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Blendenregulierventil
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Die Erfindung betrifft ein Blendenregulierventil zur Durchflussregelung
eines fliessbaren Mediums, wobei eine Anzahl sich gegenseitig berührender, in den
Durchflusskanal einführbarer, flacher Blendenelemente zwischen zwei Gehäusehälften
angeordnet und durch mindestens einen ebenfalls im Gehäuse -untergebrachten Mitnehmerring
antreibbar ist.
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Blendenregulierventile weisen gegenüber herkömmlichen Absperrorganen
wie Schieberventilen, Hähnen, Hubventilen, Drosselklappe, usw. wesentliche Vorteile
auf. Der kontinuierlich variierbare Oeffnungsquerschnitt des Blendenregulierventils
ist immer koaxial zur Rohrachse angeordnet, so dass die Strömung im Ventil nicht
umgelenkt wird und nur geringe Druckverluste erfährt. Das Medium muss nicht wie
bei den Hubventilen seine Richtung mehrmals ändern.
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In jeder Schliesslage ist die Durchflussmenge genau bestimmbar, wobei
die Durchflusskennlinie theoretisch die Form einer Parabel aufweist. Die Genauigkeit
der Kennlinie wird hauptsächlich beeinflusst von der Leckrate zwischen den Blendensegmenten
und von der Art des Mediums, das reguliert werden soll. Bei dickflüssigen Medien
mit entsprechend kleinerer Leckrate nähert sich die praktische Kennlinienform der
theoretischen Parabelform.
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Aus der CH-PS 369.943 ist ein Blendenregulierschieber bekannt, dessen
Blendenelemente quer zur Wandung eines Durchflusskanals in diesen einführbar sind.
Zwischen den einzelnen Elementen befinden sich relativ grosse Spalte,
die
auch in der Schliessstellung nicht abgedichtet sind.
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Aus diesem Grund weist der bekannte Schieber eine hohe Leckrate auf,
so dass er für die genaue Durchflussregulierung nicht geeignet ist und daher nicht
anstelle eines konventionellen Regulierventils verwendet werden kann.
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Der bekannte Regulierschieber weist einen beweglichen Regulierring
auf, der nach aussen und an den beiden Flachseiten abgedichtet ist. Die seitliche
Abdichtung erfolgt gegen das Gehäuse hin bzw. gegen die beweglichen Blendenelemente
hin. Bei steigendem Druck innerhalb des Systems erhöht sich der Flächendruck an
den Dichtungen ebenfalls, was eine erhöhte Stellkraft zur Folge hat. Vom Nenndruck
her sind dem bekannten Schieber daher konstruktive Grenzen gesetzt.
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Dies hat zur Folge, dass der Schieber massiv und materialintensiv
ausgebildet ist, was eine teure Herstellung mit sich bringt. Auch von der Installation
her ist der Schieber kompliziert und aufwendig. Infolge der hohen Leckrate eignet
er sich nur für dickflüssige Medien wie Schlamm, Teig, Beton, usw. Er kann nicht
für leichtflüssige oder gar
gasförmige Medien eingesetzt werden
und bietet daher gegenüber den konventionellen Regulierventilen keine entscheidenden
Vorteile.
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Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, ein Blendenregulierventil
zu schaffen, bei welchem die Nachteile des bekannten Regulierschiebers vermieden
werden.
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Erfindungsgemäss erfolgt dies so, dass mindestens eine der Gehäusehälften
mit in den Durchflusskanal ragenden, einen Stern bildenden Auflagerippen für die
Blendenelemente versehen ist, und dass die Rippen bei geschlossenem Ventil die Berührungskanten
der Blendenelemente vollständig abdecken. Zweckmässigerweise können die Berührungskanten
benachbarter Blendenelemente gegengleich abgestuft sein.
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Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch das Ventil in
auseinandergezogener Darstellung, Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ventil bei entferntem
Oberteil, Fig. 3 eine Draufsicht auf die untere Gehäuse, platte,
Fig.
4 eine Draufsicht auf ein Blendenelement, Fig. 5 eine Stirnansicht auf das Blendenelement
gemäss Fig. 4, Fig. 6 einen Führungsstift mit Führungsbuchse, Fig. 7 einen zweiten
Führungsstift mit Führungsbuchse, Fig. 8 eine Draufsicht auf den Mitnehmerring,
Fig. 9 einen Längsschnitt IX-IX durch das Blendenregulierventil nach Fig. 2, Fig.
10 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungslorm eines Blendenregulierventils,
und Fig. 11 einen Querschnitt durch das Ventil gemäss Fig. 10.
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Das in den Figuren dargestellte Blendenregulierventil weist zwei
Gehäuseplatten 1, 2 auf, die mittels Schraubell 3 dicht gegeneinandergepresst sind.
