DE102006062716B4

DE102006062716B4 - Koaxialventil

Info

Publication number: DE102006062716B4
Application number: DE102006062716A
Authority: DE
Inventors: Dieter Jordan; Jakob Dr. Hermann
Original assignee: Voith Turbo H and L Hydraulic GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: DE102006062716A1

Abstract

Koaxialventil (10) mit einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse, mit einem Ventileingang (14), mit einem dem Ventileingang (14) nachgeschalteten, in axialer Richtung von einem Medium durchströmbaren und gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung bewegbaren Ventilschließkörper (20), wobei der Ventilschließkörper (20) in der Schließstellung des Ventils gegen einen Ventilsitz (26) wirkt, und mit einem dem Ventilsitz (26) nachgeschalteten Ventilausgang (16), wobei der Ventilschließkörper (20) über Antriebsmittel zum Öffnen des Ventils weg vom Ventilsitz (26) bewegbar ist und mittels eines Federelements (36) in Richtung Ventilsitz (30) rückbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäusegrundteil (12) zur Befestigung des Koaxialventils vorgesehen ist und dass der Ventilsitz (26) an einem Gehäuseoberteil (24) angeordnet ist, wobei zur Rückführung des Mediums vom Gehäuseoberteil (24) zum Gehäusegrundteil (12) zwischen dem Gehäuseoberteil (24) und dem Gehäusegrundteil (12) eine parallel zum Ventilschließkörper verlaufende, rohrartig ausgebildete Rückführungsleitung (38) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koaxialventil mit einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse, mit einem Ventileingang, mit einem dem Ventileingang nachgeschalteten, in axialer Richtung von einem Medium durchströmbaren und gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung bewegbaren Ventilschließkörper, wobei der Ventilschließkörper in der Schließstellung des Ventils gegen einen Ventilsitz wirkt, und mit einem dem Ventilsitz nachgeschalteten Ventilausgang, wobei der Ventilschließkörper über Antriebsmittel zum Öffnen des Ventils weg vom Ventilsitz bewegbar ist und mittels eines Federelements in Richtung Ventilsitz rückbewegbar ist.
Koaxialventile werden im Stand der Technik beispielsweise zur Versorgung von an Werkzeugmaschinen vorgesehenen Verbrauchern, insbesondere in Form von Werkzeugen, mit Medien eingesetzt. Je nach Art eines solchen Werkzeugs und je nach Bearbeitungsvorgang kann es erforderlich sein, das Medium mit unterschiedlichen Drücken am Werkzeug zur Verfügung zu stellen. Als Medien kommen insbesondere Kühl- und Schmierflüssigkeiten in Betracht, die mit Drücken bis zu 100 bar zur Verfügung zu stellen sind. Beim Einsatz der bekannten Ventile für unter derart hohem Druck stehenden Medien hat sich gezeigt, dass die Ventile schon nach kurzer Betriebsdauer einem gewissen Verschleiß unterliegen und undicht werden können.
Ein eingangs genanntes Ventil ist beispielsweise aus der DE 101 08 492 A1 oder DE 101 21 616 A1 vorbekannt. Beim Schließen des Ventils wird der Ventilschließkörper über ein Federelement gegen den Ventilkörper beaufschlagt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Koaxialventil dahingehend weiterzubilden, dass auf geeignet Art und Weise das Medium von einem Ventilausgang, der insbesondere an einer Montageplatte vorgesehen ist, zu einem auf der gleichen Seite liegenden Ventileingang, der insbesondere auch an der Montageplatte vorgesehen ist, geleitet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Koaxialventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Gehäuse sieht folglich ein Gehäusegrundteil zur Anordnung des Koaxialventils an insbesondere einer Montageplatte vor. Ferner ist vorgesehen, dass der Ventilsitz an einem Gehäuseoberteil angeordnet ist, wobei zur Rückführung des Mediums vom Gehäuseoberteil zum Gehäusegrundteil zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäusegrundteil eine parallel zum Ventilschließkörper verlaufende, rohrartig ausgebildete Rückführungsleitung vorgesehen ist. Durch einen derartigen Aufbau, der im Wesentlichen die Bauteile Gehäusegrundteil, Verschließkörper, Gehäuseoberteil und Rückführungsleitung erfasst, kann auf geeignet Art und Weise das Medium von einem Ventilausgang einer Montageplatte zu einem auf der gleichen Seite der Montageplatte vorgesehenen Ventileingang der Montageplatte geleitet werden. Der Ventilschließkörper kann dabei vorzugsweise senkrecht zum Ventilausgang der Montageplatte verlaufend angeordnet sein, wobei dann die Rückführungsleitung vorteilhafterweise senkrecht über dem Ventileingang der Montageplatte steht.
