DE2038058A1

DE2038058A1 - Hochdruckventil

Info

Publication number: DE2038058A1
Application number: DE19702038058
Authority: DE
Inventors: Edward Beck; Alfred Bedo
Original assignee: SNO TRIK Co
Current assignee: SNO TRIK Co
Priority date: 1969-10-01
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1971-04-08
Also published as: ES382946A1; NL7013968A; FR2065813A5; US3679169A; CA934741A; GB1292700A; BE754966A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 30. JUÜ 1970 VA// Name d. Anm. SNO-TRIK COMPANY

Hochdruckventil

Die Erfindung betrifft Hochdruckventile und insbesondere Hochdruckventile mit einer sich nicht drehenden Nadel.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Zusammensetzen eines Ventils mit einer sich nicht drehenden Nadel.

Nadelventile sind in der Industrie besonders nützlich zum Regeln der Strömung von unter Druck stehenden Medien, insbesondere bei der Betätigung von empfindlichen Instrumenten. Diese Art des Ventils verwendet eine dünne Nadel, welche in und außer Berührung mit einem Ventilsitz gebracht werden kann. Der Ventilsitz selbst ist zwischen den Einlaß- und Auslaßbohrungen im Ventilgehäuse angeordnet. Die Nadel wirkt daher als ein Mittel, um entweder die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch das Ventilgehäuse zu regeln oder um die Strömung vollständig zu unterbrechen. Je nach der Ausbildung der Nadel kann daher die Strömung des Mediums durch das Ventilgehäuse entweder gemessen oder geregelt oder vollständig unterbrochen werden.

Die grundlegende Ausbildung der bekannten Nadelventile verwendet eine Ventilbetätigungsspindel, welche in die Stopfbuchsenmutter des Ventils oder direkt in das Ventilgehäuse eingeschraubt ist. Die Nadel kann von der Betätigungsspindel derart getragen werden, daß die Drehung des Ventilhandgriffs die Nadelspitze in und außer Eingriff mit dem Ventilsitz bringt. Je nach der besonderen Verbindungseinrichtung zwischen der Nadel und der Ventilspindel kann sich die Nadel entweder drehen

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oder nicht drehen.

\Ienn die Nadel mit der Ventilspindel starr verbunden ist, wird sich die Nadelspitze bei der Drehung der Spindel drehen.

Wenn hingegen zwischen der Nadel und der Spindel eine Totgangverbindung vorgesehen ist, wird die Drehung der Spindel keine Drehung der Nadel bewirken. Beim Ventil mit einer sich nicht drehenden Nadel wird die Drehbewegung der Ventilspindel in eine lineare Bewegung der Nadel umgewandelt, so daß die sich nicht drehende Nadelspitze in und außer Eingriff mit dem Ventilsitz bewegt wird.

Die sich nicht drehende Nadel hat offensichtliche Vorteile gegenüber der sich drehenden Nadel. Bei der sich drehenden Nadel kann eine starke Abnützung des Ventilsitzes erfolgen, wenn die Nadelspitze in Eingriff mit dem Sitz gebracht wird. Diese Abnützung findet statt, wenn die Nadelspitze beim Schließen des Ventils über den Ventilsitz schleift,'und beeinflußt erheblich die Zuverlässigkeit der Abdichtung auf dem Ventilsitz. Eine solche Abnützung wird fast vollständig beseitigt, wenn sich die Ventilnadel relativ zum Ventilsitz nicht dreht und durch eine direkte lineare Bewegung in und außer Eingriff mit dem Ventilsitz gebracht wird.

Bei den bekannten Ventilen mit einer sich nicht drehenden Nadel haben sich in der Industrie verschiedene Schwierigkeiten ergeben. Eine der üblichen Schwierigkeiten besteht darin, daß die Nadel selbst nicht leicht entfernbar ist, falls dieselbe beschädigt ist. Bei den bekannten Nadelventilen wird nicht selten gefunden, daß die Kombination der Betätigungsspindel und der Nadel im Falle einer Beschädigung der Nadel ersetzt werden muß, weil die Nadel auf der Betätigungsspindel durch Stauchen eines Teils des Spindelendes rund um die Nadel festgehalten wird. Ein Ersatz der Nadel selbst ist daher unmöglich im Hinblick auf die Schwierigkeit der Entfernung der beschädigten Nadel ohne wesentliche Beschädigung der Spindel.

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Ein anderes Problem der bekannten Nadelventile besteht darin, daß die Nadel nicht immer relativ zur Spindel nicht drehbar ausgebildet ist. Bei bestimmten bekannten Ausbildungen können Reibungswirkungen eine geringe Drehung der Nadel bei der Drehung der Spindel erzeugen, was eine unerwünschte Abnützung des Ventilsitzes ergibt. Solche Reibungswirkungen sind bei den Arten von Verbindungen vorhanden, die in bestimmten bekannten Nadelventilen zwischen der Nadel und der Spindel vorgesehen sind.

