DE1961248C

DE1961248C -

Info

Publication number: DE1961248C
Application number: DE19691961248
Authority: DE
Priority date: 1969-05-26
Filing date: 1969-12-05
Publication date: 1973-05-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Hubventil mit kugelförmigem Ventilverschlußstück und mit einem das Verschlußstück tragenden, mit der Betätigungsvorrich tung verbundenen Führungsstück.

Es sind Hubventile bekannt, bei denen das Ventilverschlußstück durch eine Schraubenfeder auf den Ventilsitz gedrückt wird. Das eine EnJe der Schraubenfeder greift an dem Verschlußstück an, während das andere Ende an dem mit der Betätigungsvorrichtung verbundenen Führungsstück angreift. Da die Axialbeweglichkeit der Ventilfeder nicht beschränkt werden soll, weisen die Hubventile ein Spiel zwischen der Mantelfläche der Feder und der Innenfläche des Ventilgehäuses auf, um einen Reibungseingriff zwischen ihnen zu vermeiden. Da die Schraubenfeuern quer zur Achsenrichtung instabil sind, ist es möglich, daß das Ventilverschlußstück nach einem Abheben von dem Ventilsitz unter dem Einfluß des Druckmittels sich in Querrichtung verschieben kann. Das Ausmaß dieser Bewegung kann sogar durch die Feder verstärkt werden, weil es äußerst schwierig ist, die Enden einer Schraubenfeder durch Schleifen mit parallelen Endflächen zu versehen. Schräge Endflächen aber üben eine Kraft in Querrichtung aus.

Bei Verschiebung des Ventilverschlußstückes aus seiner axialen Lage heraus bauen sich an dem Verschlußstück Druckdifferenzen auf, die zu einem Schlagen und einem übermäßigen Verschleiß der Verschlußstücke führen.

Es sind Hubventile bekannt, bei denen ein Schlagen des Ventilverschlußstückes nicht auftreten kann, weil es in einer besonderen Führung gelagert ist. Bei solchen Führungen werden die Kosten für das Ventil erheblich vergrößert, da enge Toleranzen eingehalten werden müssen. Außerdem findet dann ein Reibungseingriff zwischen der Führung und dem Ventil-

glied statt, was zu einem erhöhten Verschleiß führt (britische Patentschriften 668 055 und 764006).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein relativ einfaches und wenig '.ostspieliges Ventil zu schaffen, das die obenerwähnten Mangel bekann- 5 _ter Hubventile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem Verschlußstück und dem Führungsstück ein entoesengesetzt konisches Tellerfederpaar vorgesehen

fst. " ¹⁰

Bei Betätigung des erfindungsgemäßen Ventils bewegt sH· das Tellerfederpaar erheblich weniger in seillicher ^. :htung als die bekannten Schraubenfedern. Auf diese Weise ist die Axialbewegung des Ventilverschlußstückes im wesentlichen reibungsfrei, 15 d h. zwischen den sich bewegenden Teilen und den ortsfesten Teilen des erfindungsgemäßen Ventils tritt bei Betätigung desselben keinerlei Reibung auf. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Durchfluti-Druckcharakteristik des erfindungsgemäßen ao Ventils sehr genau festgelegt werden kann, indem Tellerfedern verschiedener Federungscharakteristik benutzt werden, die zur gewünschten Durchlaßcharakteristik führen. Bei Verwendung eines weiteren TeHerfederpaares kann die Durchlaßcharakteristik as natürlich noch genauer bestimmt werden.

F in weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß das ertindungsgemäße Hubventil bei gegebenen Abmessungen eine größere Durchflußkapazität aufweist als viele der herkömmlichen Hubventile. 30

Fs ist besonders zweckmäßig, wenn die Außei.-raiider der Federn mit kreisringförmigen ebenen Flächen versehen sind, die zur Halterung der Federn in fluchtender Lage in Reibungseingriff stehen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden 35 nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben, Es zeigt

F i g. 1 pinen Längsschnitt durch ein Ausfuhrunesbeispiel des erfindungsgemäßen Hubventils,

F~i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 durch das in F i g. 1 gezeigte Hubventil,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hubventils,