Zum Aufbau und zur Funktionsweise einer derartigen Montageplatte wird auf die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, den gleichen Anmeldetag wie die vorliegende deutsche Patentanmeldung aufweisende Anmeldung mit dem Titel "Montageplatte für mit einem Medium durchströmbare Koaxialventile, Plattensystem und zugehöriges Koaxialventil" (Aktenzeichen 10 2006 010 086.7 ) verwiesen. In diesem Zusammenhang gilt der gesamte Offenbarungsgehalt der erwähnten Patentanmeldung als in der vorliegenden Anmeldung offenbart.
Die Rückführungsleitung kann dabei im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein, so dass die freien Enden der Rückführungsleitung jeweils am Gehäusegrundteil und am Gehäuseoberteil dichtend angeordnet sind. Zur besseren Dichtwirkung zwischen Gehäusegrundteil und Gehäuseoberteil können zwischen der Rückführungsleitung und den einzelnen Gehäuseteilen Dichtelemente vorgesehen sein. Die Rückführungsleitung kann beispielsweise durch sich in Axialrichtung erstreckende Zugschrauben in axialer Richtung gegen das Grundgehäuseteil und das Gehäuseoberteil verspannt sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass Dämpfundsmittel zur Dämpfung der Rückbewegung des Kolbens beim Aufschlagen des Ventilskörpers gegen den Ventilsitz und/oder zur Dämpfung der Vorwärtsbewegung des Ventilskörpers beim Abheben vom Ventilsitz vorgesehen sind. Hierdurch wird bei der Rückbewegung des Ventilkörpers ein hartes und zu Schädigungen am Ventilschließkörper und/oder am Ventilsitz führendes Aufschlagen des Ventilschließkörpers gegen den Ventilsitz vermieden. Dadurch wird insbesondere dann, wenn ein Federelement mit vergleichsweise hohen Federkräften Verwendung findet, die Lebensdauer des Koaxialventils erhöht. Zudem kann mit geeigneten Dämpfungsmitteln nicht nur ein schlagartiges Schließen des Ventils, sondern auch ein schlagartiges Öffnen des vermieden werden. Somit können beim Öffnen und Schließen des Ventils ungewollte Drückstöße, die zu Verschleiß und Beschädigungen in den dem Ventil nachgeführten Anlagen oder Verbrauchern führen können, vermieden werden.
Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn als Antriebsmittel der Ventilschließkörper als Kolbenstange eines einen Druckraum begrenzenden, zum Öffnen des Ventils mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Kolbens ausgebildet ist. Dadurch können hohe Öffnungskräfte bereitgestellt werden, die der Federkraft des Federelements beim Öffnen des Ventils entgegenwirken. Die Erfindung umfasst allerdings auch andere Arten von Antriebsmittel, wie beispielsweise elektromagnetische Antriebsmittel, wie sie aus der DE 101 08 492 A1 oder der DE 101 21 616 A1 vorbekannt sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass die Dämpfungsmittel einen insbesondere vom Kolben separat, als selbstständiges Bauteil ausgebildeten Drosselstift umfassen, der in einer parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufenden Axialbohrung verschiebbar gelagert ist, und dass die Axialbohrung in einer in den Druckraum führenden Druckmittelleitung mündet, wobei das der Druckmittelleitung zugewandte Ende des Drosselstifts bei rückbewegtem Ventilschließkörper die Druckmittelleitung wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend verschließt und/oder bei vorwärtsbewegtem Ventilschließkörper die Druckmittelleitung wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend freigibt. Über einen derartigen Drosselstift, dessen Ende in einen druckmittelleitungseitigen Drosselabschnitt eingreift, kann eine Dämpfung auf einfache Art und Weise erzeugt werden. Insbesondere dann, wenn ein Druckraum mit Druckmittel vorgesehen ist, kann aufgrund des Vorsehens des Drosselstifts und des Drosselabschnitts die Rückflussmenge des Druckmittels aus dem Druckraum und/oder die Einflussmenge in den Druckraum begrenzt werden. Damit einher ergeht eine gedämpfte Rückbewegung und/oder Vorwärtsbewegung des Kolbens.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Axialbohrung einen in Richtung der Axialbohrung verlaufenden Verlängerungsabschnitt vorsieht, in den ein senkrecht dazu verlaufender und vom Drosselstift wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend verschließbarer Druckmittelleitungsabschnitt der Druckmittelleitung mündet. Die Mündung des Druckmittelleitungsabschnitt in den Verlängerungsabschnitt bildet dann den Drosselabschnitt.