Jiin zusätzliches Problem bekannter Nadelventile bildet die Druckbegrenzung solcher Ventile. Wenn die Ausrichtung der Nadel relativ zur Achse des Ventilsitzes nicht genau aufrecht erhalten wird, wird dem Ventil eine bestimmte Druckbegrenzung auferlegt, welche abhängig ist von dem Grad der schlechten Ausrichtung der Nadel, von dem Grad der Abnützung des Ventilsitzes und von anderen Faktoren. Infolge dessen sind viele bekannte Nadelventile wegen der schlechten Ausrichtung der Nadel für eine Hochdruckanwendun_g nicht geeignet.

Mit den Druckbegrenzungen der bekannte.^ Nadelventile stehen auch die Beschränkungen in Beziehung, die durch die Abdichtung rund um die Nadel auferlegt werden. Bei vielen bekannten Aus-" bildüngen ist die Abdichtung rund um den zylindrischen Teil der Nadel für eine Hochdruckanwendung unwirksam.

Ein Ventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz aufweist, welcher zwischen den Einlaß- und Auslaßbohrungen angeordnet ist, sowie eine Ventilbetätigungsspindel und eine Ventilnadel, die mit der Spindel verbunden ist und eine Spitze aufweist, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungsspindel ein gegabeltes Ende aufweist, welches eine Querbohrung und einen Schlitz begrenzt, wobei der Schlitz eine geringere Breite als" die Bohrung aufweist, und daß die Ventilnadel mit einem erweiterten kugelförmigen Ende versehen ist, das von dem gegabelten Ende der Spindel aufgenommen werden kann, wobei die

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Oberfläche des kugelförmigen Endes mit der Wand der Bohrung in Berührung steht.

Ein Verfahren zum Zusammensetzen eines Nadelventils, das ein Ventilgehäuse mit Einlaß- und Auslaßbohrungen und einen zwischen denselben angeordneten Ventilsitz aufweist, sowie eine Ventilbetätigungsspindel und eine Ventilnadel, die mit einer Spitze versehen ist, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel mit einem gegabelten Ende versehen wird, welches eine Querbohrung und einen Schlitz begrenzt, wobei der Schlitz eine geringere Breite als die Bohrung aufweist, daß die Nadel A mit einem erweiterten kugelförmigen Ende versehen wird, dass die Nadel und die Spindel nebeneinander angeordnet werden, wobei der Mittelpunkt des kugelförmigen Endes auf der Achse der Bohrung liegt, daß das kugelförmige Ende in die Bohrung vorgeschoben wird und daß die Spindel in dem Ventilgehäuse befestigt wird.

Die Erfindung wird nahstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 im Längsschnitt eine beispielsweise Ausführungsform des Ventils gemäß der Erfindung,

~ Fig. 2 einen teilweisen Grundriß, teilweise im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 teilweise im Schnitt eine auseinandergezogene Darstellung einer Ventilbetätigungsspindel und einer Stopfbuchsenmutter, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind,

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3, welche außerdem mit strichpunktierten Linien die relative Stellung der Nadel veranschaulicht, nachdem dieselbe in das gegabelte Ende der Spindel eingeführt ist,

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Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 eine Vorderansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Nadel,

Fig. 7 eine Vorderansicht einer zweiten abgeänderten Ausführungsform der Nadel und

Fig. 8 eine Vorderansicht einer dritten abgeänderten Ausführungsform der Nadel,

Gemäß Fig. 1 ist ein Ventil TO an einer Stütze 12 mittels Kopfschrauben 14, 16 befestigt, welche durch die Stütze 12 " hindurchgehen und in Gewindebohrungen 18 im Ventilgehäuse 20 eingeschraubt sind. Zwischen den Köpfen der Kopfschrauben 14, 16 und der Stütze 12 ist ein Halter 22 befestigt, dessen Aufgabe nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Das Ventilgehäuse 20 ist mit Einlaß- und Auslaßbohrungen 24 bzw. 26 versehen, welche eine Bohrung 28 kreuzen. Am Kreuzungspunkt der Einlaßbohrung 24 und der Bohrung 28 ist ein Ventilsitz 30 ausgebildet.

Rohrkupplungen oder andere entsprechende Verbindungen sind bei 32 für die betreffenden Einlaß- und Auslaßbohrungen 24 und 26 A vorgesehen, damit Rohre 34 oder andere Strömungsleitungen am Ventilgehäuse befestigt werden können.

Jedes Rohr 34 ist mit einem konischen Ende 36 versehen, welches mit einer im allgemeinen kegelstumpfförmigen Dichtungsfläche 38 im Ventilgehäuse 20 in Eingriff kommt. Eine Bohrung 40 erstreckt sich durch jedes Rohr 34 und steht mit der betreffenden Bohrung 24, 26 in Verbindung. Die Außenseite jedes Rohres wird von einem Paar Endringen 42, 44 umfaßt. Der vordere Endring 42 weist einen im allgemeinen kegelstumpfförmigen nasenkeil 46 auf, welcher mit einer trichterförmigen Mündung 48 im Ventilgehäuse 20 in Eingriff kommt. Die Rückseite des

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vorderen Endringes 42 ist mit einer trichterförmigen Mündung 50 versehen, welche einen Nasenteil 52 des hinteren Endringes 44 aufnimmt« Die Rückseite 54 des hinteren Endringes 44 kommt mit einer Druckfläche 56 einer Kupplungsmutter 58 in Eingriff.

