DE69425760T2 - Fluidventilvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Fluidventilvorrichtungen.
• Fluidventile, entweder für Flüssigkeiten oder Gase, haben notwendigerweise Bauteile, welche dem Fluid ausgesetzt sind, das daran gehindert werden soll, so zu fließen, wie es bei der Abwesenheit jeglicher Ventile geschehen würde. Der erhöhte Druck des so gehinderten Fluids stellt zusätzliche Erfordernisse an Ventilaufbauten, wobei er nicht nur Verbindungsvorrichtungen, Gehäuse und Dichtungen beansprucht, sondern auch irgendwelche Teile, die gebildet sind, um das Ventil zu schließen, einzustellen oder für das Fließen zu öffnen.
• Herkömmliche Ventile wurden verändert, um mit den zu überwindenden Kräften fertig zu werden, zum Beispiel durch Schützen der Teile mit Gleit- oder Drehhülsen, Bilden von einer Hebelübersetzung in einem einzelnen Ventil oder Kaskadenventilen, um es einem kleinen Ventil zu ermöglichen, ein größeres zu steuern. Befürworter haben einige solcher erwogenen Konfigurationen gekennzeichnet, wie zum Beispiel in den US-Patenten Peterson (3,425,448) für Fluiddruckausgleichventile, Woodling (3,658,450) für Ausgleichfluiddruck-Ventilmittel, Vimercati (4,190,231) für bilaterale Ausgleichfluidsteuerventile. Zahlreiche Ventileinstellmechanismen sind bekannt, einschließlich Nocken, Schwenkarmen und selbst Zahnstangen- und -Ritzelvorrichtungen, von denen einige in den US-Patenten für Mumford (829,120), Lohmolder (2,074,701) und Tito (4,260,128) gezeigt sind. Elektromechanische Stellantriebe sind bekannt und werden häufig wegen ihrer Fähigkeit zum Aufbringen beträchtlicher Kraft und in Servoform wegen ihrer Fähigkeit zum Halten jeglicher gewählter Position verwendet, wie zum Beispiel völlig geschlossen, jegliche gegebene Zwischeneinstellung oder völlig offen.
• Trotz der bestehenden Vielfalt von Fluidventilen besteht ein dringender Bedarf, den Ventilaufbau und das Einstellen einfacher und fast unabhängig von dem aufgebrachten Fluiddruck zu gestalten als immer weiter zu größerer Komplexität und Verfeinerung zu schreiten, um mit den Erfordernissen für erhöhte Zuverlässigkeit, Sicherheit und Brauchbarkeit fertig zu werden.
• Ferner ist der technische Hintergrund in der US-A-1,636,661 und in der US-A-1,734,733 und in der FR-A-2,458,728 beschrieben.
• Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Fluidventilvorrichtung zum Steuern des Flusses eines Fluids vorgesehen, mit:
• einem Durchgang, der für die seitliche Begrenzung des Fluids angeordnet ist, wenn es entlang dem Durchgang von seiner aufstromigen Einlaßöffnung zu seiner abstromigen Auslaßöffnung fließt; und
• inneren und äußeren Ventilteilen, die innerhalb des Durchganges als Barrieren für den Fluidfluß durch diese hindurch vorgesehen sind und die kolbenähnlich für einstellbare Positionen entlang des Durchganges beweglich sind, einschließlich in wechselseitige Nebeneinanderstellung bei einer geschlossenen Ventilposition, in welcher der Fluidfluß verhindert ist, und aus der wechselseitigen Nebeneinanderstellung bei offenen Ventilpositionen, in welchen der Fluidfluß ermöglicht ist;
• wobei das innere Ventilteil einen inneren Kernteil des Durchganges einnimmt; und
• das äußere Ventilteil hülsenartig um das innere Ventilteil paßt und auch umfangsmäßig innerhalb des Durchganges paßt und dadurch einen äußeren ringförmigen Teil des Durchganges einnimmt und einen inneren Umfangsteil hat, der angeordnet ist, um gegen einen äußeren Umfangsteil des inneren Ventilteils in wechselseitiger Nebeneinanderstellung zu sitzen.
• Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner Positionseinstellmittel auf, welche für die Erzeugung relativer Bewegung des inneren Ventilteils und des äußeren Ventilteils wirksam sind, in welcher die Ventilteile gezwungen werden, sich in entgegengesetzte axiale Richtungen zu bewegen, wodurch das einstellbare Positionieren der Ventilteile zueinander und voneinander weg ermöglicht wird.
• In einigen Ausführungsformen sind die inneren und äußeren Ventilteile so abgemessen, daß sie das Ausmaß ausgleichen, um welches sie Barrieren für den Fluidfluß in die Einlaßöffnung und gegen die Auslaßöffnung und aus dieser heraus bilden. Alternativ sind die inneren und äußeren Ventilteile so abgemessen, daß sie die jeweiligen Ausmaße, um welche sie Barrieren für den Fluidfluß durch den Durchgang bilden, ungleich machen.
• Nicht beschränkende Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen ist:
• Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ventilausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine Ansicht des linken Endes dieser ersten Ausführungsform, wie bei II-II in Fig. 1 gezeigt ist;
