CH624198A5 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Gehäuse mit einer Zuström- und einer Abströmöffnung, die durch ein bewegbares Ventilglied, das in Anlage an einen Ventilsitz bringbar ist, voneinander trennbar sind.
Beim Schliessen von Ventilen tritt, insbesondere wenn das Ventil im Zuge einer Leitung mit einer rasch strömenden Flüssigkeit angeordnet ist, häufig ein «Wasserschlag» auf. Die Ursache des schlagartigen Schliessens des Ventiles liegt darin, dass bei mit dem Druck schliessenden Ventilen das Ventilglied durch das strömende Medium zusätzlich an den Ventilsitz herangeführt wird, wobei gegen Ende des Schliessvorganges die kinetische Energie der strömenden Flüssigkeitssäule aufgefangen werden muss, was sich in einer beträchtlichen Druckerhöhung auswirkt, die zur Zerstörung des Ventiles oder des angeschlossenen Leitungssystemes führen kann. Zur Vermeidung dieser schlagartigen Belastung könnten Windkessel oder dgl. im Leitungssystem angeordnet sein, die jedoch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand bedingen und die aufgrund der ihnen innewohnenden Federung das dynamische Verhalten der Flüssigkeit in Leitungssystemen in unerwünschter Weise beeinflussen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventil bekannter Bauart so auszubilden, dass auch dann, wenn das Ventilglied mit der Strömung schliesst, die schlagartige Belastung gegen Ende des Schliessvorganges so weit vermindert ist, dass keine schädlichen Druckspitzen mehr auftreten.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass das bewegliche Ventilglied mit einem Verdränger verbunden ist, der bei Bewegung des Ventilgliedes sein Volumen ändert. Dabei kann der Verdränger mit einem Rückschlagventil versehen sein und es ist bevorzugt dem Rückschlagventil ein enger Durchlass parallel geschaltet.
Bei der Schliessbewegung des beweglichen Ventilgliedes muss dieses den Verdränger mitbewegen, dessen Volumenänderung des engen Durchlasses nur relativ langsam erfolgen kann. In der Gegenrichtung ist andererseits der enge Durchlass durch das Rückschlagventil überbrückt, so dass die Off-nungsbewegung unverzögert oder nahezu unverzögert erfolgen kann. Durch die Kombination von Verdränger, Rückschlagventil und Durchlass wird das gewünschte langsame Schliessen erreicht, ohne dass umgekehrt die Zeit für das Öffnen des Ventiles wesentlich vergrössert wird.
Die erfindungsgemässe Anordnung eignet sich grundsätzlich für Ventile nahezu aller Bauarten. Besonders vorteilhaft verwirklichen lässt sich jedoch dieses Prinzip dann, wenn gemäss einer bevorzugten Ausführungsform das Ventilglied einstückig mit dem Kolben ist und das Ventilglied an der einen Stirnseite und der Dichtring an dem anderen Endbereich des Kolbens angeordnet sind. Dabei ist bevorzugt der Kolben mit einer seitlichen Aussparung versehen, in die radial ein in Achsrichtung des Kolbens schwenkbarer oder verschiebbarer Betätigungsarm eingreift.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter spezieller Ausführungsformen beschrieben und erläutert. Es zeigen in vereinfachter, schematisierter Darstellung:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Durchgangsventil unter Weglassung des für das Verständnis unwesentlichen Antriebs-systemes, die
Fig. 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen von Dichtringen und die
Fig. 7 und 8 den Dichtring gemäss Fig. 6 während des Schliess- bzw. während des Öffnungsvorganges im Schnitt.
In einem Ventilgehäuse 1, das ein Oberteil 2 und ein Unterteil 3 umfasst, ist ein bewegliches Ventilglied 4 in Gestalt eines Kolbens 5 vorgesehen, der in einer Zylinder-bohrung 6 des Oberteiles 2 axial verschiebbar und lose geführt ist. In das Unterteil 3 sind Anschlussgewindebohrungen
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In den Kolben 5 ist an seiner dem Ventilsitz 10 zugewandten Stirnseite eine elastische Ventildichtung 11 eingesetzt, die in Schliesslage des Ventiles dicht an dem Ventilsitz 10 anliegt und dadurch die Anschlussgewindebohrung 7 von der Anschlussgewindebohrung 8 abtrennt.
