DE2342448A1

DE2342448A1 - Schieberventil mit rollenlagerung

Info

Publication number: DE2342448A1
Application number: DE19732342448
Authority: DE
Inventors: Joseph T Abdo
Original assignee: Scitech Corp
Current assignee: Scitech Corp
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1973-08-22
Publication date: 1975-03-20

Description

Dipl. !ng. H. Hauck - DW Pnys. W. S-hmftz

Dip! Ing. E. Graalts - Dip*. Ir 3. '.V. Wehnert

8 München 2. MezBrtsSttiBe 25

Telefon 5580586

Scitech Corporation

5251 West Imperial Highway

Los Angeles, California 9oo45, USA 2o. August 1973

Anwaltsakte M-2788

Schieberventil mit Rollenlagerung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei hohen Drücken bewirken bekanntlich die auf den Schieber ausgeübten Kräfte eine Schwergängigkeit des Schiebers, wenn nicht durch besondere Betätigungseinrichtungen die Reibung des Schiebers; im Ventilgehäuse und der Dichtungen an dem Schieber oder dem Ventilgehäuse überwunden wird. Solche Betätigungseinrichtungen können! entweder hydraulische oder elektrische Einrichtungen oder lange Hebel sein.

Während Lager zwischen Schieber und Ventilgehäuse zwar die notwendigen Kräfte zum Betätigen des Schiebers vermindern, indem die Rei^- bung zwischen Schieber und Ventilkörper vermindert, wird, und die ; Kräfte besser verteilt werden, bringen solche Lager, nämlich Kugel-

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oder Rollenlager, auch Herstellungsprobleme mit sich und in einigen Fällen erzeugen die Lager selbst Reibung, die überwunden v/erden muß» Während es im allgemeinen möglich ist, den Schieber in der Ventilkammer zwischen den Dichtungen und den Entlastungsdichtungen gängig zu halten, 1st die Anordnung der Dichtungen und Plunger bei vielen Vorrichtungen aufwendig und die Dichtreibung um ein Vielfaches höher. Das Problem ergibt sich besonders bei Ventilen, die unter hohem Druck arbeiten, nämlich dann, wenn die

; Durchflußrichtung derart ist, daß ein Kräftepaar erzeugt wird, das zu einem Verkanten des Schiebers in der Ventilkammer führen

! kann.

; Die Aufgabe, ein solches Verkanten zu verhindern, ist durch die

, in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist der Schieber leicht beweglich. Ebenso ist ein Ventil der vorgenannten Art leicht herzustellen. Daher können einfache Betätigungseinrichtungen verwendet werden, und das ganze Ventil ist verhältnismäßig billig, leistungsfähig und leicht manuell oder automatisch zu bedienen.

Der Hauptreibungswiderstand entsteht hierbei durch den Druck, der auf die rohrförmigen Dichtelemente ausgeübt wird, so daß ihre Stirnflächen dicht an der dazu relativ beweglichen Fläche des Gegenstückes anliegen. Da die Reibung solcher Dichtungen eine Funktion des Strömungsmitteldruckes ist, können die Dichtungen derart

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ausgebildet sein, daß diese Reibung bei verschiedenen Druckbedingungen vermindert wird.

Der Schieber ist bei der erfindungsgemäßen Lösung durch Rollenlager neben den Enden des Schiebers in der Ventilkammer gelagert, wobei die Rollenlager in Ebenen senkrecht zur Schieberbewegung und senkrecht zur durch die Dichtungselemente auf den Schieber ausgeübten Kraft tätig sind. Diese Lagervorrichtungen können Wälzlager sein, die für eine lineare Bewegung des Schiebers einen Rollwagen bilden. Solche Lagervorrichtungen lagern im wesentlichen den Schieber in einem Abstand zu den Seitenwänden des Ventilgehäuses, die die Ventilkammer bilden. Dabei setzen die Lagervorrichtungen trotz der beträchtlichen großen Kräfte, die den Schieber auf eine Seitenwand des Ventilkörpers drücken, möglichst wenig Widerstand einer Bewegung entgegen. Diese Kräfte von mehreren tausend Kiloponds, die vom Flüssigkeitsdruck stammen, wirken bei geschlossenem Ventil auf eine Schieberfläche, die durch die Querschnittsfläche des Durchganges durch das rohrförmige Dichtungselement in der Einlaßöffnung gegeben ist. Durch die steigende Verwendung relativ hoher Drucke von mehr oder weniger als looo bis 4ooo at in Flüssigkeitssystemen kommt der Verminderung der Reibung, die durch die auf den Schieber ausgeübten Kräfte bewirkt wird, immer mehr Bedeutung zu.

