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Title:
VALVE, IN PARTICULAR PRESSURE REDUCING VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/055627
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a valve, in particular a pressure reducing valve, comprising a housing (1), which has a cylindrical chamber (11), for a rotor (2), with an inlet line (12), for a pressurised medium and an outlet line (13), for the escaping reduced pressure medium. The housing (1) and the rotor (2) are made from a ceramic material and the rotor (2) is a cylindrical body, which has, on the outer surface thereof, a number of recesses (21) which are arranged at a distance from each other, in the direction of flow. The areas of the outer surface of the rotor, between the recesses and the inner surface of the cavity (11), within the housing (1) and the end surfaces of the rotor (2) and the end surfaces of the housing (1) together form a seal.

Inventors:
Schwarz, Alois (Schwendter Strasse 28 Kirchdorf/Tirol, A-6382, AT)
Application Number:
PCT/AT2001/000017
Publication Date:
August 02, 2001
Filing Date:
January 23, 2001
Export Citation:
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Assignee:
Schwarz, Alois (Schwendter Strasse 28 Kirchdorf/Tirol, A-6382, AT)
International Classes:
F01D1/34; F01D5/02; F02C1/02; F16K47/04; (IPC1-7): F16K47/04
Attorney, Agent or Firm:
Atzwanger, Richard (Mariahilfer Strasse 1c Wien, A-1060, AT)
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Claims:
ANSPRÜCHE
1. Ventil, insbesondere Druckreduzierventil, mit einem Gehäuse (1), welches mit einem zylindrischen Hohlraum (11) für einen Rotor (2,2a), mit einem Zu flu kanal (12) für ein unter Druck stehendes Medium und mit einem Abflu kanal (13) für das mit vermindertem Druck abströmende Medium ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, da das Gehäuse (1) und der Rotor (2,2a) aus einem keramischen Material hergestellt sind und da der Rotor (2,2a) als zy lindrischer Körper ausgebildet ist, welcher an seiner Mantelfläche mit einer Vielzahl von in Drehrichtung im Abstand voneinander befindlichen Ausneh mungen (21,21 a) ausgebildet ist, wobei die zwischen den Ausnehmungen (21, 21 a) befindlichen Bereiche der Mantelfläche an die Innenfläche des im Gehäu se (1) befindlichen Hohlraumes (11) und die Stirnflächen des Rotors (2,2a) an die Stirnflächen des Gehäuses (1) abdichtend anliegen (Fig. 1, Fig. 4).
2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die im Rotor (2) befindlichen Ausnehmungen als radial ausgerichtete Nuten (21) ausgebildet sind (Fig. l).
3. Ventil nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich net, da die Ausnehmungen (21 a) mit seitlichen Wangen (22) ausgebildet sind, soda sie nur nach radial au en hin offen sind (Fig. 4).
4. Ventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da der Zuströmkanal (12) und der Abströmkanal (13) zueinander angenähert diametral angeordnet sind.
5. Ventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da der Rotor (2,2a) mit einer zentralen Ausnehmung (23) ausgebildet ist, in welche ein aus elastischem Material hergestelltes Kupplungselement (3) für eine das Gehäuse (1) durchsetzende Welle eingesetzt ist (Fig. 1, Fig. 4).
6. Ventil nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da das Kupp lungselement durch eine aus elastischem Material hergestellte Hülse (3) gebil det ist.
7. Ventil nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da das Gehäuse (1) als zweiteiliger, insbesondere quadrischer Körper ausge bildet ist, wobei ein Teil mit dem Hohlraum (11) und dem Zuströmkanal (12) sowie dem Abströmkanal (13) ausgebildet ist und der andere Teil als Abdeck platte (15) ausgebildet ist.
Description:
Ventil, insbesondere Druckreduzierventil Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Druckredu- zierventil, mit einem Gehäuse, welches mit einem zylindrischen Hohlraum für einen Rotor, mit einem Zuflu kanal für ein unter Druck stehendes Medium und mit einem Abflu kkanal für das mit vermindertem Druck abströmende Medium ausgebildet ist.

Bei einer Vielzahl von technischen Anlagen ist es erforderlich, den Druck von unter hohem Druck stehenden Medien, wie Flüssigkeiten oder Gasen, herabzu- setzen. Dies trifft z. B. beim Transport von Gasen zu, welche unter hohem Druck über gro en Entfernungen gefördert werden. Ebenso gilt dies für Was- serversorgungsanlagen, in welchen deshalb, da die Wasserversorgung auch bei hoch gelegenen Abnehmern gewährleistet sein mu , das Wasser unter hohem Druck steht. Bei der Abgabe dieser Medien an Verbraucher mu jedoch der bestehende Druck auf einen den Erfordernissen entsprechenden Druck herab- gesetzt werden. Um dieser Bedingung zu entsprechen, werden in derartigen Anlagen Ventile, insbesondere Druckreduzierventile, durch welche die Medien hindurchgeleitet werden, angeordnet. Weitere Anwendungsbereiche sind jegli- che technische Anlagen, in welchen sich ein unter hohem Druck stehendes gasförmiges oder flüssiges Medium befindet, dessen Druck herabgesetzt wer- den mu , wie Kälteanlagen, Druckluftversorgungsanlagen und hydraulische Anlagen.