Beim Zusammensetzen der Rohrkupplungen 32 sind die Endringe 42, 44 zunächst in der in Fig, 1 gezeigten Weise angeordnet, indem die Kupplungsmutter 58 mit den Fingern auf das Gewinde 60 des Ventilgehäuses ein genügendes Stück aufgeschraubt wird, um die Endringe einer entsprechenden Belastung zu unterwerfen. Hierauf wird das Rohr 34 ein genügendes Stück in die Kupplungsmutter und das Ventilgehäuse eingeführt, damit das konische Ende 36 mit der Dichtungsfläche 38 zunächst in drucklose Berührung kommt. Beim Verdrehen der Kupplungsmutter 58 wird auf den hinteren Endring 44 durch die Druckfläche 56 ein Längsdruck ausgeübt. Der hintere Endring 44 übt seinerseits auf den vorderen Endring einen erheblichen Axialdruck aus. Der vordere Endring 42 wird infolge dessen in Eingriff mit der trichterförmigen Mündung 48 gedrückt» Beim weiteren Verdrehen der Kupplungsmutter 58 wird der Nasenteil 46 des vorderen Endringes 42 in Eingriff mit der Außenseite des Rohres 34 fortschreitend verkeilt oder nach innen verklemmt.

Beim weiteren Verdrehen der Kupplungsmutter 58 setzt der vordere Endring 42 seine Bewegung nach vorne und innen fort, aber mit verminderter Geschwindigkeit infolge des zunehmenden Widerstandes, der durch die Außenseite des Rohres 34 und die trichterförmige Mündung 48 geleistet wird. Da der Widerstand gegen die Bewegung des vorderen Endringes 42 zunimmt und die Geschwindigkeit dieser Bewegung abnimmt, wird die Steifheit des verhältnismäßig kurzen Nasenteils 52 des hinteren Endringes 44 allmählich überwunden, so daß ein fortschreitendes Verkeilen und Verklemmen nach innen des Nasenteils 52 des hinteren Endringes 44 in Eingriff mit der Außenseite des Rohres 34 beginnt.

Die eben beschriebene Wirkung der Endringe erfolgt nacheinander, so daß 3ich ein zeitlich koordiniertes Erfassen durch die

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vorderen und hinteren Endringe ergibt. Die Verformung der Endrince bewirkt auch eine Vorbelastung des Rohrendes, so daß das konische Ende 36 in Dichtungseingriff mit der Dichtungsfläche 38 gedrückt wird. Bei der Ausbildung der Kupplung der Fig. 1 werden verschiedene Parameter berücksichtigt, so daß der Grad der Vorbelastung erzeugt wird, welcher notwendig ist, um eine Abdichtung an der Dichtungsfläche 38 zu bewirken, die ausreicht, um dem maximalen Arbeitsdruck Widerstand zu leisten, für den die Rohrverbindung bemessen ist.

Eine genauere Beschreibung der Rohrkupplung 32 ist der deutschen Patentanmeldung P 19 47 175.1 zu entnehmen,

Die Aufmerksamkeit wird nunmehr auf das Innere des Ventilgehäuses 20 gerichtet. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Bohrung 28 an der g Gegenbohrung 62 erweitert ist, um einen Dichtungsring 64, einen Dichtungsteil 66 und eine Ausrichtbuchse 68 aufzunehmen. Durch die betreffenden Teile 64, 66, 68 geht der zylindrische Teil 70 der Ventilnadel 72 hindurch.

Der Dichtungsring 64 ist im allgemeine^! ringförmig und weist einen Außendurchmesser auf, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Gegenbohrung 62, sowie einen kreisförmigen Durchlaß 74, dessen Durchmesser für einen nachstehend genauer beschriebenen Zweck etwas größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Teils 70.

Der Dichtungsteil 66, der vorzugsweise aus mit Glasfasern versetztem Teflon (eingetragenes Warenzeichen) hergestellt ist, ist im allgemeinen ringförmig und weist ebenso wie der Dichtungsring 64 einen Außendurchmesser auf, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Gegenbohrung 62, sowie einen kreisförmigen Durchlaß 76, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Teils 70.

