DE2418732A1

DE2418732A1 - Stromregelventil

Info

Publication number: DE2418732A1
Application number: DE2418732A
Authority: DE
Inventors: William W Beauregard
Original assignee: Springfield Wire Inc
Current assignee: Springfield Wire Inc
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1974-11-14
Also published as: IT1008466B; US3826463A; AU6646874A; JPS5013930A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. I. MAAS

DR. G. SPOTT

8000 MÜNCHEN 40

SCHLEI33HEIMER3TR. 299

TEL. 3592201/205

WIRE, ING. Springfield, Massachusetts, 7.St.A.

Stromregelventil

Die Erfindung betrifft Stromregelventile.

Schon vor einiger Zeit sind in der Patentliteratur Stromregelventile beschrieben worden, die eine Scheibe aufweisen, welche in Kombination die Aufgaben eines elastischen Ventilsitzes und eines Stromregelteils erfüllt. Bei solchen Ventilen, von denen eines in der U.S.A.-Patentschrift 2 815 925 beschrieben ist, ist der Gedanke verwirklicht, in einem einzigen elastischen Bauteil die Funktionen einer Ventilsitzscheibe und einer Stromregelscheibe derart zu vereinigen, daß eine konstante Durchsatzmenge aufrechterhalten wird. Derartige Ventile sind bei Geräten der verschiedensten Art verwendbar, z.B. bei automatischen Eisherstellungseinrichtungen, bei denen ein konstanter Durchfluß ohne Rücksicht auf Schwankungen des Drucks des im Haushalt verfügbaren Wassers aufrechterhalten werden muß,

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wobei der Druck des Wassers zwischen etwa 1,04 und 10,4 bar variieren kann. Gewöhnlich, weisen die bis jetzt bekannten Ventile dieser Art eine Hingschulter auf, an der sich der äußere Eandabschnitt der elastischen StromregeIscheibe abstützt, Die Dichtungswirkung solcher Scheiben, die eine doppelte Aufgabe erfüllen, wird dadurch erzielt, daß ein hydraulischer Druck die Scheibe gegen die Ringschulter drückt, und daß außerdem eine enge Passung zwischen dem Umfang der Scheibe und dem die Scheibe umschließenden Ventilgehäuse vorhanden ist. Zwar ist bei niedrigen Betriebsdrücken eine enge Passung zwischen der Scheibe und dem Ventilgehäuse erforderlich, um bei geschlossenem Ventil Leckverluste zu verhindern, doch hat es sich gezeigt, daß bei dieser Anordnung die Gefahr besteht, daß die einwandfreie Regelung des Wasserstroms beeinträchtigt wird.

Damit die Durchsatzmenge geregelt werden kann, bleibt bis jetzt der der Ventilöffnung oder Drossel benachbarte Teil der Scheibe ohne Unterstützung, so daß es der Scheibe möglich ist, sich in den Auslaß hinein durchzubiegen, um so die von der Ventil- oder Drosselöffnung der Scheibe je Zeiteinheit durchgelassene Flussigkeitsmenge in Abhängigkeit von den Druckänderungen einzuschränken, die in der Strömungsrichtung vor dem Ventil auftreten. Bei Wasserdrücken, die im oberen Teil des für Haushaltungen in Frage kommenden Bereichs liegen, hat es sich gezeigt, daß diese elastischen Kombinationsscheiben ungeexgnet sind, da bei ihnen die Gefahr besteht, daß ihr Material in den Auslaß hinein extrudiert wird, so daß die Durchsatzmenge der Regelöffnung zu stark verringert wird» Außerdem besteht die Gefahr eines "Verschleißes" oder eines "Kriechens" des Materials der elastischen Scheibe, da die Scheibe jeweils wanrend langer Zeitspannen in Anlage am Rand der sie tragenden Schulter in einem stark verformten Zustand gehalten wird. Um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die sich aus dem Extrudieren des Materials der Scheibe beim Betrieb unter hohem Druck ergeben, wurde bereits vorgeschlagen, einen Sprengring vorzusehen, der die elastische Scheibe

