DE3005768A1

DE3005768A1 - Ueberdruckventil

Info

Publication number: DE3005768A1
Application number: DE19803005768
Authority: DE
Inventors: Jun Charles E Ekeleme; Donald L Richards
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1980-02-15
Publication date: 1980-08-28
Also published as: US4226261A

Description

E-4136 14-2-80

EATON CORPORATION, Cleveland, Ohio 44114, USA

Überdruckventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überdruckventil, und zwar insbesondere auf ein Überdruckventil der Kopfbauart mit verbesserten Rückschließeigenschaften.

Bei der Konstruktion von Rückschlagventilen der Kopfbauart mit hohem Hub ergibt sich von Natur aus ein Problem infolge der großen Differenz zwischen den Öffnungsund Schließ- oder Rücksetz-Drücken, infolge der großen Flächendifferenz, die erforderlich ist, um eine hinreichende nach oben gerichtete Kraft zum vollständigen Anheben des Ventils zu erzeugen.

Um bei bekannten Überdruckventilen eine gute Hub- oder Springwirkung zu erhalten, wurde das Strömungsmittel akkumuliert, welches aus dem Ventil dann entweicht, wenn dies zuerst aufspringt, und zwar durch Begrenzung des Entweichungsdurchlasses für das Strömungsmittel, wobei der sich auf diese Weise aufbauende Druck diejenige Kraft vergrößert, die die Tendenz hat, das Ventil aus seinem Sitz heraus und dieses schnell in seine volle Öffnungsposition zu bewegen. Um jedoch das Ventil wieder mit einem Druck zu schließen, der in vernünftigem Rahmen dicht zum Druck liegt, bei dem das Ventil zuerst sich öffnet, muß die Fläche des Entweichungsdurchlasses groß genug dann sein, wenn das Ventil weit offen ist, so daß der Druck

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des entweichenden Strömungsmittels, der die Tendenz hat, das Ventilelement offen zu halten, sich nicht in einem solchen Ausmaß aufbaut, daß sich das Ventil nicht schließen würde, bis der Betriebsdruck beträchtlich tiefer gefallen ist, als der Druck, bei dem das Ventil zweckmäßigerweise schließen soll.

Es ist schwierig, durch Massenproduktion ^ein Rückschlagventil herzustellen, welches sowohl in hinreichender Weise CIe. Fläche des Entweichungsdurchlasses begrenzt für das akkumulierte Strömungsmittel bis zu einem Zeitpunkt, nachdem das Ventil sich um eine wesentliche Größe geöffnet hat, um eine geringe Betriebs- oder Arbeitsdifferenz vorzusehen, wobei gleichzeitig auch bewirkt wird, daß diese Fläche hinreichend groß ist, wenn das Ventil weit geöffnet ist, um das Schließen des Ventils bei einem Druck zu bewirken, der dicht zum Öffnungsdruck liegt.

Zur Lösung dieses Problems sind bereits mehrteilige Kopfclemente vorgesehen worden, und auch kombinierte Kopfelement- und Membranventile; diese Lösungen sind jedoch kompliziert und kostspielig in der Herstellung.

Die Erfindung löst obige Probleme durch ein Rückschlag- oder Freigabeventil mit einem einen relativ kleinen Durchmesser aufweisenden Kopfglied, und zwar bezüglich der Ventilbohrung, wobei aber ferner ein Kanal oder eine gebohrte (genutete) Fläche benachbart zum Ventilsitz vorgesehen ist, wo hinein sich ein Teil des Kopfelementes bei geschlossenem Ventil erstreckt. Diese Konstruktion hat zur Folge, daß ein enger Zwischenraum zwischen dem Kopfelement und der Ventilbohrung vorgesehen ist, wobei es sich zu diesem Punkt um die Außenwand des Kanals handelt, auf welche Weise das Aufspringen des Ventils gestattet wird, wobei zugleich ein unbeschränkter Strömungspfad dann vorgesehen ist, wenn das Ventil offen ist, um das Schließen (das Zurückindensitzbringen) des Ventils bei einem Druck gestattet ist, der sehr dicht zum Öffnungsdruck (d.h. dem die Herausbewegung aus dem Sitz bewirkenden Druck)

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liegt.

Weitere Vorteile, Ziel und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Rückschlagoder Überströmventil in Schließstellung;

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, wobei aber das Rückschlagventil in seiner üffnungsstellung gezeigt ist;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Teils des Überdruckventils.

