DE20115470U1

DE20115470U1 - Druckreduziervorrichtung

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Druckreduziervorrichtung

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Druckreduziervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Druckreduziervorrichtung mit einem einen Einlass und einen Auslass aufweisenden Gehäuse, in dem ein Umströmungskörper in einem Einlass- und Auslass verbindenden Durchlasskanal angeordnet ist, wobei ein Drosselorgan relativ zum Umströmungskörper zur Variation einer Durchflussrate verstellbar gelagert und mit einer Verstelleinrichtung bewegungsverbunden ist.

Eine solche Druckreduziervorrichtung ist aus der DE 3409973 bekannt. Solche Druckreduziervorrichtungen dienen zur Regelung der Durchflussrate von Flüssigkeiten, Gasen und/oder Feststoffgemischen und sie sind insbesondere in Förderleitungen bei der Erdöl- oder Erdgasförderung angeordnet. Eine solche Druckreduziervorrichtung ist als separates Bauteil in der Förderleitung einsetzbar und kann automatisch, manuell oder auch ferngesteuert betätigt werden. Die Einzelteile der Druckreduziervorrichtung sind aus Materialien hergestellt, die besonders widerstandsfähig sind, da beispielsweise bei Öl-Sand-Gemischen in der Förderleitung ansonsten ein hoher Verschleiß auftreten würde.

Der Umströmungskörper ist in dem entsprechenden Gehäuse der Druckreduziervorrichtung angeordnet und aus dem Umströmungskörper ist eine Nadel als Drosselorgan ausschiebbar, um die Durchflussrate zu variieren. Bei der DE 3409973 ist der Nadel ein Hydraulikantrieb zugeordnet. Dazu sind eine Reihe von Hydraulikleitungen erforderlich, die entsprechend Hydraulikfluid zu- und abführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckreduziervorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass mit vereinfachtem konstruktiven Aufbau ein entsprechendes Drosselorgan zuverlässig und genau verstellbar und positionierbar ist.

Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Verstelleinrichtung eine im Umströmungskörper drehbar gelagerte, in axialer Richtung im Wesentlichen fixierte Kugelumlaufmutter und

eine in dieser axial verstellbar gelagerte Drehspindel aufweist, wobei die Drehspindel mit dem Drosselorgan bewegungsverbunden ist.

Durch Drehen der Kugelumlaufmutter wird deren Drehbewegung in eine axiale Bewegung der Drehspindel umgesetzt und durch diese das Drosselorgan zur Variation der Durchflussrate verstellt. Die Kugelumlaufmutter der Verstelleinrichtung kann manuell, automatisch oder auch ferngesteuert gedreht werden.

Eine solcher Gewindespindel-Mutter-Trieb aus Kugelumlaufmutter und Drehspindel ist ein ausgezeichnetes Maschinenelement zur Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung. Eine solche Verstelleinrichtung hat einen sehr guten mechanischen Wirkungsgrad aufgrund der geringen Rollreibung und keinen Stick-Slip-Effekt. Weiterhin ist der Verschleiß äußerst gering und dadurch ergibt sich eine hohe Lebensdauer. Schließlich ist noch die Erwärmung sehr gering und eine solche Verstelleinrichtung zeigt eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit infolge Spielfreiheit sowie eine hohe Verfahrgeschwindigkeit.

Mittel der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung sind außerdem hohe Kräfte übertragbar, so dass auch bei hohen im Durchlasskanal herrschenden Drücken eine sichere und genaue Positionierung des Drosselorgans zur Einstellung einer ausgewählten Durchflussrate möglich ist.

Um die Kugelumlaufmutter ohne größere Änderungen in ihrem Aufbau im Gehäuse unterbringen zu können, kann die Kugelumlaufmutter in einer im Umströmungskörper drehbar gelagerten Drehhülse insbesondere lösbar befestigt sein. Die Drehhülse dient quasi als Adapter zum Anordnen der Kugelumlaufmutter bzw. der gesamten Verstelleinrichtung innerhalb des Gehäuses. Bei einer lösbaren Befestigung von Kugelumlaufmutter und Drehhülse ist die Kugelumlaufmutter leicht ausbaubar und für eine Wartung oder dergleichen separat handhabbar.

Um Kugelumlaufmutter und Drehhülse gut einander zuordnen und miteinander befestigen zu können, kann die Drehhülse einen radial nach innen zumindest stellenweise vorspringenden Absatz aufweisen, mit dem ein radial nach außen vorspringender Anlage-

flansch der Kugelumlaufmutter in Anlage bringbar ist. Dadurch wird die Relativposition zwischen Kugelumlaufmutter und Drehhülse eindeutig festgelegt.

Um außerdem die gegenseitige Befestigung zu vereinfachen, können Absatz und Anlageflansch miteinander insbesondere lösbar verbunden sein. Dadurch dienen Absatz und Anlageflansch nicht nur zur Relativpositionierung, sondern auch gleichzeitig zur Befestigung der beiden Bauteile.

Um direkt durch die Drehhülse die Kugelumlaufmutter in axialer Richtung zu fixieren, kann die Drehhülse in axialer Richtung fixiert sein.

Um die Verstelleinrichtung und die Drehhülse in einfacher Weise im Gehäuse unterbringen zu können, kann dieses einen Innenraum aufweisen, in dem Antriebseinrichtung und Drehhülse angeordnet sind.

