DE2201817C2 - Druckmittelbetätigtes Hubventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes Hubventil gemäß Oberbebriff des Hauptanspruchs.

Ein derartiges Hubventil ist bereits aus der" US-PS 14 008 bekannt, bei dem ein kolbenförmiger Absperrkörper in einer zylindrischen Buchse des Gehäuses verschiebbar geführt ist. Unterhalb des Ventilsitzes setzt bei dem bekannten Hubventil eine Steuerleitung für ein Steuerventil an, dessen andere Leitung in eine über dem kolbenförmigen Absperrkörper gebildeten Steuerkammer mündet. Die Mantelfläche des bekannten Absperrkörpers weist eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut auf, in der ein Dichtring in Form eines üblichen O-Ringes eingelegt ist. Ein Nachteil des bekannten Ventils liegt darin, daß der in die Ringnut des Absperrkörpers eingelegte Dichtring keinerlei Führungsfunktion ausübt, so daß sich der Absperrkörper beim Abheben vom zugehörigen Ventilsitz leicht verkantet und die Öffnungsbewegung unter unangenehmer Geräuschentwicklung erfolgt. Dieses Klappern des Absperrkörpers führt außerdem zu einem übermäßigen Verschleiß der Führungsbuchse und damit auf die Dauer zu Beschädigungen des Ventils.

Aus der CH-PS 4 78 364 ist ferner bereits ein Dichtungs- und Führungsring mit abgeschrägten Außenflächen und zylindrischer Bohrung bekannt, der zur Führung einer Kolbenstange sowie zum Einpressen eines O-Ringes dient Der O-Ring wird von der an einem Ende des keilförmigen Ringes vorgesehenen Keilfläche in eine Dichtungsnut gepreßt, wenn auf das ajidere Ende des keilförmigen Ringes eine axial wirkende Kraft ausgeübt wird. Ein Nachteil der bekannten Dichtung liegt darin, daß der auf der Keilfläche des Führungsringes liegende Dichtring nicht gleichzeitig die Wandung des Führungsringträgers und die Nut des Dichtringes abzudichten vermag, so daß bei Anwendung auf ein Hubventil der beanspruchten Art kein geschlitzter keilförmiger Führungsring zulässig wäre. Da außerdem der Führungsring den Dichtring nur dann dichtend in eine Ringnut preßt, wenn ein aufgeschraubter Stopfring oder eine Stopfbuchse die hierfür notwendige axiale Kraft aufbringt ist eine zeitweilige Entlastung des Dichtringes und des Führungsringes nicht möglich. Bei Anwendung auf ein Hubventil würde dies bedeuten, daß der Absperrkörper nicht bewegbar wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein druckmittelbetätigtes Hubventil gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs dahingehend weiterzubilden, daß der Absperrkörper unter gleichzeitiger Abdichtung einer Steuerkammer in einer zylindrischen Buchse des Gehäuses vom Ventilsitz abhebbar ist

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale.

Dadurch wird erreicht daß die Dichtwirkung und die Führungswirkung voneinander getrennt sind, so daß die Dichtwirkung ausschließlich von einem eingelegten Dichtring, beispielsweise einem O-Ring, übernommen wird, während der keilförmige Ring ausschließlich zur Führung des Absperrkörpers dient Letzterer kann daher auch geschlitzt ausgeführt sein. Bei Druckentlastung des Dichtringes liegt der keilförmige Ring außerdem locker in der zugehörigen Nut, so daß der Absperrkörper in der zylindrischen Buchse leicht bewegbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen in der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel.

Fig.2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den von dem Kreis 2 in F i g. 1 umgebenen Bereich.

F i g. 1 zeigt ein Hubventil 10 mit einem Gehäuse 12, das einen Auslaß 16, einen Einlaß 14, einen Ventilsitz 18, eine Buchse 20 mit Mittelbohrung 22 und einen in der Buchse 20 verschiebbaren Absperrkörper 24 sowie ein Steuerventil 26 aufweist An der Wand des Gehäuses 12 liegt eine Sitzeinlage 28 dichtend an, die den Ventilsitz 18 bildet. Die Buchse 20 hat eine Außenschulter 30, die an einer nach innen gerichteten Schulter 32 des Gehäuses 12 anliegt, wenn sich die Buchse 20 in der richtigen Lage befindet. Zwischen der Buchse 20 und einem Deckel 36 sowie zwischen dem Gehäuse 12 und der Buchse 20 ist ein Dichtungsring 34 eingelegt.

