DE1062999B

DE1062999B - Schnellschlussventil mit Druckmittelantrieb

Info

Publication number: DE1062999B
Application number: DEL29220A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Schuhoff
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-12-06
Filing date: 1957-12-06
Publication date: 1959-08-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schnellschlußventil mit einer in einen Zylinder hineinführenden verschiebbaren Stange, einem auf dieser fest sitzenden ersten und einem gegen diesen bewegbaren zweiten Kolben innerhalb des Zylinders und insbesondere mindestens einer koaxialen, bei dieser Bewegung zusammendrückbaren Feder zwischen beiden Kolben, wobei durch Erhöhung eines auf die Außenstirnfläche des ersten Kolbens wirkenden Drucks eines Druckmittels und einen auf die Außenstirnfläche des zweiten Kolbens wirkenden Druck eines Druckmittels die dichtend aufeinandergepreßten Kolben für die Ventilöffnung bewegbar sind und bei Absenkung des erstgenannten Drucks der erste Kolben für sich in entgegengesetzter Richtung für den Schnellschluß bewegbar ist.

Ein solches Ventil soll nun immer schnellschlußbereit, äußerst schnell schließbar und frei von Verkanten und Verklemmung der bewegbaren Teile ausgeführt werden. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß mit der dem zweiten Kolben gegenüberliegenden Zylinderstirnwand ein in den Zylinder hineinragendes zylindrisches Führungsteil fest verbunden ist, auf dem gleitbar der zweite Kolben sitzt, der gegenüber einer ihm zugeordneten Innenfläche der Zylinderwand ungeführt, aber abgedichtet ist, und der erste Kolben gegenüber einer Innenfläche des Zylinders ungeführt ist.

Da das genannte Führungsteil vorhanden ist, das möglichst lang ausgebildet ist, wird ein Verkanten und Verklemmen des Kolbens verhindert. Verkanten und Verklemmen können eintreten, wenn der Kolben an einer Innenzylinderfläche der Hydraulikgehäusewand geführt wäre. Die Führung des Kolbens ist also gemäß der Erfindung nach innen verlegt, und eine äußere Kolbenführung ist nicht vorhanden, nur eine äußere Abdichtung. Gemäß der Erfindung ist das Verhältnis der axialen Führungslänge des Kolbens zum Führungsdurchmesser, also zum Außendurchmesser des Führungsteils, groß. Im Falle der genannten Außenführung des Kolbens wäre das Verhältnis der Führungslänge zum Zylinderinnendurchmesser sehr klein, wodurch sich Verkanten und Verklemmen einstellen können. Diese Mängel würden insbesondere dann eintreten, wenn, wie oben angegeben, zwischen den beiden Kolben eine bei der genannten Bewegung zusammendrückbare Schraubendruckfeder oder deren mehrere vorgesehen ist bzw. sind. Solche Federn sind bei einem Ventil gemäß der Erfindung meistens vorgesehen, und zwar zur Erzeugung einer Schließkraft. Bei Ventilen mit Außenführung des Kolbens wird die Ctange durch senkrecht dazu wirkende Kraftkomponenten in ihren Bewegungen gehindert, welche Komponenten insbesondere bei Verwendung von Federn Schnellschlußventil mit Druckmittelantrieb

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G. m. b. H._r Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Wilfried Schuhoff, Essen,
ist als Erfinder genannt worden

auftretten können, da solche Federn stirnseitig meist einseitig aufliegen.

Da die Kolbenführung innen liegt, ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß die mit Schmieröl benetzte Führungsfläche kleiner ist als bei Außenführung des Kolbens. Folglich ist die Gefahr der Verharzung bedeutend herabgesetzt. Vorzugsweise führt die Stange durch das Führungsteil und gegebenenfalls durch die zugehörige Zylinderstirnwand hindurch zum Verschlußstück.

Die Stange führt vorzugsweise zu einem in Offenstellung innerhalb des Zuströmungsraumes des Ventils befindlichen Verschlußstück. Dies hat zur Folge, daß das Verschlußstück mit Hilfe des Druckes des abzusperrenden Druckmittels gegen seinen Sitz geführt wird. Nach Ende der ersten Phase der Öffnungsbewegung tritt zwischen den Räumen vor und hinter dem Verschluß stück ein Druckausgleich ein, so daß die Kraft des Druckmittelantriebs dann nur noch gegen den Druck, der auf dem Querschnitt der Stange steht, das weitere öffnen bewerkstelligt.

