DE3336345A1 - Hochdruckkugelventil - Google Patents

Description

Hochdruckkuqelventil

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckkugelventil, dessen Ventilgehäuse mit einer durch einen Ventilkörper abgeschlossenen Bohrung versehen ist, die umfangsseitig eine Auslaßbohrung und stirnseitig, dem Ventilkörper gegenüberliegend, eine Einlaßbohrung sowie eine die Einlaßbohrung verschließende Kugel aufweist, die von einem in einer Bohrung des Ventilkörpers verschiebbar gelagerten und von einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben betätigten Stößel in ihrer Schließstellung gehalten wird.

Wie aus der DE-QS 29 47 551 hervorgeht, gehören Hochdruckventile zum vorbekannten Stand der Technik, deren Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist und zwischen Einlaß und Auslaß einen durch einen Antrieb verschiebbaren Ventilkörper aufweisen. Dieser Ventilkörper ist in einem Kugelkäfig geführt und als Ventilkugel ausgebildet, die durch einen mit dem Antrieb verbundenen Ventilstößel entgegen dem Flüssigkeitsdruck von ihrem Ventilsitz abhebbar ist. Geführt wird der Ventilstößel in einer vom Ventilsitz ausgehenden zylindrischen Bohrung. Er ist auf seinem zylindrischen Umfang mit axialen Aussparungen versehen, deren Aufgabe darin besteht, dem Medium den Übertritt in eine Gehäusekammer zu gestat-

ten. In axialer Verlängerung geht dieser Ventilstößel in eine Kolbenstange über, deren Kalben in einer Zylinderbohrung des Ventilgehäuses gleitet. Durch hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb kann dieser Kolben in der Zylinderbohrung mit der gewünschten Frequenz hin-und herbewegt werden und mit dieser Frequenz das Ventil öffnen und schließen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mittels Druckflüssigkeit steuerbares Hochdruckkugelventil zu schaffen, das sich durch einen besonders einfachen und zweckmäßigen Aufbau auszeichnet.

Dazu geht die Erfindung von einem Hochdruckkugelventil aus, wie es einleitend beschrieben ist, und schlägt vor, es mit dem zylindrischen Ansatz seines Ventilkörpers, der sich auf der dem Ventilge-

