DE1803018A1

DE1803018A1 - Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE1803018A1
Application number: DE19681803018
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Mundkowski; Dipl-Ing Herbert Seelmann; Anton Wombacher
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1968-10-14
Filing date: 1968-10-14
Publication date: 1970-04-23
Also published as: US3610276A; FR2020676A1; GB1253748A; JPS5018211B1

Description

(k 4oß) LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

I?. September I968 A G8/071

TP-St/Sl

Druckbegrenzungsventil

Die Erfindimg betrifft ein selbstgesteuertes Druckbegrenzungsventil mifc einem Ventilsitz, gegen den der rr.it einem dem Ventilsitz gegenüberliegenden Abschlußteil verselme Ventilkörper durch die Kraft einer Feder gedrückt wird und mit einer

für
Dämpfun£seinrlchtung die Bewegungen des Ventilkörpers und mit einem unmittelbar den Ventilsitz umgebenden Raum und einem an diesen anschließenden weiteren Abflußraum größeren Querschnitts.

Ventilen

Bei den bisher bekannten/dieser At ließ sich nur eine unbefriedigende Dämpfung erreichen. Zudem öffneten die Ventile bei einem vorbestimmten Druck. Bei zunehmendem Durchflußstrom wurde jedoch

der Druck vor dem Ventil zunehmend größer, so daß in der durch das überdruckventil abzusichernden Anlage ein ■ höherer Druck auftrat, als der, auf den das Ventil als öffnungsdruck eingestellt

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war. Zudem ließen sich nur unbefriedigend große freie Durchflußquerschnitte erzielen, so daß durch die Drosselung bei großem abzuführendem Strom ein weiterer Druckanstieg bewirkt wurde. Darüber hinaus sind die bisher bekannten Dampfungseinrichtungen trotz des unbefriedigenden Erfolges zum großen Teil sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eigengesteuertes - d.h. nicht mit einem Vorsteuerventil versehenes - Druckbegrenzungsventil zu schaffen, dessen Ventilkörper im geöffneten Zustand keine Schwingungen ausführt und das den eingestellten öffnungsdruck über einen möglichst großen Bereich verschiedener Durchflußströme möglichst gleichbleibend hält.

Gemäß der Erfindung besteht die Dämpfungseinrichtung aus einem an sich bekannten*mit einem darin verschiebbaren Verdrängerkolben versehenen Dämpfungsdruckraum, der über eine Drosselstelle mit einem anderen Raum in Verbindung steht, wobei dieser andere Raum der Abflußrauin größeren Querschnittes ist. Während sich in dem unmittelbar den Ventilsitz umgehenden Raum je nach dem Öffnungsspalt des Ventiles und dem durchtretenden Durchflußstrom unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit unterschiedliche statische Drücke einstellen, ist der statische Druck in dem Abflußraum größeren Querschnitts weitgehend vorhersehbar und entspricht in erster Linie bis auf geringe $ureh~

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In der Leitung oder

Strumun.~swiderFtän<te hervorgerufene Druckerhöhungen dem DruckV

jn die oder

in- dem Tank,YTn den die durch das Druckbegrenzungsventil abfließende flüssigkeit abgeführt wird. Dadurch ist auch der Druck in den Dämpfungsraum unabhängig von dem Druck in dem unmittelbar den Ventilsitz umgebenden Raum und nur von der Verschiebegeschwindigkeit.der kinematischen Zähigkeit der zu verdrängenden !Flüssigkeit und der Vielte der Drosselöffnung abhängig. Zum Erzielen eines möglichst einfachen und einfach herzustellenden Druckbegrenzungsventils ist weiterhin vorgesehen, daß der Ventilkörper mit einem Führungsteil versehen ist, der dem Ventilsitz gegenüberliegt und im Gehäuse dichtend längsverschiebbar gelagert ist und daß der Ventilkörper ferner einen zwischen dem Abschlußteil und dem Führungsteil angeordneten, zu diesem koaxialen.den Verdrängerkolben bildenden Kolbent°il aufweist, der in einer Bohrung des Cohäuses verschiebbar 1st, in dieser den Dämpfungsdruckraum abgrenzt und mit der Wand der Bohrung einen Drossel^palt bilden, wobei in dieser Wand der Bohrung eine mit dem Abflußraum verbundene Nut angeordnet ist. Die Flüssigkeit', die in dem Dämpfungsdruckraum zwischen der Wand der Bohrung und der Stirnfläche des Kolbenteils eingeschlossen ist, kann aus diesem Dämpfungsraum ausströmen oder in diesen einströmen lediglich über den Drosselspalt, der am thnfung des Kolbenteils zwischen diesem und der Wand der Bohrung gebildet ist, wobei die Passung dieser Bohrung und der Außenwand dieses Kolbenteils entsprechend toleriert ist, daß sich ein Drossel-