• Fig. 3 eine Querschnittsansicht dieser ersten Ausführungsform entlang III-III in Fig. 1;
• Fig. 4 eine Ansicht des rechten Endes dieser ersten Ausführungsform, wie bei IV-IV in Fig. 1 gezeigt ist;
• Fig. 5 eine Querschnittsansicht dieser ersten Ausführungsform bei V-V in Fig. 1;
• Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ventilausführungsform dieser Erfindung teilweise strichpunktiert und/oder abgeschnitten;
• Fig. 7 eine mittlere Querschnittsansicht dieser zuerst in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsform;
• Fig. 8 eine Bodenansicht dieser selben zweiten Ausführungsform im Schnitt; und
• Fig. 9 eine Seitenschnittansicht einer dritten Ventilausführungsform dieser Erfindung sehr ähnlich der zweiten Ausführungsform aber mit einer Dreiwegbohrung in der Form eines umgekehrten T.
• Fig. 1 zeigt im Längsschnitt (axial) eine Seitenansicht einer Ventilausführungsform 10 in offener Position, welche ein zylindrisches offenendiges Gehäuse 11 darstellt, das eine zylindrische Bohrung zwischen der Einlaßöffnung 12 links (Pfeil nach innen) und der Auslaßöffnung 18 rechts (Pfeil nach außen) und eine Stufe 17 von größeren rechten zu kleineren linken koaxialen Durchmessern der Gehäusebohrung hat. An der oberen Mitte hat das Gehäuse eine kleine, quer gerichtete Pilotbohrung 15, die sich zuerst radial von der Außenseite erstreckt und dann nach rechts knickt, um von dem Ende der Gehäusestufe 17 in eine ringförmige Pilotkammer 16 durchzustoßen, die zwischen nebeneinanderliegenden Enden der entsprechenden Ventilteile gebildet ist, immer wenn sie voneinander im Abstand gehalten sind (wie es hier der Fall ist).
• Innerhalb des Gehäuses 11 befinden sich zwei koaxiale, kolbenartige Ventilteile, von denen jedes einen Teil von einer Barriere für den Fluidfluß bildet. Ein ringförmiges äußeres Teil 20 nach außen (schwach L-artig im Querschnitt) ist an seinem rechten Ende 27 abgestuft, um die Stufe der Gehäusewand zu ergänzen, und paßt gleitbar gegen die und entlang der Wand. Sein hohles Inneres ermöglicht es dem ringförmigen äußeren Ventilteil, den kolbenartigen Kern des inneren Ventilteils 30 umfangsmäßig zu umgeben. Das letztere umgebene Ventilteil ist im Axialschnitt Hartig, wobei es einen aufstromigen (links) Endteil 33, einen abstromigen (rechts) Endteil 37 und einen dazwischenliegenden Schaft 31 hat und über einen begrenzten axialen Abstand innerhalb des äußeren Teils gleitbar paßt.
• Fig. 1 zeigt auch einen Rückhaltering 19 innerhalb des offenen rechten Endes der Gehäusebohrung. Diese Rückhaltevorrichtung stützt sich gegen das rechte Ende der Schraubenfeder 14 und hält es am Platz, wobei deren linkes Ende sich gegen das rechte Ende 27 des ringförmigen äußeren kolbenartigen Teils 20 stützt, wobei es dies gegen die Stufe 17 der Bohrungswand in die geschlossene Ventilposition vorspannt.
• Umfangsnuten 22, 22' in den linken und mittleren Teilstücken des Teils 20 halten O-Ringe 21, 21' in Dichtungskontakt mit dem nicht gestuften (kleinerer Durchmesser) Hauptteilstück der Gehäusebohrungwand, und eine ähnliche Nut 28 in dem rechten Endteilstück des Teils 20 hält den O- Ring 29 in ähnlichem Dichtungskontakt gegen den außen gestuften (größerer Durchmesser) Teil der Gehäusebohrungswand. Der äußerste linke Endteil 23 des ringförmigen kolbenartigen Teils 20 wird radial von seinen beiden zylindrischen Oberflächen aus dünner, wobei es beide (i) von der umgebenden Gehäusebohrungswand und dem Aufnahmefluß zu seinem hohlen Inneren über kleine, radial ausgerichtete Bohrungen 24, 24' (hier verdeckt) und 24" ausspart (im Abstand hält); und (ii) von ihrem ansonsten gleichförmig inneren Durchmesser zu einem größeren Durchmesser, womit so die Umfangsoberfläche des kolbenartigen Kernteils dazwischen untergebracht wird. Das rechte Endteilstück 37 des inneren Teils 30 hat eine axial parallele Auslaßbohrung 36 (und im Abstand gehaltene Begleitbohrungen 36', 36" - hier verdeckt) von dem hohlen Raum zwischen den äußeren und inneren kolbenartigen Teilen in das offene Auslaßende 18 des Gehäuses.
• Der linke innere Rand des nicht ausgesparten Teils des äußeren kolbenartigen Teils in Fig. 1 ist in einen schrägen Ventilsitz 25 (vorzugsweise mit Nut und O-Ring) abgeschrägt, der geeignet ist, in der geschlossenen Ventilposition gegen den parallelen Sitz 35 des inneren Teils 30 gebracht zu werden. In Sitzposition gleitet das linke Ende des inneren Teils auch über die radialen Bohrungen des äußeren Teils und sperrt sie ab.
