DE102013010239B4

DE102013010239B4 - Valve device for abrasive fluids and/or fluidizable powder materials

Info

Publication number: DE102013010239B4
Application number: DE102013010239.1A
Authority: DE
Inventors: Kurt Stoll
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2033-06-19
Also published as: DE102013010239A1

Abstract

Ventileinrichtung für abrasive Fluide und/oder fluidisierbare Pulvermaterialien mit einem Ventilgehäuse (2; 52; 82), das einen Eingangsanschluss (8) zur Anbringung einer Fluidzuleitung, einen Ausgangsanschluss (9) zur Anbringung einer Fluidableitung, einen zwischen dem Eingangsanschluss (8) und dem Ausgangsanschluss (9) ausgebildeten Fluidkanal (3) sowie eine den Fluidkanal (3) bereichsweise durchsetzende Führungsausnehmung (4; 54; 84) aufweist, und mit einem beweglich in der Führungsausnehmung (4; 54; 84) aufgenommenen und zur Beeinflussung eines freien Querschnitts des Fluidkanals (3) ausgebildeten Ventilkörper (6; 56; 86) sowie mit einer elektrischen Antriebseinrichtung (5; 55) zur Einstellung einer Position des Ventilkörpers (6; 56; 86) in der Führungsausnehmung (4; 54; 84), wobei die Führungsausnehmung (4; 54; 84) und der Ventilkörper (6; 56; 86) gleichartig ausgebildete Querschnitte aufweisen und wobei die Antriebseinrichtung (5; 55) eine Getriebeeinrichtung (13, 15; 66, 78) umfasst, die für eine Einleitung einer kombinierten translatorischen und rotatorischen Bewegung auf den Ventilkörper (6; 56; 86) in der Führungsausnehmung (4; 54; 84) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der, Ventilkörper (6; 56; 86) zumindest abschnittsweise unmittelbar abdichtend an wenigstens einem umlaufenden Wandabschnitt (24, 25; 94, 95) der Führungsausnehmung (4) anliegt.Valve device for abrasive fluids and/or fluidizable powder materials with a valve housing (2; 52; 82) which has an inlet connection (8) for attaching a fluid supply line, an outlet connection (9) for attaching a fluid discharge line, one between the inlet connection (8) and the outlet connection (9) and a guide recess (4; 54; 84) passing through the fluid channel (3) in some areas, and with a movably received in the guide recess (4; 54; 84) and for influencing a free cross section of the Fluid channel (3) formed valve body (6; 56; 86) and with an electric drive device (5; 55) for adjusting a position of the valve body (6; 56; 86) in the guide recess (4; 54; 84), wherein the guide recess (4; 54; 84) and the valve body (6; 56; 86) have similar cross sections and wherein the drive device (5; 55) comprises a gear device (13, 15; 66, 78) which is used for initiating a combined translational and rotational movement on the valve body (6; 56; 86) is formed in the guide recess (4; 54; 84), characterized in that the valve body (6; 56; 86) forms a direct seal at least in sections on at least one peripheral wall section (24, 25; 94, 95) of the guide recess ( 4) is present.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für abrasive Fluide und/oder fluidisierbare Pulvermaterialien mit einem Ventilgehäuse, das einen Eingangsanschluss zur Anbringung einer Fluidzuleitung, einen Ausgangsanschluss zur Anbringung einer Fluidableitung, einen zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ausgebildeten Fluidkanal sowie eine den Fluidkanal bereichsweise durchsetzende Führungsausnehmung aufweist, und mit einem beweglich in der Führungsausnehmung aufgenommenen und zur Beeinflussung eines freien Querschnitts des Fluidkanals ausgebildeten Ventilkörper sowie mit einer elektrischen Antriebseinrichtung zur Einstellung einer Position des Ventilkörpers in der Führungsausnehmung, wobei die Führungsausnehmung und der Ventilkörper gleichartig ausgebildete Querschnitte aufweisen und wobei die Antriebseinrichtung eine Getriebeeinrichtung umfasst, die für eine Einleitung einer kombinierten translatorischen und rotatorischen Bewegung auf den Ventilkörper längs der Führungsausnehmung ausgebildet ist.The invention relates to a valve device for abrasive fluids and/or fluidizable powder materials with a valve housing which has an inlet connection for attaching a fluid supply line, an outlet connection for attaching a fluid discharge line, a fluid channel formed between the inlet connection and the outlet connection and a guide recess which passes through the fluid channel in some areas, and with a valve body that is movably accommodated in the guide recess and is designed to influence a free cross section of the fluid channel, and with an electric drive device for setting a position of the valve body in the guide recess, the guide recess and the valve body having cross sections of similar design, and the drive device comprising a gear device , which is designed for initiating a combined translational and rotational movement on the valve body along the guide recess.

Aus der DE 90 06 743 U1 ist eine Ventilanordnung bekannt, die einen als Drehführung für ein Küken dienenden Ventilkörper aufweist, wobei mit dem Küken ein Stellantrieb drehfest verbunden ist, der eine Stellwelle aufweist, die sich koaxial zum Küken erstreckt und die zugleich als Abtriebswelle eines Untersetzungsgetriebes ausgebildet ist, das somit direkt an eine Antriebswelle des Kükens angeflanscht ist, wobei die Antriebswelle des Kükens einen Geber für die Steuerung der Stellung des Kükens trägt.From the DE 90 06 743 U1 a valve arrangement is known which has a valve body serving as a rotary guide for a plug, with an actuator being non-rotatably connected to the plug, which has an actuating shaft which extends coaxially with the plug and which is also designed as the output shaft of a reduction gear, which is therefore directly is flanged to a drive shaft of the chick, the drive shaft of the chick carrying an encoder for controlling the position of the chick.

