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" Ventile,insbesondere Hähne,mit grosser Änderung der Durchflussmengen"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil,insbes.
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Hahn,für grosse Änderungen der Durchflussmengen,dessen zwei wesentliche
Schliesselemente aus einem ringförmige Ventilsitz und einem scheibenförmigen Ventil
teller bestehen.
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Eines der wichtigsten Probleme bei Ventilen besteht darin, dass filr
bestimmte Verwendungszvecke ein Ventil benötigt wird,mit dem eine ausserordentlich
grosse Durchflussmenge und eine sehr feine geringe Durchflussmenge eingestellt werden
kann.Dieses Problem tritt besonders häufig in den Warmwasser-Heizanlagen auf.
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Hierzu gehören vor allem die in Zentralheizungssystemen an den Heizkörpern
vorhandenen Ventile und die rhermostatischen oder nichtthermostatischen Ventile
an Beheizungssystemen für Kraftfahrzeuge.
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Bei vielen anderen Anwendungen ist es ebenfalls notwendig, die Durchflussmenege
von einem sehr grossen Wert auf einen äusserst kleinen Wert herunterzuregeln,z.B.vor
allem bei Laboratoriumsventile.
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Dieses Problem wird nachfolgend in Bezug auf die an ein Beheizungssystem
für Kraftfahrzeuge zu stellenden Ansprüche untersucht.
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Bei den Heizventilen für Kraftfahrzeuge erreicht der bei kaltem Wetter
notwendige Wert einer grossen Durchflussmenge das 5oofache des Wertes der kleinsten
Durchflussmenge.
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Die sehr kleinen Durchflussmengen in der Grössenordnung von etwa 3
Liter pro Stunde können wirklich als tropfenweiser Durchfluss bezeichnet werden.Daraus
ist leicht ZtI erkennen, dass die maximalen Durchflussmengen,die einen oberen Wert
von mehr als 2000 Litern pro Stunde erreichen,DurchflussöfFnngen von sehr grossem
Querschnitt verlangen, welche sich natürlich besonders schlecht mit den kleinen
Durchflussmengen vereinbaren Bssen.Tatsächlich ist es in diesem Falle praktisch
unmöglich,Ventile mit konischem Ventilteller,mit Kugelküken oder mit Stiftventil
zu verwenden,sodass diese Ventile in allen Bereichen einwandfrei arbeiten.Für die
Feinregulierung sind diese Ventile mit Ausnahme des Ventils mit Stiftventil nur
dann zu verwenden,venn sie mit komplizierten und teuer herzustellenden Durchflussöffnungen
versehen sind.Mit dem Stiftventil lSsst sich zwar eine kleine Durchflussmenge erreichen,dieses
hat abc aber eine sehr grosse Durchflussöffnung,da ein grosser Querschnitt vorhanden
ist.Daher muss,um kleine Durchflussmengen bei der grossen Durchflussöf£nung zu erreichen,
das Stiftventil um einen sehr kleinen Wert geöffnet werden, wodurch ein einzig kleiner
ringförmiger Durchflussquerschnitt entsteht,uelcher dann sehr schnell durch die
geringsten Verunreinigungen oder wremdkörper verstopft wird.
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Da derartige Verunreinigungen aber immer in Zentralheizungssysteme
oder traftPahrzeugheizungen vorhanden sind, ist ein solches Ventil nicht zuverlSssig.
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Es ist auch ein Ventil bekannt,mit dem durch eine geringe Regulierungsbewegung
sehr grosse Durchflussöffnungen erreicht werden können.Will man jedoch bei einem
Ventilsitz mit grossem Durchmesser eine sehr kleine Durchflussmenge einstellen,so
ist auch hier dieselbe Schvierigkeit wie bei dem Stiftventil vorhanden,d.h.der für
die geringe Durflhflussmenge notvendige schwache laminare Durchfluss steht dauernd
in Gefahr,durch Verunreinigungen verstopft zu werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die NachtPile
der bekannten Ventile zu beheben und ein Ventil zu schaffen,velches mit einfachen,unkomplizierten
Mitteln eine grosse Änderung der Durchflussmenge erreicht, wobei das Ventil auch
bei Einstellung der kleinen Durchflussmenge nicht dauernd von Verstopfungen bedroht
ist.
