Ventil für hydraulische oder pneumatische Anlagen
An hydraulische und pneumatische Ventile werden insbesondere bei schnell arbeitenden, hochwertigen Steuerungsanlagen aller Art - hohe Anforderungen gestellt. Die Ventile sollen möglichst geringe Leckverluste haben, sowie schnell, zuverlässig und geräuscharm arbeiten.
Solche Ventile weisen bisher als bewegliches Verschlussteil in der Regel einen Ventilkegel auf, an dem ein der Dämpfung bzw. Führung dienender Ventilschaft oder dgl. angeordnet ist. Da ein solcher Ventilkegel nur bei genau koaxialer Ausrichtung der entsprechend kegelig ausgebildeten Fläche des zugehörigen Ventilsitzes exakt dichtend anliegt, treten bei jeder geringsten Abweichung von dieser koaxialen Lage in der Schliessstellung Undichtigkeiten auf. Derart exakte Führungen, die die genaue koaxiale Zuordnung zwischen dem Ventilkegel und dem Ventilsitz gewährleisten, sind aber kaum herstellbar. In der Schliesslage beibehaltene Schrägversetzungen des Ventilkegels gegenüber dem Ventilsitz, beispielsweise durch unkorrekte Führung und/oder unsymmetrischen Angriff eines Federelementes, führen zu entsprechenden Leckverlusten und machen das Ventil für hohe Anforderungen unbrauchbar.
Diese Gefahr besteht besonders auch dann, wenn der Ventilschaft zugleich als Betätigungskolben ausgebildet ist. Deshalb wird durch entsprechendes Spiel einer eventuellen Führung des Ventilschaftes ermöglicht, dass sich der Ventilkegel beim Schliessen des Ventils immer in eine exakt koaxiale Lage einpendeln kann.
Eine Kugel als Verschluss teil hat gegenüber dem Ventilkegel neben geringerem Strömungswiderstand und besserer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Ventilsitzdurchmesser den besonderen Vorteil, dass die geometrisch exakte Kugel in jeder räumlichen Versetzlage einwandfrei dichtend an der entsprechend kugelig ausgebildeten Fläche des zugehörigen Ventilsitzes anliegt.
Derartige Ventile haben jedoch gegenüber Ventilen mit Ventilkegeln und an diesen angebrachten Ventilschäften den schwerwiegenden Nachteil, dass die Kugeln bei Druckbeaufschlagung innerhalb des Ventilsitzes tänzelnd hin- und hertaumeln. Versuche, dieses Tänzeln der Kugeln mit Hilfe von Federn und/oder auf die Kugel einwirkenden Stösseln zu verhindern, führten zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis, da die Kugel und die an ihr angreifenden Dämpfungselemente, wie Stössel, Schieber oder dgl., in sich keine feste Einheit bilden, weshalb Eigenfrequenzen auftreten, die die Taumelfrequenz der Kugel überlagern oder sogar unterstützen können.
Man findet daher heute bei hochwertigen Ventilen nur mit Ventilschäften versehene Ventilkegel bzw. bei Mehrwegeventilen Kolben, obwohl diese Elemente als Drehteile teuer sind und die Verschlussteile und zugehörigen Ventilsitze zueinander passend eingeschliffen werden müssen.
Mit der Erfindung soll ein Ventil geschaffen werden, bei dem die Vorteile des mit einem Ventilschaft versehenen Ventilkegels und der Kugel als Verschlussteil vereinigt werden, ohne dass die jeweils geschilderten Nachteile auftreten. Insbesondere soll dabei eine möglichst einfache und preisgünstige Fertigung dieser Ventile möglich sein.
Ausgehend von einem Ventil für hydraulische und pneumatische Anlagen mit mindestens einer als Verschlussteil ausgebildeten Kugel besteht die erfindungsgemässe Ventilausbildung darin, dass an der Kugel ein Ventilschaft fest angeordnet ist.
Grundsätzlich kann dieser Gedanke beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass an einer Kugel ein Ventilschaft einstückig ausgebildet ist. Die Herstellung eines solchen Ventilteiles nach den gebräuchlichen Verfahren ist allerdings ungleich teurer als die Herstellung eines getrennten kugelförmigen Verschlussteils, an dem ein für sich gefertigter Ventilschaft befestigt wird, da die Kugel hier nach den bekannten Massenfertigungsverfahren der Kugellagerindustrie herstellbar ist.
Zweckmässigerweise wird die Kugel mit einer Bohrung gefertigt, die ein Ende des Ventilschaftes aufnimmt. Die Bohrung kann als Sackloch oder - ferti gungstechnisch einfacher - die Kugel durchdringend ausgebildet und vorzugsweise zentrisch angeordnet sein.
Das kugelseitige Ende des Ventilschaftes kann durch Verschrauben, Schrumpfen oder Kleben in der Bohrung festgelegt werden. Bei mit durchgehender, glatter Bohrung versehener Kugel ist der Ventilschaft bevorzugt an seinem durch die Kugel hindurchgeschobenen Ende mit einem Gewinde versehen, das eine Schraube aufnimmt, mit deren Hilfe die Kugel gegen eine Schulter des Ventilschaftes festgelegt wird. Eine Kugel mit durchgehender Bohrung stellt eine besonders hervorzuhebende, zweckmässige Form des Verschlussteils dar.