In den Kolben 5 ist eine radiale Aussparung 12 eingearbeitet, in die ein Betätigungsarm 13 eingreift, der von einer elastischen Hülle 14 überdeckt ist, die in einen nicht dargestellten Faltenbalg übergeht, der in einer Aussparung 15 im Oberteil 2 eingesetzt ist und der die Aussparung 15 nach aussen hin dicht abschliesst. Ein auf die Hülle 14 des Betätigungsarmes 13 aufgesteckter Ring 16 liegt mit seiner ballig gestalteten Aussenumfangsfläche an der Oberfläche der Aussparung 12 an. Der Betätigungsarm 13 ist im Bereich der Oberfläche der Wandung des Oberteiles 2 schwenkbar gelagert und es ist der andere, nicht dargestellte Hebelarm mit einem Antriebssystem verbunden, wie dies beispielsweise in der DT-OS 24 16 359 beschrieben und dargestellt ist.
Der Verdränger kann beispielsweise als durch eine Membran angeschlossener Raum ausgebildet sein, wobei ein Rückschlagventil in die Membran oder auch in das den durch die Membran abgeschlossenen Raum umgebende Gehäuse eingesetzt werden kann. Bevorzugt ist jedoch als Verdränger der Kolben 5 selbst vorgesehen, der bei der Bewegung des Ventilgliedes in der Zylinderbohrung 6 verschiebbar ist, wobei der Kolben mit einer als Rückschlagventil wirkenden Rückschlagdichtung, auch als Dämpfscheibe bezeichnet, versehen ist. Dabei kann diese Rückschlagdichtung in Art einer Topfmanschette ausgebildet sein, wie sie bei Luftpumpen und dgl. häufig Anwendung findet. Besonders bevorzugt ist jedoch die Rückschlagdichtung in Art eines in einer Nut 17 des Kolbens 5 gelagerten Kolbenringes ausgebildet. Derartige Ringe lassen sich in den unterschiedlichsten Konfigurationen aus in weiten Grenzen frei wählbaren Materialien herstellen und sind, da sie in der Nut 17 des Kolbens 5 gehalten sind, ohne zusätzlichen Aufwand bequem zu montieren. Durch diese Halterung in der Nut ist eine völlig zuverlässige Fixierung des Kolbenringes gewährleistet.
Es ist daher in der Nähe des dem Ventilsitz 10 abgewandten Endbereiches des Kolbens 5 die Umfangsnut 17 eingearbeitet, in die ein Dichtring 18 eingelegt ist, wie er in verschiedenen Ausgestaltungen in den Fig. 2 bis 6 näher dargestellt ist. Der Aussendurchmesser des Dichtringes 18 ist so bemessen, dass er an der Oberfläche der Zylinderbohrung 6 anliegt. Sein Innendurchmesser ist etwas grösser als der Durchmesser des Grundes der Umfangsnut 17. Die Umfangsnut 17 weist eine dem Ventilsitz 10 abgewandte plane Flanke 19 und eine zumindest über einen gewissen Bereich ihrer radialen Erstreckung konisch gestaltete Flanke 20 auf. Bei der Bewegung des Kolbens 5 in Richtung auf den Ventilsitz 10 hin liegt somit der an der Oberfläche der Zylinderbohrung 6 reibschlüssig anliegende Dichtring 18 an der planen Flanke 19 an. Bei der Bewegung in der entgegengesetzten Richtung, wenn das Ventil öffnet, liegt dagegen der Dichtring 18 an der konischen Flanke 20 an. Bevorzugt reicht die konische Flanke vom Aussendurchmesser des Kolbens über etwa die halbe Nuttiefe radial nach innen, worauf sich dann ein ebenfalls etwa planer Wandabschnitt 21 anschliesst, der bis zum Grund der Nut 17 reicht.
Da die Dämpfscheibe bzw. der Dichtring 18 auf dem Kolben nicht stramm, sondern mit radialem Spiel gehaltert ist, erzielt man den Vorteil, dass der Kolben 5 nicht durch die Dämpfscheibe geführt ist, sondern seine Schliessstellung in weiten Grenzen unabhängig von dem Dichtring 18 einnimmt. Dadurch wird erreicht, dass das Ventilglied auch dann auf dem Ventilsitz 10 plan aufliegt, wenn das Ventilglied starr mit dem Kolben verbunden oder, wie bevorzugt vorgesehen, mit dem Kolben 5 einstückig hergestellt ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen besteht der Dichtring aus einem Weichelastomer, also einem gummiartigen Material. Aufgrund der Elastizität des gummiartigen Materials kann er auf den einstückigen Kolben 5 aufgezogen werden, worauf er anschliessend in die Nut 17 einfällt. Da die Nut so ausgebildet ist, dass die Dämpfscheibe bzw. der Dichtring 18 in Schliessbewegung des Ventiles an einer Planfläche der Nut anliegt, wogegen er in Öffnungsrichtung an einer Schrägfläche anliegt, wirkt die Dämpfscheibe wie ein Rückschlagventil weil sein äusserer Umfang von der Zylinderoberfläche aufgrund des Überdrucks in der durch den Kolben begrenzten Kammer geringfügig abhebt.
