DE2715600A1 - Pneumatischer hilfsantrieb fuer ein stellventil - Google Patents
Pneumatischer hilfsantrieb fuer ein stellventilInfo
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Description
P. 5159/Wg/un
Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz
Pneumatischer Hilfsantrieb für ein Stellventil
Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Hilfsantrieb für ein
Stellventil, insbesondere für ein Regulierventil einer Raumheizung
und/oder -kühlung, bei dem ein pneumatischer Druck gegen die Kraft einer Feder über eine Spindel auf den Verschlusskörper
des Ventils einwirkt.
Pneumatische Antriebe der genannten Art sind bisher so aufgebaut, dass die Stellkraft des pneumatischen Drucks, in Längs- oder Achsrichtung
der Ventilspindel wirkend, gegen die Gegenkraft einer Feder den Oeffnungsquerschnitt des Ventils einstellt und verändert.
Das hat zur Folge, dass das pneumatisch betätigte Element, beispielsweise eine Membran oder ein Kolben und der Ventilteller
den gleichen Hub haben. Bei kleinen Ventilen, z. B. Radiatorventilen von Raumheizungsanlagen, ergeben sich in der Dimensionierung
des Antriebs und der zugehörigen Rückstellfeder dabei
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Schwierigkeiten, denn bei derartigen Ventilen soll die Membranfläche,
auf der der pneumatische Druck lastet, möglichst gross
sein, um den Einfluss des variablen Pumpendruckes auf das Ventil möglichst gering zu halten. In Verbindung mit dem zu verarbeitenden
Steuerdruckbereich, der beispielsweise 1 bar beträgt, ergeben sich dadurch relativ grosse Kräfte, denen mit der Rückstellfeder
entgegengewirkt werden muss. Bei kleinen Hüben für das Oeffnen und Schliessen des Ventils folgen daraus Feder-Charakteristiken,
die konstruktiv nicht zu beherrschen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Kraft-Weg-Verhältnis derartiger
Ventilantriebe so zu beeinflussen und zu verändern, dass materialseitig und konstruktiv, d. h. in Bezug auf die Abmessungen, eine
geeignete Auslegung der Rückstellfeder erreicht wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kraftrichtung des Druckmediums und die Bewegungsrichtung
der Spindel einen Winkel miteinander bilden, und dass ferner ein von dem Druckmedium gegen eine Feder verschiebbarer Zwischenkörper
mit Hilfe einer gegen seine Bewegungsrichtung schiefen Fläche die Verstellung der Spindel bewirkt; der genannte Winkel
beträgt dabei vorteilhafterweise 90°, Mit Vorteil kann darüberhinaus
die Vorspannung der gegen das Druckmedium wirkenden Feder einstellbar sein.
Mit der neuen Konstruktion ist der direkte Zusammenhang zwischen dem Hub des Ventilkörpers und demjenigen des pneumatisch bewegten
Elements aufgehoben. Der Pneumatik kann dadurch ein den
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Steuerdruckbereich überbrückender Weg zugeordnet werden, der ein
Vielfaches des Ventilhubes beträgt. Durch den Steigungswinkel der schiefen Fläche kann weiterhin beispielsweise dieses Vielfache
in relativ weiten Grenzen variiert werden; dabei wird gleichzeitig die Stellkraft, die auf das Element wirkt, um das gleiche
Vielfache geringer, wodurch auch die pro Wegeinheit des pneumatischen Stellelements benötigte Rückstellkraft der gegen dieses
Element wirkenden Feder entsprechend geringer wird, so dass diese eine beherrschbare Charakteristik aufweist.
Ein weiterer Vorteil der schiefen Fläche besteht darin, dass der Tangens ihres Steigungswinkels im allgemeinen geringer ist
als der Reibungskoeffizient zwischen den verwendeten Werkstoffen,
so dass Schwankungen des Pumpendruckes nicht mehr als Hubänderungen in Erscheinung treten. Die neue Konstruktion hat darüberhinaus
den Vorteil, dass die Auswahl von unterschiedlichen Rückstellfedern für das pneumatische Element und durch Verwendung von
Zwischenkörpern, bei denen die Steigungen der schiefen Flächen in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, ermöglicht, die
gleiche Antriebskonstruktion für verschieden grosse, wirksame Steuerdruckbereiche und auch für die beiden Steuerrichtungen
("drucklos - zu" und "drucklos - auf") zu verwenden.
Bei den bisher verwendeten Antrieben der genannten Art besteht ein linear proportionaler Zusammenhang zwischen dem Steuerdruck
und dem Hub des Ventils. Daraus können sich schlechte Regulie-
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(c
rungen ergeben, weil unprofilierte Ventilkegel mit kleinen Hüben
eine schlechte Durchfluss-Charakteristik haben, d. h. bei einem relativ kleinen Hub bereits ein grosses Volumen durch die Ventilöffnung flies st.