Der Ventilschaft dient der Dämpfung und/oder der Führung des aus Kugel und Ventilschaft gebildeten, beweglichen Ventilteiles. Er vermeidet damit ein Tänzeln der Kugel, ohne dass er in Schliessstellung koaxial zu dem Ventilsitz ausgerichtet sein muss, wie das bei Ventilen mit Ventilkegeln der Fall ist. Die Kugel liegt auch dann dichtend an der entsprechend kugelig ausgebildeten Fläche des Ventilsitzes an, wenn der Schaft in einem bestimmten räumlichen Winkelbereich schräg zu der Ebene des Ventilsitzes versetzt ist. Zur Führung und/oder Erhöhung der Dämpfungswirkung ist der Ventilschaft an seinem der Kugel abgewandten Ende vorzugsweise mit einer Verbreiterung versehen, die beispielsweise zylindrisch ausgebildet sein kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Verbreiterung ebenfalls als Kugel ausgebildet, die zweckmässig in ähnlicher Weise an dem Ventilschaft befestigt ist, wie die mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Kugel. Diese zweite Kugel ermöglicht eine Führung des beweglichen Ventilteiles unter sich ändernder Schräglage des Ventilschaftes und kann zugleich als dichtend an den Wänden der Führungsbohrung anliegendes weiteres Verschlussteil ausgenutzt werden.
Die letztere Ventilausführung gestattet eine Verwendung bei Mehrwegeventilen, bei denen zwei oder mehrere Kugeln die bisher üblichen Kolbenausbildungen ersetzen können. Die mit einem Ventilschaft fest verbundene Kugel eignet sich demnach nicht nur für Rückschlagventile, federbelastete Druckbegrenzungsventile und dgl., sondern auch als Ventilelement für beispielsweise als Schiebeventile ausgebildete Mehrwegeventile.
Ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für die vorerwähnten Ventile besteht erfindungsgemäss darin, dass der den Ventilsitz bildende Werkstoff um die Ventilöffnung herum geringer gehärtet wird als eine für den Ventilsitz passende Kugel, worauf die Kugel in den Werkstoff um die Ventilöffnung herum eingedrückt wird. Es genügt ein Härte-Unterschied zwischen Sitz und Kugel von einigen Rockwell-Graden, so dass der Ventilsitz trotzdem noch genügend hart ist, um eine hervorragende Verschleissfestigkeit des Ventiles zu gewährleisten.
Bevorzugt wird dabei für das Eindrücken des Ventilsitzes dieselbe Kugel verwendet, die nach Zusam menbau mit dem Ventilsitz betriebsmässig zusammen wirlçen soll, wobei zweckmässigerweise für das Eindrücken des Ventilsitzes eine der später im Betriebszustand mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Umfangszonen abgewandte und diese nicht überschneidende Oberfläche der Kugel benutzt wird. Auf diese Weise ist die Vertigung eines erfindungsgemässen Ventiles ungleich einfacher und preisgünstiger, als dies bei den herkömmlichen Ventilen mit Ventilkegeln und einzuschleifenden Ventil sitzen der Fall ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ventile besteht darin, dass sie wesentlich geräuscharmer arbeiten als die bisher bekannten Kugel- und Kegelven nie.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele von Ventilen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ventiles;
Fig. 2a und 2b Teillängsschnitt und Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines federbelasteten Ventils;
Fig. 3a und 3b Teillängsschnitt und Querschnitt durch ein weiteres federbelastetes Ventil;
Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch ein 3/2-Wege Ventil und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein einstellbares Druckbegrenzungsventil .
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 4 zeigen hydraulische Ventilanordnungen, wie sie für gedrungen gebaute Steuerungsanlagen vorgesehen sind. Bei solchen Anlagen werden vielfach die für die Aufnahme der beweglichen Verschlussteile und die Strömungsverbindungen notwendigen Hohlräume in einem Werkstoffblock angebracht und mehrere solche Blöcke zu einer kompakten hydraulischen Steuerungsanlage zusammengebaut. Hier ist es vielfach zweckmässig, die Räume beiderseits des Ventilsitzes gegeneinander versetzt anzuordnen, wie dies Fig. 1 zeigt.
In einem Werkstoffblock 1 ist ein breiter, oberhalb des Ventilsitzes 2 gelegener zylindrischer Raum 3 ausgefräst, während der unterhalb des Ventilsitzes 2 vorgesehene, engere zylindrische Raum 4 bezüglich seiner Symmetrieachse gegen den Raum 3 versetzt angeordnet ist. Unter voller Ausnutzung der vorgesehenen Hohlräume muss der Ventilschaft 5 bezüglich der Symmetrieachsen der Räume 3 und 4 schräg angeordnet werden. Unter diesen Voraussetzungen wäre ein Ventilsitz für einen Ventilkegel praktisch nicht herstellbar.
Die mit dem Ventilsitz 2 zusammenwirkende Kugel 6 weist eine durchgehende Bohrung 7 auf, durch die ein erstes, verjüngt ausgebildetes Ende 8 des Ventilschaftes hindurchgeführt ist. Der Grossteil dieses Schaftteiles 8 weist einen Durchmesser auf, der nur wenig geringer ist als der Durchmesser der Kugelbohrung 7, so dass die Kugel 6 annähernd spielfrei oder gar im Presssitz auf dem Schaftteil gegen seitliche Versetzungen gesichert festgelegt ist Der Schaftteil 8 weist an seinem die Bohrung 7 durchragenden Ende ein Gewinde 9 auf, das eine Mutter 10 trägt, zwischen der und der Kugel 6, die an den Bohrungsmündungen Abflachungen 11 aufweist, eine Unterlegscheibe 12 angeordnet ist. Durch Anziehen der Mutter 10 wird die Kugel 6 gegen den eine Schulter 13 bildenden, verdickten Teil 14 des Schaftes 5 angedrückt.
