DE1298804B

DE1298804B - Regelventil

Info

Publication number: DE1298804B
Application number: DEV31786A
Authority: DE
Inventors: Salerno Paul G
Original assignee: Vapor Corp
Current assignee: Vapor Corp
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1966-08-23
Publication date: 1969-07-03
Also published as: US3307786A; GB1078047A

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil, insbesondere zur Strömungsregelung in Luftleitungen.
Es ist ein servogesteuertes Regelventil mit einem im Strömungsweg zwischen Ein- und Auslaß angeordnetem Steuerzylinder zur Axialverschiebung des Ab- sperrkörpers zwischen einer Schließ- und einer öffnungsstellung bekannt, bei dem aus dem Arbeitsraum des Steuerzylinders Druckmedium zum öffnen des Ventils gesteuert ablaßbar ist und der Ventileinlaß mit dem Arbeitsraum des Steuerzylinders über ein, die öffnungsstellung des Kolbens bestimmendes Hilfssteuerventil verbunden ist. Die Betätigung des Hilfssteuerventils kann mittels Handräder oder Handgriffe erfolgen. Es ist auch bekannt, den Absperrkörper eines Regelventils mit einem Stellglied zu verstellen, das von einem Impulsgeber gesteuert wird, der auf Zustandsgrößen im Regelventileinlaß selbst anspricht.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung eines Regelventils der eingangs genannten Art, bei welchem das Hilfsstenerventil von einer auf die Zustandsgrößen im Ventileinlaß ansprechenden Verstelleinrichtung gesteuert wird, dessen Steuerventil zur Begrenzung der maximalen öffnungsstellung des Absperrkörpers in Abhängigkeit von den Durchströmungsbedingungen besonders einfach und betriebssicher ausgebildet ist.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist für ein solches servogesteuertes Regelventil derartig gelöst, daß erfmdungsgemäß das Hilfssteuerventil ein in den Steuerzylinder reichendes Rohr mit einem wendelförmigen Abschnitt der Stimfläche aufweist, in dem eine gegenüber dem Kolben vorgespannte, von der Verstelleinrichtung drehbare Stange längsverschieblich ist, die eine mit der Stirnfläche des Rohrs zusammenwirkende in den Arbeitsraum des Steuerzylinders reichende Längsnut hat, die in der Schließstellung des Kolbens vom Rohr abgedeckt ist.
Diese einfache Ausbildung des Hilfssteuerventils ermöglicht eine besonders feinfühlige und durch Haftreibungseinflüsse kaum behinderte Einstellung. Die hier zur Steuerung angewendete Verdrehung eines mit einer wendelförmigen Regelkante versehenen Regelkörpers zur Einstellung der gewünschten Durchtrittsöffnung ist ebenso wie die Längsverschiebung einer mit Längsnut versehenen Stange in einer Bohrung bekannt.
Ist die Stimfläche des Rohrs in einen zur Rohrachse normalen äußeren Stimflächenabschnitt und inneren Stirnflächenabschnitt und einem dazwischenliegenden wendelförmigen Abschnitt unterteilt, ist nur in einem bestimmten Bereich der Drehung der Stange eine Verstellung der maximalen öffnung des Regelventils möglich, während Veränderungen, die einen bestimmten Regelbereich überschreiten, nicht zu einer Änderung führen können, wie dies bei vielen Anwendungsfällen zur Begrenzung des Regelbereichs zweckmäßig ist. Der zulässige Verstellbereich der Verstelleinrichtung ist am größten, wenn sich die mit der Längsnut zusammenwirkende Stimfläche des Rohrs über einen Winkelbereich von etwa 3601 erstreckt.
Die auf die Zustandsgrößen im Ventileinlaß ansprechende Verstelleinrichtung kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, daß sie auf die Temperatur oder den Druck im Ventileinlaß anspricht.
Die Erfindung ist an Hand von Zeichnungen an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel näher erläutert. F 1 g. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Regelventil im Querschnitt und F i g. 2 in vergrößerter Darstellung das Hüfssteuerventil.
Das Ventil gemäß F i g. 1 und 2 weist ein mit Einlaß 11 und Auslaß 12 versehenes rohrfönniges Gehäuse 10 auf, in dessem Innerem ein Steuerzylinder 13 mittels Stützen 14 in axialer Fluchtung zwischen Einlaß und Auslaß angeordnet ist.
Im Steuerzylinder 13 ist ein axialverschieblicher Steuerkolben 15 vorgesehen, mit dem die Ventilplatte 16 verbunden ist, die gegen den Ventilsitz 17 des Gehäuses arbeitet. Ferner ist ein Magnetventil 18 vorgesehen, daß dem Ablaß des Druckmediums aus dem Arbeitsraum 46 des Steuerzylinders zum Öffnen des Ventils dient. Der Ventileinlaß ist mit dem Arbeitsraum des Steuerzylinders über ein die öffnungsstellung des Kolbens bestimmendes Hilfssteuerventil 19 verbunden, welches von einer auf die Zustandsgrößen im Ventileinlaß 11 ansprechenden Verstelleinrichtung 20 gesteuert wird. Die Dichtungsringe 43 dienen zur Abdichtung des Kolbens 15 gegenüber der Innenwandung des Steuerzylinders 13, um die Leckströmung zwischen Kolben und Zylinder so klein wie möglich zu halten. Der Kolben ist durch eine Druckfeder 47 zum Auslaß 12 hingedrängt, so daß die Ventilplatte 16 mit dem Ventilsitz 17 zur Anlage kommt, um die Luftströmung oder die eines anderen Fluds vom Einlaß zum Auslaß zu unterbrechen. Unter der Wirkung des Drucks im Arbeitsraum des Steuerzylinders und der von der Feder 47 ausgeübten Kraft auf die Innenseite des Kolbens wird das Ventil geschlossen. Durch öffnen des Magnetventils 18 fällt der Druck im Steuerzylinder 13 ab, so daß die auf den Kolben 15 wirkende äußere Druckkraft größer ist als die von der Feder 47 auf ihn ausgeübte Kraft wird und die Öffnung des Ventils bewirkt, da die Kolbenfläche größer als die wirksame Querschnittsfläche der Ventilplatte 16 ist. Auf diese Weise bewirkt der Druck im Ventileinlaß das öffnen und Verschieben des Kolbens in Richtung auf seinen rückwärtigen Anschlag.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Hilfssteuerventils zwischen Ventileinlaß und Steuerzylinder ist es nun möglich, den Kolben Zwischenstellungen einnehmen zu lassen.