Der nach unten vorstehende Rand 4 der oberen, ersten Gehäuseplatte 1 ragt in eine
entsprechende Ringnut 5 der unteren, zweiten Gehäuseplatte 2 hinein und quetscht
einen O-Ring 6y der
sich in dieser Nut 5 befindet. Die obere Geliäuseplatte
1 ist mit einer zylindrischen Aussparung 7 versehen, in welcher sechs Blendenelemente
8 und ein Mitnehnerring 9 gelagert sind.
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Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, haben die Blendenelemente im
wesentlichen die Form eines gleichseitigen Dreiecks, dessen eine, dem Rand 4 benachbarte
Ecke 10 aus Platzgründen abgeschrägt ist. Je zwei benachbarte Blendenelemente 8
berühren sich längs ihrer gemeinsamen Schenkelkanten 11, wobei diese Schenkelkanten
11 gegengleich abgestuft sind und sowohl die Funktion einer Führung als auch einer
Abdichtung zwischen den benachbarten Elementen 8 übernehmen.
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Jedes Blendenelement 8 weist zwei Führungsstifte 12S 13 auf, an deren
Enden je eine nach unten ragende Führungsbuchse 14 aufgeschraubt ist.
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Der eine Führungsstift 13 liegt auf der Winkelhalbierenden 16 der
beiden stufenartig vernetzten Schenkel 11 und weist eine obere, nockenartige Verlängerung
15 auf,
die zur Achse des Stiftes -13 exzentrisch angeordnet ist.
Wie später noch näher erläutert wird, kann mittels des exzentrischen Nockens 15
die genaue Lage der Blendenelemente relativ zueinander justiert werden.
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In der unteren Gehäuseplatte 2 sind sechs, ein gleichseitiges Sechseck
bildende, gerade Führungsnuten 17 ausgespart zur Aufnahme der Führungsbuchsen 14
der Blendenelemente . Die Führungsnuten 17 haben alle in bezug auf die Achse 30
der DurchflussöEfnung 18 den gleichen radialen Abstand. Je ein Ende der Nuten 17
ist über die jeweilige Ecke verlängert.
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Jedes Blendenelement 8 ist durch die Führungsnuten 17 tangential
zur Durchflussöffnung 18 geführt. In der geschlossenen Stellung ragen die Spitzen
19 der Blendenelemente 8 in die Durchflussöffnung 18 hinein, und die abgestuften
Schenkelkanten 11 sind durch die Rippen 20 eines Sterns 21 abgedeckt, der Bestandteil
der unteren Gehäuseplatte 2 ist und ebenfalls in die Durchflussöffnung 18 hineinragt.
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Die den Blendenelementen 8 zugekehrten Kanten des Sterns sind plan
und liegen in der gleichen Ebene wie die Platteninnenfläche 22. Der Stern bildet
zusammen mit der Platteninnenfläche 22 eine Führungsfläche für die Schieberelemente
8. Diese werden durch den Strömungsdruck gegen diese Führungsfläche 22 gedrückt.
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Zum Oeffnen des Ventils werden die Schieberelemente 8 gemeinsam in
ihren Nuten 17 bewegt, wodurch ein zentrischer, sechseckiger Durchflussquerschnitt
entsteht, der sich zunehmend erweitert, bis die Blendenelemente in ihrer Endstellung
angelangt sind.
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Die Verstellung der Blendenelemente 8 erfolgt durch den Mitnehmerring
9, der in der Aussparung 7 der oberen Gehäuseplatte 1 untergebracht ist.
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Im Mitnehmerring 9 sind sechs schräge, geknickte Führungsschlitze
23 ausgespart, in die die Nocken 15 der Führungsstifte 13 der Blendenelemente hineinragen.
Zur Verdrehung des Mitnehmerringes 9 dient ein Zahnritzel 24, dessen Achse 25 die
untere Gehäuseplatte 2 durchdringt, Das Zahnritzel 24 kämmt mit einem Zahnkranzsegment
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am Aussenumfang des Mitnehmerringes 9.
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Die gegenseitige Lage der Blendenelemente 8 kann durch Verdrehung
der exzentrischen Nocken 15 genau eingestellt und justiert werden. In der offenen
Stellung des Ventils befinden sich die Nocken 15 -im Abschnitt 23a des Führungschlitzes
23. Wird nun zumSchliessen des Ventils der Mitnehmerring 9 verdreht, so werden die
Blendenelemente 8 in die Durchflussöffnung des fliessenden Mediums hinein verschoben,
bis die Oeffnung annähernd vollständig abgeschlossen ist.
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Bei dieser Stellung der Blendenelemente 8 befinden sich die Nocken
15 im Bereich des Knicks des Führungsschlitzes 23 und die Führungsbuchsen 14 im
Bereich von radialen Erweiterungen 27 der Führungsnuten 17 der Gehäuseplatte 2.