Die DD 70 452 A1 beschreibt ein Motorregelventil mit mechanischer Endlagenbegrenzung für eine gleichmäßige Regelung über den gesamten Verstellbereich sowie zur Konstanthaltung der Durchflussmenge von Gasen, insbesondere bei niedrigen Drücken im Bereich zwischen 0,03 und 0,1 at, wobei ein strömungseingangsseitig und strömungsausgangsseitig vorzugsweise mit einem Parallelschlitz versehener und mit einer Gewindespindel fest verbundener Kolbenschieber über eine Gewindespindelhülse, in der zwei die Endlagen der Gewindespindel begrenzende Kurvenscheiben federnd angeordnet sind, axial verstellbar ist.DD 70 452 A1 describes a motorized control valve with mechanical end position limitation for uniform control over the entire adjustment range and for keeping the flow rate of gases constant, especially at low pressures in the range between 0.03 and 0.1 atm, with a flow inlet side and flow outlet side preferably with a parallel slot provided and firmly connected to a threaded spindle piston slide via a threaded spindle sleeve, in which two the end positions of the threaded spindle delimiting cams are resiliently arranged, is axially adjustable.

Aus der DE 18 26 460 U ist ein Oberteil für Absperrventile mit von unten einschiebbarer Spindel und Abdichtung und mit einem in die Abdeckkappe bzw. das Kopfstück eintauchenden Ansatz eines Griffes bekannt, wobei der Griff in seinem Innenteil einen entsprechend geformten Spindelansatz auf- und abbeweglich aufnimmt, sodass durch Drehung des Griffes eine Auf- und Abwärtsbewegung der verdeckt angeordneten, durch Gewinde im Kopfstück steigend angeordneten Spindel erzielbar ist, und wobei eine unterhalb des Gewindes der Spindel in dieser sich gegen die Ausdrehung des Kopfstückes ein gelagerte anlegende Dichtung bei der Auf- und Abwärtsbewegung der Spindel deren Abdichtung offenbart bewirkt.From the DE 18 26 460 U is an upper part for shut-off valves with a spindle and seal that can be pushed in from below and with a handle extension that dips into the cover cap or the head piece Up and down movement of the concealed arranged, rising through thread in the head piece spindle is achievable, and with a bearing below the thread of the spindle in this against the rotation of the head piece a bearing sealing causes the spindle to be sealed during the up and down movement of the spindle .

Die DE 199 32 982 C2 offenbart ein Drosselventil, dessen Drosselkörper einen zylindrischen Drosselkolben aufweist, der koaxial in einen Zuströmkanal eintaucht. Der Zuströmkanal steht zum einen mit einem Einlass in Verbindung und kommuniziert zum anderen über Überströmöffnungen mit die Zuströmkanalwandung durchsetzenden Ausströmkanälen, die mit dem Auslass verbunden sind. Zwischen dem Drosselkolben und der Zuströmkanalwandung ist eine Abdichtzone vorgesehen, die sich beim Verstellen des Drosselkörpers axial verlagert und im Zusammenwirken mit den Überströmöffnungen den dem Druckmedium zur Verfügung gestellten Überströmquerschnitt vorgibt.The DE 199 32 982 C2 discloses a throttle valve whose throttle body has a cylindrical throttle piston which dips coaxially into an inflow channel. On the one hand, the inflow channel is connected to an inlet and, on the other hand, communicates via overflow openings with outflow channels which pass through the inflow channel wall and are connected to the outlet. A sealing zone is provided between the throttle piston and the inflow channel wall, which is displaced axially when the throttle body is adjusted and, in cooperation with the overflow openings, specifies the overflow cross section made available to the pressure medium.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung bereitzustellen, die insbesondere für abrasive Fluide und/oder fluidisierbare Pulvermaterialien geeignet ist und eine einfache Aufbauweise aufweist.The object of the invention is to provide a valve device which is particularly suitable for abrasive fluids and/or fluidizable powder materials and has a simple design.

Diese Aufgabe wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst..This object is achieved for a valve device of the type mentioned with the features of claim 1.