An dem der Kugel abgewandten Ende des Ventilschaftes 5 ist eine weitere Verjüngung 15 ausgebildet, auf die eine zweite, mit einer durchgehenden Bohrung 16 versehene Kugel 17 aufgeschoben ist, die wie die Kugel 6 mit Hilfe einer auf das Gewindeende 19 aufgeschraubten Mutter 18 über eine Unterlegscheibe 20 und Abflachungen 21 gegen eine Schulter 22 verspannt ist.
Die Kugel 17 liegt als Führungselement an der zylindrischen Innenfläche des Raumes 4 an, so dass der Ventilschaft 5 seine Schräglage während einer Verschiebung des beweglichen Ventilteiles verändern kann.
Da die Kugel 17 an der zylindrischen Innenwandung des Raumes 4 dichtend anliegt - was bei entsprechend angebrachten Bohrungen innerhalb des Werkstoffblokkes 1 ausgenutzt werden kann - ist der eine Strömungsanschluss des Ventiles (Bohrungen 23) zwischen dem Ventilsitz 2 und der Verschiebestrecke der Kugel 17 vorgesehen, während der andere (nicht gezeigte) Strömungsanschluss oberhalb der Kugel 6 in den Raum 3 mündet.
Der Ventilsitz 2 wird in äusserst einfacher Weise dadurch gebildet, dass die Kugel 6 mit in den Raum 4 hineinragender Mutter 10 gegen die Werkstoffkante zwischen den Räumen 3 und 4 gepresst wird, wobei durch Abstandshalter dafür Sorge getragen ist, dass die Kugel 6 während des Einpressvorganges etwa die in Fig. 1 gezeigte, von der Innenwandung des Raumes 3 beabstandete Lage einnimmt. Es ergibt sich so die in Fig. 1 dargestellte unsymmetrische Ausbildung des Ventilsitzes 2.
Es ist ohne weiteres denkbar, dass die Symmetrieachsen der zylindrischen Räume 3 und 4 nicht - wie in Fig. 1 dargestellt - gegeneinander parallel versetzt verlaufen, sondern dass die Räume 3 und 4 schräg zueinander angeordnet sind und sich ihre Symmetrieachsen unter einem spitzen Winkel kreuzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2a, b sind die beiden zylindrischen Räume 3 und 4 in dem Werkstoffblock 1 koaxial zueinander angeordnet. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann die Kugel 6 hier mittels einer zylindrischen Verbreiterung 25 an dem der Kugel 6 abgewandten Ende des Ventilschaftes 24 geführt werden. Da die zylindrische Verbreiterung 25 leicht verschiebbar an der zylindrischen Innenwandung des Raumes 4 anliegt und der eine der nicht dargestellten Ventil anschlüsse in den Raum 4 unterhalb der Verbreiterung 25 einmündet, ist diese an ihrem Umfang mit axialen Durchlassöffnungen 26 für das bei geöffnetem Ventil strömende Medium versehen.
Die Querschnittsdarstellung in Fig. 2b zeigt, dass vier Durchlassöffnungen 26 über den Umfang der Verbreiterung 25 verteilt sind.
In der der I(ugel abgewandten Stirnseite der Verbreiterung 25 ist eine Ausnehmung 27 vorgesehen, die das eine Ende eines als Schraubenfeder angedeuteten Federelementes 28 aufnimmt. Durch eine gegen seitliche Bewegung gesicherte Anlage des Federelementes 28 an den Seitenwänden der Ausnehmung 27 kann eine der Dämpfung dienende versteifte Abstützung des beweglichen Ventilteiles erreicht werden. Bei dieser Anordnung kann beispielsweise das Ventil bei einem bestimmten Schwellwert eines in dem Raum 3 abklingenden Druckes geöffnet werden. Es ist jedoch auch möglich, das Ventil mittels einer an dem beweglichen Ventilteil angreifenden Betätigungseinrichtung unabhängig von den herrschenden Druckverhältnissen gezielt zu steuern.
Diese Betätigungseinrichtungen, die auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 3 vorgesehen sein können, sind in bekannter Weise von Hand oder mit Hilfe anderer, druckabhängiger Elemente steuerbar.
In den Fig. 3a und 3b ist schematisch teilweise im Längsschnitt und im Querschnitt ein federbelastetes Druckbegrenzungsventil dargestellt, welches als Verschlussteil eine Kugel 29 aufweist, die auf der Verjüngung 8 des Ventilschaftes 30 sitzt. Die Kugel 29 weist an ihrer dem Ventilsitz 2 abgewandten Seite eine breitere Abflachung 31 auf, an der eine Unterlegscheibe 32 anliegt, die über den Umfang der Mutter 10 hinausragt. Auf der der Kugel 29 abgewandten Randzone der Unterlegscheibe 32 ruht das eine Ende einer Schraubenfeder 33, die die Kugel 29 in den Ventilsitz 2 drückt.