häuse zugewandten, bis auf den Durchmesser des Ansatzes schwach kegelstumpfförmig zulaufenden Stirnfläche des Ventilkörpers befindet, in die Bohrung des Ventilgehäuses schließend eingreifen zu lassen. Hier füllt der Ansatz die Bohrung des Ventilgehäuses bis zur Ebene der Auslaßbohrung aus und nimmt in einem in seiner freien Stirnfläche austretenden, erweiterten Bohrungsabschnitt seiner zur Aufnahme des Stößels dienenden zentralen Bohrung die der Einlaßbohrung des Ventilgehäuses gegenüberliegende, in diesen Bohrungsabschnitt schließend eingreifende Kugel auf und begrenzt deren Hub, mittels einer Sitzfläche, die sich am Anfang des den Stößel aufnehmenden Bohrungsabschnittes befindet. Ein Hochdruckkugelventil dieser Bauart zeichnet sich durch einen überraschend einfachen Aufbau aus und ist selbst bei höchsten Betriebsdrücken betriebssicher und kaum störungsanfällig. Abgeschlossen wird die Ventilgehäusebohrung bei dieser Konstruktion allein mit Hilfe des Ventilkörpers-, der dazu mit seinem eng tolerierten Ansatz in die entsprechend bemessene Bohrung des Ventilgehäuses eingreift. In Verbindung mit der schwach kegelstumpfförmig zulaufenden Stirnfläche des Ventilkörpers, die mit kleiner Auflagerfläche und daher mit hohem spezifischen Druck im unmittelbaren Austrittsbereich der Bohrung gegen das Ventilgehäuse gepreßt wird, bewirkt die lange Sitzfläche des in diese Bohrung eingreifenden Ventilkörperansatzes eine mit geringem baulichen Aufwand erreichbare hermetische Abdichtung des Ventilgehäuses, die selbst höchsten Drücken gewachsen ist. Der Kugel, die für den Abschluß der Einlaßbohrung des Ventilgehäuses zu sorgen hat, fällt hierbei eine weitere Aufgabe zu: sie schließt auch die den Stößel aufnehmende Bohrung des Ventilkörpers ab, und zwar einmal durch ihren schließenden Eingriff in den erweiterten Bohrungsabschnitt, zum anderen aber durch ihre obere Sitzfläche, gegen die sie sich bei zurückgedrücktem Stößel unter dem Druck des durchfließenden Mediums legt. Alle Bohrungen des Ventilgehäuses und des Ventilkörpers sind glattwandig, so daß Kerbspannungen, die besonders unter dem Einfluß hoher rhythmisch auftretender Druckstöße die Lebensdauer solcher Ventile erheblich reduzieren, hier nicht zu erwarten sind.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal trägt der Ventilkörper auf seiner dem Ansatz abgewandten Seite einen Zylinder, der gleichachsig zum Ansatz liegt, nur auf der dem Ventilkörper abgewandten Seite seines Kolbens beaufschlagbar ist und auf der anderen KoI-benseite einen mit einer freien Auslaßöffnung versehenen Zylinderraum aufweist, in den der Stößel hineinragt. Mit Hilfe eines Druckmittels, hält der beaufschlagte Kolben über den Stößel die Kugel in ihrer Schließstellung und gibt sie nur im unbeaufschlagten Zustand frei. Da die beaufschlagbare Kolbenfläche ein Vielfaches der unter dem hohen Druck des Mediums stehenden Kugeloberfläche beträgt, kann der Beaufschlagungsdruck des Kolbens beträchtlich unter dem Druck des durch das Hochdruckventil zu steuernden Mediums liegen. Etwa durch die Bohrung des Ventilkörpers hindurchtretendes Medium kann über die Auslaßöffnung den Zylinder verlassen und behindert nicht die Bewegung des den Stößel verschiebenden Kolbens.

Zweckmäßigerweise verschließt der Ventilkörper den Zylinder mit einem in die Zylinderbohrung eingreifenden Bund und ist mittels der den Deckel des Zylinders haltenden Spannschrauben mit dem Ventilgehäuse verbunden. Deckel, Zylinder und Ventilkörper werden auf diese Weise miteinander und mit dem Ventilgehäuse zu einem einzigen kompakten Bauteil vereinigt, was die Fertigung solcher Ventile verbilligt und deren Montage vereinfacht.

Um das Ventilgehäuse weitgehend frei von Gewinden zu halten, die Ursache von das Ventilgehäuse schwächenden Kerbspannungen sein können, wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal vorgeschlagen, die Spannschrauben frei durch Bohrungen des Ventilgehäuses verlaufen und in Gewindebohrungen eines auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses befindlichen, dessen Einlaßstutzen umschließenden Ringes eingreifen zu lassen.

Des weiteren kann der Kolben in seiner nicht beaufschlagbaren Stirnseite mit einem zentrisch zum Stößel liegenden Hartmetallein-

satz versehen und das Stößelende auf der Seite der Kugel im Durchmesser abgesetzt sein. Maßnahmen dieser Art vermeiden einerseits das Ausschlagen der nicht beaufschlagbaren Stirnseite des Kolbens und verhindern andererseits, daß das durch die Kugel hoch belastete Stößelende durch bleibende Verformungen den bis auf den Durchmesser des Stößels verengten Bohrungsabschnitt des Ventilkörpers beschädigt.

