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V e n t i l , i n s b e s o n d e r e R e g e l -v e n t i 1 ffi 1
t t e i n s t e L L b a r e m D r o s s e l o r g a n
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Regelventil od.dgl mit einem
einstellbaren, in das Ventilgehäuse od.dgl eingebauten Drosselorgan und bezweckt
eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung der durch das Patent . ... ... (Anmeldung
P 21 10 393.5 vom 4. März 1971) geschützten Erfindung
Gemäß dem
Hauptpatent besteht das Drosselorgan aus einer axial zusammendrückbaren Schraubenfeder,
deren Windungsspalten im Strömungsweg des zu drosselnden Mediums liegen. Beim Zusammendrücken
dieser Schraubenz ender wird der gegenseitige Abstand der Federwindungen immer kleiner,
so daß sich der Durchströmungsquerschnitt, d.h. der Drosselquerschnitt entsprechend
verringert und im vollständig zusammengedrückten Zustand der Schraubenfeder, wenn
sich die benachbarten Federwindungen berühren, praktisch gleich oder fast gleich
Null wird. Eine solche Schraubenfeder nimmt als Drosselorgan wenig Platz in Anspruch,
kann auf einfache Weise montiert werden und ist trotzdem leicht und genau einstellbar.
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Das im Hauptpatent gezeigte Ausführungsbeispiel des Drosselorgans
verwendet eine Schraubenfeder mit einem runden Federdrahtquerschnitt. Es hat sich
nun gezeigt, daß eine solche Drosselschraubenfeder im Betrieb ziemlicil viel Geräusch
verursacht. Außerdem kann sich der resultierende Durchflußwiderstand im Verhältnis
zum geometrischen Durchflußquerschnitt beträchtlich ändern. Als Ursache hierfür
wurde f'estgestellt, daß sich bei einer Drosselschraubenfeder mit rundem Drahtquerschnitt
der Durchflußquerschnitt,
d.h. der Ringspalt zwischen den Federwindungen,
in Richtung des Durchflusses allmählich erweitert, wodurch ein erheblicher Teil
des Druckabfalles wieder in Druck umgewandelt wird. Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, ohne daß die günstigen Eigenschaften
des Drosselorgans beeinträchtigt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drosselorgan
aus einer Schraubenfeder mit einem rechteckigen Federdrahtquerschnitt besteht, dessen
quer zur Schraubenfederachse verlaufende Rechteckseiten den Durchströmungsspalt
zwischen den Federwindungen begrenzen. Der Rechteckquerschnitt des Federodrahtes
oder -bandes kann flach sein, es kann aber auch ein quadratischer oder ähnlicher
Drahtquerschnitt verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist ein Drosselorgan, welches
aus einer zylindrischen Schraubenfeder mit rechteckigem bzw. quadratischem Federdrahtquerschnitt
besteht.
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Bei einer solchen Schraubenfeder erweitert sich der Durchflußquerschnitt
nicht so wie bei einer Feder mit rundem Drahtquerschnitt, wodurch die nachteilige
Wirkung der letztgenannten Schraubenfeder in Fortfall
kommt. Hierfür
ist wesentlich, daß der Durchtrittsstrahl bzw. die Strömung des zu drosselnden Mediums
bei einer Schraubenfeder mit rechteckigem Drahtquerschnitt an den scharfen Kanten
der Federwindungen besser abreißen kann. Nachteilige Kavitationserscheinungen treten
dabei nicht auf. Das Drosselorgan gemäß dem Hauptpatent wird auf diese Weise erheblich
verbessert.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsformen beispielsweise
veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt in einem vertikalen Längsschnitt ein Mengenregelventil
mit einer kegelförmigen Drosselschraubenfeder, während Fig. 2 das gleiche Mengenregelventil
mit einer zylindrischen Drosselschraubenfeder darstellt.
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Bei beiden Ausführungsformen besteht das als Membranventil ausgeführte
Regelventil aus einem Ventilgehäuse 1, welches durch Säulen 2 mSit einem Membrangehäuse
5 verbunden ist. Der Eingangsraum 4 des Ventilgehäuses 1 ist von dem Ausgangsraum
5 desselben durch
eine Zwischenwand 6 getrennt, in der die Ventildurchgangsöffnung
7 des Ventilsitzes 8 angeordnet ist. Mit dem Ventilsitz 8 arbeitet ein in dem Ausgangsraum
5 vorgesehener Einsitzventilkegel 9 zusammen, der am freien Ende einer Ventilstange
10 befestigt ist. Die Ventilstange 10 ist mittels eines Metallfederrohres 11 abgedichtet,
welches einerseits an einem Bund 12 der Ventilstange 10 und andererseits an dem
durchbohrten Boden einer die Ventilstange 10 umgebenden Hülse 15 dicht befestigt
ist.
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Zwischen der Hülse 15 und den Säulen 2 ist eine Ventilfeder 14 angeordnet,
die sich einerseits an dem Ventilgehäuseboden 15 und andererseits auf einem Federteller
16 abstützt, der auf einem Bund 17 der Ventilstange 10 ruht. Der Bund 17 kann auf
der Ventilstange 10 längsverschiebbar oder verschraubbar sein, um die Spannung der
Ventilfeder 14 einstellen zu können.