Die Ausrichtbuchse 68 ist mit einem vorderen Teil 80 versehen, welcher einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner ist

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als der Durchmesser der Gegenbohrung 62, sowie mit einem kreisförmigen. Durchlaß 78, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmessers des zylindrischen Teils 70. Die Ausrichtbuchse 68 ist ferner mit einem Flanschenteil 82 versehen, der eine Druckfläche 84 bildet, welche in einer.Ebene liegt, die im allgemeinen zur Achse der Bohrung 28 quer gerietet ist. Der Flanschenteil 82 ist mit dem vorderen Teil 80 der Ausrichtbuchse 68 durch eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Fläche 86 verbunden. Die Fläche 86 und eine entsprechende Fläche 88 des Ventilgehäuses 20 begrenzen zu einem nachstehend genauer beschriebenen Zweck eine Entlüftungskammer 90.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des Ventils gemäß der Erfindung sind der Dichtungsring 64, die Ausrichtbuchse 68, die Ventilnadel 72 und das Ventilgehäuse 20 aus nicht-rostendem Stahl des Typs 316 hergestellt. Anderer Metalle können vom Fachmann ausgewählt werden, je nach der besonderen Umgebung, in welcher das Ventil in Dienst gestellt werden soll.

Eine Stopfbuchsenmutter 92 ist in das Ventilgehäuse 20 eingeschraubt mittels ineinander eingreifender Gewinde 94, die auf der Stopfbuchsenmutter und am Ventilgehäuse ausgebildet sind. Die Stopfbuchsenmutter 92 ist mit einer äußeren sechseckigen Fläche 96 versehen, welche mit einem Werkzeug oder einem anderen entsprechenden Instrument umfaßt werden kann, um die Stopfbuchsenmutter zu verdrehen. Wie Fig. 1 g zeigt, bildet das untere Ende der Stopfbuchsenmutter 92 eine Antriebsfläche 98, welche in einer Ebene liegt, die im allgemeinen zur Druckfläche 84 der Ausrichtbuchse 68 parallel ist.

Innerhalb der Stopfbuchsenmutter 92 ist eine Futterhülse 100 angeordnet. Die Futterhülse 100 enthält eine Bohrung, in welcher ein Trapezgewinde 102 und eine Gegenbohrung 104 ausgebildet sind. Die Futterhülse 100 weist im allgemeinen zylindrische Form auf und kann von der Stopfbuchsenmutter 92 aufgenommen werden, wobei das obere Ende der Hülse mit einer Schulter 106 der Stopfbuchsenmutter in Eingriff kommt, wie Fig» 1 zeigt.

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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Futterhülse 100 aus Messing oder einem anderen ähnlichen Metall hergestellt, während die Stopfbuchsenmutter und die Spindel aus nicht-rostendem Stahl des Typs 316 hergestellt sind. Durch diese Ausbildung soll die Abnützung der Schraubverbindung zwischen der Spindel und der Stopfbuchsenmutter unter Hochdruckbedingungen verringert werden.

Der zweiteilige Bauteil, der aus der Stopfbuchsenmutter 92 und der Futterhülse 100 besteht, ist leichter herzustellen, indem das Gewinde 102 leichter auf der Hülse ausgebildet und die Hülse dann innerhalb der Stopfbuchsenmutter angeordnet werden kann. Innerhalb des Rahmens der Erfindung kann jedoch auch eine einteilige Stopfbuchsenmutter verwendet werden, wobei das Gewinde 102 direkt auf der Stopfbuchsenmutter ausgebildet wird.

Das obere Ende der Stopfbuchsenmutter ist mit einem Durchlaß 108 versehen, durch welchen die Ventilbetätigungsspindel 109 hindurchgeht.

Wie E¹Xg. 1 zeigt, ist das obere Ende der Ventilbetätigungsspindel 109 mit einem Ventilhandgriff 110 versehen. Eine starre Verbindung zwischen dem Ventilhandgriff und der Spindel wird mittels einer Stellschraube 112 hergestellt, die von einer Gewindebohrung 115 im Ventilhandgriff aufgenommen wird und gegen eine Abflachung 114 der Ventilspindel anliegt. Die Stellschraube 112 wird durch einen Durchlaß 116 im Ventilhandgriff zugänglich gemacht.

Die äußeren Enden des Ventilhandgriffs sind bei 118 nach außen verbreitert, so daß farbige Marken in Form eines Kunststoffüberzugs 120 aufgeschrumpft oder auf andere Weise auf der Außenseite des Ventilhandgriffs angeordnet werden können, um die Art des durch das Ventil hindurchgehenden Mediums zu bezeichnen. Wenn der Überzug auf den Ventilhandgriff aufgeschrumpft ist, erschwert das nach außen verbreiterte Ende 118 eine unbeabsichtigte «**i Entfernung des Überzuges vom Handgriff.

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Auf der Betätigungsspindel 109 ist ein Gewinde 122 ausgebildet, das mit dem Gewinde 102 der Futterhülse 100 zusammenwirken kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Gewinde 122, 102 in Form eines Trapezgewindes ausgebildet, um einen Druckwiderstand gegen die Aufwärtsbewegung der Ventilspindel vorzusehen, wenn das Ventil unter Druck gesetzt wird. Zu dem gleichen Zweck ist die Spindel über ein beträchtliches Stück mit Gewinde versehen, um zu gewährleisten, daß die auf die Gewinde einwirkenden Kräfte über einen großen Bereich verteilt werden. Während gefunden wurde, daß Trapezgewinde für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sehr nützlich sind, können auch andere dem Fachmann bekannte Gewindeformen innerhalb des Rahmens der Erfindung in gleicher Weise Verwendung finden.