Das Hilfssteuerventil 19 besteht aus einem Rohr oder rohrförmigen, in geeigneter Weise am Kopf des Steuerzylinders 13 befestigten Teil 48 und einer im Rohr verschieblichen Stange 49, die mittels einer Feder 50 ;zum Ventilauslaß 12 hin und gegen die Kolbenstange 51 des Kolbens vorgespannt ist.
Das ortsfeste Rohr 48 des Hilfssteuerventils weist ein inneres Ende 52 mit einer zur Längsachse normal liegenden Stirnfläche und eine zum Ventileinlaß hin weisende Stimfläche 53 auf, die einen im wesentlichen wendelförmigen oder rampenförmigen Abschnitt 56 hat. Das innere Ende 52 reicht in den Arbeitsraum 46 des Steuerzylinders 13 hinein. Die Stirnfläche 53 des Rohrs 48 hat einen äußeren zur Rohrachse normalen Stirnflächenabschnitt 54, an den sich der wendelförmige oder rampenartige Stimflächenabschnitt 56 anschließt, der in einen ebenfalls zur Rohrachse normalen inneren Stimflächenabschnitt 55 übergeht. Die flachen Abschnitte 54 und 55 erstrecken sich zu- sammen mit dem Rampenabschnitt 56 über 3601. Die Kante 54 a des oberen Abschnitts 54 ist mit der Kante 56 a des Rampenabschnitts 56 identisch, während die Kante 56 b des Rampenabschnitts 56 und die Kante 55 a des unteren flachen Abschnitts 55 zusammenfallen. Obwohl sich in der dargestellten Ausführung der obere, der untere und der rampenföm-üge Ab- schnitt zusammen vorzugsweise über ein Winkelbereich von 3600 erstrecken, ist es auch möglich, nur eine kleinere Winkelerstreckung vorzusehen.
Die verschiebbare Stange 49 des Hilfssteuerventils 19 ist im wesentlichen zylindrisch geformt, wobei das innere Ende bei 57 sphärisch ausgebildet ist, um dort gut mit der Kolbenstange 51 des Kolbens 15 in Anschlag kommen zu können. Die Stange 49 weist ferner eine axial verlaufende Längsnut 58 auf, die mit der Stirnfläche 53 des Rohrs 48 während der Bewegung des Kolbens in die Öffnungsstellung zusammenwirkt. Durch Drehung der verschiebbaren Stange 49 kann die Längsnut 58 mit den flachen oder mit dem wendelförmigen Rampenabschnitt des Rohrs 48 zur Fluchtung gebracht werden. Solange sich die Stange 49 so innerhalb des Rohrs 48 befindet, daß das vordere Ende der Nut 58 innerhalb des Rohrs 48 liegt, ist das Hilfssteuerventil geschlossen. Es ist geöffnet, wenn die Längsnut 58 über die Stirnfläche 53 des Rohrs 48 vorsteht, so daß Strömungsmittel durch die Nut 58 von oberhalb der Stirnfläche 53 des Rohrs durchtreten kann. Durch Verdrehung der Stange 49 in verschiedene Winkelstellungen wird erreicht, daß das Hilfssteuerventil erst bei unterschiedlich weiter Verschiebung der Stange 49 öffnet. Beispielsweise öffnet das Ventil bereits bei kleiner Verschiebung, wenn die Nut 58 dem inneren Stirnflächenabschnitt 55 anliegt. Größere Verschiebungen der Stange sind zum öffnen des Hilfssteuerventils dann nötig, wenn die Nut 58 dem wendelfönnigen Abschnitt 56 anliegt, während die größte Verschiebung erforderlich ist, wenn die Nut 58 in irgendeiner Stellung dem äußeren Stimflächenabschnitt 54 anliegt.
Soll die auf dem Strömungszustand im Ventil ansprechende Verstelleinrichtung 20 druckabhängig reagieren, so kann hierzu ein Druckregler mit einem Stellglied verwendet werden, das die Stange 49 verdrehen kann. Soll die Verstelleinrichtung 20 dagegen temperaturabhängig reagieren, so kann diese in Form eines Bimetall-Stellglieds ausgebildet sein.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Hilfssteuerventils läßt sich der Kolben und damit auch das Regelventil in Zwischenstellungen festlegen. Zur Unterstützung dieser Wirkung ist es vorteilhaft, im Kanal 44, durch den Druckmedium aus dem Arbeitsraum des Steuerzylinders abgelassen werden kann, noch eine Einschnürung 45 vorzusehen.
In der Schließstellung des Magnetventils 18 schließt das Regelventil, wenn ausreichend Druckmedium vom Ventileinlaß 11 in den Arbeitsraum 46 des Steuerzylinders 13 durch das Hilfssteuerventil 19 gelangt ist und der Kolben 15 dadurch bis zum Anschlag der Ventilplatte 16 gegen ihren Sitz nach links verlagert ist. Um einen Druckausgleich zwischen Ventileinlaß und dem Arbeitsraum des Steuerzylinders sicherzustellen, wenn dieser nicht allein durch die Leckströmung an den Dichtungsringen 43 bewirkt ist, muß das Hilfssteuerventil so ausgeführt sein, daß es eine leichte Leckströmung auch in der Schließstellung ermöglicht. Es lassen sich natürlich auch andere Anordnungen für den Druckausgleich vorsehen. In der Öffnungsstellung des Magnetventils 18 öffnet sich das Regelventil, indem sich der Kolben 15 zum Ventileinlaß 11 hin in Bewegung setzt. Die Kolbenbewegung kommt aber zum Stillstand, sobald die Stange 49 so weit nach rechts bewegt worden ist, daß die Längsnut 58 über die Stirnfläche 53 hinausragt, da hierdurch der Druck ün Arbeitsraum des Steuerzylinders sofort steil ansteigt. Die Einschnürung 45 kann dazu dienen, daß der Druck im Arbeitsraum des Steuerzylinders über den Wert am Auslaß des Magnetventils 18 ansteigt. Jede äußere, eine Verschiebung des Kolbens bewirkende Kraft würde durch Druckabfall oder -anstieg im Arbeitsraum des Zylinders aufgefangen werden. Der Kolben kann sich nur in eine Stellung bewegen, und zwar in diejenige, in der sich das Hilfssteuerventil öffnet.

