DE2744917B2

DE2744917B2 - Sitzventil mit geradem Durchgang

Info

Publication number: DE2744917B2
Application number: DE2744917A
Authority: DE
Inventors: Franz 8130 Starnberg Fuchs
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1980-01-17
Also published as: IT7828402A0; FR2405414A1; FR2405414B1; DE2744917A1; DE2744917C3; JPS5461320A; US4234009A; IT1099231B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sitzventil mit geradem Durchgang, das ein Ventilgehäuse mit einer Ventilkammer, einem Einlaß in die Ventilkammer sowie einem dazu koaxialen Auslaß mit einer Sitzfläche für einen Sitzkörper und schließlich in der Ventilkammer einen mit einem Steuerfluid hydraulisch bzw. pneumatisch beaufschlagbaren Steuerzylinder für den in Durchgangsrichtung betätigbaren Sitzkörper aufweist, der über eine Kolbenstange mit einem Steuerkolben in dem Steuerzylinder verbunden und bei drucklosem Steuerzylinder mittels einer auf den Steuerkolben wirkenden Feder auf der Sitzfläche am Auslaß gehalten ist.

Derartige drucklos geschlossene Absperrventile werden im Anlagenbau — oftmals mit großem Strömungsquerschnitt — oder in der Raumfahrt verwendet. Der Steuerzylinder ist hierbei in der Ventilkammer fest montiert und wird über eine aus dem Ventilgehäuse führende Stcuerleitung mit Steuerfluid versorgt. Der Steuerkolben ist gegen den Steuerzylinder mit einer Dichtung, so z. B. einem Q-Ring, an seinem Außenumfang oder durch einen Faltenbalg abgedichtet. Der Steuerzylinder ist an der dem Einlaß zugewandten Seile geöffnet, so daß die dem Einlaß zugewandte Fläche des Steuerkolbens durch das in die Ventilkammer strömende Druckmittel beaufschlagt und mit dessen statischem Druck, unterstützt durch eine Druckfeder in Durchlaßrichtung gegen die Sitzfläche am AuslaU gepref.li wird. Auf der dem Auslaß zugewandten Seite trägt der Steuerkolben eine Kolbenstange, die durch eine weitere Dichtung, wiederum einen O-Ring oder einen Faltenbalg, aus dem Steuerzylinder geführt und mit dem Sitzkörper verbunden ist. Bei drucklosem Steuerzylinder wird daher der Sitzkörper in Durchgangsrichtung gegen den Auslaß auf die Sitzfläche gepreßt und verschließt das Ventil; vgl.

DE-OS 23 32 622.

Wenn über die Steuerleitung in den Steuerzylinder

ίο ein Steuerfluid eingelassen wird, so wird die mit der Kolbenstange verbundene Fläche des Steuerkolbens beaufschlagt und gegen die Kraft der Feder und den Druck des Druckmittels in Richtung zum Einlaß bis zu einem Endanschlag gedrückt Dabei hebt der Sitzkörper von der Sitzfläche ab und der Durchgang durch das Ventil wird freigegeben.

Die Konstruktion derartiger Absperrventile ist schon wegen der Anordnung der gesamten Ventilsteuerung in der Ventilkammer, das heißt im Strömungskanal des Druckmittels, nicht einfach, da der Druckraum für das Steuerfluid vollständig gegen das Druckmittel im Inneren des Ventils abgedichtet sein muß.

Gerade die Abdichtstellen bedingen eine aufwendige Konstruktion mit vielen Einzelteilen und sind regelmä-Big eine Schwachstelle des gesamten Ventils.

Es sind ferner Absperrventile der eingangs genannten Art bekannt, bei denen bei drucklosem Steuerzylinder der Sitzkörper entgegen der Durchgangsrichtung in Richtung auf den Einlaß gegen die Sitzfläche am Auslaß gepreßt wird. Bc: dieser Variante ist zwar nur eine Abdichtung des Steuerkolbens gegen den Druckraum des Steuerzylinders, hingegen keine Abdichtung der Kolbenstange notwendig; dieser scheinbare Vorteil — Vermeidung einer Abdichtung — wird jedoch durch

J5 andere Nachteile erkauft.