Schrauben 37 befestigen den Decke! 36 am Gehäuse 32,

Der Absperrkörper 24 hat einen elastischen, mit dem Ventilsitz 18 in Berührung bringbaren Ring 38, der mittels einer Scheibe 40 und einer Schraube 42 am Absperrkörper 24 befestigt ist. Der Absperrkörper 24 ist in der Mittelbohrung 22 der Buchse 20 verschiebbar angeordnet und dient zur Steuerung des Fluidstroms durch den Ventilsitz 18 bzw. da das Hubventil 10 ein Druckentlastungsventil ist, zum Ablassen von Fluid. Der Absperrkörper 24 wird von einer Feder auf den Ventilsitz 18 gedrückt Eine in die dem Ventilsitz 18 gegenüberliegende Wandung des Absperrkörpers 24 geschraubte Schraube 46 wird so eingestellt, daß sie durch die Berührung mit der Unterseite des Deckels 36 den Hub bzw. das öffnen des Absperrkörpers 24 begrenzt Ein in den Absperrkörper 24 eingesteckter Stift 48 sichert die Schraube 46 vor Verdrehung.

Im Betrieb wird unter Druck stehendes Fluid am Einlaß 14 über einen Stutzen 50 und eine Leitung 52 dem Steuerventil 26 zugeführt Ein Druckmittel, welches das dem Steuerventil 26 über die Leitung 52 zugeführte Fluid sein kann, wird über eine Leitung i»i in eine Steuerkammer 54 geleitet die von dem Deckel 36, der Mittelbohrung 22 und der Wandung des Absperrkörpers 24 begrenzt wird. Ist der Druck am Einlaß 14 kleiner als ein vorgegebener Ablaßdruck, so wird der Absperrkörper 24 auf dem Ventilsitz 18 gehalten. Wenn der Druck hingegen den vorgewählten Druck übersteigt so öffnet das Steuerventil, um dadurch eine Druckentlastung in der Steuerkammer 54 herbeizuführen, wobei die Entlastung über das Steuerventil 26 und über eine Ablaßleitung 56 zu einem Anschluß 58 erfolgt der an den Auslaß 16 des Gehäuses 12 angeschlossen ist Ist der Druck in der Steuerkammer 54 abgesenkt, so übersteigt schließlich der von unten auf den Absperrkörper 24 wirkende Druck die Kraft der Feder 44 und den Druck in der Steuerkammer 54, wodurch der Absperrkörper 24 vom Ventilsitz 18 abhebt und den Einlaß 14 freigibt

Bei Verringerung des Druckes im Einlaß 14 unter einen vorgegebenen Ablaßdruck wird erneut Druckmittel vom Steuerventil 26 in die Steuerkamme,· 54 geleitet und der Absperrkörper 24 auf den Ventilsitz 18 gepreßt, um das Hubventil zu schließen.

Die Bewegung des Absperrkörpers 24 soll durch einen keilförmigen Ring 60 in Abhängigkeit von dem Druck des Druckmittels in der Steuerkammer 54 stabilisiert werden. Der keilförmige Ring 60 liegt in einem kegelförmigen Rereich einer im Umfang des Absperrkörpers 24 eingestochenen Nut Die Nut besitzt ein sich von der Steuerkammer 54 nach außen erweiternden konischen Abschnitt 62 und einen daran anschließenden zylindrischen Abschnitt 64, in den ein Dichtring 66 eingelegt ist Der Dichtring 66 liegt somit auf dem breiten Ende des keilförmigen Ringes 60 und dichtet die Wand der Mittelbohrung 22 sowie den zylindrischen Abschnitt 64 des Absperrkörpers 24 ab, so daß der Druck des Druckmittels auf fan keilförmigen Ring 60 wirkt und diesen in Berührung mit dem konischen Abschnitt 62 der Nut und der Wandung der eo Mittelbohrung 22 preßt, wie dies in Fig,2 angedeutet ist F i g. 2 zeigt daß der keilförmige Ring 60 eine äußere Zylinderfläche, eine innere Zylinderfläche, eine ebene Stirnfläche und eine konische Fläche aufweist Da der Ring 60 in Zusammenhang mit dem Dichtring 66 verwendet wird, sichert die bessere Steuerung des inneren Durchmessers mit der inneren zylindrischen Fläche einen besseren Einschluß des Dichtringes 66, so daß dieser bei Beaufschlagung mit Druckmittel nicht entlang dem keilförmigen Ring 60 herausgedrückt wird.

