DE2424148A1

DE2424148A1 - Gasdichtes ventil fuer hoechste druecke und hohe thermische schockbeanspruchung

Info

Publication number: DE2424148A1
Application number: DE2424148A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kaufmann; Ernst Dipl Ing Leisner; Wolfgang Ulbricht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1974-05-17
Publication date: 1975-12-04
Also published as: JPS5928791B2; US4015815A; DE2424148C2; JPS50160824A

Description

R. IA 3

16.5.7¹^ Rs/Hm

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung

ROBERT BOSCIi INDUSTRIEAUSRÜSTUNG GM3h. STUTTGART

Gasdichtes Ventil für höchste Drücke und hohe thermische Schockbeanspruchung

Die Erfindung betrifft ein gasdichtes Ventil für höchste Drücke und thermische Schockbeanspruchungen, insbesondere für Maschinen zum thermischen Entgraten, mit einem Gehäuse mit wenigstens einer vorzugsweise zylindrischen bohrung, durch die ein brennbares Gas in einen Brennraum eingelassen wird und in der ein Stößel verschiebbar angeordnet ist, der in seiner einen Endlage den Gasdurchsatz zum Brennraum "freigibt und in seiner anderen Endlage den Gasdurchsatz sperrt und den Brennraum gegen den Gaseinlaß abdichtet.

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Bei einem bekannten Ventil dieser Art für eine ilasehine zum thermischen eintraten ist der Oaseinlaß durch einen Kugelsitzt abgedichtet. Die Kugel wird durch eine äußere Kraft in ihrer dichtenden Position gehalten. Bei aieser bekannten Ausführung sind insbesondere durch Verschrnutzünden im Kugelsitz ündichtheiten aufgetreten, welche sich infolge der hohen Beanspruchung derartiger Ventile sehr rasch verstärkten und bald zum Ausfall des Ventils und zu Störungen der Gesamtanlage führten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gasdichtes Ventil zu schaffen, welches auch unter extrem schwierigen Arbeitsbedingungen, insbesondere bei höchsten Drücken und bei hohen thermischen Schockbeanspruchungen, eine einwandfreie Abdichtung auch nach längerer Betriebszeit noch gewährleistet und gegen leichte Verschmutzungen unempfindlich ist; insbesondere soll das neue Ventil so beschaffen sein, daß ein eventuell auftretender kleiner Ausbrand im Ventilsitz durch die Dichtungsmittel des Ventils selbst ausgeglichen werden kann. Weiterhin soll Vorsorge getroffen werden, daß Beschädigungen des Ventils, insbesondere ein Ausbrand des Ventilsitzes, gar nicht auftreten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stößel mit einem verjüngten Ende wenigstens teilweise in eine Hülse hinreinragt und daß zwischen die Außenwand der Hülse und die Innenwand der Bohrung eine Dichtung eingefügt ist, auf welche durch den Stößel ein Druck ausgeübt wird, so daß die Dichtung die bohrung gasdicht verschließt.

Pur die praktische Ausgestaltung des Ventils hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Dichtung aus einem wärmebeständigen, plastisch verformbaren i-iaterial, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylenharz, besteht. Bei einer derartigen Ausführung können die auftretenden Drücke von

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bis zu 50 atü in der Zuleitung und von mehr als 500 atü. im Brennraum nach dem Zünden des Gasgemisches gut beherrscht v/erden, ebenso wie die hohen, im Brennraum auftretenden Temperaturen.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft ₃ wenn bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art im Gaseinlaß zur Entlüftung ein zusätzliches Ventil vorgesehen ist. Dieses kann ein Ventil herkömmlicher Bauart sein, welches in einer Abzweigung der Gaszuleitung sitzt und nach dem Schließen des Hauptventils zum Brennraum hin in der Zuleitung den überdruck abbaut, so daß kein Gas über das Hauptventil in den Brennraum nachströmen kann, auch wenn ein leichter Deffekt am Hauptventil auftritt.

