AT395347B - Einschraubventil - Google Patents

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Description

AT 395 347 B
Die Erfindung betrifft ein Einschraubventil mit einem im wesentlichen rohrförmigen Einschraubteil, der ein Außengewinde zum Einschrauben in eine Ventilaufhahme aufweist, und mit einem an den Einschraubteil angrenzenden, mit diesem einstückigen Flanschteil, der mit einer zentralen Bohrung zum Durchtritt einer Ventilspindel versehen ist 5 Bekannte derartige Einschraubventile (Cartridge-Ventile) werden jeweils für ein spezielles Einsatzgebiet und eine bestimmte Funktion ausgelegt Es gibt somit eine Vielzahl als Cartridge-Ventile ausgeführter Ventiltypen für Fluide, wie hydraulische oder pneumatische Schalt- und Steuerventile. Für jeden Ventiltyp muß ein eigener Ventilgrundkörper aus Einschraubteil und Flanschteil gefertigt weiden, in den speziell für diesen Grundkörper ausgelegte Ventilspindeln, Ventilsitzkörper bzw. Ventilspindel-Betätigungseinrichtungen eingesetzt werden. Diese 10 Ventile erfordern auf der Herstellerseite einen hohen Umrüstaufwand bei der Umstellung der Fertigung von einem
Ventiltyp auf einen anderen, auf der Lieferantenseite einen hohen Lagerhaltungsaufwand und auf der Kundenseite einen hohen Logistikaufwand bei der Zusammenstellung von geeigneten Ventilschaltungen. Die unterschiedlichen Einbaumaße der für die verschiedenen Ventiltypen notwendigen Ventilgrundkörper erschweren anderseits den Entwurf und Aufbau von Ventilschaltungen mit Einschraubventilen. Schließlich erfolgt der Zusammenbau der 15 bekannten Ventile teilweise durch Hartverlöten oder Verschweißen der einzelnen Ventilteile; insbesondere werden herkömmliche Ventilspindel-Betätigungseinrichtungen an den Flanschteil des Ventiles angelötet, so daß ein Austausch defekter Funktionselemente ohne Zerstörung des Ventiles nicht mehr möglich ist.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Einschraubventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei stets gleichen, standardisierten Außenabmessungen ohne aufwendige Umrüstarbeiten unterschiedliche Funktionen 20 gängiger Einschraubventile annehmen kann und eine einfache Montage sowie ein einfaches Auswechseln der die Ventilfunktion bestimmenden Elemente gewährleistet.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bohrung des Flanschteiles ein Innengewinde zur Aufnahme eines endseitig mit einem Außengewinde versehenen, im wesentlichen rohrförmigen Gehäuses einer auf die Ventilspindel axial einwirkenden Betätigungseinrichtung und/oder der Einschraubteil ein Innengewinde zum 25 Einschrauben eines auswechselbaren, im wesentlichen rohrförmigen Ventilsitzköipers aufweist. Auf diese Weise wird ein Einschraubventil-Grundkörper geschaffen, der verschiedenste Ventilbetätigungseinrichtungen und Ventilspindel-Ventilsitzkörper-Anordnungen aufnehmen kann, wobei die Außenform und die Außenabmessungen des Einschraubteiles und des Flanschteiles für jede Funktionstype des Einschraubventiles gleich und die Ventil-funktionselemente in einfacher Weise austauschbar sind. 30 Bevorzugt besteht der Ventilsitzkörper aus einem endseitig mit einem Außengewinde versehenen Rohrteil, an dessen Innenseite eine Ringkante angeordnet ist, welche einen Sitz für einen von der Ventilspindel gesteuerten Ventilkegelbildet, wobei der Rohrteil imBeieichzwischenRingkante und Außengewinde radialeFhndauslaßöffnungen aufweist. Der Ventilkegel kann dabei in die eine oder andere axiale Richtung orientiert und dementsprechend auf der einen oder anderen Seite der Ringkante angeordnet sein, wodurch sich verschiedene Ventilfunktionsweisen ergeben. 