Je weiter sich der Kolben beim Schließvorgang des Ventils seiner Hubendlage nähert, desto weiter verschlossen ist die Druckmittelleitung bzw. der Druckmittelleitungsabschnitt, desto geringer ist der verbleibende Fließquerschnitt und desto größer ist die zu erreichende Dämpfung der Rückbewegung bzw. Vorwärtsbewegung. Beim Öffnen des Ventils verschließt zunächst der Drosselstift die Druckmittelleitung bzw. den Druckmittelleitungsabschnitt vorzugsweise wenigstens weitgehend, wodurch sich ein gedämpftes Öffnen des Ventils selbst bei schlagartigem Druckanstieg des Druckmittels in der Druckleitung erreichen lässt. Bei vollständig geöffnetem Ventil wird die Druckmittelleitung bzw. der Druckmittelleitungsabschnitt vorteilhafterweise vom Drosselstift vollständig freigegeben, so dass in dieser Hublage des Kolbens die maximale Durchflussmenge von Druckmittel in den Druckraum gegeben ist.
Vorteilhafterweise ist das Koaxialventil derart ausgebildet, dass zwischen dem Drosselstift und dem Verlängerungsabschnitt der Axialbohrung bei in der Axialbohrung vorgesehenem Drosselstift ein Drosselspalt vorgesehen ist.. Hierdurch wird erreicht, dass selbst dann, wenn der Drosselstift vollständig die Druckmittelleitung verschließt, ein Druckausgleich zwischen dem Druckraum und dem Druckraum abgewandten, dem Drosselstift nachgelagerten Leitungsabschnitt stattfindet. Bei zum Öffnen des Ventils ansteigendem Druck kann das Druckmittel durch den Drosselstift in den Drosselspalt in den Druckraum gelangen und den Druckkolben beaufschlagen. Der Drosselspalt kann dabei beispielsweise auch als sich in Längsrichtung erstreckende Nut am Drosselstift ausgebildet sein.
Vor teilhafterweise ist der Drosselstift mittels einer Druckfeder wenigstens in dem Bereich, in welchem er die Druckmittelleitung wenigstens abschnittsweise verschließt, gegen den Kolben beaufschlagt angeordnet. Die Druckfeder kann dabei in axialer Richtung auf der dem Kolben abgewandten Seite des Drosselstifts vorgesehen sein. Aufgrund des Vorsehens der Druckfeder wird gewährleistet, dass bei Druckbeaufschlagen des Druckraums der Drosselstift dem Kolben nachgeführt wird und die Druckmittelleitung, bzw. den in den Verlängerungsabschnitt mündenden Druckmittelleitungsabschnitt freigibt.
Vorzugsweise ist die Federkraft der Druckfeder dabei derart gewählt, dass sie wenigstens geringfügig größer ist als das Produkt der Querschnittsfläche des Drosselstifts und des beim Schließvorgangs des Koaxialventils, bzw. beim Drucklosschalten des Druckraums, zwischen dem Druckraum und dem dem bei aus dem Druckraum abfließenden Druckmittel dem Drosselstift nachgelagerten Druckmittelleitungsabschnitt herrschenden Differenzdrucks. Die Dimensionierung der Druckfeder ist dann folglich so, dass sie eine bei der Rückbewegung des Kolbens auftretende Druckdifferenz zwischen Druckraum und dem Drosselstift nachgelagerter, drucklos geschalteter Druckmittelleitung ausgleicht bzw. wenigstens geringfügig übersteigt. Hierdurch kann verhindert werden, dass der Drosselstift beim Schließvorgang des Ventils ungewollt frühzeitig die Druckmittelleitung verschließt. Insgesamt kann trotz der hohen auf den Kolben wirkenden Federkraft des Federelements mit einer vergleichsweise schwach dimensionierten Druckfeder eine Drosselung bzw. Dämpfung der Rückführbewegung insbesondere erst kurz vor Erreichen der Schließendlage des Kolbens bzw. des Ventilschließkörpers erreicht werden.
Dabei kann die Erfindung vorsehen, dass der Drosselstift beidseitig mit je einer Druckfeder beaufschlagt ist, wobei die Vorspannung der Druckfedern in der Schließstellung des Ventils durch ein Verstellmittel einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass je nach verwendetem Druckmittel bzw. ja nach Betriebsdruck des Druckmittels eine optimale Dämpfung über die Änderung der Vorspannkraft der Druckfedern und/oder ihrer relativen Lage zueinander und damit ihrer relativen Lage zur Druckmittelleitung individuell einstellbar ist.