Die Stange führt durch das Führungsteil und gegebenenfalls die Stirnwand vorzugsweise auf dem größten Teil der Führungslänge frei hindurch, während auf dem restlichen Teil dieser Länge die Stange mit Bewegungssitz gelagert ist.

In der Zeichnung ist in den Fig. i und 2 ein Ausführungsbeispiel eines Schnellschlußventils gemäß der Erfindung für Dampf im Längsschnitt dargestellt, bei dem als Antriebsdruckmittel Öl verwendet wird.

In einem Zylinder 12 mit einem Deckel 13 und einem Boden 21 befindet sich ein glockenförmiger Kolben 11 in der obersten und ein glockenförmiger Kolben 14 in der untersten Stellung. Die Kolben 11 und 14 sind zueinander hin offen. Der Kolben 11 ist mit der Stange 15 fest verbunden, während der Kolben 14 auf der Stange 15 verschiebbar ist. Zu diesem

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Zwecke sitzt der Kolben 14 auf einem Führungsteil 16. Dieses Teil 16 ist mit dem Zylinderboden 21 verschraubt. Die Kolben können auch so ausgeführt sein, daß nur einer glockenförmig und zum andern hin offen ist.

Der Kolben 14 ist gegenüber der Innenfläche 50 des Zylinders 12 über zwei Paar Kolbenringe 51, 52 und 53, 54 in Nuten 56 abgedichtet. Zwischen dem Grund 10 der Nuten 56 und der ihm gegenüberliegenden Fläche 19 der Kolbenringe 51 bis 54 ist ein Spiel vorhanden, wodurch der Kolben 14 sich innerhalb des Zylinder 12 frei einstellen kann. Die Stange 15 ist mit der Ventilstange 18 derart gekuppelt (s. die Kupplung 55), daß eine geringe Auslenkungsmöglichkeit in radialer Richtung vorhanden ist.

Zwischen den Kolben 11 und 14 befindet sich eine Schraubendruckfeder 17. Um die Stange 15 drehmomentenfrei von der Feder 17 zu halten, ist im Gebiet des Kolbens 11 ein Widerlager 32 vorgesehen, das pendelnd gelagert ist. Solche Widerlager können im Gebiet des ersten und/oder zweiten Kolbens vorgesehen sein. Im Falle des Ausführungsbeispiels befindet sich zwischen dem Widerlager 32 und der Nabe

66 des Kolbens 11 ein Pendeltonnenlager 33.

Die Stange 15 führt durch das Führungsteil 16 auf dem größten Teil 58 der Durchführungslänge 57 hindurch (s. den Spalt 24J, während auf dem restlichen Teil 59 dieser Länge 57 die Stange 15 mit Bewegungssitz gelagert ist. Zu diesem Zweck befindet sich zwischen dem Führungsteil 16 und der Stange 15 im Bereich des Bodens 21 eine Führungsbuchse 22.

Es ist erwünscht, das Spiel zwischen der Buchse 22 und der Stange 15 möglichst groß zu machen. Dies ist dadurch möglich, daß bei geöffnetem Ventil, also bei Anlage der Kolben 11 und 14 aneinander und tiefster Stellung dieser beiden Teile, aus dem Druckraum 23 über den Spalt 24 keine Flüssigkeit in den Spalt 25 treten kann. Zur Abführung eines im Innenraum 28 während des Hochfahrens des Kolbens 14 befindlichen Druckmittels und zum Ansaugen des Druckmittels aus dem Raum 31 bei Schnellschluß sind im Kolben 14 z. B. acht Kanäle 29 vorgesehen, die den Innenraum 28 mit einer zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden Kolbenabdichtung befindlichen Zylinderöffnung 30 verbinden.