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Die~Ventilfeder 14 ist bestrebt,-den Ventilkegel 9 in seine Offnungsstellung
zu ziehen. Der Federkraft wirkt eine in dem Membrangehäuse 3 eingespannte Membran
18 entgegen, an deren Membranteller 19 das untere Ende der Ventilstange 10 befestigt
ist. Die durch die Membran 18 abgeschlossene untere Kammer 20 des Membrangehäuses
5 ist durch eine Impulsleitung 21 mit
einer in den Eingangsraum
4 des Ventilgehäuses 1 führenden Öffnung 22 verbunden. Die obere Kammer 23 des Membrangehäuses
3, in welche die Ventilstange 10 durch eine Dichtung 24 druckdicht, aber verschiebbar
eingeführt ist, steht durch eine Impulsleitung 25 mit einer in den Ventilsitzdurchgang
7 führenden Öffnung 26 in Verbindung. Auf diese Weise wird die Membran 18 mit dem
Membranteller 19 von dem Differenzdruck vor und hinter dem Drosselorgan beaufschlagt.-Der
Differenzdruck könnte auch anderweitig entnommen werden, z.B. bei einer Heizungsanlage
aus dem Vorlauf und aus dem Rücklauf der gesamten Anlage. Ferner könnte auch ein
einfaches Membranstellwerk mit einer nur einseitig beaufschlagten Membran oder ein
sonstiges, auf eine beliebige Regelgröße ansprechendes Stellwerk oder ein anders
ausgebildeter Stellmotor zur Steuerung des Ventils verwendet werden, wie z.B. der
Arbeitskörper eines Temperaturreglers. Anstelle der äußeren Impulsleitung 25 kann
gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Ventildurchgang 7 mit
der Kammer 25 des Membrangehäuses 3 durch eine Längsbohrung der Ventilstange 10
verbunden sein.
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Das Drosselorgan besteht gemäß Fig. 1 aus einer kegeligen bzw. kegelstumpfförmigen
Schraubenfeder 27, die in dem Eingangsraum 4 des Ventilgehäuses 1 zwischen
der
Gehäusetrennwand 6 bzw. dem Ventilsitz 8 und einem Gehäusedeckel 28 angeordnet ist.
Die Schraubenfeder 27t hat einen rechteckigen bzw. quadratischen Federdrahtquerschnitt,
dessen quer oder senkrecht zur Schraubenfederachse verlaufende Rechteckseiten den
Durchströmungsspalt zwischen den Federwindungen begrenzen. Das untere, weitere Ende
der kegeligen Schraubenfeder 27 ist in eine zur Ventilsitzdffnung 7 konzentrische
Vertiefung 29 der Gehäusetrennwand 6 eingesetzt, wodurch die Schraubenfeder in ihrer
Lage im Ventilgehäuse gut fixiert und-zentriert wird. Das obere, engere Ende der
Schraubenfeder 27 wird von einem Federteller 30 abgestützt, der eine vertiefte Lagerpfanne
31 aufweist.
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In diese Lagerpfanne greift das untere Ende 52 einer Gewindespindel
33 ein, die in einer zentralen Gewindebohrung des Gehäusedeckels 28 verschraubbar
ist. Die Gewindespindel 33 ist durch eine Stopfbüchse 54 nach außen geführt und
Mittels einer Schraube 55 fest mit einem Zeiger 36 verbunden, der gegebenenfalls
gleich als Handgriff zum Drehen der Gewindespindel 55 ausgebildet sein kann. An
einer am Gehäusedeckel 28 vorgesehenen Skala kann der Zeiger 56 auf den gewünschten
Drosselwert eingestellt werden.
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Die in Fig. 2 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß anstelle einer
kegelstumpfförmigen Schraubenfeder eine zylindrische Schraubenfeder 2711 vorgesehen
ist. Im übrigen nat auch diese zylindrische Schraubenfeder einen recnteckigen bzw.
viereckigen oder quadratiscnen Federdrahtquerschnitt.
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Die beiden Ausführungsformen der Drosselvorrichtung arbeiten grundsätzlich
in gleicher Weise. Die zylindrische Form der Schraubenfeder hat sich als besonders
günstig erwiesen. Das zu regelnde Medium strömt aus dem Eingangsraum 4 des Ventilgehäuses
1 durch die zwischen den Windungen der Schraubenfeder 27f bzw.
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27" vorhandenen Ringspalten hindurch in das Innere der Schraubenfeder,
wobei die Strömung entsprechend der Spaltweite gedrosselt wird. Aus der Schraubenfeder
272 bzw. 27" gelangt das Medium in den Ventildurchgang 7 und, wenn und so weit der
Ventilkegel 9 vom Ventilsitz 8 entfernt ist, in den Ausgangsraum 5 des Ventilgehäuses.
Infolge der Drosselwirkung der Schraubenfeder 27' bzw. 2711 ist der Druck hinter
der Schraubenfeder, d.h. im Ventilsitzdurchgang 7, geringer als der Druck vor der
Schraubenfeder, d.h. im
Eingangsraum 4. Diese Drücke werden durch
die Impulsleitungen 25 und 21 in die Kammern 23 bzw. 20 des Membrangehäuses 5 übertragen.
Der auf die Membran 18 und den Membranteller 19 -wirkende Differenzdruck steuert
dann über die Ventilstange 10 die Einstellung des Ventilkegels 9 gegenüber dem Ventilsitz
8. Durch tief eres Einschrauben der Gewindespindel 55 wird die Schraubenfeder 27
bzw. 27 mehr zusammengedrückt, wodurch sich die Schraubenwindungen einander nähern
und sichschließlich berühren. Dementsprechend verringert sich der Gesamtdurchtrittsquerschnitt
der Schraubenfeder, und entsprechend dieser Drosselung verändert sich die Stellung
des Ventilkegels 9. Es sei nür noch bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern daß sie auch alle Varianten im Rahmen der
wesentlichen Erfindungsmerkmale umfaßt und, wie oben bereits erwähnt, bei verschiedenartigsten
Regelventilen anwendbar ist. Auch ist es gegebenenfalls möglich, das Drosselorgan
gemäß der Erfindung für andere Drosselzwecke zu verwenden.
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