Claims

Patentansprüche: 1. Servogesteuertes Regelventil mit einem im Strömungsweg zwischen Ein- und Auslaß angeordnetem Steuerzylinder zur Axialverschiebung des Absperrkörpers zwischen einer Schließ- und einer öffnungsstellung, bei dem der Kolben des Steuerzylinders in die Schließstellung federnd vorgespannt ist und bei dem aus dem Arbeitsraum des Steuerzylinders Druckmedium zum Öffnen des Ventils gesteuert ablaßbar ist und der Ventileinlaß mit dem Arbeitsraum des Steuerzylinders über ein die öffnungsstellung des Kolbens bestimmendes Hilfssteuerventil verbunden ist, welches von einer auf die Zustandsgrößen im Ventileinlaß ansprechenden Verstelleinrichtung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerventil(19) ein in den Steuerzylinder(13) reichendes Rohr(48) mit einem wendelförmigen Abschnitt(56) der Stirnfläche (53) aufweist, in dem eine gegenüber dem Kolben (15) vorgespannte, von der Verstelleinrichtung (20) drehbare Stange (49) längsverschieblich ist, die eine mit der Stirnfläche (53) des Rohres (48) zusammenwirkende, in den Arbeitsraum (46) des Steuerzylinders (13) reichende Längsnut (58) hat, die in der Schließstellung des Kolbens (15) vom Rohr (48) abgedeckt ist.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimfläche (53) des Rohrs (48) in einen zur Rohrachse normalen äußeren Stirnflächenabschnitt (54) einen zur Rohrachse normalen inneren Stirnflächenabschnitt (55) und einen dazwischenliegenden wendelförmigen Ab- schnitt (56) unterteilt ist. 3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mit der Längsnut (58) zusammenwirkende Stirnfläche (53) des Rohrs (48) über einen Winkelbereich von etwa 3601 erstreckt. 4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (20) auf die Temperatur im Ventileinlaß anspricht. 5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (20) auf den Druck im Ventileinlaß anspricht.