Ein enger Durchlass, der das Nachführen des Kolbens 5 aufgrund des Volumenausgleiches in dem durch den Kolben oder die Membran angeschlossenen Raum ermöglicht, kann, wie bevorzugt vorgesehen, durch eine Undichtigkeit der Rückschlagdichtung oder durch mindestens eine die Rückschlagdichtung durchdringende Öffnung gebildet sein. Oder es ist, ggf. zusätzlich in den Kolben 5, von der dem Ventilsitz 10 abgewandten Stirnfläche ausgehend, eine Bohrung 22 eingearbeitet, die in die Aussparung 12 mündet. In die Bohrung 22 ist eine Gewindehülse 23 eingesetzt, deren Innendurchmesser kalibriert ist.
Beim Schliessen des Ventiles wird der Kolben 5 in Richtung auf den Ventilsitz 10 bewegt, bis die Ventildichtung 11 auf dem Ventilsitz 10 zur Anlage kommt; diese Schliesslage ist in Fig. 1 dargestellt. Während der Bewegung des Kolbens in Richtung auf den Ventilsitz liegt der Dichtring 18 an der planen Flanke 19 einerseits und an seinem Aussen-umfang an der Oberfläche der Zylinderbohrung 6 andererseits dichtend an. Es entsteht dadurch in dem durch den Kolben 5 nach aussen abgeschlossenen Raum der Zylinderbohrung 6 ein Unterdruck, der der Schliessbewegung des Kolbens 5 entgegenwirkt und diese dadurch verzögert. Durch die Bohrung 22 hindurch erfolgt ein langsamer Druckausgleich. Durch das verzögerte Schliessen des Kolbens wird ein weiches Aufsetzen des Kolbens auf dem Sitz erzielt und es werden die gefürchteten Druckerhöhungen aufgrund der sogen. Wasserschläge vermieden oder zumindest so weit vermindert, dass sie unschädlich sind.
Zum Öffnen wird durch Verschwenken des Betätigungsarmes 13 der Kolben 5 vom Ventilsitz 10 wegbewegt. Dabei legt sich der Dichtring 18 an den Wandabschnitt 21 an und der radial äussere Bereich des Dichtringes 18 legt sich an die konische Flanke 20 an. Durch dieses konische Verformen des Dichtringes 18 kann an dem Dichtring vorbei Medium entweichen, so dass die Drosselwirkung der Bohrung 22 nicht in Erscheinung tritt. Es kann dadurch das Ventil praktisch ebenso schnell öffnen und wie ein Ventil gleicher Bauart ohne Dichtring 18. Das Vermeiden der Dämpfungswirkung während des Öffnens ist besonders bei magnetisch betätigten Ventilen von Bedeutung, weil der Magnet zu Beginn der Anzugsbewegung aufgrund des dabei grössten Luftspaltes zwischen Joch und Anker eine geringere Kraft entwickelt als danach, wenn sich der Anker allmählich dem Joch nähert.
In Fig. 2 ist ein Dichtring 18 dargestellt, der aus einem
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Weichelastomer, also einem gummiartigen Kunststoff, besteht. Aufgrund seiner elastischen Verformbarkeit lässt sich ein derartiger Dichtring ohne Schwierigkeiten über den Kolben 5 streifen, bis er in die Umfangsnut 17 einfällt.
Es kann aber auch, wie bei bevorzugten anderen Ausführungsformen vorgesehen, die Dämpfscheibe die Gestalt einer radial einmal durchgehend geschlitzten Kreisringscheibe aufweisen und aus einem zähen Kunststoff wie Polyamid oder Tetrafluoräthylen oder PTFE oder dgl. bestehen. Derartige Ringe sind besonders verschleissfest und halten auch hohen Drücken ebenso wie aggressiven Medien stand. Darüber hinaus ist bei einem derartigen Dichtring von Vorteil, dass der radiale Schlitz gleichzeitig den engen Durchlass bildet. Derartige Dichtringe sind in den Fig. 3 bis 6 dargestellt. Dabei weist der Dichtring 18' gemäss Fig. 3 einen radialen Schlitz 24 auf, der es ermöglicht, den Ring zur Montage so weit zu verformen, dass er in die Umfangsnut 17 eingelegt werden kann. Die durch den Schlitz 24 bedingte Spaltwirkung bildet einen engen Durchlass, der der Bohrung 22 parallel geschaltet ist. Dabei kann durch entsprechende Bemessung und Gestaltung des Dichtringes 18' dafür Sorge getragen sein, dass der Schlitz 24 in eingebautem Zustand sehr klein ist, so dass allein die Bohrung 22 wirkt. Es kann auch umgekehrt die Bemessung so gewählt sein, dass die Bohrung 22 völlig entfallen kann und das gedrosselte Durchströmen von Flüssigkeit durch den Schlitz 24 die gewünschte Schliessverzögerung ergibt.
