DE19600275A1 - Ventil - Google Patents
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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.
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.
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