DE2131959A1

DE2131959A1 - Steuerventil fuer ein Stroemungsmedium

Info

Publication number: DE2131959A1
Application number: DE19712131959
Authority: DE
Inventors: Price Peter Ernst Dieter; Dowdall Dennis Stephen
Original assignee: Telektron Ltd
Current assignee: Telektron Ltd
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-06-26
Publication date: 1972-01-13
Also published as: US3815634A; SE371260B; FR2100072A5; BE769335A; JPS567101B1; CH541752A; GB1356105A; CA929823A; NL7108872A

Description

Telektron Limited, Central Avenue, West Molesey, Grafschaft Surrey (England)

Steuerventil für ein Strömungsmedium

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Strömungsmedium, bei dem die Verbindung zwischen Einlaß- und Auslaßkanälen mittels eines mit einem ringförmigen Ventilsitz versehenen Trommelkörpers gesteuert wird, welcher so in axialer Richtung beweglich gelagert ist, daß sein Ventilsitz ein ringförmiges Dichtungselement entweder abschließt oder von diesem entfernt ist.

Erfindungsgemäß ist dieses Steuerventil so aufgebaut, daß das Dichtungselement unter einer Vorspannung abdichtend an einem ersten und ortsfesten Ventilsitz anliegt, wenn der Ventilsitz des Trommelkörpers von diesem Dichtungselement entfernt ist, während bei abdichtender Anlage des Trommelkörper-Ventilsitzes am Dichtungselement dieses einen Abstand vom ortsfesten Ventilsitz aufweist.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 -* 3 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Steuerventil, jeweils in einem axialen Teilschnitt und mit unterschiedlichen Stellungen zwischen Dichtungselement und den beiden Ventilsitzen;

Fig. 4-6 ein gegenüber den Fig. 1-3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in entsprechenden Ventilstellungen;

Fig. 7+8 axiale Schnitte in aufeinander senkrecht stehenden Ebenen durch ein erfindurigsgemäßes Steuerventil, dessen Aufbau den Figuren 1-3 entspricht;

Fig. 9 + 10 je einen in ähnlicher Weise wie

in Fig. 7 und 8 gelegten Axialschnit^ durch ein abgewandeltes erfindungsgemäßes Steuerventil; und

Fig. 11 einen Axialschnitt durch ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in den Figuren 1-6 dargestellten Ventilelemente sind alle im wesentlichen als Rotationskörper ausgebildet, von denen jeweils im Teilschnitt nur eine Hälfte abgebildet ist. In jeder dieser Anordnungen ist ein ringförmiges Dichtungselement 1 an seinem äußerem Umfang abgedichtet in einem Gehäuse 2 eingespannt, um mit einem ortsfest am Gehäuse 2 angebrachten ersten ringföriniqeri Ventilsitz 3 und ferner mit einem zweiten beweglicher: Ventilsitz 4 zusammenwirken zu können, welcher TeLl eines in axialer Richtung beweglichen Trommelkörpets 5 ist. Oer Trommelkörper ί ist in axialer Ellen tuna frei beweglich mit Hilfe /ri zwei flexiblen Her.iDr men ·) und ^l)a

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aufgehängt, welche gleichzeitig als Dichtelemente eingesetzt sind und von denen in den Figuren 1 - G nur dif· eine Membran 9 dargestellt ist. Auf diese Weise ist der Innenraum des erfindungsgemäßen Ventils aufgeteilt in eine Vorratskammer 6 auf der Einlaßseite des Ventils, welche mit dem Einlaßkanal des Ventils in Verbindung steht; ferner in eine Leitungskammer 7 auf der Auslaßseite des Dichtungselementes 1, welche mit dem Auslaßkanal des Ventils in Verbindung steht und teilweine durch den bereich des Dichtungselementes ί begrenzt wird, welcher zwischen dessen Berührungslinien mit ann beiden Ventilsitzen 3 und 4 liegt; und schließlich in eine mit dor freien Atmosphäre in Verbindung stehende Auslaßkammer 8, weiche sich ebenfalls auf der Auslaßseite des Pichtungselementes 1 befindet, iedoch außerhalb des "iußeren ortsfesten Ventilsitzes 3.

In Fiq. i befinde* sich der Trommelkörper 5 in seiner äußersten linken Endlage, in welcher das Dichtungselement 1 einen Abstand gegenüber dem beweglichen Ventilsitz 4 aufweist und den ortsfesten Ventilsitz 3 abdichtet, so daß die Verratskammer 6 mit der Leitungskammer ⁿ verbunden und die Auslaßkammer 8 abgesperrt ist. Der Leitunqs— und Strömunasdruck des Strömungsmediums sorgt dafür, daß das Dichtungselement 1 den ortsfesten Ventilsitz 3 fest abschließt.