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spalt geeigneten Querschnitts ergibt. Die durch diesen Spalt tretende Flüssigkeit wird in der Entlastungsnut aufgefangen und von dort aus über den Verbindungskanal in den Abflußraum vorbestimmten Querschnitts geleitet bzw. fließt umgekehrt bei eixier Schließbewegung von diesem Abflußraum durch den Drosselspalt in den Dämpfungsdruckraum. Wäre die gemäß der Erfindans wesentliche Entlastungsnui; mit dem Verbindungskanal nicht vorgesehen, würde sich der Druck in dem unmittelbar den Ventilsitz fc umgebenden Raum durch den Drosselspalt in den Dämpfungsraum fortpflanzen. Dieser R^um ist aber ^ehr stark von den jeweils auftretenden Strömungsverhältnissen abhängig, da mit zunehmendeir Strömungsgeschwindigkeit einerseits der statische Druck sinkt, andererseits, sofern noch Strömungswiderstände hintergeschaltet sind, steigt. Bei konstantem Druck vor dem Druckbegrenzungsventil führt jede Lageänderung des Ventilkörpers zu einer Änderung der StrömungsverhäJ.tnisse in dem unmittelbar den Ventilsitz umgebenden Raum. Jec.e derartige Änderung der StremungsVerhältnisse bewirkt aber eine Druckänderung, die sich' dem Dämpfungsdruckraum mitteilen würde, wenn die Entlastungsnut nicht vorgesehenere. Jede Druckänderung im Dämpfungsdruckraum würde aber wiederum eine Lageänderung aes Ventillcörpers herbeiführen.

Um möglichst übersichtliche Kräfteverhältnisse zu erzielen, ist in Weiterausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Querschnittsfläche des Führungsteiles gleich groß ist wie der freie Durchtrittsquerschnitt im Ventilsitz.

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Um ein gutes Abdichten zu erzielen, ist es bekannt, den mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Teil des Abschlaßteiles als Kegelfläche auszugestalten. Da dem darüber hinausgehenden Teil des Abschlußteils bisher keine weitere Beachtung geschenkt wurde, wurde dieses Teil jedoch meistens kegeistumpfförmig ausgestaltet. Um besonders günstige Strömungsverhältnisse zu erzielen, ist in Weitcrausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ferner vorgesehen, daß der Abschlußtoil kegelförmig in einer Spitze ausläuft.

Um die aus der Strömung in dem unmittelbar den Ventilsitz umgebenden Raum herrührenden Kräfte mit zur Lösung der gestellten Aufgabe heranzuziehen und insbesondere um eine möglichst weitgehende Unabhängigkeit des Druckes vor dem Ventil von der Größe des Durchflußstromes zu erzielen, ist gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, daß der Ventilkörper anschließend an den Abschlußteil eine diesen umgebende schirmartig gewölbte oder hohlkegelförmige, mit ihrer offenen Seite dem Ventilsitz zugewandte Ablenkfläche aufweist. Beim öffnen des Druckfefe«- grenzungsventils, wenn der Ventilkörper erst einen kleinen Weg zurückgelegt hat, entsteht zwischen Abschlußteil und Ventilsitz ein kleiner Spalt. Durch die Ausgestaltung des Ventilkörpers wird die an dem kegelförmigen Abschlußteil zunächst nach auien gelenkte Strömung mit einem scharfen kegelförmigen Strahl euf die Ablenkfläche auftreffen. An dieser muß