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Die Lösung der Aufgabe beteht darin,dass eines der Schliesselemente
in seiner kontaktfläche für das andere Schliesselement mindestens eine radial verlaufende
Ausnehmung mit sich in Fliessrichtung der das Ventil durchströmenden Fliissiqkeit
vergrdsserden Querschnitt besitzt und ein Schliesselement aus einem elastisch verformbarem
Werkstoff besteht Vorteilhaft besitzt die radiale Ausnehmung einen Querschnitt von
dreieckiger Form.
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Eine zweckmässige Ausführung der Erfindung besteht darin, dass der
Ventilsitz aus elastischem Materialbesteht und eine Kegelfläche besitzt,deren den
Ventilteller berührende Kante abgerundet ist und der Ventilsitz auf seiner der
Kegelfläche
abgewandten Fläche ein Federelement trägt.
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Ventile gemäss der Erfindung ermöglichen es ohne weiteres, den Durchfluss
von einer äusserst grossen Menye progressiv auf sehr schwache Mengen einzuregeln.Die
Progressivität des Durch Flusses wird durch die Verformung eines elastischen Element
erreicht,welches progressiv die immer kleiner werdenden Querschnitte der radialen
Ausnehmungen schliesstX Durch die Anwendung der elastischen verformung eines der
Schliesselemente ist der für die Bedienung des Ventils nötige Kraftaufwand minimal
und erlaubt auch ohne weiteres die Fernsteuerung mittels. eines Kabels mit geringem
Kraftaufwand Da der Querschnitt der radialen Ausnehmung in der Fliessrich tung der
Flüssigkeit zunimmt,durchlaufen die in diese Ausnehmung eingetretenen Verunreinigungen
oder Fremdkörper zunehmende Querschnitte,was die besten Bedingungen ergibt, dass
diese Fremdkörper wieder herausgespült werden.Als Ergebnis ergibt sich also ein
selbstreinigendes Ventil,weil schon bei geringer Offnung die vorzugsweise mit dreieckigem
Querschnitt ausgebildete radiale Ausnehmung von einem der grossen Öffnung entsprechenden
starken Strom durchgespült wird.
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Der guten Funktion des Ventila bei kleinen Durchflussmengen steht
aber auch eine gute Abdichtung bei grossen Durchflussmengen gegenüber,denn das Oberteil
des Ventilsitzes 4.
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wird gegen den Ventilteller gedrückt.
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Andere Kennzeichnungen und VOrteile gehen aus der nachfolgenden Darstellung
einer Ausführungsart hervor,die nur ein Beispiel darstellt.
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In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt und zwar zeigt:
Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines
Ventilsitzes mit einer radialen Ausnehmung, Fig.2 einen radialen Schnitt eines Ventilsitzes
und Ventiltellers in grösster Offenstellung der radialen Ausnehmung, Fig.3 eine
Ansicht nach Figur 2 bei mittlerer Offenstellung der radialen Ausnehmung, Fig.4
eine Ansicht nach Figur 2 bei Schliesstellung des Ventils,mit verschlossener radialer
Ausnehmung, Fig.5 Einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines Ventils, Fig.6
eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Ventiltellers mit einer radialen
Ausnehmung, Fig.7 eine perspektivische Ansicht einer unter dem Ventilsitz angeordneten
Blattfeder, Fig.8 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform, Fig.9 einen
Lkngsschnitt einer Variante des Ventils nach Fig. 8, Fig.lo einen Lkngsschnitt einer
weiteren Ausführungsform, Fig.ll einen Lkngsschnitt einer anderen Ausführungsform
mit Membran, Fig.12 einen Längsschnitt einer Ausführungsform mit konischer Ventilteller,
Fig.13,einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform mit konischem Ventilteller,
Fig.l4 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform mit konischem Ventilteller.