Um in diesem Zusammenhang die drehbare Lagerung von Drehhülse und Kugelumlaufmutter in einfacher Weise zu realisieren, kann zwischen Außenwand der Drehhülse und Wandung des Innenraums des Umströmungskörpers eine Drehlagereinrichtung angeordnet sein.

Ein einfaches Ausführungsbeispiel für eine solche Drehlagereinrichtung kann darin gesehen werden, dass diese zumindest ein Kugellager aufweist. Dieses ist vorzugsweise entlang des Außenumfangs der Drehhülse angeordnet und in entsprechenderweise in des Innenraums fixiert.

Die Fixierung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Drehlagereinrichtung an der Wandung des Innenraums insbesondere lösbar befestigt ist.

Eine Möglichkeit zur Befestigung der Drehlagereinrichtung, die insbesondere auch axiale Kräfte aufnehmen kann, kann darin gesehen werden, dass die Drehlagereinrichtung an einem ihrer Enden an einem Absatz der Wandung anliegt und an ihrem anderen Ende relativ zur Wandung zumindest in axialer Richtung festgelegt ist. Diese Festlegung an ihrem anderen Ende kann entfernbar sein, so dass die Drehlagereinrichtung bzw. dass wenigstens eine Kugellager in einfacher Weise entnehmbar ist.

Eine Möglichkeit zur Festlegung der Drehlagereinrichtung an der Wandung ist dadurch gegeben, dass dem anderen Ende der Drehlagereinrichtung ein Sprengring zugeordnet ist, der in eine entsprechende Nut in der Wandung des Innenraums einsetzbar ist und das Drehlager in Anlage mit dem Absatz der Wandung hält.

Um die Drehhülse am Drehlager in axialer Richtung unverschieblich zu halten, kann ein Gewindering außen auf ein Aufschraubende der Drehhülse aufschraubbar sein. Dieser liegt in entsprechender Einsatzstellung der Drehhülse an der Drehlagereinrichtung an und verhindert eine Verschiebung von Drehhülse relativ zur Drehlagereinrichtung.

Um die Drehhülse an beiden Enden der Drehlagereinrichtung in axialer Richtung zu fixieren, kann die Drehhülse einen radial nach außen vorstehenden Anschlag aufweisen, der zum Aufschraubende beabstandet ist und gegenüberliegend zum Gewindering an der Drehlagereinrichtung anliegt. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Drehhülse gegenüberliegend zum Gewindering an der Wandung des Innenraums festgelegt ist, beispielsweise durch Anlage entsprechender Absätze.

Um gegebenenfalls die Drehhülse relativ zur Drehlagereinrichtung in axialer Richtung unterschiedlich positionieren und festlegen zu können, kann zwischen Anschlag und Drehlagereinrichtung ein Abstandsring anordbar sein. Dieser Abstandsring kann unterschiedliche Dicken aufweisen, je nach erwünschter Relativposition zwischen Drehhülse und Drehlagereinrichtung.

Die Drehspindel kann direkt mit dem Drosselorgan zu dessen Verstellung verbunden sein. Um allerdings je nach Erfordernis ohne spezielle Umbauten von Kugelmutter und Gewindespindel unterschiedlich große und/oder unterschiedlich weit entfernte Drosselorgane verstellen zu können, kann die Drehspindel mit einem insbesondere lösbar mit dem Drosselorgan verbundenen Betätigungskolben verbunden sein. Der Betätigungskolben wird durch die axiale Verschiebung der Drehspindel ebenfalls entsprechend in axialer Richtung verschoben. Der Betätigungskolben kann an seinem dem Drosselorgan zuweisenden Ende passend zum Drosselorgan ausgebildet sein, um eine gegenseitige Verbindung herzustellen. Außerdem kann der Betätigungskolben je nach Erfordernis mit

entsprechender Länge ausgewählt werden, um näher oder weiter relativ zur Antriebseinrichtung positionierte Drosselorgane mit der Drehspindel zu verbinden.

Die Verbindung zwischen Betätigungskolben und Drehspindel kann in unterschiedlicher Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Betätigungskolben von außen auf die Drehspindel aufgeschraubt sein. Ein weiteres Beispiel zur gegenseitigen Befestigung kann darin gesehen werden, dass Drehspindel und Betätigungskolben mit ihren aufeinander zuweisenden Enden formschlüssig ineinander greifen und/oder miteinander verschraubt sind. Die Verschraubung kann in diesem Zusammenhang durch einen entsprechenden Schraubbolzen oder dergleichen erfolgen, der quer zur axialen Richtung in die einander zuweisenden Enden von Drehspindel und Betätigungskolben eingeschraubt wird und diese miteinander verbindet.

Das Drosselorgan kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Es kann beispielsweise eine Nadel sein, wie sie in der DE 3409973 beschrieben ist. Weiterhin kann das Drosselorgan eine axial verschiebbare Lochblende sein.

Um bei einer solchen Lochblende in einfacher Weise unterschiedliche Durchflussraten realisieren zu können, können Löcher in der Lochblende in axialer Richtung mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sein. Je nach Anordnung der entsprechenden Löcher ist daher der Durchfluss zwischen Durchlasskanal und Auslass unterschiedlich groß. In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise eine Anzahl von Löchern mit gleichem Durchmesser jeweils entlang einer Linie senkrecht zur axialen Richtung in der Lochblende ausgebildet sind. Je nach Verschieben der Lochblende relativ zu Durchlasskanal und Auslass wird deren Verbindung durch Löcher mit entsprechendem Durchmesser hergestellt. Die Durchflussrate wird in Abhängigkeit zu den Durchmessern der verschiedenen Löcher variiert.