Durch die Verwirklichung von gleichartig ausgebildeten Querschnitten für die Führungsausnehmung und den Ventilkörper wird erreicht, dass eine zumindest im wesentlichen gleichmäßige Kraftübertragung zwischen dem Ventilkörper und der Führungsausnehmung vorliegt, auch wenn aufgrund der Flussströmung durch den Fluidkanal hohe Reibungskräfte auf den Ventilkörper einwirken. Da vorgesehen ist, dass eine Beeinflussung des freien Querschnitts der Führungsausnehmung durch eine überlagerte lineare und rotatorische Bewegung des Ventilkörpers stattfindet, können unerwünschte Reaktionskräfte vom Ventilkörper auf die Antriebseinrichtung, wie sie bei bekannten Ventilen in der Art von Kugelventilen auftreten, zumindest weitgehend vermieden werden. Bei der Umsetzung der Rotationsbewegung der Antriebseinrichtung in eine überlagerte lineare und rotatorische Relativbewegung des Ventilkörpers gegenüber dem Ventilgehäuse findet bereits eine Bewegungsuntersetzung statt, so dass eine Kraftrückwirkung auf die Antriebseinrichtung gering gehalten werden kann. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Ventileinrichtung als Proportionalventil eingesetzt, das eine zumindest nahezu vollständig frei wählbare Einstellung eines freien Querschnitts für den Fluidkanal ermöglicht.The realization of similarly designed cross sections for the guide recess and the valve body means that there is at least essentially uniform force transmission between the valve body and the guide recess, even if high frictional forces act on the valve body due to the flow through the fluid channel. Since it is provided that the free cross section of the guide recess is influenced by a superimposed linear and rotary movement of the valve body, undesirable reaction forces from the valve body on the drive device, as they occur in known valves of the ball valve type, can be at least largely avoided. When converting the rotational movement of the drive device into a superimposed linear and rotational movement of the valve body relative to the valve housing, the movement is reduced so that a force reaction on the drive device can be kept low. The valve device according to the invention is preferably used as a proportional valve, which allows an at least almost completely freely selectable setting of a free cross section for the fluid channel.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Ventilkörper zumindest abschnittsweise unmittelbar abdichtend an wenigstens einem umlaufenden Wandabschnitt der Führungsausnehmung anliegt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Ventileinrichtung für aggressive und/oder abrasive Fluide oder fluidisierbare Pulver eingesetzt werden soll. Bei derartigen Fluiden würde ein Dichtmittel aus einem harten oder gummielastischen Werkstoff, das zwischen dem Ventilkörper und dem wenigstens einen umlaufenden Wandabschnitt der Führungsausnehmung angeordnet ist, eine geringe Standzeit aufweisen und könnte zu einem vorzeitigen Ausfall der Ventileinrichtung führen. In gleicher Weise gilt dies, wenn die Ventileinrichtung unter Randbedingungen eingesetzt werden soll, die für derartige Dichtmittel nur schwer zu erfüllen sind wie beispielsweise hohe Temperaturen oder sonstige chemische und/oder physikalische Eigenschaften der durch den Fluidkanal strömenden Fluide. Diese Nachteile treten bei einer unmittelbaren Abdichtung zwischen Ventilkörper und Wandabschnitt nicht oder nur in deutlich geringem Maß auf.According to the invention, it is provided that the valve body bears at least in sections directly and sealingly against at least one peripheral wall section of the guide recess. This is particularly advantageous when the valve device is to be used for aggressive and/or abrasive fluids or fluidizable powder. With such fluids, a sealant made of a hard or rubber-elastic material, which is arranged between the valve body and the at least one peripheral wall section of the guide recess, would have a short service life and could lead to premature failure of the valve device. This also applies if the valve device is to be used under boundary conditions that are difficult to meet for such sealants, such as high temperatures or other chemical and/or physical properties of the fluids flowing through the fluid channel. These disadvantages do not occur or occur only to a significantly small extent in the case of a direct seal between the valve body and the wall section.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuse einstückig ausgebildet ist. Hierdurch kann eine einfache und kostengünstige Bauweise für das Ventilgehäuse verwirklicht werden. Ferner entfallen kostenaufwändige Dichtflächen und Dichtmittel zwischen mehreren Gehäuseteilen, wie sie bei mehrteilig ausgebildeten Ventilgehäusen gemäß dem Stand der Technik bekannt sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ventilgehäuse in einem Urformverfahren wie beispielsweise Feinguss, Druckguss oder Kunststoffspritzguss hergestellt werden kann und je nach Auswahl des Herstellungsverfahrens und Gestaltung des Fluidkanals sowie der Führungsausnehmung möglicherweise keine weitere Bearbeitung dieser Ausnehmungen erforderlich ist.In an advantageous development of the invention, it is provided that the valve housing is designed in one piece. As a result, a simple and inexpensive design for the valve housing can be implemented. Furthermore, there is no need for costly sealing surfaces and sealing means between several housing parts, as are known in the case of multi-part valve housings according to the prior art. It is particularly advantageous if the valve housing can be produced in a primary shaping process such as investment casting, die casting or plastic injection molding and, depending on the selection of the production process and design of the fluid channel and the guide recess, no further processing of these recesses may be necessary.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung als Elektromotor, insbesondere als Schrittmotor, zur Bereitstellung einer Rotationsbewegung an die Getriebeeinrichtung ausgebildet ist. Durch die Verwendung eines Elektromotors, der beispielsweise mit einer geeigneten Ansteuerungseinrichtung, insbesondere mit einem integrierten Motorcontroller, ausgestattet ist, kann die geforderte Rotationsbewegung der Antriebseinrichtung kostengünstig und in einfacher Weise ansteuerbar zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Antriebseinrichtung um einen Schrittmotor handelt, so dass zur Erzielung einer vorgebbaren Veränderung des freien Querschnitts im Fluidkanal durch translatorische oder kombinierte translatorische und rotatorische Verlagerung des Ventilkörpers eine Schrittzahl für den Schrittmotor vorgegeben werden kann und diese Schrittzahl ohne weitere Steuerungs- und/oder Regelungseingriffe vom Schrittmotor abgefahren wird, wodurch eine präzise Positionierung des Ventilkörpers längs der Führungsausnehmung sichergestellt ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that the drive device is designed as an electric motor, in particular as a stepper motor, for providing a rotational movement to the transmission device. By using an electric motor, which is equipped, for example, with a suitable control device, in particular with an integrated motor controller, the required rotational movement of the drive device can be made available in a cost-effective and easily controllable manner. It is advantageous if the drive device is a stepper motor, so that in order to achieve a definable change in the free cross section in the fluid channel by translational or combined translational and rotational displacement of the valve body, a number of steps can be specified for the stepper motor and this number of steps can easily be changed Control and / or regulation interventions is departed from the stepper motor, whereby a precise positioning of the valve body is ensured along the guide recess.