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Nach den Figuren 1,2,3 und 4 besitzt der Ventilsitz 1 eines Hahnes
Ringform und dessen Kontaktflche 2,auf die sich der Ventilteller 3 legt,ist konisch
ausgeführt.Der starre Ventilsitz 1 arbeitet mit dem Ventilteller 3 aus elastischem
Material zusammen.Dabei weist der Ventilsitz t eine ringförmige Kante 4 mit abgerundetem
Querschnitt mit kleinem Radius auf.Auf der konischen Fläche 2 des Ventilsitzes 1
ist eine radiale Ausnehmung in Form einer Rille 5 mit treieckigem Querschnitt vorgesehen,uelcher
sich in radialer Richtung vergrössert,sodass bei der Kante 4 der
grösste
Querschnitt vorhanden ist,welcher dann in Richtung auf die innere Kante 6 abnimmt,um
beim Punkt 7 Null zu sein.
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Wenn der Ventilteller 3 abgehoben ist und nicht mehr mit der Kante
4 in Berührung steht,ist ein grosser DurchElussquerschnitt vorhanden,welcher den
grossen Durchflussmengen entspricht,wobei das Ventil in bekannter Weise arbeitet.
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Sobald der Ventil teller 3 auf der Kante 4 des Ventilsitzes 1 soeben
aufliegt,wird der Durchflussquerschnitt auf den grössten Querschnitt der Rille 5
begrenzt,wie in Figur 2 dargestellt.Diese Stellung des Ventil tellers entspricht
einer der Phasen der Einstellungen für kleine Durchflussmengen.
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Wenn der Ventilteller 3 dann weiter in Schliessrichtung bewegt wird,verformt
er sich elastisch und seine Fläche 8 schmiegt sich teilweise an die konische Fläche
2 des Ventilsitzes 1 an und nimmt nach un-d nach eine beispielsweise in Figur 3
dargestellten Lagen ein.Dadurch grenzt der Ventilteller 3 mit seiner Fläche 8 abnehmende
Querschnitte der Rille 5 ein,durch die dann die Flüssigkeit fliessen muss.
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Wie aus Figur 1 zu ersehen ist,nimmt die Rille 5 in der Fliessrichtung
an Querschnitt zu,sodass die Verunreinigungen oder Frendkörper die in die Rille
eintreten,immer grösser werdende Querschnitte durchlaufen.
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Wird der Ventilteller weiter in Richtung auf den Ventilsitz t bewegt,so
ist das Ventil geschlossen,wenn nach Figur 4 der auf der konischen Fläche 2 de,
Ventilteller 3 soweit au£1iegt,dass er die Kante 7 erreicht.Der Punkt 7 ist das
Ende der radialen Rille 5,welche bei dieser Lage des Ventiltellers 3 vollständig
abgedeckt ist.
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In der Ausführungsart eines Ventils nach Figur 5 besteht das Ventil
aus einem Gehäuse 9,auf dem der Deckel 11 mit Schrauben lo befestigt ist. Das Gehäuse
9 besitzt ein-e
Öffnung 12 flir den Eintritt der Flüssigkeit und
der Deckel 11 eine Austrittsöffnrng 13.Zwischen der Eintrittsöffnung 12 und der
Austrittsöffnung 13 ist zvischen dem Gehäuse 9 und dem Deckel 11 in Höhe der Dichtung
ein Vetilsitz 14 aus einem elastisch verformbaren Material angebracht.
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Dieser Ventilsitz hat eine ringförmige Verstärkung 15,die in einer
entsprechenden Vertiefung 16 des Gehäuses 9 liegt.
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Wie in den Figuren 1,2,3 und 4 dargestellt weist der Ventilsitz 14
eine konische Flache 17 und eine obere Kante 18 auf,auf dem in der oben beschriebenen
Weise ein scheibenförmiger Ventilteller 19 zur Anlage kommt'welcher durch den Stössel
20 betestigt und durch einen Fortsatz 21 in einer Ausnehmung 22 des Deckels 11 geführt
wird.
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Im Gegensatz zu dem in der Figur 1 angeführten Beispiel ist eine der
Rille 5 entsprechende radiale Rille 23 im Ventilteller 19 (Figur 6) angeordnet und
nicht im Ventilsitz.
