DE2606042A1

DE2606042A1 - Ventil zum absperren, drosseln oder regeln

Info

Publication number: DE2606042A1
Application number: DE19762606042
Authority: DE
Inventors: Karl-Jean Wolf
Original assignee: WEINHEIMER GUMMIWERKE GmbH
Current assignee: Gulde-Regelarmaturen & Co Kg 6700 Ludwigshaf GmbH
Priority date: 1976-02-14
Filing date: 1976-02-14
Publication date: 1977-08-18
Also published as: US4150692A; FR2341086A1; IT1076354B; NL7701241A; DD128606A5; GB1541977A; DE2606042B2; BE851162A; CH622326A5; AT363290B; DE2606042C3; ATA76177A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Absperren, Drosseln oder Regeln, insbesondere Regelventil in einem Regelkreis, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin geführten zylindrischen Absperr- oder Stellkegel.

Es sind eine große Artenvielfalt von Absperrorganen, wie Hähne oder Ventile bekannt. Hähne werden gewöhnlich für kleine Durchmesser und geringe Drücke gebaut; Ventile für größere Durchmesser bis zu den höchsten Drücken. Eine der ersten Bedingungen eines Ventils, das zum Absperren oder Drosseln verwendet wird, ist das Dichthalten im Dauerbetrieb. Dabei unterliegen Ventile, die zum Drosseln benützt werden, einem besonders starken Verschleiß. Eine weitere Bedingung für Absperr- oder Drosselventile ist deren leichtes Öffnen und Schließen. Diese Bedingung gilt aber gleichermaßen auch für Regelventile, wobei auch Regelventile im Absperrfall dicht sein müssen.

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Als Stellkegel werden bei Regelventilen gewöhnlich Parabolkegel oder Glockenkegel verwendet, die im wesentlichen stirnseitig angeströmt werden. Diese Art der Regelung bedingt _t daß die Regelglieder jeweils gegen den Stoffstrom auf ihre Sitzbuchse zum Absperren der Armatur geschoben werden müssen. Damit ergeben sich hohe Stellkräfte in direkter Abhängigkeit zum jeweils anstehenden Betriebsdruck, welcher dann als Differenzdruck auf den Kegel wirkt. Diese Tatsache bewirkt, daß im Betriebsverhalten eine hohe Hysterese eintritt, die sehr unangenehme Folgeerscheinungen für das gesamte Regelventil hat, wobei entscheidend die Regelgenauigkeit beeinflußt wird.

Die schweizerische Patentschrift 11 217 beinhaltet zum Beispiel ein Absperrventil, einen einfachen Regulierhahn, mit darin geführtem, zylindrischen Absperrkegeln. Zur Bewegung des Absperrkegels sind aber große Kräfte erforderlich, um die Reibungskräfte zwischen dem Absperrkegel und dem Gehäuse zu überwinden, sodaß dieser Regulierhahn insbesondere für die Regelung ungeeignet ist. Die amerikanische Patentschrift 1 8o5 1o6 beinhaltet ebenfalls ein Drosselventil mit einem zylindrischen Absperrkegel, zu dessen Bewegung ebenfalls große Reibungskräfte zu überwinden sind. Auch dieses Drosselventil ist für einen Einsatz in einem Regelkreis nicht geeignet. Desweiteren sind aus der Absperrtechnik zum Unterbrechen von Stoffströmen eine Vielzahl von einfachen Hähnen oder Absperrorganen bekannt, die zum dichten Verschließen von Leitungssystemen mehr oder weniger geeignet sind. Die US-PS 3 526 2i»9 beinhaltet zum Beispiel einen Absperrhahn mit Kugelküken, in weichemein zusätzlicher Schieber angeordnet ist. In Endstellung besitzt der Schieber einen Sitz im Kugelküken, wobei eine Einregulierung des Durchflusses des Stoffstromes nicht möglich ist.

