DE1941055C3 - Federbelastetes Sicherheits- und/ oder Regelventil - Google Patents

Description

dete, für den Maximaldruck ausgelegte große Einzelfeder, welche auf Grund ihrer Drahtstärke in Einzelanfertigung warmgeformt werden muß, durch mehrere kleinere parallelgeschaltete, untereinander abso-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein 55 lut gleiche, jeweils in Federpaketteilen zusammenfederbelastetes Sicherheits- und/oder Regelventil mit gefaßte Federn ersetzt. Diese kleinen Federn können mehreren, zwischen einem Ventilteller und einer wiederum auf Grund ihrer kleinen Drahtstärke kalt-Scheibe eingesetzten, parallelgeschalteten, ein Feder- gewickelt werden. Da die kleinen Federn zudem in paket bildenden Schraubenfedern. großer Stückzahl benötigt werden, lohnt sich auch die

Derartige Ventile sind in den verschiedensten Aus- 60 Fertigung auf Automaten.

führungsformcn _seit langem bekannt. Die in den Die erfindungsgemaße Ventilanordnung hat weiter-

Federpaketen zusammengefaßten Einzelfedern korn- hin den Vorteil, daß durch Fortlassen einer oder men dabei entweder über den gesamten Hub des mehrerer parailelgeschalteter Federn unterhalb des Ventils gemeinsam (vergleiche z. B. deutsche Patent- obenerwähnten Maximaldruckes sich praktisch jeder Schriften 7 54 938 und 8 99 887) oder hintereinander, 65 beliebige Druckbereich unter Beibehaltung der ged. h. abgestuft (vergleiche z. B. DT-AS 10 44 622 und forderten Öffnungscharakteristik des Ventils herstellu 88 305) zum Einsatz. len läßt. Dies ist deshalb möglich, weil, für den Zwar läßt sich bei derartigen bekannten Ventil- nächstniedrigen Bereich durch Weglassen einer oder

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mehreren Federn das Federpaket weicher wird. Bei Federanordnungen der bekannten Art dagegen müssen für jeden Druckbereich Einzelfedern unterschiedlicher Abmessungen entsprechend abgestuft zur Verfügung stehen.

Durch die erfindungsgemäße Unterteilung in Federpaketteile können für die Einzelfedern Federlängen gewählt werden, die unanfällig gegenüber Ausknikken sind. Spezielle Einrichtungen, wie Rohre oder zentrierende Stangen zum Verhindern des Ausknikkens der Feder können damit entfallen. Die Vorteile großer Federlängen in bezug auf den Verlauf der Ventilöffnungskurve bleiben dabei erhalten.

Darüber hinaus ist es möglich, die Federpaketteile hinsichtlich ihrer Federanzahl unterschiedlich zu besetzen. So wird in einem solchen Falle ein mit nur wenigen Federn bestücktes Federpakfcrteil nach einem gewissen Ventilhub soweit zusammengedrückt sein, daß es als starrer Block wirkt und der weitere Hub nur noch von den mit einer größeren Federzahl bestückten Federpaketteilen bestimmt wird. Dadurch kann die Federkennlinie progressiv gestaltet werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jedes Federpaketteil eine zentrale Feder sowie eine gerade Anzahl äußerer Federn auf, die diese zentrale Feder in regelmäßiger Sternform umgeben. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß praktisch jede — auch ungerade — Federanzahl zwischen zwei Scheiben angeordnet werden kann, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß ein unsymmetrischer Federdruck auf den Federteller einwirkt.

Vorteilhaft ist es ferner, den Ventilteller und die Scheiben mit Vertiefungen bzw. Ansätzen zur Fixierung der Federenden auszustatten.

Um ein Verdrehen des Ventiltellers und der Scheiben gegeneinander zu verhindern ist es zweckmäßig, einen exzentrisch angeordneten Führungsholm vorzusehen, an dem die Scheiben hin und her verschiebbar sind.