Auf den Sitzkörper wirkt nämlich in der Schließstellung noch der statische Druck des Druckmittels, der den Sitzkörper von der Sitzfläche abzuheben versucht. Dieser Druck wird zwar teilweise GUich den entgegen-

gerichteten statischen Druck auf die freie Fläche des Steuerkolbens aufgehoben oder kompensiert; dies bedeutet aber, daß der Anpreßdruck des Sitzkörpers an der Sitzfläche und auch die Schließbewegung des Sitzkörpers im wesentlichen durch die Federkraft und die Federcharakteristik der Druckfeder bestimmt wird. Abgesehen davon, daß die Feder sehr stark sein muß, kann es bei dieser Konstruktion eines Sitzventils zu störenden Prallschwingungen beim Aufsitzen des Sitzkörpers auf die Sitzfläche kommen.

Bei einem Ventil der erstbeschriebenen Art, bei dem der Druck des Druckmittels auf den Sitzkörper und auf d'.e freie Fläche des Steuerkolbens in gleicher Richtung wirkt, wird die Feder durch das Druckmittel merklich unterstützt, so daß Schließbewegung und Anpreßdruck des Sitzkörpers durch die Eigenschaften der Feder und das — auch dämpfend wirkende — Druckmittel bestimmt werden.

Zudem ist der .Sitzkörper bei einem Ventil der zweiten beschriebenen Art außerhalb der die gesamte Ventilsteuerung aufnehmenden Ventilkammer jenseits des Auslasses angeordnet. Da bei geöffnetem Ventil der Strömungsquerschnitt möglichst über die gesamte Baulänge des Ventils gleich sein soll, ist hierfür eine umständliche Konstruktion des Ventilgehäuses notwen-

fi5 dig, da das aus dem Auslaß strömende Druckmittel bei geöffnetem Ventil um den Sitzkörper nochmals herumgeleitet werden muß. Dadurch erhöht sich merklich die Baulänge des gesamten Ventils; man ist

jedoch bemüht, die Baulänge möglichst gering zu halten, da dadurch auch der Druckabfall im Ventil längs des Strömungsweges des Druckmittels klein gehalten werden kann. Nur so steht der anfängliche Leistungsdruck des Druckmittels auch bei mehreren aufeinander- folgenden Ventilen in der Druckmitteileitung am Ende der Leitung noch annähernd zur Verfügung. Bei dem erwähnten Ventil ist daher der Druckabfall relativ hoch.

Aus der DE-AS 12 37 867 ist ein Sitzventil mit geradem Durchgang bekannt, bei dem lediglich der Steuerkolben für das Sitzventil, nicht jedoch die Kolbenstange abgedichtet werden muß. Mit diesem Ventil soll ein langsames entlastetes öffnen und rasches Schließen erreicht werden. Beides geschieht allein durch Ausnutzung des DruckmitteWruckes, wobei die Schließbewegung durch eine Druckfeder erfolgt; beim öffnen muß die Kraft dieser Druckfeder durch den Druck in der Ventilkammer erst überwunden werden. Schließ- und Öffnungsbewegungen dieses Sitzventils hängen dadurch im wesentlichen von den Druckverhältnissen in der Ventilkammer ab. Zusätzlich wird jedoch für die Einleitung der Öffnungsbewegung ein Entlastungsventil benötigt, das auf den Schließkörper aufgesetzt .st und in der Schließstellung des Ventils gegen diesen abgedichtet werden muß. Der Vorteil einer einzigen Dichtung wird durch diese Bauart zumindest teilweise wieder aufgehoben.