Dieser Nachteil kann mit der neuen Konstruktion ebenfalls behoben werden, wenn die schiefe Fläche ein von der schiefen Ebene abweichendes
Profil aufweist, da der Ventilhub zum Steuerdruck in diesem Fall nicht proportional verläuft, sondern ein nicht linearer
Zusammenhang zwischen beiden besteht; z. B. kann die schiefe Fläche so gestaltet sein, dass Steuerdruck und Leistungsabgabe
am Ventil um den gleichen Prozentsatz zu- oder abnehmen.
Die Umsetzung der Bewegung des Zwischenkörpers in die Bewegung der Ventilspindel kann mit Vorteil konstruktiv so gelöst werden,
dass der Zwischenkörper in Richtung seiner Achse verschiebbar auf einer Führungshülse gelagert ist, wobei mit Vorteil zwischen
dem Zwischenkörper und der Ventilspindel für die Kraftübertragung eine Kugel vorgesehen ist, was z. B. die Uebertragung der
Stellkraft der auf die und in Richtung der Ventilspindel in Oeffnungsrichtung des Ventils wirkenden Feder verbessert.
Darüberhinaus ergibt sich eine konstruktiv einfache Lösung für einen neuen Antrieb, wenn die Druckleitung für das Druckmedium
an ein vom Ventilgehäuse getrenntes Gehäuse angeschlossen ist, in dem auch der Zwischenkörper enthalten und das auf einer Seite
von der Führungshülse für den Zwischenkörper abgeschlossen ist;
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eine zweckmässige Lösung für die Befestigung des getrennten Gehäuses
auf dem Ventilgehäuse erhält man, wenn das Gehäuse einen Ansatz für die Befestigung auf dem Ventilgehäuse aufweist, der
an seinem freien Ende abgeschrägt und von einer Ueberwurfmutter
gehalten ist. Schliesslich bringt es darüberhlnaus Vorteile,
wenn zwischen der Ueberwurfmutter und dem freien Ende des Einsatzes
ein Sprengring eingelagert ist, der bei der Montage der beiden Gehäuse durch die Ueberwurfmutter in eine Umfangsnut
des Ventilgehäuses gepresst ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit einem Radiatorventil
einer nicht weiter dargestellten Warmwasserheizungsanlage;
Fig. 2 und 3 sind Zwischenkörper, mit denen ein nicht linearer Zusammenhang zwischen Steuerdruck und Leistungsabgabe
des Heizungskörpers erreicht wird, wobei der Körper nach Fig. 2 - wie derjenige in Fig. 1 - für Ventile
"drucklos - auf" dient, während die Form der schiefen Fläche des Heizungskörpers nach Fig. 3 in Richtung
"drucklos - zu" arbeitet;
Fig. 4 schliesslich gibt ein Detail A aus Fig. 1 in grösserem Massstab wieder.
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— 5 —
Das Gehäuse 1 (Fig. 1) des als Eckventil ausgebildeten Ventils
hat je einen Leitungsanschluss 2 und 3 für den Anschluss einer Zu- und Wegführleitung für den durch das Ventil gesteuerten
Wasserfluss. Zwischen beiden Anschlüssen 2 und 3 ist im Gehäuse 1 ein Ventilsitz 4 angeordnet, der mit dem, vorzugsweise aus
einem elastischen Material, z. B. aus Hartgummi, bestehenden Ventilkegel 5 zusammenwirkt. In diesen ist eine Stützplatte 6
eingelegt und gemeinsam mit dem Kegel 5 von einem Ventilstössel 7 gehalten.
Der Stössel 7 ist axial verschiebbar in einen, das Ventilgehäuse
nach oben abschliessenden, becherförmigen Einsatzkörper 8 eingeschoben, der seinerseits mit einem Aussengewinde in ein entsprechendes
Innengewinde des Gehäuses 1 eingeschraubt ist. Der Stössel 7 ist an seinem oberen Ende ebenfalls als Becher ausgebildet
und wird von einer sich im Einsatz 8 abstützenden Feder 10 nach oben, gegen das untere, in den Becher des Stössels 7
eingreifende Ende einer Spindel 12 gedruckt.
Die Spindel 12, auf die von oben - wie noch beschrieben wird die Stellkraft des Hilfsantriebes einwirkt, ist in einer O-Ring-Buchse
13 geführt, in der sich zur Abdichtung eines Wasser enthaltenden Raumes 9 des Ventils nach aussen ein O-Ring 14 befindet,
der dichtend gegen die Spindel 12 anliegt. Zwischen dieser O-Ring-Buchsc 13 und dem Stössel 7 ist auf die Spindel
12 ein Seegerring 11 aufgeschoben, der einem gewaltsamen Herausziehen
oder Herausdrücken der Spindel 12 entgegenwirkt.