Diese Maßnahme ist als Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft bei einem gasdichten Ventil der zuvorbeschriebenen Art, insbesondere bei der Verwendung für eine Maschine zum thermischen Entgraten. Die vorteilhaften Wirkungen dieser zusätzlichen Maßnahme ergeben sich jedoch nicht nur im Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen der Erfindung sondern auch unabhängig von diesen.

Weiterhin ist es bei einer gasdichten Ventilanordnung der eingangs genannten Art, aber auch bei abgewandelten Konstruktionen, bei denen ein Brenngas und Sauerstoff über getrennte Zuleitungen mit getrennten Ventilen einem Brennraum zugeführt werden, vorteilhaft, wenn zwischen die Vermischungsstelle von Brenngas und Sauerstoff und die Ventile verhältnismäßig lange Leitungsstücke eingefügt sind. Auf diese Weise erreicht man einen Schutz der Ventile, insbesondere bei einer Maschine zum thermischen Entgraten, vor direkter Berührung mit brennnden Gas. Dadurch wird ein Ausbrennen der Ventile weitgehend verhindert. Bei der explosionsartigen Verbrennung des Gases im Brennraum nach dem Schließen der Ventile wird die Gassäule in den Leitungen komprimiert und bildet ein Schutzpolster zwischen heißem verbrannten Gas und Ventil.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand der Abbildungen in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 einen Schnitt durch eine Ventilanordnung für eine Maschine zum thermischen Entgraten und

Fig. 2 und Fi₁?;. 3 Teilschnitte aus Fig. 1 mit Abwandlungen der Ventildichtung.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Gehäuse der Ventilanordnung bezeichnet, welches mit Schrauben 11 beispielsweise an einer nichtdargestellten Maschine zum thermischen Entgraten befestigbar ist. In dem Gehäuse 10 sitzten zwei Ventile 12 und 13, von denen nur das Ventil 12 vollständig dargestellt ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse 10 eine Zündkerze 14 befestigt, welche zum Zünden eines Gasgemisches aus Wasserstoff und Sauerstoff dient.

Der Viasserstoff und der Sauerstoff werden über die Ventile 12 und 13 dosiert eingelassen, sie vermischen sich in einem Raum 15, der über eine Zuleitung 16 mit einem nichtdargestellten Brennraum verbunden ist.

Die Ventile 12 und 13 sind gleich aufgebaut; es wird im folgendem nur das Ventil 12 beschrieben. Dieses besitzt einen zylindrischen Stößel 17, der in einer fest in Gehäuse 1Ü verankerten Führung 18 geführt ist. Arn vorderen Ende des Stößels 17 befindet sich zunächst ein verjüngter Abschnitt 19, v/elcher lediglich zum leichteren Einführen des Stößels in das Gehäuse leicht konisch ausgebildet ist. Hieran schließt sich ein zweiter konischer Abschnitt 20 sowie ein zylindrischer Abschnitt 21 an. Mit einer Schulter 22 am vorderen Ende des Abschnittes 19 wird der Stößel 17 durch eine äußere Kraft P gegen ein ringförmiges Metallteil 23 gedrückt, an das sich eine im wesentlichen ringförmige Dichtung 24 aus Polytetrafluoräthylenharz (TEFLON) anschließt. Auf die Dichtung 24 folgt wiederum ein Metallteil 25, das im Gehäuse 10 verschraubt ist.

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•5.

Das Material der Dichtung 24 ist plastisch verformbar, der auf die Dichtung ausgeübte Druck P pflanzt sich etwa nach allen Richtung gleichmäßig fort. So wird eine einwandfreie Dichtung einerseits an dem konischen Abschnitt 20 des Stößels 17 und andererseits an der Inenwandung der Bohrung 26 erreicht, in welcher der Stößel 17 geführt ist. Der vordere Abscanitt 25a des Metallteils 25 bildet eine Hülse, in die der zylindrische Abschnitt 21 des Stößels 17 im geschlossenen Zustand des Ventils hinreinragt. Dieser vordere Abschnitt 25a wird durch den von der Dichtung 24 ausgeübten Druck leicht verformt und liegt ebenfalls fest an dem zylindrischen Abschnitt 21 des Stößels 17 an.