• Fig. 1 zeigt auch Mittel zum Einstellen der kolbenartigen Ventilteile zwischen geschlossene und offene Ventilpositionen. Der Mittelteil der inneren (oberen) Wand des äußeren kolbenartigen Teils hat einen Schlitz 46, welcher darin den unteren Vorsprung 47 der Einstellwelle 40 aufnimmt, und die Unterseite des schaftartigen Teils 31 des inneren kolbenartigen Teils hat einen Schlitz 44, welcher darin den oberen Vorsprung 43 der Einstellwelle aufnimmt. Die Welle kann innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet und herkömmlich für elektromagnetische Betätigung ausgestattet sein, oder sie kann sich (abgedichtet) außerhalb durch die Gehäusewand erstrecken, um manuell oder anderweitig betätigt zu werden. Resultierende begrenzte Translationsbewegung der kolbenartigen Teile läßt sie axial entgegengesetzt zu dem zylindrischen Gehäuse 11 hin- und von diesem weggleiten. Es versteht sich, daß entsprechende Sitze 25 und 35 in gegenseitigem Sitz- (und Dichtungs-) Eingriff an der Begrenzung im Uhrzeigersinn der Wellenrotation nebeneinander angeordnet sind und bei Drehung im Gegenuhrzeigersinn nicht nebeneinander sitzen.
• Die Fig. 2 bis 5 sind Vergrößerungen von Fig. 1 mit linken und rechten Endansichten und Querschnittsansichten derselben strukturellen Ausführungsform, wie durch entsprechende Ansichtslinien in römischen Zahlen in Fig. 1 angezeigt ist. Die Bezugszahlen sind unverändert (aber nicht alle sind in jeder Ansicht zu sehen).
• Fig. 2 zeigt die Ausführungsform 10 der Fig. 1 im Endaufriß von links (bei II-II in Fig. 1) gesehen, welche das Einlaßende 12 des Gehäuses 11 zeigt, welche hauptsächlich durch das kreisförmige Endteilstück 33 des inneren oder Kernventilteils 30 eingenommen ist, umgeben von einem dünner werdenden Endteilstück 23 des äußeren ringförmigen Ventilteils 20, das von der inneren Oberfläche der Gehäuseseitenwand um einen Abstand etwa gleich seiner verringerten Enddicke im Abstand gehalten ist.
• Fig. 3 zeigt dieselbe Ausführungsform 10 im Querschnitt (entlang III-III in Fig. 1) durch im Abstand gehaltene radiale Bohrungen 24, 24' und 24" in dem dünner werdenden Endteilstück 23 des von der Gehäusewand im Abstand gehaltenen äußeren Teils. Der nächste innere Ring ist die abgeschrägte Kante 25 (O-Ring nicht ausgeprägt), gegen welchen sich die abgeschrägte Kante 35 (hier nicht gesehen) des inneren Ventilteils 30 setzen kann. An dem Kern ist der Schaft 31 des inneren Teils 30 durch den Hohlraum zwischen ihm und dem äußeren Ventilteil 20 umgeben.
• Fig. 4 zeigt dieselbe Ausführungsform 10 im Endaufriß von rechts (bei IV-IV in Fig. 1) gesehen, welche das kleinere Endteilstück 37 des inneren Ventilteils 30 mit im Abstand gehaltenen, axialen, parallelen Bohrungen 36, 36', 36" zeigt, die dicht von dem dicken Endteilstück 27 des äußeren Ventilteils 20 umgeben sind. Gerade innerhalb des Auslaßendes der Gehäusebohrung befindet sich der Ring 19.
• Fig. 5 zeigt auch diese Ausführungsform durch das Gehäuse 11 (bei V-V in Fig. 1) geschnitten und den danebenliegenden ringförmigen Raum 16 (angrenzend an die Pilotbohrung, hier nicht gezeigt), der zwischen der gestuften äußeren Wand und dem Körper des äußeren Teils 20 angrenzend an dessen L-Ende gebildet ist - wenn das Ventil geöffnet ist. Gerade innerhalb des äußeren Teils ist das Umfangsendteilstück 37 des inneren Kernteils 20 mit durch dieses hindurch axial im Abstand gehaltenen parallelen Bohrungen 36, 36', 36" sichtbar.
• Wie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt und prinzipiell beschrieben ist, wird die erste Ventilausführungsform als mindestens teilweise offen betrachtet. Ihre geschlossene Position kann man sich aus Fig. 1 vorstellen, indem die vorgespannte Feder nach links ausgedehnt wird, bis die nach außen versetzte L-Basis des ringförmigen, kolbenartigen Ventilteils an die Stufe der Innenwand der Gehäusebohrung anschlägt, woraufhin die Ventilsitze auf entsprechenden ringförmigen und kolbenartigen Kernteilen gegenseitig nebeneinander gebracht werden, und der linke Endteil des ersteren die radialen Bohrungen in dem letzteren versperrt, wodurch der Fluß durch den Ventilmechanismus verhindert wird. Der Gesamtbetrieb dieser Ausführungsform wird aus der vorhergehenden Beschreibung des Aufbaus und den beigefügten Zeichnungen, wie folgt, leicht verstanden.