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Auf diese Art wird die progressive Schliessung der Rille 23 beim Bewegen
des Ventiltellers 19 in der Pfeilrichtung A erreicht und zwar dadurch,dass sich
der Ventilsitz 14 verformt.Dessen Mittelteil bevegt sich in einer kreisförmigen
Vertiefung 24 des Gehäuses 9,vobei der innere Rand 25 des Ventilsitzes durch eine
Anschlagring 26 gehalten uird,welcher in das Gehäuse 9 des Ventils eingesetzt ist.
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Der verformbare Teil des Ventilsitzes 14 wird auf seiner der konischen
Flcähe 17 gegenüber liegenden Fläche von einer ringEörigen Blattfeder 27 gestStzt,welche
mit ihrem äusseren Rand 28 zwischen dem Ventilsitz 14 und dem Gehäuse 9 eingeklemmt
ist.Eine beispielsweise Ausführung der Feder 27 ist in Figur 7 dargestellt,vobei
die Feder Öffnungen 29 besitzt,die ihr eine grössere Biegsamkeit verleihen.
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Kennzeichnend für die Erfindung ist es,die elastische Verformung dazu
zu benutzen,um den dem grossen Ducrhfluss entsprechenden grossen Öffnungsquerschnitt
in Schliessstellung zu halten,d.h.wenn der Ventilteller 19 mit der konischen Fläche
17 des Ventilsitzes zur Einstellung einer kleinen
Durchflussmenge
zusammenarbeitet,muss der Nachteil einer dauernden Verformung der elastischen Teile
ausgeschlossen werden,weil z.B.die Verformung der Schliesstellung während einer
längeren Ruheperiode dauernd bleiben können.Um dieser dauernden Verformung entgegenzuwirken,wird
ein elastisches Element in Form der Feder 27 verwendet,um sicher und gleichmässig
den elastischen Teil bei Arbeiten mit grossen Durchflussmenegen in seine normale
Ruhestellung zurückzubringen.
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In den Figuren 8 und 9 ist eine andere Ausführungsart eines Ventiles
dargestellt,welches aus einem Gehäuse 30 besteht, auf dem ein Deckel 31 angebracht
ist.Das Gehäuse 30 weist eine Eintrittsöffnung 32 für die Flüssigkeit auf und der
Deckel 31 eine Austrittsöffnung 33.Ein scheibenförmiger Ventilteller 34 mit einem
Stössel 35 legt sich auf einen Ventilsitz 36 aus elastischem Material.Der Ventilsitz
36 hat eine konische Fläche 37 und eine Rille 38,wie in Figur 1 dargestellt.Jedoch
ist die Form des Ventilsitzes insoweit anders,als die konische Fläche 37 von aussen
nach innen ansteigt.
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Wie im Beispiel der Figur 5 ist eine Blattfeder 39 (Fig.8) unter dem
Ventilsitz 36 zur Rückstellung dieses Ventilsitzes angeordnet.Nach Figur -9 ist
als Rückstellfeder eine Schraubenfeder 40 unter dem Ventilsitz 36 angeordmet,welche
sich an einem Absatz 41 des Gehäuses 30 abstützt.Zwischen dem Ventilsitz 36 und
der feder 40 ist eine Hülse 42 angeordnet,um die Verbiegung des Sitzes 36 zu beschränken.
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In Figur lo ist eine andere Ausführungsart eines Ventiles dargestellt,bei
der der Ventilsitz 43 starr ist und eine konische Fläche 44 und eine radiale Rille
44a aufweist,welche mit einem elasti-schen Ventilteller 45 entsprechend den Figuren
2 bis 4 zusammenarbeitet.Der Ventilteller 45 ist an einem Stössel 46 befestigt,welcher
in einer Führung 47 in der Austrittsöffnung gleitet.Der Ventilteller 45 stützt sich
auf
einem Stützteil 48 ab,das fest mit dem Stössel 46 verbunden ist'wobei eine Blattfeder
49 zwischen dem Ventilteller und dem Stützteil 48 angeordnet ist.Eine Spiralfeder
50,welche sich an einem Absatz 51 des Hahnkörpers abstützt,drückt den Ventil teller
45 in Öffnungsstellung.