Weiterhin ist es zweckmäßig, den Ventilteller und/ oder die Scheiben auf einer Ventilspindel zu lagern bzw. zu führen. Die Ventilspindel kann im Bereich ihres einen Endes verschiebbar den Ventilteller und im Bereich ihres anderen Endes eine Schraubenmutter zur Einstellung der Federspannung'tragen. Sie kann ferner an ?iner weiteren Stelle eine Schraubenmutter, einen Stift od. dgl. aufweisen, worauf eine der Scheiben im Verlaufe des Ventilhubes zum Aufsitzen kommt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt die Federanordnung eines erfindungsgemäßen Ventils im Aufriß; die

Fig. 2a bis 2e zeigen eine der in Fig. 1 zu erkenenden Scheiben, durch welche die einzelnen hintereinandergeschalteten Federpakete voneinander getrennt werden, bei verschiedener Bestückung mit Einzelfedern; die

F i g. 3, 4 und 5 lassen weitere Möglichkeiten einer sternförmigen Anordnung von Einzelfedern erkennen;

F i g. 6 zeigt eine idealisierte öfTnungskurve eines herkömmlichen federbelasteten Hochhubvcntils, und

F i g. 7 zeigt eine Schar von tatsächlichen beobachteten Öffnungskurven solcher Ventile sowie eine erfindungsgemäß erhaltene Öffnungskurve.

In F i g. 1 ist am unteren Ende der Ventilteller 1 eines Hochhub-Sicherheitsventils zu erkennen, dessen Form nicht Gegenstand vorliegender Erfindung ist. Durch diesen Ventilteller ragt in seiner Mitte die Ventilspindel 2. Exzentrisch und parallel zu dieser ist in dem Ventilteller ein Hoim 3 befestigt. Auf Ventilspindel und Holm sind Scheiben 4 gleitfähig geführt, zwischen die, in einer Anordnung, wie sie aus den nachfolgenden Figuren im einzelnen ersichtlich ist, Schraubenfedern 5 eingesetzt sind. Der Ventilteller 1 tritt an die Stelle einer letzten Scheibe 4.

ίο Zur Fixierung der Federenden besitzen die Scheiben 4 wie auch der Ventilteller 1, vorzugsweise in sternförmiger Anordnung, wie aus den F i g. 2 bis 5 ersichtlich, auf ihrer Oberfläche kreisrunde Ansätze 6 und/oder Vertiefungen. Die Scheiben selbst sind gegenüber dem Ventilteller 1 durch den zusätzlichen Holm 3 an einer Verdrehung gehindert, wodurch die Federn 5 gegen Ausknicken gesichert sind.

Da mehrere Einzelfedern an Stelle einer einzigen entsprechend starken Feder bei gleicher Länge naturgemäß einen größeren Schlankheitsgrad aufweisen und damit leichter ausknicken, ist es notwendig, die Federn kürzer zu halten. Andererseits aber setzt eine verhältnismäßig flache Ventilkennlinie eine weiche und damit lange Feder voraus. Dieses Problem ist erfindungsgemäß, wie gezeigt, durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Etagen I, II und III von Einzelfedern 5 gelöst.

Die Gesamtfederhärte von beispielsweise vier parallelgeschalteten Einzelfedern S einer jeden Etage ist C₁ = C_n = C₁₁₁ = C₁ + C₂+ C₃ + C₄

Hieraus berechnet sich die Federhärte der gesamten Anordnung gemäß

ΊΠ

Die Federvorspannung kann durch eine oder ein Paar von Schraubmuttern 7 auf der Ventilspindel 2 eingestellt werden. Weiterhin ist es denkbar, in besonderen Fällen die Federkennlinie dadurch zu beeinflussen, daß man noch an weiteren Stellen auf der Ventilspindel 2 Muttern, Stifte oder ähnliche An-

schlagelemente vorsieht, auf denen die Scheiben 4 zu Beginn oder während des Ventilhubes zum Aufsitzen kommen. In letzterem Falle wird sich füc den nachfolgenden Abschnitt des Hubes eine Versteifung der Federanordnung bemerkbar machen. Ähnliches er-

reicht man, wenn man mindestens eine Feder mindestens einer Etage kurzer als die übrigen Federn ausbildet. Auch kann man zum gleichen Zweck eine oder mehrere Einzelfedern so ausbilden bzw. anordnen, daß ihre Windungen aufeinander zum Aufsitzen kommen.

Eine solche Federverhärtung bietet, wie anschließend noch gezeigt, insbesondere im Falle von Hochhub Sicherheitsventilen Vorteile.

F i g. 2 stellt gewissermaßen einen zur Achse der

Holme 2 und 3 normalen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. I dar, wobei allerdings im ersten Falle nur eine, im zweiten Falle zwei, im dritten Falle drei, im vierten vier und im fünften Falle fünf Einzelfedern 5 dargestellt sind. Wie ohne weiteres ersicht-Hch, wirkt die resultierende Federkraft in jedem Falle zentrisch auf die betreffende Scheibe 4.