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Der den O-Ring aufnehmende Raum 15 1st gegen den Raum 9 des
Ventils durch eine ebenfalls mit Wasser gefüllte Ringkammer 17 abgeschlossen, wobei die in der Kammer 17 enthaltene Wassermenge
vom Durchflusswasser getrennt ist. Die Kammer 17 ist mit ihrem Aussendurchmesser in den Innenhohlraum der Buchse 13 eingepasst
und in dieser durch Verstemmen gehalten. Der stationär bleibenden Wasserfüllung der Ringkammer 17 kann als Schmiermittel für
das durch sie gleitende Schaftstück 12 in bekannter Weise ein Fett zugesetzt sein.
Der Stellhub des Ventils erfolgt mittels eines pneumatischen
Hilfsantriebs 20, der in einem eigenen Gehäuse 21 untergebracht
ist, das seinerseits auf das Ventilgehäuse 1 aufgesetzt ist.
Für die Montage auf dem Gehäuse 1 besitzt das Antriebsgehäuse einen zu seiner Längsachse rechtwinkligen Ansatz 22, der sich
auf der oberen Aussenkante 23 (Fig. 4) des den Einsatzkörper 8 aufnehmenden Teils des Gehäuses 1 abstützt. Das untere, über die
Kante 23 hinausragende Ende des Ansatzes 22 endeL in einer unter
45° abgeschrägten Fläche 24, die zusammen mit einer ebenfalls abgeschrägten Flanke 25 einer am äusseren Durchmesser des Gehäuses
1 verlaufenden Ringnut 26 einen Hohlraum 27 bildet (Fig. 4) In diesen ist ein Sprengring 28 eingelegt, der beim Anziehen
einer auf den Ansatz 22 aufgeschraubten Ueberwurfmutter 29 gegen
die Flanken 24 und 25 gepresst wird, wobei durch die Schräge der Fläche 24 eine nach innen gerichtete Kraft ausgeübt wird,
die an der Fläche 25 eine Klemmwirkung hervorruft; durch diese
HU9BA0/0579 -8-
wird das Gehäuse 21 fest auf dem Gehäuse 1 gehalten.
Der im wesentlichen zylindrische Mantel des AntrLebgehäuses 21,
der mit seiner Längsachse horizontal und in einem Winkel von 90 zur Hubrichtung des Ventils angeordnet ist, ist an seiner
rechten Stirnseite durch einen Anschlussdeckel 30 für den Anschluss
einer Druckleitung 31 für das den Steuerdruck liefernde, nicht weiter dargestellte pneumatische System abgeschlossen.
Der vom Steuerdruck erfüllte Raum 32 im Innern des Anschlussstücks
30 und des Gehäuses 21 ist durch eine Rollmembran 33 gegen den restlichen Innenraum 34 des Gehäuses 21 abgedichtet;
die Rollmembran 33 liegt auf einem Absatz des Gehäusemantels auf und wird von dem Anschlussstück 30 gehalten.
Im Innenraum 34 ist in Richtung der Längsachse des Gehäuses 21 auf einer Hülse 36 verschiebbar ein Zwischenkörper oder Steuerkolben
35 vorhanden. Die Hülse 36 ist Teil eines stLrnseitigen
Deckels 37, der von links in den Gehäusemantel eingeschraubt wird. Im Innern der Hülse 36 befindet sich eine Rückstellfeder
38, die den Zwischenkörper 35 gegen die Rollmembran 33 drückt und dem Steuerdruck das Gleichgewicht hält. Eine in eine zentrale
Bohrung des Deckels 37 einschraubbare Stellschraube 39 erlaubt die Vorspannung der Feder 38 und damit den Steuerdruckbereich, in
dem das Ventil arbeitet, in gewissen Grenzen einzustellen.
Die äussere Mantelfläche 40 des Zwischenkörpers 35 ist die gegen seine in Längsrichtung erfolgende Bewegung schiefe Fläche und
besteht im einfachsten Falle aus einem zylindrischen Konus, d. h.
H U 9 8 4 CJ / 0 5 7 9 -9-
im Querschnitt aus einer schiefen Ebene. Diese Fläche überträgt
über eine Kugel 41, die in einer Bohrung 42 des Gehäusemantels
21 verschiebbar gelagert ist, den durch den Steuerdruck hervorgerufenen Weg des Zwischenkörpers 35 auf die rechtwinklig zu
diesem bewegte Ventilspindel 12 und bewirkt damit den Hub des Ventilkörpers 5. Die Steigung der Fläche 40 bestimmt dabei, in
welchem Masse der Ventilhub relativ zum Weg des Körpers 35 vergrössert
wird, wobei der Ventilhub pro Weglänge des Zwischenkörpers umso grosser ist, je stärker die schiefe Ebene 40 gegen
die Bewegungsrichtung des Körpers 35 geneigt ist.