An dem freien Ende des Ventilschaftes 30 ist eine zylindrische Verbreiterung 34 ausgebildet, die in den Raum 4 unterhalb des Ventilsitzes 2 hineinragt, an dessen Innenwandung jedoch nicht dichtend anliegt. Durch den Spalt zwischen der Verbreiterung 34 und der Innenwandung des Raumes 4 kann das Druckmedium hindurchtreten. Der Ventilschaft 30 mit der Verbreiterung 34 wirkt hier mehr als Dämpfungsglied für die Kugelbewegungen, denn als Führung.
Es ist in Abweichung von den beschriebenen Ausführungsbeispielen auch möglich, das der Kugel abgewandte Ende des Ventilschaftes, vorzugsweise mit einer der Führung dienenden Verbreiterung in den breiteren Raum 3 oberhalb des Ventilsitzes 2 hineinragen zu lassen.
Die Fig. 4 zeigt am Beispiel eines einfachen 3/2 Wege-Ventiles die Verwendung durchbohrter Kugeln als Verschlussteile bei Mehrwegeventilen. Bei diesem Ventil sind an einem bis auf einen Betätigungsfortsatz 35 symmetrisch ausgebildeten Ventilschaft 36 im Abstand voneinander zwei Kugeln 6 angeordnet, deren durchgehende Bohrungen 7 in der bereits beschriebenen Weise gegen die Verdickungen 14 des Ventilschaftes verspannt sind. Die Kugeln 6 sind dichtend an der Innenwandung einer zylindrischen Verschiebebohrung 37 geführt. Je nach der mit Hilfe des Betätigungsfortsatzes 35 eingestellten Verschiebestellung des aus den Kugeln 6 und dem Ventilschaft 36 gebildeten beweglichen Ventilteiles ist entweder ein Ventilanschluss 38 oder ein Ventilanschluss 39 mit einem dazwischen angeordneten Ventilanschluss 40 verbunden.
Selbstverständlich lassen sich nach diesem Grundprinzip auch weitere, kompliziertere Mehnvegeventile aufbauen.
Fig. 5 zeigt ein praktisches und in sich geschlossen ausgebildetes Ausführungsbeispiel eines Druckbegrenzungsventiles, dessen Öffnungsschwellwert einstellbar ist.
In einem Gehäuse 41, das auf der einen Stirnseite von einem den Ventilsitz 2, den Raum 3 und den einen Ventilanschluss aufnehmenden Abschlussteil 42 und auf der anderen Stirnseite von einem Bauteil 43 begrenzt ist, befinden sich die mit dem Ventilsitz 2 zusammenwirkende, durchbohrte Kugel 6 und eine Schraubenfeder 33, die die Kugel 6 unter einstellbarer Vorspannung auf den Ventilsitz 2 drückt. Die Kugel 6 ist an dem Ventilschaft 44 befestigt, der mit seinem der Kugel 6 abgewandten, eine zylindrische Verbreiterung 45 tragenden Ende in den in dem Abschlussteil 42 vorgesehenen Raum 4 hineinragt. Die Verbreiterung 45 ist an der zylindrischen Innenwandung des Raumes 4 leicht gleitend geführt.
Zur Gewährleistung eines genügend grossen Strömungsquerschnittes mündet der eine Ventil anschluss (Bohrungen 23) zwischen dem Ventilsitz 2 und der Verschiebestrecke der zylindrischen Verbreiterung 45 in den Raum 4. Der zweite Ventilanschluss für das zu steuernde Strömungsmedium ist durch die Bohrungen 46 oberhalb der Kugel 6 in dem Raum 3 gebildet.
Zwischen der Mutter 10 und der Abflachung 11 der Kugel 6 ist eine Unterlegscheibe 32 angeordnet, auf deren die Mutter 10 radial überragender Randzone das untere Ende der Schraubenfeder 33 abgestützt ist, wobei die Mutter 10 seitliche Versetzungen der Schraubenfeder 33 verhindert. Das obere Ende der Schraubenfeder 33 liegt an einem verschiebbaren Kolben 47, der über ein Kugelgelenk 48, einen Gewindestift 49 und einen Drehgriff 50 in Achsrichtung der Feder 33 ver schiebbar ist, wodurch deren Vorspannkraft einstellbar ist. Das Kugelgelenk 48 gewährleistet eine feinfühlige Verschiebung des Kolbens, der mittels einer Dichtung 51 gegen die Innenwandung des Gehäuses abgedichtet ist. Die über dem Bauteil 43 angeordnete Mutter 52 kann als Gewindeführung für den Gewindestift 49 oder als Kontermutter ausgebildet sein.
Zur Herstellungsverbilligung des Ventiles erfolgt die Verbindung des rohrförmigen Mittelteils des Gehäuses 41 mit dem Bauteil 43 bzw. dem Abschlussteil 42 einfach dadurch, dass die stirnseitigen Ränder 53 des Mittelteils gegen die Aussenflächen der Teile 42 und 43 umgebördelt werden. Das Bauteil 43 und das Abschlussteil 42 stützen sich dabei an Abstufungen auf der Innenseite des Mittelteils ab.
Bei 54 ist eine Wandung angedeutet. Die Dichtungen 55 und 56 an der Aussenseite des Gehäuses bzw.
des Abschlussteiles 42 versinnbildlichen die druckdichte Trennung der beiden die Ventilanschlüsse bildenden Bohrungen 23 und 46.