• Bewegung in die geschlossene Ventilposition macht Drehung der keilartigen Einstellwelle im Uhrzeigersinn erforderlich, wobei das ringförmige äußere Teil nach links und das innere Kernteil nach rechts gedreht werden und der Sitz auf dem linken Innenrand des Außenteils und der Sitz auf dem rechten Außenrand des Innenteils nebeneinander gebracht werden. Wenn das Ventil geöffnet werden soll, wird der Schaft im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wobei das äußere kolbenartige Teil nach rechts und das innere kolbenartige Teil nach links bewegt werden, die Feder zusammengepreßt und die Verbindung zwischen der äußeren Kammer und der Pilotkammer über die Pilotöffnung geöffnet wird. Anstelle des und/oder zusätzlich zu dem Drehen der Einstellwelle kann Fluid in die Pilotbohrung und die Kammer unter ausreichendem Druck gedrückt werden, um das Ventil zu öffnen oder um dabei zu helfen. Das Ventil kann anschließend leicht unter Durchführung der Schritte, welche denen zum Öffnen entgegengesetzt sind, geschlossen werden.
• In den folgenden Ausführungsformen werden analoge Teile durch dieselben zwei Ziffern wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet - - aber sie werden mit einer dritten Ziffer versehen, welche für jede zugefügte Ausführungsform unterschiedlich ist. In den folgenden Ausführungsformen sind die vorgesetzten dritten Ziffern 1 bzw. 2.
• Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen verschiedene Ansichten der zweiten Ventilausführungsform 110: Fig. 6 in Perspektive, teilweise gestrichelt und teilweise abgeschnitten; Fig. 7 im Mittelquerschnitt; und Fig. 8 in Bodenansicht im Schnitt. Diese Ausführungsform stellt ein Gehäuse 111 mit einem offenendigen geraden Durchbohrungsaufbau von der Einlaßöffnung 112 links zu der Auslaßöffnung 118 rechts dar Gehäuseenden 119, 119' werden mit Außengewinde in Fig. 8 für herkömmliche Schraubenbefestigung gezeigt.
• Das ringfömrige äußere kolbenartige Ventilteil 120 der zweiten Ausführungsform 110 hat einen zylindrischen hülsenartigen Aufbau, ist in seinem Mittelteilstück 102 verhältnismäßig dick und an seinen entgegengesetzten Enden 123, 123' dünner. Dieses äußere Teil paßt gleitbar gegen die innere Oberfläche der Gehäuseseitenwand, hat eine Umfangsnut 122 nahe seinem aufstromigen Ende, welches den O-Ring 121 als Dichtungsmittel aufnimmt, und hat eine ähnliche Nut 128 nahe seinem abstromigen Ende, welches den O-Ring 129 zu demselben Zweck hält.
• Dieses zylindrische Ventilteil der zweiten Ausführungsform hat an seinen entgegengesetzten Enden eine Vielzahl von gekrümmten Einschnitten 103, um es dem Fluid zu ermöglichen, von dem Einlaß zu dem Auslaß über Bestandteile des inneren oder kernkoaxialen, kolbenartigen Ventilteils zu fließen, wenn das Ventil offen ist - - d. h. immer, wenn die jeweiligen Ventilteile nicht in gegenseitigen Sitz (und Dichtungs)-eingriff nebeneinander gebracht sind, wie sie es in der geschlossenen Ventilposition sind.
• Das innere kolbenartige Ventilteil 130 hat einen doppelendigen Mantelaufbau mit einer aufstromigen Glocke 101 und einer abstromigen Glocke 101', die beide auf einem verbindenden axialen Stab 131 mit Gewinde versehen sind, wie zum Beispiel unter Verwendung eines Schraubenschlüssels mit axialen, sechskantigen Vertiefungen 106 in ihren äußeren Enden. Die äußeren Ränder des Hantelpaares passen gleitbar gegen die innere Oberfläche der dünnen Wandteile 123, 123' des ringförmigen Ventilteils - - und sind durch Kontakt mit dieser zentriert, wobei der innere aufstromige Rand 126 und der abstromige Rand 126' des Ventilteils parallel zu den angrenzenden abgeschrägten Hanteloberflächen 135 und 135' und den dazugehörigen O-Ringen 125, 125' so abgeschrägt sind, daß sie darauf sitzen, wenn sie nebeneinander angeordnet werden.
• Beide kolbenartigen Ventilteile sind in ihrer gleichen aber entgegengesetzten Längsbewegung durch Zahnstangenvertiefungen 144 und 146 auf dem jeweiligen inneren und äußeren kolbenartigen Ventilteil begrenzt, da sie durch ein Ritzel 145 in Eingriff sind, welches den größten Teil der Länge der Welle 140 der Einstellmittel einnimmt, wobei sich deren glattes nahes Ende durch eine Querbohrung in dem nahen Kantenteil des Gehäuses 111 und einen Schlitz in dem äußeren Teil 120 erstreckt - - beide vor der Ebene dieser Ansicht und somit nicht gezeigt. Das weite Ende der Welle 140 ist in der Ausnehmung 108 (Fig. 8) in dem Gehäuse drehbar gelagert. Die Welle 140 hat auf ihrem nahen Ende einen gerändelten Einstellknopf 104 und wird drehbar innerhalb einer sechseckigen Mutter 105 gehalten, die gut in die umgebende Gehäusebohrung (hier nicht zu sehen) paßt. Das Abdichten der Einstellwelle wird nicht gezeigt, da ein solches Abdichten kein neuer Teil in dieser Erfindung ist und völlig herkömmlich sein kann.