Bewegt sich letzt der Trcmmelkörper 5 in seine äußere rechte Endlage, s: legt sich zunächst der bewegliche Ventilsitz 4 lies Tn mmelkörpers 5 abdichtend gegen das Dichtungselement 1 (siehe Fig. 2), so daß die Vorratskammer abgedichte¹ wird, und entfernt danach das Dichtungselement 1 vom rtsfesten Ventilsitz 3, so daß jetzt gemäß Fig. 3 die Leitungskammer 7 mit der Auslaßkammer P verbunden wird.

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Die Figuren 1-3 stellen das Dichtungselement 1 als einfache und vorzugsweise aus einem biegsamen, jedoch im wesentlichen unelastischen Werkstoff bestehende Membran dar, welche an ihrem äußeren Umfang mit dem Venhilqehäuse 2 verbunden und gegenüber diesem abgedichtet ist. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform besitzt das Dichtungselement 1 einen Verstärkungsring 11, der auf dessen Rückseite befestigt ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein anderer Verstärkungsring 12 auf der Vorderseite des Dichtungselementes 1 befestigt, welcher seinerseits auf seiner Vorderseite zwei Gummedichtungsringe 13 besitzt, von denen je einer als Dichtung gegenüber den Ventilsitzen 3 und 4 dient.

In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel dient ein Ringkolben 14 als Dichtungselement, der auf seiner Frontseite mit einer Dichtfläche 15 aus Gumme belegt und gegenüber der zylindrischen Innenwandung des Ventilgehäuses mit Hilfe eines O-Ringes 16 abgedichtet ist. In den meisten Einsatzfällen reicht die Elastizität des O-Ringes 16 aus, um den relativ geringen axialen Hub des Ringkolbens 14 zu überbrücken, ohne auf der Gehäuseinnenwandung zu gleiten. Gemäß Fig. 6 liegt ferner eine Druckfeder 17 so gegen den Ringkolben 14, daß dessen Dichtfläche 15 fest am ortsfesten Ventilsitz 3 anliegt. Falls erforderlich, können ähnliche Druckfedern in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1-5 zur Anwendung kommen.

In den Figuren 7 und 8 der Zeichnung ist ein mit einem Referenzdruck betriebenes, normalerweise offenes Durchfluß-Steuerventil mit drei Anschlüssen dargestellt. Es besitzt einen Einlaßkanal 20, der in die Vorratskammer

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führt, einen mit der Leitungskammer 7 verbundenen Leitungskanal 21, einen in die Auslaßkammer 8 führenden Auslaßkanal 22, und ferner einen Referenzkanal, welcher in eine Referenz-Druckkammer 24 führt. Die Ventllverhältnisse zwischen Vorrat, Leitungs- und Auslaßkammer entsprechen den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen. Gemäß Fig. 7 und 8 befindet sich der mit Hilfe der ringförmigen Membranen 9 und 9a aufgehängte und abgedichtete Trommelkörper 5 unter dem Einfluß einer vorgespannten Schraubenfeder 25 in seiner rechten Endlage, das Ventil ist geöffnet, die Vorratskammer 6 Ist mit der Leitungskammer 7 verbunden, und die Auslaßkammer 8 ist abgesperrt. Ein in der Referenz-Druckkammer 24 vorhandener Referenzdruck wirkt von rechts auf den Trommelkörper 5 und die angrenzende Membran 9a und drückt den Trommelkörper 5 in seine linke Endlage (über eine FIq. entsprechende Stellung in die Endlage gemäß Fig. 3), so daß jetzt die mit dem Leitungskanal 21 verbundene Leitungskammer 7 von der Vorratskammer 6 abgetrennt und dafür mit der Auslaßkammer 8 verbunden ist. Wird die Referenz-Druckkammer 24 wieder entlüftet, so schiebt selbstverständlich die Schraubenfeder 25 den Trommelkörper wieder in seine rechte Endlage und öffnet damit das Ventil.

Das gleiche Konstruktionsprinzip läßt sich selbstverständlich auch an einem Ventil anwenden, welches in seiner Normalstellung geschlossen ist. Dann drückt eine Schraubenfeder den Trommelkörper von dessen entgegengesetzter Seite her in seine¹ Schließstellung, während ein vorhandener Referenzdruck jetzt das Ventil von der anderen Seite her öffnet.