Mit entsprechend anders gestalteten Scheiben, deren Grundriß etwa ein sechs- oder achtstrahliger

Stern zugrunde liegt, lassen sich weitere Variations- sätzlich anzuheben. Anders ausgedrückt: Für die

möglichkeiten erzielen, wie sie in den F i g. 4 und 5 kleine Durchflußmenge zu Beginn des öffnens ist die

dargestellt sind. Unter Umständen kann sich die Ge- Feder zu hart. Eine weichere Feder würde zwar den

stalt der Scheibe auch auf den Grundriß nach F i g. 3 anfänglichen Druckberg abbauen, dafür aber würde

beschränken, wobei sich immerhin die Möglichkeit 5 der Druck im Bereich größerer Durchflußmengen wo-

bietet, wahlweise eine, zwei oder drei Federn 5 zu möglich unzulässig weit absinken, wie dies in Gestalt

verwenden, ohne daß die resultierende Kraft exzen- der Kurve 14 in F i g. 7 dargestellt ist.

trisch auftritt. Eine wirksame Abhilfe kann etwa dadurch ge-

Selbstverständlich steht es frei, eine oder mehrere schaffen werden, daß man die normale, bei kleinen Etagen, wie sie mit I, II oder III bezeichnet sind, mit io Durchflußmengen zu harte Feder mit einer kürzeren, mehr oder weniger Federn zu bestücken als die übri- weicheren Feder hintereinanderschaltet. Diese letzgen. Hierdurch sind, ebenso wie etwa durch die wei- tere kann beispielsweise so beschaffen sein, daß sie terhin bereits erwähnte Anbringung zusätzlicher bei etwa einem Viertel des Gesamthubes auf Block Schraubmuttern auf der Ventilspindel 2 als Anschläge gedrückt wird, d.h., daß ihre Windungen aufeinanfür irgendwelche der Scheiben 4, besondere Vorteile 15 der zum Aufsitzen kommen. Dann nämlich fließt bebezüglich der Öffnungskurve des Ventils zu erzielen, reits eine solche Menge durch das Ventil, daß an dem wie nachfolgend erläutert wird. Ventilteller der Staudruck zusätzlich wirksam wird,

F i g. 6 zeigt eine öffnungskurve 8, wie sie bei um die Kraft der harten Feder ohne unzulässigen

Sicherheitsventilen im allgemeinen angestrebt wird, Druckanstieg zu überwinden. Eine so erhaltene Kurve

innerhalb eines Koordinatensytems, an dessen Ab- 20 ist in Fig. 7 mit 15 bezeichnet. 16 ist der Punkt, bei

szisse der Durchsatz Q und an dessen Ordinate ein dem die Windungen der weicheren Feder aufeinan-

kleiner Bereich ,dp des an dem Ventil auftretenden der zum Aufsitzen kommen. Eine solche Hinterein-

Druckes aufgetragen ist. Die Öffnungskurve soll sich anderschaltung einer härteren mit einer weicheren

bis zur Einmündung in die gleichfalls eingezeichnete Feder läßt sich nun erfindungsgemäß etwa dadurch

Drosselkurve 9 in den Grenzen von ±lO°/o oder 25 erreichen, daß eine Etage der Federanordnung mit

weniger des Nenn-Öffnungsdruckes 10 halten. Diese einer geringeren Federzahl bestückt wird als die übri-

Grenzen sind in Fig. 6 gestrichelt eingetragen und gen Etagen. Auch die Verkürzung einer oder mehre-

mit 11 bzw. 12 bezeichnet. rer Federn einer oder mehrerer Etagen wird zu einer

Viele Hochhubventile zeigen jedoch eine Charak- Federverhärtung führen, wenn diese verkürzten Fe-

teristik nach Kurve 13 in Fig. 7. Der hohe Druck- 30 dem im Laufe des Hubes zur Wirkung kommen,

anstieg am Anfang der Kurve rührt daher, daß noch Ebenso ist eine Federverhärtung durch die erwähn-

nicht genügend Menge durch das Ventil fließt, so daß ten Anschläge für die Scheiben 4 zu erzielen, indem

der Staudrock an dem Ventilteller noch nicht voll zur dann die darauffolgenden Federn ausgeschaltet

Auswirkung kommen kann, um den Ventilteller zu- werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 J2 konstraktionen durch den Einsatz entsprechender Patentansprüche: unterschiedlicher Federn praktisch jeder nur denk bare Verlauf der Ventilöffnungskurve, also jede ge-