Aus der US-PS 33 99 689 ist ein weiteres Sitzventil mit geradem Durchgang bekannt, in dessen Ventilkammer ein umströmter Steuerblock fest angeordnet ist, in dem ein Steuerzylinder mit einem federbelasteten Kolben gelagert ist. Das unlere Ende des Kolbens ist als Sitzkörper ausgebildet. Da durch diese Konstruktion das Ventil ständig geschlossen gehalten würde, wird der Steuerzylinder über ein äußeres Vorsteuerventil betä- J5 tigt, das seinerseits über Kanäle mit der Ventilkammer sowie mit einem Bereich jenseits des Auslasses verbunden ist. Mit dem Vorsteuerventil kann der Kolben mit dem Sitzkörper in jeder beliebigen Stellung festgehalten werden, indem der Druck auf die beiden Kolbenflächen durch das Vorsteuerventil eingestellt wird. Der Aufbau dieses Ventils ist insbesondere wegen des komplizierten, jedoch notwendigen Vorsteuerventils recht aufwendig.

Der Erfindung liest die Aufgabe zugrunde, bei einem « Sitzventil der eingangs genannten Art die Konstruktion so zu vereinfachen, daß möglichst wenig Einzelteile, insbesondere Abdichtungen und Teile in Verbindung mit den Abdichtungen verwendet werden, so daß eine kurze Baulänge mit entsprechend geringem Druckabfall erreicht wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolbenstange auf der dem Sitzkörper abgewandten Seite des Steuerkolbens angeordnet und mit dem Sitzkörper über eine den Steuerzylinder umgreifende Verbindung starr befestigt ist.

Bei einem Sitzventil gemäß der Erfindung ist zwischen dem Druckraum des Steu'jrfluicls, dem Steuerzyiinder und der Ventilkammer lediglich eine Abdichtstelle - die des Steuerkolbens gegen den &o Steuerzylinder — notwendig.

Ebenso ist bei einem Sitzventil gemäß der Erfindung kein zusätzlich abzudichtendes Entlastungsventil am Sitzkörper oder ein äußeres kompliziertes Vorsteuerventil notwendig, mit dem die Druckverhältnisse in der -ö Ventilkammer zum öffnen und Schließen des Sitzventils beeinflußt werden müßten.

Durch die besondere Art der Anordnung der Kolbenstange drückt während der Schließbewegung des Sitzveiitils das Druckmittel in Schließrichtung aui die Kolbenfläche, wodurch die Schließkraft der Druckfeder durch das Druckmittel noch unterstützt wird.

Gegenüber bekannten Sitzventilen der eingangs zuerst beschriebenen Art ist die Konstruktion insbesondere dahingehend vereinfacht, daß lediglich eine Abdichtung des Druckraumes des Steuerfluids gegenüber der Ventilkammer des Sitzventils benötigt wird. Da gerade die Abdichtstellen konstruktiv aufwendig mit einer Vielzahl von paßgenauen Einzelteilen gestaltet werden müssen, vereinfacht sich dadurch die Konstruktion erheblich. Außerdem arbeitet dadurch das Ventil zwangsläufig zuverlässiger und Reparaturen sind einfacher und kostengünstiger durchzuführen.

Insgesamt ist ein Sitzventil gemäß der Erfindung gegenüber den erstbeschriebenen Sitzventilen konstruktiv weniger aufwendig. Die Vorteile der bekannten Sitzventile, insbesondere die Unters^izung der Federkraft durch das Druckmitte! werden be! einem Ventil gemäß der Erfindung jedoch beibehalten.

Gegenüber bekannten Sitzventilen der ein^ngs beschriebenen zweiten Art hat ein Sitzventil gemäß der Erfindiog eine wesentlich kürzere Baulänge, da sämtliche zum Absperren des Ventils dienenaen beweglichen Teile in der Ventilkammer angeordnet sind. Hieraus resultiert ein gegenüber bekannten Sitzvemilen dieser Art geringerer Druckabfall über die Baulänge des Sitzventils und auch ein erheblich geringeres Gewicht.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verbindung zwischen Sitzkörper und Kolbenstange ein Strömungskörper zur Bildung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnitts in der Ventilkammer.

