DE3615432A1

DE3615432A1 - Regelventil, insbes. plattenschieber

Info

Publication number: DE3615432A1
Application number: DE19863615432
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Luetzke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1987-11-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil, insbes. einen Plattenschieber, zur Regelung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums, mit einer Schieberplatte und einer von der Schieberplatte verschließbaren Durchflußöffnung mit einem Durchflußquerschnitt vorgegebener Geometrie. - Die Erfindung umfaßt außer Plattenschieber auch andere Absperrorgane, die als Regelventile Verwendung finden können.

Bei Regelventilen handelt es sich regelmäßig um in einen Regelkreis eingeschaltete Ventile, welche mit oder ohne Hilfsenergie betätigt werden. Sofern derartige Regelventile einen Regel- oder Drosselkegel aufweisen, wird eine Öffnungskennlinie festgelegt, worunter das Verhältnis vom freien Durchflußquerschnitt zum Ventilhub zu verstehen ist. Bei Regelventilen ohne Regel- oder Drosselkegel verläuft die Öffnungskennlinie geradlinig. Bei Regelventilen in der Ausführungsform eines Flach- bzw. Plattenschiebers ist die freigegebene Durchflußfläche proportional zum Schieberplattenhub bzw. Drehwinkel einer die Schieberplatte betätigenden Ventilspindel. Insoweit zeigt ein herkömmlicher Plattenschieber ein lineares Öffnungsverhalten. Für die Regelung der Durchflußmenge durch Drosselung ist jedoch häufig eine Charakteristik der sich öffnenden Durchflußfläche mit einem anderen als linearen Anstieg über den Schieberplattenhub vorteilhaft. - Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil, insbes. einen Plattenschieber, der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem über den gesamten Regelbereich eine annähernd gleiche Ansprechsensibilität erreicht wird.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Regelventil, insbes. Plattenschieber, dadurch, daß die Schieberplatte ein Durchflußfenster mit einer hinsichtlich seiner Geometrie auf den Durchflußquerschnitt der Durchflußöffnung derart abgestimmten Querschnittsfläche aufweist, daß bei sich mit der Durchflußöffnung überschneidendem Durchflußfenster die jeweils freigegebene Durchflußfläche in vorgegebener Potenz (F ⁿ) dem Schieberplattenhub proportional ist bzw. entspricht. - Im Rahmen der Erfindung lassen sich beliebige Regelcharakteristiken in Abhängigkeit vom Schieberplattenhub verwirklichen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Freigabe der Durchflußfläche dem Quadrat bzw. der 2. Potenz des Schieberplattenhubes proportional. Insoweit wird also eine Öffnungsflächencharakteristik mit quadratischem Anstieg über den Schieberplattenhub bzw. die Drehwinkeländerung einer Ventilspindel erreicht. Es ist dabei die Umsetzung des Druckverlustes mit dem Quadrat der Durchströmgeschwindigkeit des Strömungsmediums von Bedeutung, um über den gesamten Regelbereich eine annähernd gleiche Ansprechsensibilität zu erhalten. Die Verläufe der Durchflußflächen lassen sich anhand der gewählten Konturen in Abhängigkeit vom Ventilhub bzw. Schieberplattenhub als Integral des Konturenverlaufes und der Hubänderung exakt berechnen. Hinzukommen strömungstechnische Veränderungen, welche für die Berechnung eines Regelventils zu berücksichtigen sind. Jedenfalls entsteht nach Lehre der Erfindung ein Regelventil, welches sich bei Ansteuerung über Rechnersysteme durch hohe Ansprechempfindlichkeit selbst bei größeren Durchflußflächen bzw. -öffnungen auszeichnet.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So lehrt die Erfindung, daß die Durchflußöffnung als quadratische oder rechteckige Öffnung in z. B. einer feststehenden Platte ausgebildet ist. Nach einer Ausführungsform mit selbständiger Bedeutung ist vorgesehen, daß das Durchflußfenster in der Schieberplatte als Dreieck, z. B. gleichseitiges Dreieck ausgebildet ist und die Länge der Katheten oder Hypotenuse der Basis- bzw. Seitenlänge der quadratischen Durchflußöffnung entspricht. In diesem Fall wird also das dreieckige Durchflußfenster aus der Breite, der Höhe und der Diagonalen des Quadrates oder eines Rechteckes gebildet. Im letzteren Fall ist die Durchflußöffnung als rechteckige Öffnung ausgebildet. In beiden Fällen ist die Freigabe der Durchflußfläche dann proportional zum Quadrat des Schieberplattenhubes. - Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchflußöffnung und das Durchflußfenster als identischer Rhombus oder Raute ausgebildet sind und mit spitzwinkliger oder stumpfwinkliger Überschneidung übereinanderfahrbar sind. Auch in diesem Fall wird stets eine Durchflußfläche proportional dem Quadrat des Schieberplattenhubes freigegeben. Wenn Durchflußfenster und Durchflußöffnung exakt aufeinanderstehen, wird die maximale Durchflußfläche und folglich der maximale Durchflußquerschnitt freigegeben. Die Ausbildung als Raute (Breite größer als Höhe) wird insbes. in solchen Fällen Verwendung finden, in denen der Schieberplattenhub begrenzt ist. - Im Rahmen der Erfindung kann die gleichsam ortsfeste Durchflußöffnung stets auch die Geometrie des Durchflußfensters in der Schieberplatte und das Durchflußfenster die Geometrie der Durchflußöffnung aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 Durchflußöffnung und Schieberplatte mit Durchflußfenster eines erfindungsgemäßen Regelventils in schematischer Darstellung mit verschiedenen Konturen für das Durchflußfenster,

