DE19826056C2 - Betätigungsvorrichtung für ein Ventil und zugehöriger Hubverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrich­ tung für ein Ventil, mit einem Stellglied, das über ei­ nen Hubverstärker auf ein Kupplungsglied, das mit dem Verschlußstück des Ventils kuppelbar ist, wirkt, wobei der Hubverstärker Elemente mit Keilflächen unterschied­ licher Neigung umfaßt.

Aus DE 43 19 814 C1 ist eine gattungsgemäße Betäti­ gungsvorrichtung mit Hubverstärker für thermostatisch betätigbare Ventile bekannt. Der Hubverstärker weist ein Verstärkerelement mit zwei Keilflächen oder Rampen auf, die sich radial oder in Umfangsrichtung erstrecken und von denen die eine mit einem Eingangs- oder Aus­ gangselement und die andere mit einem gehäusefesten Teil zusammenwirkt. Auf diese Weise kann man den Hub des Stellgliedes in einen vergrößerten oder verkleiner­ ten Hub umsetzen.

Aus DE 42 06 703 A1 ist eine Mischbatterie bekannt, die für den Fall, daß die Anschlüsse für warmes und kaltes Wasser vertauscht sein sollten, eine Umkehrvorrichtung zwischen einem Sollwert-Stellelement und einem Thermo­ staten aufweist. Die Umkehrvorrichtung weist ein Ein­ gangselement, das vom Stellglied längs einer Achse ver­ lagerbar ist, mit einer als Konus ausgebildeten Ein­ gangskeilfläche, ein Ausgangselement, das ebenfalls längs der Achse verlagerbar ist, mit einer als Konus ausgebildeten Ausgangskeilfläche und mehreren Zwi­ schenelementen in der Form von zweiarmigen Hebeln auf, die mit ihren Enden an dem Eingangs- bzw. Ausgangskonus anliegen.

Aus DE 43 18 834 C1 ist ein sanitäres Thermostatventil bekannt, das eine Umkehrvorrichtung zwischen einem Thermostatglied und dem Verschlußstück des Ventils auf­ weist. Die Umkehrvorrichtung besitzt Rippenglieder, die um den Rand eines Widerlagers gekippt werden, wobei die radial äußeren Enden nach unten und die radial inneren Enden nach oben wandern oder umgekehrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Betätigungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Konstruktion führt das Ausgangselement weder eine Querbewegung noch eine Drehbewegung aus. Die Hub­ verstärkung ergibt sich, weil bei Verstellung des Ein­ gangselements in Schließrichtung des Ventils das minde­ stens eine Zwischenelement seitlich verlagert wird und das Ausgangselement unter dem Einfluß der den Ventil­ schaft belastenden Rückstellfeder der zweiten Zwischen­ keilfläche folgt.

Empfehlenswert ist es, daß das Eingangselement zwei symmetrisch angeordnete Eingangskeilflächen und das Ausgangselement zwei symmetrisch angeordnete Ausgangs­ keilflächen aufweist und daß zwei symmetrisch angeord­ nete Zwischenelemente vorgesehen sind, die durch die Querkraft gegeneinander belastet sind. Hierbei arbeiten Eingangs-, Zwischen- und Ausgangselemente weitgehend symmetrisch zueinander, was es erlaubt, ohne gehäusefe­ ste Führungen für die Eingangs- und Ausgangselemente auszukommen. Der Ventilschaft wird im wesentlichen axial belastet, so daß eine lang dauernde Abdichtung gewährleistet ist.

Günstig ist es, daß der auf die Achse bezogene Nei­ gungswinkel der zweiten Zwischenkeilfläche den gleichen Neigungssinn wie der Neigungswinkel der ersten Zwi­ schenkeilfläche hat, aber kleiner ist. Dies führt zu einer gleichsinnigen Verstärkung.

