DE2824184C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Ventilvorrichtung ist an einer Hochdruck­ pumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe angeordnet und umfaßt zwei Rückschlagventile, wobei eines der Rück­ schlagventile, das Einlaßventil, beim Einlaßhub der Pumpe öffnet, so daß ein Fluidstrom von einer Nieder­ druckquelle in die Pumpe eintreten kann, während beim Förderhub der Pumpe das andere Ventil, das Auslaßventil, öffnet und einen Austritt des Hochdruckfluids gestattet.

Herkömmliche Ventilvorrichtungen der obengenannten Art werden in den US-Patentschriften 31 14 326 und 31 06 169 beschrieben. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist das Einlaßventil als Plattenventil ausgebildet, dessen ring­ förmiges Ventilglied in der Schließstellung unmittelbar an der flachen Stirnfläche des Ventilkörpers anliegt. Diese Ventilvorrichtungen sind für Drücke in der Größen­ ordnung von 250 MPa ausgelegt. Bei höheren Drücken sind diese Ventile jedoch beträchtlichen Verschleiß- und Ermüdungserscheinungen, insbesondere an der Grenzfläche zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilglied des Einlaß­ ventils ausgesetzt. Bereits geringfügige Friktionen zwi­ schen den einzelnen Teilen bei der Montage oder im Betrieb können zu Oberflächenschäden führen, die einen Eintritt kleiner Flüssigkeitsmengen zur Folge haben. Da das Förder­ medium bei den sehr hohen Drücken kompressibel ist, führen auch kleine Wassereinschlüsse angesichts des ständigen Druckwechsels zu ständigen Ausdehnungen und Zusammenzie­ hungen und zu baldiger Zerstörung der Dichtposition.

Aus der DE-OS 27 05 864 ist eine ähnliche Ventilvorrichtung bekannt, bei der das Ventilglied des Einlaßventils aus zwei mit Preßpassung ineinandergesetzten, an einem Ende entgegengesetzt konisch abgeschrägten Hülsen gebildet ist, die in einen ringförmigen Ventilsitz mit ebenfalls entgegengesetzt konischen Flächen eingreift. Die Hülsen sollen sich zur automatischen und exakten Anpassung der einander zugeordneten Dichtflächen axial gegenein­ ander verschieben können. Durch diese Axialverschiebung sind einerseits Oberflächenbeschädigungen an den einander zugewandten Flächen zu erwarten, und im übrigen erfordert die zwar feste, aber eine Verschiebung unter bestimmten Drücken gestattende Verbindung der Hülsen außerordentlich genaue Herstellungstoleranzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvor­ richtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, deren einwandfreie Funktion auch bei höheren Drücken in der Größenanordnung von 400 bis 650 MPa nicht durch Verschleiß­ erscheinungen an dem Einlaßventil beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß legt sich das als kreisförmiger Ventilring ausgebildete Ventilglied des Einlaßventils gegen im Dreieck verteilte Stützlinsen an, die auch beim Auftreten von Verschleiß die Position des Ventilrings exakt defi­ nieren und eine vollständige Abdichtung der Einlaß-Öffnungen innerhalb der Stützlinsen gewährleisten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine er­ findungsgemäße Ventilvorrichtung;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Li­ nie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Ventilvorrichtung bezeichnet, die mit einem Druckzylinder 12 einer Hochdruck-Kolbenpumpe ver­ bunden ist. Die Ventilvorrichtung 10 umfaßt einen im wesent­ lichen zylindrischen, langgestreckten Ventilkörper 14, der koaxial zu dem Druckzylinder 12 angeordnet ist. Der Ventil­ körper 14 ist mit Hilfe einer Druckschraube 16 in den Druck­ zylinder 12 eingeschraubt. Links in Fig. 1 ist eine Hoch­ druckleitung 18 dargestellt, die koaxial zu dem Ventilkör­ per 14 liegt und mit diesem verbunden ist. Ein Einlaßring 20 umgibt den Ventilkörper 14 und stellt eine Verbindung mit einer nicht gezeigten Quelle eines Niederdruckfluids dar. Im Bereich des rechten Endes des Ventilkörpers 14 befindet sich ein Einlaßventil 22, das beim Saughub eines nicht ge­ zeigten Kolbens innerhalb des Druckzylinders 12 öffnet und über Bohrungen 24 Niederdruckfluid in den Druckzylinder 12 eintreten läßt. Im linken Bereich des Ventilkörpers 14 ist ein Auslaßventil 26 vorgesehen, daß ebenso wie das Einlaß­ ventil 22 als Rückschlagventil ausgebildet ist und beim Förderhub des Kolbens Hochdruckfluid an die Hochdrucklei­ tung 18 abgibt.