Wie die Figuren 1 und 3 zeigen, ist das innere Ende der Betätigungsspindel 109 verbreitert und wird durch eine im allgemeinen zylindrische Fläche 124 gebildet, die mit dem Schaftteil 126 der Spindel durch eine abgeschrägte Schulter 128 verbunden ist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Durchmesser der zylindrischen Fläche 124 etwas größer ist als der Kerndurchmesser des Gewindes 102. Wenn daher die Betätigungsspindel 109 aus der Stopfbuchsenmutter 92 zurückgezogen wird, wird ein Anschlag gebildet, in dem die Schulter 128 gegen die Schulter 130 der Futterhülse 100 stößt.

Wie Fig. 3 deutlich zeigt, ist das innere Ende der Betätigungsspindel 109 in Form von Schenkeln 132, 134 gegabelt, welche durch eine zylindrische Bohrung 136 begrenzt werden, die von einem im allgemeinen rechtwinkligen, axial gerichteten Schlitz 138 gekreuzt wird, der sich von der Bohrung 136 bis zum inneren Ende der Beßtigungsspindel erstreckt.

Die zylindrische Bohrung 136 verläuft im allgemeinen quer zur Achse 137 der Betätigungsspindel 109 und begrenzt zusammen mit dem Schlitz 138 eine Kammer 140 zur Aufnahme des einen Endes der Ventilnadel 72, wie nachstehend beschrieben wird.

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Die Ventilnadel 72 wird durch einen zylindrischen Teil 70, eine verbreiterte, im allgemeinen kugelförmige Fläche 144 am einen Ende und eine Spitze 146 am anderen Ende gebildet.

Wie die Figuren 1 und 3 zeigen, bildet die kugelförmige Fläche 144 der Ventilnadel 72 keine volle Kugel, sondern vielmehr eine Teilkugel. Das Ausmaß der kugelförmigen Fläche ist größer als eine Halbkugel, aber kleiner als eine volle Kugel. Innerhalb des Rahmens der Erfindung können kugelförmige Flächen von größerem oder kleinerem Ausmaß verwendet werden.

Der Durchmesser D (Fig. 3) der kugelförmigen Fläche 144 ist annähernd gleich dem Durchmesser D der zylindrischen Bohrung 136 in der Betätigungsspindel 109. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Breite B des Schlitzes 138 etwas größer als der Durchmesser des zylindrischen Teils 70 der Nadel 72, aber kleiner als der Durchmesser D der Bohrung 136. Wenn daher die zylindrische Fläche 144 innerhalb der zylindrischen Bohrung 136 und der zylindrische Teil 70 innerhalb des Schlitzes 138 angeordnet sind, wird eine im wesentlichen eine Linienberührung bildende Lagerzone zwischen der kugelförmigen Fläche 144 und der die zylindrische Bohrung 136 begrenzenden Wand hergestellt. Diese Linienberührung liegt in der Zeichnungsebene der Figuren 1 oder 3. '

Wenn die Ventilnadel 72 innerhalb des gegabelten Endes der Betätigungsspindel 109 angeordnet ist, kann sich die Betätigungsspindel relativ zur Ventilnadel freidrehen, wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich ist. Die zwischen der kugelförmigen Fläche 144 und der die zylindrische Bohrung 136 begrenzenden Wand hergestellte Linienberührung ermöglicht, daß auf die Ventilnadel durch die sich drehende Betätigungsspindel eine Schließkraft ausgeübt wird, während gleichzeitig die Reibung auf einem Mindestwert gehalten wird, um dadurch eine leichte relative-Drehung der Ventilnadel und der Betätigungsspindel zu ermöglichen. Die Ventilnadel gemäß der Erfindung dreht sich daher nicht, das heißt, der drehbare Vorschub der Betätigungs-

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spindel in die Stopfbuchsenmutter wird einen linearen Vorschub der Ventilnadel in den Ventilsitz erzeugen, ohne Drehung der Ventilnadel relativ zum Ventilsitz in dem Augenblick, in dem die Nadel und der Sitz einander berühren.

Der Sitz zwischen dem zylindrischen Teil 70 der Nadel 72 und den Teilen 64, 66, 68 ist ein Schiebesitz mit einer Toleranz von etwa 0,0125 mm, die zwischen diesen Teilen bei der bevorzugten Ausführungsform ausgebildet ist. Der zylindrische Teil 70 der Ventilnadel wird auf diese Weise geführt und relativ zur Achse des Ventilsitzes 30 derart ausgerichtet, daß die Spitze 146 der Ventilnadel in genauen Eingriff mit dem Ventil-φ sitz 30 gebracht wird. Andere ausgedrückt, die Achse der Ventilnadel 72 und die Achse des Ventilsitzes 30 fallen nahezu zusammen, wenn die Ventilnadel durch die Teile 64, 66 und 68 geführt wird.

