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Ventil, insbesondere selbsttätiges Ventil für Pumpen u. dgl. Die Erfindung
betrifft ein Ventil, insbesondere selbsttätiges Ventil für Pumpen u. dgl., welches
vorzugsweise als Kugelrückschlagventil ausgebildet ist.
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Manche der bekannten Kugelrückschlagventile sind mit einer Feder versehen,
welche die Kugel gegen ihren Sitz drückt. Dies verursacht jedoch einerseits eine
rasche Zerstörung des Ventilsitzes durch Verunreinigungen, die von der zu fördernden
Flüssigkeit mitgeführt werden. Da andererseits stets die gleiche Stelle der Kugeloberfläche
auf den Sitz aufschlägt, wird auch die Kugel verhältnismäßig rasch abgenutzt.
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Es sind auch Kugelrückschlagventile ohne Feder bekannt. Bei diesen
bewirkt das durch das Ventil strömende Druckmittel eine ständige Drehung der Kugel
im Ventilgehäuse, so daß verschiedene Stellen der Kugeloberfläche beim Schließen
des Ventils mit der Sitzfläche in Berührung kommen, wodurch die Kugel sich gleichmäßiger
abnutzt und eine längere Lebensdauer besitzt.
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Durch den ständigen Aufschlag der Kugel auf den Sitz wird dieser allmählich
ungleichmäßig verbreitert und dadurch zerstört, falls er aus weicherem Material
als die Kugel ist. Ist er aber aus härterem Material, so beschädigt er die Kugel.
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Diesem Übelstand wird erfindungsgemäß dadurch abgeholfen, daß der
Ventilsitz dadurch eine dem Verschlußstück angepaßte Form erhalten hat, daß das
aus härterem Werkstoff als der Ventilsitz bestehende Verschlußstück vor der Inbetriebnahme
des Ventils mit einer solchen Kraft gegen den Ventilsitz gepreßt wurde, daß dieser
plastisch verformt wurde.
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Hierdurch wird erreicht, daß der Druck beim Aufprall gleichmäßig auf
die ganze Sitzfläche verteilt wird und das kugelförmige Verschlußstück nicht mehr
imstande ist, den Sitz weiter zu verformen.
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Bei Ventilen ohne Feder ist es bekannt, zur Führung des kugelförmigen
Verschlußstückes einen mit Durchlaßöffnungen für die Flüssigkeit versehenen Zylinder
vorzusehen, der eine radiale Ringfläche umgibt, deren innere Kante den Ventilsitz
bildet. Die Ventilkugel paßt genau in den Zylinder, und die Durchlaßöffnungen befinden
sich unterhalb der Mitte der Kugel.
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Die Gesamtfläche dieser Durchlaßöffnungen darf jedoch einen bestimmten
Wert nicht unterschreiten, weil sonst Druckverluste entstehen. Andererseits darf
der obere Rand der Durchlaßöffnungen die Mitte der Ventilkugel nicht überschreiten.
Es bleibt also bei den bekannten Ventilen nur die Möglichkeit, mehrere kleine Durchlaßöffnungen
auf dem Umfang des Führungszylinders zu verteilen, wodurch jedoch der Querschnitt
desselben geschwächt wird.
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Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch überwunden, daß jede
Durchlaßöffnung sich von einem zwischen dem Ventilsitz und der Achse des Zylinders
senkrechten Großkreisebene des Verschlußstückes liegenden Punkt zu einem unterhalb
des Ventilsitzes liegenden Punkt erstreckt. Hierdurch kann der Durchmesser der Durchlaßöffnungen
verhältnismäßig groß gewählt werden, ohne daß die erwähnten Nachteile auftreten.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierin
ist Fig. 1 ein Längsschnitt eines Kugelrückschlagventils gemäß der Erfindunng vor
der Bildung des Ventilsitzes, Fig. 2 ein Längsschnitt gemäß Fig. 1 nach der Bildung
des Ventilsitzes, Fig. 3 ein vergrößerter Längsschnitt durch das Ventilsitzglied
nach Bildung des Ventilsitzes und Fig. 4 ein schematischer Längsschnitt einer Flüssigkeitspumpe,
die mit zwei erfindungsgemäßen Kugelrückschlagventilen ausgestattet ist.
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Gemäß der Zeichnung besteht das erfindungsgemäße Kugelrückschlagventil
im wesentlichen aus einem Einschraubnippel 1 mit einer axialen Bohrung 8, der in
ein Gehäuse 2 eingeschraubt ist. Der Einschraubnippel 1 trägt an seinem im Gehäuse
2 befindlichen Ende einen rohrförmigen Ansatz 4, der die Führung für das kugelförmige
Verschlußstück 5 bildet und von einem Ringraum 3 a im Gehäuse 2 umgeben ist. Zwischen
der Innenwand des rohrförmigen Ansatzes 4 und der Bohrung 8 kleineren Durchmessers
weist der Einschraubnippel 1 eine Ringschulter 6 mit scharfer Kante 7 auf.
Das Verschlußstück 5 ist in dem
Ansatz 4 mit einem solchen Spiel
gleitend geführt, daß es in bezug auf die scharfe Kante 7 der Ringschulter 6 genügend
zentriert ist, während es unter der Wirkung der Flüssigkeit die im folgenden beschriebenen
Bewegungen ausführen kann: Erfindungsgemäß wird der Ventilsitz auf der scharfen
Kante 7 durch Verformung der letzteren unter der Wirkung des kugelförmigen Verschlußstückes
5 oder einer Kugel derselben Größe gebildet. Zu diesem Zweck wird nach Fig. 1 die
Kugel zuerst in den rohrförmigen Ansatz 4 eingebracht, hierauf mit der scharfen
Kante 7 in Berührung gebracht und dann beispielsweise mit Hilfe einer hydraulischen
Presse aufgepreßt, so daß sie ihre Form in das Metall der Ringschulter 6 eindrückt,
wodurch der Ventilsitz 7 a entsteht.