Wird nun der Mitnehmerring 9 weiter verdreht, so gelangen die Nocken 15 in die mit
23a bezeichneten Abschnitte der Führungsschlitze 23, wodurch auf die Blendenelemente
8 eine erhöhte Radialkraftkomponente einwirkt.
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Die Führungsbuchsen 14 dringen in die radialen
Erweiterungen
27 der Schlitze 17 ein, so das die Blendenelemente gegeneinander radial verklemmt
werden, um eine hohe Dichtwirkung zu erzielen. Zweckmässigerweise werden die Spitzen
19 der Blendenelemente 8 abgestumpft, wie in Fig. 4 unter der Ziffer 28 gezeigt
ist. Die Schliesskanten 13 und die abgestllmpftcn Spitzen 28 sind durch den Führungsstern
21, 29 vollständig abgedeckt.
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Auch die obere Gehäuseplatte 1 kann mit einem Führungsstern 29 versehen
sein, so dass die Blendenelemente 8 innerhalb der Durchflussöffnung 18 zwischen
den beiden Sternen geführt sind. Um eine erhöhte Klemmwirkung in der Schliesslage
zu erhalten, könnten die Blendenelemente oben keilförmig geneigt sein. Auch die
entsprechenden Flächen des zugeordneten Sterns 29 könnten abgeschrägt sein.
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Statt der keilförmigen bzw. abgeschrägten Flächen könnten auch andere
Mittel zur Erzeugung einer Verklemmung verwendet werden, z. B. schräge Rippen an
den Blendenelementen, die kurz vor dem vollständigen Schliessen des Ventils mit
den Rippen des Sterns in Eingriff kommen.
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Bei anderen Ausführungsformen können in den Rippen 20 der Sterne
Nuten ausgespart sein, in welche Dichtstreifen eingelegt ;ind, die gegen die Berührungskanten
11 der Blendenelemente 8 gedrückt sind bei geschlossenem Ventil.
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Die Blendenelemente können verschiedene Formen aufweisen, z. B. vier
rechteckige Elemente oder auch eine Mehrzahl von sichelförmigen Elementen. Die Rippen
der Sterne müssen dann ebenfalls entsprechend ausgebildet sein.
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Wesentlich ist, dass die Segmentführung immer um 0 90 zur Winkelhalbiercnden
der Segmentspitze in der geschlossenen Lage erfolgt.
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Das vorstehend beschriebene Blendenregulierventil weist folgende
Vorteile auf: - Durch entsprechende Anordnung der Stiftführung im Stellring wird
in der Schliesslage die Bewegung der Segmente in der Weise geändert, dass sie eine
Zentralbewegung
zum Mittelpunkt erfahren. Dadurch entsteht ein
Druck an den Flanken, der die gegenseitige Abdichtung der Elemente verbessert.
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- Durch die Neigung der Segmente und entsprechenden Flächen des Führungssternes
im Oberteil wird in der letzten Phase des Schliessens, bei der radialen Bewegung
der Segmente, ein Druck zwischen den beiden Führungssternen erzeugt, d. h. die Segmente
werden auf die Auslageflächen gepresst und dichten ab.
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- In jeder Stellung, ausser der Schliessstellung, laufen die j»lendenelemente'
lose aufeinander und sind locker durch die abgestuften Schenkelkanten geführt.
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Die Reibungskräfte sii0d sehr gering.
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- Die Führung des Stellringes ist durch die Aussparung im oberen
Gehäuseteil gewährleistet. Der Antrieb des Stellringes erfolgt auf sehr einfache
Weise über den Zahnkranz und das Ritzel. Die nach aussen geführte Welle des Ritzels
kann über einen Simmer-Ring abgedichtet werden.
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Sie kann mit jeder Art von Antrieb, z. B. motorisch oder
manuell
verbunden sein.
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- Das beschriebene Blendenregulierventil verursacht keine Geräusche,
da seine Bauart ausgesprochen strömungsfreundlich ist. Im Vergleich zu konventionellen
Ventilen können bei gleichem Geräuschpegel höhere Durchflussmengen bewältigt werden.
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- Wie eingangs erwähnt worden ist, wirkt sich die Stellkraft bei
konventionellen Ventilen voll gegen den Systemdruck aus. Dies hat zur Folge, dass
die Stellkraft immer grösser sein muss als der Systemdruck. Je nach Anwendung behilft
man sich bei den konventionellen Ventilen mit Druckausgleicheinrichtungen, was jedoch
einen höheren Fertigungsaufwand und höhere- Kosten verursacht. Beim vorliegenden
Blendenregulierventil wirkt die Stellkraft nicht mehr gegen den Systemdruck, sondern
nützt ihn aus, um die Dichtwirkung zu verbessern. Die Stellkraft beträgt nur noch
einen Bruchteil des Systemdruckes. So können auch grosse Durchflussmengen mit minimaler
Stellkraft exakt geregelt werden.