35 Ein derart ausgestalteter, auswechselbarer Ventilsitzkörper ermöglicht den Aufbau einer Vielzahl verschiedener Ventiltypen mit ein und demselben Ventilgrundkörper.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitzkörper durch zwei ineinander-geschobene Rohrteile gebildet, von denen der äußere Rohrteil endseitig ein Außengewinde und innenseitig eine Ringkante aufweist, welche einen Sitz für einen ersten Ventilkegel der Ventilspindel bildet, wogegen der innere 40 Rohrteil einen Endflansch aufweist, der die gewindeseitige Stirnseite des äußeren Rohrteiles übergreift, wobei der innere Rohrteil in einem Abstand von der inneren Ringkante des äußeren Rohrteiles endet und mit dieser Stirnseite einen Sitz für einen zweiten Ventilkegel der Ventilspindel bildet, und wobei der innere und der äußere Rohrteil im Überlappungsbereich fluchtende radiale Fluidauslaßöffnungen aufweisen und der äußere Rohrteil im Bereich zwischen der der gewindeseitigen Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite des inneren Rohrteiles und der Ringkante 45 weitere radiale Fluidauslaßöffnungen besitzt Mit dieser Form des Ventilsitzköipers lassen sich insbesondere verschiedene Arten von 3/2-Wege-Ventilen auf bauen, welche auf Grund des gleichbleibenden Ventilgrundkörpers dieselben Außenabmessungen besitzen wie Ventile mit einem einteiligen Ventilsitzkörper, z. B. 2/2-Wege-Ventile.
Bei allen diesen Ausgestaltungen ist es vorteilhaft, wenn die Bohrung des Flanschteiles im Anschluß an ihr Innengewinde einen einwärts vorspringenden Bund aufweist, der von einem Endflansch einer in das Gehäuse der 50 BetätigungseinrichtungeingeschobenenHülsezurortsfestenVerankerungvonElementenderBetätigungseinrichtung hintergriffen ist. Durch diese Maßnahme kann bereits im Flanschteil ein Angriffspunkt zur Verankerung allfälliger Teile verschiedener Betätigungseinrichtungen vorgesehen werden.
DieErfindung wird nun an Hand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der 55 Erfindung mitderFunktion eines druckkompensierten doppeltsperrenden 2/2-Wege-Ventiles mitMagnetbetätigung,
Fig. 2einenLängsschnittdurch eine zweite Ausführungsform der Erfindung mitder Funktion eines druckkompensierten leckölfreien 3/2-Wege-Ventiles mit Magentbetätigung und Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungs- -2-
AT 395 347 B form der Erfindung mit der Funktion eines vorgesteuerten einfachsperrenden 2/2-Wege-Ventiles mit Magnetbetätigung.
Das erfindungsgemäße Einschraubventil besitzt gemäß Fig. 1 einen einstückigen Ventilgrundkörper (1), der durch einen im wesentlichen rohrförmigen Einschraubteil (2) und einen an diesen angrenzenden Flanschteil (3) gebildet wird.
Der Einschraubteil (2) weistein Außengewinde (4) zum Einschrauben in eine (nicht dargestellte) Ventilaufhahme auf und der Flanschteil (3) ist außenseitig in Form einer Sechskantmutter ausgebildet, um den Angriff eines Werkzeuges zu ermöglichen. Im Übergangsbereich zwischen Einschraubteil (2) und Flanschteil (3) ist ein Dichtungsring (5) auf den Einschraubteil aufgeschoben.