Um den Öffnungsvorgang des Ventiles nicht zu dämpfen und rasch durchführen zu können, ist bevorzugt ein Ring 18" mit Aussparungen, insbesondere mit axialen Bohrungen
25 gemäss Fig. 4 vorgesehen. Diese Bohrungen 25 liegen bei der Schliessbewegung an der planen Fläche 19 der Nut 17 an und sind dadurch abgeschlossen. Bei der Öffnungsbewegung dagegen liegt der Ring 18" mit seinem inneren Bereich an der konischen Nutflanke 20 an und ist von der Pianfiäche abgehoben, so dass die Bohrungen 25 von der Flüssigkeit in der Kammer durchströmt werden können, weil sie wegen der Konizität der Nutflanke 20 einen radial nach aussen zunehmenden Abstand von der Nutflanke 20 aufweisen.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform eines Dichtringes 18'" sind vom Aussenumfang des Dichtringes bis zu axialen Durchgangsbohrungen 25 führende Schlitze
26 vorgesehen, die einerseits die Funktion der Bohrung 22 übernehmen können und die andererseits eine Unempfind-lichkeit gegenüber Verschmutzung bewirken, weil die einzelnen Abschnitte des Dichtringes zwischen Bohrungen sich wie Einzelsegmente an die Oberfläche der Zylinderbohrung 6 anlegen. Der enge Durchlass ist durch die kurzen Schlitzabschnitte gebildet, die zwischen Zylinderoberfläche und Aussenumfang des Kolbens 5 liegen, weil die radial weiter inneren Bereiche durch die plane Nutflanke des Kolbens abgedeckt sind.
Während die Dichtringe gemäss den Fig. 2 bis 5 einstückig waren, besteht der Dichtring 18"" gemäss Fig. 6 aus mindestens zwei Segmenten 27. Zur Montage werden die einzelnen Segmente lediglich in die Umfangsnut 17 eingelegt. Die Wirkung der Bohrungen 25 wird durch innere
Aussparungen ììì Form einer Innenverzahnung 28 hervorgerufen. Dadurch wird insgesamt eine noch bessere Anpassung und freie Beweglichkeit des Dichtringes erreicht. Die schmalen Abstände zwischen den Segmenten wirken wie die zuvor beschriebenen radialen Schlitze und die innere Zahnung wirkt wie die zuvor beschriebenen axialen Bohrungen. Aufgrund der Unterteilung der Segmente kann der Dichtring aus einem relativ steifen, nahezu starren Werkstoff bestehen, da er zur Montage nicht verformt werden braucht sondern lediglich in die Nut eingesteckt wird.
Zusätzlich oder anstelle der Schlitze kann in dem Kolben 5 eine Bohrung 22 vorgesehen sein, die als enger Durchlass dient. Diese Bohrung 22, die hinsichtlich ihrer Wirkung parallel zu dem Dichtring angeordnet ist, wird vor allem dann vorgesehen, wenn die Schlitze einen zu starken Strömungswiderstand bilden und die Schliessgeschwindigkeit des Kolbens 5 auf einen bestimmten Wert eingestellt werden soll.
Obwohl der Dichtring bzw. die Dämpfscheibe stets eine gewisse Reibung erzeugt, die allerdings etwas von dem durchströmenden Medium abhängt, kann es erwünscht sein, diese Reibung noch zu erhöhen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist daher ein die Bewegung des Ventilgliedes bremsendes Reibungsorgan zusätzlich vorgesehen. Dabei ist bevorzugt die Dämpfscheibe bzw. der Dichtring gleichzeitig als Reibungsorgan ausgebildet. Die Wirkung des Reibungsor-ganes soll jedoch richtungsabhängig sein, weil bei der Öffnungsbewegung des Ventiles die Reibung unerwünscht ist.