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nahe ihrem oberen äußeren Hand umschließt, um so die radiale Verformung des oberen 'Keils des Scheibenkörpers nach innen zu begrenzen. Diese Maßnahme hat sich jedoch nicht als geeignet erwiesen, das Auftreten von Leckverlusten bei abgestelltem Ventil zu verhindern.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Stromregelventil zu schaffen, das einen konischen Ventilsitz aufweist, bei dem eine einstückige elastische, zur Stromregelung und zum Absperren des Ventils dienende Kombinationsscheibe in einem Abstand von dem konischen Ventilsitz angeordnet ist, und bei dem die Konstruktion derart ist, daß das Auftreten von Undichtigkeiten bei abgesperrtem Ventil möglichst weitgehend ausgeschaltet ist, ohne daß die Fähigkeit der Scheibe, den Strom zu regeln, beeinträchtigt wird. Ferner soll durch die Erfindung ein kombiniertes elastisches Absperr- und Stromregelglied in Form einer Scherbe der genannten Art geschaffen werden, bei der es nicht erforderlich ist, einen gesonderten Haltering vorzusehen. Yveiterhin soll ein elastisches Bauteil der genannten Art zur Verwendung in Verbindung mit einem keine Schulter aufweisenden, kegelstumpfförmigen Ventilsitz geschaffen werden, das so ausgebildet ist, daß sich die Schwierigkeiten verringern, die sich als Folge einer Verformung des Bauteils bzw. der Scheibe daraus ergeben, daß bei dem Elastomermaterial der Scheibe Kriecherscheinungen auftreten. Schließlich soll durch die Erfindung ein kombiniertes elastisches Bauteil der genannten Art geschaffen werden, bei dem die Gefahr auf ein Minimum verringert ist, daß sich das Bauteil bzw. die Scheibe von ihrem Sitz abhebt, wenn sie während des Transports und der Handhabung Schwingungen oder Stoßen ausgesetzt wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

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1 einen teilweise als Ansicht gezeichneten Schnitt durch eine Ausführungsform eines durch einen Elektromagneten steuerbaren Ventils;

S¹Xg. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung, in der bestimmte Teile des Ventils eine andere Lage einnehmen; und

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Zu dem dargestellten, insgesamt mit 4 bezeichneten Stromregelventil gehört ein einstückiges Ventilgehäuse, das als Formteil aus Kunststoff, z.B. Nylon oder dergleichen, hergestellt sein kann. Das Ventilgehäuse besitzt einen rohrförmigen Einlaß 6 mit einem Außengewinde 8 zum Anschließen des Ventils an eine Wasserzuführungsleitung. Ferner ist das Ventilgehäuse mit einem Auslaß 10 versehen, der ein Außengewinde aufweist, um mit einem beliebigen Gerät verbunden werden zu können, dem Waaser mit einer konstanten Durchsatzgeschwindigkext zugeführt werden soll.

Der Einlaßabschnitt 6 ist mit einer Bohrung 12 versehen, die in einer Ventilkammer 14 mündet, in der ein Ventilschließorgan 16 angeordnet ist. Das Schließorgan weist eine konische Spitze auf, die gegenüber einem zylindrischen Anker 18 nach unten ragt, welcher auf- und abbewegbar in einem becherförmigen, flüssigkeitsdichten Gehäuse 20 gelagert ist. Zu dem Gehäuse 20 gehört ein zylindrischer Abschnitt, der in eine zentrale Aussparung einer insgesamt mit 21 bezeichneten Spulen- und Kernbaugruppe hineinragt, und ferner ist ein sich nach außen erweiternder Mantelabschnitt 29 vorhanden, der nahe seinem äußeren Sand einen O-Ring 24 zum Abdichten des oberen Endes der Ventilkammer 14 trägt. Der Anker 18 ist von einer Schraubenfeder 22 umgeben, deren unteres Ende sich an einem Flansch 23 des Ankers abstützt, während ihr oberes Ende am inneren Rand des Gehäusemantels 29 anliegt. Ferner ist ein Tragstück 26 vorhanden, das durch Schrauben 28 in seiner Lage gehalten wird, welche den Mantelabschnitt 29 des becherförmigen Gehäuses mit abdichtender Wirkung in Anlage an einer Ringfläche 30 halten, die an dem Ventilgehäuse nahe dem offenen

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Ende der Ventilkammer 14 ausgebildet ist. In die Ventilkammer 14 ragt von unten nach oben ein Ansatz 31 hinein, der eine allgemein zylindrische Bohrung 32 hat, welche mit ihrem oberen Ende in der Ventilkammer 14 mündet, während ihr unteres Ende in eine nach innen und unten geneigte, kegelstumpfförmige Fläche 34- übergeht. An den inneren Hand der konischen Fläche 34- schließt sich ein Auslaßkanal an, der zum Auslaß 10 des Ventils führt. Der insbesondere aus Fig. 3 ersichtliche Neigungswinkel a der konischen Fläche 34- liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 13°; hierbei richtet sich die Wahl dieses Winkels jeweils nach der Dicke und der Elastizität der Scheibe 40 und dem Durchmesser ihrer Durchlaßöffnung 42.