Das Verstellmittel kann dabei insbesondere von einem axial verstellbaren, gegen die dem Kolben abgewandt angeordnete Druckfeder wirkender Gewindestift gebildet sein. Der Gewindestift ist dabei vorzugsweise entlang der Mittellängsachse der Axialbohrung angeordnet und von der Außenseite des Gehäuses zugänglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum einen das den Kolben beaufschlagende Federelement und zum anderen eine an dem dem Ventilsitz zugewandten freien Ende des Ventilschließkörpers vorhandene Druckangriffsfläche derart ausgelegt sind, dass ein Bewegen des Ventilschließkörpers in die Öffnungsstellung erst bei einem am Ventilausgang anstehenden, über dem normalen Betriebsdruck des Koaxialventils, oder über den Betriebsdrücken von zum Koaxialventil parallel geschalteten weiteren Koaxialventilen liegenden Grenzdruck, erfolgt. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass dem Koaxialventil kein separates Rückschlagventil nachgeschaltet werden muss, wie es beim Stand der Technik der Fall sein kann. Insbesondere aufgrund des entsprechend stark auszubildenden Federelements kann verhindert werden, dass bei ansteigendem Druck am Ventilausgang das Koaxialventil ungewollt geöffnet wird. Erst bei Erreichen des Grenzdrucks öffnet das Koaxialventil. Dabei kann das Koaxialventil parallel zu weiteren, entsprechend ausgebildeten Koaxialventilen geschaltet sein. An den einzelnen Koaxialventilen können unterschiedliche Drücke anliegen, je nachdem dem Koaxialventil nachgeordneten, mit dem Medium zu versorgenden Verbraucher bzw. Werkzeug. Dabei können die Ableitungen aus den einzelnen, parallel geschalteten Koaxialventilen in einer gemeinsamen Verbraucherzuführungsleitung münden. In der gemeinsamen Zuführungsleitung kann folglich das Medium mit unterschiedlichen Drücken, je nachdem, welches Koaxialventil geöffnet ist, zur Verfügung gestellt werden. Aufgrund der entsprechenden Auswahl der Stärke des Federelements kann folglich verhindert werden, dass ein Koaxialventil, an dessen Eingang ein vergleichsweise geringer Druck ansteht, bei auf der Ausgangsseite anstehendem, infolge eines anderen geöffneten Koaxialventils höheren Druck ungewollt geöffnet wird. Insofern können separat auszubildende, der Ausgangsseite der Koaxialventile nachgeschaltete Rückschlagventile entfallen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitz als Vollkugel ausgebildet, die vorzugsweise vollständig aus einem weitgehend abriebfesten Material ist. Das Vorsehen einer derartigen Kugel hat den Vorteil, dass selbst dann, wenn in dem abzusperrenden Medium Feststoffe, wie beispielsweise Metallspäne oder Quarzstücke vorhanden sein sollten, das Ventil aufgrund des derart ausgebildeten Ventilkörpers dauerhaft funktionssicher arbeitet. Vollkugeln sind dabei als Standardbauteile günstig beziehbar und bieten ein günstiges Anström- und Umströmungsverhalten.
Zur Anordnung des Ventilsitzes am Gehäuse kann die Vollkugel vorteilhafterweise mittels eines Presssitzes in einem Gehäuseteil festgesetzt sein. Das Gehäuseteil kann dazu beispielsweise eine Zylinderbohrung aufweisen, deren Innendurchmesser auf den Durchmesser der Vollkugel derart abgestimmt ist, dass ein Einpressen und dauerhaftes Festsetzen der Kugel am entsprechenden Gehäuseteil möglich ist. Das Festsetzen durch einen Presssitz hat außerdem den Vorteil, dass keine weiteren Bauteile erforderlich sind, um den Ventilsitz am Gehäuse zu befestigen. Hierdurch werden nicht nur Bauteilkosten eingespart, sondern zudem können auch im Anströmungsbereich des Ventilsitzes liegende störende Kanten oder Absätze vermieden werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäßes Koaxialventil in Schließstellung;
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Ventils gemäß 1;
3 den Ausschnitt gemäß 2 in Öffnungsstellung; und
4 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Das in den Figuren dargestellte Koaxialventil 10 weist ein mehrteiliges Gehäuse auf, wobei ein Gehäusegrundteil 12 vorgesehen ist, das an der Oberseite einer Montageplatte anordenbar ist. Das Gehäusegrundteil 12 umfasst dabei einen Ventileinlass 14 und einen auf der gleichen Seite vorgesehenen Ventilauslass 16.