Der Flanschteil (3) ist mit einer zentralen Bohrung (6) für den Durchtritt einer Ventilspindel (7) bzw. zum Zutritt zu dieser Ventilspindel (7) versehen. Die Flanschteilbohrung (6) hat ein Innengewinde (8) zur Aufnahme eines endseitig mit einem Außengewinde (9) versehenen, aus nicht magnetischem Stahl bestehenden, im wesentlichen rohrförmigen Gehäuses (10) einer auf die Ventilspindel (7) axial einwirkenden, später noch beschriebenen Betätigungseinrichtung (11). Im Anschluß an das Innengewinde (8) ist in der Flanschteilbohrung (6) eine Ringnut eingearbeitet, in der ein Dichtungsring (13) liegt
Weiters ist im Anschluß an das Innengewinde (8) und den Dichtungsring (13) an der Innenseite’ der Flanschteilbohrung (6) ein einwärts vorspringender Bund (14) ausgebildet der von einem Endflansch (15) einer in das Gehäuse (10) der Betätigungseinrichtung (11) eingeschobenen Hülse (16) hintergriffen wird. Diese Hülse (16) ist an ihrem dem Endflansch (15) abgewandten Ende zu einer Gleitführung (17) für einen prismatischen Bolzen (18) verengt, der mit seinem einen Ende an der oberen Stirnseite der Spindel (7) und mit seinem anderen Ende an einem Kern (19) zur Anlage kommt, welcher in dem Gehäuse (10) verschiebbar geführt ist.
Die Gleitführung (17), der Bolzen (18) und der Kem (19) bilden die Betätigungseinrichtung (11), wobei die Hülse (16) mit der Gleitführung (17) und der Kan (19) aus magnetisierbarem Material, z. B. Weicheisen, gefertigt sind, wogegen der Bolzen (18) aus nicht magnetischem Material gefertigt ist Auf das rohrförmige Gehäuse (10) ist eine (nicht dargestellte) Magnetspule aufgeschoben, die durch eine (ebenfalls nicht dargestellte) Gewindemutter fixiert wird, die auf das mit einem Außengewinde (20) versehene obere Ende des Gehäuses (10) geschraubt wird. Bei elektrischer Speisung der Magnetspule werden die Gleitführung (17) und der Kem (19) magnetisiert und ziehen sich gegenseitig an, wodurch der Bolzen (18) und damit die Ventilspindel (7) nach unten gedrückt werden.
Der Einschraubteil (2) weist ein Innengewinde (21) zum Einschrauben eines auswechselbaren Ventilsitzkörpers (24) auf, welcher durch einen am oberen Ende mit einem Außengewinde (22) versehenen Rohrteil (23) gebildet wird. Im Anschluß an das Außengewinde (22) ist auf dem Rohrteil (23) eine außen umlaufende Ringnut eingearbeitet, in da ein Dichtungsring (25) sitzt.
Der Rohrteil (23) preßt mit seiner Stirnseite den Endflansch (15) der Hülse (16) gegen den Innenbund (14) der Flanschteilbohrung (6). Im Inneren des Rohrteiles (23) ist die Ventilspindel (7) geführt, wobei zwischen der oberen Stirnseite desRohrteiles(23)und einer an derVentilspindel am oberen Endefestgelegten Befestigungshülse (12) eine Druckfeder (26) angeordnet ist, diedie Ventilspindel (7) in der dargestelltenLagerelativ zum Rohrteil (23) nach oben drückt.
An der Innenseite des Rohrteiles (23) ist eine Ringkante (27) vorgesehen, welche einen Sitz für einen an der Ventilspindel (7) angeformten Ventilkegel (28) bildet. Der Ventilkegel (28) wird dabei durch eine nach oben gerichtete, kegelstumpfförmige Außenfläche des Ventilspindelkopfes (29) gebildet.
Der Rohrteil (23) des Ventilsitzkörpers (24) weist weiters im Bereich zwischen Ringkante (27) und Außengewinde (22) radiale Fluidauslaßöffnungen (30) auf, die eine Druckanschlußseite des Ventiles darstellen. Die untere Mündung (31) des Rohrteiles (23) bildet die andere Druckanschlußseite des Ventiles.