Wenn zwischen der Ventilnadel und der Betätigungsspindel im wesentlichen eine Linienberührung hergestellt wird, wurde gefunden, daß auf die Ventilnadel durch die Ventilspindel eine beträchtliche Druckkraft ausgeübt werden kann, ohne übermäßige Abnützung der zusammenwirkenden Teile. Um die Reibung zwischen der Nadel und der Spindel noch mehr zu verringern, können die kugelförmige Fläche der Nadel und die die Spindelbohrung be-A grenzende Wand mit einem entsprechenden Schmiermittel überzogen werden, wie zum Beispiel Molybdän.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann mit einem Haltering 148 versehen werden, der von einer Umfangsausnehmung 150 der zylindrischen Fläche 124 der Betätigungsspindel aufgenommen wird. Wenn der Haltering 148 an seinem Platz angeordnet ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, dient derselbe dazu, die Ausdehnung der Schenkel 132, 1434 der Betätigungsspindel nach außen zu verhindern, wenn das Ventil unter dem Einfluß extrem hohen Drucks steht. Der Haltering 148 gewährleistet daher, daß die Berührung zwischen der Ventilnadel und der Betätigungsspindel längs einer Linie von beträcht-

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licher Länge erfolgt. Jede Ausdehnung der Schenkel 132, 134 nach außen würde offensichtlich die %nge der Berührungslinie zwischen der Betätigungsspindel und der Ventilnadel verringern, woraus sich die Konzentration der Kraft auf eine kleinere Lagerzone ergäbe. Eine solche Ausbildung würde daher die Reibung und Abnützung vergrößern sowie die Funktion des Ventils beeinträchtigen.

Der Dichtungsteil 66 dient dazu, das Lecken von Medium durch die Gegenbohrung 62 zu verhindern. Wenn eine Druckkraft auf die Druckfläche 84 der Ausrichtbuchse 68 durch die Stopfbuchsenmutter 92 zur Einwirkung gebracht wird, dehnt sich der Dichtungsteil 66 etwas aus in Dichtungseingriff mit der die Gegenbohrung 62 begrenzenden Wand und mit der Außenfläche des zylindrischen Teils 70 der Ventilnadel 72, so daß der obere Teil des Ventils gegen die Berührung mit den durch das Ventil hindurchgehenden Medien abgedichtet wird. Eine solche Druckkraft wird auf den Dichtungsteil 66 ausgeübt, wenn die Stopfbuchsenmutter 92 in das Ventilgehäuse mittels eines entsprechenden Schraubenschlüssels oder eines anderen Werkzeuges eingeschraubt wird.

Wenn der gewünschte Grad des Zusammendrückens des Dichtungsteils 66 erreicht ist, wird der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Halter 22 an seinem Platz fixiert, wobei die zwölfeckige Fläche 152 des Halters mit der sechseckigen Fläche 96 der Stopfbuchsenmutter in Eingriff kommt. Der Halter 22 verhindert daher die Drehung der Stopfbuchsenmutter 92 in einer Weise, daß die auf den Dichtungsteil 66 einwirkende Druckkraft vermindert wird. Eine Verminderung der Druckkraft auf den Dichtungsteil wird aber offensichtlich das Lecken von Medium durch die Gewinde der Stopfbuchsenmutter und der Betätigungsspindel fördern. Eine übermäßige Drehung der Stopfbuchsenmutter könnte überdies die Verbindung zwischen der Stopfbuchsenmutter und dem Ventilgehäuse in einem solchen Ausmaß schwächen, daß die Spindel und die Stopfbuchsenmutter unter dem Einfluß des Drucks im System zwangsläufig ausgestoßen werden.

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BADORlQiNAL

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Im Falle des Leckens vorbei am Dichtungsteil 66 längs der Wan'd der Gegenbohrung 62 bilden die Entlüftungskammer 90 und eine Entlüftungsbohrung 166 einen Durchlaß für Hochdruckmedium, das in die Atmosphäre austritt, um auf diese Weise die Ausübung einer übermäßigen Druckkraft auf die verschiedenen Ventilbe- ■ standteile zu vermeiden. Im Falle des Leckens längs der Außenfläche der Nadel 72 stellen Querschlitze 93, die im Ende der Stopfbuchsenmutter 92 und der Hülse 100 vorgesehen sind, eine Verbindung zwischen der Gegenbohrung 104, dem Durchlaß 78 und der Entlüftungsbohrung 166 her.

Die Spitze der Ventilnadel kann verschiedene Formen aufweisen. Die Ventilnadel 72 der Fig, 1 ist mit einer Spitze 146 versehen, welche durch eine konische Fläche 154 (Fig. 3) gebildet wird, die in Dichtungseingriff mit dem Ventilsitz 30 gebracht werden kann.

Innerhalb des Rahmens der Erfindung können andere Formen von Spitzen der Ventilnadel verwendet werden, und einige solcher Formen sind in den Figuren 6 bis 8 dargestellt.