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Eine andere Ausführungsart ist in Fugur 11 dargestellt.
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Das Gehäuse 52 ist durch einen Deckel 53 verschlossen, wobei der Deckel
mit den Schrauben 54 am Gehäuse angeschraubt ist.Zwischen dem Deckel 53 und dem
Gehäuse 52 ist eine elastisch verformbare Membran 56 mit ihrem äusseren Rand 55
eingespannt und wirkt so als Dichtung.I der Mitte der Membran ist ein Stössel 57
befestigt.Eine Blattfeder 58 ist auf der Rückseite der Membran 56 angeordnetvobei
die Membran die Rolle eines elastischen Ventiltellers spielt,velcher mit einem starren
Ventilsitz 59 zusammenarbeitet,vobei der Sitz eine konische Fläche 60 und die schon
weiter oben beschriebene radiale Rille 61 besitzt.Bei diesem Ventil fliesst die
Flüssigkeit im Mittelkanal 62 zu und im äusseren Kanal 63 ab.
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Der in der Figur 1 2 dargestellte Hahn besitzt ein Gehäuse 64 mit
einem Eintrittskanal 65 und einer Austrittsöffnung 66, sowie einen starren Ventilsitz
67,welcher in das Gehäuse 64 eingescjraubt ist und eine konische Fläche 68 und die
oben beschriebene radiale Rille 69 aufweist.Bei dieser Aus -führungsart ist ein
elastischer Ventilteller 70 mit einer Kegelfläche 71 vorgeshen,welche mit der konischen
Fläche 68 des Ventilsitzes 67 zusammenarbeitet.Der Ventilteller 70 ist fest mit
einem Stössel 72 verbunden und steht unter der Einwirkung einer Spiralfeder 73.Auf
der Rückseite des V-entiltellers -70 ist eine Blattfeder 9o angeordnet.
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Bei der Ausführungsart nach Figur t3 hat das Ventil einen starren
kegelförmigen Ventilteller 74,in welchem eine radiale Rille 75 volzgeshen ist,und
einen elastischen
Ventilsitz 76,welcher eine ringförmige Nut 77
besitzt*in dersich ein Federring 78 befindet.
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Nach der Ansicht rechts der Figur 13 wird der kreisförmige Rand des
Ventilsitzes durch einen Ring 79 zwischen dem Gehäuse 80 und dem Deckel 81 gehalten.In
der Ansicht links sichert ein konischer Ring 82,welcher mit Vorsprüngen 83 im Gehäuse
80 des Ventils befestigt ist,die Stellung des Ventilsitzes 76.
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In diesem Fall ist der Ventilteller starr und der Ventilsitz verformt
sich,wenn der Ventilteller auf den Ventilsitz gepresst wird.
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Das in Figur 14 dargestellte Ventil hat ebenfalls einen conischen
Ventilteller 84,welcher elastisch verformbar ist und einen radialen Spalt 85 aufweist.Der
Ventilsitz besteht aus einem Ring 86 mit kreisförmigen Querschnitt,welcher durch
einen starren Ring 87 gehalten wird,der seineraLts von einer Feder 88 beaufschlagt
wird.
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Der Ring 87 weist eine Kegelfläche 89 mit einem Winkel von ca.450
auf'an der der Ring 86 mit kreisförmigem Querschnitt anliegt.Diese Kegelfläche 89
soll die Rückkehr des Ringes 87 in seine Ausgangsstellung erleichtern.
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Der Ring 86 mit kreisförmigem Querschnitt liegt unter Druck an dem
konus des Ventil tellers 84 an und wird durch den Druck dieses Ventiltellers gesreitet,uobei
der Haltering 87 nach oben verschoben wird.
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Bei diesem Typ eines Ventilsitzes,bei dem der Ventilteller aus Teflon
besteht,ist Gefahr des Festsetzens weitgehend ausgeschlossen,sodass die Betätigung
eines Heizungsventils auch nach langer Ruhepause keinerlei Schwierigkeiten bietet.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsarten
beschränkt,sondern umfasst auch alle Variatione