DE2541879A1

DE2541879A1 - Drucksteuerventil

Info

Publication number: DE2541879A1
Application number: DE19752541879
Authority: DE
Inventors: Cecil E Adams; Loe H Dillon
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1974-10-16
Filing date: 1975-09-19
Publication date: 1976-04-29
Also published as: JPS6128931Y2; FR2288263A1; US3906993A; JPS5165424A; CA1023642A; JPS58109671U; FR2288263B1; IT1047068B; GB1520655A; DE2541879C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil mit einer Ventilhülse und einem selbstfluchtenden Sitz, welcher unabhängig davon, ob hoher Druck des Fluids unter der Ventilhülse oder auf der Oberseite des Sitzes besteht, gegenüber dem Ventilgehäuse festklemmbar ist.

Steuerventile sind im allgemeinen mit Nadeln, mit Kugeln, mit Ventilhülsen oder Ventilkegeln versehen, die mit selbstfluchtenden oder selbstausrichtenden Ventilsitzen zusammenwirken, wie dies in den . US-Patenten 2 330 610, 3 106 219 und 3 411 535 erläutert und dargestellt ist. In jeder der zuvor genannten Patentschriften ist ein Ventil mit einem Sitz dargestellt, welcher axial als auch radial bewegbar

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ist und sich infolgedessen bezüglich eines gegenüber dem Sitz in Anlage verspannten Elementes selbständig ausrichtet bzw. zentriert. In der Anordnung nach den US-Patentschriften 2 330 610 und 3 106 steuern das bewegbare Element und der Sitz das durch eine Bohrung im Sitz strömende Fluid. In der Anordnung nach der US-Patentschrift 3 411 535 dichten das bewegbare Element und der Ventilsitz eine Bohrung im bewegbaren Element ab.

Wenn bei den Anordnungen nach den US-Patentschriften 2 330 610 und 3 106 219 ausreichender Druck auf dem bewegbaren Element ansteht, dann strömt Fluid von der Oberseite des Ventilsitzes durch die Bohrung in eine Öffnung, welche mit der Unterseite oder Basis desSitzes in Verbindung steht.

In gewissen Fällen ist es erwünscht, ein Steuerventil mit einem selbstrichtenden Sitz zu verwenden, welcher gegenüber dem Ventilblock abgedichtet bleibt, unabhängig davon, ob sich hoher oder geringer Druck oberhalb des Ventilsitzes befindet. Die zuvorgenannten Ventilanordnungen eignen sich nicht für diesen Zweck, wenn unter hohem Druck stehendes Fluid durch den Ventilsitz strömt oder sich in einer Öffnung unterhalb des Sitzes befindet, da unterhalb des Sitzes befindliches Fluid die Neigung besitzt, den Sitz vom zugeordneten Ventügehäuseteil abzuheben. Als Folge davon passiert unter hohem Druck stehendes Fluid den Sitz.

Bei Steuerventilen bekannter Art kann das auf der Aussenseite des Ventilkörpers und auf der Oberseite des selbstrichtenden Sitzes wirkende Fluid hohen Druckes die Einstellung der Ventilanordnung ändern.

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Davon ausgehend wurde erfindungsgemäss ein Steuerventil mit einem Ventilkörper in Form einer Ventilhülse und einem selbstrichtenden Ventilsitz geschaffen, der unabhängig davon, ob Fluid hohen Druckes auf der Oberseite des selbstrichtenden Ventilsitzes besteht, das Ventil durchströmt oder auf der Unterseite der Ventilhülse und unterhalb des Ventilsitzes wirksam ist, am Ventilblock festgeklemmt wird. Erfindungsgemäss wurde ein Steuerventil geschaffen, bei welchem die Einstellung der Ventilhülse unbeeinflusst bleibt durch Fluid hohen Druckes, welches auf den Seiten der Ventilhülse und auf der Oberseite des selbstrichtenden Ventilsitzes zur Wirkung kommt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Paars von Steuerventilen gemäss der Erfindung innerhalb einer hydraulischen Schaltungsanordnung;

Fig. 2 ist eine vergrösserte Einzelansicht einer Ventilhülse und eines selbstrichtenden Ventilsitzes der in Fig. 1 wiedergegebenen Art;

Fig. 3 ist eine vergrösserte Ansicht eines Teils der Ventilhülse und des Ventilsitzes nach Fig. 2j und

Fig. 4 ist eine vergrösserte Draufsicht des Ventilsitzes.