Die in Fig. 6 gezeigte Ventilnadel ist mit einer Abschluß- und Regelspitze versehen. Die kegelstumpfförmige Fläche 156 der Fig. 6 bewirkt den Abschluß des Ventils, während die Pfropfenfläche 158 mit dem Ventilsitz 30 zusammenwirken kann, um die Strömung durch das Ventil in einer geregelten Weise zu beschränken.

Die Ventilnadel der Fig. 7 ist mit einer Meßspitze in Form einer verhältnismäßig langen kegelstumpfförmigen Fläche 160 versehen. Die Meßspitze kann mit dem Ventilsitz zusammenwirken, um eine veränderliche Strömung des Mediums durch das Ventil je nach dem Grad der Einführung der Meßspitze in den Ventilsitz zu erhalten.

Die Ventilnadel der Fig. 8 ist mit einer weichen Sitzspitze versehen, die aus einer kegelstumpfförmigen Fläche 162 und ei-

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nein weichen Sitzelement 164 besteht.

Alle Ventilnadeln der Figuren 6 bis 8 weisen ähnliche kugelförmige Flächen 144 und zylindrische Teile 70 auf. Diese Ventilnadeln sind daher mit der Betätigungsspindel 109 der Fig. 1 verträglich und können, je nach der gewünschten Nadel, leicht in das gegabelte Ende der Ventilspindel eingesetzt werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Zusammensetzen eines Nadeleventils, Unter. Bezugnahme auf die Figuren 1 und 4 sind die Verfahrensschritte gemäß der Erfindung folgende:

1. Die Anordnung eines Ventilgehäuses 20 mit Einlaß- und Auslaßbohrungen 24, 26 und einen zwischeijüenselben angeordneten Ventilsitz 30.

2. Die Anordnung einer Ventilbetätigungsspindel 109 mit einem gegabelten inneren Ende, welches durch eine zylindrische Bohrung 136 mit einem axial gerichteten Schlitz 138 begrenzt wird, der sich von der Bohrung zum inneren Ende der Betätigungsspindel erstreckt, wobei der Schlitz eine Breite aufweist, die etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung.

5, Die Anordnung einer Ventilnadel 72 mit einer Spitze 146 am einen Ende und einer verbreiterten kugelförmigen Fläche 144 am anderen Ende,

4. Die Anordnung der Ventilnadel und der Spindel nebeneinander (wie in Fig. 4 gezeigt ist), wobei der Mittelpunkt der kugelförmigen Fläche der Nadel längs der Achse der zylindrischen Bohrung in der Spindel angeordnet wird.

5. Das Vorschieben der kugelförmigen Fläche der Ventilnadel in die zylindrische Bohrung der Spindel.

6. Die Befestigung der Ventilspindel in dem Ventilgehäuse.

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BAD ORIGINAL

Innerhalb des Rahmens der Erfindung sollen auch berücksichtigtwerden der Verfahrensschritt der Anordnung eines Halteringes 148 auf dem gegabelten inneren Ende der Betätigungsspindel nach dem Vorschieben der Nadel in die Spindel, sowie der Verfahrensschritt des Überziehens der kugelförmigen Fläche der Nadel und/ oder der die zylindrische Bohrung der Spindel begrenzenden Wand mit einem Schmiermittel, bevor die Teile miteinander in Eingriff kommen.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung und ein Verfahren vor, die für die Bedienung eines Hochdruckventils geeignet sind.

Das Ventil enthält eine Nadel, die leicht ersetzt werden kann im Falle einer Beschädigung der Nadel oder in jenen Fällen, in welchen die Nadel durch eine Nadel von anderer Ausbildung ersetzt werden soll.

Die Konstruktion des Ventilgehäuses und der mit demselben zusammenwirkenden Nadel einschließlich der Ausrichtungs- und Abdichtungselemente, ergibt ein Ventil, das so ausgebildet ist, daß es für schwierige Anwendungen geeignet ist, bei welchen extremer Druck auftritt und bei welchen Widerstand gegen feuergefährliche oder korrodierende Medien erforderlich ist.

Die Ausrichtbuchse 68 und der mit derselben zusammenwirkende Dichtungsring 64 bewirken die genaue Ausrichtung der Ventilnadel relativ zum Ventilsitz. Die Ausrichtbuchse und der Dichtungsring wirken ferner mit dem Dichtungsteil 66 zusammen, um das Lecken von Medium in den Gewindebereich der Spindel des Ventils zu verhindern, wo eine Verunreinigung des Mediums erfolgen kann. Außerdem bilden die Ausrichtbuchse und der Dichtungsring eine Stütze für die Ventilnadel, welche das Zittern der Nadel unter dem Einfluß hohen Drucks eliminiert, wenn das' Ventil geöffnet ist.

Die mit der zylindrischen Bohrung der Spindel zusammenwirkende Kugel der Ventilnadel ermöglicht, daß durch die Spindel auf

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die IIadel eine beträchtliche Druckkraft ausgeübt werden kann ohne übermäßige Abnützung der Teile.