Das Koaxialventil 10 sieht ferner einen dem Ventileinlass 14 nachgeschalteten, in axialer Richtung von einem Medium, in Richtung der Pfeile 18 durchströmbaren und gegenüber dem Gehäusegrundteil 12 in axialer Richtung bewegbaren Ventilschließkörper 20 auf. In der in den 1 und 2 dargestellten Schließstellung des Ventils liegt das dem Ventileinlass 14 abgewandte freie Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 an einem an einem Gehäuseoberteil 24 angeordneten Ventilsitz 26 an. Der Ventilsitz 26 ist dabei als Vollkugel ausgebildet, die zum Ventilschließkörper 20 hin gewölbt, geschlossen und absatzfrei ist und eine einheitliche Oberfläche aufweist. Die Vollkugel 26 ist dabei mittels eines Presssitzes in das Gehäuseoberteil 24 eingepresst. Dazu weist das Gehäuseoberteil 12 eine Bohrung auf, deren Durchmesser auf den Außendurchmesser der Kugel 26 abgestimmt ist. Das Gehäuseoberteil 12 ist von den restlichen Gehäuseteilen des Koaxialventils 10 abnehmbar, so dass das Gehäuseteil 12 samt der Vollkugel 26 als vormontierte Einheit fertigbar ist.
Die Vollkugel 26 ist dabei vorteilhafterweise vollständig aus einem weitestgehend abriebfesten Material, beispielsweise aus einem Keramikmaterial. Die Vollkugel 26 kann ebenfalls eine entsprechend weitestgehend abriebfeste Hartbeschichtung an ihrer Oberfläche aufweisen, beispielsweise eine titanhaltige Schicht. Dadurch wird erreicht, dass ein Abrieb am Ventilsitz 26 selbst bei sehr hohen im Ventilschließköper 20 herrschenden Drücken vermieden wird. Selbst dann, falls Metallspäne oder Quarzkörner im Medium vorhanden sein sollten, wird einem Abrieb und einem Verschleiß der Vollkugel aufgrund ihrer Geometrie und der entsprechenden Materialauswahl entgegengewirkt.
Der Ventilschließkörper 20 ist gemäß den Figuren als Kolbenstange eines einseitig druckbeaufschlagbaren Kolbens 28 ausgebildet. Der Kolben 28 begrenzt dabei einen Druckraum 30, der über eine Druckmittelleitung 32, die in den 2 und 3 im Einzelnen dargestellt ist, mit einem Druckmittel druckbeaufschlagbar ist. Auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite wird der Kolben von einem sich am Grundgehäuseteil 12 abstützenden Federelement 34 druckbeaufschlagt.
In der in der 1 und 2 dargestellten Schließstellung des Ventils liegt das freie Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 entlang einer ringartigen Kontaktfläche dichtend an dem Ventilsitz 26 an. Im Ventilschließkörper 20 vorhandenes Medium kann folglich nicht zwischen dem freien Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 und dem Ventilsitz 26 hindurchströmen.
Wird der Druckraum 30 über ein Druckmittel mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt, so bewegt sich der Kolben 28 samt Ventilschließkörper 20 in Richtung Ventileinlass 14. Das freie Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 hebt dann von der Vollkugel 26 ab; das Ventil wird geöffnet. Im Ventilschließkörper 20 unter Druck anstehendes Medium strömt dann folglich an der Oberfläche des Ventilsitzes 26 entlang den Pfeilen 36 in das Gehäuseoberteil 24, von wo aus es in eine Rückführungsleitung 38 strömt. Die Rückführungsleitung 38, die parallel zum Ventilschließkörper 20 zwischen dem Gehäuseoberteil 24 und dem Gehäusegrundteil 12 angeordnet ist, führt das Medium zum im Ventilschließkörper 20 vorgesehenen Ventilauslass 16.
Um auch einen Verschleiß weitestgehend am freien Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass der Ventilschließkörper im Bereich seines freien Endes eine weitestgehend abriebfeste Hartbeschichtung aufweist.
Wie insbesondere aus 2 deutlich wird, weist das freie Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 eine wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Mittellängsachse des Ventilschließkörpers 20 verlaufende, an der Stirnseite des Ventilschließkörpers angeordnete Druckangriffsfläche 40 auf. Die Querschnittsfläche der Druckangriffsfläche 40 ist dabei mit der Federkraft des Federelements 34 so abgestimmt, dass bei Erreichen eines ventilauslassseitigen Grenzdrucks der Ventilschließkörper 20 entgegen der Federkraft des Federelements 34 vom Ventilsitz 26 abhebt und in die Öffnungsstellung bewegt wird. Vorteilhafterweise beträgt der Grenzdruck einen Wert zwischen 100 bar und 140 bar, insbesondere einen Wert im Bereich von 120 bar. Aufgrund einer derartigen Ausbildung kann ein dem Ventil 10 nachzuschaltendes Rückschlagventil entfallen.