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der Strahl sehr stark umgelenkt werden, so daß infolge der Strahlumlenkung eine Impulsänderung auftritt, als deren Folge eine Kraft auf die Ablenkfläche ausgeübt wird, die auf den Ventilkrcper in Öffnungsrichtung wirkt, so daß durch diese Ausgestaltung die Öffnungs-Charakteristik des Ventils günstig . beeinflußt wenden kann. Bei weiter angehobenem Ventil".;örper strömt die abzuführende Flüssigkeit ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit aus dem Ventilsitz aus und strömt über die Ablenk-" flache, wobei vor dieser entsprechend der hohen Strömungsgeschwindigkeit ein relativ niedriger statischer Druck, d.h. ein Unterdruck, auftritt, wobei die aus diesem resultierende Kraft der durch die Feder hervorgerufenen Schließkraft ent-

einem

gegenwirkt. Da der Dämpfungsdruckraum mit frais» Raum in Verbindung steht, in dem ebenfalls eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit bei dem vorbestimmten Abflußdruck herrscht, ist also auch der Druck im Dämpfungsdruckraum größer als der durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit geringe statisohe Druck vor ) der Ablenkfläche.

In der Zelohnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt·

In dem Bauteil 15 ist eine Bohrung 16 angeordnet, in der der hohe, gegen Überdruck abzusichernde Druak ansteht. In die zu dieser koaxialen Bohrung 17 ist das Druckbegrenzungsventil nach Art nach einer Einsetzpatrone eingesetzt. Senkrecht zu der

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Bohrimg 17 verläuft eine Bohrung 18, durch die die Flüssigkeit abgeführt werden soll.

In die Bohrung I7 ist der Ventilsitzlcorper 1 eingesetzt. Der Ventilkörper 2 besteht aus dem AbschlußteiJ. 19* dem Kolbenteil 2o und dem Führungsteil 21, gegen den der Druckteller 4 abgestützt ist, der durch eine Feder 5 belastet ist, deren anderes Ende gegen einen in der Zeiclinung nicht mehr dargestellten Abschlußstopfen abgestützt ist. Der Führungsteil 21 des Ventilkörpers 2 ist in einer Bohrung des Gehäuseteils 3 geführt, während der Kolbenteil 2o zumindest im wesentlichen in einer weiteren Bohrung 22 in dem Gehäuseteil 5 li^gt. Das Gehäuseteil j5 ist mittels eines Q-Ringes 23 in der Bohrung 17 des Bauteiles 15 abgedichtet. In dem Ventilsitzkörper 1 ist eine Bohrung 6 angeordnet, in deren Mündung das kegelförmige Abschlußteil I9 hineinragt. Der Ventilsitzkörper 1 ist unmittel-.bar von dem Raum 11 umgeben, der durch zahlreiche Bohrungen in dem Gehäuseteil 3 mit einer breiten Ringnut 14 in demselben versehen ist. In der Wand der Bohrung 22,und zwar in einem Bereich derselben, der bei Jeder Lage des Ventilkörpers 2 von der Wand, von dessen Kolbenteil 2o überdeckt wird, ist eine Entlastungsnut 12 angeordnet, die durch Verbindungsbohrungen IJ mit der Ringnut 14 in Verbindung steht. Die Ringnut Ik ihrerseits schließt unmittelbar an die Bohrung 18 an.

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Das Abschlußteil I9 des Ventilkörpers 2 ist von einer am Kolbenteil 2o gebildeten hohlkörperförmigen Ablenkfläciie 7 umgeben.

Die Wirkungsweise ist folgende:

In der in der Zeichnung dargestellten Lage wird der Ventilkörper 2 durch die Kraft der Feder 5 gegen den Ventilsitz 1 gedrückt, so daß der Abschlußteil 19 des Ventilkörpers 2 die Bohrung 6 verschließt. Steigt der Druck in der Bohrung β über einen vorbestimmten Wert an, so wird die durch diesen Druck auf den in der Bohrung β liegenden Teil des AbschlußteilsI9 ausgeübte Kraft größer als die von der Feder 5 ausgeübte Kraft, so daß sich der Ventilkörper 2 gegen die Kraft der Feder 5 nach in der Zeichnung oben verschiebt. Bei dieser Verschiebebewegung nach oben muß der Kolbenteil 2o des Ventilkörpers 2 aus dem in der Bohrung 22 gebildeten Dämpfungsdruckraum 9 Flüssigkeit verdrängen, die durch den Spalt zwischen der Wand. der Bohrung 22 und dem Kolbenteil 2o in die ^ntlestungsnut fließt, die über die Bohrung IJ und die Ringnut 14 mit dem Kanal l8 in Verbindung steht und folglich den gleichen Druck aufweist wie dieser?.