Auch durch eine solche Ausbildung der Verbindung zwischen Sitzkörper und Kolbenstange kanr. die Konstruktion des gesamten Sitzventils vereinfacht werden. Es ist nämlich wesentlich einfacher, z. B. eine als Ro'i.rkörper ausgebildete Verbindung strömungsgünstig herzustellen als — wie sonst üblich - den Steuerzylinder mit seinen gedrehten und gefrästen T.-ilen'mit strömungsgünstigen Außenmaßen herzustellen Hierdurch kann auch die Fertigung des Sitzventils verbilligt werden, da die den Durchgang des Druckmittels beeinflussenden Begrenzungswände im wesentlichen nur durch die z. B. stromlinienförmig ausgeführte Verbindung zwischen Sitzkörper und Kolbenstange, nicht jedoch durch die Außenwände etwa des Steuerzylinders bestimmt werden.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anha'd der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Sitzventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Sitzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein Sitzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einer Ventilkammer 3 auf, in die an einem Ende ein Einlaß 4 mündet. Koaxial zu diesem Einlaß 4 ist am anderen Ende der Ventilkammer ein Auslaß 5 angeordnet. Die Ventilkammer und die Ein- bzw. Auslässe sind jeweils um eine Achse, die Ventilachse 6. rotationssymmetrisch. Das Ventilgehäuse ist an beiden Enden am Einlaß und Auslaß mit Flanschen 7 bzw. 8 versehen, an denen zur Ventilachse 6 koaxiale Rohrleitungen befestigt werden können.

In der unteren, dem Auslaß 5 zugewandten Hälfte der Ventilkammer 3 ist eine Trägerkonstruktion 11 montiert, auf der ein Steuerzylinder 12 befestigt ist. Die Trägerkonstruktion 11 weist dabei Durchbrüche 13 auf. derart, daß der durch den Querschnitt des Ein- und Auslasses bestimmte Strömungsquerschnitt für das Druckmittel nicht beeinträchtigt wird. Der Steuerzylinder 12 erstreckt sich von der Trägerkonstruktion 11 in Richtung des Einlasses 4 und weist an seinem diesem zugewandten Ende einen Anschlag 14 für eine Druckfeder 15 auf. Die Druckfeder 15 stützt sich mit ihrem anderen Ende auf der dem Einlaß 4 zugewandten flache eines Steuerkolbcns 16 in dem Steuerzylinder 12 ab. Der Steuerkolben 16 ist gegenüber der Zylinderwand mit einem an seinem Umfang angelegten O-Ring 17 abgedichtet.

Die dem Einlaß 4 abgewandte Fläche des Steuerkolbens 17 begrenzt neben den Seitenwänden des

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integrierten Bodenfläche einen Druckraum 18 des Steuerzylinders 12, in den über eine aus dem Ventilgehäuse 2 führende Druckleitung 19 ein Steuer fluid einströmen kann.

Der Auslaß 5 weist in einem der Ventilkammer 3 zugewandten Gebiet eine Sitzfläche 20 auf. die z. B. als üblicher Kunststoffsitzring ausgebildet ist. An dieser Sitzfläche 20 liegt ein kegeliger Sitzkörper 21 an; der Sitzkörper ist mit einem sich in Richtung des Einlasses erstreckenden, zur Ventilachse 6 koaxialen rohrförmigen Verbindungsstück 22 verbunden. Das Verbindungsstück 22 geht in ein kegelförmiges Endstück 23 über, das dem Einlaß 4 zugewandt ist. Sitzkörper 21, Verbindungsstück 22 und Endstück 23 bilden einen stromlinienförmigen Ventilkörper, der so ausgebildet ist. daß der Strömungsquerschnitt für das Druckmittel durch das Ventil bei vollständig abgehobenem Sitzkörper über die gesamte Baulänge des Sitzventils annähernd gleich ist.

Mit dem Endstück 23 des Sitzkörpers ist eine am Steuerkolben 16 befestigte Kolbenstange 24 verbunden, die sich längs der Ventilachse 6 erstreckt.

