DE19600275A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Schließele­ ment, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wobei das Schließelement und der Ventilsitz in ihrem Berührungs­ bereich je eine Schließfläche aufweisen, die im Schließzustand aneinander anliegen.

Derartige Ventile sind allgemein bekannt. Sie sollen im geschlossenen Zustand einen Strömungsweg unterbrechen, so daß ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, nicht mehr weiterfließen kann. Wird hingegen das Ventil ge­ öffnet, also das Schließelement vom Ventilsitz abgeho­ ben, wird der Fluidpfad freigegeben.

Üblicherweise ist es erwünscht, das derartige Ventile dicht sind, also keine Leckage im geschlossenen Zustand aufweisen. Die Dichtigkeit ist vor allem dann von Be­ deutung, wenn das Ventil nicht nur Steuerungsaufgaben, sondern beispielsweise auch Sicherungsaufgaben überneh­ men muß. Wenn Leckagen entstehen, kann ein Teil der Ventilfunktion verlorengehen. Ein angetriebener Motor arbeitet dann beispielsweise, obwohl das Ventil ge­ schlossen ist. Auch wenn dadurch verursachte Bewegungen sehr langsam sind, können sie gefährlich werden.

Üblicherweise werden daher derartige Ventile nach dem Zusammenbau geprüft. Ventile, deren Leckrate eine vor­ gegebene Größenordnung überschreitet, werden ausgeson­ dert.

Um den Ausschuß möglichst niedrig zu halten, hat man in der Vergangenheit mehrere Verfahren ausprobiert. Bei­ spielsweise hat man versucht, die jeweils zusammenwir­ kenden Teile mit kleinen Toleranzen herzustellen. Diese Lösung verteuert aber den Aufbau der Ventile. Außerdem ergeben sich auch bei kleinen oder geringen Toleranzen Probleme dadurch, daß beim Zusammenbau kleine Verschie­ bungen entstehen, die wiederum zu einer gewissen Un­ dichtigkeit führen. Wenn man derartige Verschiebungs­ möglichkeiten durch noch engere Toleranzen auffangen möchte, entsteht das Problem, daß beim Zusammenbau auf den jeweiligen Teilen Kratzer oder ähnliche Beschädi­ gungen entstehen können, die wiederum zu Undichtigkei­ ten führen.

Eine Alternative hierzu ist die Verwendung von Kunst­ stoff- oder Gummiteilen zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement. Aus US 4 566 486 ist eine Lösung mit einem Kunststoff-Dichtungselement bekannt, bei dem der Kunststoff nicht zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement angeordnet ist, sondern neben dem Ven­ tilsitz, aber so, daß er ebenfalls auf das Schließele­ ment, das hier als Kugel ausgebildet ist, wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einfachem Aufbau die Dichtigkeit eines Ventils zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die eine Schließfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, das weicher als das Material der anderen Schließfläche ist.

Man kann also das Ventil, wie bisher auch, zusammenbau­ en, ohne daß man zusätzliche Teile, wie etwa Gummi- oder Kunststoffdichtungen, verwenden muß. Schließele­ ment und Ventilsitz liegen nach wie vor unmittelbar aneinander an. Die Dichtigkeit wird aber nun dadurch verbessert, daß eines der beiden Teile, also Schließ­ element oder Ventilsitz, mit einem Beschichtungsmateri­ al beschichtet ist. An dieses Beschichtungsmaterial legt sich die jeweils andere Schließfläche an. Da das Beschichtungsmaterial weicher ist als das Material der anderen Schließfläche, wird das Beschichtungsmaterial dann nachgeben, wenn die Anlagekräfte über die Fläche ungleichmäßig sind. Eine derartige Ungleichmäßigkeit entsteht aber immer dann, wenn Unebenheiten vorliegen, beispielsweise lokale Vorsprünge oder Täler vorhanden sind. Wenn die Schließflächen zur Anlage aneinander gebracht werden, kann das härtere Material der einen Schließfläche das weichere Beschichtungsmaterial ent­ sprechend verformen, so daß die eine Schließfläche ge­ nau das negative Abbild der anderen Schließfläche er­ gibt. Diese Umformung wird bereits beim erstmaligen Aneinanderpressen der beiden Schließflächen erzeugt, so daß man ein Ventil erhält, das von Beginn an dicht ist. Die Montage wird hierdurch ganz beträchtlich verein­ facht. Die Beschichtung der einen Schließfläche kann man in vielen Fällen gemeinsam mit der oder anschlie­ ßend an die Fertigung des die entsprechende Schließflä­ che tragenden Teiles vornehmen, so daß man beim Zusam­ menbau keine zusätzlichen Teile mehr handhaben muß. Andererseits muß man beim Zusammenbauen der entspre­ chenden Teile nicht mehr peinlich darauf achten, daß keine versehentliche Berührung der Schließflächen stattfindet. Das Beschichtungsmaterial kann relativ weich ausgebildet sein. Es kann sogar so weich ausge­ bildet sein, daß es im Laufe des Betriebes durch eine wiederholte Öffnungs- und Schließbewegung zumindest teilweise abgetragen wird. Unebenheiten in den beiden Schließflächen führen dann aber dazu, daß die mechani­ sche Beanspruchung des Beschichtungsmaterials, die zum Abtragen führt, gerade dort nicht wirken kann, wo das Beschichtungsmaterial erhalten bleiben soll. Die Dich­ tigkeit wird also nach einer längeren Betriebszeit er­ halten bleiben.

Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial einstückig mit der Schließfläche verbunden. Besonders wirkungsvol­ le Verbindungen ergeben sich dann, wenn das Beschich­ tungsmaterial stoffschlüssig mit der Schließfläche ver­ bunden ist. Eine derartige Verbindung gewährleistet eine hohe Festigkeit. Das Beschichtungsmaterial kann sich nicht von der Schließfläche lösen. Es kann allen­ falls von außen abgetragen werden.

Vorzugsweise beträgt die Stärke des Beschichtungsmate­ rials weniger als 50 µm, insbesondere 10 µm oder weni­ ger. Die Schicht des Beschichtungsmaterial ist also sehr dünn. Entsprechend wenig Material wird verbraucht und entsprechend wenig Rücksicht muß man auf die Kosten nehmen, die durch den Materialverbrauch des Beschich­ tungsmaterials hervorgerufen werden. Dennoch reicht eine derartig dünne Schicht aus, um die geforderte Dichtigkeit des Ventils zu erreichen.

Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial aufgalvani­ siert oder aufgedampft. Hiermit erreicht man eine sehr innige Verbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und der Schließfläche.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Beschichtungs­ material ein Metall ist. Da die Schließfläche auf dem Ventilsitz oder auf dem Schließelement ebenfalls aus einem Metall gebildet ist, läßt sich mit einem Be­ schichtungsmaterial aus Metall eine entsprechend innige Verbindung erreichen. Diese Verbindung kann beispiels­ weise auch durch Löten oder Auftragsschweißen gebildet werden.

Vorzugsweise ist das Metall Zinn, Blei oder Zink. Diese Metalle sind weich genug, um bei einer entsprechenden Anpreßkraft verformt zu werden. Die Anpreßkraft muß hierbei nicht einmal übermäßig groß sein.

In einer Alternative ist das Beschichtungsmaterial ein Kunststoff. Auch Kunststoffe können, wenn sie entspre­ chend mit der Schließfläche verbunden werden, zum Ab­ dichten des Ventils beitragen.

Vorzugsweise weist das Schließelement einen Zusatzven­ tilsitz auf, der mit einem Zusatzschließelement zusam­ menwirkt, wobei eine Zusatzschließfläche zwischen dem Zusatzventilsitz und dem Zusatzschließelement mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Insbesondere bei bestimmten Arten von Überdruckventilen ist es er­ wünscht, den Überdruck in beiden Anschlüssen zu kon­ trollieren. Wenn der Überdruck in einem Anschluß zu groß wird, wird das Ventil geöffnet, um Fluid in den anderen Anschluß entweichen zu lassen. Umgekehrt wird das Ventil auch geöffnet, wenn der Überdruck in dem anderen Anschluß zu groß ist, um Fluid in den erstge­ nannten Anschluß entweichen zu lassen. Dies geschieht zweckmäßigerweise mit einem Ventil, das funktional zwei Schließelemente und zwei Ventilsitze aufweist. Wenn nun der zweite Ventilsitz im Schließelement ausgebildet ist, kann man die Beschichtung auf ein einziges Teil, nämlich auf das Schließelement, konzentrieren. Dies vereinfacht die Fertigung weiter.

Hierbei ist von Vorteil, daß das Schließelement als Teller ausgebildet ist, bei dem die Schließfläche auf der gleiche Seite angeordnet ist, an der auch das Zu­ satzschließelement anliegt, und daß zumindest diese Seite mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Hierdurch kann man einerseits die Beschichtung des Schließelements auf eine Seite beschränken, anderer­ seits aber auch sicherstellen, daß die Beschichtung für beide Ventilfunktionen ihre Wirkung entfaltet, das Ven­ til also in beiden Strömungsstrecken dicht ist, wenn es geschlossen ist. Die andere Seite des Tellers, die nicht unbedingt beschichtet werden muß, kann dann beim Beschichten dazu verwendet werden, den Teller festzu­ halten. Natürlich kann auch diese Seite beschichtet werden. Dies ist aber nicht unbedingt notwendig. Die dem Zusatzschließelement abgewandte Seite kann im Be­ trieb an einem Widerlager anliegen oder einstückig mit einem derartigen Widerlager ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist das Schließelement aus gesintertem und das Zusatzschließelement aus gehärtetem Stahl gebildet. Dadurch erreicht man eine Abstufung der Härten zwischen den einzelnen Teilen, so daß sich das Einpressen der jeweiligen Schließfläche in das Beschichtungsmaterial mit der gewünschten Wirkung, nämlich der verbesserten Dichtigkeit, quasi von selbst ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigt die
einzige Figur: einen schematischen Querschnitt durch ein Überdruckventil.