Aus 2 kann entnommen werden, dass der Innendurchmesser d des Ventilschließkörpers 20 kleiner als der Durchmesser r der Kugel 26 ist. Der Außendurchmesser D des freien Endes 22 des Ventilschließkörpers entspricht vorteilhafterweise im Wesentlichen dem Durchmesser r der Kugel 26. Denkbar ist aber auch, dass der Außendurchmesser D größer oder kleiner als der Durchmesser r der Kugel 26 ist. Das freie Ende 22 des Ventilschließkörpers 20 weist vorteilhafterweise eine sich hin zur Kugel 26 öffnende Anfasung 42 auf, wobei d kleiner r und D größer gleich r ist. Der Durchmesser s der Öffnung am freien Ende des Ventilschließkörpers ist dabei vorteilhafterweise kleiner als der Durchmesser r der Kugel 26.
Um insbesondere beim Drucklosschalten des Druckraums 30 ein hartes, zu Verschleiß und gegebenenfalls zu Zerstörungen führendes Aufschlagen des freien Endes 22 auf die Vollkugel 26 zu verhindern, sind in der Druckmittelleitung 32 Dämpfungsmittel vorgesehen, mit denen die Rückführbewegung des Kolbens 28 und des damit verbundenen Schließkörpers 20 abgedämpft werden. Die Dämpfungsmittel sind vorteilhafterweise auch so ausgebildet, dass das Abheben des freien Endes 22 des Ventilschließkörpers 20 von der Vollkugel 26 beim Öffnen des Ventils gedämpft erfolgt, um ungewollte Drückstöße, die zu Verschleiß und Beschädigungen in den dem Ventil nachgeführten Anlagen oder Verbrauchern führen können, zu vermeiden.
Wie insbesondere aus den 2 und 3 deutlich wird, umfassen die Dämpfungsmittel einen beim Schließen des Ventils 10 der Rückbewegung des Kolbens 28 folgenden Drosselstift 44. Während der Rückbewegung des Kolbens 28 wird der Querschnitt eines Drosselabschnitts 46 durch den Drosselstift 44 verringert, wodurch die Rückbewegung des Kolbens 28 bzw. des Ventilschließkörpers 20 gedämpft wird.
Der Drosselstift 44 ist dabei in einer parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 28 verlaufenden Axialbohrung 48 verschiebbar gelagert. Die Axialbohrung 48 weist einen Verlängerungsabschnitt 50 auf, der einen Teil der Druckmittelleitung 32 bildet. In den Verlängerungsabschnitt 50 mündet ein senkrecht zum Verlängerungsabschnitt 50 verlaufender Druckmittelleitungsabschnitt 52, der vom Drosselstift 44 bei in die Schließstellung des Koaxialventils 10 rückgeführtem Kolben 28, wie in der 2 dargestellt ist, weitgehend verschlossen wird. Der Außendurchmesser des Drosselstifts 44 und der Bohrungsdurchmesser der Axialbohrung 48 beziehungsweise des Verlängerungsabschnitts 50 sind so gewählt, dass zwischen dem Drosselstift 44 und der Außenwandung der Axialbohrung 48 beziehungsweise des Verlängerungsabschnitts 50 ein Drosselspalt gebildet ist, durch den das Druckmittel, insbesondere in Form von Druckluft, hindurchströmen kann.
Der Drosselstift 44 ist dabei mittels einer Druckfeder 54 gegen den Kolben 28 druckbeaufschlagt angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der Drosselstift 44 auch beim Druckbeaufschlagen des Druckraums 30 der Öffnungsbewegung des Kolbens 28 folgt und der Druckmittelleitungsabschnitt freigegeben wird.
Beim Druckbeaufschlagen des Druckraums 30, wie in 3 dargestellt, strömt folglich das Druckmittel über den Druckmittelleitungsabschnitt 52 entlang der Pfeile 56 in den Verlängerungsabschnitt 50. Von dort kann das Druckmittel über eine Verbindungsbohrung 58 in einen weiteren, im Druckraum 30 mündenden Verbindungsabschnitt 60 strömen. Aufgrund des bei geschlossenem Ventil den Druckmittelleitungsabschnitt 52 bzw. Drosselabschnitt 46 weitgehend verschließenden Drosselstifts 44 kann zunächst nur wenig Druckmittel in den Druckraum 30 einströmen. Erst allmählich wird der Drosselstift bei sich in die Öffnungsstellung bewegendem Kolben 28 mit Hilfe der Druckfeder 54 nachgeführt und gibt den Druckmittelleitungsabschnitt 52 frei. Dadurch erfolgt ein gedämpftes Öffnen des Ventil und Druckstöße beim Öffnen des Ventils in den nachgeführten Anlagen oder Verbrauchern können effektiv unterbunden werden.