PATENTANSPRUCH I
Ventil für hydraulische oder pneumatische Anlagen mit mindestens einer als Verschlussteil ausgebildeten Kugel, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kugel (6, 29) ein Ventilschaft (5, 24, 30, 36, 44) fest angeordnet ist.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zur Herstellung des Ventiles nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der den Ventilsitz (2) bildende Werkstoff um die Ventilöffnung herum geringer ausgehärtet wird als eine für den Ventilsitz passende Kugel, worauf die Kugel in den Werkstoff um die Ventilöffnung herum eingepresst wird UNTERANSPROCHE
1. Ventil nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (6, 29) eine das kugelseitige Ende (8) des Ventilschaftes (5, 24, 30, 36, 44) aufnehmende, etwa zentrische Bohrung (7) aufweist.
2. Ventil nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (6, 29) an der bzw. den Bohrungsöffnungen in einer Ebene senkrecht zur Bohrungsachse abgeflacht ist und der Ventilschaft (5, 24, 30, 36, 44) an der Abflachung (11) mit einer Schulter (13) anliegt.
3. Ventil nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelseitige Ende (8) des Ventilschaftes (5, 24, 30, 36, 44) ein Gewinde (9) aufweist, das im Befestigungszustand über die Austrittsöffnung der Bohrung (7) hinausragt und eine Mutter (10) trägt, mit deren Hilfe die Kugel gegen die Schulter (13) des Ventilschaftes verspannt ist.
4. Ventil nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb der Bohrung (7) befindliche Schaftteil (8) zumindest über einen Teil seiner Länge wenigstens annähernd spielfrei in die Bohrung eingepasst ist.
5. Ventil nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Kugel (6, 29) abgewandten Ende des Ventilschaftes (5, 24, 30, 36, 44) eine der Führung und/oder Dämpfung des aus Kugel und Ventilschaft bestehenden beweglichen Ventilteiles dienende Verbreiterung (17, 25, 34, 45) angeordnet ist.
6. Ventil nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbreiterung in Form einer weiteren, fest an dem Ventilschaft (5) angeordneten Kugel (17) ausgebildet ist.
7. Ventil nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilanschluss (23) zwischen dem Ventilsitz (2) und der Verbreiterung (17, 45) angeordnet ist.
8. Ventil nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbreiterung (25) Durchlassöffnungen (26) aufweist, die bei ge öffnetem Ventil eine Strömung zwischen dem Ventilsitz (2) und einem Ventilanschluss gestatten, der an der dem Ventilsitz abgewandten Seite der Verbreiterung in den diese aufnehmenden Raum (4) mündet.
9. Ventil nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Ventilschaftes (5) zumindest im Schliesszustand des Ventiles schräg zu der Ebene eines Randes des Ventilsitzes (2) verläuft.
10. Ventil nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise gegen seitlich zur Federkraft gerichtete Verschiebungen festgelegte Feder (28) an der Kugel angreift.
11. Ventil nach Patentanspruch I und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Schraubenfeder (33) ausgebildet ist, deren der Kugel (6) abgewandtes Ende mit Hilfe einer Einstelleinrichtung (43 und 47 bis 50) bezüglich seines Abstandes zu dem Ventilsitz (2) stufenlos verstellbar ist.
12. Ventil nach Patentanspruch I und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (6) die an dieser angreifende Schraubenfeder (33) und die Einstelleinrichtung (43, 47, 48) mit Ausnahme von deren Betätigungseinrichtung (49, 50) von einem Ventilgehäuse (41) umschlossen sind, das ein rohrförmiges Mittelteil aufweist, an welchem auf der einen Stimseite ein den Ventilsitz (2) beherbergendes Abschlussteil (42) und auf der anderen Stirnseite ein die Betätigungseinrichtung führendes Bauteil (43) der Einstelleinrichtung jeweils durch eine Bördeleinfassung befestigt ist.
13. Ventil nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ventilschaft (36) zwei oder mehrere Kugeln (6) fest angeordnet sind, die als Verschlussteile an der Innenwandung (37) des die Kugeln umschliessenden und Ventilanschlüsse (38, 39, 40) aufweisenden Ventilgehäuses dichtend verschiebbar sind.
14. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe Kugel (6, 29) die später als Ventilelement für den Ventilsitz (2) eingesetzt wird, mit einer Umfangszone in den den Ventilsitz bildenden Werkstoff eingepresst wird, die dem später im Betriebszustand an den Ventilsitz zur Anlage kommenden Oberflächenbereich der Kugel abgewandt ist.
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Valve for hydraulic or pneumatic systems
High demands are made on hydraulic and pneumatic valves, especially in high-speed, high-quality control systems of all kinds. The valves should have as little leakage as possible and work quickly, reliably and quietly.
Such valves have hitherto generally had a valve cone as a movable closure part, on which a valve stem or the like serving for damping or guidance is arranged. Since such a valve cone only lies exactly sealing when the correspondingly conical surface of the associated valve seat is precisely coaxial, leaks occur in the closed position with every slightest deviation from this coaxial position. Such exact guides, which ensure the exact coaxial association between the valve cone and the valve seat, can hardly be produced. Inclined displacements of the valve cone with respect to the valve seat that are maintained in the closed position, for example due to incorrect guidance and / or asymmetrical engagement of a spring element, lead to corresponding leakage losses and make the valve unusable for high requirements.