Die Scheibe 40 ist in der Bohrung 32 des Ventilgehäuses angeordnet und dient gleichzeitig als Ventilsitz für die konische Spitze 16 des Ankers und als Einrichtung zum Aufrechterhalten eines konstanten Stroms. Sie besteht aus einem Elastomermaterial, z.B. Neopren, und weist einen zentral angeordneten Durchlaß 42 auf. Die obere und die untere Stirnfläche der Scheibe 40 sind allgemein eben und parallel zueinander. Die äußere Umfangsfläche der Scheibe ist zylindrisch, doch ist nahe dem unteren äußeren Rand der Scheibe an ihr ein allgemein torusförmiger Halte- und Abdichtungswulst 46 ausgebildet. Der torusförmige Wulst bzw. der ringförmige Flansch 46 läßt sich gemäß Fig. 3 mit engem Sitz in eine ringförmige Aussparung 48 am unteren Ende der zylindrischen Bohrung 32 einbauen, während der zylindrische Teil der Scheibe mit einem Spielraum in die Bohrung 32 paßt, so daß keine radial nach innen gerichteten Verformungskräfte auf das der Strömung zugewandte Ende der Scheibe wirken, durch das die gewünschte Stromregelung zum größten Teil bewirkt wird. Der Dichtungswulst 46, der in Fig. 3 etwas flachgedrückt dargestellt ist, hat einen so großen Außenfiurchmesser, daß sich eine Maßüberschneidung gegenüber der Wand der Aussparung 48 ergibt, damit eine Abdichtung im wesentlichen längs einer geschlossenen Linie herbeigeführt wird, an der Dichtungskräfte zur Wirkung kommen. Ist das Ventil geschlossen, wie es in Fig. 1

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gezeigt ist, gewährleistet diese Linienberührung zur Abdichtung am in die Strömungsrichtung weisenden Ende der Scheibe 40 einen maximalen Abdichtungswirkungsgrad bei einer minimalen resultierenden radialen Verformung am zur Stromregelung dienenden oberen Ende des Durchlasses 42, so daß das Auftreten von Undichtigkeiten am Umfang der Scheibe verhindert wird. Hierbei handelt es sich um ein sehr wichtiges Merkmal, denn bei bestimmten Geräten, z.B. solchen zum Herstellen von Eis, kann eine Undichtigkeit bei geschlossenem Ventil dazu führen, daß entweder Wasser aus den Schalen zum Herstellen von Eiswürfeln überläuft, wenn eine erhebliche Undichtigkeit vorhanden ist, oder daß die Vasserzuführungsleitung einfriert und sich verstopft, wenn nur eine geringe Undichtigkeit vorhanden ist. Die bei dieser Anordnung erzielbare Abdichtungswirkung ist von dem Druck, der auf die der Strömung zugewandte Seite der elastischen Scheibe relativ unabhängig; Dies steht in bemerkenswertem Gegensatz zu älteren bekannten Konstruktionen solcher zwei Aufgaben erfüllender Scheiben, bei denen in drster Linie der auf ihre der Strömung zugewandte Fläche wirkende Druck und in einem gewissen Ausmaß eine feste Flächenberührung zwischen der gesamten äußeren Umfangsflache der Scheibe und des sie umschließenden Teils des Ventilgehäuses ausgenutzt wird, um eine Abdichtung zu bewirken. Bei niedrigen Betriebsdrücken besteht die Gefahr, daß die druckabhängige Abdichtung nicht mehr ausreicht, und der feste Sitz zwischen der Umfangsfläche der Scheibe und dem Ventilgehäuse bringt die Gefahr mit sich, daß die Stromregelungseigenschaften der Scheibe beeinträchtigt werden.

Zusätzlich zu seiner Abdichtungswirkung dient der Wulst 46 dazu, die Scheibe 40 im Ventilgehäuse fest in ihrer Lage zu halten, nachdem sie in die Aussparung 48 eingebaut ist, und er verringert die Gefahr, daß sich die Scheibe nach ihrem Einbau aus ihrer Verankerung löst, auf ein Minimum.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Scheibe 40 eine Dicke von etwa 3» 175 bis 6,35 nun haben,

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der Durchmesser des Durchlasses 42 kann etwa 0,762 "bis 2,54- mm betragen, und ihr Werkstoff hat eine Durometerhärte von etwa 55 his 75· Im vorliegenden Fall ist der obere 'feil des Durchlasses 4-2 etwa über die Hälfte der Länge des Durchlasses zylindrisch geformt. An diesen Teil des Durchlasses schließt sich ein sich nach unten glockenförmig erweiternder Abschnitt an. Me in Fig. 3 durch die Strecke d angedeutet, hat der Dichtungswulst 46 einen Hundungsdurchmesser von etwa 1,27 mm.