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4

von F i g. 3, . . ^4£

Fig.5 einen Querschnitt entlang der Lime DO von F ig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausfuhrungsbeispiel 10 des erfindungsgemäßen Hubventils gezeigt das ein Gehäuse 12, ein Ventilsitzteil 14 und eine Endplatte 15 aufweist. Das Gehäuse 12 hat eine durchgehende stufenförmige Bohrung 18 mit einem weiten Abschnitt 20 am unteren Ende und einem unter Ausbildung einer Schulter 22 daran anschließenden engeren Abschnitt 24. An die Bohrung 18 schließt sich eine Gewindebohrung 26 kleineren Durchmessers an. Der Ventilsitzteil 14 liegt in dem vergrößerten Abschnitt 20 an der Schulter 22 und weist eine durchgehende Einlaßöffnung 33 auf, deren obere Kante einen kreisförmigen Ventilsitz 34 bildet.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ventilverschlußstück eine Kugel Al. Die Kugel 42 kann auf dem Ventilsitz 34 aufsitzen und wird auf ihm durch ein Paar entgegengesetzt konischer Tellerfedern 44 und 46 gehalten, die auf die Kugel 42 über ein Federabstützteil 48 wirken. Die Federn 44 und 46 liegen mit ihren Stirnseiten derart aufeinander, Haft die konkave Seite der einen Feder der konkaven Seite der anderen Feder gegenüberliegt. Die Außenränder der Federn weisen kreisringförmige ebene Flächen 50 bzw. 52 auf, damit eine hinreichend große Kontaktfläche zwischen ihnen erreicht wird, um Berührstellen hoher Spannung zu vermeiden und um einen Reibungseingriff aufzubauen, der ein gleitendes Verschieben der Federn gegeneinander verhindert. Der Querschnitt des mittleren Bohrungsabschnittes 24, der die Tellerfedern aufnimmt, ist so bemessen, daß die Außenränder der Federn nicht auf der Innenwand der Bohrung aufsitzen, wenn sie vollständig zusammengedrückt werden. Der Federabstützteil 48 weist eine konische Ausnehmung 54 zur Aufnahme der Kugel 42 auf. Die Kegelfläche der Ausnehmung 54 liegt über einer erheblichen Teilfläche der Kugel 42, so daß eine hinreichende Berührfläche zwischen den beiden Bauteilen gewährleistet ist. Der Federabstützteil weist einen Vorsprung 56 kleineren Durchmessers auf, der sich unter Paßsitz in die Öffnung der unteren konischen Feder 46 hineinerstreckt. Auf diese Wei». wird die Spannung der Federn 44 und 46 auf die Kugel 42 allein durch den Federabstützteil 48 übertragen.

Die Vorspannung der Federn 44 und ·ί5, die die Schli Qkraft der Kugel 42 bestimmt, wird durch ein verstellbares Führungsstück 58 eingestellt. Das Führungsstück 58 weist einen vergrößerten Kopf 60 auf. der gleitbar in dem Bohrungsabschnitt 24 gelagert ist. Der Kopf 60 weist eine mit der Kugel 42 axial fluchtende konische Ausnehmung auf, die einen zusätzlichen Bewegungsspielraum für die Kugel bildet. Der Kopf 60 weist auf seiner der Kugel 42 zugewandten Stirnfläche einen Vorsprung 64 auf, der sich unter Paßsitz in die öffnung der oberen konischen Feder 84 hineinerstreckt. Auf der anderen Stirnseite des Kopfes 60 erstreckt sich ein Zapfen 66 mit einem Gewindeendabschnitt 68 in die Gewindebohrung 26 hinein. Der Durchmesser des Zapfens 66 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der Bohrung 26. Der Gewindeendabschnitt 68 des Zapfens 66 greift in eine Gewindebohrung 72 eines Stellgliedes 70 ein. Das Stellglied 70 weist ein Außengewinde auf, damit es in die Gewindebohrung 26 eingeschraubt werden kann. Das Außengewinde des Stellglieds 70 und die i Gewindebohrung 26 einerseits und die Gewindebohrung 72 und der Gewindeabschnitt 68 des Zapfens 66 andererseits weisen geringfügig verschiedene Ganghöhen bei gleichem Drehsinn auf, um infolge der differenziellen Ganghöhe eine Feineinstellung der Axiallage des einstellbaren Führungsstückes 58 und damit der Vorbelastung der Feder 44 und 46 zu ermöglichen, wodurch wiederum der Druck bestimmt wird, bei dem sich das Ventil öffnet. Ein an dem Kopf 60 des Führungsstückes 58 befestigter Stift 76 erstreckt sich gleitbar durch eine Bohrung 78 im oberen Ende des Gehäuses 12, um bei Drehung des Stellglieds Tj eine Drehung des Führungsstückes zu verhindern.

Der Kopf 60 des Führungsstückes 58 hat eine diametral verlaufende Nut 57_S dia sich zur Schaffung einer Strömungsmittelverbindung von dem Außenumfang des Kopfes bis zu der Ausnehmung 61 erstreckt, damit der Raum zwischen den Tellerfedern 44 und 46 in druckausgleichender Strömungsmittelverbindung mit dem Rest des Bohrungsabschnittes 24 gebracht werden kann.