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In den Fig. 9 und 10 ist ein mit einem Ref^ren arbeitendes, normalerweise geschlossenes Steuerventil· mit drei Anschlüssen dargestellt. Das Gehäuse weist oinen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf und ist aus drei Sektionen zusammengesezt, nMiflich aus einen linken Deckel 31, einem rechten Deckel 31, einen zwis~hen beiden Deckeln liegenden Zentralabschnitt 3 2 sowie aus zwischen den drei Sektionen angeordneten Dichtungen. Die beiden Deckel 31 und der Zentralabschnitt bestehen beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Kunststoff. Der innere Rand des Zentralabschnittes 32 ist zu einem ortsfesten Ventilsitz 43 ausgearbeitet und arbeitet mit einem steifen und ringförmigen Dichtungselement 41 zusammen, welches mittels siner dünnen ringförmigen Membran 42 beweglich aufgehängt und abgedichtet ist. In ähnlicher Weise ist eine Ventil trommel über eine Membran 49 im rechten Deckel 31 bev;eglich aufgehängt und abgedichtet. Diese Ventiltrormriel 45 trägt einen ringförmigen Ventilsitz 44, welcher mit dem Dichtungselement 41 zusammenwirkt. Das Dichtungselement 41 und die Ventiltrommel 45 können beispielsweise aus einem selbstschmierenden Lagermaterial, wie Nylatron G.3. (Warenzeichen) hergestellt sein. Das Dichtungselement 41 und die Ventiltrommel 45 werden beide gemäß Fig. 9 durch je eine Druckfeder nach rechts gedruckt, so daß in der normalen Ruhestellung des Ventils das Dichtungselement 41 abdichtend am ortsfesten Ventilsitz 43 anliegt und gleichzeitig der Ventilsitz 44 an der Ventil trommel 45 freiliegt. Die zuvor beschriebenen Ventilelemente teilen den Innenraum des Ventils in vier Ventilkammern auf: eine mit dem Einlaßkanal 20 verbundene Vorratskammer 46; eine mit dem Leitungskanal 21 verbundene Leitungskammer 47; eine mit dem Auslaßkanal 22 verbundene Auslaßkammer 48; und in die mit dem Referenzkanal 23 verbundene Referenz Druckkammer 24,

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Gemäß Fiq. 9 und 10 befindet sich das Ventil bei v-^rhnndenem Referenzdruck in seiner "of f en"-S tel lunq, d.h. :τι:Η in die linke Endlaae gedruckter Ventil tr jmmel *5 und mit am Dichtunqselement 41 abdichtend anliegendem Ventilsitz 44. Dabei wird gleichzeitig das Dichtungselement 41 von dem ortsfesten Ventilsitz 43 abgedrückt, so iaß die Vorratskammer 46 mit der Leitungskammer 47 in Verbindung ^f;teht Entlüftet man jetzt die Referenz-Druckkammer 24, so drückt die äußere Druckfeder das Dichtungselement 41 abdichtend gegen den ortsfesten Ventilsitz 43 (so daß jetzt die Leitungskammer 47 von der Vorratskammer 46 abgetrennt ist- , und die innere Druckfeder schiebt die Ventil trommel 4': noch weiter nach rechts, so daß jetzt die Leitungskammer 47 mit der Auslaßkammer 4P in Verbindung steht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 11 als mit einem Referenzdruck betriebenes Steuerventil mit vier Anschlüssen dargestellt, dessen Konstruktion und Arbeitsweise dem zuvor im Zusammenhang mit der. Figuren 9 und IC beschriebenen Ventil weitgehend ähnlich ist. Der wesentliche Unterschied dieser Ausführung ist darin zu sehen, ia3 hier rechts und links von einer gemeinsamen Auslaßkammer 48 je zwei Dichtungselemente 41, zwei Ventiltrommeln 45 und zwei ortsfeste Ventilsitze 43 in spiegelbildlicher Anordnung vorhanden sind, getrennt durch einen Zentralring 34, der in sich die gemeinsame Auslaßkammer 4B einschließt. Ferner versorgt ein gemeinsamer Einlaßkanal 20 zwei Getrennte Vorratskammern 46, während zwei getrennte Leitungskammern 47A und 47B jr einen eigenen Leitungskanal 21A und 21B besitzen, von denen in ;.er Zeichnung nur der Leitungskanal 21A sichtbar ist.

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Das in Fig. 11 dargestellte Ventil ist, je nach gewünschter Betriebsart, mit einem oder zwei Referenzdruck-Anschlüssen versehen. Im zeichnungsgemäßen Beispiel wird nur ein einziger Referenzkanal 23 benötigt, weil eine Druckfeder 55 vorhanden ist, welche beide Ventil trommeln 45 in die rechte Endlage drückt. Das Ventil ist dann ein Zwei-Stellungs-Ventil, bei dem die beiden Leitungskammern 47 wechselweise mit den Vorratskammern 46 und den Auslaßkammern 48 verbunden werden.