Eine Alternative besteht darin, daß der auf die Achse bezogene Neigungswinkel der zweiten Zwischenkeilfläche entgegengesetzten Neigungssinn wie der Neigungswinkel der ersten Zwischenkeilfläche hat, aber kleiner ist. Hier wird der Verstärkungseffekt mit einer Bewegungsum­ kehr gekoppelt, so daß aus einem Wärmeventil, das bei zunehmender Temperatur schließt, durch Einbau des Hub­ verstärkers ein Kälteventil geschaffen wird, das bei zunehmender Temperatur öffnet und gleichzeitig einen Verstärkungsfaktor unterliegt.

Vorzugsweise ist die Querkraft durch mindestens eine Feder erzeugt. Hierfür sind zahlreiche Federarten ge­ eignet, beispielsweise Schraubenfedern, Bügelfedern, Ringfedern u. dgl. aber auch einfache O-Ringe oder ein elastisches Band. Am günstigsten sind Federn, die die beiden Zwischenelemente umschließen und auf diese Weise gegeneinander drücken, weil sich dann die Einheit im Verhältnis zu den übrigen Teilen selbst zentriert.

Empfehlenswert ist es, daß das Kupplungsglied durch das Ausgangselement gebildet ist und einen Anschlag für ei­ nen in Andruckrichtung federbelasteten Ventilstift auf­ weist. Dies ergibt eine besonders geringe Bauhöhe.

Günstig ist es auch, daß die Führung für die Zwi­ schenelemente an einem Aufsatz angebracht ist, der Mit­ tel zum Befestigen an einem Ventilgehäuse aufweist. Da­ mit ist dem Ausgangselement die richtige Lage mit Bezug auf den Ventilstift vorgegeben.

Mit Vorteil weist der Aufsatz auch das Stellglied (10) auf. Dies ergibt eine leicht handhabbare Betätigungs­ vorrichtung.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, daß der Aufsatz eine Halterung aufweist, an der ein das Stellglied enthaltendes Oberteil befestigbar ist. Der Aufsatz kann demnach auch zweiteilig sein.

Dies empfiehlt sich insbesondere, wenn die Halterung des Aufsatzes derjenigen des Ventilgehäuses entspricht. Das Oberteil kann dann wahlweise direkt oder unter Zwi­ schenschaltung des den Hubverstärker aufnehmenden Auf­ satzes auf das Ventilgehäuse aufgebracht werden.

Vorzugsweise ist der Hubverstärker auch als selbständi­ ges Bauelement einer Betätigungsvorrichtung handelbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemä­ ße Betätigungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 2.

Die Betätigungsvorrichtung 1 der Fig. 1 weist einen Aufsatz 2 auf, der mit Hilfe von Befestigungsmitteln 3 an ein Ventilgehäuse 4, das eine entsprechende Halte­ rung 5 aufweist, befestigt werden kann. Das Ventilge­ häuse 4 ist lediglich gestrichelt angedeutet. Es zeigt die üblichen Teile, nämlich ein Verschlußstück 6 mit einer Rückstellfeder 7, die das Ventil normalerweise offen hält, und einen Ventilstift 8, der durch eine Stopfbuchse 9 nach außen geführt ist. Die Teile des Ventils sind weder maßstabgerecht noch in ihrer Lage richtig dargestellt.

Im Aufsatz 2 befindet sich ein thermostatisch betätig­ bares Stellglied 10, das über eine Kapillarrohrleitung 11 mit einem externen Fühlerelement verbunden ist. Das thermostatische System kann beispielsweise mit einer Flüssigkeits-Dampf-Füllung oder mit einer Flüssigkeit arbeiten. Das Stellglied 10 besitzt eine Stellfläche 12 und ein Wellrohr 13.

Ein Hubverstärker 14 weist ein Eingangselement 15 und ein Ausgangselement 16, die längs einer der Bewegungs­ bahn des Stellgliedes 10 entsprechenden Achse E verla­ gerbar sind, und zwei Zwischenelemente 17 und 18 auf, welche auf Führungen 20 senkrecht zur Achse E und damit senkrecht zur Symmetrieebene, welche zwischen den bei­ den Zwischenelementen 17 und 18 verläuft, geführt sind. Das Eingangselement 15 ist mit einem topfartigen Fort­ satz 21 versehen, der das Wellrohr 13 umgibt. Außerdem besitzt das Eingangselement 15 zwei symmetrisch zur Achse E und damit zur Symmetrieebene angeordnete Keilflächen 22 und 23, die in diesem Ausführungsbei­ spiel in einem Winkel von 50° zur Symmetrieebene ver­ laufen. Das Ausgangselement 16, das gleichzeitig als Kupplungselement zur Verbindung mit dem Ventilstift 8 dient, besitzt ebenfalls zwei Keilflächen 24 und 25, die in diesem Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 35° zur Achse und damit zur Symmetrieebene verlaufen und ein zu den Keilflächen 22 und 23 entgegengesetzten Neigungssinn haben.