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Zu diesem Zweck besteht die Kugel 5 aus hartem Stahl, während die
Ringschulter 6 aus einem weicheren Stahl hergestellt ist, so daß sie durch die Kugel
5 bleibend verformt werden kann, ohne daß praktisch eine bleibende Verformung der
letzteren auftritt. Genau sphärische Kugeln aus hartem Stahl sind bekanntlich leicht
zu haben, da sie in großer Menge für Kugellager hergestellt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die sphärische Gestalt des beweglichen
Ventilverschlußstückes, wie sie durch eine Kugel dargestellt wird, für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung am besten geeignet ist, da ihre Führung nur die Führung
eines einzigen Punktes (des Mittelpunktes der Kugel) längs einer Geraden (Achse
des Ventils) erfordert. Mit anderen Worten bietet eine erfindungsgemäß exakt in
einem rohrförmigen Ansatz geführte Kugel einem wie oben beschrieben gebildeten Ventilsitz
stets dieselbe Berührungsfläche, die durch einen Teil der theoretischen Kugeloberfläche
des Verschlußstückes 5 gebildet wird.
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Das beschriebene Verfahren zur Bildung des Ventilsitzes 7a durch Verformung
der scharfen Kante 7 der Ringschulter 6 bietet infolge der vollkommenen Zentrierung
zwischen Verschlußstück und Sitz hauptsächlich die folgenden Vorteile: Es gewährleistet
eine vollkommene Dichtung des Ventils zusammen mit einer verhältnismäßig kleinen
Sitzfläche und verlängert die Lebensdauer des Sitzes erheblich.
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Da nämlich der Aufprall des Verschlußstückes 5 stets auf der ganzen
Fläche des Sitzes 7a erfolgt, werden kleine örtliche Dauerverformungen vermieden,
deren Wiederholung mit der Zeit eine vollkommene Zerstörung des Ventilsitzes verursachen
würde. Im Gegensatz dazu ist der von dem kugelförmigen Verschlußstück auf den durch
das vorstehend geschilderte Verfahren geschaffenen Sitz ausgeübte, gleichförmig
verteilte Druck zu gering, um den letzteren weiter zu verformen. In zahlreichen
Hochdruckerprobungen hat sich ergeben, daß es tatsächlich möglich ist, auf diese
Weise die Verformung des Sitzes auf die größte Fläche zu begrenzen, die mit einem
guten Arbeiten des Ventils verträglich ist.
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Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind Öffnungen 9 in
der Wand des rohrförmigen Ansatzes 4 möglichst nahe dem Sitz 7a eingebohrt. Es ist
vorteilhaft, den Öffnungen 9 eine möglichst große Gesamtfläche zu geben, die mindestens
gleich dem Querschnitt der Bohrung 8 ist. Hierdurch wird der gesamte Druckverlust
durch das Ventil auf ein Minimum herabgesetzt. Andererseits muß in Schließstellung
des @'erschlußstückes 5 das obere Ende dieser Öffnungen unter der Berührungslinie
eines Großkreises eines Verschlußstückes 5 und der Innenwand des Ansatzes 4 liegen,
damit die Öffnungen die Führungswirkung des Ansatzes 4 nicht beeinträchtigen.
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Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Bohrung 8 dem Innendurchmesser
des Ansatzes 4 wird vorzugsweise zwischen einem Drittel und drei Vierteln gewählt.
Versuche mit mehreren tausend Ventilen haben gezeigt, daß diese Werte den annehmbaren
Grenzen der Neigung des Ventilsitzes in bezug auf die Ventilachse zu entsprechen
scheinen. Diese Versuche zeigen auch, daß der beste Wert dieses Verhältnisses bei
zwei Dritteln liegen dürfte.
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Schließlich sind in der Wand des rohrförmigen Ansatzes 4 zwei gegenüberliegende
Löcher 10 vorgesehen, die einen Stift 11 aufnehmen. Dessen Aufgabe ist die Begrenzung
des Hubes des Verschlußstückes 5 auf einen vorbestimmten Wert. Vorteilhaft wird
dieser Wert gleich einem Viertel des Kugeldurchmessers gewählt, so daß die Durchtrittsfläche
zwischen dem Ventilsitz und dem Verschlußstück bei voller Öffnung dem Querschnitt
der Bohrung 8 entspricht.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsart einer Flüssigkeitspumpe, die im wesentlichen
durch einen gleitend in einem Zylinder 13 angebrachten Kolben 12 gebildet wird und
einen Zulauf 14, sowie einen Ablauf 16 hat. Zulauf 14 und Ablauf 16 sind mit Ventilen
gemäß der Erfindung versehen.
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Um in der Zeichnung die entsprechenden Aufwärts-und Abwärtsrichtungen
anzudeuten, ist ein Pfeil G entsprechend der Schwere eingezeichnet. Wie man sieht,
ist der Hub der Auslaßventilkugel horizontal, so daß er durch die Schwere nicht
beeinflußt wird, während die Zulaßventilkugel nach oben schließt, d. h. gegen die
Schwere, allein unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes. Es zeigt sich also, daß
die erfindungsgemäßen Pumpenventile in jeder Lage arbeiten. Ferner haben Versuche
insbesondere mit Hochleistungs-Flüssigkeitspumpen, die mit solchen Ventilen ausgerüstet
sind, gezeigt, daß der volumetrische Wirkungsgrad nicht von der Stellung der Pumpe
in bezug auf die Vertikalrichtung abhängt.