Eine einfache Realisierung einer solchen Lochblende kann darin gesehen werden, dass diese als Hohlzylinder mit in der Zylinderwandung angeordneten Löchern ausgebildet ist. Die Löcher können beispielsweise gleich beabstandet in Umfangsrichtung der Zylinderwandung angeordnet sein und entlang einer Umfangslinie jeweils gleichen Durchmesser aufweisen.

Um den Hohlzylinder in einfacher Weise mit der Drehspindel oder dem Betätigungskolben verbinden zu können, kann der Hohlzylinder an seinem dem Umströmungskörper zuweisenden Ende einen in einer Lagerbohrung axial verschiebbaren Einsteckzylinder aufweisen. Mit diesem Einsteckzylinder ist die Drehspindel bzw. der Betätigungskolben verbindbar. Außerdem ergibt sich durch die Verschiebung vom Einsteckzylinder in der Lagerbohrung eine gute Führung für das Drosselorgan.

Zur Vereinfachung der Herstellung des Drosselorgans können Hohlzylinder und Einsteckzylinder gleiche Außendurchmesser aufweisen. Das Drosselorgan kann einteilig und aus einem entsprechenden verschleißfesten Material hergestellt sein.

Um zusätzlich zur Führung des Einsteckzylinders in der Lagerbohrung auch den hohlzylindrischen Teil des Drosselorgans sicher zu führen, kann der Hohlzylinder in einem zylindrischen Abschnitt des Auslasses verschieblich gelagert sein. Auf diese Weise kann das Drosselorgan leichter den gegebenenfalls hohen Drücken in Förderleitungen bei insbesondere der Erdölförderung standhalten.

Um den Durchlasskanal gegenüber dem Auslass im Bereich des Drosselorgans sicher abdichten zu können, kann eine Innenwand des zylindrischen Abschnitts des Auslasses durch eine Dichthülse vorzugsweise aus Metall gebildet sein.

Um ein Ausströmen aus dem Auslass des Gehäuses in anschließende Bereiche einer Förderleitung oder dergleichen möglichst wirbelfrei zu ermöglichen, kann der Auslass stromabwärts anschließend an den zylindrischen Abschnitt konisch erweitert sein.

Eine einfache Möglichkeit zur Verbindung von Drehspindel oder Betätigungskolben mit dem Drosselorgan kann darin gesehen werden, wenn ein freies Ende des Betätigungskolbens oder der Drehspindel in eine Endbohrung des Einsteckzylinders eingeschraubt ist.

Um eine entsprechende Einschraubposition eindeutig festzulegen, kann die Endbohrung einen Absatz aufweisen, mit dem das freie Ende oder ein vom freien Ende abstehender Absatz in Einschraubposition in Anlage ist.

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Um das Drosselorgan an einer Verdrehung relativ zur Einsteckbohrung bzw. zum Betätigungskolben oder zur Drehspindel zu hindern, kann eine Führungsbohrung parallel zur Endbohrung im Einsteckzylinder ausgebildet sein, in die ein Führungsbolzen verschiebbar eingreift.

Um zu verhindern, dass Fluid aus dem Durchlasskanal bzw. dem Auslass in die Lagerbohrung eindringt, kann wenigstens ein Dichtelement zwischen Einsteckzylinder und Innenwand der Lagerbohrung angeordnet sein.

Andererseits kann das unter hohem Druck stehende Fluid auch dazu verwendet werden, eine axiale Verschiebung des Drosselorgans durch die Antriebseinrichtung zu unterstützen, indem beispielsweise ein Durchlasskanal den Einsteckzylinder in axialer Richtung durchsetzt. Durch diesen Durchlasskanal kann Fluid in die Lagerbohrung eindringen und dadurch verhindern, dass bei einer Verschiebung des Drosselorgans gegen die Druckbeaufschlagung durch das Fluid eine entsprechend hohe Vorschubkraft nur durch die Antreibseinrichtung aufgebracht werden muss.

Um die verschiedenen Bauelemente der Antriebseinrichtung und auch des Drosselorgans im Umströmungskörper bzw. an diesem anordnen zu können, kann der Umströmungskörper aus einem Mittelkörper und zwei Endkörpern zusammengesetzt sein. Nach Demontage der Endkörper ist insbesondere der Innenraum des Umströmungskörpers frei zugänglich, der im Wesentlichen nur im Mittelkörper ausgebildet ist.

Um den Umströmungskörper strömungsgünstig zu gestalten, kann zumindest der dem Einlass zuweisenden Einlassendkörper im Wesentlichen kreiskegelförmig sein.

Die Umströmung wird weiterhin dadurch verbessert, wenn eine Kegelspitze des Einlassendkörpers in Richtung Einlass weist und insbesondere mittig zum Einlass angeordnet ist.

Es besteht die Möglichkeit, dass Drehhülse und/oder Kugelumlaufmutter zumindest teilweise auch in einem der Endkörper angeordnet sind. Um allerdings eine einfach handhabbare Einheit zu erhalten, ist es als günstig anzusehen, wenn im im Wesentlichen

zylindrischen Mittelkörper zumindest Kugelumlaufspindel und Drehhülse angeordnet sind.

Um nach Demontage des Einlassendkörpers die Antriebseinrichtung im Mittelkörper noch geschützt unterbringen zu können, kann zwischen Mittelkörper und Einlassendkörper eine Verschlussplatte angeordnet sein.