This danger also exists particularly when the valve stem is also designed as an actuating piston. Therefore, by means of a corresponding play of a possible guidance of the valve stem, it is made possible that the valve cone can always settle into an exactly coaxial position when the valve is closed.
Compared to the valve cone, a ball as a closure part has the particular advantage that the geometrically exact ball lies perfectly sealing against the correspondingly spherical surface of the associated valve seat in every spatial offset position, in addition to lower flow resistance and better adaptability to different valve seat diameters.
However, compared to valves with valve cones and valve stems attached to them, such valves have the serious disadvantage that the balls tumble back and forth within the valve seat when pressure is applied. Attempts to prevent this dancing of the balls with the help of springs and / or plungers acting on the ball did not lead to a satisfactory result, since the ball and the damping elements acting on it, such as plungers, slides or the like, are not inherently a fixed unit form, which is why natural frequencies occur that can superimpose or even support the wobble frequency of the ball.
Therefore, today in high-quality valves one only finds valve cones provided with valve stems or in multi-way valves pistons, although these elements are expensive as turned parts and the closure parts and associated valve seats have to be ground to match one another.
The aim of the invention is to create a valve in which the advantages of the valve cone provided with a valve stem and the ball as the closure part are combined without the disadvantages described in each case occurring. In particular, the simplest and most economical manufacture of these valves should be possible.
Based on a valve for hydraulic and pneumatic systems with at least one ball designed as a closure part, the valve design according to the invention consists in that a valve stem is fixedly arranged on the ball.
In principle, this idea can be implemented, for example, in that a valve stem is formed in one piece on a ball. The production of such a valve part according to the usual method is, however, much more expensive than the production of a separate spherical closure part to which a valve stem manufactured by itself is attached, since the ball can be produced here according to the known mass production processes of the ball bearing industry.
The ball is expediently manufactured with a bore that receives one end of the valve stem. The bore can be designed as a blind hole or - in terms of production technology simpler - to penetrate the ball and preferably be arranged centrally.
The ball-side end of the valve stem can be fixed in the bore by screwing, shrinking or gluing. In the case of a ball provided with a continuous, smooth bore, the valve stem is preferably provided at its end pushed through the ball with a thread which receives a screw with the aid of which the ball is fixed against a shoulder of the valve stem. A ball with a continuous bore represents a particularly useful form of the closure part that should be emphasized.
The valve stem serves to dampen and / or guide the movable valve part formed from the ball and valve stem. It thus prevents the ball from dancing without having to be aligned coaxially with the valve seat in the closed position, as is the case with valves with valve cones. The ball also rests in a sealing manner on the correspondingly spherical surface of the valve seat when the shaft is offset in a certain spatial angular range at an angle to the plane of the valve seat. To guide and / or increase the damping effect, the valve stem is preferably provided with a widening at its end facing away from the ball, which can be cylindrical, for example.
In a preferred embodiment, the widening is also designed as a ball, which is expediently attached to the valve stem in a manner similar to that of the ball interacting with the valve seat. This second ball enables the movable valve part to be guided with the valve stem changing at an angle, and at the same time it can be used as a further closure part that lies sealingly against the walls of the guide bore.
The latter valve design allows use in multi-way valves in which two or more balls can replace the piston designs customary up to now. The ball firmly connected to a valve stem is therefore not only suitable for check valves, spring-loaded pressure relief valves and the like, but also as a valve element for multi-way valves designed, for example, as sliding valves.
According to the invention, a particularly simple manufacturing method for the aforementioned valves consists in that the material forming the valve seat is hardened less around the valve opening than a ball that fits the valve seat, whereupon the ball is pressed into the material around the valve opening. A difference in hardness of a few Rockwell degrees between the seat and the ball is sufficient so that the valve seat is still hard enough to ensure excellent wear resistance of the valve.
Preferably, the same ball is used for pressing in the valve seat that is supposed to swirl together for operation with the valve seat after assembly, whereby one of the circumferential zones which later cooperate with the valve seat later in the operating state and which does not overlap the surface of the ball is expediently used for pressing the valve seat becomes. In this way, the manufacture of a valve according to the invention is much simpler and cheaper than is the case with conventional valves with valve cones and valve seats to be looped in.
Another advantage of the valves according to the invention is that they operate with significantly less noise than the previously known ball and cone valves.
Further details and advantages emerge from the following description of the preferred exemplary embodiments of valves shown in the drawing. Show it:
1 shows a partial longitudinal section through a first embodiment of a valve;
2a and 2b partial longitudinal section and cross section through an embodiment of a spring-loaded valve;
3a and 3b are partial longitudinal sections and cross-sections through a further spring-loaded valve;
4 shows a partial longitudinal section through a 3/2-way valve and
5 shows a longitudinal section through an adjustable pressure relief valve.
The exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 4 show hydraulic valve assemblies such as are provided for compactly built control systems. In such systems, the cavities required to accommodate the movable closure parts and the flow connections are often placed in a block of material and several such blocks are assembled to form a compact hydraulic control system. Here it is often expedient to arrange the spaces offset from one another on both sides of the valve seat, as shown in FIG. 1.
In a material block 1, a wide cylindrical space 3 located above the valve seat 2 is milled out, while the narrower cylindrical space 4 provided below the valve seat 2 is offset with respect to its axis of symmetry with respect to the space 3. With full utilization of the provided cavities, the valve stem 5 must be arranged obliquely with respect to the symmetry axes of the spaces 3 and 4. Under these conditions, a valve seat for a valve cone would be practically impossible to produce.