Der keilförmige Ring 60 besteht aus einem Material, dessen statische und dynamische Reibungskoeffizienten so nahe wie möglich beieinander liegen. Zu diesem Zweck haben sich beispielsweise Nylon und Polytetrafluorethylen als geeignet erwiesen. Bei einem Ablaßventil, daß auf 56,2 bar eingestellt war und bei dem ein Absperrkörper einen Durchmesser von 10,15 cm und eine Länge 15,24 cm hatte, ergaben Versuche mit einem Polytetraßuorethylen-Keilring von 15" einen Widerstand des Dichtringes von 23,6 kr des keilförmigen Ringes von 73,5 kg. in einem derartigen Ventil betrag die Druckreduzierung in der Steuerkammer in Abhängigkeit vom Einlaßdruck etwa 30%, was mittels bekannter Steuerventile leicht beherrschbar ist Bei einem anderen Hubventil mit einem Druck von 56,2 bar und mit einem Absperrkörper, der einen Durchmesser von 2032 cm und eine Länge von 2032 cm hatte, wurde ein Dichtring mit einer Querschnittsfläche von 1,774 cm² verwendet wobei der Widerstand des Dichtringes 77,1 kg und der des Polytetrafluorethylen-Keilringes mit 15° Schrägung 907 kg betrug. Die erhaltene Verringerung des Steuerkammerdruckes lag bei 35%. Wurde in einem gleichen Ventil ein Dichtungsring mit einer Querschnittsfläche von 0,90 cm² verwendet so betrug dessen Widerstand 47,6 kg und der des keilförmigen Ringes 544 kg, wodurch man eine Verringerung des Betriebsdruckes in der Steuerkammer von 30% erhielt

Zur Überprüfung der kritischen Keilform wurden mit den vorstehend beschriebenen Hubventilen Versuche unternommen. So wurde für eine Woche lang ein Fluiddruck von 703 bar aufrechterhalten und wenn der Druck in der Steuerkammer abgesenkt wurde, so bewegten sich ihre Absperrkörper durch Aufbringen eines Einlaßdruckes von 0,21 bar, was bei üblichen Kolbenventilen ohne Keile üblich ist.

Bei der Untersuchung der kritischen Keilform spielte die Wahl des Materials für den keilförmigen Ring 60 eine Rolle. Bei Stoffen, die einen hohen Reibungskoeffizienten haben, ergibt ein kleiner Schrägungswinkel des keilförmigen Ringes 60 eine kritische Keilform oder ein Festsetzten des Absperrkörpers 24 in der Buchse 20, wenn der gesamte Steuerkammerdruck aufgebracht ist

E* wurde ein Ablaßventil unter Bedingungen geprüft, bei denen Klappern auftrat Wenn der Absperrkörper eines derartigen Ventils gegen einen erfindungsgernäßen Absperrkörper mit keilförmigen Ring ausgewechselt wurde, so wurde erneut versucht, ein Klappern des Absperrkörperi zu erreichen, was jedoch auch in wiederholten Ve, suchen nicht möglich war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Druckfnittelbetätigtes Hubventil mit einem kolbenförmigen Absperrkörper, der in einer zylindrischen Buchse des Gehäuses verschiebbar geführt ist und dessen dem Ventilsitz abgewandte Stirnfläche eine Wandung einer mit Druckmittel beaufschlagbaren Steuerkammer bildet, wobei in der Mantelfläche des Absperrkörpers eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut mit einem Dichtring Ό vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Nut besteht aus einem in Richtung auf die Steuerkammer konisch sich erweiternden Abschnitt (62) und einen sich daran anschließenden zylindrischen Abschnitt (64);

b) in der Nut ist ein Ring (60) angeordnet, dessen Querschnitt sich zusammensetzt aus einem entsprechend dem konischen Abschnitt (62) der Nut geformten keilförmigen Teil und einem sich hieran anschließenden zylindrischen Teil mit einer senkrecht zur Symmetrieachse liegenden Endfläche;

c) der Dichtring (66) ist im zylindrischen Abschnitt (64) der Nut derart angeordnet, daß er bei Beaufschlagung durch das- Druckmittel gleichzeitig an der Innenfläche der Buchse (20), dem Grund der Nut und der Endfläche des Ringes (60) anliegt

2. Hubventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii der keilförmige Ring (60) aus einem elastischen Material btsteht

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der keilfö mige Ring (60) aus Polytetrafluorethylen besteht.

4. Hubventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Ring (60) aus Nylon besteht.

5. Hubventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der statische und -»o dynamische Reibungskoeffizient des Materials für den keilförmigen Ring (60) etwa gleich sind.

6. Hubventil nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Ring (60) eine Schrägung von 10° bis 20° hat. «

7. Hubventil nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Ring (60) eine Schrägung von 15° hat.