Eine am Außenumfang der Ventilspindel (7) angeordneteGleitdichtung (32) dichtet die Führung der Ventilspindel (7) im Rohrteil (23) ab. Zur Abdichtung in der (nicht dargestellten) Ventilaufnahme sind am mündungsseitigen Ende des Rohrteiles (23) Dichtungsringe (33) in einer Umfangsnut eingelegt
Die Ventilspindel (7) ist oberhalb des Ventilkegels (28) im Bereich der Fluidauslaßöffnungen (30) verjüngt abgesetzt und wird von einer zentralen Bohrung (34) durchsetzt, die den Druckraum im Bereich der Rohrteilmündung (31) zur einen Seite der Spindel mit einem Gegendruckraum (35) zur anderen Seite der Spindel verbindet der durch den Raum gebildet wird, in welchem das mit der Druckfeder (26) vorgespannte und durch den Bolzen (18) beaufschlagte Ende der Spindel (7) liegt Die zentrale Bohrung (34) dient zur Druckkompensation des Ventiles, so daß lediglich die Kraft der Feder (26) zu überwinden ist, um das Ventil zu öffnen.
Das in Fig. 1 dargestellte Einschraubventil (Cartridge-Ventil) hat die Funktion eines druckkompensierten 2/2-Wege-Ventiles mit Magnetbetätigung. Diese gewünschte Funktion wird dabei durch einfaches Einschrauben eines Gehäuses (10) mit entsprechender Betätigungseinrichtung (11) in den Flanschteil (3) und Einschrauben eines entsprechenden Ventilsitzkörpers (24) mit zugeordneter Ventilspindel (7) in den Einschraubteil (2) gewählt. Durch einfaches Auswechseln dieser Teile können verschiedenste andere Ventiltypen realisiert werden. -3-
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Beispielsweise zeigt Fig. 2 eine weitere mögliche Bestückung des Ventilgrundkörpers (1), die ein druckkompensiertes 3/2-Wege-Ventil mit Magnetbetätigung ergibt Der Aufbau des Ventilgrundkörpers (1) aus Einschraubteil (2) und Flanschteil (3) ist ident mit dem der Ausfuhrungsform nach Fig. 1. Die in den Flanschteil (3) eingeschraubte Magnetbetätigungseinrichtung (11) ist ebenso gleich dernach Fig. 1. Die 3/2-Wege-Ventil-Funktion 5 wird erzielt indem der Ventilsitzkörper (24') durch zwei ineinandergeschobene Rohrteile (23') und (23") gebildet wird, wobei der äußere Rohrteil (23') analog zum Rohrteil (23) nach Fig. 1 endseitig ein Außengewinde (22) und innenseitigeineRingkante(27') aufweist, welche einenSitzfur einen ersten,nach unten gerichteten Ventilkegel(28') der Ventilspindel (7) bildet.
Der innere Rohrteil (23") übergreift mit einem Endflansch (36) die gewindeseitige Stirnseite des äußeren 10 Rohrteiles (231) und wird dadurch beim Einschrauben des äußeren Rohrteiles (23') in denEinschraubteil (2) zwischen dem Rohrteil (23') - unter Zwischenlegung des Endflansches (15) der Hülse (16) - und dem Innenbund (14) des Flanschteiles (3) eingeklemmt.
DerinnereRohrteil (23") besitzt eine solche Länge, daß er in einem Abstand von der inneren Ringkante (27') des äußeren Rohrteiles (23') endet und mit der Innenkante (27") seiner Stirnseite einen Sitz für einen zweiten, nach oben 15 gerichteten Ventilkegel (28") der Ventilspindel (7) bildet
In ihrem Überlappungsbereich weisen dm- innere und der äußere Rohrteil (23") bzw. (23') fluchtende radiale Fluidauslaßöffnungen (37) auf und der äußere Rohrteil (23*) weist im Bereich zwischen seiner Ringkante (27') und der Stimseiten-Innenkante (27") des inneren Rohrteiles (23") weitere radiale Fluidauslaßöffnungen (38) auf. Durch diese Anordnung wird ein 3/2-Wege-Ventil geschaffen, wobei die eine Druckanschlußseite bei der Mündung (31) 20 des äußeren Rohrteiles (23') liegt und diebeiden anderen Druckanschlußseiten durch die Fluidauslaßöffnungen (37) und (38) gebildet werden.
