43a muss für eine gute Lagerung und gegebenenfalls für eine Halterung mit Vorspannung gesorgt sein.

Unter Umständen ist es von Vorteil durch eine gesonderte Leitung Fluid unter Druck in die an der Ausgangsseite angeschlossenen Leitung zu erzeugen, wenn das Ventil gesperrt hat, damit der Schliesskolben wieder in seine Ausgangslage zurückkehren kann.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Durchfluss-Kontrollventil mit einem Gehäuse, in welchem ein allseitig umströmbar gehaltener Einsatz angebracht ist, der eingangseitig einen Führungszylinder mit einem federbelasteten Steuerelement und ausgangseitig einen an den Führungszylinder anschliessenden Hauptzylinder mit einem darin geführten federbelasteten Schliesskolben umfasst, wobei das Steuerelement einen in Ruhezustand die Eingangsöffnung verschliessenden Ventilteller mit einem im Führungszylinder geführten Schaft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass unten im Führungszylinder (32) ein zentral angeordnetes Dichtungselement (44) gehalten ist, neben dem mindestens eine Durchgangsöffnung (45) vom Führungszylinder (32) zum Hauptzylinder (33) frei bleibt, und dass das Steuerelement mindestens eine zentrale Durchgangsbohrung (43) aufweist.

2. Durchfluss-Kontrollventil nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, dass das zentrale Dichtungselement (44) fest angeordnet ist, wodurch das Ventil die Charakteristik eines Durchflussventils hat, welches sich bei Leckage selbsttätig schliesst.

3. Durchfluss-Kontrollventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Dichtungselement (44a) axial federnd im Führungszylinder gehalten ist, und dass im Schaft des Steuerelementes eine seitliche Bohrung (49) angebracht ist, die bei normalen Durchflussverhältnissen durch die Innenwand des Führungszylinders verschlossen bleibt, bei Rohrbruch auf der Auslassseite aber freigegeben wird, weil das Steuerelement dann stärker einfedert, wodurch das Ventil die Charakteristik eines Durchfluss-Ventils hat, das sich bei Leckage langsam, bei Rohrbruch an der Auslasseite rasch schliesst.

4. Durchfluss-Kontrollventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Dichtungselement (44) fest gehalten ist, und dass im Schaft des Steuerelementes eine seitliche in die zentrale Bohrung mündende Kapillarbohrung (48) angebracht ist, durch weiche bei normalen Durchflussverhältnissen der Raum oberhalb des Schliesskolbens (35) langsam aufgefüllt wird, wodurch das Ventil die Charakteristik eines Durchfluss-Ventils hat, welches sich nach einer gewissen Durchflusszeit selbsttätig schliesst.

5. Durchfluss-Kontrollventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Dichtungselement (44a) axial federnd im Führungszylinder gehalten ist, dass im Schaft eine seitliche, in die zentrale Bohrung mündende Kapillarbohrung (48) und eine zweite seitliche Bohrung (49) mit grösserem Durchmesser in Strömungsrichtung vor der Kapillarbohrung angebracht ist, die bei normalen Durchflussverhältnissen von der Innenwand des Führungszylinders verschlossen bleibt, bei Rohrbruch auf der Auslassseite aber freigegeben wird, weil das Steuerelement dann stärker einfedert, wodurch das Ventil dann die Charakteristik eines Ventils hat, welches sich bei normalen Durchflussverhältnissen nach einer gewissen Durchflusszeit selbsttätig schliesst, aber bei auslassseitigem Rohrbruch rasch schliesst.

6. Durchfluss-Kontrollventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller des Steuerelementes mit einem Kragen (46) versehen ist, der im Ruhezustand in die Bohrung der Eingangsöffnung hineinragt, dass dieser Kragen mit radialen Schlitzen oder Bohrungen (47) versehen ist.

7. Durchfluss-Kontrollventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Teil des Hauptzylinders Bohrungen angebracht sind, die von einer axial verschiebbaren, federbelasteten Hülse (5) verschlossen sind.

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