Weist das an der Eingangsbohrung 33 anstehende Strömungsmittel einen hinreichend hohen Druck auf,

um die durch die Lage des Führungsstücks 58 bestimmte Kraft der Federn 44 und 46 zu überwinden, wird die Kugel 42 von dem Ventilsitz 34 abgehoben, so daß das Strömungsmittel zu dem Auslaßkanal 36 strömen kann. Dabei wird die Kugel in axial fluchtender Lage mit dem Ventilsitz 34 durch den Federabstützteil 48 gehalten. Die Federn 44 und 46 ermöglichen nur eine Bewegung längs der Achse des Ventils 12.

Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel 110 des erfindungsgemäßen Hubventils weist ein Gehäuse 112 mit einem Ventilsitztcil 114 auf. Im Gehäuse ist eine stufenförmige erste Bohrung 118 mit einem ersten weiteren Bohrungsabschnitt 120 und einem zweiten engeren Bohrungsabschnitt 122 ausgebildet. Der zweite Abschnitt 122 steht mit einer zweiten Bohrung 124 in Verbindung, die sich in dem Gehäuse im wesentlichen quer zu der Bohrung 118 erstreckt und an ihrem Ende mit einem Innengewinde 126 versehen ist. Das Ventilsitzteil 114 ist am an der Bohrung 124 abgewandten Ende der Bohrung 118 angeordnet und weist eine durchgehende Einlaßöffnung 133 auf, deren oberes Ende einen kreisförmigen Ventilsitz bildet. Die Bohrung 118 ist mit einem Auslaßkanal 136 verbunden. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier das Ventilverschlußstück eine Kugel 142. Die Kugel 142 kann auf dem Ventilsitz 134 aufsitzen und wird auf ihm durch ein Paar entgegengesetzt konischer Tellerfeder« 144 und 146 gehalten, die auf die Kugel über ein Federabstützteil 148 wirken. Auch hier sind die Außenränder der Federn zu dem obengenannten Zweck mit kreisringförmigen ebenen Flächen 150 bzw. 152 versehen. Die Tellerfedern haben genügend Spielraum in dem Bohrungsabschnitt 120. Auch ist der Federabstützteil 148 mit einer konischen Ausnehmung 154 versehen.

Die Vorspannung der Federn 144 und 146 wird durch die Lage eines verstellbaren Stößels 158 in der Bohrung 124 bestimmt. Der Stößel 158 weist einen Nocken 160 mit einer abgeschrägten Nockenfläche 162 auf, die einer bogenförmig gekrümmten Nockenfläche 164 auf einem Führungsstück 166 zugekehrt ist. Das Führungsstück 166 ist in der Bohrung 122 angeordnet und weist auf seiner der Kugel 142 zugewandten Seite einen Vorsprung 168 auf. der sich unter Paßsitz in die öffnung der benachbarten Tellerfeder 144 hineinerstreckt Auch der Federabstüutefl 14* arbeitet to def beim ersten Ausfuhruugsbeispiel beschriebenen Weise nit dem TeHerfederpaar zusammen. Zwischen dem Innenraum der Federn und der Bohrung 118 wird über mehrere L-förniige Nuten 169 in dem Führungsstück 166 eine druckausglcichende Strömungsmittclverbindung aufgebaut (Fig. 4). Das Führungsstück 116 weist zwei mit Abstand angeordnete Vorsprünge 170 auf, die zwischen sich einen Schlitz zur Aufnahme des Nockens 160 bilden. Dadurch wird eine Drehung sowohl des Führungsstückes 166 als auch des mit dem Nocken

ίο 160 verbundenen Stößels 158 verhindert, so daß eine beachtliche Genauigkeit der Ventileinstellung erreicht wird, ohne daß die Nockenfläche 164 auf dem FührungsslUck und die schräge Nockenfläche 163 auf dem Nocken 160 vollendet geformt oder beson ders aufeinander ausgerichtet werden müssen. Am Ende des Stößels 158 (s. F i g. 5) ist ein Querschlitz 178 mit einem zylindrischen Endabschnitt und direkt an seinem Ende eine ähnlich geformte öffnung* 180 vorgesehen, die zusammen einen Halteflansch 182

ao bestimmen. In diesen Schlitz 178 kann ein zylindrischer Ansatz 184 eingeführt und mit dem Flansch 182 in Eingriff gebracht werden, der am unteren Ende einer Stellschraube 186 angeordnet ist. Der Ansatz 184 ist mit der Stellschraube 168 durch einen

as dünnen zylind -hchen Abschnitt 188 verbunden, dessen Länge im wesentlichen gleich der Breite des Flansches 182 ist. Durch das Untcrgreifen des Ansatzes 184 unter den Flansch 182 folgt der Stößel 158 einer Axialbewcgung der Schraube 186. Ein minima les Spiel ist zwischen den Teilen vorgesehen, so daß die Stellschraube gegenüber dem Stößel 158 gedreht werden kann, der selbst durch das Führungsstück 166 gegen Drehung gesichert wird. In einer gewünschten Einstellung wird die Stellschraube 186 durch eine Gegenmutter 192 gesichtert. Da das Führungsstück 166 den Bohrungsabschnitt 122 ausfüllt, ist zwischen dem Bohrungsabschnitt 120 und der Bohrung 124 im Gehäuse ein Kanal 190 vorgesehen, um einen Druckausgleich zwischen den beiden En den des Führungsstückes 166 zu ermöglichen, ist in dem Nocken 160 ein Schlitz 191 vorgesehen.

