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Die Erfindung betrifft ein Stellventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 43 31 417 offenbart ein Ventil, das ein durch eine Ventilstange betätigtes Drosselelement umfasst, wobei das Drosselelement über einen vorgegebenen Stellbereich durch den Ventilsitz geführt wird. Zudem sind in das Drosselelement Ausnehmungen eingebracht, die einen von der Ventilstellung abhängigen Durchfluss eines zu steuernden Fluids ermöglichen.
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Diese Ausführung hat den Nachteil, dass durch die Reibung zwischen Ventilsitz und Drosselelement die Dichteigenschaften beeinflusst werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Ventil anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Weise umfasst ein Stellventil ein von einer Ventilstange betätigtes Drosselelement und einen Ventilsitz, aufweisend eine Dichtkante und einen Drosselbereich. Das Drosselelement ist axial zum Ventilsitz bewegbar und wirkt mit einem Drosselbereich des Drosselelements zur Einstellung eines Durchflusses, der abhängig von der Position des Drosselelements ist, zusammen.
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Erfindungsgemäß sind am Ventilsitz Führungsstrukturen angeordnet, die sich in axialer Richtung auf der dem, insbesondere als Drosselbohrung ausgebildeten, Drosselbereich abgelegenen Seite der Dichtkante erstrecken und eine lineare Führung des Drosselelements und / oder der Ventilstange während der Bewegung des Drosselelements ermöglichen.
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Indem eine Führung außerhalb des Drosselbereichs vorgesehen ist, kann vermieden werden, dass sich das Drosselelement und der Ventilsitz verschleißbringend berühren. Dadurch kann über eine verlängerte Lebenszeit eine hohe Präzision bereitgestellt werden. Zudem ist eine genauere Positionierung des Drosselelements gegenüber dem Ventilsitz möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Führungsstruktur durch eine zur Öffnung des Ventilsitzes konzentrische Wandung gebildet. Die Wandung weist bevorzugt Durchbrüche auf, die einen weitgehend ungehinderten Volumenstrom durch das Stellventil ermöglichen. Eine solche Wandung kann besonders vorteilhaft zusammen mit der Öffnung des Ventilsitzes in einer Aufspannung hergestellt werden. Dies gilt auch für die Herstellung des Drosselelements, das in einer Aufspannung mit der Führungsstruktur hergestellt werden kann. Durch eine derartige Herstellung kann eine geringe Toleranz erreicht werden, die ein besonders kleines Spaltmaß zwischen der Drosselbohrung und dem Drosselelement erlaubt und dadurch eine optimale Positionierung der Dichtkanten des Ventilsitzes erlauben.
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Ferner erlaubt diese Abstimmung relativ zur Sitzbohrung große Nennweiten und große Stellverhältnisse. Es wird eine sehr steife Verbindung zwischen der Führung und dem Drosselelement geschaffen, die nahe an der Drosselstelle liegt, bei welcher aufgrund geringer Elastizitäten unerwünschte Schwingungen vermieden werden. Dies ist besonders bei hohen Druckdifferenzen von Vorteil.
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Vorzugsweise können die Durchbrüche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen, oder aber auch in der Art von Fenstern ausgebildet sein.
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Ferner kann die Führungsstruktur einen Befestigungsbereich zur Verbindung mit dem Ventilgehäuse aufweisen. Damit kann die Führungsstruktur einfach im Ventilgehäuse verankert werden.
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Bevorzugt können Ventilsitz oder ein Sitzelement umfassend einen Ventilsitz und Drosselbohrung und Führungsstruktur baueinheitlich ausgeführt sein. Ein solches Sitzelement umfasst einen Führungsbereich, eine Sitzkante, eine Sitzbohrung und eine Drosselbohrung. Die Ausbildung ist bevorzugt einstückig.
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In vorteilhafter Weise kann das Sitzelement ein Außengewinde aufweisen, über welches das Sitzelement in das Gehäuse eingeschraubt werden kann. Alternativ kann das Sitzelement auch mittels Presssitz in das Ventilgehäuse eingesetzt sein.
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Ferner kann die Führungsstruktur zur Fixierung des Ventilsitzes im Ventilgehäuse eingerichtet sein. Dies ermöglicht einfache Montage, sowie eine unabhängige Austauschbarkeit von Führungsstruktur und Sitzelement.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die Führungsstruktur so gestaltet sein, dass diese mit dem Drosselelement oder der Ventilstange zusammenwirkt. Dadurch kann ein langer Bereich der Führung gewährleistet werden. Die Führungsstruktur kann bevorzugt derart ausgestaltet sein, dass diese das Drosselelement oder die Ventilstange über seinen gesamten Hub führt.
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So sind erfindungsgemäß Ventilsitz und Führungsstruktur radial fest miteinander gekoppelt, eine spielarme Führung von Drosselelement und Ventilstange wird ermöglicht, wodurch der Schwingungseintrag deutlich reduziert wird und somit eine geringere Elastizität zur Folge hat.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Innendurchmesser der im wesentlichen hohlzylindrischen Wandung der Führungsstruktur größer als die Öffnung des Ventilsitzes sein, insbesondere mehr als 150% des Dichtkantendurchmessers. Es ist vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Führung größer als die Drosselbohrung ist und Aussparungen im Bereich der Führung und oder am Führungskolben einen ungehinderten Durchlass ermöglichen, ohne die Druckdifferenz zusätzlich nennenswert zu erhöhen.