In Fig. 1 ist eine hydraulische Schaltung mit einer Quermitte-Pumpe 10 dargestellt, die durch einen Primärantrieb (nicht dargestellt) an-

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getrieben ist und welche einen Fluidmotor 11 bewegt. Dieser betätigt ein nicht dargestelltes mechanisches Gerät. Die Öffnung 12 der Pumpe 10 steht über Leitungen 14, 15 mit der Öffnung 13 des Motors 11 in Verbindung. Die Öffnung 16 der Pumpe 10 ist über Leitungen 18 und 19 mit der Öffnung 17 des Motors 11 in Verbindung. Ein Paar identischer Steuerventile 20, 20* gemäss der Erfindung werden in der in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Schaltung zur Anwendung gebracht. Die Wirkung der Schaltung wird anhand einer ins einzelne gehenden Beschreibung des Steuerventils 20 wiedergegeben. Da die Ventile bzw. Abschlussorgane 20 und 20' identisch sind, bezieht sich die Beschreibung auf das Ventil 20, während identische Bauteile am Ventil 20^y durch identische Zeichen mit Indexstrich benannt sind.

Das Steuerventil 20 weist ein Ventilgehäuse 21 auf, welches mittels herkömmlicher, nicht dargestellter Befestigungsmittel an einem Ventilblock 22 festgeklemmt ist. Eine Bohrung 23 im Ventilgehäuse 21 dient zur Aufnahme einer unter engem Sitz eingepassten, zylindrischen Ventilhülse 24 und ist in Richtung einer zylindrischen Ausnehmung 25 zwischen dem Ventilgehäuse 21 und dem Block 22 geöffnet. In dieser Ausnehmung ist ein frei bewegbarer, selbstfluchtender zylindrischer Sitz 26 eingesetzt. Die Ausnehmung bzw. Kammer 25 ist gross genug, um axiale und radiale Bewegungen des Sitzes zuzulassen.

Gemäss Fig. 2 und 3 besitzt a&r Sitz 26 eine flache Unter- oder Bodenfläche 27, die an einer ebenen Fläche 28 am Ventilblock 22 aufgelegt ist. Dabei liegt der Ventilsitz über einer Öffnung 29, die in der Fläche 28 mündet. Eine kreisförmige Abtassnut 30 ist in der unteren Fläche 27 des Sitzes 26 ausgebildet und durch eine innere

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Wand 31 begrenzt, welche einen Durchmesser a aufweist. Die Nut ist ferner durch eine äussere Wand 32 mit einem Durchmesser b begrenzt und gestattet, dass zwischen den Flächen 27 und 28 durchtretendes Fluid über eine Leitung 33 in einen Behälter R abfliessen kann.

Der Sitz 26 besitzt eine schräg zulaufende bzw. kegelstumpfförmige Bohrung 34 mit einem inneren Durchmesser c. Eine Feder 35 in einer Bohrung 36 der Ventilhülse 24 wirkt zwischen der Unterseite 37 der Bohrung 36 und der Unterseite 38 der Bohrung 23, um die Ventilhülse 24 nach unten in Anlage an den Sitz 26 zu pressen. Falls der Sitz 26 nicht genau fluchtet, dann führt die Steuer- oder Nockenwirkung zwischen der Kante der Unterseite 41 der Hülse und der schräg zulaufenden Fläche der Bohrung 34 dazu, dass sich der Sitz 26 solange radial verschiebt, bis er bezüglich der Hülse 24 fluchtet bzw. mittig ausgerichtet ist. Gemäss Fig. 2-4 liegt die Hülse 24 am Sitz 26 entlang einer Kreislinie eines Durchmessers d an, der zwischen den Durchmessern a und b des Ableitungskanals liegt.

Die Ventilhülse 24 und der Sitz 26 sind so ausgebildet, dass Druck eines Fluids den Sitz 26 gegenüber der Fläche 28 des Ventilblockes verklemmt, wenn hoher Druck in der Ausnehmung 25, in der Öffnung 29 oder in beiden besteht. Gemäss Fig. 3 und 4 ist die Ringfläche zwischen den Durchmessern c und a mit A benannt, während die Ringfläche zwischen dem Durchmesser b und dem Durchmesser e des Aussenumfanges 42 des Sitzes 26 mit A benannt ist. Die

ß²)

irCdß-c)
effektive Ringfläche, d.h. —-zwischen den Durchmessern c und d ist mit A benannt, während die wirksame Ringfläche, d.h.