Fig. 2 in schematischer Darstellung die freigegebene Durchflußfläche über dem Ventil- bzw. Schieberplattenhub,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 1 mit dreieckförmigem Durchflußfenster in geschlossener Stellung,

Fig. 4 den Gegenstand nach Fig. 3 in teilgeöffneter Stellung,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1 mit dreieckförmigem Durchflußfenster und der Basis der Durchflußöffnung zugeordneter Hypotenuse in geschlossener Stellung,

Fig. 6 den Gegenstand nach Fig. 5 in teilgeöffneter Stellung,

Fig. 7 eine weitere Abwandlung des Gegenstandes nach Fig. 1 mit rautenartiger Ausführungsform für Durchflußöffnung und Durchflußfenster in geschlossener Stellung und

Fig. 8 den Gegenstand nach Fig. 7 in teilgeöffneter Stellung.

In den Figuren ist ein Regelventil, und zwar ein Plattenschieber dargestellt, der zur Regelung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums dient. Dieser Plattenschieber weist eine Schieberplatte 1 und eine von der Schieberplatte 1 verschließbare Durchflußöffnung 2 mit einem Durchflußquerschnitt vorgegebener Geometrie auf. Die Schieberplatte 1 besitzt ein Durchflußfenster 3 mit einer hinsichtlich seiner Geometrie auf den Durchflußquerschnitt der Durchflußöffnung 2 derart abgestimmten Querschnittsfläche, daß bei sich mit der Durchflußöffnung 2 überschneidendem Durchflußfenster 3 die jeweils freigegebene Durchflußfläche in vorgegebener Potenz F ⁿ dem Schieberplattenhub proportional ist bzw. entspricht. Bei den Ausführungsbeispielen ist die Freigabe der Durchflußfläche dem Quadrat bzw. der 2. Potenz des Schieberplattenhubes proportional. Dazu ist die Durchflußöffnung 2 als quadratische Öffnung in z. B. einer feststehenden Platte 4 ausgebildet. - Nach einer Ausführungsform ist das Durchflußfenster 3 in der Schieberplatte 1 als Dreieck, z. B. gleichseitiges Dreieck ausgebildet, wobei die Länge der Katheten oder der Hypotenuse der Basis- bzw. Seitenlänge der quadratischen Durchflußöffnung entspricht. Nach den Fig. 3 und 4 gilt für eine quadratische Durchflußfläche (F ²) F = h ²/2. Für eine rechteckige Durchflußfläche gilt F proportional h ². - Nach den Fig. 5 und 6 gilt allgemein F proportional h ² und bei einem dreieckförmigen Durchflußfenster unter Berücksichtigung eines Dreiecks mit 90° Winkel F = h ².

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Durchflußöffnung 2 und das Durchflußfenster 3 als identischer Rhombus oder Raute ausgebildet und mit spitzwinkliger oder stumpfwinkliger Überschneidung übereinanderfahrbar. Nach den Fig. 7 und 8 gilt für die quadratische Änderung der Durchflußfläche (F ²) F proportional h ², wobei die maximal erreichbare Durchflußfläche F = b ² ist. - In den Ausführungsbeispielen ist mit h stets der Schieberplattenhub bezeichnet.