The ball 6 cooperating with the valve seat 2 has a continuous bore 7 through which a first, tapered end 8 of the valve stem is passed. The majority of this shaft part 8 has a diameter that is only slightly smaller than the diameter of the ball bore 7, so that the ball 6 is fixed with almost no play or is secured against lateral displacement in a press fit on the shaft part 7 protruding end has a thread 9 which carries a nut 10, between which and the ball 6, which has flattened areas 11 at the bore mouths, a washer 12 is arranged. By tightening the nut 10, the ball 6 is pressed against the thickened part 14 of the shaft 5 which forms a shoulder 13.
At the end of the valve stem 5 facing away from the ball, a further taper 15 is formed, onto which a second ball 17 provided with a through hole 16 is pushed, which like the ball 6 with the aid of a nut 18 screwed onto the threaded end 19 via a washer 20 and flats 21 is braced against a shoulder 22.
The ball 17 rests as a guide element on the cylindrical inner surface of the space 4, so that the valve stem 5 can change its inclined position during a displacement of the movable valve part.
Since the ball 17 rests sealingly on the cylindrical inner wall of the space 4 - which can be used with appropriately drilled holes within the material block 1 - the one flow connection of the valve (bores 23) is provided between the valve seat 2 and the displacement path of the ball 17, while the other (not shown) flow connection opens into space 3 above ball 6.
The valve seat 2 is formed in an extremely simple manner in that the ball 6 with the nut 10 protruding into the space 4 is pressed against the material edge between the spaces 3 and 4, whereby spacers ensure that the ball 6 during the press-in process assumes about the position shown in FIG. 1, spaced from the inner wall of the space 3. This results in the asymmetrical configuration of the valve seat 2 shown in FIG. 1.
It is easily conceivable that the axes of symmetry of the cylindrical spaces 3 and 4 do not run parallel offset from one another - as shown in FIG. 1 - but that the spaces 3 and 4 are arranged obliquely to one another and their axes of symmetry intersect at an acute angle.
In the embodiment according to FIGS. 2a, b, the two cylindrical spaces 3 and 4 in the material block 1 are arranged coaxially to one another. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the ball 6 can be guided here by means of a cylindrical widening 25 on the end of the valve stem 24 facing away from the ball 6. Since the cylindrical widening 25 rests slightly slidably on the cylindrical inner wall of the space 4 and one of the valve connections (not shown) opens into the space 4 below the widening 25, this is provided on its circumference with axial passage openings 26 for the medium flowing when the valve is open .
The cross-sectional illustration in FIG. 2 b shows that four passage openings 26 are distributed over the circumference of the widening 25.
In the end face of the widening 25 facing away from the I (ugel) a recess 27 is provided which receives one end of a spring element 28, indicated as a helical spring. As a result of the spring element 28 resting against lateral movement on the side walls of the recess 27, one of the With this arrangement, for example, the valve can be opened at a certain threshold value of a pressure declining in space 3. However, it is also possible to operate the valve independently of the prevailing pressure conditions by means of an actuating device acting on the movable valve part controlled in a targeted manner.
These actuating devices, which can also be provided in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 3, can be controlled in a known manner by hand or with the aid of other pressure-dependent elements.
A spring-loaded pressure relief valve is shown schematically in FIGS. 3a and 3b, partially in longitudinal section and in cross section, which has a ball 29 as a closure part, which is seated on the taper 8 of the valve stem 30. On its side facing away from the valve seat 2, the ball 29 has a wider flat area 31 on which a washer 32 rests, which protrudes beyond the circumference of the nut 10. One end of a helical spring 33, which presses the ball 29 into the valve seat 2, rests on the edge zone of the washer 32 facing away from the ball 29.
At the free end of the valve stem 30, a cylindrical widening 34 is formed, which protrudes into the space 4 below the valve seat 2, but does not contact the inner wall in a sealing manner. The pressure medium can pass through the gap between the widening 34 and the inner wall of the space 4. The valve stem 30 with the widening 34 acts here more as a damping element for the ball movements than as a guide.
In a departure from the exemplary embodiments described, it is also possible to have the end of the valve stem facing away from the ball protrude into the wider space 3 above the valve seat 2, preferably with a widening serving as a guide.
Fig. 4 shows the example of a simple 3/2-way valve, the use of bored balls as closure parts in multi-way valves. In this valve, two balls 6 are arranged at a distance from one another on a valve stem 36, which is symmetrically designed except for an actuating extension 35, the through bores 7 of which are braced in the manner already described against the thickenings 14 of the valve stem. The balls 6 are sealingly guided on the inner wall of a cylindrical sliding bore 37. Depending on the displacement position of the movable valve part formed from the balls 6 and the valve stem 36, which is set with the aid of the actuating extension 35, either a valve connection 38 or a valve connection 39 is connected to a valve connection 40 arranged in between.
Of course, other, more complicated multi-way valves can also be built using this basic principle.
Fig. 5 shows a practical and self-contained embodiment of a pressure limiting valve, the opening threshold value is adjustable.