Vorteilhaft ist es, wenn der Ventilkörper in der Führungsausnehmung zumindest in einer Schließstellung beidseitig des Fluidkanals geführt ist. Hierdurch ist eine vorteilhafte Abstützung des Ventilkörpers gegenüber Querkräften gewährleistet, wie sie aufgrund des Fluiddruck, der zu einer Krafteinwirkung auf den Ventilkörper längs des Fluidkanals und somit quer zur Längsachse des Ventilkörpers führt, auftreten können. Bei einer beidseitigen Führung des Ventilkörpers, die von der Stellung des Ventilkörpers unabhängig ist, können unerwünschte Totvolumina in der Führungsausnehmung vermieden werden, wie sie bei einer in der Öffnungsstellung lediglich einseitigen Lagerung des Ventilkörpers auftreten können. Dies resultiert daraus, dass der Ventilkörper sowohl in der Öffnungsstellung als auch in der Schließstellung der Ventileinrichtung in beiden, einander gegenüberliegend angeordneten Abschnitten der Führungsausnehmung abdichtend aufgenommen ist, so dass das Fluid im Fluidkanal in keinen der beiden Abschnitte der Führungsausnehmung eintreten kann. Bevorzugt ist wenigstens einer der beiden Abschnitte der Führungsausnehmung endseitig mit einer Drainagebohrung versehen, um bei der Linearbewegung des Ventilkörpers längs der Führungsausnehmung einen Druckaufbau bzw. -abbau in einem vom Ventilkörper und dem jeweiligen Abschnitt der Führungsausnehmung begrenzten Teilvolumen zu vermeiden. Bei einer stets beidseitigen Lagerung des Ventilkörpers kann die Drainagebohrung in die Umgebung geführt werden, da aufgrund der Abdichtung des Ventilkörpers kein Fluid in diesen Abschnitt der Führungsausnehmung eindringt. Bei einer in der Öffnungsstellung einseitigen Lagerung des Ventilkörpers ist die Drainagebohrung in den Fluidkanal, insbesondere in einen abstromseitigen Abschnitt des Fluidkanals geführt. Somit kann das Fluid bei Schließen des Fluidkanals durch den Ventilkörper aus der Führungsausnehmung in den Bereich des Fluidkanals geführt werden, der nach dem Schließen der Ventileinrichtung typischerweise ein niedrigeres Druckniveau aufweist.It is advantageous if the valve body is guided in the guide recess at least in a closed position on both sides of the fluid channel. This ensures an advantageous support of the valve body against transverse forces, such as can occur due to the fluid pressure, which leads to a force acting on the valve body along the fluid channel and thus transversely to the longitudinal axis of the valve body. If the valve body is guided on both sides, which is independent of the position of the valve body, undesirable dead volumes in the guide recess can be avoided, as can occur if the valve body is supported on only one side in the open position. This results from the fact that the valve body is sealingly accommodated in both oppositely arranged sections of the guide recess both in the open position and in the closed position of the valve device, so that the fluid in the fluid channel cannot enter either of the two sections of the guide recess. At least one of the two sections of the guide recess is preferably provided with a drainage hole at the end, in order to avoid a pressure build-up or reduction in a partial volume delimited by the valve body and the respective section of the guide recess during the linear movement of the valve body along the guide recess. If the valve body is always supported on both sides, the drainage hole can be guided into the environment, since no fluid penetrates into this section of the guide recess due to the sealing of the valve body. When the valve body is mounted on one side in the open position, the drainage bore is guided into the fluid channel, in particular into a downstream section of the fluid channel. Thus, when the fluid channel is closed, the fluid can be guided through the valve body out of the guide recess into the area of the fluid channel which typically has a lower pressure level after the valve device has been closed.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper entlang einer Längsachse wenigstens eine Querschnittsveränderung, insbesondere eine Querschnittsreduzierung, aufweist. Durch die Verlagerung dieser Querschnittsveränderung bei der translatorischen Bewegung des Ventilkörpers wird die gewünschte Veränderung des freien Querschnitts im Fluidkanal zur Erzielung der Ventilfunktion erreicht. vorzugsweise ist die Querschnittsveränderung ausgehend von einem Basisquerschnitt des Ventilkörpers, der im Betriebszustand der Ventileinrichtung abseits des Fluidkanals liegt, als Querschnittsreduzierung im Bereich des Fluidkanals ausgebildet. Dabei kann die Querschnittsreduzierung als kontinuierliche bzw. stetige oder stufenartige bzw. sprunghafte Querschnittsveränderung ausgebildet sein, um eine vorgebbare Einstellcharakteristik für die Ventileinrichtung festzulegen.In an advantageous development of the invention, it is provided that the valve body has at least one change in cross section, in particular a reduction in cross section, along a longitudinal axis. The desired change in the free cross section in the fluid channel for achieving the valve function is achieved by shifting this change in cross section during the translational movement of the valve body. preferably, the cross-sectional change is based on a base cross-section of the Valve body, which is in the operating state of the valve device away from the fluid channel, formed as a cross-sectional reduction in the region of the fluid channel. The reduction in cross section can be designed as a continuous or steady or step-like or abrupt change in cross section in order to define a predeterminable setting characteristic for the valve device.

Insbesondere bei einer sprunghaften Querschnittsveränderung wird in Kombination mit einer unmittelbar abdichtenden Anlage des Ventilkörpers in der Führungsausnehmung in vorteilhafter Weise ein Fluid- oder Materialeintrag zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse vermieden.Particularly in the case of a sudden change in cross section, in combination with a direct sealing contact of the valve body in the guide recess, fluid or material entry between the valve body and the valve housing is advantageously avoided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung abdichtend an einer Montageoberfläche des Ventilgehäuses angebracht ist. Somit bilden die Antriebseinrichtung und das Ventilgehäuse einen abgedichteten Verbund, der gut gegenüber äußeren Umwelteinflüssen, insbesondere Verschmutzungen, geschützt ist und bei dem auch im Falle einer Leckage zwischen Ventilgehäuse und Ventilkörper ein Austreten des durch den Fluidkanal strömenden Fluids zumindest über einen gewissen Zeitraum verhindert wird. Vorzugsweise sind ein Querschnitt des Ventilgehäuses und ein Querschnitts des Ventilkörpers im Bereich der Montageoberfläche derart aneinander angepasst, das zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse ein stetiger Übergang vorliegt, der gut zu reinigen ist und keine Hinterschnitte aufweist, in denen sich Verschmutzungen ansammeln können.In a further embodiment of the invention, it is provided that the drive device is attached to a mounting surface of the valve housing in a sealing manner. The drive device and the valve housing thus form a sealed assembly that is well protected against external environmental influences, in particular dirt, and in which the fluid flowing through the fluid channel is prevented from escaping, at least for a certain period of time, even in the event of a leak between the valve housing and the valve body. A cross section of the valve housing and a cross section of the valve body in the area of the mounting surface are preferably adapted to one another in such a way that there is a continuous transition between the valve body and the valve housing, which is easy to clean and has no undercuts in which dirt can collect.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Ventileinrichtung,
2 eine Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß 1,
3 eine Schnittdarstellung des Ventilgehäuses gemäß 1,
4 eine Schnittdarstellung des Ventilkörpers gemäß 1,
5a eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Ventileinrichtung in einer Öffnungsstellung,
5b eine schematische Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform einer Ventileinrichtung in einer Schließstellung,
6 eine Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß den 5a und 5b,
7 eine Schnittdarstellung des Ventilgehäuses gemäß den 5a und 5b
8 eine Schnittdarstellung des Ventilkörpers gemäß den 5a und 5b,
9a eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Ventileinrichtung in einer Öffnungsstellung,
9b eine schematische Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform einer Ventileinrichtung in einer Schließstellung,
10 eine Darstellung der Antriebseinrichtung gemäß den 9a und 9b,
11 eine Schnittdarstellung des Ventilgehäuses gemäß den 9a und 9b und
12 eine Schnittdarstellung des Ventilkörpers gemäß den 5a und 5b.