Wenn an der Einlaßöffnung 133 ein Strömungsmittel von hinreichend hohem Druck ansteht, wird die Kugel 142 entgegen der Wirkung der Federn ab gehoben. Auch hier wird die Kugel 142 in axialer Richtung vom Sitz 134 abgehoben und in dieser Richtung gehalten. Da die sich beim Öffnen des Vei.-tils bewegenden Teile nicht in Reibungseingriff mit ruhenden Teilen stehen, erfolgt die Axialbewegung

der Kugel rctbungsfrei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 961 Patentansprüche:

1. Hubventil mit kugelförmigem Ventilverschlußstück und mit einem das Verschlußstück tragenden, mit der Betätigungsvorrichtung verbundenen Fühningsstück, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschlußstück (42; 142) und dem Führungsstück (58; 166) ein entgegengesetzt konisches Tellerfe- *° derpaar (44,144; 46,146) vorgesehen ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenränder der Federn (44, 144; 46, 146) mit kreisringförmigen ebenen Flächen (50, 150; 52, 152) versehen sind, die zur Halterung der Federn in fluchtender Lage in Reibungseingriff stehen.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, Jaß die Federn (44, 144: 46, 146) in ihrer Gesamtformgebung kreisringartig gestaltet sind.

4. Ventil nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilverschlußstück (42; 142) und dem Federpaar(44, 144: 46. 146) ein Federabstützteil (48; 148) angeordnet ist, daß eine mit dem Innenrand der benachbarten Federn (46; 146) in Eingriff stehende ebene Fläche und einen sich in die öffnung dieser Feder hin.'iierstreckenden Vorsprung (56: 156) aufweist und daß das Führungsstück (58; 166) eine mit dem Innenrand der benachbarten Federn (44; 144) in Eingriff stehende ebene Fläche und einen sich in die öftnung dieser Feder hineinerstreckenden Vorsprung (64; 164) aufweist, wobei die ebenen Flächen einander parallel sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federungscharakteristik der einen Feder (44; 144) sich von der anderen Feder (46; 146) unterscheidet.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn im wesentlichen gleiche Innen- und Außendurchmesser aufweisen.

7. Ventil nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Bohrung (24; 120) zur Aufnahme des Tellerfederpaares so bemessen ist, daß die Außenränder der vollständig zusammengedrückten Federn die Innenwand der Bohrung nicht berühren.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Vorspannung der Tellerfedern vorgesehen ist, die ein erstes mit einem Außengewinde einer ersten Ganghöhe versehenes Und in eine entsprechende Gewindebohrung (26) im Gehäuse eingeschraubtes erstes Stellglied (70) und ein zweites mit einem Außengewinde (68) einer zweiten Ganghöhe versehenes und in eine entsprechende Gewindebohrung (72) im ersten Stellglied (70) eingeschraubtes zweites Stellglied (66) aufweist, das mit dem Führungsstück (58) verbunden ist, wodurch die Vorspannung des Federpaares über die Differentialganghöhe feineinstellbar ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Vorspannung der Tellerfedern vorgesehen ist, die einen mit dem Führungsstück (166) zusammenarbeitenden Nocken (160) und einen Nockenantrieb (158, 186) für die Bewegung des Nockens relativ zum Führungsstück aufweist, wobei die Vorspannung der Federn durch die resultierende Verschiebung des Führupgsstückes fein-einstellbar ist.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (160) eine abgeschrägte Nockenfläche (162) aufweist, im wesentlichen quer zur bewegungsrichtung des Ventilverschlußstückes (142) verschiebbar ist und zur Bewegung des Nockens eine in das Gehäuse eingeschraubte und mit dem Nocken formschlüssig verbundene Stellschraube (186) vorgesehen ist.

11. Ventil nach Anspruch9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (166) und der Nocken (160) drehsteif (170) miteinander verbunden sind, wodurch eine Drehung des Nockens (160) gegenüber dem Gehäuse vermieden wird.

12. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsführung des Ventil· verschlußstücke* (42; 142) nur durch das Führungsstück (58: 166) und das Tellerfederpaar (44, 144: 46. 146) bestimmt ist.