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Bevorzugt kann der Durchmesser der Dichtkante, Sitzbohrung auch größer als die Öffnung der Drosselbohrung sein. Dies sorgt schon bei geringem Ventilhub für eine präzise Durchflusssteuerung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante können Kontur-Flächen des Ventilsitzes unterschiedliche Winkel aufweisen, wobei die Kontur des Drosselelements ebenfalls unterschiedliche Winkel in seiner Kontur im radialen Verlauf aufweisen kann. Die Winkel sind insbesondere korrespondierend zu den Winkeln im Ventilsitz ausgebildet, können aber durchaus unterschiedlich ausgestaltet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 eine Schnittansicht einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stellventils in Schließstellung,
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2a eine Schnittansicht einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stellventils in Schließstellung,
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2b eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stellventils in einer Offenstellung, und
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3 eine Detailansicht des Ventilelements der Darstellung gemäß 2a, 2b.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Stellventil 10 in einer ersten Ausgestaltung, umfassend ein Ventilgehäuse 12, sowie einen Ventildeckel 14. Im Ventildeckel 14 ist axial beweglich ein Ventilstange 16 geführt, die mit einem Drosselelement 18 verbunden ist. Ferner ist in das Ventilgehäuse 12 ein Sitzelement 19, umfassend einen Ventilsitz 20 und einen Drosselbereich 22, mittels Presssitzpassung eingebracht. Das Sitzelement 19 ist derart gestaltet, dass er jenseits seines Drosselbereiches 22 eine Führungsstruktur 24 bildet.
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Die Führungsstruktur 24 ist in der ersten Ausgestaltung so gebildet, dass die Linearführung an der Ventilstange 16 erfolgt. Die Führungsstruktur 24 weist, gestrichelt dargestellte, Durchbrüche 26 auf, die in Offenstellung des Stellventils 10 einen weitgehend ungehinderten Durchfluss ermöglichen.
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Die Führung der Ventilstange 16 erfolgt über den gesamten Hub des Stellventils 10 und ermöglicht eine hochpräzise Ausrichtung des Drosselelements 18 gegenüber dem Drosselbereich 22 und dem Ventilsitz 20.
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Gemäß dieser Anordnung sind Ventilsitz 20 und die Führungsstruktur 24 radial fest miteinander verbunden, wobei die Ventilstange 16 in der Führungsstruktur linear beweglich geführt wird. Gemäß dieser Ausgestaltung können Drosselkörper 18 und Ventilstange 16 baueinheitlich ausgeführt sein, was eine präzise Herstellung, insbesondere in Verbindung mit der Herstellung des Sitzelementes 19 ermöglicht.
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2a zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stellventils 40, gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Schließstellung. Das Stellventil 40 umfasst einen Ventildeckel 42, in welchem eine Ventilstange 44 linear beweglich geführt ist. In das Ventilgehäuse 46 ist ein Sitzelement 48 eingeschraubt. Das Sitzelement 48 weist eine Drosselbohrung 50, einen Ventilsitz 52 mit einer Dichtkante und einen Führungsbereich 54 auf. Im Sitzelement 48 ist das Drosselelement 56 linear geführt aufgenommen. Ein Führungsbereich 60 am Drosselelement 56 ist korrespondierend zum Führungsbereich 54 des Sitzelements 48 ausgebildet. Durch eine derartige Führung nahe des Ventilsitzes 52 kann eine in Radialrichtung weitgehend toleranzfreie Bewegung durch das Drosselelement 56 ausgeführt werden. Dadurch können die Drosselbohrung 50 und der Drosselbereich 58 des Drosselelements 56 mit geringer Toleranz aufeinander abgestimmt werden, wodurch eine präzise Durchflusssteuerung, insbesondere auch bei hohen Druckdifferenzen, erfolgen kann.
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In dieser Ausführung sind das Sitzelement 48 und der Führungsbereich 54 baueinheitlich ausgebildet.
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2b zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stellventils 40, welche das Stellventil 40 in einer Offenstellung zeigt.
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Die lineare Führung des Drosselelements erfolgt durch das Zusammenwirken des Führungsbereichs 60 und des Drosselelements 56 mit dem Führungsbereich des Sitzelements 48. Dadurch wird die Hauptführungsaufgabe nicht mehr ausschließlich vom Ventildeckel 42 übernommen, sondern findet durch eine weitere Lagerung durch das Sitzelement 48 in der Nähe der Dichtkante 52 statt.
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Das Sitzelement 48 und das Drosselelement 56 sind ferner so aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Ventil ein weitgehend ungehinderter Durchfluss ermöglicht wird. Dies kann durch Ausnehmungen in der Wandung des Sitzelements 48 und / oder durch Ausnehmungen im Führungsbereich 60 des Drosselelements ermöglicht werden, die hier nicht weiter dargestellt sind.
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3 zeigt eine Detaildarstellung der 2a. Der Durchmesser der Dichtkante 52 des Ventilsitzes ist deutlich größer als der Durchmesser der Drosselbohrung 50.
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Gemäß 3 ist der Durchmesser der Dichtkante 52 etwa doppelt so groß, wie der Durchmesser der Drosselbohrung 50.
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Dadurch kann bei gerade öffnendem Ventil die Drossel unmittelbar wirksam werden. Das Sitzelement 48 weist im Verlauf von seiner Dichtkante 52 zur Drosselbohrung 50 unterschiedlich geneigte Flächen auf.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stellventil
- 12
- Ventilgehäuse
- 14
- Ventildeckel
- 16
- Ventilstange
- 18
- Drosselelement
- 19
- Sitzelement
- 20
- Ventilsitz
- 22
- Drosselbereich
- 24
- Führungsstruktur
- 26
- Durchbrüche
- 40
- Stellventil
- 42
- Ventildeckel
- 44
- Ventilstange
- 46
- Ventilgehäuse
- 48
- Sitzelement
- 50
- Drosselbohrung
- 52
- Dichtkante
- 54
- Führungsbereich
- 56
- Drosselelement
- 58
- Drosselbereich
- 60
- Führungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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