Zwischen das Ventil 13 und den Raum 15» indem sich die zu£eführten Gase vermischen, ist ein längeres Leitungstück 27 eingefügt. In dieser Zuleitung wird das nichtvermischte Gas bei der Verbrennung kornpremiert und schützt das Ventil 13 vor den Verbrennungseinflüssen.

Beim Zusammenbau des Ventils wird die TKFLON-Masse der Dichtung 24 zunächst ungeformt zwischen das ringförmige Metallteil 23 und das Metallteil 25 eingefügt. Da die Dichtungsmasse plastisch verformbar ist, erhält sie beim ersten Andrücken des Stößels 17 ihre gezeigte Form. Der Stößel 17 drückt mit einer Kraft von ca. 1200 kp auf die Dichtung. Dieser Druck ist ausreichend, um auch dem hohen Gegendruck während der Verbrennung Widerstand zu leisten und eine absolute Dichtheit des Ventils sicherzustellen. Obwohl für die Dichtung 24 ein irn wesentlichen plastisch verformbares Material verwendet wird, hat doch auch ein solches Material eine geringe Elastizität. Diese reicht aus, um beim Nachlassen des äußeren Druckes P auf den Stößel 17 einen kleinen Ringspalt zwischen den zylindrischen Abschnitt 21 und der Dichtung 24, bzw. dem hülsenförmigen Abschnitt 25a zu öffnen, so daß sich der Stößel 17 ohne Beschädigung der Dichtung zurückziehen läßt.

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In Pig. 1 ist weiterhin mit gestrichelten Linien unter dem Abschnitt 21 ein nichtsichtbarer Gaseinlaß 28 angedeutet. Dieser wird anhand der Figuren 2 und 3 noch näher erläutert.

Fig. 2 zeigt als Ausschnitt eine abgewandelte Form der Ventil-Dichtung. Gleiche Teile sind ebenso wie in Fig. 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie sie in Fig. 1 verwendet sind.

Der Stößel 17 v/eist an seinem vorderen Linde einen zylindrischen Abschnitt 21 auf, der im Bereich der Schulter 22 von der Stirnfläche des Stößels vorspringt. Das Gehäuse ist wiederum mit bezeichnet. Die Dichtung ist gegenüber derjenigen in Fig. abgewandelt und daher mit 24a bezeichnet. An die Bohrung 26 schließt sich zu einem Verbrennungsraum 29 hin ein Durchbruch 30 an, in dem eine zylindrische Hülse 31 gehalten ist. Die Dichtung 24a liegt einerseits an der Schulter 22 und an dem zylindrischen Abschnitt 21 des Stößels 17, andererseits an der Wandung der Bohrung 26 und an der Außenseite der Hülse 31 an.

Bei geöffneten Ventil ist der Stößel 17 zurückgezogen und Gas kann durch eine Zuleitung 32 und durch den Gaseinlaß 28 sowie durch die Bohrung 26 und den Durchbruch 30 in den Brennraum eintreten, in dem das Brenngas, beispielsweise Hj mit dem Sauerstoff vermischt wird. Bei geschlossenem Ventil wird der Stößel durch die äußere Kraft P nach vorne zum Brennraum hingedrückt, schließt dabei die plastische Dichtung 24a im Raum zwischen dem Gehäuse 10, dem Stößel 17, dem zylindrischen Abschnitt 21 und der Hülse 31 ein und setzt letztere unter hohen Druck. Dadurch wird die Hülse 31 elastisch verformt und legt sich dicht um den zylindrischen Abschnitt 21 des Stößels 17-

