DE19505165C2 - Regelventil - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches, das im allgemeinen für regelungstechnische und/oder steuerungstechnische Aufga­ ben eingesetzt wird.

Stand der Technik

Derartige Regelventile sind allgemein bekannt. Sie bestehen grundsätzlich aus einem Gehäuse mit Ventilsitz und einem in axialer Richtung fest mit einer Ventilspindel verbundenen Drosselkörper.

Bei diesen Regelventilen wird üblicherweise der Drosselkör­ per über einen auf die Ventilspindel wirkenden Stellantrieb betätigt, der, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Tempera­ tur eines Meßfühlers, eine Kraft gegen die Wirkung einer Rückstellfeder auf die Ventilspindel des Drosselkörpers überträgt. Dadurch wird der das Ventil durchsetzende Stoff­ strom temperaturabhängig geregelt.

Um verhältnismäßig niedrige Stellkräfte des Stellantriebes realisieren zu können, ist es gebräuchlich eine Druckentla­ stung vorzusehen. Das erfolgt derart, daß der Drosselkörper, der in Öffnungsrichtung vom Druck des zu regelnden Mediums beaufschlagt wird, in Schließrichtung ebenfalls diesem Druck ausgesetzt ist, wobei die in Schließrichtung wirksame Fläche geringfügig kleiner als die in Öffnungsrichtung wirkende Fläche gewählt wird, um sicher zu stellen, daß auf den Drosselkörper immer eine, wenn auch nur geringe Kraftkompo­ nente in Öffnungsrichtung wirkt. Das ist zwingend notwendig, weil der Drosselkörper durch den Stellantrieb nur in Schließrichtung bewegt werden kann, und somit in jedem Fall eine Rückstellkraft durch die Kräftebilanz am Drosselkörper garantiert ist. Ursache für die Forderung, die Rückstell­ kraft so gering wie möglich zu halten, ist die Schwierigkeit höheren Drücken im Meßsystem zu begegnen.

Während in Schließstellung dieser Ventile das Kräfteverhält­ nis am Drosselkörper noch überschaubar ist, wird es im mehr oder weniger geöffneten Zustand relativ kompliziert, weil zu den statischen Drücken noch Strömungsdrücke treten, deren Größe und Richtung weitgehend von den geometrischen Gegeben­ heiten abhängen. Ein weiterer Mangel derartiger Ventile ist es, daß aus dynamischen Gründen zu Beginn der Öffnungs- bzw. am Ende der Schließbewegung zwischen dem Ventilsitz und dem Drosselkörper eine Druckverminderung wegen der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Damit aber kann es zur Verringerung der Rückstellkraft kommen, weil es nicht ohne weiteres möglich ist, den Druckausgleich für die Rückseite des Drosselkörpers genau an der Stelle einzuführen, an der Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit wahrgenommen werden. Diese Verringerung der Rückstellkraft kann dabei so weit führen, daß nicht nur die Rückstellkraft aufgehoben wird, sondern daß sogar eine Kraft in Schließrichtung auf­ tritt. Weiterhin können diese unsicheren Kräfteverhältnisse dazu führen, daß der Drosselkörper, insbesondere wenn er sich in der Nähe des Ventilsitzes befindet, Schwingungen ausführt, die neben einer Geräuschbelästigung auch zu einer Zerstörung führen.

Um diesen Mangel zu beseitigen ist in der DE-AS 21 61 260 ein thermostatisch gesteuertes Regelventil mit einem druck­ entlasteten Ventilkegel beschrieben. Bei dieser Lösung ist am Ventilkegel ein Staubund vorgesehen. Dieser Staubund, der sich bei geschlossenem Ventil in geringem Abstand vom Ven­ tilsitz befindet, ist mit Ausnehmungen versehen. Die Aus­ nehmungen sind derart ausgeführt, daß erst bei größeren Öffnungsgraden des Ventils der Staubund durch einen merkli­ chen Strömungsdruck beaufschlagt wird.