Um die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung automatisch und insbesondere ferngesteuert sicher betätigen zu können, kann die Kugelumlaufmutter mit einem elektrischen Antrieb bewegungsverbunden sein. Durch diesen elektrischen Antrieb wird die Kugelumlaufmutter zusammen mit der Drehhülse gedreht und diese Drehung in einer translatorische Bewegung der Drehspindel und gegebenenfalls des Betätigungskolbens und somit des Drosselorgans umgesetzt. Der elektrische Antrieb ist präzise steuerbar und dadurch ist das Drosselorgan genau und reproduzierbar positionierbar.

Um eine Drehbewegung in einfacher Weise auf die Kugelumlaufmutter zu übertragen, kann diese mit einem Antriebszahnrad drehfest verbunden sein, welches vom elektrischen Antrieb drehbar ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Antriebszahnrad Teil der Kugelumlaufmutter ist.

Um allerdings das Antriebszahnrad gegebenenfalls austauschen zu können, kann dieses an Drehhülse und/oder Kugelumlaufmutter durch eine Schraubverbindung befestigt sein.

Eine einfache Möglichkeit zur Realisierung eines solchen elektrischen Antriebs kann darin gesehen werden, wenn dieser wenigstens einen Elektromotor aufweist.

Um in einfacher Weise entsprechende Übersetzungsverhältnisse zwischen Elektromotor und Kugelumlaufmutter zu erhalten und um gleichzeitig die Kugelumlaufmutter mit gegebenenfalls hoher Krafteinwirkung zu drehen, kann das Antriebszahnrad als Schneckenrad ausgebildet sein, dass mit einer vom Elektromotor angetriebenen Schneckenwelle in Eingriff ist. Ein solches Schneckengetriebe kann selbsthemmend ausgeführt sein, so dass eine Drehung von Schneckenrad und/oder Schneckenwelle ohne Betätigung des Elektromotors in beide Drehrichtungen oder zumindest in eine Drehrichtung

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nicht möglich ist. Schneckenrad und Schneckenwelle können unterschiedlich gepaart sein, beispielsweise kann eine Zylinderschnecke mit einem Globoidrad, eine Globoidschnecke mit einem Stirnrad oder eine Globoidschnecke mit einem Globoidrad gepaart sein.

Um den elektrischen Antrieb möglichst ausfallsicher zu gestalten und/oder eine Kraftübertragung auf die Schneckenwelle zu erhöhen, kann die Schneckenwelle an ihren Wellenendabschnitten mit jeweils einem Elektromotor bewegungsverbunden sein. Ein solcher Elektromotor kann beispielsweise als Schrittmotor oder dergleichen ausgebildet sein.

Die Wellenendabschnitte der Schneckenwelle können mit entsprechenden Antriebswellen der Elektromotore drehfest verbunden sein. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Wellenendabschnitte direkt als Antriebswellen der Elektromotore ausgebildet sind.

Um die Schneckenwelle zur Aufnahme entsprechender Kräfte sicher drehbar zu lagern, können die Wellenendabschnitte benachbart zu den Elektromotoren gelagert sein. Solche Lager können Kugellager und/oder Axiallager sein.

Um alle Bauelemente, soweit notwendig, innerhalb des Umströmungskörpers zu versorgen, kann der Umströmungskörper eine Außenhülse aufweisen, die zumindest einen sich bis zur Innenwand des Durchlasskanals erstreckenden Radialfortsatz aufweist. Durch diesen können elektrische Leitungen, Versorgungsleitungen, Messleitungen oder dergleichen geführt sein. Außerdem kann der Radialfortsatz auch zur Strömungslenkung eingesetzt werden, indem beispielsweise das vom Einlass zum Auslass strömende Fluid in entsprechende Teilströme aufgeteilt wird.

Um in diesem Zusammenhang zu ermöglichen , dass bei Anströmen des Radialfortsatzes möglichst wenig Wirbel entstehen, kann der Radialfortsatz zumindest an seinem dem Einlass zuweisenden Ende zugespitzt sein. Die Zuspitzung ist so gestaltet, dass diese strömungsgünstig ausgebildet ist.

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Da die beiden oben genannten Elektromotore auf eine Welle wirken, ist bei gleichzeitiger Betätigung beider Elektromotore eine entsprechende Synchronisierung von Vorteil. Diese kann beispielsweise elektronisch oder auch softwaremäßig erfolgen.

Um das Gehäuse der erfindungsgemäßen Druckreduziervorrichtung soweit auseinandernehmen zu können, dass beispielsweise der Umströmungskörper einfach entnehmbar ist, kann das Gehäuse zweiteilig sein und die Gehäuseteile entlang ihres Außenumfangs durch einen Klemmring zusammengehalten sein.

Um die Elektromotore des elektrischen Antriebs direkt von außerhalb des Umströmungskörpers versorgen und steuern zu können, können die Elektromotore und die Schneckenwelle in einer nach außen offenen, im Wesentlichen senkrecht zur Drehspindel verlaufenden Querbohrung angeordnet sein.

Um dabei entsprechende elektrische Leitungen oder andere Leitungen direkt in Richtung der Elektromotore verlegen zu können, kann den offenen Enden der Querbohrung jeweils ein Radialfortsatz der Außenhülse zugeordnet sein. Durch diesen sind wieder entsprechende elektrische Leitungen, Versorgungsleitungen, Messleitungen oder dergleichen von außerhalb des Gehäuses und durch die Radialfortsätze geschützt vor dem um den Umströmungskörper strömenden Fluid zu den Elektromotoren führbar.

Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckreduziervorrichtung, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-Il aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckreduziervorrichtung 1 dargestellt. Diese weist ein Gehäuse 4 aus Gehäuseteilen

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74, 75 auf. Die beiden Gehäuseteile sind entlang ihres Außenumfangs mittels eines Klemmrings 76 zusammengehalten.

Das Gehäuse 4 weist an einem Ende einen Einlass 2 und am gegenüberliegenden Ende einen Auslass 3 auf. Innerhalb des Gehäuses 4 sind Einlass und Auslass über einen Durchlasskanal 6 miteinander verbunden. In dem Durchlasskanal 6 ist ein Umströmungskörper 5 angeordnet. Der Umströmungskörper 5 ist aus einem Mittelkörper 52 und zwei Endkörpern 53, 54 zusammengesetzt. Der Endkörper 53 ist als Einlassendkörper dem Einlass 2 zugeordnet und weist eine Kreiskegelform auf. Eine entsprechende Kegelspitze 55 ist dem Einlass 2 zugewandt und mittig zu diesem angeordnet. Der andere Endkörper 54 ist als Auslassendkörper im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet und weist an seinem dem Auslass 3 zuweisenden Ende im Wesentlichen mittig eine in Richtung Auslass 3 offene Lagerbohrung 37 auf.

Zwischen Einlassendkörper 53 und Mittelkörper 52 ist eine Verschlussplatte 56 angeordnet. Durch diese ist ein Innenraum 14 des Mittelkörpers 52 in Richtung Einlassendkörper 53 verschlossen. Mittig in der Verschlussplatte 56 ist ein Positionssensor 57 angeordnet. Dieser weist einen Kolben 80 auf, der in einer Axialbohrung 84 einer Drehspindel 10 verschieblich zu Positionsbestimmung der Drehspindel geführt ist.

Im Bereich des Mittekörpers und teilweise auch im Bereich des Auslassendkörpers 54 sind beide entlang ihres Außenumfangs von einer Außenhülse 68 umgeben. Diese ist zumindest am Auslassendkörper 54 beispielsweise durch Verschweißen befestigt. Die Verschlussplatte 56 ist teilweise in die Außenhülse 68 eingesteckt und dort über entsprechende Dichtelemente abgedichtet. Die Außenhülse 68 weist, siehe auch Fig. 2, drei Radialfortsätze 70, 71 und 72 auf. Diese erstrecken sich mit ihren Enden 73 bis zu einer Innenwand 69 des Durchlasskanals 6. Die Radialfortsätze 70 bis 72 weisen Öffnungen auf, durch die von außerhalb des Gehäuses 4 Leitungen 81, wie elektrische Leitungen, Versorgungsleitungen, Messleitungen oder dergleichen, durchführbar sind. Die Leitungen 81 sind mittels eines Anschlusses 87 außen am Gehäuse 4 angeschraubt.

In dem Innenraum 14 des Mittelkörpers 52 ist eine Verstelleinrichtung 8 angeordnet. Diese weist eine Kugelumlaufmutter 9, die Drehspindel 10 und einen Betätigungskolben

27 auf. Die Kugelumlaufmutter 9 ist in einer Drehhülse 11 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Die Drehhülse weist einen radial nach innen vorstehenden Absatz 12 auf, mit dem ein entsprechend radial nach außen vorstehender Anlageflansch 13 der Kugelumlaufmutter 9 in der in Fig. 1 dargestellten Position in Anlage ist. Der Anlageflansch 13 der Kugelumlaufmutter 9 ist in etwa mittig in axialer Richtung 32 an der Kugelumlaufmutter 9 angeordnet. Über Absatz 12 und Anlageflansch 13 sind Kugelumlaufmutter 9 und Drehhülse 11 durch eine Schraubverbindung 60 aus einer Reihe von Schraubbolzen miteinander lösbar befestigt.

Die Drehhülse 11 ist über eine Drehlagereinrichtung 17 zwischen ihrer Außenwand 15 und einer Wandung 16 des Innenraums 14 drehbar im Mittelkörper 52 gelagert. Die Drehlagereinrichtung 17 ist beispielsweise durch wenigstens ein Kugellager 18 gebildet. Zur Fixierung der Drehhülse 11 und damit der Kugelumlaufmutter 9 in axialer Richtung 32 ist ein Gewindering 23 auf ein dem Einlass 2 zuweisendes Aufschraubende 24 der Drehhülse 11 aufgeschraubt. Der Gewindering 23 ist in seiner aufgeschraubten Stellung mit einem Ende 19 der Drehlagereinrichtung 17 in Anlage. Dem anderen Ende 21 der Drehlagereinrichtung 17 ist ein Anschlag 25 der Drehhülse 11 zugeordnet. Zwischen diesem Anschlag 25 und dem Ende 21 der Drehlagereinrichtung 17 ist noch ein Abstandsring 26 angeordnet. Außerdem ist Ende 21 teilweise mit einem Absatz 20 des Innenraums 14 in Anlage.

Die Drehlagereinrichtung 17 ist relativ zum Mittelkörper 52 einerseits durch Anlage an einem Absatz 20 und andererseits durch einen Sprengring 22 in axialer Richtung 32 festgelegt.