Finden die Dichtringe zusätzlich als Reibungsbremse Verwendung, so sind sie insbesondere gemäss Fig. 6 ausgebildet. Zur weiteren Verbesserung sind die Dichtringe mit dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet, wie dies in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist. Bevorzugt ist dabei der Dichtring entweder mit einem Schlitz 24 versehen (Fig. 3—6) oder in Segmente 27 unterteilt. Dabei ist die dem Ventilsitz 10 abgewandte Flanke als konische Ringfläche 29 ausgebildet, so dass die Umfangsnut 17' einen etwa dreieckförmigen Querschnitt hat, wobei eine Spitze des Dreiecks zur Achse des Kolbens 5 weist und eine Seite des Dreiecks parallel zur Mantellinie verläuft. Bei der Öffnungsbewegung liegt der Dichtring an dem Ventilsitz 10 zugewandten Wandabschnitt 21 an. Bei der Schliessbewegung dagegen, die in Fig. 7 dargestellt ist, liegt der Dichtring an der konischen Ringfläche 29 an und wird bei der Vorwärtsbewegung des Kolbens in Schüessrichtung etwas aufgeweitet und gegen die Wand der Zylinderbohrung 6 gepresst. Dadurch wird eine Reibungsv/irkung erzeugt, die jedoch nur in Schüessrichtung und nicht in Öffnungsrichtung des Ventiles wirksam wird. Dadurch ist die gewünschte richtungsabhängige Reibungsbremse ohne zusätzlichen Aufwand verwirklicht. Die Stärke der Wirkung der Reibungsbremse kann durch entsprechende Wahl des Ringmaterials und insbesondere durch Wahl des Kegelwinkels der Schrägfläche und der Schrägflanke in weiten Grenzen frei gewählt und eingestellt werden. Aber auch der Dichtring 18 gemäss Fig. 2 kann mit einem dreieckförmigen Querschnitt ausgebildet sein, obwohl sich die Ausführung des Dichtringes als Reibungsbremse am zweckmässigsten nach Fig. 6 richtet.
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Claims (16)
- 6241982PATENTANSPRÜCHE1. Ventil mit einem Gehäuse mit einer Zuström- und einer Abströmöffnung, die durch ein bewegbares Ventilglied, das in Anlage an einen Ventilsitz bringbar ist, voneinander trennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Ventilglied (4) mit einem Verdränger (5, 6) verbunden ist, der bei Bewegung des Ventilgliedes sein Volumen ändert.
- 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger mit einem Rückschlagventil (18,19) versehen ist.
- 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rückschlagventil ein enger Durchlass parallel geschaltet ist.
- 4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdränger ein Kolben (5) vorgesehen ist, der bei der Bewegung des Ventilgliedes (4) in einem Zylinder (6) verschiebbar ist, und dass der Kolben mit dem Rückschlagversehen ist.
- 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Kolben angeordnete Rückschlagventil in Art eines in einer Nut (17) des Kolbens (5) gelagerten Dichtringes (18) ausgebildet ist.
- 6. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der enge Durchlass durch eine Undichtigkeit desRück-schlagventiles gebildet ist.
- 7. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der enge Durchlass durch mindestens eine das Rückschlagventil durchdringende Öffnung gebildet ist.
- 8. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (18) die Gestalt einer Kreisringscheibe aufweist und aus einem Weichelastomer besteht.
- 9. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (18', 18", 18'") die Gestalt einer radial einmal durchgehend geschlitzten Kreisringscheibe aufweist und aus einem zähen Kunststoff, wie Polyamid oder Tetrafluoräthylen besteht.
- 10. Ventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (18", 13'", 14"") mit Aussparungen (25, 28) versehen ist.
- 11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (18'") mit radialen, vom Aussenumfang bis zu axialen Bohrungen (25) reichenden Schlitzen (26) versehen ist.
- 12. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Dichtring (18"") durch radiale, durchgehende Schnitte in Segmente (27) unterteilt ist.
- 13. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass in dem Kolben (5) eine Bohrung (22, 23) vorgesehen ist, die als enger Durchlass dient.
- 14. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass ein die Bewegung des Ventilgliedes bremsendes Reibungsorgan vorgesehen ist.
- 15. Ventil nach den Ansprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der als Reibungsorgan ausgebildete Dichtring (18) aus zumindest zwei Segmenten besteht, dass die Nut (17') am Kolben (5) mit einer Schrägfläche (29) versehen ist, und dass die Segmente mit einer entsprechenden, mit der Schrägfläche zusammenwirkenden Schrägflanke (30) versehen sind (Fig. 8).
- 16. Ventil nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (4) einstückig mit dem Kolben (5) ausgebildet und an dessen einer Stirnseite angeordnet ist, an dessen anderem Endbereich der Dichtring (18) angeordnet ist, und dass der Kolben (5) mit einer radialen Aussparung (12) versehen ist, in die ein Betätigungsarm (13) eingreift.
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PL | Patent ceased |