DE2749107C2 - Druckmittelbetätigtes Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes Ventil, bei dem das Druckmittel zum Schließen des Ventils von der Zulaufseite auf die der Zulaufseite abgewandte Seite des Betätigungskolbens über einen Umgehungskanal gelangt, de- eine Drossel aufweist, deren Strömungsquerschnitt durch ein Einstellelement veränderlich ist.

Derartige druckmittelbetätii^te Ventile finden als zeitgesteuerte Meßventile vorzugsweise bei Betriebsanlagen Anwendung, bei denen es erwünscht ist, eine Flüssigkeitsströmung durch ein Ventil nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer oder nach Zuführung eines vorgegebenen Flüssigkeitsvolumens automatisch zu sperren. So werden z. B. zeitgesteuerte Meßventile zur Regulierung von Duschen in Einrichtungen verwendet, bei denen der Einsatz leicht handbarer Ventile erwünscht ist, die sich automatisch schließen, um einen übermäßigen Wasserverbrauch zu verhindern.

Bei den meisten zeitgesteuerten Meßventilen wird die Zeitdauer, während der das Ventil nach Betätigung geöffnet bleibt, durch die Zeitdauer bestimmt, die erforderlich ist, um eine Druckkammer zu füllen und ein Element zwecks Sperrung der Strömung durch das Ventil zu bewegen. Die zur Füllung der Kammer erforderliche Zeitdauer wird für gewöhnlich durch ein herkömmliches einstellbares Nadelventil gesteuert, das in den Umgehungsventilkreislauf zwischengeschaltet ist. Die Durchflußmenge durch den Umgehungsventilkreislauf und als Folge davon die erforderliche Zeitdauer für die Füllung der Druckkammer werden durch das Spiel zwischen dem Nadelventil und seinem Gehäuse bestimmt.

Bei Nadelventilanordnungen ist die öffnung, durch die die Flüssigkeit strömen muß, eine enge, ringförmige öffnung oder ein Spielraum, der zwischen dem Außendurchmesser der Nadel und ihrem Gehäuse besteht. Die Strömungsmenge durch das Nadelventil wird durch den Gesamtbereich der öffnung bestimmt, wahrend die Empfindlichkeit bezüglich Verstopfungen durch die Enge des Spielraumes bestimmt wird. In der zu regulierenden Flüssigkeit schwebende Feststoffteilchen oder Ablagerungen von gelösten Fremdkörpern verstopfen leicht den Spielraum und infolge davon wird die Strömung durch den Umgehungsventilkreislauf verringert oder ungleichmäßig.

Es ist bekannt (DE-GM 17 63 665), für ein Ventil eine steuerbare Drossel vorzusehen, die Nachteile von Nadelventilen vermeidet Hierbei wird durch Drehen eines Handrades ein ringförmiger Druckkörper gegen einen elastischen Schnurring aus Schaumgummi bewegt, der sich gegen eine einen Ventilsitz bildende ringförmige Anlagefläche anlegt, wobei der Schnurring abgeplattet

ίο wird und sich die Durchlaßöffnung des Ventils auf diese Weise verringert.

Nicht zufriedenstellend ist bei diesem Ventil, daß die Drossel zum einen engtoleriert hergestellt werden muß und zum anderen empfindlich auf die Bildung von AbIagerungen gelöster Verunreinigungen sowie auf suspendierte Feststoffteilchen reagiert

Bekannt ist weiterhin, bei einem ähnlichen Ventil (DE-PS 5 09 317), die den Durchflußquerschnkt vom Zuflußkanal zur Druckkammer steuernde Drossel als Kegelhahn mit einer Stellschraube auszubilden. Auch hier rrüssen die Teile der Drossel engioleriert hergestellt werden und letztere kann leicht verstopfen.

Bekannt ist ferner ein Ventil (DE-GM 19 13 930), dessen verformbares Element als Scheibe mit einer einzigen axialen, einen Axialkanal bildenden Bohrung ausgebildet ist.