Von Vorteil ist es, wenn man das im Durchmesser abgesetzte Stößelende in seiner Länge derart bemißt, daß seine Schulter auch in der unteren Totlage der Kugel sich noch innerhalb des den Stößel umschließenden Bohrungsabschnittes des Ventilkörpers befindet. Durch diese Maßnahme werden Beschädigungen der Stößeloberfläche vermie^ den, da die obere Sitzfläche der Kugel sich im Laufe der Zeit unter dem hohen Flüssigkeitsdruck verformt und mit dem sich dabei bildenden Grad mehr oder weniger weit in den Bohrungsabschnitt hineinragt, in welchem sich der Stößel befindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch das Hochdruckkugelventil;
Fig. 2 das Hochdruckkugelventil in einem Grundriß;

Fig. 3 eine Einzelheit.

Das Ventilgehäuse ist mit 1 bezeichnet. Es ist mit einer Einlaßbohrung 2 ausgestattet, die von einem mit einem Gewinde versehenen, im Durchmesser größeren Bohrungsabschnitt 3 ausgeht, der innerhalb des Einlaßstutzens 4 des Ventilgehäuses 1 liegt. Während die Einlaßbohrung 2 zentrisch zur Achse 5 der im Durchmesser größeren Bohrung 6 des Ventilgehäuses 1 verläuft und in der Stirnfläche 7 dieser Bohrung 6 austritt, geht die bündig zur Stirnfläche 7 verlaufende Auslaßbohrung 8, die in einen im Durchmesser größeren, mit Gewinde versehenen Bohrungsabschnitt 9 des Auslaßstutzens 10 einmündet, radial von dieser Bohrung 6 ab. An der der Einlaßbohrung 2 gegenüberliegenden Seite tritt die Bohrung 6 aus

dem Ventilgehäuse 1 aus. Sie wird durch den Ventilkörper 11 abgeschlossen, der mit seinem zylindrischen Ansatz 12 schließend in die Bohrung 6 eingreift und sie bis etwa in Höhe der Auslaßbohrung 8 ausfüllt. Mit seiner im Durchmesser größeren Stirnfläche 13, die leicht kegelstumpfförmig nach außen, zum Ansatz 12 hin, vorspringt, stützt der Ventilkörper 11 sich auf der Seitenwand des Ventilgehäuses 1 ab.

Die im Innern der Bohrung 6 zwischen Ansatz 12 und Bohrungsstirnfläche 7 befindliche Kugel 14 liegt in der Darstellung nach der Figur 1 auf der am Ende der Einlaßbohrung 2 befindlichen Sitzfläche 15 auf und schließt in dieser Lage die Bohrung 2 ab. Sie ragt dabei mit ihrem halben Durchmesser in einen bis auf ihren Durchmesser erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des Ansatzes 12 hinein, der zentrisch zur Achse 5 und damit zur Einlaßbohrung 2 liegt und der eine Tiefe hat, die etwa dem Durchmesser der Kugel 14 entspricht. Kugeldurchmesser und der Durchmesser des Bohrungsabschnittes 16 sind so aufeinander abgestellt, daß die Kugel 14 schließend in diesen Bohrungsabschnitt 16 eindringen kann, wenn sie die Einlaßbohrung 2 freigibt. Auf der der Einlaßbohrung 2 gegenüberliegenden Kugelseite befindet sich ein Stößel 17 in einem zentrisch zum Bohrungsabschnitt 16 liegenden, dem Durchmesser des Stößels 17 angepaßten Bohrungsabschnitt 18 des Ventilkörpers 11. Er ist in diesem Bohrungsabschnitt 18 mit verhältnismäßig großem Spiel längsverschiebbar geführ.t und stützt sich auf der Kugeloberfläche mit seinem im Durchmesser geringfügig reduzierten Stößelende 19 ab. Dabei ist das Stößelende 19 in seiner Länge so bemessen, daß die Schulter 38, die diesen im Durchmesser verjüngten Abschnitt begrenzt, auch in der unteren Totlage der Kugel 14, also dann, wenn diese auf ihrer unteren Sitzfläche 15 aufliegt, sich innerhalb des Bohrungsabschnittes 18 befindet.