Desweiteren sind Ventile bekannt, die Steuerkanten aufweisen, die derart gestaltet sind, um dem Ventil eine quadratische oder logarithmische Kennlinie zu verleihen. Die britische Patentschrift 111 631 beschreibt ein Drosselventil mit quer zum

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Stoffstrom angeordneten Flachschieber, wobei die Steuerkante des Flachschiebers kreisbogen- oder dreieckförmig ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das zum Bewegen des Absperr- oder Stellkegels nur sehr geringe Reibungskräfte zwischen demselben und dem Gehäuse zu überwinden hat; desweiteren soll das Ventil praktisch keine Hysterese aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß der Absperr- oder Stellkegel ein Hohlzylinder ist, der unter Aussparung eines Teils des Zylindermantels durchgehend von der oberen bis zur unteren Zylinderdeckfläche als Teilschale ausgebildet ist.

Das Ventil mit seinem erfindungsget&äß ausgestalteten Absperroder Stellkegel besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß dasselbe praktisch keine Hysterese mehr besitzt. Die erforderlichen Kräfte zum Bewegen des Absperr- oder Stellkegels sind auf ein Minimum reduziert, da innerhalb des Absperr- oder Stellkegels ein völliger Druckausgleich entsteht. Der Betriebsdruck macht sich nur noch über die Reibungskräfte zwischen der Teilschale und ihrer Führung innerhalb des Gehäuses bemerkbar. Diese Reibungskräfte werden aber dadurch weiter reduziert, da der Hohlzylinder auf Grund seiner Ausbildung als Teilschale bei thermischer Belastung sich permanent der Ausdehnung seiner Führung»= bahn anpassen kann, so daß das Betriebsverhalten des Absperroder Stellkegels auch bei sehr hohen Temperaturen völlig problemlos ist. Es kann niemals zu einem Verklemmen auf Grund thermischer Ausdehnung des Absperr- oder Stellkegels kommen.

Desweiteren kann der Hohlzylinder in seinem oberen Teil innen eine Ringnut aufweisen. In der Ringnut ist eine Traverse fest angeordnet, an der mittig eine Führungsstange zur Bewegung des Hohlzylinders angeordnet ist. Auf Grund dea Druckausgleichs

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innerhalb des schalenförmigen Absperr- oder Stellkegels wirken keine Querkräfte mehr auf* die Führungsstange, was ebenfalls zur Eliminierung einer Hysterese beiträgt. Dabei kann die Traverse kraftschlüssig in der Ringnut des Hohlzylinders befestigt sein, die Führungsstange kann ebenfalls fest mit der Traverse verbunden sein, so daß der Absperr- oder Stellkegel auch um seine Längsachse drehbar ist.

Desweiteren kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Zylindermantel gegenüber der Aussparung eine Ausnehmung aufweisen, die bis zur unteren Zylinderdeckfläche reicht« Diese Ausnehmung kann ein gemäß des Zylindermantels gekrümmtes Rechteck oder Dreieck sein. Darüberhinaus kann der untere Rand der Mantelfläche des Hohlzylinders eine gekrümmte Linie beschreiben, die zur in der Teilschale liegenden Mitten-Längsachse symmetrisch ist, wobei der Rand eine Ausnehmung innerhalb der Zylindermantelfläche umfährt, die in einem waagrechten Schlitz endete Damit können sämtliche Kennlinien gefahren werden, seien sie linear, quadratisch oder logarithmisch.

Dadurch, daß der Absperr- oder Stellkegel als Teilschale ausgebildet ist, können zwischen Gehäuse und Absperr- oder Stellkegel sehr geringe Herstellungstoleranzen eingehalten werden. Dadurch zeichnet sich das erfindungsgemäße Ventil zusätzlich durch seine hohe Dichtigkeit aus. Desweiteren erlaubt der schalenförmige Absperr- oder Stellkegel das Einsetzen von Werkstoffen, die den Härtegrad 9 besitzen, zum Beispiel Oxidkeramik, Glaskeramik, Hartmetalle usw. Dabei kann sowohl das Gehäuse, als auch der Absperr- oder Stellkegel aus einem dieser Werkstoffe hergestellt sein. Diese Werkstoffe können deshalb eingesetztwerden, da der erfindungsgemäße Absperr- oder Stellkegel im Gegensatz zu Parabol- oder Glockenkegeln oder anderen zum völligen Abschließen des Ventils nicht auf einen Ventilsitz im Gehäuse aufgepreßt werden muß, sondern durch Verdecken der Durchgangsbohrung des Gehäuses die völlige Absperrung des Ventils erzielt. Dadurch ist desweiteren eine leichtere Herstellung des Gehäuses