Es ist schließlich ein Ventil bekannt (US-PS 26 64 095), bei dem die Drosselste'ls in dem Umgehungskanal als Quetschventil in Form eines elastischen, verformbaren Elementes ausgebildet ist, das von einer Feder umfaßt ist, die dazu dient, den kreisförmigen Durchlaßquerschnitt bei Zusammenpressung des Elementes aufrechtzuerhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein druckmittelbetätigtes Ventil gemäß der eingangs erwähnten Art mit einer einstellbaren Drossel zu versehen, die einerseits eine genaue Einstellung der Druckmittelsirömung ermöglicht, andererseits aber nicht zur Verstopfung neigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drossel eine Scheibe aus verformbarem, elastischem Material mit einem einen Teil des Umgehungskanals bildenden axial gerichteten Kanal aufweist, daß die auf einer Bohrungsschulter ruhende Scheibe umfangsmäßig vollkommen von der Wand der Bohrung umfaßt ist, daß das einstellbare Element eine zum Kanal der Scheibe ausgerichtete öffnung aufweist, durch die das Druckmittel den Kanal der Scheibe verläßt, und daß auf der Scheibe ein elastischer O-Ring gelagert ist, über den

so das Einstellelement die Scheibe axi;il zusammenpreßt.

Das erfindungsgemäße druckmittelbetätigte Ventil ist verhältnismäßig störungsfrei, zuverlässig und kostensparend und besitzt einen Zeitmechanismus, der auf Verstopfungen durch lösbare oder suspendierte Fremdstoffe in der gesteuerten Flüssigkeit nicht so empfindlich reagiert. Auch ist das erfindungsgemäße Ventil mit geringen Betätigungskräften effektiv betätigbar.

Die Drossel ist verhältnismäßig wartungsfrei und zur Regulierung von Flüssigkeiten verwendbar, die gelöste

bo und suspendierte Feststoffteilchen enthalten, die herkömmliche Nadelventile verstopfen würden. Eine sehr genaue Einstellung der Druckmittelströmung ist auch bei extrem geringen Durchflußgeschwindigkeiten gewährleistet.

M Schließlich ist das erfindungsgemäße druckmittelbetätigtc Ventil von der Herstellung her nicht kostenintensiv, da die Herstellung cngiolcricrter Teile nicht erforderlich und kostspielige Aufhängungen nicht benötigt

werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgenäßen druckmittelbetätigten Ventils wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 die Ansicht eines Längsschnitts des Ventils in ler geschlossenen Stellung,

F i g. 2 die Ansicht eines Längsschnitts des Ventils in teilweise geöffneter Stellung,

F i g. 3 einen Detailschnitt in der Vergrößerung entlang der Linie 3-3 der F i g. 1,

F i g. 4 die Ansicht eines Schnitts einer Scheibe, die die normale Form der axialen Öffnung wiedergibt,

F i g. 5 einen Detailschnitt in der Vergrößerung, der die unter Axialdruck verformte Scheibe zeigt und

F i g. 6 eine Grundrißansicht der Scheibe entlang der Linie 6-6 der F i g. 5.

Gemäß F i g. 1 weist das Ventil 10 ein Gehäu-.e 11 mit einem Ein- und Auslaß 12 bzw. 13 auf, die über einen Kanal 14, der in einer Wand 15 zwischen dem Ein- und dem Auslaß ausgebildet ist, verbunden sind. Der obere Umfang des Kanals 14 ist von einem Ventilsitz iö umfaßt. Bei geschlossenem Ventil, wie es F i g. 1 zeigt, liegt die auf der Zulaufseite befindliche Fläche 17 des Betätigungskolbens 18 auf dem Ventilsitz 16, wodurch die Strömung durch den Kanal 14, in den ein langgestreckter Ansatz 19 des Betätigungskolbens 18 ragt, gesperrt wird. Zur Unterstützung der Bildung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung ist die Fläche 17 des Betätigungskolbens 18 mit einer elastischen Unterlegscheibe 17a versehen. Der Betätigungskolben 18 ist in einem Zylinder 20 gleitbar angeordnet, um das Ventil zu öffnen und zu schließen, wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist. Der Betätigungskolben 18 ist für eine vertikale Bewegung in dem Zylinder durch radiale Flansche 21, 22 und 23 geführt. Um ein Strömen von Flüssigkeit zwischen dem Betätigungskolben 18 und der Innenwandung des Zylinders 20 zu verhindern, ist ein im Querschnitt U-förmiger Abdichtungsring 24 um den Hauptteil des Betätigungskolbens 18 angeordnet.

