DE2038058A1 - Hochdruckventil - Google Patents
HochdruckventilInfo
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Description
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,
109815/1295 "4~
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-
1098 157 1295
2Ü38US8
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.
S mh 109815/1296 - 13 -
BADORlQiNAL
2U38ÜS8
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-
109815/1295
- 14 ~
2Ü38Ü58
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.
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Claims (14)
- Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KölnAnlage Aktenzeichenzur Eingabe vom 30. JUÜ 1970 VA// Name d. Anm. SNO-TRIK COMPANYP A T E H I A N S P R Ü C H EΛ,) 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),S 89/3 1098 15/1295 - 18 -2U38ÜS8die 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 einenS 89/3 10 9 8 15/1295 ΒΑΛ ΛΛ - 19 -BAD ORIGINAL2U38US8zwischen 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.S 89/3 109815/1295 " 20Leerseife
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