In der Ruhestellung des Sitzventils wird der Sitzkörper 21 durch die Kraft der Druckfeder 15 gegen die Sitzfläche 20 gepreßt. Unterstützt wird der Anpreßdruck noch durch den statischen Druck des Druckmittels in der Ventilkammer 3. der auf die mit der Kolbenstange 24 verbundene Fläche des Steuerkolbens 16 und auf den Sitzkörper 21 in gleicher Richtung wirkt. Wenn der Durchgang durch das Sitzventil freigegeben werden soll, wird über die Steuerleitung 19 ein Steuerfluid in den Druckraum 18 des Steuerzylinders gepreßt. Dadurch wird der Steuerkolben 16 längs der Ventilachse in Richtung des Einlasses 4 im Steuerzylinder verschoben, wobei gleichzeitig der Sitzkörper 21 durch die starre Verbindung mit dem Steuerkolben über die Kolbenstange 24 und das Endstück 23 bzw. das Verbindungsrohr 22 von der Sitzfläche 20 abgehoben wird, und /war bis zu einem Hub, der dadurch begrenzt wird, daß entweder die Druckfeder 15 zusammengepreßt ist oder daß ein hier nicht gezeigter Anschlag für den Steuerkolben 16 vorgesehen ist. In dieser Stellung ι ist das ventil für den Durchgang des Druckmittels freigegeben.

In der F ι g. 2 ist ein zweites Alisführungsbeispiel gemäß der Erfindung gezeigt, bei dem für gleiche Teile

gleiche Bezugsziffern verwendet werden.

Hier sind in einem ebenso wie bei dem Sitzventil gemäß der F i g. 1 ausgebildeten Ventilgehäuse 2 eine mit dem Gehäuse verbundene Trägerkonstruktion Il und ein Steucr/ylinder 12 verbunden, dessen Außenwände jetzt durch einen Metallfaltenbalg 31 gebildet sind, der an seinem einen Ende mit dem Steuerzylinder 12 und an seinem anderen Ende mit dem Steuerkolben 16 ν runden ist. Der Steuerkolben sitzt in der Ruhestellung, d. h. dann, wenn der Steuer/ylinder nicht mit einem Steuerfluid beaufschlagt ist. ist praktisch auf der in der Trägerkonstruktion 1( integrierten Bodenfläche des Druckraumes 18 des Steuerzylinders auf. Er wird durch die Druckfeder 15 abgestützt, die die Kolbenstange 24 konzentrisch umgibt und an ihrem anderen Ende an einem Anschlag 14 des Steuerzylinders anliegt.

Auch bei dieser Konstruktion des Sitzventils ist das Verbindungsstück zwischen Steuerkolben und Sitzkörper als Strömungskörper 22 und 23 ausgebildet, so daß ι über die gesamte Baulänge des Sitzventils in geöffnetem Zustand annähernd der gleiche Strömungsquerschnitt vorhanden ist.

Trotz der Verwendung eines Metallfaltenbalges als Dichtungselement kann die Baulänge des Sitzventils gegenüber bekannten Sitzventilen verringert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Sitzventil mit geradem Durchgang, das ein Ventilgehäuse mit einer Ventilkammer, einem Einlaß in die Ventilkammer sowie einem dazu koaxialen Auslaß mit einer Sitzfläche für einen Sitzkörper und schließlich in der Ventilkammer einen mit einem Steuerfluid hydraulisch bzw. pneumatisch beaufschlagbaren Steuerzylinder für den in Durchgangsrichtung betätigbaren Sitzkörper aufweist, der über eine Kolbenstange mit einem Steuerkolben in dem Steuerzylinder verbunden und bei drucklosem Steuerzylinder mittels einer auf den Steuerkolben wirkenden Feder auf der Sitzfläche am Auslaß gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (24) auf der dem Sitzkörper (21) abgewandten Räche des Steuerkolbens (16) angeordnet und mit dem Sitzkörper über eine den Steuerzylinder (12) umgreifende Verbindung (22,23) starr befestigt ist.

2. Sitzventil nach Anspruch (, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (22, 23) zwischen Sitzkörper (21) und Kolbenstange (24) ein Strömungskörper zur Bildung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnittes in der Ventilkammer (3) ist.

3. Sitzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (22, 23) zwischen Sitzkörper (21) und Kolbenstange (24) rohrförmig mit kegeligen Endstücken (23,21) ist.

4. Sitzve.-.al nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ■jekenr-'sichnet, daß die Verbindung (22, 23) zwischen Sitzkörper (21) und Kolbenstange (24) mehrere r¹ am Einlaß (4) des Sitzventils zugewandte Durchbrüche aufweist.