Aus F i g. 1 geht hervor, daß bei geschlossenem Ventil eine Druckkammer 25 im oberen Teil des Zylinders 20 gebildet ist, die mit Wasser gefüllt ist. Das Druckmittel wird zur Druckkammer 25 über einen eine Drossel aufweisenden Umgehungskanal, der vom Einlaß 12 zu>Druckkammer 25 führt, geführt, wo es auf die der Zulaufseite abgewandte Fläche 26 des Betätigungskolbens 18 gelangt und wirksam wird, so daß die Fläche 17 des Betätigungskolbens 18 auf dem Ventilsitz 16 gehalten wird und das Ventil somit {reschlossen bleibt.

Der (Jmleitungskanal, der das Druckmittel zur Druckkammer 25 führt, führt vom Einlaß 12 zu einer zylindrischen Kammer 27, die sich vollständig um die Außenwandung des Zylinders 20 erstreckt, und kommuniziert mit einem vertikalen Kanal 28, der teilweise durch eine Bohrungsschulter 29 verschlossen ist. Der vertikale Kanal 28 weist einen Filter 28a auf und kommuniziert über eine öffnung in der öohrungsschulter 29 mit einer Bohrung 30, die wiederum zu einem Kanal 31 führt, der mit der Druckkammer 25 kommuniziert.

F i g. 3 2eigt eine Ansicht eines Schnitts im Bereich des Umgehungskanals mit der Drossel, die eine Scheibe 33 aus verformbaren Material mit einem einen Teil des Umgehungskanals bildenden axial gerichteten Kanal 34 aufweist, die auf der Bohrungsschulter 29 und umfangsmäßig vollkommen von der Wand der Bohrung 30 umfaßt ist. Bei der unverfnrmten Scheibe 33, wie sie in Fig.4 gezeigt ist, weist der axial gerichtete Kanal 34 einen gleichförmigen Durchmesser auf. Auf der oberen Oberfläche der Scheibe 33 ist ein elastischer O-Ring 32 gelagert

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, ist auf dem O-Ring 32 eine als Einstellelement für die zeitliche Bemessung dienende Justierschraube 35 angeordnet, die das offene Ende der Bohrung 30 verschließt und gewindemäßig mit der Wand im oberen Teil der Bohrung 30 in Eingriff steht Die Justierschraube 35 weist eine Nut 36 auf, in der ein O-Ring 37 zwecks Bildung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen der Wand der Bohrung 30 und der Justierschraube 35 angeordnet ist Die Justierschraube 35 weist eine zum Kanal 34 ausgerichtete öffnung 38, durch die das Druckmittel den Kanal 34 der Scheibe 33 verläßt und deren Querschnitt geringfügig größer als der Querschnitt des Kanals 34 der Scheibe 33 ist, und einen radialen Kanal 39 auf, der von der öffnung 38 zu einer Nut 40 führt, die mit dem Kanal 11 kommuniziert der zur Druckkammer 25 führt Das Gewinde am Ende der Justierschraube 35 steht mit dem in der Wand der Bohrung 30 befindlichen Gewinde in ',"..agnff, wodurch die Justierschraube 35 in Steiiung gehalten ist. Beim entsprechenden Drehen der Justierschraube 35 wird die verformbare Scheibe 33 axial zusammengepreßt, wie am besten aus F i g. 5 hervorgeht.