Die beiden Zwischenelemente 17 und 18 besitzen erste Keilflächen 26 und 27, die den Keilflächen 22 und 23 angepaßt sind, und zweite Keilflächen 28 und 29, die den Keilflächen 24 und 25 angepaßt sind.

Wenn das Eingangselement 15 in Schließrichtung des Ven­ tils betätigt wird, werden die beiden Zwischenelemente 17 und 18 in Querrichtung auseinander gedrückt. Da das Ausgangselement 16 durch die Rückholfeder 7 in Richtung auf das Eingangselement 15 gedrückt wird, erfolgt eine Verstellung des Verschlußstückes 6 in Gegenrichtung zu derjenigen des Stellgliedes 10. Gleichzeitig ergibt sich ein durch die Winkelbeziehung 50° zu 35° bewirkte Verstärkung, hier mit einem Verstärkungsfaktor von 1,7.

Eine Feder 30, welche die beiden Zwischenelemente 17 und 18 umschlingt, sorgt dafür, daß diese Zwischenele­ mente jeweils auf einander zugedrückt werden und auch folgen, wenn die Stellbewegung entgegen der Schließ­ richtung des Ventils auftritt. Statt der veranschau­ lichten Ringfedern kann auch eine Schraubenfeder, Fe­ derbügel u. dgl. verwendet werden. Es kommen auch gum­ mielastische Werkstoffe u. dgl. in Betracht. Die Feder 30 sollte so kräftig sein, daß das Ventil nicht im Stande ist, über den Ventilstift das System in Gegen­ richtung zu beeinflussen, und daß sie das Ventil ge­ schlossen halten kann. Die beste Leistung wird dadurch erreicht, daß die Federkraft in beiden Richtungen gleich ist. Dies ergibt eine automatische Ausrichtung der Teile.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 bis 4 werden für entsprechende Bauteile um 100 erhöhte Bezugszeichen gegenüber Fig. 1 verwendet. Unterschiedlich ist im we­ sentlichen, daß der Aufsatz 102 lediglich den Hubver­ stärker 114 aufweist, aber eine Halterung 131 besitzt, die der Halterung am Ventilgehäuse entspricht, so daß man auf den Aufsatz 102 ein Oberteil mit Stellglied 10 aufsetzen kann. Das Oberteil kann daher wahlweise mit oder ohne Zwischenschaltung eines Hubverstärkers 114 verwendet werden.

Unterschiedlich ist auch, daß die zweiten Zwischen­ keilflächen 128 und 129 zusammen mit den Ausgangs­ keilflächen 124 und 125 den gleichen Richtungssinn ha­ ben wie die ersten Zwischenkeilflächen 126 und 127 zu­ sammen mit den Eingangskeilflächen 122 und 123, aber unterschiedliche Winkel zur Achse E und damit zur Sym­ metrieebene bilden, hier wiederum eingangsseitig 50° und ausgangsseitig 35°. Bei dieser Konstruktion wird die Verstärkung ohne Bewegungsumkehr erzielt.

In beiden Ausführungsbeispielen sollten die Keilflächen aus einem Material geringen Reibungswiderstandes beste­ hen, damit der Hubverstärker den Bewegungen des Stell­ gliedes rasch folgt. Die Keilflächen brauchen auch nicht eben zu sein. Sie können beispielsweise Rinnen­ form besitzen oder genutet sein, was eine zusätzliche Führung ermöglicht.