·"■*— zwischen den Durchmessern d und e mit A _Λ benannt

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Wenn in der Öffnung 29 hoher Druck ansteht, dann sickert er zwischen den Flächen 27 und 28 durch. Die Fluidwirkung über der Fläche A der unteren Fläche 27 des Sitzes erzeugt eine Kraft, welche die Neigung besitzt, den Sitz 26 anzuheben. Wenn diese Fluidleckage den Ablasskanal 30 erreicht, dann fällt der Druck auf den Niederdruck des Fluids im Behälter R ab. Diese Leckage kann infolge einer rauhen Oberflächenbehandlung oder infolge unvollständiger Glätte der angepassten Teile vorliegen. Obwohl bei derartigen Fällen im allgemeinen ein Druckgradient bzw. Druckgefälle entlang der angepassten Flächen besteht, sei zum Zwecke der Beschreibung der schlechteste Zustand eingenommen, bei welchem der gesamte Druck über der gesamten Breite der zugewandten Flächen wirkt. Gleichzeitig wirkt der hohe Druck des Fluids auch über der Fläche A und erzeugt eine Kraft, die

die Neigung besitzt, den Sitz 26 nach unten gegen die Fläche 27 zu drücken. Da die Wirkfläche A grosser ist als die Wirkfläche A übt

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der hohe Druck in der Öffnung 29 auf den Sitz 26 eine nach unten gerichtete Differenzkraft aus.

Wenn der hohe Druck des Fluids in der Kammer 25 besteht, dann erzeugt das auf der Wirkfläche A wirkende Fluid eine Kraft, welche die Neigung besitzt, den Sitz 26 nach unten gegen die Fläche 27 zu verspannen. Unter hohem Druck stehendes Fluid sickert zwischen den einander zugewandten Flächen 27 und 28 durch und wirkt auf der Fläche A , wobei eine Kraft entsteht, welche die Neigung besitzt, den Sitz 26 anzuheben. Es sei wiederum angenommen, dass der gesamte Druck über der Fläche A wirksam ist. Wenn diese Fluidleckage den Ablasskanal 30 erreicht, dann sinkt der Druck auf den Niederdruck des Fluids im Behälter R ab. Da die Wirkfläche A grosser ist als die Fläche A , übt der hohe Druck des Ru ids in der Kammer 25 auf

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den Sitz 26 eine nach unten gerichtete Differenzkraft aus * Unabhängig davon, auf welcher Seite des Ventils hoher Druck des Fluids ansteht, entsteht eine Differenzkraft, welche den Sitz 26 auf die Fläche 28 aufdrückt.

Wenn hoher Druck des Fluids in der Öffnung 29 am Ventil 20 anliegt, dann strömt das Fluid um den Sitz 26. Der gleicheDruck wirkt auf den Flächen A , A_, A und A . Da die Wirkflächen A und A grosser sind als die Flächen Ar und A , ist es offensichtlich, dass das Fluid auf den Sitz 26 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt. Auf diese Weise wird die Verwendung von Ventilsitzklappen vermieden, welche Abnutzung hervorrufen könnten.

Beim Ventil gemäss der Erfindung kann die Ablassnut in der Fläche 28 des Ventilblockes ausgebildet sein, während das Venjtil 2O be— tätigbar ist, falls die Hülse 24 am Sitz 26, entlang eines Kreises anliegt, dessen Durchmesser grosser ist als denn innenseitigen Durch-. messer der Nut entspricht.

Gemäss Fig. 1 geschieht die Druckeinstellung des Ventils 2O durch eine herkömmliche Hilfs- oder Steueranordnung 44. Die Anordnung 44 weist einen Ventilkegel 45 auf, welcher mittels einer in-einer Kammer 49 befindlichen Feder 48 gegen einen einen Kanal 47 uber^ deckenden Sitz 46 gedruckt wird. Die Kammer 49 ist über die Leitung 50 mit dem Behälter R verbunden. Wenn über die Anordnung 44 Druck ansteht, dann strömt das Fluid durch eine Öffnung 51 in der Ventil-" hülse 24, durch den Kanal 47, die Kammer 49 .und durch die Leitung 50 in den Behälter R. Der Druck des Fluids oberhalb sder Ventilhülse 24 wird infolgedessen auf einen genau bestimmten Wert begrenzt.