Wie a';s F i g. 1 hervorgeht, weist das Oberteil des Ventilgehäuses 11 eine öffnung 41 auf, die vom Oberteil des Zylinders 20 zur Außenseite führt. Die öffnung 41 ist normalerweise durch ein Absperrventil 42 geschlossen. Das Absperrventil 42 weist einen Ventilkegel 43 mit einem vergrößerten Kopf 44 und einem langgestreckten Schaft 45 auf. Der Kopf 44 ist durch eine Feder in Schließrichtung beaufschlagt, in der er auf einem Gummiventilsitz 46 aufliegt, der die öffnung 41 umgibt. Die Druckfeder 47 ist in einer Aussparung 48 in einer Dichtungsmuffe 49 gehalten, die wiederum gewindemäßig mit einem zylindrischen Oberteil 50 des Ventilgehäuses 11 in Eingriff steht. Die Dichtungsmuffe 49 hält auch den Gummiventilsitz 46 in Stellung.

Die Feder 47 ist in der Aussparung 48 der Dichtungsmuffe 49 mittels eines Federringes 51 gehalten, der eine nichi gezeigte zentrale öffnung aufweist, durch die der Schaft 45 des Ventilkegels 43 sich erstrecken kann. Wie in F i g. 1 zu sehen ist, erstreckt sich das freie Ende des Schaftes 45 des Ventilkegels 43 über die obere Fläche des zylindrischen Oberteils 50 des Ventilgehäuses 11. Ein Druckknopf 52, der einen Teil einer Kappe 53 bildet, die das Hauptgehäuse des Ventils umgibt, ist im Abstand von dem freien Ende des Schaftes 45 durch eine verhältnismäßig starke Kompressionsfeder 54 angeordnet.

Wie F i g. 2 zeigt, wird bei öffnung des Ventils 10 der Druckknopf 52 heruntergedrückt, wobei die Feder 54 zujammengepreßt und der Ventilkegel 43 so bewegt wird, daß die Unterseite des Kopfes des Ventilkegels 44 den Ventilsitz 46 verläßt, wodurch Wasser dhi Druckkammer 25 über die öffnung 41 verlassen kann. Wenn das Wasser die Druckkammer 25 verläßt, wird der Druck auf die der Z"laufseite abgswandte Fläche 26 des Betätigungskolbens 18 entlastet und der Betätigungskolben 18 wird durch den auf die Fläche 17 des Betätigungskolbens 18 einwirkenden Druck bewegt Ais Folge bewegt sich die Fläche 17 des Betätigungskolbens 18 vom Ventilsitz und das Ventil wird geöffnet. Wenn das Wasser die Druckkar >mer 25 durch die öffnung 41 verläßt, strömt es entlang des Schaftes 45 zwischen dem Oberteil des zylindrischen Teils 50 und der Unterseite des Druckknopfes 52 und in eine Kammer 55 zwischen der Außenwand des Ventiigehäuses und der Innenwand

der Kappe 53. Das Wasser verläßt die Kammer 55 über Entlüftungsöffnungen 56, die mit der Außenseite kommunizieren. Ein (nicht dargestelltes) Schutzschild kann vorgesehen werden, damit das Wasser die Entlüfungsöffnungen nicht sichtbar verlassen kann.

Sobald der Betätigungskolben 18 Wasser und Luft aus dem Zylinder 20 getrieben hat und vollkommen am Oberteil des Zylinders 20 angekommen ist, wird der Druckknopf 52 freigesetzt.der Ventilkegel 42 nimmt die in F i g. 1 gezeigte Stellung ein und die Druckkammer 25 beginnt sich mit Wasser über den Umgehungskanal wieder zu füllen. Die Zeitdauer, die zur Füllung der Druckkammer 23 und zum erneuten Schließen des Ventils erforderliclh ist, wird durch Einstellen der Justierschraube 35 gesteuert, wodurch der Grad der Verformung des Materials der Scheibe 33 in deren axial gerichteten Kanal 34 hinein bestimmt ist.