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des erfindungsgemäßen Ventils gegeben. Als weiterer Werkstoff eignet sich hier gegebenenfalls auch Hartmetall. Das erfindungsgemäße Ventil eignet sich für sämtliche Einsätze zum Absperren, Drosseln oder Regeln, bei denen höchste Dichtigkeit und Funktionstüchtigkeit gefordert wird. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Ventil zum Einsatz als Regelventil in einem Regelkreis, wobei gegenüber den Hoch- oder Höchstdrucken, die mit dem erfindungsgemäßen Ventil gesteuert werden können, nur geringe Stellkräfte notwendig sind, die nur einen Bruchteil derjenigen Stellkräfte betragen, die bei einem Regelventil zur Regelung vergleichbarer Drücke erforderlich sind.

Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Absperr- oder Stellkegel im Längsschnitt für ein Ventil, das beliebig zum Absperren, Drosseln oder Regeln eingesetzt werden kann

Fig«. 2 eine Draufsicht auf den Absperr- oder Stellkegel gemäß Figur 1

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Stellkegel für ein Regelventil, wobei dieser Stellkegel eine zusätzliche Ausnehmung in Form eines Rechteckes aufweist

Figo k eine Seitenansicht des Stellkegels gemäß Figur 3 Fig. 5 eine Draufsicht des Stellkegels gemäß Figur 3

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen weiteren Stellkegel, dessen unterer Rand der Mantelfläche eine gekrümmte Linie beschreibt, die zur in der Teilschale liegenden Mitten-Längsachse symmetrisch ist

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Fig. 7 einen um <?o° gedrehten Längsschnitt des Stellkegels in Figur 6, wobei die Ausnehmung innerhalb der Zylindermantelfläche in einem waagrechten Schlitz endet

Fig. 8 und Fig. 9 eine Draufsicht bzw. einen Längsschnitt durch

einen weiteren Stellkegel, der eine dreieckförmige Ausnehmung als Steuerkurve aufweist

Fig. 1o einen Längsschnitt durch ein Absperrventil, bestehend aus Gehäuse und Absperrkegel und

Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein Regelventil, bestehend aus Gehäuse, Kugelküken und darin angeordneten Stellkegel.

Gemäß den Figuren 1 und 2 besteht die einfachste Ausführungsform eines Absperr- oder Stellkegels für ein Ventil zum Absperren, Drosseln oder Regeln gemäß vorliegender Erfindung aus einem Hohlzylinder 1, der eine Aussparung 2 eines Teils des Zylindermantels aufweist, wobei diese Aussparung 2 von der oberen Zylinderdeckfläche 39 bis zur unteren Zylxnderdeckfläche ho durchgeht, so daß der Hohlzylinder als Teilschale oder als sogenannter Schalenkegel ausgebildet ist. Dabei soll im folgenden die Bezeichnung Schalenkegel für eine derartige Ausgestaltung des Hohlzylinders verwendet werden. Der Schalenkegel 1 besitz in seinem oberen Teil, das heißt in seiner oberen Hälfte, eine innen angeordnete Ringnut 3» die zur Aufnahme und Führung einer hier nicht gezeichneten Traverse dient. Die Traverse dient zum Bewegen des Schalenkegels. In der einfachsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkegels sind die Zylinderdeckflächen 39 und *»o planparallel.