Damit wird erreicht, daß beim Öffnungsvorgang zunächst in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes die Öffnungskraft nicht zunimmt, weil die Stromstärke des durch das Ventil fließen­ den Mediums noch gering ist und dieses zudem infolge der Ausnehmungen des Staubundes ungehindert abfließen kann. Bei zunehmender Öffnung wird schließlich der Staubund wirksam und verhindert eine Verringerung oder Umkehrung der Rück­ stellkraft. Schließlich wird bei weiterer Zunahme der Ven­ tilöffnung die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Ven­ tilsitzes wieder geringer, so daß bei ständig zunehmender Stromstärke die Wirkung des Staubundes vernachlässigbar wird. Beim Schließvorgang läuft der Prozeß in umgekehrter Reihenfolge ab.

Bei dieser Lösung ist es von Nachteil, daß das Erreichen der vorteilhaften Wirkung in hohem Maß von der geometrischen Gestaltung der Ausnehmungen und des Staubundes abhängt. Die maßlichen Forderungen, die deshalb an dieses Bauteil ge­ stellt werden müssen, sind darum sehr hoch. Das wiederum steht im Gegensatz zu der Forderung nach einer wirtschaftli­ chen Herstellung.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Regelventil der genannten Art zu entwickeln, bei dem der Drosselkörper im gesamten Stellbereich druckentlastet ist mit einer in jedem Fall größeren Öffnungs- als Schließkraft, wobei jedoch die auf den Stellantrieb wirkende Rückstellkraft auch bei hohen Vordrücken möglichst gering gehalten werden soll.

Weiterhin soll der Aufbau einfach und eine wirtschaftliche Herstellung möglich sein.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß im Gehäuse in Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz axial zur Ventilspindel ein topfförmiges Formteil angeordnet ist, das mit seinem Boden zum Drosselkörper gerichtet ist, wobei sich in dem Boden eine gleichzeitig als Führung dienende Durch­ gangsöffnung für die Ventilspindel befindet. Weiterhin weist die Mantelfläche des Formteiles ein oder mehrere Öffnungen auf, die unterhalb des zum Ausgangsstutzen führenden Aus­ strömkanals angeordnet sind.

Damit ist eine überraschend wirkungsvolle Lösung gefunden worden, die sich vor allen Dingen durch ihre Einfachheit auszeichnet. Besonders bei Stellantrieben, die als Regler ohne Hilfsenergie konzipiert sind, und somit nur über eine begrenzte Stellkraft verfügen, und bei denen üblicherweise nur eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stellan­ trieb und der Ventilspindel besteht, ist durch diese Lösung die Gewährleistung einer sicheren Funktion gegeben.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptan­ spruches möglich.

So ist das erfindungsgemäße Regelventil vorteilhafterweise so ausgeführt, daß die Mantelfläche des Formteiles vier um 90° auf dem Umfang versetzte Öffnungen aufweist, die unter­ halb des zum Ausgangsstutzen führenden Ausströmkanals ange­ ordnet sind. Dabei hat es sich als besonders günstig erwie­ sen, wenn zwei gegenüberliegende Öffnungen in der Längsrich­ tung des Gehäuses angeordnet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß der Boden ein oder mehrere Erhebungen aufweist, die als Anschlag für den Drosselkörper beim Erreichen des maximalen Öffnungs­ hubes dienen. Bei der Verwendung von nur einer Erhebung sollte diese mittig angeordnet sein, da dann gleichzeitig die Führung der Ventilspindel verbessert werden kann.