Fig. 1 zeigt ein im ganzen mit 10 bezeichnetes Überdruckventil, welches folgende Elemente aufweist: einen im ganzen zylindrischen Ventilkörper 12, eine Kopfanordnung 14 aufgenommen innerhalb des Ventilkörpers, einen Federhalter 16 aufgenommen über der Kopfanordnung 14 und gewindemäßig aufgenommen im Ventilkörper 12, und eine Druckfeder 18, die zv/ischen dem Federhalter 16 und der Kopfanordnung 14 wirkt.

Eine abgestufte Bohrung ist axial durch den Ventilkörper verlaufend ausgebildet und weist einen ersten relativ groBen Durchmesserteil 20 auf, in den der Federhalter 16 eingeschraubt ist, ferner einen Zwischendurchmesserteil 22, der eine Hauptventilkammer 24 definiert, und einen einen relativ kleinen Durchmesser besitzenden Einlaßbohrungsteil 26. Eine Vielzahl von Radiallöchern 28 sind durch den Ventilkörper verlaufend ausgebildet und definieren Austrittsöffnungen, die sich von der Hauptventilkammer 24 nach außen hin öffnen.

Der Ventilkörper 12 ist an seinem Einlaßende 29 mit Gewinde versehen, um an einem Tank oder einem Rohrfitting oder dergleichen befestigt werden zu können; ferner ist am Einlaßende

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29 ein Hexagonalabschnitt 30 zur Erleichterung der Befestigung vorgesehen. Ein Ventilsitz 32 wird durch den Schnitt von Einlaßbohrung 26 und Zwischenbohrung 22 definiert.

Die Kopfanordnung 14 weist ein langgestrecktes zylindrisches Schaftglied 34 auf, sowie ein elastomeres Scheibenventilelement 36, welches in einer an einem Ende des Schafts 34 ausgebildeten Gegenbohrung 38 aufgenommen ist. Das Ventilelement 36 kann am Schaft durch irgendwelche geeigneten Mittel befestigt sein, beispielsweise durch Kleben oder mittels eines Festsitzes innerhalb der Gegenbohrung.

Das Schaftglied 34 besitzt einen ersten Durchmesserteil 40, der etwas größer ist als der Durchmesser der Gegenbohrung 38, um so einen dünnen Wandabschnitt 39 zu definieren; das Schaftglied 34 weist ferner einen zweiten Durchmesserteil 42 in der Form eines Ringvorsprungs oder einer Lippe auf, die etwas kleiner ist als die Zwischendurchmesserbohrung 22, um so den Schaft in der Bohrung zu führen, und ferner weist das Schaftglied 34 einen dritten Durchmesserteil 44 auf, der zur Anordnung der Feder 18 dient, wobei schließlich noch ein vierter Durchmesserteil 46 sich durch den Federhalter 16 erstreckt. Ein fünfter Durchmesserteil 48 kann ebenfalls zwischen dem Durchmesserteil 44 und 46 vorgesehen sein und ist etwas größer als die Bohrung 50 durch den Federhalter 16, um die Aufwärtsbewegung des Ventilschafts zu begrenzen. Ein Querloch 52 ist am Außenende des Schafts zur Befestigung eines Hebels oder dergleichen zum Zwecke des manuellen Betätigens des Ventils vorgesehen.

Im Federhalter 16 ist eine Gegenbohrung 54 ausgebildet, um darinnen ein Ende der Feder 18 zu positionieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Schraubenzieherschlitz 56 im äußeren Ende des Federhalters ausgebildet, um Einbau und Einstellung zu erleichtern. Eine Verriegelungsmutter 57 kann am Federhalter angebracht werden, um dessen Position innerhalb

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des Ventilkörpers 12 beizubehalten. Das Ventil kann auf einen vorbestimmten Sitzabheb- oder Öffnungsdruck dadurch eingestellt werden, daß man die Tiefe verändert, mit der der Federhalter 16 in den Ventilkörper 12 eingeschraubt ist, auf welche Weise die Vorbelastung an der Feder 18 verändert wird. Sobald die Einstellung vorgenommen ist, kann der Federhalter an seinem Platz mittels der Verriegelungsmutter 57 verriegelt werden.

Insbesondere in Fig. 3 ist vergrößert das Gebiet des Ventils einschließlich des unteren Endes der Kopfanordnung 34 sowie des Ventilsitzes 32 dargestellt, und man erkennt, daß der Durchmesser 40 wesentlich kleiner ist als der Durchmesser 22 der Hauptventilkammer 24, so daß das freigesetzte Strömungsmittel nicht die Tendenz besitzt, unterhalb des Ventils in der Ventilkammer bei geöffnetem Ventil eingefangen zu werden, auf welche Weise gestattet wird, daß sich das Ventilglied schließt, d.h. zu seinem Sitz zurückbewegt, bei einem Druck, der nur etwas niedriger als der eingestellte Druck ist.