Die Figuren 3, k und 5 zeigen ein weiteres Beispiel eines Absperr- oder Stellkegels, wobei diese Ausführungsart vorzugsweise als Stellkegel in Regelventilen Verwendung findet. Der Stellkegel besitzt wiederum eine Aussparung 5» so daß derselbe

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als Teilschalenkegel ausgebildet ist. Im oberen Teil des Teilschalenkegels befindet sich innen eine Ringnut 7, in der eine Traverse 8 fest angeordnet ist. An der Traverse greift mittig eine Führungsstange 9 an, die zur Bewegung des Stellkegels dient. Desweiteren besitzt derselbe gegenüber der Aussparung 5 eine Ausnehmung, die bis zur unteren Zylinderdeckfläche reicht und die als ein Rechteck 6 ausgestaltet ist.

In den Figuren 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellkegels, der als Schalenkegel 1o ausgeführt ist, gezeigt. Der untere Rand 11 des Schalenkegels beschreibt eine gekrümmte Linie, die zur in der Teilschale liegenden Mitten-Längsachse 33 des Stellkegels symmetrisch ist. Dabei umfährt der Rand 11 eine Ausnehmung innerhalb der Zylindermantelfläche,die in einem waagrechten Schlitz 12 endet. Dieser Schlitz ist maßgebend für das Stellverhältnis. Die Ausnehmung des Stellkegels gemäß den Figuren 6 und 7 ist ebenfalls zur Mitten-Längsachse 38 symmetrisch und ist derart gewählt, daß sich eine gewünschte Kennlinie ergibt. Deshalb kann die Ausnehmung eine beliebige Kontuk aufweisen, wie zuns Beispiel in Figur 3 ein Rechteck«

In Figur 8 und 9 ist ein Stellkegel gezeigt, der ebenfalls als Teilschalenkegel 15 ausgebildet ist, wobei die Ausnehmung 16 hier dreieckförmig ist. In den Figuren 6, 7, 8 und 9 ist jeweils mit dem Bezugszeichen 13 die innen angeordnete Ringnut bezeichnet. Zusätzlich sind bei dem Stellkegel gemäß Figur 8 und 9 die Längskanten 14, die die Aussparung ausmachen, rechtwinklig ge-' schliffen.

In Figur 1o ist ein Längsschnitt durch ein Absperrventil gemäß vorliegender Erfindung gezeigt. Das Ventil besteht aus einem Gehäuse 17, das innen eine zylindrische Führungsbahn 2o besitzt. Das Gehäuse 17 ist oben durch eine obere Verschlußplatte 18 und unten durch eine untere Verschlußplatte 19 verschlossen. Innerhalb der zylindrischen Führungsbohrung 2o ist ein Absperrkegel angeordnet, der erfindungsgemäß als Teilschalenkegel k gemäß

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der Figur 3 ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen der Traverse 8 und dem Teilschalenkegel 4,kann formschlüssig oder kraftschlüssig erfolgen. Hier besitzt der Teilschalenkegel k im Bereich der Ringnut eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 22, ebenso besitzt die Traverse eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 23 auf gleicher Höhe. Mittels einer Jmbusschraube 2k sind Traverse und Teilschalenkegel gegenseitig arretiert.

Die Führungsstange 9» die mit der Traverse 8 fest geeignet verbunden ist, ragt durch eine Bohrung innerhalb der oberen Verschlußplatte 18 hindurch, wobei diese Bohrung mittels einer Dichtung 25 abgedichtet ist. Wie in Figur Io durch die beiden Bewegungspfeile angedeutet, ist nun der Absperrkegel translatorisch und rotatorisch bewegbar. Das Gehäuse 17 besitzt desweiteren eine kreisrunde Durchgangsbohrung 21 zum Durchgang des Mediums. Das in Figur 1o gezeigte Absperrventil kann auch als Regelventil verwendet werden.