In a housing 41, which is delimited on the one end by a valve seat 2, the chamber 3 and the valve connection receiving closure part 42 and on the other end by a component 43, there is the pierced ball 6 cooperating with the valve seat 2 and a coil spring 33 which presses the ball 6 onto the valve seat 2 under adjustable pretension. The ball 6 is fastened to the valve stem 44 which, with its end facing away from the ball 6 and bearing a cylindrical widening 45, projects into the space 4 provided in the closure part 42. The widening 45 is guided easily sliding on the cylindrical inner wall of the space 4.
To ensure a sufficiently large flow cross-section, the one valve connection (bores 23) opens between the valve seat 2 and the displacement path of the cylindrical widening 45 in the space 4. The second valve connection for the flow medium to be controlled is through the bores 46 above the ball 6 in the Room 3 formed.
A washer 32 is arranged between the nut 10 and the flat 11 of the ball 6, on the edge zone of which the nut 10 is supported the lower end of the helical spring 33, the nut 10 preventing lateral displacement of the helical spring 33. The upper end of the helical spring 33 rests on a displaceable piston 47 which is slidable ver via a ball joint 48, a threaded pin 49 and a rotary handle 50 in the axial direction of the spring 33, whereby the biasing force is adjustable. The ball joint 48 ensures a sensitive displacement of the piston, which is sealed against the inner wall of the housing by means of a seal 51. The nut 52 arranged above the component 43 can be designed as a threaded guide for the threaded pin 49 or as a lock nut.
To reduce the cost of manufacturing the valve, the tubular central part of the housing 41 is connected to the component 43 or the end part 42 simply by flanging the front edges 53 of the central part against the outer surfaces of the parts 42 and 43. The component 43 and the terminating part 42 are supported on gradations on the inside of the middle part.
A wall is indicated at 54. The seals 55 and 56 on the outside of the housing or
of the closing part 42 symbolize the pressure-tight separation of the two bores 23 and 46 forming the valve connections.
PATENT CLAIM I
Valve for hydraulic or pneumatic systems with at least one ball designed as a closure part, characterized in that a valve stem (5, 24, 30, 36, 44) is fixedly arranged on the ball (6, 29).
PATENT CLAIM II
Method for manufacturing the valve according to claim 1, characterized in that the material forming the valve seat (2) around the valve opening is hardened less than a ball that fits the valve seat, whereupon the ball is pressed into the material around the valve opening
1. Valve according to claim I, characterized in that the ball (6, 29) has an approximately central bore (7) which receives the ball-side end (8) of the valve stem (5, 24, 30, 36, 44).
2. Valve according to claim I, characterized in that the ball (6, 29) is flattened on the or the bore opening in a plane perpendicular to the bore axis and the valve stem (5, 24, 30, 36, 44) on the flat ( 11) rests with one shoulder (13).
3. Valve according to claim I and dependent claim 1 or 2, characterized in that the ball-side end (8) of the valve stem (5, 24, 30, 36, 44) has a thread (9) which in the fastening state via the outlet opening of the bore (7) protrudes and carries a nut (10), with the help of which the ball is braced against the shoulder (13) of the valve stem.
4. Valve according to dependent claim 3, characterized in that the shaft part (8) located within the bore (7) is fitted into the bore at least over part of its length at least approximately free of play.
5. Valve according to claim I, characterized in that at the end of the valve stem (5, 24, 30, 36, 44) facing away from the ball (6, 29) one of the guiding and / or damping of the movable valve part consisting of ball and valve stem serving widening (17, 25, 34, 45) is arranged.
6. Valve according to claim I and dependent claim 5, characterized in that the widening is designed in the form of a further ball (17) which is fixedly arranged on the valve stem (5).
7. Valve according to claim I and dependent claim 5, characterized in that a valve connection (23) is arranged between the valve seat (2) and the widening (17, 45).
8. Valve according to claim I and dependent claim 5, characterized in that the widening (25) has passage openings (26) which allow a flow between the valve seat (2) and a valve port on the side facing away from the valve seat when the valve is open the widening opens into this receiving space (4).
9. Valve according to claim I, characterized in that the axis of the valve stem (5) runs at an angle to the plane of an edge of the valve seat (2) at least in the closed state of the valve.
10. Valve according to claim I, characterized in that a spring (28), which is preferably fixed against displacements directed laterally to the spring force, engages the ball.
11. Valve according to claim I and dependent claim 10, characterized in that the spring is designed as a helical spring (33) whose end facing away from the ball (6) with the aid of an adjusting device (43 and 47 to 50) with respect to its distance from the valve seat ( 2) is continuously adjustable.
12. Valve according to claim I and dependent claim 11, characterized in that the ball (6), the helical spring (33) acting on this and the adjusting device (43, 47, 48), with the exception of the actuating device (49, 50) thereof, from a valve housing (41) are enclosed, which has a tubular middle part, to which on one end a closing part (42) accommodating the valve seat (2) and on the other end a component (43) of the adjustment device guiding the actuating device is fastened in each case by a flange .
13. Valve according to claim I, characterized in that two or more balls (6) are fixedly arranged on a valve stem (36), which act as locking parts on the inner wall (37) of the valve connections (38, 39, 40) surrounding the balls. having valve housing are sealingly displaceable.
14. The method according to claim II, characterized in that the same ball (6, 29) which is later used as a valve element for the valve seat (2) is pressed with a peripheral zone into the material forming the valve seat, which is later in the operating state on the Is facing away from the valve seat coming to rest surface area of the ball.
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