An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. This shows:

1 a schematic sectional view of a first embodiment of a valve device,
2 a representation of the drive device according to FIG 1 ,
3 a sectional view of the valve housing according to FIG 1 ,
4 a sectional view of the valve body according to FIG 1 ,
5a a schematic sectional view of a second embodiment of a valve device in an open position,
5b a schematic sectional view of the second embodiment of a valve device in a closed position,
6 a representation of the drive device according to the 5a and 5b ,
7 a sectional view of the valve housing according to the 5a and 5b
8th a sectional view of the valve body according to the 5a and 5b ,
9a a schematic sectional view of a third embodiment of a valve device in an open position,
9b a schematic sectional view of the third embodiment of a valve device in a closed position,
10 a representation of the drive device according to the 9a and 9b ,
11 a sectional view of the valve housing according to the 9a and 9b and
12 a sectional view of the valve body according to the 5a and 5b .

Eine in der 1 dargestellte erste Ausführungsform einer Ventileinrichtung 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2, in dem ein Fluidkanal 3 und eine Führungsausnehmung 4 ausgebildet sind. Ferner umfasst die Ventileinrichtung 1 eine Antriebseinrichtung 5 und einen beweglich in Ventilgehäuse 2 aufgenommenen und mit der Antriebseinrichtung 5 bewegungsgekoppelten Ventilkörper 6.one in the 1 illustrated first embodiment of a valve device 1 comprises a valve housing 2, in which a fluid channel 3 and a guide recess 4 are formed. In addition, the valve device 1 comprises a drive device 5 and a valve body 6 which is movably accommodated in the valve housing 2 and is movably coupled to the drive device 5.

Der Ventilkörper 6 ist zur Beeinflussung eines freien Querschnitts des Fluidkanals 3 ausgebildet, der sich zwischen einem Eingangsanschluss 8 zur Anbringung einer nicht dargestellten Fluidzuleitung und einem Ausgangsanschluss 9 zur Anbringung einer ebenfalls nicht dargestellten Fluidableitung erstreckt.The valve body 6 is designed to influence a free cross section of the fluid channel 3, which extends between an inlet connection 8 for attaching a fluid supply line, not shown, and an outlet connection 9 for attaching a fluid discharge line, also not shown.

Exemplarisch ist die Antriebseinrichtung 5 als elektrischer Schrittmotor mit nachgeschalteter Getriebestufe ausgebildet, wobei die Getriebestufe exemplarisch als nicht dargestelltes Planetengetriebe ausgebildet ist, so dass eine Antriebswelle 10 konzentrisch am beispielhaft kreiszylindrisch ausgebildeten Motorgehäuse 11 der Antriebseinrichtung 5 angeordnet sein kann. Beispielsweise treibt eine nicht dargestellte, konzentrisch am Motorgehäuse 11 angeordnete Abtriebsachse des Schrittmotors das ebenfalls nicht dargestellte Sonnenrad des Planetengetriebes an, während die Antriebswelle 10 mit dem ebenfalls nicht dargestellten Hohlrad des Planetengetriebes gekoppelt ist und die Planetenräder hinsichtlich ihrer Rotationsachsen ortsfest am Motorgehäuse 11 festgelegt sind. Dementsprechend ist die Antriebswelle 10 für eine Rotation um eine Motorachse 12 ausgebildet, die konzentrisch am Motorgehäuse 11 angeordnet ist. Die Antriebswelle 10 ist endseitig mit einem Gewindeabschnitt 13 versehen, der exemplarisch als Außengewinde ausgebildet ist und der für einen in axialer Richtung längs der Motorachse 12 formschlüssigen Eingriff in eine als Innengewinde ausgeführte Wellenaufnahme 15 des Ventilkörpers 6 dient.The drive device 5 is embodied as an example of an electric stepper motor with a downstream gear stage, the gear stage being embodied as a planetary gear, not shown, so that a drive shaft 10 can be arranged concentrically on the motor housing 11 of the drive device 5 , which is embodied as a circular cylinder, for example. For example, an output shaft of the stepper motor (not shown) that is arranged concentrically on the motor housing 11 drives the sun gear of the planetary gear (also not shown), while the drive shaft 10 is coupled to the ring gear of the planetary gear (also not shown) and the planetary gears are fixed in place on the motor housing 11 with regard to their axes of rotation. Accordingly, the drive shaft 10 is designed for rotation about a motor axis 12 which is arranged concentrically on the motor housing 11 . The end of the drive shaft 10 is provided with a threaded section 13 which is embodied as an external thread and which is used for positive engagement in the axial direction along the motor axis 12 in a shaft receptacle 15 of the valve body 6 which is embodied as an internal thread.