In Figur 11 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regelventils gezeigt. Dieses besteht aus einem Gehäuse mit einer Durchgangsbohrung 26 zum Durchgang des Mediums, innerhalb dieses Gehäuses ist ein Kugelküken 27 angeordnet, das sich zum Beispiel über Kugeln 28 gegenüber dem Gehäuse 25 abstützt und mittels Dichtungen 31 bzw. 32 gegenüber dem Gehäuse 25 abgedichtet ist. Das Kugelküken besitzt ebenfalls eine Durchgangsbohrung 3o, die entsprechend der Durchgangsbohrung 26 des Gehäuses 25 ausgerichtet ist. Innerhalb des Kugelkükens, das eine zylindrische Führungsbohrung aufweist, ist nun ein Steuerkegel 33 angeordnet, der gemäß den Figuren 1 bis 9 ausgebildet sein kann. Der Steuerkegel 33 ist mit einer Führungsstange 3^ verbunden, die der Führungsstange 9 gemäß der Figur 3 entspricht. Die Führungsstange 3h, 9 ist mittels einer Dichtung 35 gegenüber dem Gehäuse 25 abgedichtet. Mit der Bezugsziffer 36 ist ein Stellantrieb für den Stellkegel 33 bezeichnet. Das Kugelküken 27 kann nun über einen eigenen Antrieb 37 bewegt werden, wobei die Antriebe 36 bzw. 37 voneinander unabhängig sind.

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Die in den Figuren 1 bis 11 gezeigten Beispiele betreffen jeweils Ventile, bei denen der Absperr- oder Stellkegel im wesentlichen rechtwinklig angeströmt wird. Jedoch ist gerade der erfindungsgemäße Absperr- oder Stellkegel dazu geeignet, in Ventilen verwendet zu werden, bei denen das Medium den Absperroder Stellkegel nicht rechtwinklig anströmt, da auf Grund der Ausbildung des Absperr- oder Stellkegels als Teilschalenkegel innerhalb desselben ein völliger Druckausgleich herrscht.

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Claims

P_a__t_e_n_t ansprüche

J Ventil zum Absperren, Drosseln oder Regeln, insbesondere Regelventil in einem Regelkreis, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin geführten zylindrischen Absperr- oder Stellkegel, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperr- oder Stellkegel ein Hohlzylinder ist, der unter Aussparung eines Teils (2, 5) des Zylindermantels durchgehend von der oberen Zylinderdeckfläche (39) bis zur unteren Zylinderdeckfläche (ho) als Teilschale (*», 1o, 15) ausgebildet ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder in seinem oberen Teil innen eine Ringnut (3» 7» 13) aufweist.
3* Ventil nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringnut eine Traverse (8) fest angeordnet ist, an der mittig eine Führungsstange (9) zur Bewegung des Hohlzylinders angeordnet ist.
k. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel gegenüber der Aussparung (5) eine Ausnehmung aufweist, die bis zur unteren Zylinderdeckfläche reicht.
5· Ventil nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung ein gemäß des Zylindermantels gekrümmtes Rechteck (6) oder Dreieck (i6) ist.
6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand (11) der Mantelfläche des Hohlzylinders (io) eine gekrümmte Linie beschreibt, die zur in der Teilschale liegen· den Mitten-Längsachse (38) symmetrisch ist, wobei der Rand eine Ausnehmung innerhalb der Zylindermantelfläche umfährt, die in einem waagrechten Schlitz (12) endet.

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ORIGINAL INSPECTED

Patentansprüche
7« Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse und/oder der Absperr- oder Stellkegel aus Oxidkeramik oder Glaskeramik oder Hartmetall besteht.
8. Ventil nach Anspruch 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Absperr- oder Stellkegel um seine Mitten-Längsachse relativ zum Gehäuse drehbar angeordnet ist.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (2j>) ein Kugelküken (27) angeordnet xsl; in dem der Absperr- oder Stellkegel (1, 33) geführt ist, wobei das Kugelküken und der Absperr- oder Stellkegel unabhängig voneinander relativ zueinander und zum Gehäuse (25) drehbar angeordnet sind.

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