Die Ventile 22, 26 öffnen und schließen somit alternativ und führen bei jedem Zyklus des Kolbens zu einer Aufnahme von Niederdruckfluid durch den Einlaßring 20 und einer Ab­ gabe von Hochdruckfluid durch die Hochdruckleitung 18.

Nunmehr soll die Erfindung im einzelnen erläutert werden.

Der Ventilkörper 14 ist nicht unmittelbar in den Druckzylinder 12 einge­ schraubt. Vielmehr umgibt die Druckschraube 16 den einlaß­ seitigen Endbereich des Ventilkörpers 14 ringförmig und stützt sich an diesem nach rechts in Fig. 1 über einen In­ nenflansch 28 der Druckschraube und einen Außenflansch 30 des Ventilkörpers 14 ab. Die gegeneinander anliegenden Flanken 32 der Flansche 28, 30 sind leicht kegelstumpfförmig abge­ schrägt. Aus Fig. 1 geht hervor, daß die Druckschraube 16 mit Außengewinde in ein entsprechendes Innengewinde des Druckzylinders 12 eingreift. Die Länge der Druckschraube 16 ist so gewählt, daß sie mit ihrem in Fig. 1 rechts lie­ denden Ende eines deutlichen Abstand zu dem Grund 34 der sie aufnehmenden Gewindebohrung aufweist, so daß insoweit keine Toleranzen zu berücksichtigen sind.

Die rechts in Fig. 1 liegende Stirnseite 36 des Ventilkör­ pers 14 ist als Dichtfläche 38 ausgebildet, die sich gegen eine entsprechende Dichtfläche 40 des Druckzylinders 12 anlegt und den nicht gezeigten Kolben führt. Die Dichtfläche 38 des Ventil­ körpers 14 ist unter einem geringen Winkel von beispiels­ weise 5° kegelstumpfförmig abgeschrägt.

Bei dieser Ausführung werden die Dichtflächen 38, 40 zwi­ schen dem Ventilkörper 14 und den Druckzylinder 12 bei der Montage vollständig axial zusammengeführt, während ledig­ lich die Druckschraube 16 in dem Innengewinde des Druckzy­ linders 12 gedreht wird. Auf diese Weise treten keinerlei Friktionen zwischen den Dichtflächen 38, 40 auf, die zu den erwähnten Dichtungsproblemen führen könnten.

Der zwischen dem Grund 34 der Gewindebohrung des Druckzy­ linders 12 und dem diesem gegenüberliegenden Ende der Druck­ schraube 16 gebildete Ringraum 44 steht über eine achsparal­ lele Entlastungsbohrung 46, die die Druckschraube 16 durch­ dringt, mit der Umgebung in Verbindung.

Innerhalb des Einlaßringes 20, der den Ventilkörper 14 ring­ förmig umgibt, befindet sich eine Einlaßnut 48. Beidseitig der Einlaßnut sind in dem Ventilkörper 14 umlaufende O- Ringe 50, 52 vorgesehen, die eine Abdichtung zwischen dem Ventilkörper 14 und dem Einlaßring 20 bei Drücken von we­ nigen bar bewirken. Ein Sprengring 54, der in eine umlau­ fende Nut 56 des Ventilkörpers 14 eingesetzt ist, legt den Einlaßring 20 nach links in Fig. 1 fest.

Der Einlaßring 20 weist eine radiale Einlaßbohrung 58 auf, die mit der Einlaßnut 48 in Verbindung steht und die Monta­ ge einer nicht gezeigten Niederdruck-Einlaßleitung gestattet.

Von der Einlaßnut 48 verlaufen in Richtung des Auslaßventils 22 die bereits erwähnten Bohrungen 24. Es sind drei Bohrungen 24 vorgesehen, die in gleichmä­ ßigen Winkelabständen von 120° verteilt sind und kegelför­ mig schräg nach rechts in Fig. 1 zusammenlaufen.

Die Bohrungen 24 enden im Bereich der Stirnseite 36 des Ventilkörpers 14 in linsenförmigen Ansätzen oder Stützlin­ sen 60, die die mit 62 bezeichneten Öffnungen der Bohrungen 24 ringförmig umgeben. Diese Stützlinsen 60 sind in einem Kreis mit einem Winkelabstand von 120° bzw. in einem gleich­ seitigen Dreieck angeordnet, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die drei Stützlinsen 60 befinden sich auf einer Kreisfläche 64, die leicht von der Dichtfläche 40 vorspringt.