Im Bereich des dem Boden 21 nahe liegenden Teils 61 der Kolbengleitfläche 62 ist eine Labyrinthdichtung 63 vorgesehen, deren bodenfernes Ende 64 über zwei um 180° versetzte, im Kolben 14 befindliche Leckölkanäle 42 mit einer zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden Kolbenabdichtungen (Kolbenringen 52 und 53) befindlichen Gehäusewandöffnung 30 in Verbindung steht. Somit kann auch beim Anheben des Kolbens 14 gegen den Druck der Feder 17 aus dem Raum 26 praktisch kein Druckmittel, das über die öffnung 41 in diesen Raum 26 gelangt ist, längs der Fläche 62 durch den Raum 28 und den Spalt 24 in den Spalt 25 übertreten. Hierfür sorgen die Rillen 27 der Labyrinthdichtung 63. Der Kolben 14 befindet sich auf dem Führungsteil 16 in zylindrischem Gleitsitz. Aus dem mit öl gefüllten Raum 28 kann während des Anhebens des Kolbens 14 nur eine geringfügige ölmenge bis zum Spalt 25 gelangen, da der Kolben 14 eine Anzahl genügend großer Bohrungen 29 aufweist, über die das aus dem Raum 28 verdrängte öl zur öffnung 30 und von dort in einen unter Atmosphärendruck stehenden Sammelbehälter gelangt.

Zwischen den beiden Kolbenringen 52 und 53 ist eine Ringnut 31 vorgesehen, deren axiale Erstreckung

67 nahe der Innenfläche 50 mindestens so groß ist wie

der Kolbenhub 44 und die während des gesamten Kolbenhubs 44 mit der Zylinderöffnung 30 in Verbindung steht.

Die Außenstirnfläche 68 des Kolbens 11, die Innenstirnfläche 69 des ihr gegenüberliegenden Deckels 13 und die sich an diese Fläche 68 und 69 in etwa axialer Richtung 70 anschließenden Umfangsflachen 71 und 72 weisen eine Form auf, die bei einer der Fastgeschlossenstellung des Ventils entsprechenden Stellung des Kolbens 11 zwischen den Flächen 68 und 69 einen Dämpfungsraum 35 und zwischen den Umfangsflächen 71 und 72 einen schmalen, mit dem Raum 35 in Verbindung stehenden ringförmigen Drosselspalt 34 ergibt. Durch den Spalt 34 wird bewirkt, daß aus dem Raum 35 kurz vor dem vollkommenen Schließen des Ventils kurzzeitig nur wenig Öl in den Raum 23 übertreten kann. Dadurch wird verhindert, daß das Verschlußstück 39 auf seinen Sitz 73 hart aufschlägt. Weiterhin wird dadurch auch eine übermäßige Zugbeanspruchung der Stangen 18 und 15 nebst Kupplung 55 vermieden.

Ein Kragenteil 74 des Kolbens 11 ist im Deckel 13 gelagert. Es kann auch die Stange 15 dort gelagert sein. Die Lagerung kann sich auch in einer axialen Ausbuchtung 75 des Deckels 13 befinden. Die Ausbuchtung 75 weist eine öffnung 36 für den Austritt des die Lagerung 76 verlassenden Öls auf. Eine solche öffnung kann auch, wenn eine axiale Ausbuchtung nicht vorhanden ist, im Deckel 13 selbst vorgesehen sein. Der Spalt 37 des Bewegungssitzes kann relativ groß sein, obwohl das öl aus dem Raum 35 durch den Spalt 37 nach außen drückt. Das große Spiel ist möglich, weil erstens die öffnung 36 zum Abfluß des Öls in einen Sammelbehälter vorhanden ist und zweitens die Lagerung 76 auf der kalten, ventilabgekehrten Seite liegt. Im Hubbereich 77 des Kolbens 11 ist eine Durchfluß öffnung 43 vorgesehen. Dabei hat die äußere, zylindrische Mantelfläche 78 des Kolbens 11 von der Innenwand 20 einen radialen Abstand 79, der so groß ist, daß im Schnellschlußfall das öl schnell aus dem Raum zwischen dem Deckel 13 und den Kolben 11 über den Spalt 60 in den Raum 28 gelangt.

In Fig. 2 ist schematisch das Ventil dargestellt. Der Dampf strömt bei geöffnetem Ventil, also bei Stellung 38 des Verschlußstückes 39, aus dem Zuströmraum 40 in den Abströmraum 45.