Bei den bisher bekannten Anlagen, in welchen eine Druckreduzierung bewirkt wird, bedeutet dies jedoch, da hierdurch die im Medium enthaltene Drucke- nergie insbesondere in Wärme umgesetzt wird, welche nicht genützt wird, weswegen sie verloren geht. Der gegenständlichen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, durch welches die in Medien enthal- tene Druckenergie in kinetische Energie und gegebenenfalls in elektrische Energie umgesetzt werden kann.

Es sind seit vielen Jahren Turbinen bekannt, deren Rotoren mittels strömen- der Medien, insbesondere mittels Wasser, in Rotation gesetzt werden, wodurch kinetische Energie und mittels Elektrogeneratoren elektrische Energie erzeugt werden kann. Bekannte Turbinen sind jedoch deshalb nicht als Sperrventile verwendbar, da durch diese keine Absperrung des unter Druck stehenden Me- diums bewirkt werden kann. Der Grund hierfür liegt darin, da bekannte Tur- binen aus Metall hergestellt sind, wodurch aufgrund der Wärmedehnungen keine solche Pa genauigkeit des Rotors im Gehäuse erzielbar ist, da sie auch als Sperrventil wirken können.

Der gegenständlichen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit einem in einem zylindrischen Hohlraum angeordneten Rotor zu schaffen, durch welche sowohl die Funktion eines Sperrventils als auch die Funktion eines Druckreduzierventils erfüllt wird, wobei die bei der Funktion eines Druckreduzierventiles anfallende Energie gewonnen werden kann. Dies wird erfindungsgemä dadurch erzielt, da das Gehäuse und der Rotor aus einem keramischen Material hergestellt sind und da der Rotor als zylindrischer Kör- per ausgebildet ist, welcher an seiner Mantelfläche mit einer Vielzahl von in Drehrichtung im Abstand voneinander befindlichen Ausnehmungen ausgebil- det ist, wobei die zwischen den Ausnehmungen befindlichen Bereiche der Man- telfläche an die Innenfläche des im Gehäuse befindlichen Hohlraumes und die Stirnflächen des Rotors an die Stirnflächen des Gehäuses abdichtend anliegen.

Da keramisches Material keinen ma geblichen Wärmespannungen unterliegt, können sowohl der Rotor als auch das Gehäuse mit sehr hoher Pa genauigkeit hergestellt werden, wodurch durch dieses Ventil bei einem Blockieren der Wel- le des Rotors die Funktion eines Sperrventiles erfüllt werden kann. Sobald demgegenüber die Welle des Rotors freigegeben wird, wobei die Rotationsge- schwindigkeit der Welle elektronisch geregelt werden kann, erfüllt dieses Ven- til die Funktion eines Reduzierventiles. Die über die Welle des Rotors übertra- gene elektrische Energie kann in weiterer Folge gewonnen werden, wobei ins- besondere ein Elektrogenerator betrieben werden kann. Die durch den Elektro- generator gewonnene Energie kann in einem Akkumulator gespeichert wer- den. Sie kann jedoch auch in Heizenergie umgewandelt werden, welche z. B. in einen thermischen Speicher eingespeist wird.

Vorzugsweise sind die im Rotor befindlichen Ausnehmungen als radial ausge- richtete Nuten ausgebildet. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausnehmungen mit seitlichen Wangen ausgebildet, soda sie nur nach radial au en offen sind. Weiters sind vorzugsweise der Zuströmkanal und der Ab- strömkanal zueinander angenähert diametral angeordnet. Zudem kann der Rotor mit einer zentralen Ausnehmung ausgebildet sein, in welche eine aus elastischem Material hergestellte Muffe eingesetzt ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als zweiteiliger, insbesondere quadrischer Körper ausgebildet, wobei der eine Teil mit dem Hohlraum und dem Zuströmkanal sowie dem Abströmkanal ausgebildet ist und der andere Teil als Abdeckplatte ausgebildet ist.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen : Fig. l eine erste Ausführungsform erfindungsgemä e Ventil in auseinander- gezogener, axonometrischer Darstellung, Fig. 2 dieses Ventil im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 3, Fig. 3 dieses Ventil im Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemä en Ventils, in auseinandergezogener Darstellung, Fig. 5 das Ventil nach Fig. 4, im Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 6, Fig. 6 das Ventil nach Fig. 5, im Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 einen Bestandteil des Ventils nach Fig. 4, in axialem Schnitt und in auseinandergezogener Darstellung, Fig. 8 einen weiteren Bestandteil dieses Ventils, im Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 9, und Fig. 9 diesen weiteren Bestandteil, im Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8.

Das in den Fig. l bis 3 dargestellte Ventil besteht aus einem Gehäuse 1, wel- ches mit einem angenähert zylindrischen Hohlraum 11, einem Zuströmkanal 12 und mit einem Abströmkanal 13 ausgebildet ist und welches mittels einer Abdeckung 15 verschlie bar ist.