Gegen die Stützlinsen 60 wird ein Ventilring 66 vorge­ spannt, der das Ventilglied des Einlaßventils 22 bildet. Dieser Ventilring 66 weist im Inneren einen zu dem Ventil­ körper 14 koaxialen Durchlaß 68 auf. Da die drei mit ge­ wisser Annäherung als punktförmig zu betrachtenden Stütz­ linsen 60 eine Ebene definieren, liegt der Ventilring 66 stets sehr genau und unabhängig von einem etwaigen Ver­ schleiß der Stützlinsen oder des Ventilringes gegen die Stützlinsen an und dichtet das Innere des Druckzylinders 12 gegenüber dem Einlaßsystem ab.

Der Ventilring 66 wird gegen die Stützlinsen 60 durch eine nur angedeutete Schrauben-Druckfeder 70 vorgespannt, die innerhalb eines topfförmigen Federkäfigs 72 liegt, der in eine Einsenkung des Druckzylinders 12 eingesetzt ist und dessen Boden einen Durchlaß 74 koaxial zu dem Ventilkörper 14 und dem Druckzylinder 12 aufweist.

Der Ventilkörper 14 wird von einer Axialbohrung 76 durch­ zogen, die sich im Bereich des Auslaßventils 26 links in Fig. 1 zu einem Ventilsitz 78 erweitert, gegen den eine Ventilkugel 80 anliegt.

Durch die Verwendung der Druckschraube 16 werden Friktionen an den kritischen Dichtflächen bei der Montage verhindert. Das Einlaßventil 22 arbeitet ohne jeg­ liche Reibung, da sich der Ventilring 66 lediglich gegen die Stützlinsen 60 anlegt und von diesen abhebt. Es be­ steht daher nicht die Gefahr, daß Flächen, die für die Abdichtung kritisch sind, durch Friktionsverschleiß be­ schädigt werden.

Insgesamt sind bei der Herstellung der Ventilvorrichtung in keinem Falle Einbautoleranzen oder Paarungspassungen zu berücksichtigen. Die Ventilvorrichtung ist für hohe und höchste Drücke sowie verschiedene hoch- und nieder­ viskose Förderströme geeignet.

Friktionen, auf deren außerordentlich schädliche Folgen in bezug auf eine dauerhafte und zuverlässige Abdichtung bereits hingewiesen wurde, treten weder bei der Montage der Ventilvorrichtung noch beim Öffnungs- und Schließhub der Ventile auf. Die Schließwirkung des Einlaßventils ist aufgrund des "Dreibeineffekts" von etwaigen Verschleißer­ scheinungen nahezu vollständig unabhängig.

Claims (4)

1. Ventilvorrichtung für Hochdruckpumpen mit einem Ventil­ körper, an dessen gegenüberliegenden Stirnseiten koaxial ein Auslaßventil und ein Einlaßventil vorgesehen sind, mit einer die Stirnseiten des Ventilkörpers verbindenden, durch das Auslaßventil verschließbaren Axialbohrung und einer durch den Ventilkörper verlaufenden Niederdruck-Einlaßlei­ tung, die in der einlaßseitigen Stirnseite des Ventilkörpers mehrere Öffnungen aufweist, die durch einen das Ventilglied des Einlaßventils bildenden, koaxial zu dem Ventilkörper liegenden Ventilring verschließbar sind, dadurch ge­ zeichnet, daß es sich bei den Öffnungen (62) der Einlaßleitung (58, 24) um drei kreisförmig in Winkelabständen von 120° angeordnete Öffnungen handelt, die jeweils von einer von der Stirnfläche des Ventilkörpers vorspringenden Stützlinse (60) zur Abstützung des Ventil­ ringes (66) umgeben sind.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine Schrauben-Druckfeder (70), die sich zwischen dem Ventilring (66) und dem - im Mittel­ bereich offenen - Boden eines topfförmigen Federkäfigs (72) abstützt, der in einen an den Ventilkörper angrenzen­ den und fest mit diesem verbundenen Druckzylinder (12) eingebettet ist.

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruck-Einlaß­ leitung drei kegelförmig in Winkelabständen von 120° an­ geordnete Bohrungen (24) umfaßt, die sich zwischen den Öffnungen (62) und einer in den Ventilkörper (14) einge­ arbeiteten ringförmigen Einlaßnut (48) erstrecken.

4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einlaßnut (48) durch einen Einlaßring (20) umgeben ist, der eine radiale An­ schlußbohrung für eine Niederdruck-Leitung aufweist.