Um das Formteil möglichst einfach montieren zu können, soll­ te die Mantelfläche des Formteiles an ihrem dem Boden abge­ wandten Ende einen umlaufenden Bund besitzen, der sich an einer im Gehäuse in der Achse des Ventilsitzes befindlichen Ausdrehung, die gleichzeitig zur Aufnahme eines Verschluß­ teiles dient, abstützt.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Das in der einzigen Zeichnung im Schnitt dargestellte erfin­ dungsgemäße Regelventil weist ein Gehäuse 1 mit einem Ein­ gangsstutzen 2 und einem Ausgangsstutzen 3 auf, zwischen denen sich ein Ventilsitz 4 befindet. Ein in der Achse des Ventilsitzes 4 befindliches und in einer Ausdrehung 25 des Gehäuses I geführtes mit diesem mittels Schrauben 10 fest verbundenes Verschlußteil 5 dient zum Anschluß eines an sich bekannten und hier deshalb, weil nicht erfindungswesentlich nicht dargestellten Stellantriebes, der kraftschlüssig mit einer im Verschlußteil 5 gelagerten, aber längsbeweglichen Ventilspindel 6 eines Drosselkörpers 7 verbunden ist. Dazu weist die Ventilspindel 6 auf ihrem dem Stellantrieb zuge­ wandten Ende ein Druckstück 26 auf, dessen Lage in Längs­ richtung der Ventilspindel 6 verstellbar ausgeführt ist, um so eine Anpassung an den Stellantrieb vornehmen zu können. Weiterhin dient das Verschlußteil 5 zur Aufnahme eines Teiles einer weiter unten näher beschriebenen Druckentla­ stungsvorrichtung, in diesem Fall eines Metallbalges 8, der in Verbindung mit ebenfalls weiter unten näher beschriebenen Teilen einen Raum 9 zum Gehäuse 1 hin hermetisch abschließt.

In der Achse des Ventilsitzes 4 befindet sich im Gehäuse 1 ein topfförmiges Formteil 11, das an seinem offenen, dem Verschlußteil 5 zugewandten Ende einen umlaufenden Bund 12 aufweist, der, nur durch Dichtungen 13 getrennt, vom Ver­ schlußstück 5 gegen das Gehäuse 1 gepreßt wird. Der dem Ventilsitz 4 zugewandte Boden 14 des topfförmigen Formteiles 11 weist mittig eine Erhebung 15 auf. Boden 14 und Erhebung 15 sind mit einer Durchgangsbohrung 16 zur Führung der Ventilspindel 6 versehen.

Die Gesamthöhe des Formteiles 11 ist günstigerweise so fest­ gelegt, daß sich der Drosselkörper 7 beim Erreichen des maximalen Öffnungshubes auf der Erhebung 15 abstützt. Um in dieser Stellung optimale Strömungsverhältnisse zu erreichen, hat es sich desweiteren als günstig erwiesen, wenn der Abstand des Drosselkörpers 7 vom Boden 14 des Formteiles 11 in dieser Stellung etwa 3 bis 4 mm beträgt.

Auf seiner Mantelfläche ist das topfförmige Formteil 11 mit vier auf dem Umfang um 90° zueinander versetzt angeordneten Öffnungen 17, vorzugsweise Bohrungen, versehen, von denen sich zwei Öffnungen 17 in Längsrichtung des Gehäuses 1 befinden. Dabei ist ihre Lage so festgelegt, daß sie sich unterhalb, vorzugsweise nur geringfügig unterhalb, des zum Ausgangsstutzen 3 führenden Ausströmkanals 18 befinden.

An der Innenseite des Bodens 14 stützt sich eine Rückstell­ feder 19 ab, die mit ihrem anderen Ende auf einer fest mit dem in das Verschlußteil 5 hineinragende Ende des Metallbal­ ges 8 verbundenen Scheibe 20 aufliegt, die ihrerseits mit der Ventilspindel 6 verbunden ist, wodurch, wie bereits weiter oben erwähnt, der Raum 9 gebildet wird.

Der Drosselkörper 7 weist auf seiner dem Ventilsitz 4 zuge­ wandten Stirnfläche einen Ansatz 21 auf, der die ansonsten hohl ausgeführte Ventilspindel 6 abschließt. Im Ansatz 21 ist in einem gewissen Abstand, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 mm, von der Stirnfläche des Drosselkörpers 7 und paral­ lel zu derselben ein Querrohr 22 befestigt, dessen Länge so bemessen ist, daß zwischen den Stirnseiten des Querrohres 22 und der Sitzwandung nur ein geringfügiger Spalt 23 vorhanden ist. Weiterhin ist die Höhe des Ventilsitzes 4 so festge­ legt, daß das Querrohr 22 über den gesamten Hubbereich des Drosselkörpers 7 den Ventilsitz 4 nicht verläßt. Innerhalb des Ansatzes 21 weist das Querrohr 22 eine zusätzliche Öffnung 24 auf, wodurch eine Verbindung mit dem Inneren der Ventilspindel 6 gewährleistet ist.