F i g. 3 zeigt, daß ein Teil des verformbaren Materials dtr Scheibe 33 in den axial gerichteten Kana! 34 gedruckt worden ist, um die effektive Qucrschniltsfläche des Kanals 34 zu verringern. Die Folge ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch den verengten Kanal 34 geringer ah durch den nicht verengten Kanal 34 gemäß F i g. 4 ist

Die Scheibe 33 ist ein verhältnismäßig dickes, kreisförmiges Element aus einem verformbaren, elastomeren Material, wie Silikonkautschuk, und der axial gerichtete Kanal 34 hat einen Durchmesser 34 zwischen 0,254 mm und 0,508 mm. Der Außendurchmesser der Scheibe 33 ist derart daß sie bei ihrer Anordnung in einer Stellung in der Bohrung 30 umfangsmäßig vollkommen von der Bohrung 30 umgeben ist so daß die Scheibe 33 nur axial zusammenpreßbar ist (vgl. F i g. 5).

F i g. 6 verdeutlicht, daß der axial gerichtete Kanal 34 der Scheibe 33 verhältnismäßig unempfindlich für von Fremdstoffmaterialien verursachte Schwierigkeiten ist, da sich herausgestellt har daß Feststoffe einer Größe von 0,127 mm durch den teilweise verformten, axial gerichteten Kanal 34 der Scheibe 33 strömt ohne sie zu verstopfen.

Der Betätigungskolben 18 weist einen langgestreckten Ansatz 19 auf, der sich durch den Ventilsitz 16 erstreckt selbst wenn das Ventil offen ist, wie in F i g. 2 gezeigt ist Diese Anordnung hat wegen des Spielraums zwischen dem Ansatz 19 und dem Ventilsitz 16 einen 2 bis 5 ■ 7,031 · 10-²kp/cm² Leckwasserdruck über den Ventilsitz 16 bei normaler Strömung zur Folge. Als Ergebnis wirkt der vollständige Druck des Druckmittels auf die Fläche 26 des Betätigungskolbens, wodurch eine Schließkraft erzeugt wird, die annähernd gleich der Fläehe des Ansatzes !"mal dem Druckverlust am Ventilsitz ist der auf die Fläche 17 des Betätigungskolbens 18 einwirkt.

Die auf den Betätigungskolben 18 wirkende Schließkraft führt diesen in die Abschaltstellung. Der Betäti- gungskolben 18 gelangt jedoch nicht in die das Ventil schließende Stellung, solange nicht die Druckkammer 25 gefüllt worden und der Druck auf der Räche 26 des Betätigungskolbens 18 größer als der auf der Fläche 17 ist

Da keine Feder in Verbindung mit der Kolbenbetätigung verwendet wird, vermag das Ventil sehr effektiv bei sehr kleinen Kräften, z. B. bei 1 bis 2 ■ 0.4536 kg zu arbeiten, wodurch es möglich wird, längere Meßzeiten bei weniger Meßflüssigkeit zu erhalten. ts

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckmittelbetätigtes Ventil, bei dem das Druckmittel zum Schließen des Ventils von der Zulaufseite auf die der Zulaufseite abgewandte Seite des Betätigungskolbens Ober einen Umgehungskanal gelangt, der eine Drossel aufweist, deren Strömungsquerschnitt durch ein Einstellelement veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel eine Scheibe (33) aus verformbaren elastischen Material mit einem einen Teil des Umgehungskaiials bildenden, axial gerichteten Kanal (34) aufweist, daß die auf einer Bohrungsschulter (29) ruhende Scheibe (33) umfangsmäßig vollkommen von der Wand der Bohrung (30) umfaßt ist, daß das einstellbare Element (35) eine zum Kanal (34) der Scheibe (33) ausgerichtete öffnung (38) aufweist, durch die das Druckmittel den Kanal (34) der Scheibe (33) verläßt, und daß auf tier Scheibe (33) ein elastischer O-Ring (32) gelagert ist, über den das EiEsteüelement (35) die Scheibe (33) axial zusammenpreßt