An Ausführungsbeispielen und anhand der beiliegenden Figuren soll nun die Erfindung näher erläutert werden. Es stellt dar:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schieberventil,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teil aus einem Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1 mit einem oberen Rollenlager,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 1 mit Dichtungselementen,

Fig. 5 einen Querschnitt mit abgeänderter Rollenlagerung, und Fig. 6 einen Querschnitt mit einer weiteren Rollenlagerung.

Wie aus den Fign. 1 bis 4 zu ersehen, besteht das erfindungsgemäße Schieberventil aus einem Ventilgehäuse 1 von allgemein rechteckiger Form, einer inneren Ventilkammer 2, einem darin befindlichen vor- und zurückschiebbaren Schieber 3 und einer Betätigungseinrichtung mit einem Hebel 4, mit der der Schieber in bestimmte Stellungen gebracht werden kann. Bei diesem Schieberventil weist das Ventilgehäuse 1 einen Boden 5 und Seitenwände 6 und 7 auf und besteht z.B. aus einem Gußteil, auf dem ein Deckel 8 mittels geeigneter Befestigungen 9 angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Dekkel 8 und den Seitenwänden 6 und 7 geeignete Dichtungen befinden.

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Die Erfindung bezieht sich auf Ventile, bei denen für den Strömungsmitteldurchfluß durch das Ventil rohrförmige Dichtungselemente verwendet werden, deren dichtende Stirnflächen gleitend an gegenüberliegenden Dichtflächen des Schiebers anliegen. Die Strömungsdurchgänge und Dichtungen lassen sich so anordnen, daß sie alle Anforderungen bezüglich Steuerung des Durchflusses erfüllen, die an solche Schieberventile oder an Magnetventile gestellt werden, die jedoch komplizierter und weniger wirksam sind.

Das hier beschriebene Ventil weist an gegenüberliegenden Seiten des Ventilgehäuses, nämlich in den Seitenwänden 6, eine Einlaßöffnung \ 11 und eine Auslaßöffnung 12 auf, wobei zusätzliche Öffnungen für ; 'andere Durchflüsse vorgesehen sein können. Der Schieber weist mindestens einen Durchgang 15 und, wie gezeigt, einen anderen Durchgang 16 auf, die in einem dem Abstand der Öffnungen im Ventilkör- ·

per entsprechenden Abstand voneinander liegen, so daß bei Ausrich-; tung der Durchgänge mit den Öffnungen durch eine Längsbewegung des Schiebers 3, wie in Fig. 4 gezeigt, Strömungsmittel vom Einlaß

11 zum Auslaß 12 fließen kann. !

In jeder Öffnung 11 und 12 befindet sich ein rohrförmiges Dich- j tungsteil 2o mit einem in einer Bohrung 22 liegenden Rohrstück 21, und mit einem ringförmigen, aufgeweiteten Ansatz 23, der in einer j erweiterten Bohrung 24 liegt, wobei der Ansatz 23 mit seiner Stirnjf lache 25 gleitb, ar und dichtend an der gegenüberliegenden Anlagefläche des Schiebers 3 anliegt. Eine ringförmige Dichtung 26 ist ^; zwischen derBohrung 24 und dem Rohrstück 21 gelegen und zwischen