• Bei jeder extremen Drehung der Welle ist das Ventil in dieser zweiten Ausführungsform geschlossen, da eine der schrägen Hanteloberflächen neben den abgeschrägten Rand des angrenzenden äußeren Teils gebracht ist und ausreichend mit ihm in Sitzeingriff kommt. Bei Zwischeneinstellungen ist kein Ende im Sitzeingriff, so daß das Ventil über den Bereich solcher Zwischeneinstellungen offen ist.
• Fig. 9 zeigt eine andere oder dritte Ventilausführungsform 210 in Seitenansicht. Diese Ansicht ist teilweise abgeschnitten, um ein Inneres im wesentlichen wie in der Ausführungsform in den Fig. 6, 7 und 8 zu zeigen, obwohl sich diese Ausführungsform darin unterscheidet, daß sie einen Drei-Wegaufbau von Gehäusebohrungen in einer umgekehrten T-Form hat. Die äußeren, die Bohrung bestimmenden T-Enden des Gehäuses 211 sind außengewindegeschnitten, nämlich die horizontalen Enden 219, 219' und das vertikale Ende 219". Das Gehäuse hat eine gerade durchgehende horizontale Bohrung (zwischen den Endöffnungen 212 und 218) und zusätzlich eine schneidende vertikale Bohrung 205, welche mit dem Inneren über die Öffnung 206 in dem oberen Teil des ringförmigen, äußeren kolbenartigen Ventilteils 220 in Verbindung steht. Der zylindrische Körper des äußeren Ventilteils hat in Nuten, welche die zusätzliche obere Öffnung flankieren, am Umfang O-Ringe 221, 229, und in seinen rechten und linken Enden befinden sich mehrfach gekrümmte Vertiefungen 203. Diese Endvertiefungen zeigen einen Teil der linken und rechten Glocken 201, 201' des hantelförmigen inneren kolbenartigen Ventilteils 230, welches durch den Stab 231 verbunden ist, was teilweise durch den Schlitz 233 in der Mitte der Ansicht sichtbar ist. Ebenfalls durch den Schlitz sind Teile des Zahnstangenteils 244 des Stabes 231 und des Zahnstangenteils 246 des äußeren Teiles sichtbar. Die Glocken haben abgeschrägte Flächen 235, 235', die geeignet sind, gegen die O-Ringe 225, 225' zu sitzen, wenn sie neben die jeweils abgeschrägten inneren Ränder 226, 226' des äußeren Teils bei jeder äußersten Einstellung nebeneinandergestellt sind - - wobei beides geschlossene Ventilpositionen sind. Eine volle Drehung im Uhrzeigersinn des Ritzels 245 durch die Einstellwelle 240 resultiert in einem Schließen, hier links. Zwischenpositionen (leicht vorstellbar) öffnen das Ventil an beiden horizontalen Enden - - gleichmäßig bei Zentrierung, sonst mehr oder weniger.
• Wenn die Bohrung 205 dieser dritten Ventilausführungsform mit einer aufstromigen Quelle von Fluid unter Druck verbunden wird, teilt sich somit der Ausfluß gleichmäßig unter die Endöffnungen 212, 218 der geraden, durchgehenden Bohrung auf, wenn sie in dual-offener Position zentriert sind - - und ungleich in allen anderen offenen Positionen. Ist die Welle 240 vollkommen im Uhrzeigersinn (wie hier) gedreht, strömt der Ausfluß nur über die rechte Endöffnung 218 ab, während bei voller Drehung im Gegenuhrzeigersinn der Welle der ganze Ausfluß über die linke Endöffnung 212 abströmt, da die Glocken des Innenteils ihre im Sitz befindlichen und nicht im Sitz befindlichen Positionen umkehren.
• Entweder kann die Zwei-Wegausführung der Fig. 6, 7 und 8 oder die Drei-Wegausführung der Fig. 9 kaskadenförmig miteinander oder mit herkömmlichen Ventilen verbunden werden, um komplexere Flußkreisläufe, wie zum Beispiel sowohl für Vergrößerungen oder Rückführung als auch für Umleitung oder Aufteilung der Fluidströme, aufzunehmen.
• Die Fluidventile dieser Erfindung erfordern keine speziellen Konstruktionsmaterialien, sondern können aus Metall, Kunststoff, Glas oder anderem herkömmlichen Materialien je nach den Fließmitteln und den Fließmitteldrücken, Temperaturen und anderen Bedingungen, welchen die Ventile ausgesetzt werden müssen, aufgebaut sein. Sie können an eine bestehende Rohrleitung geschraubt oder haftend befestigt sein, wo Schraubenverbindung nicht erwünscht ist.
• Die Dichtungen in den Ventilen dieser Erfindung können auch aus herkömmlichen Materialien hergestellt sein, wie solchen, die gewöhnlich für ähnliche Dichtungsanforderungen verwendet werden, und sie können die Form von O-Ringen (wie dargestellt) oder alternativ von U-Bechern bzw. Schalen, Membranen, usw. haben. Diese Ventile sind leicht auseinandergenommen (und zusammengebaut), wie zum Beispiel zur Reinigung, Ersatz von Dichtungen oder anderen Teilen oder für andere Instandhaltung.
• Das leichte Einrichten und das zuverlässige Einstellen dieser Ventile werden durch ihren ausgeglichenen Aufbau vorgesehen, wobei das Einsparen von Materialien und die Verringerung der Komplexität bevorzugt werden. Manuelles Einrichten zu jedem gewünschten Einstellen ist sehr einfach, oder es kann mechanische Hilfe verwendet werden, selbst elektromagnetische wäre sehr gut, um eine Einstellwelle durch das Gehäuse zu vermeiden.