Im Rahmen der Erfindung, können grundsätzlich auch andere Regelcharakteristiken mit Abhängigkeit vom Plattenschieberhub oder Drehwinkel einer Ventilspindel verwirklicht werden, z. B. F ^1,5, F ³, F ⁴ usw. F ⁿ. Für die hier angestrebte Regelcharakteristik gilt eine Lösung, bei der ein rechteckiger bzw. quadratischer Durchflußquerschnitt verwirklicht ist, während die dagegen laufende Schieberplatte 1 ein dreieckförmiges Durchflußfenster 3 aufweist.

Im folgenden wird der Einsatz eines erfindungsgemäßen Regelventils beispielsweise erläutert:

Bei der Regelung von Verdünnungssystemen, wie sie z. B. bei Emissionsmessungen für Dioxine und Furane und PAH eingesetzt werden, kommen z. B. zwei Regelventile zum Einsatz, durch die das aus einem Abgaskanal abgesaugte Abgas von hoher Temperatur durch Beimischung gefilterter Luft mit niedriger Temperatur auf insgesamt niedrigere Temperaturen verdünnt und dabei abgekühlt wird. Ein Regelventil zur Steuerung des Gesamtvolumenstromes (Bypassregelung) ist dabei im Normalbetrieb weitgehend geschlossen, während das andere Ventil zur Steuerung der Verdünnungsluft weitgehend geöffnet ist. Beide Regelventile werden dabei von einer Rechnereinheit zur Regelung des Gesamtvolumenstromes und des Verdünnungsluftstromes angesprochen und permanent nachgeregelt. Die bislang hier verwendeten Kugelventile haben bei kleinem Öffnungswinkel eine relativ große Flächenänderung und bei großem Öffnungswinkel eine relativ kleine Flächenänderung. Bei annähernd geschlossener Stellung des Kugelventils reicht die Ansprechempfindlichkeit (relative Flächenänderung in Abhängigkeit vom Drehwinkel) für die Mischungsregelung der Temperatur aus, während bei großem Öffnungswinkel die relative Flächenänderung zur Steuerung nicht mehr ausreicht.

Bei großer Winkelöffnung reagiert das Kugelventil auf Drosselung bzw. Freigabe des Strömungsquerschnitts zu langsam bzw. zu träge. Dadurch kann die Mischungstemperatur nicht schnell genug nachgeregelt werden. Die Mischungstemperatur läßt sich nicht auf einen konstanten Wert einstellen, sondern schwankt innerhalb eines Temperaturbereiches. Durch die Erfindung wird durch die geänderte Ansprechempfindlichkeit ein schnelleres Ansprechen des Regelungssystems erreicht. Die Temperaturschwankungen werden auf ein Minimum reduziert.

Claims

1. Regelventil, insbes. Plattenschieber, zur Regelung der Durchflußmenge eines Strömungsmediums, mit einer Schieberplatte und einer von der Schieberplatte verschließbaren Durchflußöffnung mit einem Durchflußquerschnitt vorgegebener Geometrie, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberplatte (1) ein Durchflußfenster (3) mit einer hinsichtlich seiner Geometrie auf den Durchflußquerschnitt der Durchflußöffnung (2) derart abgestimmten Querschnittsfläche aufweist, daß bei sich mit der Durchflußöffnung (3) überschneidendem Durchflußfenster (3) die jeweils freigegebene Durchflußfläche in vorgegebener Potenz (F ⁿ) dem Schieberplattenhub proportional ist oder entspricht.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe der Durchflußfläche der 2. Potenz des Schieberplattenhubes proportional ist.

3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (2) als quadratische oder rechteckige Öffnung ausgebildet ist.

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchflußfenster (3) in der Schieberplatte (1) als Dreieck, z. B. gleichseitiges Dreieck, ausgebildet ist und die Länge der Katheten oder der Hypotenuse der Basis- bzw. Seitenlänge der quadratischen Druchflußöffnung (2) entspricht.

5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (2) und das Durchflußfenster (3) als identischer Rhombus oder Raute ausgebildet sind und mit spitzwinkliger oder stumpfwinkliger Überschneidung übereinanderfahrbar sind.