An seinem entgegengesetzten Ende, das aus dem Bohrungsabschnitt 18 des Ventilkörpers 11 vorsteht, hat der Stößel 17 Kontakt mit dem Kolben 20 eines Zylinders 21, der nur einseitig beaufschlagbar ist. Dieser Zylinder 21 besitzt einen auf dem Bund 22 des Ventil-

körpers 11 zentrierten, im Durchmesser erweiterten Bohrungsabschnitt 23, der nicht beaufschlagbar ist und eine radiale Auslaßöffnung 24 aufweist, die bündig zur Stirnfläche des Bundes 22 verlaufend, aus dem Zylinder 21 austritt. Der im Durchmesser größere Bohrungsabschnitt 23 wird gegenüber dem den Kolben 20 aufnehmenden Bohrungsabschnitt 25 des Zylinders 21 von einer Lippendichtung 26 abgeschlossen, die in einer Nut der Zylinderwandung liegt und den Kolben 20 umschließt. Des weiteren sind im Bereich des den Kolben 20 eng umschließenden Zylinderabschnittes 25 Dichtungsringe 27 in Eindrehungen des Kolbens 20 vorgesehen, die für einen flüssigkeitsdichten Abschluß der beaufschlagten Kolbenstirnseite sorgen.

Auf der dem Ventilkörper 11 abgewandten Seite schließt ein Deckel 28 den Zylinder 21 ab. Dieser ist mit einem Bund 29 ausgestattet,
der in die Zylinderbohrung 25 eingreift und mittels 0-Ring 30 die Zylinderbohrung 25 flüssigkeitsdicht nach außen abschließt. Der Kolben 20, der nur von der Deckelseite des Zylinders 21 durch die Bohrung 31 beaufschlagbar ist, trägt auf seiner entgegengesetzten Stirnseite einen Hartmetalleinsatz 32, der zentrisch zur Achse 5 des Stößels 17 liegt und dem Stößel 17 als Anlagefläche dient.

Vier Spannschrauben 33, die innerhalb des Deckels 28 angeordnet sind und außerhalb des Zylinderumfanges verlaufen, sind durch nicht dargestellte Bohrungen des Ventilgehäuses 1 frei hindurchgeführt. Sie greifen mit ihren Gewindeenden in nicht dargestellte Gewindebohrungen eines auf der entgegengesetzten Seite des Ventilgehäuses 1 angeordneten Ringes 34 ein, der den Einlaßstutzen 4 eng umschließt.

In das in der Figur 1 dargestellte Hochdruckventil tritt das Hochdruckfluid in Richtung des Pfeiles 35 in die Einlaßbohrung 2 ein und geht bei von ihrer unteren Sitzfläche 15 abgehobener Kugel 14 über den freien Teil der Bohrung 6 und die Auslaßbohrung 8 in Richtung des Pfeiles 36 ab (Fig. 3). In dieser Situation schiebt die Kugel 14 unter dem Druck des Fluids den nicht beaufschlagten Kolben 20 über den Stößel 17 in seine obere Totlage. Dabei wandert

die Kugel 14 tiefer in den erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des Ansatzes 12 hinein und legt sich gegen ihre obere Sitzfläche 15, wobei sie Stößel 17 und Kolben 20 vor sich her schiebt und sie in ihrer oberen Totlage festhält (Fig. 3). Bei dieser nur sehr kurzzeitig wirkenden Hubbewegung tritt kaum Hochdruckfluid in den den Stößel 17 führenden Bohrungsabschnitt über, da die Kugel 14 schließend in den erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des Ventilkörpers 11 eingepaßt ist. Mit Sicherheit wird jedoch jeder weitere Übertritt von Fluid unterbunden, wenn die Kugel 14 auf ihrer oberen Sitzfläche 15 aufliegt und den Bohrungsteil 16 abschließt. Evtl. durchgetretenes Fluid kann durch die Auslaßöffnung 24 ins Freie entweichen.