Längs der kegelförmigen Fläche 25 des Abschlußteils 19 strömt

Ventilsitzkörper zwischen dieser und der Mündung der Bohrung 6 im ]

Flüssigkeit aus und bildet dabei einen Strahl, der auf die Ab-

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lenkfläche J auftrifft und an dieser abgelenkt wird. Desto enger der Spalt zwischen der Fläche 15 und der I-lünCung der

ist,
Bohrung 6 im Ventilsitzkörper Ifumso schärfer ausgeprägt ist der Strahl, der auf die Ablenkflächj 7 auftrifft. Befindet sich der Ventilsitzkörper 2 in seiner höchsten Lage, strömt die Flüssigkeit aus der Bohrung 6 gegen die Kegelfläche 25 und wird an dieser und aa der Ablenkfläche 7 ziemlich gleichmäßig abgelenkt, so daß die Ablenkfläche ¹J von einer gleichmäßigen Strömung mit hoher Geschwindigkeit überströmt wird. Die Bohrung 22 kann in ihrem den Dämpfungsasauundruckraum bildenden Teil erweitert sein, so daß die Länge der den Drosselspalt bis zur Entlastungsnut 12 bildenden Wand unabhängig von der Lage des Ventilkörpers 2 ist. Ein mit zunehmender Öffnung länger werdender Drosselspalt kann jedoch auch vorteilhaft sein.

Patentansprüche

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Claims

(A 4o2) LINDE AKTIENGESELLSCHAFT a GS /Q7t! 8 0 3018 TP-Sl/Sl 17. September I968 Patentansprüche

1. S^lbstgesteucrtes Druckbegrenzungsventil %%%. mit einem Ventilsitz, gegen den der mit einem dem Ventilsitz gegen-

" Uberliegenden Abschlußteil versehene Ventilkörper durch die Kraft einer Feder gedrückt wird,und mit einer Dämpfungseinrichtung für die Bewegungen des Ventilkörpers, und mit einem unmittelbar den Ventilsitz umgebenden Raum und einem an diesen anschließenden weiteren Atflußraum größeren Querschnitts, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung aus einem an sich bekannten, mit einem darin verschiebbaren Verdrängerkolben versehenen Dämpfungsdruckraum (9) besteht, der über eine Drosselstelle mit einem anderen Raum in Verbindung stellt und daß dieser andere Raum der Abflußraum (14, l8) ist.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) mit einem Führungsteil (21) versehen ist, der auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite des Ventilkörpers (2) angeordnet ist und im Gehäuse (3) dichtend längsverschiebbar gelagert ist und daß der Ventil-

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körper (?) ferner einen zwischen dem Abschlußteil (IQ) und dem Führungsteil (21) angeordneten,zu diesem koaxialen,den Verdrängerkolben bildenden Kolbenteil (2o) aufweist, der in einer Bohrung (22) des Gehäuses verschiebbar ist, in dieser den Dämpfungsdruckraum (9) abgrenzt und mit der Wand der Bohrung (22) einen Drosselspalt bildet, wobei in dieser Wand der Bohrung (22) eine mit dem Abflußraum (l4, 18) verbundene Entlastungsnut (12) angeordnet ist.

3· Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Führungsteiles (21) des Ventilkörpers gleich groß ist wie der freie Durchtrittsquerschnitt im Ventilsitz (l).

4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2 mit einem kegelförmigen Abschlußteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußteil mit einer Spitze an der kegelförmigen Fläche (25) versehen ist.

5. Selbstgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit einem Ventilsitz, gegen den der mit einem dem Ventilsitz gegenüberliegonden Abschlußteil versehene Ventilkörper durch die Kraft einer Feder gedrückt wird und mit einem unmittelbar den Ventilsitz umgebenden Raum (insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche), dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2)

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anschließend an den AbschluSteil (19) eine diesen umgebende schirmartig gewölbte oder hohlkegelförmigfc, mit ihrer offenen Seite dem Ventilsitz (l) zugewandte Ablenkfläciie (7) aufweist.

6. Druckbegrenzungsventil nach den Ansprüchen 4 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkfläche (7) gegenüber der

Flächen Kegelfläche (?5) zurückgesetzt und zwischen diese^ein stufen-

" förmic^r Absatz gebildet ist.

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