Beim Schließen des Koaxialventils bzw. beim Drucklosschalten des Druckraums 30 wird aufgrund der vergleichsweise hohen Federkraft des Federelements 34 der Kolben 28 samt Ventilschließkörper 20 mit vergleichsweise hoher Kraft in die Schließstellung gemäß 2 bewegt. Dabei strömt das Druckmittel aus dem Druckraum 30 über den Verbindungsabschnitt 60, die Verbindungsbohrung 58, den Verlängerungsabschnitt 50 und den Druckmittelleitungsabschnitt 52 ab. Der Drosselstift 44 wird dabei vom Kolben 28 in den Verlängerungsabschnitt 50 in Richtung des Pfeils 62 bewegt. Das dem Kolben 28 abgewandte freie Ende des Drosselstifts 44 verschließt dabei nach und nach den Drosselabschnitt 46, beziehungsweise den in den Verlängerungsabschnitt 50 mündenden Druckmittelleitungsabschnitt 52. Aufgrund der sich verringernden Querschnittsfläche des Drosselabschnitts 46 wird folglich die Ausströmgeschwindigkeit des aus dem Kolbenraum 30 abströmenden Druckmittels reduziert. Daraus resultiert letzten Endes eine Dämpfung der Rückbewegung des Kolbens 28 und damit des Ventilschließkörpers 20. Ein hartes Aufschlagen des freien Endes 22 des Ventilschließkörpers auf den Ventilsitz 26, und damit einhergehende, die nachfolgenden Anlagen belastende Druckstöße, können damit unterbunden werden. Die Druckfeder 54 verhindert dabei ein ungewolltes vorzeitiges Verschließen des Druckmittelleitungsabschnitts 52 durch den Drosselstift, da ihre Federkraft derart gewählt ist, dass sie wenigstens geringfügig größer ist als das Produkt der Querschnittsfläche des Drosselstifts 44 und des beim Schließvorgang des Koaxialventils zwischen dem Druckraum 30 und Druckmittelleitungsabschnitt 52 herrschenden Differenzdrucks.
Die Ansteuerung des Druckraums mit einem Druckmittel erfolgt über ein elektrisch ansteuerbares Schaltmittel 62, beispielsweise über Magnetventile.
In der 4 ist ein Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei den 1 bis 3 entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Eine einen Drosselstift 44 aufweisende Axialbohrung 48 kreuzt eine senkrecht dazu verlaufende, zum Druckraum führende Druckmittelleitung 32. Der Drosselstift 4 ist dabei beidseitig mit je einer Druckfeder 54, 70 versehen, wobei die Vorspannung der Druckfedern 54, 70, zumindest in der Schließstellung des Ventils 10, durch ein Verstellmittel 72 einstellbar ist. Das Verstellmittel 72 wird dabei von einem axial verstellbaren, gegen die dem Kolben 28 abgewandt angeordnete Druckfeder 70 wirkenden Gewindestift 72 gebildet, der in eine gehäuseseitiges Gewinde 74 eingeschraubt ist. Je nach Einschraubtiefe des Gewindestifts 74 kann die Dämpfung optimal an das Druckmittel bzw. den Betriebsdruck des Druckmittels angepasst werden. Die Anordnung des Drosselstifts 44 und der beiden Druckfedern 54, 70 ist entsprechend der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung derart, dass bei der Rückbewegung des Ventilschließkörper 20, d.h. beim Schließvorgang des Koaxialventils 10, die Druckmittelleitung 32 durch den Drosselstift 44 wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend verschlossen wird und dass beim Vorwärtsbewegen des Ventilschließkörpers 20, d.h. beim Öffnungsvorgang des Ventils 10, der Drosselstift 44 die Druckmittelleitung 32 wenigstens weitgehend frei gibt.