Über den Pfeil 37 gelangt in einem gewünschten Rhythmus, von einem nicht dargestellten Organ gesteuert, Druckflüssigkeit durch die Bohrung 31 des Deckels 28 in den beaufschlagbaren Raum des Zylinders 21 und drückt den Kolben 20 in seine untere Totlage zurück. Bei dieser Bewegung schiebt der Kolben 20 den Stößel 17 vor sich her und bringt damit auch die Kugel 14 wieder auf ihre untere Sitzfläche 15, in der sie die Einlaßbohrung 2 des Hochdruckkugelventils abschließt.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Hochdruckkugelventil, dessen Ventilgehäuse mit einer durch einen Ventilkörper abgeschlossenen Bohrung versehen ist, die umfangsseitig eine Auslaßbohrung und stirnseitig, dem Ventilkörper gegenüberliegend, eine Einlaßbohrung sowie eine die Einlaßbohrung verschließende Kugel aufweist, die von einem in einer Bohrung des Ventilkörpers verschiebbar gelagerten und von einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben betätigten Stößel in ihrer Schließstellung gehalten wird, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Ansatz (12) des Ventilkörpers (11), der sich auf der dem Ventilgehäuse (1) zugewandten, bis auf den Durchmesser des Ansatzes (12) schwach kegelstumpfförmig zulaufenden Stirnfläche (13) des Ventilkörpers (11) befindet, in die Bohrung (6) des Ventilgehäuses (1) schließend eingreift und sie bis zur Ebene der Auslaßbohrung (8) ausfüllt sowie in einem in seiner freien Stirnfläche austretenden, erweiterten Bohrungsabschnitt

(16) seiner zur Aufnahme des Stößels (17) dienenden zentralen Bohrung (18) die der Einlaßbohrung (2) des Ventilgehäuses (1) gegenüberliegende, in diesen Bohrungsabschnitt (16) schließend eingreifende Kugel (14) aufnimmt und deren Hub mittels einer Sitzfläche (15) begrenzt, die sich am Anfang des den Stößel

(17) aufnehmenden Bohrungsabschnittes (18) befindet.

2. Hochdruckkugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (11) auf seiner dem Ansatz (12) abgewandten Seite einen Zylinder (21) trägt, der gleichachsig zum Ansatz (12) liegt, nur auf der dem Ventilkörper (11) abgewandten Seite seines Kolbens (20) beaufschlagbar ist und auf der anderen Kolbenseite einen mit einer freien Auslaßöffnung (24) versehenen Zylinderraum aufweist, in den der Stößel (17) hineinragt.

3. Hochdruckkugelventil nach wenigstens einem der beiden vorherge-

henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (11) den Zylinder (21) mit einem in die Zylinderbohrung (23) eingreifenden Bund (22) verschließt und mittels der den Deckel (28) des Zylinders (21) haltenden Spannschrauben (33) mit dem Ventilgehäuse (1) verbunden ist.

4. Hochdruckkugelventil nach u/enigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (33) frei durch Bohrungen des Ventilgehäuses (1) verlaufen und in Geu/indebohrungen eines auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses (1) befindlichen, dessen Einlaßstutzen (4) umschließenden Ringes (34) eingreifen.

5. Hochdruckkugelventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) in seiner nicht beaufschlagbaren Stirnseite mit einem zentrisch zum Stößel (17) liegenden Hartmetalleinsatz (32) versehen und das Stößelende (19) auf der Seite der Kugel (14) im Durchmesser abgesetzt ist.

6. Hochdruckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durchmesser abgesetzte Stößelende (19) in seiner Länge derart bemessen ist, daß die Schulter (38) auch in der unteren Totlage der Kugel (14) sich noch innerhalb des den Stößel (17) umschließenden Bohrungsabschnittes (18) des Ventilkörpers (11) befindet.