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Ein etwas höherer Druck an der Unterseite 41 der Ventilhülse 24 hat zur Folge, dass sich die Ventilhülse 24 vom Sitz 26 abhebt und überschüssiges Fluid in eine Leitung 52 abgibt, die mit der Niederdruck-Öffnung der Pumpe 10 in Verbindung steht. Das Ventil 20^J gibt Fluid in die Leitung 15 ab.

Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Schaltung dient zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ventils 20 gemäss der Erfindung. Dabei ist die Öffnung 29 hohem und niederem Druck des Fluids ausgesetzt, während die Ausnehmung oder Kammer 25 hohem Druck des Fluids ausgesetzt ist. Die Leitung 14 ist über die Leitung 53 mit der Öffnung · 29 im Ventilblock 22 verbunden, während sie über die Leitung 15 mit der Kammer 25' im Ventilgehäuse 21' in Verbindung steht. In vergleichbarer Weise ist die Leitung 19 mittels Leitung 54 mit der Öffnung 29* im Ventilblock 22* verbunden, während sie mittels Leitung 52 an die Kammer 25 imVentilgehäuse 21 angeschlossen ist. Falls an der Pumpenöffnung 12 hoher Druck ansteht, dann liegen die Leitungen 14 und 15 in gleicher Weise unter hohem Druck. Gleichzeitig sind die Leitungen 18 und 19 an die Niederdrucköffnung 16 angeschlossen.

Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Schaltung besitzt eine geschlossene Schleife zwischen der Pumpe 10 und dem Motor 11, wodurch eine Einrichtung erforderlich ist, um das durch die Pumpen- und Motorkolben, Klötze und Öffnungsplatten während des Betriebes verlorene Fluid zu ersetzen. Zu diesem Zweck ist eine Auffüllpumpe 55 mit ihrer Einlassöffnung 56 und über Leitung 57 an einen Behälter R angeschlossen, während die Auslassöffnung 58 an die Leitung 59 angeschlossen ist. Die Pumpe 55 kann auch Zusatzgeräte oder Steuerungseinrichtungen speisen. Ein Entlastungsventil 60, welches

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über Leitung 61 an Leitung 59 und an den Behälter R angeschlossen ist, begrenzt den Abgabedruck der Pumpe 55 auf einen Wert, der beträchtlich unterhalb des Auslassdruckes der Pumpe 10 liegt. Wenn an der Leitung 14 hoher Druck aus der Pumpe 10 anliegt, dann ist ein Rückschlagventil 62 in der Leitung 59 geschlossen, um zu verhindern, dass Fluid hohenDruckes in den Auffüllkreis eintritt. Gleichzeitig ist die geringen Druck des Fluids aufweisende Leitung 19 über ein geöffnetes Rückschlagventil 63 mit dem Nachfüllkreis verbunden, wobei Fluid über Leitungen 19 und 18 an die Einlassöffnung 16 der Pumpe 10 gefördert wird. Das über die Leitungen 18 und 19 strömende Nachfüllfluid strömt auch über die Leitung 52 in die Kammer oder Ausnehmung 25. Da die Ventilhülse 24 von gleichförmig zylindrischer Form ist, beeinträchtigt das unter Druck stehende Nachfüllfluid in der Kammer 25 die Einstellung des Ventils 20 nicht.

Wenn die Pumpe 10 über Mitte geschaltet ist und sich hoher Druck des Fluids in den Leitungen 18 und 19 befindet, dann ist das Rückschlagventil 63 geschlossen. Gleichzeitig befindet sich niederer Druck in den Leitungen 14, 15, während das Rückschlagventil 62 geöffnet ist, um Nachfüllfluid über die Leitung 14 an die Öffnung 12 zu fördern. Das Nachfüllfluid strömt auch über die Leitung 15 in die Kammer oder Ausnehmung 25*. Aus den zuvor genannten Gründen beeinträchtigt das Nachfüllfluid in der Kammer 25* nicht die Einstellung des Ventils 20'.