Wie aus der 4 entnommen werden kann, handelt es sich bei Ventilkörper 6 im Wesentlichen um einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Körper. An einem oberen Ende des Ventilkörpers 6 ist ein erster Führungsabschnitt 16 vorgesehen, in den die bei dieser Ausführungsform als Innengewinde ausgebildete Wellenaufnahme 15 eingebracht ist. An den ersten Führungsabschnitt schließt sich ein zweiter Führungsabschnitt 17 an. Der erste Führungsabschnitt 16 ist randseitig mit einem in 4 erkennbaren Längsschlitz 20 versehen, der Wirkverbindung mit einem am Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Führungssteg 27 für eine schiebebewegliche und drehfeste Aufnahme des Ventilkörpers 6 im Ventilgehäuse 2 dient.How from the 4 can be removed, the valve body 6 is essentially a rotationally symmetrical body. At an upper end of the valve body 6, a first guide section 16 is provided, in which the shaft receptacle 15, designed as an internal thread in this embodiment, is introduced. A second guide section 17 follows the first guide section. The edge of the first guide section 16 is provided with an in 4 recognizable longitudinal slot 20 is provided, the operative connection with a trained on the valve housing 2 guide web 27 for a sliding and non-rotatable recording of the valve body 6 in the valve housing 2 is used.

Das Ventilgehäuse 2 ist vorzugsweise einstückig, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil oder Metall-Druckgussteil, ausgebildet. Der Fluidkanal 3 mündet exemplarisch jeweils endseitig in Gewindebohrungen 22, 23, die zur Verschraubung der nicht dargestellten Fluidzuleitung bzw. Fluidableitung ausgebildet sind. Die Führungsausnehmung 4 ist als gestuftes Sackloch mit exemplarisch kreisrundem Querschnitt ausgebildet und durchsetzt den Fluidkanal 3. Dabei sind die an den Fluidkanal 3 angrenzenden Abschnitte 24, 25 der Führungsausnehmung 4 als Dichtflächen für eine unmittelbar abdichtende Anlage des zweiten Führungsabschnitts 17 des Ventilkörpers 6 ausgebildet. An den Abschnitt 24 grenzt eine Führungsbohrung 26 an, die abgesehen von dem Führungssteg 27 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Der Führungssteg 27 kann beispielsweise als separates Bauteil ausgebildet sein und ist in nicht näher dargestellter Weise in der Führungsbohrung 26 festgelegt. Die Aufgabe des Führungsstegs 27 besteht darin, eine Drehmomentenabstützung für den Ventilkörper 6 um die Motorachse 12 bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit des Ventilkörpers 6 längs der Motorachse 12 zu gewährleisten. An einem Endbereich der Führungsausnehmung 4 ist eine exemplarisch schräg in den Fluidkanal 3 mündende Drainagebohrung 29 vorgesehen, die ein Austreten von Fluid aus der Führungsausnehmung 4 während eines Schließvorgangs für die Ventileinrichtung 1 ermöglicht, da in diesem Fall das fluidgefüllte Volumen des Endbereichs der Führungsausnehmung vom Ventilkörper 6 verdrängt wird.The valve housing 2 is preferably designed in one piece, in particular as a plastic injection molded part or metal die-cast part. The fluid channel 3 ends, for example, in threaded bores 22, 23, which are designed for screwing the fluid supply line or fluid discharge line, which is not shown. The guide recess 4 is designed as a stepped blind hole with an exemplary circular cross section and passes through the fluid channel 3. The sections 24, 25 of the guide recess 4 adjoining the fluid channel 3 are designed as sealing surfaces for a direct sealing contact of the second guide section 17 of the valve body 6. A guide bore 26 adjoins the section 24 and, apart from the guide web 27 , has a circular cross section. The guide bar 27 can be designed as a separate component, for example, and is fixed in the guide bore 26 in a manner that is not shown in detail. The task of the guide web 27 is to ensure torque support for the valve body 6 about the motor axis 12 with simultaneous axial displaceability of the valve body 6 along the motor axis 12 . At one end area of the guide recess 4, there is a drainage bore 29, which opens obliquely into the fluid channel 3, for example, and which allows fluid to escape from the guide recess 4 during a closing process for the valve device 1, since in this case the fluid-filled volume of the end area of the guide recess is separated from the valve body 6 is displaced.

Wenn die Antriebswelle 10 eine Rotationsbewegung um die Motorachse 12 vollzieht, wird aufgrund des Gewindeeingriffs der Antriebswelle 10 in die Wellenaufnahme 15 des Ventilkörpers 6 und der eine Drehung des Ventilkörpers 6 verhindernden Drehmomentenabstützung durch den Führungssteg 27 eine lineare Zwangsbewegung des Ventilkörpers 6 bewirkt, so dass dieser längs der Motorachse 12 verschoben wird. Dadurch ändert sich die Position des Ventilkörpers 6 relativ zum Fluidkanal 3, womit die gewünschte Veränderung des freien Querschnitts des Fluidkanals 3 bewirkt werden kann. Bei geeigneter Auslegung der Längen des Gewindeabschnitts 13 und der Wellenaufnahme 15 sowie des Ventilkörpers 6 kann dieser derart in der Führungsausnehmung 4 verschoben werden, dass der freie Querschnitt des Fluidkanals 3 zwischen einer in 1 dargestellten, zumindest nahezu vollständig geöffneten Stellung und einer in 2 dargestellten, vollständig geschlossenen Stellung, also einer Schließstellung, eingestellt werden kann.When the drive shaft 10 completes a rotational movement about the motor axis 12, due to the threaded engagement of the drive shaft 10 in the shaft receptacle 15 of the valve body 6 and the torque support preventing the valve body 6 from rotating, a linear forced movement of the valve body 6 is brought about by the guide bar 27, so that it is displaced along the motor axis 12. This changes the position of the valve body 6 relative to the fluid channel 3, with which the desired change in the free cross section of the fluid channel 3 can be brought about. With a suitable design of the lengths of the threaded section 13 and the shaft receptacle 15 as well as the valve body 6, it can be displaced in the guide recess 4 in such a way that the free cross section of the fluid channel 3 is between an in 1 illustrated, at least almost completely open position and an in 2 illustrated, fully closed position, ie a closed position, can be adjusted.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebswelle der Antriebseinrichtung mit einer als Kugelumlauf ausgebildeten Schlossmutter bewegungsgekoppelt, in die ein spindelartiger Gewindeabschnitt des Ventilkörpers eingreift, wodurch eine bezüglich der axialen Richtung formschlüssige Verbindung zwischen der Schlossmutter und dem Ventilkörper erzeugt wird. Im Vergleich mit der obenstehend geschilderten Ausführungsform zeichnet sich die nicht dargestellte Ausführungsform durch eine geringere Reibung des Spindelantriebs aus, so dass die Antriebseinrichtung mit weniger Energie betrieben werden kann bzw. kleiner dimensioniert werden kann, als dies bei der obenstehend geschilderten Ausführungsform der Fall ist.In an embodiment of the invention that is not shown, the drive shaft of the drive device is movably coupled to a lock nut designed as a recirculating ball, in which a spindle-like threaded section of the valve body engages, thereby creating a positive connection between the lock nut and the valve body with respect to the axial direction. In comparison with the embodiment described above, the embodiment not shown is characterized by lower friction of the spindle drive, so that the drive device can be operated with less energy or can be dimensioned smaller than is the case with the embodiment described above.