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- Die Verstellantriebe können kleiner und
weitgehend
unabhängig von der Durchflussmenge festgelegt werden. Dieshat zur Folge, dass alle
Antriebssysteme zur Anwendung kommen können und einen hohen Genauigkeitsgrad in
der Regelung erzielen lassen.
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- Der KvR-Wert gibt die kleinste regelbare Durchflussmenge, bezogen
auf die maximale Durchflussmenge, an. Bei konventionellen Ventilen liegt der KvR-Wert
bei 5 bis 10 t. Beim vorliegenden Ventil liegt der KvR-Wert weit niedriger und kommt
sehr nahe an 0 % heran.
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Das Blendenregulierventil ist konstruktiv sehr eanfach aufgebaut
und weist sehr kleine Abmessungen auf, so dass es problemlos auch nachträglich in
Rohrleitungen eingebaut werden kann. Die Dichtheit ist vergleichbar mit der Dichtheit
konventioneller Hubventile, so dass letztere o. w durch das vorliegende Ventil ersetzt
werden können.
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Infolge seiner geringen Dicke kann es z. B. einfach zwischen zwei
Flansche einer Rohrleitung eingelegt werden, wobei der Antrieb zwischen den Flanschen
nach aussen geführt werden muss. Diese konstruktive Ausbildung des Antriebes dürfte
für den Fachmann klar sein und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
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Bei der Au-sführungsform des Blendenregulierventils gemäss den Fig.
10 und 11 sind die Blendensegmente 31 zwischen zwei Mitnehmerringen 32, 33 angeordnet,
welche im Innern des zweischaligen Gehäuses 1, 2 drehbar gelagert sind. Die geraden
Führungsnuten 17 sind nun nicht mehr in der unteren Gehäuseplatte 2 angeordnet,
wie im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel, sondern im unteren Mitnehmerring
33, während dem die Führungsschlitze 23 sich im oberen Mitnehmerring 32 befinden.
Jedes Blendensegment 31 weist oben einen Führungsstift 34 auf, welcher in einen
der Führungsschlitze 23 des oberen Mitnehmerringes 32 hineinragt. Unten ist das
Blendensegment 31 mit einem länglichen, balkenförmigen Vorsprung 35 verstehen, der
in eine der Führungsnuten 17 des unteren Mitnehmerringes 33 hineinragt.
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Zum Betätigen des Ventils ist ein Y-förmiger Betätigungshebel 36
vorgesehen, dessen beide Schenkel 38 oder Gabeln im Inneren des Gehäuses 1, 2 untergebracht
sind. Die Enden 37 der Schenkel weisen kleine Einfräsungen 39 auf, in welche je
ein Betätigungsstift 40, 41 hinein ragt. Einer 40 dieser Stiftc ist im oberen Mitnehmerring
32 verankert, während dem der andere 41 im unteren Mitnehmerring 33 befestigt ist
und eine bogenförmige Aussparung
42 des oberen Mitnehmerringes
32 durchdringt.
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Der Stiel 43 des BetätigungshebeLs 36 ist durch eine Anschlussbüchse
44 nach aussen geführt, wobei die Anschlussbüchse senkrecht zur Gehäuseachse angeordnet
ist.
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Wird nun dieser Stiel 43 hin- und herverschoben, so schliesst und
öffnet sich das Ventil. Die einander diametral gegenüberliegenden Schenkelenden
37 bewirken über die Stifte 40, 41 die gleichzeitige Verdrehung der beiden Mitnehmerringe
32, 33, wobei der eine im Uhrzeiger- und der andere im Gegenuhrzeigersinn verdreht
wird. Dies wiederum bewirkt eine Verschiebung der Blendensegmente, ähnlich, wie
bereits beim ersten Ausführungsbeispiel erläutert worden ist.
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Bei dieser Ausführungsform des Blendenventils lässt sich der Antrieb
sehr einfach ausbilden. Die Antrieb kraft ist gegen das Zentrum hin gerichtet und
der Betätigungsweg des Hebels 43 ist kurz, da die Bewegung auf beide Mitnehmerringe
gleichzeitig übertragen wird. Dadurch ist eine kurze, einfache Schliessbewegung
gewährleistet, und der konstruktive Aufwand zur Herstellung des Ventils ist relativ
klein.
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Um eine gute Abdichtung zu erhalten, können die Sternflächen und
die Gegenflächen der Lamellen geschliffen werden. Durch den bei geschlossenem Ventil
vorhandenen Differenzdruck wird die Dichtwirkung erhöht.
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