Mit Drehhülse 11 und Kugelumlaufmutter 9 ist über die Schraubverbindung 60 ebenfalls ein Antriebszahnrad 59 drehfest verbunden. Dieses ist als Schneckenrad 63 ausgebildet, das mit einer entsprechenden Schneckenwelle 64 in Eingriff ist.

Innerhalb der Kugelumlaufmutter 9 ist die Drehspindel 10 drehbar und in axialer Richtung 32 verschiebbar gelagert. Die Drehspindel 10 steht in Richtung Auslass 3 aus der Kugelumlaufmutter 9 mit ihrem Ende 28 vor. An diesem Ende 28 ist die Drehspindel mit dem Betätigungskolben 27 lösbar verbunden. Die Verbindung ist durch einen formschlüssigen Eingriff des Endes 28 mit einem entsprechenden zuweisenden Ende 29 des

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Betätigungskolbens 27 und durch zusätzliches Verschrauben der beiden Enden mittels Schraubbolzen 85 realisiert.

Der Betätigungskolben 27 ist durch den Auslassendkörper 54 hindurch geführt bis zum Drosselorgan 7. Der Betätigungskolben 27 steht in die Lagerbohrung 37 vor und ist an seinem freien Ende 43 in eine Endbohrung 44 des Drosselorgans 7 eingesteckt und dort in einer Einschraubposition 46 verschraubt. Die Einschraubposition 46 ist durch Anlage eines radial nach außen vorstehenden Ringflansches des Betätigungskolbens 27 mit einem entsprechenden radial nach innen vorstehenden Absatz 45 der Endbohrung 44 bestimmt.

Die Bohrung 44 ist in einem Einsteckzylinder 38 des Drosselorgans 7 ausgebildet. In Richtung Auslass 3 schließt sich an den Einsteckzylinder 38 ein Hohlzylinder 34 mit seinem Ende 36 an, der eine Lochblende 30 mit einer Vielzahl von Löchern 31 in seiner Zylinderwandung 35 bildet. Die Löcher 31 weisen in axialer Richtung 32 unterschiedliche Durchmesser 33 auf. Eine Reihe von Löchern 31 mit gleichen Durchmesser 33 ist entlang entsprechender Umfangslinien des Hohlzylinders 34 angeordnet. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist keine Fluidverbindung zwischen Durchlasskanal 6 und Auslass 3 durch die Lochblende 30 hergestellt. Der Hohlzylinder 34 ist in einen zylindrischen Abschnitt 40 des Auslasses 3 vorgeschoben und dort sind die Löcher 31 mittels einer eine Innenwand 41 des zylindrischen Abschnitts 40 bildenden Dichthülse 42 gegenüber dem Durchlasskanal 6 abgedichtet.

Hohlzylinder 34 und Einsteckzylinder 38 weisen gleichen Außendurchmesser 39 auf. Zwischen dem Einsteckzylinder 38 und einer Innenwand 50 der Lagerbohrung 37 ist wenigstens ein Dichtelement 49 angeordnet. Dieses dichtet die Lagerbohrung 37 gegenüber dem Durchlasskanal 6 ab.

In dem Einsteckzylinder 38 sind parallel zur Endbohrung 44 eine Führungsbohrung 47 und ein Durchlasskanal 51 ausgebildet. Die Führungsbohrung 47 dient zur verschiebbaren Aufnahme eines Führungsbolzens 48. Dieser ist mit einem seiner Enden in der Führungsbohrung eingesteckt und mit seinem anderen Ende im Auslassendkörper 44 befestigt. Der Durchlasskanal 51 verbindet das Innere des Hohlzylinders 34 mit der Lagerbohrung 37.

Innerhalb der Endbohrung 44 ist eine Einschraubhülse 86 angeordnet, in die das freie Ende 43 des Betätigungskolbens 27 einschraubbar ist, und die den Absatz 45 aufweist. Es ist auch möglich, dass das Verschrauben und Positionieren des freien Endes 43 des Betätigungskolbens 27 direkt innerhalb der Endbohrung 44 ohne Zwischenschaltung der Einschraubhülse 86 erfolgt.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie H-Il durch Fig. 1. In dieser Figur ist insbesondere ein elektrischer Antrieb 58 für die Kugelumlaufmutter 9 erkennbar, der zwei Elektromotore 61 und 62 aufweist. In den Fig. 1 und 2 sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen versehen und werden teilweise im Zusammenhang mit nur einer Figur erläutert.

Die Elektromotore 61, 62 sind in einer Querbohrung 77 des Mittelkörpers 52 angeordnet. Die Querbohrung 77 erstreckt sich senkrecht zur axialen Richtung 32 bzw. senkrecht zur Drehspindel 10. Innerhalb der Querbohrung 77 ist die Schneckenwelle 64 drehbar gelagert. Diese weist zwei Wellenendabschnitte 65, 66 auf, von denen jedem jeweils ein Elektromotor 61, 62 zugeordnet ist. Jeder der Wellenendabschnitte 65, 66 ist als Antriebsachse 67 ausgebildet, die in dem entsprechenden Elektromotor 61, 62 drehbar aufgenommen ist. Benachbart zu den Elektromotoren 61, 62 ist die Schneckenwelle 64 an ihren Wellenendabschnitten 65, 66 drehbar mittels wenigstens eines Radiallagers 82 in eines Axiallagers 83 gelagert. Die Querbohrung 77 weist offene Enden 78, 79 auf, wobei jedem dieser Enden ein Radialfortsatz 71, 72 der Außenhülse 68 zugeordnet ist. Durch die Radialfortsätze 71, 72 sind entsprechende Leitungen 81 von außerhalb des Gehäuses zu der Querbohrung 77 hindurchgeführt.