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zwei Stützringen 27 gehalten. In der Bohrung 22 befindet sich eine Schraubenfeder 28, die am Bohrungsende und am inneren Ende des Dichtungsteiles 2o anliegt, um eine Vorspannung für ein anfängliches dichtes Anliegen der Stirnfläche 25 am Schieber 3 zu vermitteln. Die Dichtungsteile 2o haben ein Spiel in den Bohrungen 22 und 24, so daß sie sich in den Bohrungen bewegen können, wobei

^; diese Bohrungen noch hinreichend lang bezüglich der Länge des Rohrstückes 21 und des Ansatzes 23 sind, damit sich die Dichtungsteile axial bewegen können, ohne daß bei einer Längsbewegung des

j Schiebers oder bei einer seitlichen Bewegung zwischen den Dichtuni

j gen die dichte Anlage zwischen der Stirnfläche 25 am Schieber 3 gestört ist, wie später noch beschrieben wird.

Im wesentlichen ist der Schieber 3 zwischen den gegenüberliegenden

Dichtungsteilen 2o derart angeordnet, daß die vom Druck der Flüssigkeit und der Federn 2 8 axial ausgeübten Kräfte auf die Dichtungsteile 2o versuchen, den Schieber 3 in der Ventilkammer seitlich zu verschieben und zu verkanten. Es sind diese Kräfte, die bei den herkömmlichen Ventilen Probleme in der Betätigung des Schiebers hervorrufen. Falls der Schieber direkt auf den Innenflächen des [ Ventilkörpers geführt wird, ist der Reibungswiderstand bei gebräuch-S liehen Drücken so groß, daß für die erforderlichen Kräfte zum Bej wegen des Schiebers komplizierte und kraftvolle Betätigungseinrichtungen notwendig werden. In einigen Fällen bringen gerade Lagervorrichtungen Fortschritte in dem Problem, aber solche Vorrichtungen in dem Ventil können kompliziert und teuer sein.

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Daher befaßt sich die Erfindung mit der Lagerung des Schiebers innerhalb der Ventilkammer. Es ist eine Rollenlagerung an den Enden des Schiebers vorgesehen, die einen Kontakt des Schiebers mit den gegenüberliegenden Seitenwänden des Ventilkörpers verhindert und die die auf den Schieber in einer Richtung senkrecht zu den gedachten Lagerebenen ausgeübten, seitlichen Kräfte aufnimmt.

In der Ausführungsform der Fign. 1 und 2 ist die Lagerung mit B bezeichnet, und sie weist zwei obere Rollen- oder Kugellagervor- ' richtungen 3o auf, die auf Achsen 31 an den gegenüberliegenden Enden des Schiebers angeordnet sind, und zwei untere Rollen- oder Kugellagervorrichtungen 32, die ebenfalls auf den Achsen 31 angeordnet sind. Die Lagervorrichtungen 3o und 32 sind zwischen den gegenüberliegenden inneren Seitenwänden 6a des Ventilkörpers 1 gelegen, und die oberen Lagervorrichtungen 3o weisen für den Eingriff an sich längs erstreckenden, horizontalen Schultern 6b an den Seitenwänden 6a einen größeren Durchmesser als die Lagervorrichtung 32 auf, um den Schieber 3 vertikal zu stützen. Wie aus Fig. 3 zu ersehen, weist die Lagervorrichtung 3o einen inneren Laufkranz 33, der am Ende der Achse 31 durch einen Halter 34 befestigt ist, und einen äußeren Laufkranz 35 auf, wobei Kugeln 36 zwischen den Laufkränzen 33 und 35 liegen. Der äußere Laufkranz 35 liegt an der Schulter 6b an, so daß die Lagervorrichtung 3o so-fwohl als Druck- als auch als Drehlager dient.