Mit der geschilderten Anordnung erhält man eine hochwirksame Abdichtung. Durch die Vordichtung zwischen der Hülse 31 und dem zylindrischen Abschnitt 21 wird die Dichtung 24a selbst vor Abbrand geschützt. Der Spalt zwischen der Hülse 31 und den zylindrischen Abschnitt 21 des Stößels 17 kann wegen der elastischen Verformung der Hülse auf ein Minimum reduziert werden. Ferner erhält man einen Selbstheilungseffekt der

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Dichtung 24a, ebenso wie bei der Ausführung nach Pig. I₃ da ein eventueller Abbrand an der Dichtung durch die plastische Verformung derselben wieder ausgeglichen wird. Auf Grund ihres großen Volumens ist die Dichtung ferner unempfindlich gegen Verschmutzung.

In den Gaseinlaß 28, bzw. in die Zuleitung 32 ist zur Entlüftung ein zusätzliches Ventil 33 eingeschaltet, welches zur Entlüftung der Zuleitung 32 und des Gaseinlasses 28 dient. An das Ventil 33 werden keine besonders hohen Anforderungen gestellt, so daß jeder geeignete bekannte Ventiltyp hier verwendet werden kann. Durch das Ventil 33 in der Zuleitung erreicht man, daß der Überdruck in, der Zuleitung und im Gaseinlaß abgebaut v/ird, wodurch nach Abschluß des Verbrennungsvorganges im Brennraum 29 der Überdruck von der Zuleitung her abgebaut wird. Die Gefahr, daß Gas über das Hauptventil nachströmt, sich an dem heißen Restgas im Brennraum entzündet und eine Dauerflamme unterhält, ist hierdurch beseitigt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung der Dichmittel des Ventils. Die Anordnung besteht wie bei den vorhergehenden Ausführungen aus einem Gehäuse 10 mit einer Bohrung 26 darin, in welcher der Stößel 17 verschiebbar angeordnet ist. Unterhalb des Stößels befindet sich wieder ein Gaseinlaß 28. Abweichend von den vorhergehenden Konstruktionen ist bei der Ausführung nach Fig. 3 das der Dichtung 24b zugekehrte Ende 35 des Stößels 17 konisch verjüngt und sitzt im geschlossenen Zustand des Ventils auf einer entsprechend dem Konuswinkel abgeschrägten Stirnfläche 34 der Hülse 31. Die Hülse ist in den Durchbruch 30 eingepreßt. Der Brennraum ist wiederum mit 29 bezeichnet,

Auch durch die Konstruktion gemäß Fig. 3 erhält man eine gasdichte Trennung des Brennraumes 29 von dem Gaseinlaß 28. Bei geöffneten Ventil ist der Stößel 17 zurückgezogen und Gas kann durch den Gaseinlaß 28 und die Bohrung 26 in den Brennraum 29 einströmen. Bei geschlossenen Ventil wird der Stößel 17 wiederum durch eine äußere Kraft P nach vorne gedrückt und schließt dabei die plastische Dichtung 24b in dem Raum zwischen den