Es ist ersichtlich, daß durch einfachen Austausch des einteiligen Ventilsitzkörpers (24) nach Fig. 1 durch einen zweiteiligen Ventilsitzkörper (24') nach Fig. 2 ein 3/2-Wege- Ventil mit den gleichen äußeren Einbaumaßen wie ein 2/2-Wege-Ventil aufgebaut werden kann. Dabei ist besonders hervorzuheben, daß durch die ineinandergeschobene 25 Anordnung der zwei Rohrteile (23') und (23"), durch das Übergreifen des äußeren Rohrteiles (23') durch den Endflansch (36) des inneren Rohrteiles (23”) und durch das Einschrauben des äußeren Robrteiles (23') in den Einschraubteil (2) eine sichere Fixierung der die Ventilspalte definierenden Ringkanten gewährleistet ist. Im Vergleich dazu mußte bei bekannten Lösungen zur Umrüstung eines 2/2-Wege-Ventiles zu einem 3/2-Wege-Ventil in die untere Ventilmündung (31) ein weiterer Ringkantenventilsitz eingeschraubt werden, was oft zu Dichtigkeits-30 und Festigkeitsproblemen führte.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgetnäßen Einschraübventiles und damit eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Ventilgrundkörpers (1) dargestellt. Die in den Flanschteil (3) eingeschraubte Ventilspindel-Betätigungseinrichtung (11') setzt sich in diesem Fall aus zwei Konen (39) und (40) zusammen, die aus magnetisierbarem Material, z. B. Weicheisen, gefertigt sind und von denen der eine Kern (39) im Gehäuse (10) 35 fest montiert ist und der andere Kern (40) im Gehäuse (10) gleitend geführt und gegen den Kern (39) mittels einer Druckfeder (41) vorgespannt ist Eine (nicht dargestellte) Magnetspule ist auf das Gehäuse (10) aufgeschoben und bewirkt bei elektrischer Anspeisung eine Anziehung der Kerne (39) und (40).
Das untere Ende des Kernes (40) umgreift das obere Ende der Ventilspindel (7'), wodurch die Bewegung des Kernes (40) auf die Ventilspindel (7') übertragen wird. Die Ventilspindel (7') weist an ihrem unteren Ende einen 40 Ventilkegel (42) auf, der in Ruhestellung, d. h. bei nicht gespeister Magnetspule, eine Bohrung (43) in einer Hülse (44) verschließt und gegen diese mittels einer Feder (48) vorgespannt ist. Die Hülse (44) ist ihrerseits gleitend in einem Ventilsitzkörper (24") aus einem einstöckigen Rohrteil (23'") geführt. Die Hülse (44) weist an ihrem unteren Ende eine kegelstumpfförmige, nach unten gerichtete, als Ventilkegel dienende Fläche (28'") auf, die mit einer Ringkante (27'") des Rohrteiles (23'") den Ventilspalt des Ventiles bildet Analog zu den vorherigen Ausführungs-45 formen weist der Rohrteil (23'") im Bereich zwischen der Ringkante (27’") und dem Außengewinde (22) Fluidauslaßöffnungen (45) auf. Der der Bohrung (43) nachfolgende Druckraum (46) innerhalb der Hülse (44) ist über eine Fluidauslaßbohrung (47) kleinen Durchmessers mit den Fluidauslaßbohrungen (45) verbunden.