Bei der in den 5a, 5b und 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Ventileinrichtung 51 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 verwendet. Im Unterschied zu der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Ventileinrichtung 1 ist bei der Ventileinrichtung 51 eine Überlagerung einer Rotationsbewegung mit einer Translationsbewegung für den Ventilkörper 56 vorgesehen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Ventilkörper 56 eine schlitzförmige Wellenaufnahme 65 sowie einen mit einem Außengewinde versehenen ersten Führungsabschnitt 66 aufweist. Ferner weist die Antriebswelle 60 der Antriebseinrichtung 55 in einer normal zur Motorwelle 10 ausgerichteten Querschnittsebene exemplarisch einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf, mit dem sie in die Wellenaufnahme 65 eingreift. Somit wird zwischen der Antriebswelle 60 und dem Ventilkörper 56 eine Drehmomentübertragung bei gleichzeitiger axialer gegenseitiger Verschiebbarkeit längs der Motorachse 12 ermöglicht, was auch durch andere, nicht dargestellte Querschnitte der Motorwelle und der Wellenaufnahme im Ventilkörper erreicht werden kann. Für eine Umsetzung der Rotationsbewegung, die von der Antriebswelle 60 in den Ventilkörper 56 eingeleitet wird, in eine kombinierte Rotations- und Translationsbewegung längs der Motorachse 12 weist das Ventilgehäuse 52 in der Führungsbohrung 76 ein Innengewinde 78 auf. Der Ventilkörper 56 greift mit dem Außengewinde, das am Führungsabschnitt 66 ausgebildet ist, in das Innengewinde 78 ein, so dass in Abhängigkeit von der gewählten Gewindesteigung für die zueinander korrespondierenden Gewinde die gewünschte Translationsbewegung bei Rotation des Ventilkörpers 56 auftritt. Der Vorteil der zweiten Ausführungsform der Ventileinrichtung 51 liegt darin, dass die Aufbauweise für das Ventilgehäuse 52 und den Ventilkörper 56 besonders einfach gestaltet werden kann und dass keine Drehmomentabstützung für den Ventilkörper 56 erforderlich ist.At the in the 5a , 5b and 6 until 8th illustrated second embodiment of a valve device 51 are used for functionally identical components the same reference numerals as in FIGS 1 until 4 used. In contrast to the one in the 1 until 4 The first embodiment of the valve device 1 shown in the illustration is provided for the valve device 51 to superimpose a rotational movement on a translational movement for the valve body 56 . This is achieved in that the valve body 56 has a slot-shaped shaft receptacle 65 and a first guide section 66 provided with an external thread. Furthermore, the drive shaft 60 of the drive device 55 has, for example, a rectangular, in particular square, cross-section in a cross-sectional plane aligned normal to the motor shaft 10 , with which it engages in the shaft receptacle 65 . Thus, a torque transmission is made possible between the drive shaft 60 and the valve body 56 with simultaneous axial mutual displaceability along the motor axis 12, which can also be achieved by other cross sections, not shown, of the motor shaft and the shaft receptacle in the valve body. The valve housing 52 has an internal thread 78 in the guide bore 76 for converting the rotational movement introduced into the valve body 56 by the drive shaft 60 into a combined rotational and translational movement along the motor axis 12 . The valve body 56 engages with the external thread on the guide Section 66 is formed in the internal thread 78, so that depending on the selected thread pitch for the mutually corresponding threads, the desired translational movement occurs when the valve body 56 rotates. The advantage of the second embodiment of the valve device 51 is that the construction of the valve housing 52 and the valve body 56 can be made particularly simple and that no torque support for the valve body 56 is required.

Demgegenüber hat die Ventileinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform den Vorteil, dass eine reine Linearbewegung des Ventilkörpers 6 gegenüber dem Ventilgehäuse 2 stattfindet, so dass die zwischen den Führungsabschnitten 17, 19 und den zugeordneten Abschnitten 24, 25 der Führungsausnehmung 54 ausgebildeten Dichtflächen aufgrund der betragsmäßig kleineren Relativbewegung zwischen Ventilkörper 6 und Ventilgehäuse 2 weniger beansprucht werden und die bei der Bewegung des Ventilkörpers 6 auftretende Reibung geringer als bei der zweiten Ausführungsform ist.In contrast, the valve device 1 according to the first embodiment has the advantage that a purely linear movement of the valve body 6 relative to the valve housing 2 takes place, so that the sealing surfaces formed between the guide sections 17, 19 and the associated sections 24, 25 of the guide recess 54 due to the smaller amounts Relative movement between the valve body 6 and the valve housing 2 are less stressed and the friction occurring during the movement of the valve body 6 is lower than in the second embodiment.