Das Steuerventil gemäss der Erfindung besitzt demnach einen selbstrichtenden bzw. selbstfluchtenden Ventilsitz, welcher gegenüber dem Ventilblock verklemmbar ist, wenn sich hoher Druck des Fluids auf einer der Seiten des Ventils befindet oder durch dieses strömt. Auf der Aussenfläche der Ventilhülse wirkender hoher Druck beeinträchtigt ausserdem nicht die Druckeinstellung dieser Ventilhülse.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Drucksteuerventil mit einem eine Kammer aufweisenden Ventilgehäuse, einem frei innerhalb der Kammer bewegbaren Ventilsitz mit einer Bohrung und einer Bodenfläche, welche an einer zugewandten Fläche des Ventilgehäuses anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb der zugewandten Fläche (28) des Ventilgehäuses eine Öffnung (29) befindet, dass sich in einer der beiden zugewandten Flächen eine Ablassnut (30) befindet, welche mit einer Niederdruckquelle (R) in Verbindung steht, wenn die vorgenannten beiden Flächen aneinander anliegen, dass sich eine Bohrung (23) im Ventilgehäuse (21) befindet und eine hin- und herbewegbare Ventilhülse (24) aufnimmt, wobei eine Einrichtung (35) die Ventilhülse in Richtung des Ventilsitzes (26) verspannt, um den Ventilsitz bezüglich der Ventilhülse (24) so zu zentrieren, dass die Bohrung (34) des Ventilsitzes mit der Öffnung (29) im Ventilgehäuse fluchtet, und dass die gegenseitige Anlage der Flächen entlang einer die Ablassnut (30) überdeckenden Linie besteht, so dass unter Druck stehendes Fluid in der Öffnung (29) unterhalb der Ventilhülse (24) den Ventilsitz in Richtung Sitzanlage mit der zugewandten Fläche (28) verspannt.
2. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassnut (30) einen Innendurchmesser (a) und einen Aussendurchmesser (b) aufweist, dass die Ventilhülse, der Ventilsitz und die Ablassnut zusammenwirkend auf dem Ventilsitz eine erste Wirkfläche

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(A ) bilden, die zwischen einem ersten, durch den Innendurchmesser (c) der Bohrung (34) gebildeten Kreis und einem zweiten Kreis auf dem Ventilsitz Hegt, wobei der zweite Kreis durch die Linie gebildet ist, entlang welcher die Ventilhülse an der schräg zulaufenden Bohrung (d) des Sitzes anliegt, dass eine zweite Ringfläche (A ) auf der Unterseite des Ventilsitzes zwischen dem ersten Kreis und einem dritten Kreis besteht, der durch den Innendurchmesser der Ablassnut (30) gebildet ist, wobei die erste Wirkfläche (A ) grosser

ist als die zweite Fläche (A ), dergestalt, dass der auf den ersten und zweiten Flächen wirkende hohe Druck des Fluids eine resultierende Kraft erzeugt, welche den Ventilsitz (26) in Sitzanlage an die zugewandte Fläche (28) des Ventilgehäuses drückt.
3. Drucksteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Bodenfläche des Ventilsitzes eine dritte Räche (A ) gebildet ist, die zwischen dem Aussendurchmesser (e) des Ventilsitzes und einem vierten Kreis besteht, welcher durch den Aussendurchmesser (b) der Ablassnut (30) gebildet ist, während eine vierte Wirkfläche (A ) auf der Oberseite des Ventilsitzes zwischen dem zweiten Kreis und dem Aussendurchmesser (e) des Ventilsitzes angeordnet ist und grosser ist als die dritte Fläche (A ), dergestalt, dass der auf den dritten und vierten Flächen wirkende hohe Fluiddruck eine resultierende Kraft erzeugt, welche den Ventilsitz (26) in Anlage an die zugewandte Fläche (28) des Ventilgehäuses drückt.
4. Drucksteuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilanordnung eine Einrichtung (44) zugeordnet ist, welche den Druck einstellt, bei welchem die Ventilhülse (24) öffnet, wobei die Ventilhülse im wesentlichen gleichförmig zylindrische Formgebung besitzt, so dass der Druck des Fluids in der Kammer (25) die Druckeinstellung des Steuerventils nicht beeinträchtigt.

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