Üblicherweise würde eine derartige Beziehung zwischen dem Ventilschaftdurchmesser und dem Durchmesser der Ventilkammer es im wesentlichen unmöglich machen, daß das Ventil aufspringt. Wie jedoch durch den vergrößerten Schnitt gemäß Fig. 3 dargestellt ist, weist das erfindungsgemäße Ventil einen neuartigen Aufbau auf, der sowohl das Aufspringen des Ventils gestattet und auch einen Rückstelloder Schließdruck vorsieht, der dicht zum eingestellten Druck liegt. Speziell ist ein Kanal oder ein Nutgebiet 58 in der Fläche 60 ausgebildet, die definiert wird durch den Schnitt der Bohrungen 22 und 26, und zwar den Ventilsitz 32 umgebend; das elastomere Ventilelement 36 ist derart in die Gegenbohrung 38 eingesetzt, daß dann, wenn das Ventil geschlossen ist, ein Teil des Ringwandabschnitts 39 definiert durch den Gegenbohrungsdurchmesser und den Durchmesser 40 sich in den Kanal 58 erstreckt. Der Kanal

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58 ist nach innen gegenüber der Wand der Ven ti !.kammer 24 angeordnet, und es gibt einen minimalen Abstand zwischen dem Durchmesser 40 und dem Außendurchmesser des Kanals. Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, daß dann, wenn das Ventil als erstes beginnt sich zu öffnen, d.h. wenn der Strömungsmitteldruck am Einlaß 26 hoch genug ist, um die Federkraft zu überwinden und das Ventil 36 vom Sitz 32 abzuheben, das Strömungsmittel momentan die Tendenz besitzt, innerhalb des Kanals eingefangen zu werden, und da.das Strömungsmittel an diesem Punkt gegen den relativ großen Durchmesser 40 wirkt, springt das Ventil auf.

Sobald das Ventil aufspringt, gestattet der relativ uneingeschränkte Freigabedurchlaß 64, definiert zwischen den Durchmessern 22 und 40, den freien Fluß des freigesetzten Strömungsmittel durch die Austrittsöffnungen 28. Sobald das Ventil aufspringt, wirkt das gegen die Unterseite der Lippe 42 drückende Strömungsmittel auch unterstützend beim Anheben des Ventils in seine vollständig offene Position.

Die Lippe 42 ist axial auf dem Ventilschaft 34 derart angeordnet, daß dann, wenn das Ventil geschlossen ist, mindestens ungefähr 20 % der Querschnittsfläche jeder der Austrittsöffnungen 28 zum Auslaßdurchlaß 64 offen sind. Die Beziehung zwischen den Axialstellen des fünften Durchmesserteils 48 und der Lippe 42 ist derart getroffen, daß dann, wenn das Ventil sich in seiner vollständig geöffneten Position befindet, mindestens ein Teil der Querschnittsfläche jeder der Auslaßöffnungen 28 zum Teil der Kammer 24 oberhalb der Lrppe hin offen ist.

In der Praxis hat sich für optimale Arbeitsweise bei einem HalbHollventil folgendes hinsichtlich der Abmessungen ergeben: der Abstand zwischen dem Durchmesser 40 und dem Durch-

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messer 22 sollte mindestens 0,067 Zoll (1,7 mm) betragen,

die Tiefe des Kanals 58 sollte mindestens 0,025 Zoll (0,635 mm) sein und der Zwischenraum zwischen dem Durchmesser 40 und dem Außendurchmesser des Kanals 58 sollte nicht mehr als 0,023 Zoll (0,584 mm) betragen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit ein Druckfreigabeventil 10 vor mit einem Ventilschaft 34, der ein elastomeres Ventilelement 36 aufgenommen in einer Gegenbohrung 38 besitzt, die an einem Ende des Schafts ausgebildet ist und wobei dies Ventilelement mit einem Ventilsitz 32 in Eingriff bringbar ist, der im Körper 12 des Ventils ausgebildet ist. Ein Ringkanal 58 ist im Ventilkörper ausgebildet und umgibt den Ventilsitz, wobei das Ventilelement unter die Außenkante des mit Gegenbohrung versehenen Endes des Ventilschafts in der Weise eingesetzt ist, daß ein dünner Ringwandabschnitt 62 definiert wird durch die Differenz zwischen dem Durchmesser der Gegenbohrung und dem Außendurchmesser 40 des Ventilschafts, wobei sich dieser dünne ringförmige Wandabschnitt 62 nach unten in den Ringkanal bei geschlossenem Ventil hineinerstreckt. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Außendurchmesser des mit Gegenbohrung versehenen Endes des Ventilschaftes wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser 22 der Hauptventilkammer, um einen ringförmigen Strömungsmittelentweichungsdurchlaß 64 zu bilden, und ferner ist eine Lippe auf dem Ventilschaft oberhalb des mit Gegenbohrung versehenen Endes vorgesehen, um den Ventilschaft in der Hauptventilkammer zu führen. Die Beziehungen definiert durch den Ventilschaftdurchmesser, den Ringkanal, der den Ventilsitz umgibt, den Innendurchmesser der Hauptventxlkammer und die Anordnung des Ventilelements innerhalb des Ventilschafts gestatten, daß das Ventil dann aufspringt, wenn ein eingestellter Druck erreicht wird, wobei die Rückstellung, d.h. das Schließen mit einem Druck nahe des eingestellten Drucks erfolgt.