Die Wirkungsweise der Druckentlastungsvorrichtung ist somit folgendermaßen: Der im Bereich des Spaltes 23 herrschende Druck wird über das Querrohr 22, die Ventilspindel 6 und dem Druckstück 26, das zu diesem Zweck eine Bohrung 27 aufweist, in den Raum 9 übertragen, wodurch in Abhängigkeit von der Fläche des Metallbalges 8 und des innerhalb des Metallbalges 8 herrschenden Druckes eine Kraftkomponente in Schließrich­ tung entsteht, die der auf Grund des auf den Drosselkörper 7 wirkenden Druckes in Öffnungsrichtung entstehenden Kraftkom­ ponenten entgegenwirkt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wurde nun eine Möglichkeit gefunden, bzw. die Voraussetzungen dafür geschaffen, daß die als Resultierende auf den Stellantrieb wirkende Rückstell­ kraft auch bei hohen Vordrücken sehr gering gehalten werden kann. Weiterhin ist sichergestellt, daß nur eine Wirkrich­ tung der als resultierende Kraft auf den Stellantrieb wir­ kenden Rückstellkraft auftritt.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Eingangsstutzen

3

Ausgangsstutzen

4

Ventilsitz

5

Verschlußteil

6

Ventilspindel

7

Drosselkörper

8

Metallbalg

9

Raum

10

Schraube

11

Formteil

12

Bund

13

Dichtung

14

Boden

15

Erhebung

16

Durchgangsöffnung

17

Öffnung

18

Ausströmkanal

19

Rückstellfeder

20

Scheibe

21

Ansatz

22

Querrohr

23

Spalt

24

Öffnung

25

Ausdrehung

26

Druckstück

27

Bohrung

Claims (6)

1. Regelventil mit einem auf einer axial zu einem zwischen einem Eingangsstutzen und einem Ausgangsstutzen eines Gehäuses befindlichen Ventilsitz längsbeweglichen Ventil­ spindel in axialer Richtung fest verbundenen druckentla­ steten Drosselkörper, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) in Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz (4) axial zur Ventilspindel (6) ein topfförmiges Formteil (11) angeordnet ist, das mit seinem Boden (14), in dem sich eine gleichzeitig als Führung dienende Durchgangs­ öffnung (16) für die Ventilspindel (6) befindet, zum Drosselkörper (7) gerichtet ist, und daß die Mantelfläche des Formteiles (11) ein oder mehrere Öffnungen (17) auf­ weist, die unterhalb eines zum Ausgangsstutzen (3) füh­ renden Ausströmkanals (18) angeordnet sind.

2. Regelventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mantelfläche des Formteiles (11) vier um 90° auf dem Umfang versetzte Öffnungen (17) aufweist, die unterhalb des zum Ausgangsstutzen (3) führenden Ausström­ kanals (18) angeordnet sind.

3. Regelventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei gegenüberliegende Öffnungen (17) in der Längsrichtung des Gehäuses (1) angeordnet sind.

4. Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Boden (14) eine oder mehrere Erhebungen (15) aufweist, die als Anschlag für den Dros­ selkörper (7) beim Erreichen des maximalen Öffnungshubes dienen.

5. Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Boden (14) eine mittig angeordnete Erhebung (15) aufweist, die als Anschlag für den Drosselkörper (7) beim Erreichen des maximalen Öff­ nungshubes und zur Führung der Ventilspindel (6) dient.

6. Regelventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Formteiles (11) an ihrem dem Boden (14) abgewandten Ende einen umlaufenden Bund (12) aufweist, der sich an einer im Gehäuse (1) in der Achse des Ventilsitzes (4) befindli­ chen Ausdrehung (25), die gleichzeitig zur Aufnahme eines Verschlußteiles (5) dient, abstützt.