In den zylindrischen Hohlraum 11 ist unter Zwischenlage von zwei Dichtungs- scheiben 14 ein zylindrischer Rotor 2 eingesetzt, welcher an seiner Mantelflä- che mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten, schlitzartigen Hohlräumen 21 ausgebildet ist. Zur Aufnahme der Dichtungsringe 14 ist der Rotor 2 an seinen beiden Stirnflächen mit zylindrischen Ausnehmungen 24 versehen. In eine zentrische Bohrung 23 des Rotors 2 ist eine Kupplungshülse 3 eingesetzt, wel- che an ihrer radial inneren Seite mit Nuten bzw. Keilen zur Kupplung mit ei- ner Welle ausgebildet ist. Diese Welle durchsetzt das Gehäuse 1 in einer Boh- rung 10 und die Abdeckung 15 in einer Bohrung 20.

Sowohl das Gehäuse 1 und die Abdeckung 15 als auch der Rotor 2 sind aus einem keramischen Material hergestellt. Da ein keramisches Material keinen ma gebliche Wärmedehnungen unterliegt, können die Ausnehmungen 11 und der Rotor 2 mit so hoher Pa genauigkeit hergestellt werden, da zwischen die- sen beiden Bauteilen kein Medium hindurchströmen kann. Da demgegenüber die Kupplungshülse 3 aus einem elastischen Material hergestellt ist, werden auf die Welle wirkende Stellkräfte durch die Kupplungshülse 3 aufgenommen, soda sie auf den Rotor 2 nicht zur Wirkung kommen bzw. dieser im Hohl- raum 11 schwimmend gelagert ist.

Das in den Fig. 4 bis 6 dargestellt zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, da die Ausnehmungen 21 a des Rotors 2a durch seitliche Wangen 22 abgeschlossen sind, wodurch die Ausnehmungen 21 a nur nach radial au en offen sind.

Im Betrieb dieser Einrichtung wird der Kanal 12 des Gehäuses 1 an eine Lei- tung, in welcher sich unter Druck stehendes Medium befindet, angeschlossen.

Solange der Rotor 2 blockiert ist, erfüllt diese Einrichtung die Funktion eines Absperrventiles. Sobald jedoch Medium mit vermindertem Druck über den Ab- strömkanal 13 in eine Verbraucherleitung abströmen soll, wird der Rotor 2,2a freigegeben, wodurch das Medium an den Flanken derjenigen Nuten 21,21 a, welche sich im Zuströmkanal 12 befinden, zur Wirkung kommt, wodurch der Rotor 2,2a in Drehung versetzt wird. Das in den Nuten 21,21 a befindliche Medium gelangt hierdurch mit vermindertem Druck in den Abströmkanal 13.

Die durch den Rotor 2,2a erzeugte Rotationsenergie wird über die mit dem Rotor 2,2a gekuppelte Welle übertragen, wodurch sie gewonnen werden kann.

Vorzugsweise wird mittels der Welle ein Elektrogenerator angetrieben, wobei die durch diesen erzeugte elektrische Energie entweder in einem Akkumulator gespeichert werden oder in Heizenergie, welche in einem thermischen System gespeichert wird, umgewandelt werden kann. Da durch dieses Ventil sowohl die Funktion eines Absperrventils als auch die Funktion eines Reduzierventils erfüllt wird, kann sie in einer Vielzahl von technischen Anlagen eingesetzt werden, um Energie, welche bisher verloren geht, zu gewinnen und zu nützen. Die Steuerung der Verdrehung des Rotors 2 und damit die Steuerung des Reduzierventils erfolgt über eine auf den Elektro- generator wirkende elektrische Schaltung.

Wie dies weiters in Fig. 7 dargestellt ist, kann der Rotor aus zwei angenähert symmetrischen Teilen 2b und 2c bestehen, wobei der Teil 2b mit Bohrungen 25 und der Teil 2c mit diesem zugeordneten Zapfen 26 ausgebildet ist, durch welche sie miteinander verbindbar sind. Hierdurch wird eine Vereinfachung in der Herstellung dieser Bauteile erzielt. Es ist dabei zu berücksichtigen, da Bauteile aus keramischem Material nur durch Pressung herstellbar sind.

Wie weiters aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich ist, kann das Gehäuse längs der Linie A-B in zwei angenähert quaderförmige Bauteile 1 a und I b unterteilt sein, welche mit jeweils einer teilzylindrischen Ausnehmung ausgebildet sind. Diese beiden Bauteile la und 1 b sind mit Bohrungen 16 ausgebildet, in welche Spannbolzen einsetzbar sind. Weiters sind die beiden Bauteile la und lb mit Ausnehmungen zur Ausbildung des Zuströmkanals 12 und des Abströmkanals 13 ausgebildet.

Bei dieser Ausbildung kann der Rotor in die teilzylindrischen Ausnehmungen eingesetzt werden, welche hierauf mittels der in die Bohrungen 16 eingesetzten Spanbolzen miteinander verbunden werden.