Ein Überdruckventil 10 weist in einem Gehäuse 1 einen Pumpenanschluß P und einen Tankanschluß T auf. In etwa koaxial mit dem Tankanschluß T ist ein als Teller aus­ gebildetes Schließelement 2 angeordnet, das mit einem Ventilsitz 11 im Gehäuse 1 zusammenwirkt. Das Schließ­ element 2 ist über ein Zwischenstück 6 von einer ersten Feder 4 kraftbeaufschlagt. Das Zwischenstück 6 weist mehrere, in Umfangsrichtung radial nach außen weisende Finger auf, zwischen denen Kanäle 5 vorgesehen sind. Mit Hilfe der Finger ist das Zwischenstück 6 in einer Bohrung 9 des Gehäuses geführt. Das Zwischenstück 6 liegt unter der Wirkung der ersten Feder 4 am Schließ­ element 2 an. Es kann jedoch auch fest mit diesem ver­ bunden oder sogar einstückig ausgebildet sein, so daß nur eine gemeinsame Bewegung von Zwischenstück 6 und Schließelement 2 möglich ist und das Schließelement 2 in der Bohrung 9 geführt ist. Im Extremfall kann dann das ganze aus Zwischenstück 6 und Schließelement 2 be­ stehende Teil beschichtet sein. Notwendig ist die Be­ schichtung auch hier nur auf der dem Ventilsitz 11 zu­ gewandten Seite.

Die erste Feder 4 umgibt eine Stange 8, an deren einem Ende ein Anschlag 12 angeordnet ist, der sich über eine zweite Feder 13 an einem Einsatz 7 abstützt, der in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist. An der anderen Seite des Anschlags 12 liegt die erste Feder 4 an. Das entgegen­ gesetzte Ende der Stange 8 ist durch eine Bohrung 14 im Schließelement 2 geführt und mit einem als Ventilkegel ausgebildeten Zusatzschließelement 3 versehen. Das Zu­ satzschließelement 3 verschließt die Bohrung 14. Hierzu weist das Schließelement 2 einen Zusatzventilsitz 15 auf.

Wie zu erkennen ist, liegt das Zusatzventilelement 3 an der gleichen Seite am Schließelement 2 an, auf die auch der Ventilsitz 11 des Gehäuses 1 wirkt. Das Schließele­ ment 2 weist also hier zwei Schließflächen 16, 17 auf, wobei die eine, radial äußere mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkt, der ebenfalls eine Schließfläche auf­ weist, und die andere, radial innere mit dem Zusatz­ schließelement 3 zusammenwirkt, das ebenfalls hier eine mit der Schließfläche 17 des Schließelements 2 zusam­ menwirkende Schließfläche aufweist.

Das Schließelement 2 ist an dieser Seite mit einer Be­ schichtung 18 versehen, die aus einem weicheren Materi­ al besteht als der Ventilsitz 11 oder das Zusatz­ schließelement 3. Die Beschichtung 18 kann aus einem weichen Metall, wie Zinn, Blei oder Zink, bestehen. Sie kann aber auch aus einem Kunststoff gebildet sein. Der Begriff "weich" ist natürlich immer nur im Verhältnis zu dem damit zusammenwirkenden Material zu verstehen, das im vorliegenden Fall durch das Material des Ventil­ sitzes 11 bzw. des Zusatzschließelements 3 gebildet wird. Die Beschichtung 11 kann vorzugsweise aufgalvani­ siert oder aufgedampft werden. Hierdurch erreicht man zum einen eine sehr innige Verbindung der Beschichtung 18 mit dem Schließelement 2, andererseits aber auch eine relativ dünne Schichtstärke. Die Dicke der Be­ schichtung 18 beträgt weniger als 50 µm, vorzugsweise sogar nur 10 µm oder weniger.

Die Funktion eines derartigen Überdruckventils 10 an sich ist bekannt. Wenn der Druck im Pumpenanschluß P zu groß wird, pflanzt er sich in die Bohrung 14 fort und hebt dort das Zusatzschließelement 3 vom Schließelement 2 ab. Fluid kann dann durch den so gebildeten Strö­ mungspfad, also zwischen Schließelement 2 und Zusatz­ schließelement 3, abfließen, was zu einer Druckentla­ stung führt.