Die Elektromotore 61, 62 sind miteinander synchronisiert, um gleichzeitig die Schneckenwelle 64 anzutreiben. Die Elektromotore können Schrittmotore oder andere Motore sein und die Synchronisierung kann elektronisch oder softwaremäßig erfolgen.

In den offenen Enden 78, 79 sind die Elektromotore 61, 62 lösbar befestigt und dort mit den entsprechenden Leitungen 81 zur Versorgung und Steuerung verbunden.

Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Druckreduziervorrichtung anhand der Figuren erläutert.

Zur Verstellung des Drosselorgans 7 in Richtung Einlass 2 werden die Elektromotore 61, 62 insbesondere ferngesteuert betätigt. Bei Betätigung der Elektromotore 61, 62 dreht sich entsprechend die Schneckenwelle 64 und über ihren Eingriff mit dem Schneckenrad 63 ebenfalls die Kugelumlaufmutter 9. Bei Drehung der Kugelumlaufmutter 9 wird die Drehspindel 10 in axialer Richtung 32 verschoben. In Fig. 1 ist die Drehspindel 10 und entsprechend das Drosselorgan 7 in einer Schließstellung dargestellt, in der keine Fluidverbindung zwischen Durchlasskanal 6 und Auslass 3 vorhanden ist.

Bei entsprechender Drehung der Kugelumlaufmutter 9 wird die Drehspindel 10 und ebenfalls der mit ihr verbundene Betätigungskolben 27 in Fig. 1 nach rechts in Richtung Einlass 2 verschoben. Durch diese Verschiebung wird das mit dem freien Ende 43 des Betätigungskolben 27 verbundene Drosselorgan 7 ebenfalls in Richtung Einlass 2 verschoben. Dadurch wird eine Fluidverbindung zwischen Durchlasskanal 6 und Auslass über mehr oder weniger Löcher 31 mit teilweise unterschiedlichen Durchmessern 33 hergestellt. Durch die Anzahl der Löcher 31 und deren Durchmesser 33 wird eine entsprechende Durchflussrate zwischen Durchlasskanal 6 und Auslass 3 bestimmt.

Wird das Drosselorgan 7 wieder in die Stellung nach Fig. 1 verschoben, wird entsprechend eine Fluidverbindung zwischen Durchlasskanal 6 und Auslass 3 wieder unterbrochen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verstellung des Drosselorgans 7 durch Drehung der Kugelumlaufmutter 9 und insbesondere den Eingriff von Schneckenrad 63 und Schneckenwelle 64, wobei die Schneckenwelle 64 durch zwei synchronisierte Elektromotore 61, 62 drehbar ist. Dadurch ist eine genaue und reproduzierbare Verschiebung des Drosselorgans 7 insbesondere ferngesteuert möglich. Die entsprechende Position des Drosselorgans 7 wird über die axiale Verschiebung der Drehspindel 10 mittels des Positionssensors 57 ermittelt.

Claims

1. Druckreduziervorrichtung (1) mit einem einen Einlass (2) und einen Auslass (3) aufweisenden Gehäuse (4), in dem ein Umströmungskörper (5) in einem Einlass (2) und Auslass (3) verbindenden Durchlasskanal (6) angeordnet ist, wobei eine Drosselorgan (7) relativ zum Umströmungskörper (5) zur Variation einer Durchflussrate verstellbar gelagert und mit einer Verstelleinrichtung (8) bewegungsverbunden ist, welche eine im Umströmungskörper (5) drehbar gelagerte, in axialer Richtung im wesentlichen fixierte Kugelumlaufmutter (9) und eine in dieser axial verstellbar gelagerte Drehspindel (10) aufweist, wobei die Drehspindel mit dem Drosselorgan (7) bewegungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufmutter (9) in einer im Umströmungskörper (5) drehbar gelagerten Drehhülse (11) insbesondere lösbar befestigt ist und die Kugelumlaufmutter (9) mit einem Antriebszahnrad (59) drehfest verbunden ist, welches von einem elektrischen Antrieb (58) zur Bewegungsverbindung mit der Kugelumlaufmutter (9) drehbar ist.

2. Druckreduziervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhülse (11) einen radial nach innen zumindest stellenweise vorspringenden Absatz (12) aufweist, mit dem ein radial nach außen vorspringender Anlageflansch (13) der Kugelumlaufmutter (9) in Anlage ist.

3. Druckreduziervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Absatz (12) und Anlageflansch (13) miteinander insbesondere lösbar verbunden ist.

4. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhülse (11) in axialer Richtung (32) fixiert ist.

5. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Drehhülse (11) und Kugelumlaufmutter (9) in einem Innenraum (14) des Umströmungskörpers (5) angeordnet sind.

6. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außenwand (15) der Drehhülse (11) und Wandungen (16) des Innenraums (14) des Umströmungskörpers (5) eine Drehlagereinrichtung (17) angeordnet ist.

7. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlagereinrichtung (17) wenigstens ein Kugellager (18) aufweist.

8. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlagereinrichtung (17) an der Wandung (16) des Innenraums (14) insbesondere lösbar befestigt ist.

9. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlagereinrichtungen (17) an einem ihrer Enden (19) an einem Absatz (20) der Wandung (16) anliegt und an ihrem anderen Ende (21) relativ zur Wandung (16) zumindest in axialer Richtung (32) festgelegt ist.

10. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem anderen Ende (21) der Drucklagereinrichtung (17) ein Sprengring (22) zugeordnet ist.

11. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewindering (23) auf ein Aufschraubende (24) der Drehhülse (11) aufschraubbar ist.

12. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehhülse (11) einen radial nach außen vorstehenden Anschlag (25) aufweist, der zum Aufschraubende (24) beabstandet ist.

13. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Anschlag und Drehlagereinrichtung (17) ein Abstandsring (26) anordbar ist.

14. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspindel (10) mit einem insbesondere lösbar mit dem Drosselorgan (7) verbundenen Betätigungskolben (27) verbunden ist.

15. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Drehspindel (10) und Betätigungskolben (27) mit ihren aufeinander zuweisenden Enden (28, 29) formschlüssig ineinander greifen und/oder miteinander verschraubt sind.

16. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (7) eine axial verschiebbare Lochblende (30) ist.

17. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Löcher (31) in der Lochblende (30) in axialer Richtung (32) mit unterschiedlichen Durchmessern (33) ausgebildet sind.

18. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende (30) als Hohlzylinder (34) mit in der Zylinderwandung (35) angeordneten Löchern (31) ausgebildet ist.

19. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (34) an seinem dem Umströmungskörper (5) zuweisenden Ende (36) einen in einer Lagerbohrung (37) axial verschiebbaren Einsteckzylinder (38) aufweist.

20. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlzylinder (34) und Einsteckzylinder (38) gleiche Außendurchmesser (39) aufweisen.

21. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (34) in einem zylindrischen Abschnitt (40) des Auslasses (3) verschieblich gelagert ist.

22. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwand (41) des zylindrischen Abschnitts (40) durch eine Dichthülse (42) gebildet ist.

23. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (3) stromabwärts anschließend an den zylindrischen Abschnitt (40) konisch erweitert ist.

24. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende (43) des Betätigungskolbens (27) oder der Drehspindel (10) in einer Endbohrung (44) des Einsteckzylinders (38) eingeschraubt ist.

25. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbohrung (44) einen Absatz (45) zur Festlegung einer Einschraubposition (46) des freien Endes (43) aufweist.

26. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsbohrung (47) parallel zur Endbohrung (44) im Einsteckzylinder (38) ausgebildet ist, in die ein Führungsbolzen (48) verschiebbar eingreift.

27. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtelement (49) zwischen Einsteckzylinder (38) und Innenwand (50) der Lagerbohrung (37) angeordnet ist.

28. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchlasskanal (51) den Einsteckzylinder (38) in axialer Richtung (32) durchsetzt.

29. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (5) aus einem Mittelkörper (52) und zwei Endkörpern (53, 54) zusammengesetzt ist.

30. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der dem Einlass (2) zuweisende Einlassendkörper (53) im Wesentlichen kreiskegelförmig ist.

31. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kegelspitze (55) des Einlassendkörpers (53) in Richtung Einlass (2) weist und insbesondere mittig zum Einlass angeordnet ist.

32. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im im Wesentlichen zylindrischen Mittekörper (52) zumindest Kugelumlaufmutter (9) und Drehhülse (11) angeordnet sind.

33. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mittelkörper (52) und Einlassendkörper (53) eine Verschlussplatte (56) angeordnet ist.

34. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in etwa mittig zur Verschlussplatte (56) ein Positionssensor (57) angeordnet ist.

35. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad (59) mit Drehhülse (11) und/oder Kugelumlaufmutter (9) durch eine Schraubverbindung (60) befestigt ist.

36. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (58) wenigstens einen Elektromotor (61, 62) aufweist.

37. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad (59) als Schneckenrad (63) ausgebildet ist, das mit einer vom Elektromotor (61, 62) angetriebenen Schneckenwelle (64) in Eingriff ist.

38. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (64) an ihren Wellenendabschnitten (65, 66) mit jeweils einem Elektromotor (61, 62) bewegungsverbunden ist.

39. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenendabschnitt (65, 66) als Antriebsachse (67) des Elektromotors (61, 62) ausgebildet ist.

40. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenendabschnitte (65, 66) benachbart zu den Elektromotoren (61, 62) gelagert sind.

41. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (5) direkt oder eine auf ihm angeordnete Außenhülse (68) zumindest einen sich bis zur Innenwand (69) des Durchlasskanals (6) erstreckenden Radialfortsatz (70, 71, 72) aufweist.

42. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Radialfortsatz (70, 71, 72) elektrische Leitungen, Versorgungsleitungen oder dergleichen in den Umströmungskörper (5) geführt sind.

43. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialfortsatz (70, 71, 72) zumindest an seinem dem Einlass (2) zuweisenden Ende (73) zugespitzt ist.

44. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) zweiteilig ist und die Gehäuseteile (74, 75) entlang ihres Außenumfangs durch einen Klemmring (76) zusammengehalten sind.

45. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotore (61, 62) und die Schneckenwelle (64) in einer nach außen offenen, im Wesentlichen senkrecht zur Drehspindel (10) verlaufenden Querbohrung (77) angeordnet sind.

46. Druckreduziervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den offenen Enden (78, 79) der Querbohrung (77) jeweils ein Radialfortsatz (71, 72) zugeordnet ist.