Solange die Scheibe 4-0 keinem Druck ausgesetzt ist, erstreckt sich die Unterseite der Scheibe über die gesamte konische Fläche 34· hinweg und ist durch einen Abstand von dieser Fläche getrennt. Das Öffnen und Schließen des "Ventils wird dadurch gesteuert, daß der Anker 18 mit Hilfe des Elektromagneten freigegeben bzw. zurückgezogen wird, so daß die konische Spitze 16 den Strömungskanal dadurch schließt, daß sie, in Eingriff mit dem Durchlaß 42 der elastischen Scheibe 40 gebracht wird, bzw. daß sie den Durchlaß geöffnet hält. Gemäß Fig. 2 kann eine beliebige elektrische Einrichtung vorhanden sein, die Spulen- und Kernbaugruppe 21 zu betätigen, wenn der Anker 18 zurückgezogen werden soll. Wird die Spule abgeschaltet, führt die Feder 22 die konische Spitze 16 in ihre Schließstellung nach Fig. 1 zurück.

Wird das erfindungsgemäße Ventil Schwankungen des Wasserdrucks ausgesetzt, bewirkt der auf die Oberseite der elastischen Scheibe 40 wirkende Druck, daß die Scheibe in Abhängigkeit von dem in der Strömungsrichtung vor der Scheibe herrschenden Druck in einem unterschiedlichen Ausmaß nach unten durchgebogen wird. Je höher der zur Wirkung kommende Druck ist, desto größer wird die Berührungszone zwischen der Unterseite der Scheibe 40 und der konischen Fläche 34, wobei sich die Berührungszone von dem Wulst 46 ausgehend nach innen verbreitert. Bei zunehmender Durchbiegung der Scheibe verkleinert sich der Querschnitt des Durchlasses 42 im "Verhältnis zu der Durchbiegung. Bei dieser Konstruktion wird jederzeit ohne Rücksicht auf den in der

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Wasserleitung herrschenden Druck ein konstanter Wasserstrom aufrechterhalten.

Die Scheibe 40 übt ihre Stromregelwirkung allgemein in zwei Phasen aus, d.h. je nach der Durometerhärte des Gummis in einem unteren Druckbereich von etwa 2 bis 3»4 bar und dann in einem höheren Druckbereich von etwa 2,8 bis 5,4 bar. In dem unteren Druckbereich wird die Stromregelung durch die Durchbiegung der Scheibe herbeigeführt, die bewirkt, daß bei zunehmendem Druck die Unterseite der Scheibe nach unten durchgebogen wird und in zunehmende Flächenberührung mit der konischen Sitzfläche 34 kommt. Wenn nach dem Erreichen eines Drucks von etwa 2 bis 3,4 bar die gesamte Unterseite der Scheibe durch die konische Sitzfläche des Ventilgehäuses abgestützt wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, führt eine weitere Steigerung des Fluddrucks dazu, daß die Scheibe zusammengedrückt wird, und daß der Durchmesser des Durchlasses 42 proportional zum Ausmaß der Zusammendrückung weiter verkleinert wird.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Ventil nicht die Gefahr besteht, daß das Material der Scheibe 40 in den Auslaßkanal 36 hinein extrudiert wird, und daß ohne das Vorhandensein einer Berührung zwischen der zylindrischen äußeren Umfangsfläche der Scheibe 40 und der Wand der Bohrung 32 der Wulst 46 mit abdichtender Wirkung mit der Wand der Aussparung 48 zusammenarbeitet, um bei geschlossenem Ventil eine einwandfreie Abdichtung zu bewirken.