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Gehäuse 10, der Hülse 31 und dem Stößel 17 ein. Bei einem Abbrand der Dichtung 24b, d.h. wenn die Dichtung den ihr zugewiesenen Raum nicht mehr ganz ausfüllt, findet ein Selbstheilungseffekt statt. Hierbei wird durch die Kraft P die Hülse 31 soweit zum Brennraum 29 hin verschoben, bis die Dichtung 2¹Ib den verbleibenden Raum wieder voll ausfüllt. Auch bei dieser Ausführung erhält man eine großvolumige und daher gegen Verschmutzung weitgehend unempfindliche Dichtung und einen Schutz derselben vor Abbrand durch eine metallische Vordichtung zwischen dem konischen Ende des Stößels 17 und der Hülse 31. Die Anordnung nach Fig. 3 hat weiterhin den Vorteil, daaß zwischen dem Stößel 17 einerseits und der Dichtung 24b, bzw. der Hülse 31 keine Reibung auftritt.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung eignet sich in hervorragender Weise zum Abdichten des Brennraums einer Maschine zum thermischen Entgraten, es sind jedoch auch eine Anzahl weiterer Anwendungsfälle möglieh, in denen das Ventil mit ähnlich gutem Erfolg eingesetzt werden kann. Hierzu gehören neben Maschinen zum Umformen oder Pressen auch Kraftmaschinen, insbesondere Gasmotoren, bei denen hohe Beanspruchungen eines Ventils zwischen Brennraum und Zuleitung auftreten.

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Claims

Ansprüche

fl.) gasdichtes Ventil für aöchste Drücke und thermische Schockbeanspruchungen, insbesondere für ~4aschinen zum thermischen Entgraten, mit einem üehäuse mit v/enigstens einer vorzugsweise zylindrischen bohrung, durch die ein brennbares Gas in einen Brennraum eingelassen wird und in der ein Stößel verschiebbar angeordnet ist, der in seiner einen Endlage den Gasdurchsatz zum. Brennraum freigibt und in seiner anderen Endlage den Gasdurchsatz sperrt und den Brennraum gegen den Gaseinlaß abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (17) mit einem verjüngten ßnde (21, 35) wenigstens teilweise in eine Hülse (25a, 31) hinreinragt und daß zwischen die Außenwand der Hülse und die Innenwand der Bohrung (26) eine Dichtung (24, 24a, 24b) eingefügt ist, auf welche durch den Stößel (17) ein Druck ausgeübt wird, so aaß die Dichtung die Bohrung gasdicht verschließt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß die Dichtung (24, 24a, 24b) aus einem wärmebeständigen, plastisch verformbaren i-laterial, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylenharz, besteht.
3'. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (25a) fest im Gehäuse (10) gehalten ist.

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4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der Dichtung (24b) zugekehrte Ende (35) des Stößels (17) konisch verjüngt ist und im geschlossenen Zustand des Ventils auf einer entsprechend dem Konuswinkel abgeschrägten Stirnfläche (34) der Hülse (31) aufsitzt.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Dichtung (24, 24a) zugekehrte, verjüngte Ende (21) des Stößels (17) zylindrisch ausgebildet ist, und daß der Stößel (17) iiiit einer Schulter (22) zwischen dem verjüngten Ende (21) und seiner Mantelfläche auf die Dichtung (24, 24a) einwirkt.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dichtend an dem verjüngten Ende (21) des Stößels (17) anliegende Teil (25a) der Hülse einteilig mit einem im Gehäuse (10) verschraubten Metallteil (25) ausgebildet ist (Fig. 1).
7- Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (24) zwischen die Hülse (25a) und ein äußeres Metallteil (23) eingebettet ist.
8. Gasdichtes Ventil für höchste Drücke und hohe thermische Schockbeanspruchungen, mit einem Gehäuse mit wenigstens einer vorzugsweise zylindrischen Bohrung, durch die ein brennbares Gas in einen Brennraum eingelassen wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gaseinlaß (28, 32) zur Entlüftung desselben

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ein zusätzliches Ventil (33) vorgesehen ist.

9» Gasdichtes Ventil für höchste Drücke und hohe thermische Schockbeanspruchungen, welches den Gaseinlaß zu einem Brennraum steuert, wobei dem Brennraum wenigstens ein Brenngas einerseits und Sauerstoff andererseits über getrenn te Zuleitungen mit getrennten Ventilen zugeführt werden, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Vermischungssteile (15) von Brenngas μηα Sauerstoff und die Ventile (12, 13) verhältnismäßig lange Leitungsstücke (27) eingefügt sind./

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