Claims

Koaxialventil (10) mit einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse, mit einem Ventileingang (14), mit einem dem Ventileingang (14) nachgeschalteten, in axialer Richtung von einem Medium durchströmbaren und gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung bewegbaren Ventilschließkörper (20), wobei der Ventilschließkörper (20) in der Schließstellung des Ventils gegen einen Ventilsitz (26) wirkt, und mit einem dem Ventilsitz (26) nachgeschalteten Ventilausgang (16), wobei der Ventilschließkörper (20) über Antriebsmittel zum Öffnen des Ventils weg vom Ventilsitz (26) bewegbar ist und mittels eines Federelements (36) in Richtung Ventilsitz (30) rückbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäusegrundteil (12) zur Befestigung des Koaxialventils vorgesehen ist und dass der Ventilsitz (26) an einem Gehäuseoberteil (24) angeordnet ist, wobei zur Rückführung des Mediums vom Gehäuseoberteil (24) zum Gehäusegrundteil (12) zwischen dem Gehäuseoberteil (24) und dem Gehäusegrundteil (12) eine parallel zum Ventilschließkörper verlaufende, rohrartig ausgebildete Rückführungsleitung (38) vorgesehen ist.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführungsleitung (38) im Wesentlichen zylindrisch ist und dass die freien Enden des Rückführungskörper jeweils am Gehäusegrundteil (12) und am Gehäuseoberteil (24) dichtend angeordnet ist.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Dämpfungsmittel zur Dämpfung der Rückbewegung des Ventilschließkörpers (20) beim Aufschlagen gegen den Ventilsitz (26) und/oder zur Dämpfung der Vorwärtsbewegung des Ventilschließkörpers (20) beim Abheben vom Ventilsitz (26) vorgesehen sind.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmittel der Ventilschließkörper (20) als Kolbenstange eines einen Druckraum (30) begrenzenden, zum Öffnen des Ventils mit einem Druckmittel druckbeaufschlagbaren Kolbens (28) ausgebildet ist.
Koaxialventil (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel eine Drosselstift (44) umfassen, der in einer parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens (28) verlaufenden Axialbohrung (48) verschiebbar gelagert ist, und dass die Axialbohrung in einer in den Druckraum führenden Druckmittelleitung (32) mündet, wobei der Drosselstift (44) bei rückbewegtem Ventilschließkörper (20) die Druckmittelleitung (32) wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend verschließt und/oder bei vorwärtsbewegtem Ventilschließkörper (20) die Druckmittelleitung (32) wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend freigibt.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (48) einen in Richtung der Axialbohrung verlaufenden Verlängerungsabschnitt (50) vorsieht, in den ein senkrecht dazu verlaufender und vom Drosselstift wenigstens abschnittweise und vorzugsweise wenigstens weitgehend verschließbarer Druckmittelleitungsabschnitt (52) der Druckmittelleitung mündet.
Koaxialventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drosselstift (44) und der Axialbohrung (48) bei in der Axialbohrung (48) vorgesehenem Drosselstift (44) ein Drosselspalt vorgesehen ist.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselstift (44) mittels einer Druckfeder (54) wenigstens in dem Bereich, in welchem er die Druckmittelleitung wenigstens abschnittsweise verschließt, gegen den Kolben (28) beaufschlagt angeordnet ist.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Druckfeder (54) derart gewählt ist, dass sie wenigstens geringfügig größer ist als das Produkt der Querschnittsfläche des Drosselstifts und des beim Schließvorgang des Koaxialventils zwischen dem Druckraum (30) und dem dem bei aus dem Druckraum (30) abfließenden Druckmittels dem Drosselstift (60) nachgelagerten Druckmittelleitungsabschnitt (52) der Druckmittelleitung (32) herrschenden Differenzdrucks.
Koaxialventil (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselstift (60) beidseitig mit je einer Druckfeder (54, 70) versehen ist, wobei die Vorspannung der Druckfedern (54, 70) in der Schließstellung des Ventils durch ein Verstellmittel (72) einstellbar ist.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (72) von einem axial verstellbaren, gegen die dem Kolben (28) abgewandt angeordnete Druckfeder (72) wirkenden Gewindestift gebildet ist.
Koaxialventil (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum einen das den Kolben (28) beaufschlagende Federelement (34) und zum anderen eine an dem dem Ventilsitz (26) zugewandten freien Ende (22) des Ventilschließkörpers (20) vorhandene Druckangriffsfläche (40) derart ausgelegt sind, dass ein Bewegen des Ventilsschließkörpers (20) in die Öffnungsstellung erst bei einem am Ventilausgang (16) anstehenden, über dem normalen Betriebsdruck des Koaxialventils, oder über den Betriebsdrücken von zum Koaxialventil parallel geschalteten weiteren Koaxialenventilen, liegenden Grenzdruck erfolgt.
Koaxialventil (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (26) als Vollkugel ausgebildet ist, die vorzugsweise vollständig aus einem weitestgehend abriebfestem Material ist.
Koaxialventil (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollkugel (26) mittels eines Presssitzes in einem Gehäuseteil (24) festgesetzt ist.
Koaxialventil (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundgehäuseteil (12) zur Anordnung des Koaxialventils (10) an einer Montageplatte vorgesehen ist.