1. Federbelastetes Sicherheits- und/oder Regel- wünschte Öffnungscharakteristik herstellen. Hierzu ventil mit mehreren, zwischen einem Ventilteller 5 muß aber eine Vielzahl von Federn unterschiedlicher und einer Scheibe eingesetzten, parallelgeschal- Abmessungen zur Verfügung stehen, die — sofern es teten, ein Federpaket bildenden Schraubenfedern, sich um Federn mit einer Federdrahtstärke über dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 13 mm handelt — nur durch »Warmwickeln« mit dem Ventilteller (1) und der Scheibe (la) minde- anschließendem Härten hergestellt werden können, stens zwei Federpaketteile (I, II) unterteilende io Darüber hinaus erschwert die Vielzahl der notwen-Scheibe (4) angeordnet ist und daß die die Feder- digerweise zur Auswahl stehenden Federn die Lagerpaketteile (I, II, III) bestückenden Schrauben- haltung ganz erheblich.

federn (5) gleich sind. Es sind auch Ventile bekannt (vergleiche z. B.

2. VentU nach Anspruch i, dadurch gekenn- GB-PS 10 47 559), bei denen das Federpaket aus zeichnet, daß jedes Federpaketteil (I, II, III) eine i₅ einer Anzahl von gleichartigen Federn zusammenzentrale Feder sowie eine gerade Anzahl äußerer gesetzt ist. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich Federn aufweist, die diese zentrale Feder in regel- aber die Ventilöffnungskurve nur in sehr beschränkmäßiger Sternform umgeben. ter Weise den jeweiligen Gegegebenheiten anpassen.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Darüber hinaus neigen die bei einer derartigen Anzeichnet, daß der Ventilteller (1) und die Scheiben 20 Ordnung zum Zwecke eines günstigen Verlaufes der (la, 4) mit Vertiefungen bzw. Ansätzen (6) zur Öffnungskurve gewählten langen Federn leicht zum Fixierung der Federenden ausgestattet sind. Ausknicken, so daß sie in entsprechender Weise, bei-

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- spielsweise durch eine zentrale Stange oder ein Rohr, zeichnet, daß der Ventilteller (1) und/oder die geführt werden müssen.

Scheiben (la, 4) auf einer Ventilspindel (2) ge- 25 Ziei der vorliegenden Erfindung ist es, ein federlagert bzw. geführt sind. belastetes Sicherheits- und/oder Regelventil zu schaf-

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn- fen, bei dem sich jeder gewünschte Verlauf der Venzeichnet, daß neben der zentralen Ventilspindel tilöffnungskurve, d. h. jede gewünschte öffnungs-

(2) ein exzentrisch angeordneter Führungsholm charakteristik auf einfache Weise einstellen läßt,

(3) vorgesehen ist, der ein Verdrehen des Ventil- 30 ohne daß hierzu eine aufwendige Herstellung und tellers (1) und/oder der Scheiben (1 a, 4) gegen- Lagerhaltung in bezug auf die Federn notwendig ist. einander verhindert. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn- daß zwischen dem Ventilteller und der Scheibe minzeichnet, daß die zentrale Ventilspindel (2) im destens eine weitere, das Federpaket in mindestens 3ereich ihres einen Endes verschiebbar den Ven- 35 zwei Federpaketteile unterteilende Scheibe angeordtilteller (1) und im Bereich ihres anderen Endes net ist und daß die Federpaketteile bestückenden eine Schraubenmutter (7) zur Einstellung der Schraubenfedern gleich sind. Federvorspannung trägt. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist ein

7. Ventil nach Anspruch 6, insbesondere als Ventil geschaffen, bei dem ausschließlich Schrauben-Hochschubventil, dadurch gekennzeichnet, daß 40 federn gleicher Art, d. h. mit gleichem Durchmesser, die zentrale Ventilspindel (2) an mindestens einer gleicher Länge und gleicher Drahtstärke verwendet weiteren Stelle eine Schraubenmutter, einen Stift werden. Diese untereinander gleichen Schraubenod. dgl. trägt, worauf eine der Scheiben (4) im federn sind in einer den jeweiligen Erfordernissen Verlaufe des Ventilhubes zum Aufsitzen kommt. entsprechenden Anzahl von Federpaketteilen unter-

8. Ventil nach einem der vorhergehenden An- 45 gebracht. Damit wird die Einstellung jedes beliebigen spräche, insbesondere als Hochschubventil, da- Druckes unterhalb eines bei der Auslegung der Fedurch gekennzeichnet, daß die Federpaketteile dem und deren Anordnung vorgegebenen Maximal-(I, II, III) eine unterschiedliche Anzahl von Fe- druckes möglich.

dem (S) tragen. Durch die erfindungsgemaße Anordnung wird die

50 meist bei bekannten Ventilkonstruktionen verwen-