Bei einer in den 9a und 9b sowie 10 bis 12 dargestellten dritten Ausführungsform einer Ventileinrichtung 81 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie in den 5a, 5b und 6 bis 8 verwendet. Im Unterschied zu der in den 5a, 5b und 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsform der Ventileinrichtung 51 ist bei der Ventileinrichtung 81 unabhängig von der Schließstellung des Ventilkörpers 86 eine beidseitige Lagerung des Ventilkörpers 86 in der Führungsausnehmung 84 des Ventilgehäuses 82 vorgesehen. Hierzu ist die Führungsausnehmung 84 des ersten Abschnitts 94 vorzugsweise identisch, im Bereich des zweiten Abschnitts 95 jedoch länger als bei der zweiten Ausführungsform gemäß 5a/5b ausgebildet, um den Raum für die Aufnahme des ebenfalls länger ausgeführten und mit einem ersten Führungsabschnitt 96 mit Außengewinde, einem zweiten Führungsabschnitt 97, einem Durchlassabschnitt 98 und einem dritten Führungsabschnitt 99 versehenen Ventilkörper 86 bereitzustellen. An einem der Führungsbohrung 76 entgegengesetzten Endbereich der Führungsausnehmung 84 ist eine Atemöffnung 100 ausgebildet, die eine kommunizierende fluidische Verbindung des zweiten Abschnitt 95 der Führungsausnehmung 84 mit der Umgebung ermöglicht, so dass sich in diesem zweiten Abschnitts 95 keine unerwünschten Über- oder Unterdruckverhältnisse bei der Bewegung des Ventilkörpers 86 einstellen können. Der nicht näher dargestellte Querschnitt des Durchlassabschnitts 98 in einer Querschnittsebene, deren Flächennormale parallel zur Motorachse 12 ausgerichtet ist, kann beispielsweise kreisrund sein. Alternativ kann vorgesehen werden, dass der Querschnitt des Durchlassabschnitts 98 elliptisch oder linsenförmig ausgebildet ist.At one in the 9a and 9b As well as 10 to 12 illustrated third embodiment of a valve device 81 are for functionally identical components the same reference numerals as in FIGS 5a , 5b and 6 until 8th used. In contrast to the one in the 5a , 5b and 6 until 8th In the second embodiment of the valve device 51 shown, the valve device 81 is supported on both sides in the guide recess 84 of the valve housing 82 regardless of the closed position of the valve body 86 . For this purpose, the guide recess 84 of the first section 94 is preferably identical, but longer in the area of the second section 95 than in the second embodiment according to FIG 5a / 5b designed to provide the space for receiving the valve body 86, which is also longer and is provided with a first guide section 96 with an external thread, a second guide section 97, a passage section 98 and a third guide section 99. A breathing opening 100 is formed on an end region of the guide recess 84 opposite the guide bore 76, which enables a communicating fluidic connection of the second section 95 of the guide recess 84 with the environment, so that no undesired positive or negative pressure conditions arise in this second section 95 during movement of the valve body 86 can adjust. The cross section, not shown in detail, of the passage section 98 in a cross-sectional plane whose surface normal is aligned parallel to the motor axis 12 can be circular, for example. Alternatively, it can be provided that the cross section of the passage section 98 is elliptical or lens-shaped.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Alternative ist der Durchlassabschnitt exzentrisch gegenüber der Motorachse 12 angeordnet, so dass der Durchlassabschnitt in einem Randbereich des Fluidkanals 3 liegt, wodurch der Strömungswiderstand, der vom Durchlassabschnitt hervorgerufen wird, minimiert werden kann. Bei einer nicht rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Durchlassabschnitts ist es vorteilhaft, wenn die rotatorische Position des Ventilkörpers bekannt ist, um den Durchlassabschnitt jeweils in eine rotatorische Stellung im Fluidkanal bringen zu können, in der eine minimale Störung des Fluidstroms gewährleistet ist.In a further alternative, not shown, the passage section is arranged eccentrically with respect to the motor axis 12, so that the passage section lies in an edge area of the fluid channel 3, whereby the flow resistance caused by the passage section can be minimized. In the case of a non-rotationally symmetrical configuration of the passage section, it is advantageous if the rotational position of the valve body is known in order to be able to bring the passage section into a rotational position in the fluid channel in which minimal disruption to the fluid flow is ensured.

Claims

Valve device for abrasive fluids and/or fluidizable powder materials with a valve housing (2; 52; 82) which has an inlet connection (8) for attaching a fluid supply line, an outlet connection (9) for attaching a fluid discharge line, one between the inlet connection (8) and the outlet connection (9) and a guide recess (4; 54; 84) passing through the fluid channel (3) in some areas, and with a movably received in the guide recess (4; 54; 84) and for influencing a free cross section of the Fluid channel (3) formed valve body (6; 56; 86) and with an electric drive device (5; 55) for adjusting a position of the valve body (6; 56; 86) in the guide recess (4; 54; 84), wherein the guide recess (4; 54; 84) and the valve body (6; 56; 86) have similar cross sections and wherein the drive device (5; 55) comprises a gear device (13, 15; 66, 78) which is used for initiating a combined translational and rotational movement on the valve body (6; 56; 86) is formed in the guide recess (4; 54; 84), characterized in that the valve body (6; 56; 86) forms a direct seal at least in sections on at least one peripheral wall section (24, 25; 94, 95) of the guide recess ( 4) is present.

valve device claim 1 , characterized in that the valve housing (2; 52; 82) is formed in one piece.

valve device claim 1 or 2 , characterized in that the drive device (5, 55) is designed as an electric motor for providing a rotational movement to the gear device (13, 15; 66, 78).

Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the valve body (6; 56; 86) is guided in the guide recess (4; 54; 84) at least in a closed position on both sides of the fluid channel (3).

Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the valve body (6; 56; 86) has at least one change in cross section (18) along a motor axis (12).

valve device claim 5 , characterized in that the cross-sectional change (18) is designed as a cross-sectional reduction.

Valve device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device (5; 55) is sealingly attached to a mounting surface of the valve housing (2; 52; 82).