Alternativ zu dieser Arbeitsweise kann das Ventil a\jch als Drei-Stellungs-Ventil arbeiten. In diesem Fall entfällt die Druckfeder 55, und an ihre Stelle tritt eine andere Druckfeder 56, welche zwischen beiden Ventil trommeln 45 angeordnet ist und diese auseinanderdrückt. Ferner muß ein zweiter Referenzkanal vorhanden sein, so daß jetzt beide Ventiltrornmeln 45 für sich einem Referenzdruck ausgesetzt und damit betätigt werden können.

Abweichend von den zuvor beschriebenen Lösungen können die Ventile aber auch auf andere herkömmliche Weise betätigt werden, beispielsweise elektromechanisch oder rein mechanisch. So können beispielsweise die Ventil trommeln bzw. 45 über Hebel oder Druckknöpfe direkt von Hand betätigt werden.

Abschließend sei gesagt, daß sich die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Membran-Ventile beschränkt, vielmehr können die Ventiltrommeln auch auf andere Weise abgedichtet werden, beispielsweise mit O-Ringen oder mit U-förmigen Lippendichtungen.

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Claims

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Ansprüche

1 . Steuerventil für ein Strömungsmedium, bei dem die Verbindung zwischen Einlaß- und Auslaßkanälen mittels eines mit einem ringförmigen Ventilsitz versehenen Trommelkörpers gesteuert wird, welcher so in axialer Richtung beweglich gelagert ist, daß sein Ventilsitz ein ringförmiges Dichtungselement entweder abschließt oder von diesem entfernt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (1; 41) unter einer Vorspannung abdichtend an einem ortsfesten Ventilsitz (3; 43) anliegt, wenn der Ventilsitz (4; 44) des Trommelkörpers (5; 45) von diesem Dichtungselement entfernt ist, während bei abdichtender Anlage des Trommelkörper-Ventilsitzes (4;44) am Dichtungselement (1; 41) dieses einen Abstand vom ortsfesten Ventilsitz (3; 43) aufweist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Dichtungselement (1) an seinem äußeren Rand abgedichtet in einem den ortsfesten Ventilsitz (3) tragenden Gehäuse untergebracht ist; und daß der Trommelkörper (5) innerhalb des Gehäuses (2) mittels eines flexiblen Elementes (9, 9a) abgedichtet und axial beweglich gelagert ist, so daß dieser in Längsrichtung auf das Dichtungselement (1) zu und von diesem fort bewegbar ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadm-ch gekennzeichnet, daß die Berührungslinie zwischen dem Dichtungselement (1; 41) und dem beweglichen Ventilsitz (4; 44) vollständig innerhalb der Berührungslinie zwischen dem Dichtungselement und dem ortsfesten Ventilsitz (3; 43)

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liegt; daß beim Anliegen des Dichtungselementes (1 .,,. am beweglichen Ventilsitz (4 ...) eine Kammer, und beirr Anliegen des Dichtungselementes am ortsfesten Ventilsit" (3 ...) eine andere Kammer abgeschlossen wird, von Jenen die eine Kammer mit dem Einlaßkanal und die andere r.it dem Auslaßkanal in Verbindung steht; und daf: der Auslaßkanal des Ventils mit einer Kammer verbunden ist, welche zeitweilig durch das Stück des Dichtungselementes (1; ¹W, abgeschlossen ist, welches zwischen den Berührungslinien mit dem ortsfesten und dem beweglichen Ventilsitz liegt.
4. Ventil nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als ringförmiges Dichtungselement eine Membran (1) aus einem biegsamen, jedoch wenig elastischen Werkstoff verwendet wird, welche nur an ihrem äußeren Umfang abgedichtet und befestigt ist, und deren Innenteil frei zugänglich ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der frei zugängliche Innenteil der Membran (1) durch einen daran befestigten Verstärkungsring (11; 12) versteift ist.
6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring auf der Seitenfläche der Membran (1) angebracht ist, welche die Ventilsitze (3, 4) berührt; und daß der Verstärkungsring (12) zwei konzentrische ringförmige Dichtelemente (13) trägt,.von denen je einer mit einem der beiden Ventilsitze (3; 4) zusammenwirkt.
7. Ventil nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (41) als fester Ringkörper ausgebildet ist, der an seinem äußeren Umfang mittels einer ringförmigen Membran (42) am umschließenden Gehäuse (31) befestigt und abgedichtet ist.

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