Steigt umgekehrt der Druck im Tankanschluß T zu stark an, wird der dort herrschende Druck das Schließelement 2 vom Ventilsitz 11 abheben. Dementsprechend kann das Fluid zum Pumpenanschluß P weiterfließen, was im Tank­ anschluß T zu einer Druckentlastung führt. Entsprechen­ des gilt beim Nachsaugen. Durch das Öffnen des Schließ­ elements 2 wird verhindert, daß am Pumpenanschluß P Un­ terdruck entsteht. Die Begriffe "Pumpenanschluß" und "Tankanschluß" sind hier lediglich zur Unterscheidung der beiden Anschlüsse gewählt.

Dadurch, daß das Schließelement 2 mit einer Beschich­ tung 18 aus einem weichen Material versehen ist, kann man bei der Fertigung des Überdruckventils 10 auf enge Toleranzen und eine übermäßig hohe Genauigkeit verzich­ ten. Auch dann, wenn die einzelnen Schließflächen 16, 17 mit ihren entsprechenden Schließflächen im Gehäuse 1 auf dem Zusatzschließelement 3 nicht exakt zusammenpas­ sen, also kleinere Höhen oder Tiefen aufweisen, ist dies ohne Belang. Derartige Höhen oder Tiefen drücken sich dann in die weiche Beschichtung 18 ein, so daß bereits beim Zusammenbau durch die Kraft der ersten Feder 4 eine Dichtigkeit des Ventils erzielt wird.

Durch wiederholte Öffnungs- und Schließbewegungen des Ventils wird sich eine gewisse mechanische Beanspru­ chung der Beschichtung 18 ergeben, die so weit führt, daß diese Beschichtung 18 stückweise oder sogar nahezu vollständig abgetragen wird. Dieser Abtrag beschränkt sich aber lokal auf Bereiche, in denen die größte Be­ anspruchung vorliegt. Dazwischen, also beispielsweise in den Bereichen, wo die Schließflächen 16, 17 oder ihre entsprechenden Gegenschließflächen Vertiefungen aufweisen, kann sich keine derartige Beanspruchung er­ geben. Dort bleibt die Beschichtung 18 erhalten, so daß man auch nach einer längeren Betriebsdauer aneinander angepaßte Schließflächen 16, 17 mit ihren entsprechen­ den Gegenschließflächen behält. Unterstützt werden kann dies noch durch eine entsprechende Anpassung der Härten der einzelnen Materialien. So kann beispielsweise das Schließelement 2 aus gesintertem Stahl hergestellt wer­ den, während das Zusatzschließelement 3 aus gehärtetem Stahl gebildet ist.

Die Fertigung wird trotz der verbesserten Dichtigkeit vereinfacht. Der einzige zusätzliche Fertigungsschritt, den man vornehmen muß, ist, das Schließelement 2 an ei­ ner Seite mit der Beschichtung 18 zu versehen. Für die­ sen zusätzlichen Fertigungsschritt spart man sich aber Aufwand beim Zusammensetzen des Überdruckventils 10. Das Zusammensetzen kann mit größeren Toleranzen erfol­ gen. Man muß nicht mehr peinlich darauf achten, daß die Schließflächen 16, 17 beim Zusammenbau nicht von ande­ ren Teilen berührt werden.

Claims (10)

1. Ventil mit einem Schließelement, das mit einem Ven­ tilsitz zusammenwirkt, wobei das Schließelement und der Ventilsitz in ihrem Berührungsbereich je eine Schließfläche aufweisen, die im Schließzustand an­ einander anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Schließfläche (16) mit einem Beschichtungsma­ terial (18) beschichtet ist, das weicher als das Material der anderen Schießfläche ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (18) einstückig mit der Schließfläche (16) verbunden ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder, 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stärke des Beschichtungsmaterials (18) weniger als 50 µm, insbesondere 10 µm oder weniger beträgt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (18) aufgalvanisiert oder aufgedampft ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial ein Metall ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Zinn, Blei oder Zink ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (18) ein Kunststoff ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (2) einen Zusatzventilsitz (15) aufweist, der mit einem Zu­ satzschließelement (3) zusammenwirkt, wobei eine Zusatzschließfläche (17) zwischen dem Zusatzventil­ sitz (15) und dem Zusatzschließelement (3) mit dem Beschichtungsmaterial (18) beschichtet ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (2) als Teller ausgebildet ist, bei dem die Schließfläche (16) auf der gleiche Sei­ te angeordnet ist, an der auch das Zusatzschließ­ element (3) anliegt, und daß zumindest diese Seite mit dem Beschichtungsmaterial (18) beschichtet ist.

10. Ventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schließelement (2) aus gesintertem und das Zusatzschließelement (3) aus gehärtetem Stahl gebildet ist.