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So eine Lagervorrichtung ist einfach und leicht einzubauen, und
vermindert erheblich die für eine Betätigung des Schiebers notwendige Kraft. Daher kann eine einfache Betätigungseinrichtung verwendet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Betätigungseinrichtung am Deckel 8 angeordnet. Sie weist einen Hebel 4 auf,
der auf einem Bolzen 38 in einer öffnung 39 in einer Platte 4o
drehbar ist, die in geeigneter Weise lösbar auf dem Deckel 8 mittels Befestigungen 41 angebracht ist. Eine Dichtmembran 42 ist mit ihrem äußeren Rand zwischen der Platte 4o und dem Deckel 8 und mit ihrem inneren Rand zwischen einer Schulter am Hebel 4 und einem
Spannring 5o mittels einer Mutter 43 eingeklemmt, die auf den Hebel 4 geschraubt ist. An seinem inneren Ende weist der Hebel 4
einen Arm 4a auf, der eine zwischen Vorsprüngen 45 auf dem Schieber gelegene Rolle 44 aufweist, wodurch ein Schwenken des Hebels 4 ι den Schieber 3 in Längsrichtung in seine verschiedenen Stellungen
bewegt, die durch die Anordnung der Strömungsdurchgänge im Ventil
gegeben sind. |

!In Fig. 5 ist eine abgeänderte Lagervorrichtung dargestellt, bei !

der anstelle einer einzigen oberen Rolle und einer einzigen untereji

ι Rolle die Lagereinrichtung B zwei kleinere, obere Rollen 3o' und '.

zwei kleinere, untere Rollen 32', die auf zwei Achsen 31' angeordnet sind, aufweist. Im übrigen stimmt der Aufbau und die Wirkungs-i

i weise dieser Ausführungsform mit der vorhergehenden überein, und j

i die oberen Rollen 3o' bilden auch Schublager, die den Schieber 3 1

auf den Schultern 6b der Seitenwände 6 des Ventilkörpers 1 aufhän-:

gen. :

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Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 6 gezeigt, bei der die La+- gervorrichtungen B allseitig zwischen den Seitenwänden 6a des Ventilkörpers und dem Schieber 3 angeordnet sind, und wobei die bela-

steten Rollelemente einen gleichmäßigen Kontakt mit den Seitenwän-'

i den aufrecht erhalten, wenn die Kräfte den Schieber 3 in der Ven-

tilkammer zu verkanten suchen. In dieser Ausführungsform liegen
ringförmige Kugellagereinrichtungen 3ο¹¹ und 32'' vor, wobei die
Kugeln entweder am gegenüberliegenden Ventilkörper oder an den
Schieberwänden angreifen. Der Kugellagerkäfig steht allseitig mit

einem Kugelhalter 3oa in Eingriff, der in einem Kugelsitz 3ob im

lager
!Schieber eingreift. In dieser Aus führungs form ist ein Wälzjcissen

3oc zwischen dem Schieber und dem Boden 8 des Ventilkörpers gelegen, da die Lagervorrichtung B eine Berührung des Schiebers mit dem Bo-!

ι den 5 des Ventilkörpers 1 nicht verhindert. Während in der darge- j stellten Form die Abstützung 3o c im Schieber angeordnet ist, kann) ebenso gut das umgekehrte der Fall sein.

Damit ist gezeigt, daß die erfindungsgemäße Lagerung an den Enden
des Schiebers die durch den Druck der Flüssigkeit und durch die Fet dem 28 an den Dichtu^ngsteilen 2o ausgeübte seitliche Belastung
des Schiebers aufnimmt, so daß der Schieber sich nicht um seine
Längsachse oder dazu senkrechte Achse verkanten kann und an den
Wänden des Ventilkörpers eingeklemmt wird, wobei die Lagervorrichtung eine Gabel um die Dichtungsteile bildet, an denen die zu eineii