Damit das Ausgangselement 16, 116 vor der Befestigung des Aufsatzes am Ventilgehäuse nicht herausfällt, kann beispielsweise eine Aufhängung mit Längsschlitzen vor­ gesehen sein, die an der Führung 119, 120 oder am Ein­ gangselement aufgehängt ist.

Es versteht sich, daß der Hubverstärker nicht nur für Verstärkungsfaktoren größer Null, sondern auch für sol­ che kleiner Null ausgelegt sein können.

Die Ausführungsbeispiele zeigen Stellglieder mit exter­ nem Temperaturfühler. Es besteht aber auch die Möglich­ keit, den Fühler im Stellglied vorzusehen. Statt des thermostatischen Stellgliedes können auch andere Stell­ glieder, beispielsweise solche mit einem beheizbaren Dehnstoff, wie eine elektrisch beheizbare Wachspatrone, verwendet werden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Hub­ verstärker in einem eine selbständige Einheit bildenden Aufsatz 102 angeordnet. Dieser Aufsatz kann nach Wahl eingebaut werden oder nicht. Statt der veranschaulich­ ten Schraubbefestigungen können auch andere Verbin­ dungsarten angewendet werden, beispielsweise Schnapp­ verbindungen.

Claims (11)

1. Betätigungsvorrichtung für ein Ventil, mit einem Stellglied, das über einen Hubverstärker (14; 114) auf ein Kupplungsglied, das mit dem Verschlußstück (6) des Ventils kuppelbar ist, wirkt, wobei der Hubverstärker die folgenden Elemente aufweist:

• a) ein Eingangselement (15; 115), das vom Stell­ glied (10) längs einer Achse (E) verlagerbar ist, mit wenigstens einer Eingangskeilfläche (22, 23; 122, 123),
• b) ein Ausgangselement (16; 116), das ebenfalls längs der Achse (E) verlagerbar ist, mit we­ nigstens einer Ausgangskeilfläche (24, 25; 124, 125) und
• c) mindestens ein Zwischenelement (17, 18; 117, 118), das senkrecht zur Achse (E) geführt ist sowie je zwei Zwischenkeilflächen (26 bis 29; 126 bis 129) unterschiedlicher Neigung zur Achse (E) trägt, von denen unter dem Einfluß einer Querkraft jeweils die erste (26, 27, 126, 127) an einer Eingangskeilfläche (22, 23; 122, 123) und die zweite (28, 29; 128, 129) an einer Ausgangskeilfläche (24, 25; 124, 125) anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Eingangselement (15; 115) zwei symme­ trisch angeordnete Eingangskeilflächen (22, 23; 122, 123) und das Ausgangselement (16; 116) zwei symmetrisch angeordnete Ausgangskeilflächen (24, 25; 124, 125) aufweist und daß zwei symmetrisch angeordnete Zwischenelemente (17, 18; 117, 118) vorgesehen sind, die durch die Querkraft gegenein­ ander belastet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der auf die Achse (E) bezogene Neigungswinkel der zweiten Zwischenkeilfläche (128, 129) den gleichen Neigungssinn wie der Nei­ gungswinkel der ersten Zwischenkeilfläche (126, 127) hat, aber kleiner ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der auf die Achse (E) bezogene Neigungswinkel der zweiten Zwischenkeilfläche (28, 29) entgegengesetzten Neigungssinn wie der Nei­ gungswinkel der ersten Zwischenkeilfläche (26, 27) hat, aber kleiner ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Querkraft durch min­ destens eine Feder (30) erzeugt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied durch das Ausgangselement (16) gebildet ist und einen Anschlag für einen in Andruckrichtung federbela­ steten Ventilstift (8) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Führung (20; 119, 120) für die Zwischenelemente an einem Aufsatz (2; 102) angebracht ist, der Mittel (3; 103) zum Befe­ stigen an einem Ventilgehäuse (2; 102) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Aufsatz (2) auch das Stellglied (10) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Aufsatz (102) eine Halterung (131) aufweist, an der ein das Stellglied enthaltendes Oberteil befestigbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterung (131) des Aufsatzes (103) derjenigen des Ventilgehäuses (102) entspricht.

11. Hubverstärker (114) als selbständiges Bauelement einer Betätigungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 10.