Falls die Nadel ersetzt werden soll, ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung eine leichte Entfernung der liadel, die durch eine identische liadel oder eine Nadel von abgeänderter Ausbildung ersetzt werden kann» Das Verfahren weist daher eine große Vielseitigkeit auf und die Bedienungsperson kann leicht die Ventilfunktion wählen, welche den besonderen Anforderungen entspricht, indem unter Anwendung des Verfahrens einfach die entsprechende Nadel angebracht wird.

Die konpakte Ventilausbildung ergibt einen störungsfreien Betrieb während eines ausgedehnten Zeitraumes. Das Ventil gemäß der Erfindung ist vom Hersteller für einen Arbeitsdruck von 4.200 kp/cm ausgebildet worden. Dies ist eine vorsichtige Bemessung der Fähigkeiten des Ventils.

Patentansprüche

BAD ORIGINAL. 109816/1295 -17-

Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 30. JUÜ 1970 VA// Name d. Anm. SNO-TRIK COMPANY

P A T E H I A N S P R Ü C H E

Λ,) Ventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz aufweist, welcher zwischen den Einlaß- und Auslaßbohrungen angeordnet ist, sowie eine Ventilbetatigungsspindel und eine Ventilnadel, die mit der Spindel verbunden ist und eine Spitze aufweist, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetatigungsspindel (109) ein gegabeltes Ende (132, 134) aufweist, welches eine Querbohrung (136) und einen Schlitz (138) begrenzt, wobei der Schlitz (138) eine geringere Breite als die Bohrung (136) aufweist, und daß die Ventil*nadel (72) mit einem erweiterten kugelförmigen Ende (144) versehen ist, das von dem gegabelten Ende (132, 1434) der Spindel (109) aufgenommen werden kann, wobei die Oberfläche des kugelförmigen Endes (144) mit der Wand der Bohrung (136) in Berührung steht.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (136) im allgemeinen zylindrisch ist und daß die Berührung zwischen der Bohrung und dem erweiterten kugelförmigen Ende (144) der Nadel (72) im wesentlichen längs einer Linie erfolgt.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Ausrichtungs- und Abdichtungselemente für die Ventilnadel, bestehend aus einem starren Dichtungsring (64), der eine Bohrung (74) aufweist, welche etwas größer ist als der Durchmesser der Nadel (72), aus einem an den Dichtungsring (64) angrenzenden Dichtungstell (66) und aus einer an den Dichtungstoil (66) angrenzenden, die Spindel ausrichtenden Buchse (68),

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die eine Bohrung (78) aufweist, welche etwas größer ist als der Durchmesser der Nadel (72).
4. Ventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Stopfbuchsenmutter (92), welche in das Ventilgehäuse (20) eingeschraubt ist und welche die Buchse (68) berühren und auf den Dichtungsteil (66) eine Druckkraft ausüben kann.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Afentilspindel (109) in eine mit Gewinde versehene Futterhülse (100) eingeschraubt ist, die in der Stopfbuchsenmutter (92) angeordnet ist.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltering (148) auf dem gegabelten Ende (132, 134) angeordnet ist, um ein Auseinanderspreizen des Endes zu verhindern, und daß das kugelförmige Ende (144) der Ventilnadel (72) innerhalb der Bohrung (136) angeordnet ist.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel (109) mit einem Trapezgei/inde (122) versehen ist.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine abgeschrägte Meßspitze (16O) der Nadel. m
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine weiche Sitzspitze (162, 164) der Nadel.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Abschlußspitze (146) der Nadel.
11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7» gekennzeichnet durch eine Abschluß- und Riegelspitze (156, 158) der Nadel.
12. Verfahren zum Zusammensetzen eines Nadelventils, das ein Ventilgehäuse mit Einlaß- und Auslaßbohrungen und einen

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BAD ORIGINAL

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zwischen denselben angeordneten Ventilsitz aufweist, sowie eine Ventilbetätigungsspindel und eine Ventilnadel, die mit einer Spitze versehen ist, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel (109) mit einem gegabelten Ende (132, tk) versehen wird, welches eine Querbohrung (136) und einen Schlitz (138) begrenzt, wobei der Schlitz (138) eine geringere Breite als die Bohrung (136) aufweist, daß die Nadel (72) mit einem erweiterten kugelförmigen Ende (144) versehen wird, daß die Nadel (72) und die Spindel (109) nebeneinander angeordnet werden, wobei der Mittelpunkt des kugelförmigen Endes (144) auf der Achse der Bohrung (136) liegt, daß das kugelförmige Ende (144) in die Bohrung (136) vorgeschoben wird und daß die Spindel (109) im Ventilgehäuse (20) befestigt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltering (148) auf dem gegabelten Ende (132, 134) der Spindel (109) angeordnet wird, nachdem die Nadel (72) in die Spindel (109) vorgeschoben ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Ende (144) der Nadel (72) und die die Bohrung (136) der Spindel (109) begrenzende Wand mit einem Schmiermittel überzogen werden.

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