Dieser Aufbau hat zur Folge, daß das Einschraubventil als vorgesteuertes 2/2-Wege-Ventil funktioniert. Solange dm1 Druck an der einen, durch die Mündung (31) des Rohrteiles (23"') gebildeten Druckanschlußseite des Ventiles 50 nicht die Federkraft der Feder (41) überwinden kann und solange der Magnet der Betätigungseinrichtung (11) nicht gespeist wird, ist das Ventil geschlossen. Durch Anspeisen der (nicht dargestellten) Magnetspule der Betätigungs-einrichtung (11) wird der Kern (40) und damit die Ventilspindel (7) nach oben gezogen, während die Hülse (44) auf Grund der Federkraft der Feder (48) noch nach unten gedrückt und der Ventilspalt zwischen der Ventilkegelfläche (28'") und der Ringkante (27'") geschlossen bleibt. In diesem Zustand erfährt der Druck auf der Seite der Mündung 55 (31) einen Druckabfall auf Grund des Abströmweges über die Bohrungen (43) und (47). Erst wenn sich der Druck weiter aufbaut und die Druckdifferenz zwischen Ventileingangsseite und Ventilausgangsseite größer als der Druckabfall auf Grund der Bohrungen (43) und (47) und größer als die Federkraft der Feder (48) wird, öffnet der -4-

Claims (4)

  1. AT 395 347 B Ventilspalt bei (27'"), (28"·). Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Einschraubventil sich für eine Vielzahl verschiedener, gängiger Ventiltypen eignet Die dargestellten Bestückungen des Flanschteiles (3) mit Betätigungseinrichtungen (11), (11*) und des Einschraubteiles (2) mit Ventilsitzkörpem (24), (24')> (24") stellten nur einige spezielle Anwendungsfälle S der Erfindung dar. 10 PATENTANSPRÜCHE IS 1. Einschraubventil mit einem im wesentlichen rohrförmigen Einschraubteil, der ein Außengewinde zum Einschrauben in eine Ventilaufnahme aufweist und mit einem an den Einschraubteil angrenzenden, mit diesem einstückigen Flanschteil, der mit einer zentralen Bohrung zum Durchtritt einer Ventilspindel versehen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (6) des Flanschteiles (3) ein Innengewinde (8) zur Aufnahme eines endseitig mit einem Außengewinde (9) versehenen, im wesentlichen rohrförmigen Gehäuses (10) einer auf die Ventilspindel (7, 20 7') axial einwirkenden Betätigungseinrichtung (11,11') und/oder der Einschraubteil (2) ein Innengewinde (21) zum Einschrauben eines auswechselbaren, im wesentlichen rohrförmigen Ventilsitzkörpers (24,24', 24") aufweist.
  2. 2. Einschraubventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (24, 24") aus einem endseitig mit einem Außengewinde (22) versehenen Rohrteil (23,23'") besteht an dessen Innenseite eine Ringkante 25 (27,27"') angeordnet ist, welche einen Sitz für einen von der Ventilspindel (7,7') gesteuerten Ventilkegel (28,28'") bildet, wobei der Rohrteil (23,23'") im Bereich zwischen Ringkante (27,27'") und Außengewinde (22) radiale Fluidauslaßöffnungen (30,45) aufweist.
  3. 3. Einschraubventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (24') durch zwei 30 ineinandergeschobene Rohrteile (23', 23") gebildet ist von denen der äußere Rohrteil (23') endseitig ein Außengewinde (22) und innenseitig eine Ringkante (27') aufweist, welche einen Sitz für einen ersten Ventilkegel (28') der Ventilspindel (7) bildet, wogegen der innere Rohrteil (23") einen Endflansch (36) aufweist der die gewindeseitige Stirnseite des äußeren Rohrteiles (23') übergreift wobei der innere Rohrteil (23") in einem Abstand von der inneren Ringkante (27') des äußeren Rohrteiles (23') endet und mit dieser Stirnseite einen Sitz für einen zweiten Ventilkegel 35 (28") der Ventilspindel(7) bildet und wobeider innere und deräußereRohrteil(23'bzw.23") im Überlappungsbereich fluchtende radiale Fluidauslaßöffhungen (37) aufweisen und der äußere Rohrteil (23') im Bereich zwischen der der gewindeseitigen Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite des inneren Rohrteiles (23") und der Ringkante (27') weitere radiale Fluidauslaßöffnungen (38) besitzt
  4. 4. Einschraubventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (6) des Flansch teiles (3) im Anschluß an ihr Innengewinde (8) einen einwärts vorspringenden Bund (14) aufweist der von einem Endflansch (15) einer in das Gehäuse der Betätigungseinrichtung (11) eingeschobenen Hülse (16) zur ortsfesten Verankerung von Elementen (17) der Betätigungseinrichtung (11) hintergriffen ist. 45 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 50 -5- 55
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