Die Wirkungsweise ist folgende: Durch den Druck der Feder 17 auf das Widerlager 32 und somit auf den Kolben 11 und die Stange 15 befindet sich das Verschluß stück 39 in Schließstellung. Die Kraft der Feder 17 ist aber, größenmäßig betrachtet, nur eine Hilfskraft. Die ausschlaggebende, große, nach oben, also in Schließstellung wirkende Kraft ist die Kraft des Dampfes unter dem Verschlußstück 39 im. Raum 40.

Über die öffnung 41 tritt Drucköl mit etwa 4 atü in den Raum 26 ein. Dadurch wird der Kolben 14 gegen den Kolben 11 geschoben, wobei die Feder 17 zusammengedrückt wird. Dabei wird das im Raum 28 befindliche öl über die Kanäle 29., die Ringnut 31 und die öffnung 30 zu dem unter Atmosphärendruck stehenden Sammelbehälter verdrängt.

Über die öffnung 43 tritt nun Drucköl in die Räume 23 und 35 ein, dagegen nicht in den Raum 28, da die Kolben 11 und 14 aufeinandergepreßt sind. Der Druck in den Räumen 23 und 35 steigt auf 10 atü an. Der Öldruck in den Räumen 23 und 35, ferner der Öldruck im Raum 26 und die Kraft der zusammengepreßten Feder 17 sind so aufeinander abgestimmt, daß erstens die Kolben 11 und 14 aufeinandergepreßt

Claims

bleiben (imRaum 28 herrscht Atmosphärendruck) und zweitens in Ventilöffnungsrichtung 65 bewegt werden können. Diese Bewegung beginnt schon etwas vor Erreichen der 10 atü in den Räumen 23 und 35. Weiterhin muß dieser Öldruck so groß sein, daß das Ver-Schluß stück 39 gegen den Druck des Dampfes im Raum 40 in Öffnungsrichtung bewegt werden kann. Nach dem Ende der ersten Phase der Öffnungsbewegung tritt zwischen den Räumen 40 und 45 ein Druckausgleich ein, so daß der Öldruck jetzt nur noch gegen den Dampfdruck, der auf dem Querschnitt der Stange 18 steht, das weitere Öffnen bewerkstelligt. In der Öffnungsstellung des Ventils befindet sich der Kolben 14 am Anschlag 46. Dadurch werden das Unterteil der Stange 15 und die Stange 18 nur gegen den Dampfdruck auf Knickung beansprucht. Im Schnellschlußfall wird über die Öffnung 43 der Druck in den Räumen 23 und 35 sehr schnell abgesenkt, wodurch die auf den Stangenquerschnitt und später auf das Verschlußstück 39 wirkende Dämpfkraft im Zusammenwirken mit der Kraft der Feder 17 das Verschluß stück 39, die Stangen 18 und 15 und den Kolben 11 in kurzer Zeit nach oben schiebt. Am Ende dieser Bewegung ist das Ventil geschlossen. Im folgenden werden noch einige wichtige Einzelheiten des Ventils gemäß der Erfindung angegeben: Um die Teile des Antriebs vor der Hitze des abzusperrenden Dampfes zu schützen, befindet sich im Kolben 14 eine Bohrung 47 mit einer Blende 48, über welche Bohrungen 47, 48 öl aus dem Raum 23 in den Raum 26 übertreten kann. Da das Öl im Raum 23 relativ kalt ist, werden über den Raum 26 die in seiner Nähe und unterhalb von ihm liegenden Teile gekühlt. Die Bohrungen 47, 48 haben darüber hinaus noch folgenden Sinn: Das kühlende öl dringt aus dem Raum 26 von unten her in den Raum 49 zwischen den beiden Kolbenringen 51 und 52 ein und verhindert somit eine Verharzung des Öls in diesem Gebiet. Dadurch erfolgt eine spätere Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 einwandfrei. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß das Öl, das aus dem Raum 23 über die kleinen Spalte der beiden oberen Kolbenringe 53 und 54 in den Raum 31 dringt, über die öffnung 30 nach außen abfließt. Also auch dieser Fluß trägt dazu bei, daß Verharzungen im Gebiet der Kolbenringe 51 bis 54 nicht auftreten. Es ist für das durch die Bohrungen 47 und 48 in den Raum 26 gelangende öl noch eine besondere Zirkulation vorgesehen, und zwar derart, daß dieses öl von der Bohrung 48 quer durch den Raum 26 zu dem der Bohrung 48 gegenüberliegenden Spalt des Kolbenringes 51 strömt, von wo aus es über den Raum 49 zu dem diesem Spalt gegenüberliegenden Spalt des Kolbenringes 52 gelangt. Von dort aus strömt das öl weiter über den Raum 31 und die öffnung 30 in den S ammelbehälter. Zwecks weiterer Verringerung der Schließzeit kann ein zur öffnung 43 von außen heranführender Kanal mit dem vom Sammelbehälter zur öffnung 30 führenden Kanal verbunden sein, wobei in dieser Verbindung ein Umschalter vorgesehen ist, der dafür sorgt, daß in der ersten Phase der im Schnellschlußfall auftretenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 das aus dem Raum 35 in den Raum 23 gelangnde öl auf dem schnellsten Wege in den Raum 28 übertreten kann. Dies erfolgt dadurch, daß nun das öl auch über den dementsprechend konstruierten Umschalter über die öffnung 30, den Raum 31 und die Kanäle 29 in den Raum 28 übertritt. Durch den in der ersten Phase der Ventilschließbewegung noch schmalen Spalt 60 kann noch nicht die Ölmenge in den Raum 28 treten, die aus dem Raum 35 verdrängt wird. Patentansprüche:

1. Schnellschluß ventil mit einer in einen Zylinder hineinführenden verschiebbaren Stange, einem auf dieser fest sitzenden ersten und einem gegen diesen bewegbaren zweiten Kolben innerhalb des Zylinders und insbesondere mindestens einer koaxialen, bei dieser Bewegung zusammendrückbaren Feder zwischen den beiden Kolben, wobei durch Erhöhung eines auf die Außenstirnfläche des ersten Kolbens wirkenden Druckes eines Druckmittels und einen auf die Außenstirnfläche des zweiten Kolbens wirkenden Druck eines Druckmittels die dichtend aufeinandergepreßten Kolben zur Ventilöffnung bewegbar sind und bei Absenkung des erstgenannten Druckes der erste Kolben für sich in entgegengesetzter Richtung für den Schnellschluß bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der dem zweiten Kolben (14) gegenüberliegenden Zylinderstirnwand (21) ein in den Zylinder (12) hineinragendes zylindrisches Führungsteil (16) fest verbunden ist, auf dem gleitbar der zweite Kolben (14) sitzt, der gegenüber einer ihm zugeordneten Innenfläche (50) des Zylinders (12) ungeführt, aber abgedichtet ist, und der erste Kolben (11) gegenüber einer Innenfläche (20) des Zylinders (12) ungeführt ist.

2. Schnellschlußventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (15) durch das Führungsteil (16) und gegebenenfalls durch die zugehörige Zylinderstirnwand (21) hindurch zum Verschlußstück (39) führt.

3. Schnellschlußventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (15) zu einem in Offenstellung innerhalb des Zuströmraums (40) des Ventils befindlichen Verschlußstück (39) führt.

4. Schnellschlußventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (15) durch das Führungsteil (16) und gegebenenfalls die Stirnwand (21) auf dem größten Teil (58) der Durchführungslänge (57) frei hindurchführt, während sie auf dem restlichen Teil (59) dieser Länge (57) mit Bewegungssitz gelagert ist.

5. Schnellschlußventil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (14) und/oder der erste Kolbenkörper (11) die Form einer zumandeden dieser beiden Teile (11,14) hin offenen Glocke aufweisen.

6. Schnellschluß ventil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Kolbens (14) Kolbenringe (51 bis 54) vorzugsweise in Ringnuten (51) vorgesehen sind.

7. Schnellschlußventil nach Anspruch 5 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abführung eines im Innenraum (28) der aufeinanderzupressenden Kolben (11,14) befindlichen Druckmittels im Kolben (14) Abführkanäle (29) vorgesehen sind, die den Innenraum (28) mit einer oder mehreren zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden Kolbenabdichtungen (52, 53) befindlichen Zylinder wan döffnungen (30) verbinden.

8. Schnellschlußventil nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des der Zylinderstirnwand (21) nahe liegenden Teils (61) der Gleitfläche (62) zwischen dem Kolben (14)