• Das Ausgleichen der Fluidkraft bietet für Zwei-Weg- oder Drei-Weg-Fluidsteuerung einen Betrieb mit geringer Einlaßleistung und zusätzlich eine Vielfalt von Pilotventil- und Steuerventilmöglichkeiten in einer vergleichsweise kleinen und auf Wunsch leichten Packung bzw. Gehäuse. Ausgeglichene bzw. symmetrische Ventilbetätigung ermöglicht die Verwendung von kleineren, weniger kostspieligen Stellantrieben und entsprechende Verringerung der Energiekosten, der Größe der Einheit und des Gesamtgewichtes - - gegenüber herkömmlichen unausgeglichenen Ausführungen, die (obwohl wirkungsvoll) in verschiedener Hinsicht beeinträchtigt sind.
• Diese neue Ventilklasse ist aufgebaut, um die Fluidkräfte auszugleichen, welche auf die Verschlußkomponenten aufgebracht werden, oder für die Verwendung unterschiedlicher Kraftanwendung (Differentialkraftanwendung) für den Vorteil, gegenwärtige Ventile vom Drossel-, Teller-, oder Spulen- und sogar Kugeltyp in vielen praktischen Anwendungen zu ersetzen.
• Ein Drosselventil hat, obwohl es im wesentlichen ausgeglichen ist und ein in-line Verschlußelement hat, das für die Minimierung der Umhüllungsgrößen förderlich ist, eine exzentrische Verschlußgrenzfläche, welche Dichtungsschwierigkeiten aufgrund des kritischen Toleranzzustandes hat. Das Drosselventil kann keine variable Meßbereichsfähigkeit, Drei-Weg-Richtungskontrolle oder Druckregulierung schaffen.
• Während ausgeglichene Teller- und Spulenventile Drei-Weg-Richtungskontrolle schaffen können, arbeiten ihre Elemente normalerweise unter einem rechten Winkel zu den Fließströmen mit dem Erfordernis von Verteilern und zusätzlichen Installationsanpassungen zusätzlich zu der Umhüllungsgröße, wodurch der Druckabfall erhöht wird, wenn das Fluid durch einen gewundenen Weg hin- und hertransportiert wird. Dynamische Gleitdichtungen an den Enden der Teller- oder Spulenventile fügen Reibungswiderstand hinzu und sind Gegenstand für Dichtungsfehler, Druckrisse und Fluidleckage. Druckverringernde und regulierende Funktionen führen zu einer vergrößerten Umhüllung aufgrund winkelrechter Kolben- oder Membran-Bedienungsvorrichtungen, die auf die Schließmittel aufgesetzt sind.
• Obwohl Kugelventile teilweise ausgeglichen werden können, werden sie von einem linear durch die Druckgrenzwand arbeitenden Schaft außer Gleichgewicht gebracht, und trotz in-line Einlaß- und Auslaßöffnungen zwingt eine parallaktische Flußteilvorrichtung einen rechtwinkligen Flußweg auf.
• Die Ventile dieser Erfindung können herkömmliche Ventiltypen bei vielen industriellen Verwendungen ersetzen. Ausgeglichener Ventilaufbau oder -betrieb kann in unausgeglichenen oder vorgespannten Aufbau und Betrieb umgewandelt werden, was normalerweise offene oder geschlossene Ventilpositionen begünstigt, wie zum Beispiel durch Ändern der Oberflächenverhältnisse der kolbenähnlichen, koaxialen Ventilteile oder durch ungleiches Hebeln des Einstellmechanismus - - entweder Zahnstangen- und -Ritzel, Stift und Bügel, Kugel und Sockel oder gleichwertige Hebelmittel. Die Verschlußgeometrie kann einer Spulen/Stopfbüchse oder Teller/Sitz-Grenzfläche gleichen. Dichtungsmittel können O-Ringe, U-Becher, Membranen, ein Weichsitz oder eine überlappende Präzisionspassung sein. Elastischer Dichtungswiderstand kann bei manchen Verwendungen über Tellerabdichtung bei dem Anschlagpunkt nur des völligen Verschließens ausgeschaltet werden. Manuelle oder einfache mechanische Betätigung kann durch magnetisches Antreiben jedes koaxialen Ventilteils ergänzt oder sogar ersetzt werden.
• Drei-Wege-Betrieb und anderes Mehrfachöffnen kann durch aufeinanderfolgendes Schichten von Ventilteilen und durch Schaffung von sich schneidenden Fließdurchgängen realisiert werden. Pilot- und Reguliertätigkeiten werden durch Einbauen von zusammenpassenden Stufen zwischen den Ventilteilen und ihrem Gehäuse möglich, wobei Betätigungskammern gebildet werden, die für die Beeinflussung und das Betätigen der Ventileinheiten nützlich sind.
• Vorteilhafte Geometrie der Begrenzungsöffnung kann eingebaut sein, zum Beispiel durch konzentrisches Ausströmen des Fluidstroms, steuerbares Gestalten von Öffnungen zur Vergrößerung des Drosselbereichs, integrierte, den Fluß drosselnde Lärmberuhigungskanäle, energieverzehrende Bahnen, welche in die kolbenähnlichen Ventilteile eingebaut sind, und Hystereseprobleme bei Gasventilen können ausgeschaltet werden.