Verkanten führenden Kräfte angreifen. ■

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Claims

- Io - Patentanwälte ■gem*onfc-DiDl lno. H. Hauck - Dip! pnys. W. Schmhz ; Dipt ir.o. t. Graalis - Du=I. kg. ·'·'· Wahnert 8 München 2. Μοπ ιίίΐ^Ββ 2δ Telefon 558 0586 Seitech Corporation ■5251 West Imperial Highway Los Angeles, California 9oo45, USA 2o. August 1973 ι Anwaltsakte M-2788 P aten t an spr ü ehe

1.) Steuerventil, bestehend aus einem Ventilgehäuse mit einer langgestreckten, geschlossenen Ventilkammer und öffnungen für Ein- und Auslässe, einem länglichen, in Längsrichtung verschiebbaren Schieber innerhalb der Ventilkammer, wobei der Schieber in Längsrichtung angeordnete, auf Abstand gehaltene Öffnungen aufweist, Dichtungen zwischen Ventilgehäuse und Schieber mit rohrförmigen Dichtungselementen, die die öffnungen des Ventilgehäuses oder des Schiebers mit an dieser Öffnungsseite ebener Anlagefläche umschließen, wobei jedes Dichtungselement eine Ebene, an dieser Anlagefläche angreifende Stirnfläche für die Steuerung des Durchflusses durch den Schieber hindurch aufweist, und jedes Dichtungselement außerdem mit seiner anderen Stirnfläche dem Druck in seiner öffnung ausgesetzt ist, so daß auf das Dichtungselement eine Kraft zum Andrücken seiner ebenen Stirnfläche an die ebene Anlagefläche ausgeübt wird, und einer Betätigungs-

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einrichtung zum Verschieben des Schiebers innerhalb der Ventilkammer, um den Durchfluß durch die öffnungen zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) sich längs in der Ven-j

I tilkammer (2) erstreckende und dem Schieber (3) gegenüberliegend de Lagerflachen (6a, 6b) aufweist, die senkrecht zu der über die Dichtungselemente (2o) auf den Schieber wirkenden Kraft liegen, daß Lagervorrichtungen (B) zwischen den Lagerflächen und dem Schieber vorgesehen sind, daß die Lagervorrichtungen auf seitlichem Abstand an den gegenüberliegenden Öffnungsseiten von Venti] gehäuse und Schieber gehalten sind, um den Schieber gegen ein Verkanten um eine Längsachse oder eine dazu senkrechte Achse innerhalb der Ventilkammer und ein Verklemmen mit dem Ventilgehäu se zu sichern.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtungen (B) Rollenlager an· gegenüberliegenden Enden des Schiebers aufweisen.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da£J die Rollenlager allseitig am Schieber angeordnet sind und sich an den Lagerflächen auf den gegenüberliegenden Seitenwänden des Ventilgehäuses abstützen und daß die Rollenlager den Schieber in einem Abstand über dem Boden (5) des Ventilgehäuses halten.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenlager Rollenpaare an gegenüberliegenden

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Enden des Schiebers aufweisen und in Eingriff an den Lagerflächen auf den gegenüberliegenden Seitenwänden des Ventilkörpers stehen.

J5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenlager gegenüberliegende Paare von Rollen

j an den gegenüberliegenden Enden des Schiebers aufweisen, wobei ein Paar an den Lagerflächen der einen Seitenwand des Ventilgehäuses und das andere Paar an den Lagerflächen der anderen Seitenwand des Ventilgehäuses angreift.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung Kugellager an den gegenüberliegenden Enden des Schiebers aufweist, die in Eingriff mit den gegenüberliegenden Seitenwänden des Ventilgehäuses liegen.

. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenlager einen um einen inneren Laufkranz (33) drehbaren äußeren Laufkranz (35) aufweisen, wobe,i der äußere Laufkranz an den Lagerflächen anliegt.

. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Laufkranz am Ventilgehäuse angreift, wo bei das Ventilgehäuse eine sich unterhalb des äußeren Laufkranzes in Längsrichtung erstreckende Schulter aufweist, in die der äußere Laufkranz eingreift, um ein Aufsetzen des Schiebers auf den Boden des Ventilgehäuses zu verhindern.

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