Unter Umständen ergibt ein einfacher linearer Zusammenhang zwi
schen dem Ventilhub und dem Steuerdruck ungünstige Regulierungen für die vom Heizkörper abgegebene Leistung, weil mit unprofilierten
Kegelflächen des Ventilkörpers 5 bei einem relativ kleinen Hub bereits eine grosse Ventilöffnung vorhanden ist.
Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, ist es möglich, die Fläche 40 am Körper 35 abweichend von der Ebene zu profilieren. Derartige
profilierte Zwischenkörper 35 zeigen Fig. 2 und 3, bei denen das Profil der Fläche 40 im Querschnitt so gewählt ist,
dass die Sollwertabweichung des Steuerdrucks in Prozenten gleich der prozentualen Leistungsabgabe am Heizkörper ist, d. h. zum
Beispiel, dass bei einer Sollwortabweichung des Steuerdrucks von 50 % der Heizkörper die Hälfte seiner maximalen Heizleistung
abgibt. Wie bereits erwähnt, bewirkt ein Zwischenkörper 35 gemäss Fig. 2 dabei eine Ventilcharakteristik, bei der bei Ausfall
des Steuerdrucks das Ventil geöffnet ist, während der
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Körper 35 nach Fig. 3 ein umgekehrtes Verhalten - also bei Ausfall
des Steuerdrucks ein Schliessen des Ventils - auslöst.
Der abnehmbare Deckel 37 erlaubt darüberhinaus einen Austausch
der Feder 38 und des Zwischenkörpers 35. Damit wird ermöglicht,
mit Hilfe einer anderen Feder 38 den Steuerdruckbereich, in dem das Ventil arbeitet, zu erweitern oder zu verlegen, d. h. zum
Beispiel für diesen Bereich einmal 0,2 bis 0,6 bar oder ein
anderes Mal 0,2 bis 1,0 bzw. 0,6 bis 1,0 bar zu wählen. Durch einen Austausch des Körpers 35 ist es möglich, den vorstehend
geschilderten Zusammenhang zwischen Steuerdruck und Leistungsabgabe des Heizkörpers zu verändern und/oder z. B. das System
von "drucklos - zu" umzustellen auf "drucklos - auf".
8Ü9840/0579
Claims (9)
1. Pneumatischer Hilfsantrieb für ein Stellventil, insbesondere
für ein Regulierventil einer Raumheizung und/oder -kühlung, bei dem ein pneumatischer Druck gegen die Kraft einer Feder über
eine Spindel auf den Verschlusskörper des Ventils einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftrichtung des Druckmediums
und die Bewegungsrichtung der Spindel (12) einen Winkel miteinander
bilden, und dass ferner ein von dem Druckmedium gegen eine Feder (38) verschiebbarer Zwischenkörper (35) mit Hilfe einer
gegen seine Bewegungsrichtung schiefen Fläche (40) die Verstellung der Spindel (12) bewirkt.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Kraft und der Spindel (12) mindestens annähernd
90° beträgt.
3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorspannung der gegen das Druckmedium wirkenden Feder (38) einstellbar ist.
4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zwischenkörper (35) und der Ventilspindel (12) für die
Kraftübertragung eine Kugel (41) vorgesehen ist.
5. Antrieb nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, dass der
Zwischenkörper (35) in Richtung seiner Achse verschiebbar auf einer Führungshülse (36) gelagert ist.
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ORIGINAL INSPECTED
6. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schiefe Fläche (40) ein von der schiefen Ebene abweichendes
Profil aufweist.
7. Antrieb nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (31) für das Druckmedium an ein vom Ventilgehäuse
(1) getrenntes Gehäuse (21) angeschlossen ist, in dem auch der Zwischenkörper (35) enthalten und das auf einer Seite
von der Führungshülse (36) für den Zwischenkörper (35) abgeschlossen
ist.
8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Gehäuse (21) einen Ansatz (22) für seine Befestigung
auf dem Ventilgehäuse (1) aufweist, der an seinem freien Ende (24) abgeschrägt ist und von einer Ueberwurfmutter 29) gehalten
ist.
9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
der Ueberwurfmutter (29) und dem freien Ende (24) des Ansatzes (22) ein Sprengring (28) eingelegt ist, der bei der Montage der
beiden Gehäuse (1, 21) durch die Ueberwurfmutter (29) in eine Nut (26) am äusseren Umfang des Ventilgehäuses (1) gepresst ist.
8U9840/0579
Applications Claiming Priority (1)
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