Claims (15)

1. Fluidventilvorrichtung zum Steuern des Flusses eines Fluids mit:

einem Durchgang, der für die seitliche Begrenzung des Fluids angeordnet ist, wenn es entlang dem Durchgang von seiner aufstromigen Einlaßöffnung (12, 112, 205) zu seiner abstromigen Auslaßöffnung (18, 118, 212, 218) fließt; und

inneren und äußeren Ventilteilen (20, 30, 120, 130, 220, 230), die innerhalb des Durchganges als Barrieren für den Fluidfluß durch diese hindurch vorgesehen sind und die kolbenähnlich für einstellbare Positionen entlang des Durchganges beweglich sind, einschließlich in wechselseitige Nebeneinanderstellung bei einer geschlossenen Ventilposition, in welcher der Fluidfluß verhindert ist, und aus der wechselseitigen Nebeneinanderstellung bei offenen Ventilpositionen, in welchen der Fluidfluß ermöglicht ist;

wobei das innere Ventilteil (30, 130, 230) einen inneren Kernteil des Durchganges einnimmt; und

das äußere Ventilteil (20, 120, 220) hülsenartig um das innere Ventilteil paßt und auch umfangsmäßig innerhalb des Durchganges paßt und dadurch einen äußeren ringförmigen Teil des Durchganges einnimmt und einen inneren Umfangsteil (25, 125, 125', 225') hat, der angeordnet ist, um gegen einen äußeren Umfangsteil (35, 135, 135', 235') des inneren Ventilteils in wechselseitiger Nebeneinanderstellung zu sitzen.

2. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilteile (20, 30, 120, 130, 220, 230) axial zusammen in wechselseitige Nebeneinanderstellung ihrer inneren und äußeren Umfangsteile (25, 35, 125, 125', 135, 135', 225', 235') beweglich sind, um die geschlossene Ventilposition zu bewirken, wodurch der Fluidfluß in die Einlaßöffnung (12, 112, 205) und gegen die Auslaßöffnung (18, 118, 212, 218) und aus dieser heraus verhindert wird.

3. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ventilteile (20, 30, 120, 130, 220, 230) axial auseinander aus einer wechselseitigen Nebeneinanderstellung ihrer inneren und äußeren Umfangsteile (25, 35, 125, 125', 135, 135', 225', 235')bewegbar sind, um die offenen Ventilpositionen zu bewirken, wodurch der Fluidfluß in die Einlaßöffnung (12, 112, 205) und gegen die Auslaßöffnung (18, 118, 212, 218) und aus dieser heraus ermöglicht wird.

4. Fluidventilvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner mit Positionseinstellmitteln (40, 140, 240), welche für die Erzeugung relativer Bewegung des inneren Ventilteils (30, 130, 230) und des äußeren Ventilteils (20, 120, 220) wirksam sind, in welchen die Ventilteile gezwungen werden, sich in entgegengesetzte axiale Richtungen zu bewegen, wodurch das einstellbare Positionieren der Ventilteile zueinander und voneinander weg ermöglicht wird.

5. Fluidventlfvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei:

der Durchgang eine Bohrung mit einer zylindrischen Wand in einem Ventilgehäuse (11, 111, 211) ist;

und

das äußere Ventilteil (20, 120, 220) so abgemessen ist, daß seine äußere Oberfläche gegen die zylindrische Wand paßt und entlang dieser gleitbar ist und seine innere Oberfläche hülsenartig gegen das innere Ventilteil (30, 130, 230) paßt, entlang diesem gleitbar und axial um dieses konzentrisch ist.

6. Fluidventilvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die inneren und äußeren Ventilteile (120, 130, 220, 230) so abgemessen sind, daß sie das Ausmaß ausgleichen, um welchen sie Barrieren für den Fluidfluß in die Einlaßöffnung (112, 205) und gegen die Auslaßöffnung (118, 212, 218) und aus dieser heraus bilden.

7. Fluidventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die inneren und äußeren Ventilteile (20, 30) so abgemessen sind, daß sie die jeweiligen Ausmaße, um welche sie Barrieren für den Fluidfluß durch den Durchgang bilden, ungleich machen.

8. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit regulierenden Federvorspannmitteln (14), die angeordnet sind, um eines der Ventilteile (20) in einer Richtung vorzuspannen, um die Ventilteile zusammen gegen die geschlossene Position zu zwingen.

9. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit Pilotfluid-Vorspannmitteln (15, 16), die eine Öffnung von dem Äußeren der Fluidventilvorrichtung zu dem Durchgang haben und angeordnet sind, um die Ventilteile (20, 30) auseinander gegen die offenen Positionen zu zwingen.

10. Fluidventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einlaßöffnung (12, 112) und die Auslaßöffnung (18, 118) entlang einer geraden Achse ausgerichtet sind, entlang welcher die Ventilteile (20, 30, 120, 130) beweglich sind.

11. Fluidventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es eine zweite Auslaßöffnung (218) gibt und die Auslaßöffnungen (212, 218) in einem Hauptdurchgang an entsprechenden Enden einer geraden Achse vorgesehen sind, entlang welcher die Ventilteile (220, 230) beweglich sind, und die Einlaßöffnung (205) in einem Abzweigdurchgang vorgesehen ist, welcher den Hauptdurchgang an einer Position zwischen den am weitesten auseinander befindlichen Enden der Ventilteile schneidet.

12. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Positionseinstellmittel (140, 240) ein Einstellritzel (145, 245) zwischen ersten und zweiten Zahnstangen aufweist und mit diesen ineinandergreift, wobei die erste Zahnstange (144, 244) an dem inneren Ventilteil (130, 230) befestigt ist und dadurch angeordnet ist, dessen Position zu steuern, und die zweite Zahnstange (246) an dem äußeren Ventilteil (120, 220) befestigt und dadurch angeordnet ist, dessen Position zu steuern.

13. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

das äußere Ventilteil (120, 220) von einem Ende zu dem anderen hohl ist und zwischen und angrenzend an seine entgegengesetzten Endteile (123, 123') einen relativ dicken Zwischenteil (102) hat, der an jeder Verbindung mit den verhältnismäßig dünnen entgegengesetzten Endteilen einen hochkantigen Umfangsventilsitz (125, 125', 225') bildet; und

das innere Ventilteil (130, 230) eine Hantelform mit einem Paar von Glocken (101, 101', 201, 201') hat, die axial auseinander auf axialen Verbindungsmitteln (131, 231) um einen Abstand mit Zwischenraum angeordnet sind, wobei der Abstand die Länge des dicken Zwischenteils (102) des äußeren Ventilteils überschreitet, und welche umfangsmäßig innerhalb der Endteile (123, 123') des äußeren Ventilteils gleitbar passen, wobei jede Glocke einen Ventilsitz (135, 135', 235') auf einem abgeschrägten Teil seiner Umfangskante hat und angeordnet ist, um nebeneinander in und aus Dichtungskontakt mit einem jeweiligen Ventilsitz (125, 125', 225') des äußeren Ventilteils zu sein.

14. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Durchgang einen zylindrischen Hauptdurchgang und einen Sekundärdurchgang aufweist, der sich im wesentlichen senkrecht zu dem Hauptdurchgang befindet und diesen schneidet, und wobei das äußere Ventilteil (220) in dem Hauptdurchgang eine Öffnung (206) durch seinen Zwischenteil hat, der mit dem Sekundärdurchgang in den offenen und geschlossenen Ventilpositionen der kolbenartigen äußeren und inneren Ventilteile ausgerichtet ist.

15. Fluidventilvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das innere Ventilteil (230) einstellbar positionierbar ist, um den Fluidfluß zwischen dem Sekundärdurchgang und einem Ende oder beiden Enden (212, 218) des Hauptdurchganges zu ermöglichen.