Ansprüche; 403846/0770

Claims

A N S P R Ü CHE

<r1,Λ Stromregelventil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilgehäuse vorhanden ist, das eine Kammer (14) aufweist, die mit einer von außen nach innen und unten geneigten kegelstumpfförmigen Auslaßfläche (34) versehen ist, daß eine einstückige elastische Scheibe (40) mit einem zentralen Durchlaß (42) vorhanden ist, daß diese Scheibe eine Fläche besitzt, die dann, wenn die Scheibe unbeansprucht ist, in einer Ebene liegt, welche sich im rechten Winkel zur Achse des Durchlasses erstreckt, wobei die Fläche der Scheibe im wesentlichen die gesamte kegelstumpfförmige Auslaßfläche des Ventilgehäuses in einem Abstand von dieser Fläche überspannt, daß die Scheibe nahe ihrem unteren äußeren Hand einen nach außen vorspringenden, allgemein torusförmigen WuIstabschnitt (46) aufweist, daß dieser Wulstabschnitt mit einer Maßüberschneidung bzw. einem Preßsitz in das Ventilgehäuse eingebaut ist, um zwischen dem Wulstabschnitt und dem Ventilgehäuse eine Abdichtung längs einer geschlossenen Linie zu bewirken, und daß ein Verschlußorgan (16) vorhanden ist, das sich betätigen läßt, um den Durchlaß der Scheibe nach Bedarf zu öffnen und zu schließen.
2. Stromregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein eines vorbestimmten Fluddrucks auf der dem Strom zugewandten Seite der Scheibe (40) die Unterseite der Scheibe so durchgebogen wird, daß sie in Flächenberührung mit der kegelstumpfförmigen bzw. konischen Fläche (34) des ^ventilgehäuses kommt, daß hierbei der Durchmesser des Durchlasses (42) in Abhängigkeit vom Ausmaß der Durchbiegung der Scheibe verkleinert wird, und daß oberhalb des genannten vorbestimmten Drucks der Durchmesser des Durchlasses in Abhängigkeit vom Ausmaß der Zusammendrückung der elastischen Scheibe ver-.kleinert „ird. _409846/0770
3· Stromregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die elastische Scheibe (40) aus einem ELastomermaterial mit einer Durometerhärte im Bereich von 55 bis 75 besteht, und daß die konische Fläche (34) des Ventilgehäuses so geneigt ist, daß der Winkel in einer senkrechten Ebene zwischen der genannten Ebene und der konischen Hache im Bereich von 10° bis 13° liegt.
4. Stromregelventil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilgehäuse vorhanden ist, daß das Ventilgehäuse eine Kammer (14) aufweist, an die sich eine kegelstumpfförmige Auslaßfläche anschließt, daß eine einstückige elastische Scheibe (40) mit einem durchgehenden zentralen Durchlaß (42) vorhanden ist, daß die Scheibe eine zylindrische äußere Umfangsfläche hat, daß am unteren äußeren Hand der Scheibe ein in der Umfangsrichtung verlaufender, allgemein torusformxger, nach außen ragender Wulst (45) ausgebildet ist, daß das Ventilgehäuse eine allgemein zylindrische Wand (32) aufweist, die sich an den äußeren Rand der konischen Fläche anschließt und mit einer Aussparung (48) zum Aufnehmen des Wulstes versehen ist, daß die Scheibe mit ihrer zylindrischen äußeren Umfangsfläche locker in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, daß der Wulst der Scheibe mit einer Maßüberschneidung bzw. einem Preßsitz in die Aussparung eingebaut ist, um längs einer geschlossenen Linie eine Abdichtung zwischen dem Wulst und der Wand der Aussparung zu bewirken, daß die elastische Scheibe eine ebene untere Stirnfläche hat, die in einer sich im rechten Winkel zur Achse des Durchlasses erstreckenden Ebene liegt und die gesamte konische !'lache in einem Abstand von ihr überspannt, wenn die Scheibe unbeansprucht ist, daß die untere Stirnfläche der Scheibe unter der Wirkung eines Fluddrucks von über etwa 2,1 bar im wesentlichen vollständig in Flächenberührung mit der konischen Fläche steht, und daß ein Verschlußorgan (16) vorhanden ist, das sich betätigen läßt, um den Durchlaß der Scheibe nach Bedarf zu öffnen bzw. zu schließen.

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5» Stromregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der TJmf angsrichtung verlaufende Wulst (46) der elastischen Scheibe (40) allgemein torusförmig ist, daß die äußere U_1n fangs fläche des Wulstes an der Innenwand der Aussparung (48) in der Wand (32) des Ventilgehäuses anliegt, daß das Ausmaß der Flächenberührung zwischen der unteren Stirnfläche der elastischen Scheibe und der konischen Fläche vom Wulst der Scheibe ausgehend nach innen zunimmt, wenn der auf die dem Strom zugewandte Seite wirkende Druck auf etwa 2,1 bar ansteigt, und daß die Festigkeit der Passung zwischen dem Wulst und der Aussparung ausreicht, um die Scheibe in ihrer Arbeitsstellung gegenüber der kegelstumpfförmigen Fläche zu halten.

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