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Claims

Patentansprüche

1. Rückschlagventil mit einem eine Einlaßöffnung aufweisenden

Körper sowie einer die Einlaßöffnung schneidenden Kammer

(24) sowie einem Ventilsitz (32) definiert durch den
Schnitt von Einlaßöffnung und Kammer, wobei eine Ventilkopfanordnung (14) innerhalb der Kammer angeordnet und
bewegbar ist zwischen einer ersten Position in Berührung mit dem Ventilsitz und einer zweiten Position außer Eingriff mit dem Ventilsitz, wobei ferner mindestens eine
Auslaßöffnung (24) durch den Körper hindurch ausgebildet ist und von der Kammer nach außen führt, und wobei ferner Vorspannmittel(18) die Kopfanordnung in Eingriff mit
dem Ventilsitz vorspannen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkanal (58) im Körper
den Ventilsitz umgebend ausgebildet ist, daß die Kopfanordnung ein zylindrisches Schaftglied (34) aufweist,
daß eine Gegenbohrung (38) in einem Ende des Schaftglieds ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Gegenbohrung
etwas kleiner ist als der Durchmesser des erwähnten
Endes, um einen dünnen Ringwandabschnitt (39) dazwischen zu bilden, daß ein elastisches Ventilelement (36) in
der Gegenbohrung aufgenommen ist und mit dem Ventilsitz
in Eingriff bringbar ist, daß die Dicke des Ventilelements etwas kleiner ist als die Tiefe der Gegenbohrung, so daß der Ringwandabschnitt sich über die Außenstirnfläche
des Ventilelements hinaus und in den Ringkanal dann erstreckt, wenn das Kopfelement sich in seiner ersten
Position befindet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Ringwandabschnitts wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser (22) der Kammer, um einen ringförmigen Stromungsmxttelentweichungs-

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durchlaß (64) dazwischen zu bilden.

3. Ventil nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Lippe (42) mit Abstand oberhalb des erwähnten Endes des Schaftglieds angeordnet ist, und daß der Außendurchmesser der Lippe etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Kammer, um eine Gleitpassung dazwischen zu definieren.

4. Ventil nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, insbesondere Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe auf dem Ventilschaft angeordnet ist und daß die Austrittsöffnungen in dem Körper derart angeordnet sind, daß mindestens 20 % der Querschnittsfläche jeder Austrittsöffnung zu dem erwähnten Strömungsmittelentweichungsdurchlaß hin offen ist, wenn der Ventilschaft sich in seiner ersten Position befindet.

5. Ventil nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Begrenzung der Bewegung des Ventilschaftes in einer Richtung außer Eingriff mit dem Ventilsitz vorgesehen sind, daß die Beziehung zwischen der Lippe und den Austrittsöffnungen derart ist, daß mindestens ein Teil der Querschnittsfläche jeder Austrittsöffnung zu der Kammer hin oberhalb der Lippe dann offen ist, wenn der Ventilschaft sich in seiner Maximalposition außer Eingriff mit dem Ventilsitz befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch gewindemäßig im Körper aufgenommene Mittel, um ein Ende der Feder zu halten, wobei die Haltemittel eine Axialbohrung (50) hindurchverlaufend aufweisen, durch welche ein Ende des Ventilschaftes sich erstreckt, und wobei die Mittel zur Begrenzung.der Bewegung des Ventilschaftes einen Abschnitt des Ventilschaftes umfassen

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mit einem Durchmesser (48) größer als der Durchmesser der Axialbohrung.

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