DE3336345C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckkugelventil, dessen Ventilge­ häuse mit einer Bohrung versehen ist, die der sich auf dem Ventilgehäuse mit kegelstumpfförmiger Stirnfläche abstützende Ventilkörper abschließt, und die umfangsseitig eine Auslaßbohrung und stirnseitig, dem Ventilkörper gegenüberliegend, eine Einlaßbohrung sowie eine die Einlaßbohrung verschließende Kugel aufweist, an die ein in einer Bohrung des Ventilkörpers verschiebbar gelagerter und von einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben betätigter zylindrischer Stößel anliegt.

Wie aus der DE-OS 29 47 551 hervorgeht, gehören Hochdruckventile zum Stand der Technik, deren Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist und die 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 es ist, dem Medium den Übertritt in eine Gehäusekammer zu ermöglichen. In axialer Verlängerung geht dieser Ventilstößel in eine Kolbenstange über, deren Kolben in einer Zylinderbohrung des Ventilgehäuses gleitet. Durch hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb kann dieser Kolben in der Zylinderbohrung mit der gewünschten Frequenz hin und her bewegt werden und mit dieser Frequenz das Ventil öffnen und schließen.

Durch die US-Patentschrift 35 29 805 ist bereits ein Kugelventil bekanntgeworden, dessen Ventilkörper mit schwach kegelförmig geneigter Stirnfläche an seinem Ventilgehäuse anliegt. Der Ventilkörper besitzt einen Ansatz, der die Bohrung des Ventilgehäuses teilweise ausfüllt und einen Stößel längsverschiebbar führt, der eine Kugel teilweise umschließt.

Weiterhin gehört es bereits zum Stand der Technik, wie die US-Patentschrift 22 78 715 zeigt, eine Kugel in der mit Umfangsschlitzen versehenen Büchse eines Ventilkörpers zu führen.

In den beiden vorgenannten Druckschriften wird die als Verschlußorgan dienende Kugel entweder mit Hilfe eines Handrades oder aber durch den Druck der rücklaufenden Flüssigkeit auf ihre Sitzfläche gepreßt, um das Ventil abzuschließen. In ihrer oberen Stellung hat die Kugel dagegen keine Schließfunktion.

Ferner wird in der britischen Patentschrift 20 86 540 bereits ein Kugelventil beschrieben, dessen Kugel in beiden Endstellungen ihres Weges Bohrungen abschließt, die einer Flüssigkeit als Transportweg dienen und von denen eine den die Kugel betätigenden Stößel aufnimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mittels Druckflüssigkeit steuerbares Hochdruckkugelventil der eingangs erläuterten Bauart zu schaffen, das mit seiner als Schließorgan dienenden Kugel im Bedarfsfall nicht nur den Flüssigkeitsdurchgang sperrt, sondern in seiner Durchlaßstellung auch jede Einwirkung des Flüssigkeitshochdruckes auf das Stellorgan der Kugel unterbindet.

Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von einem Hochdruckkugelventil aus, wie es einleitend beschrieben ist, und schlägt vor, es mit einem zylindrischen Ansatz zu versehen, der sich an der kugelstumpfförmigen Stirnfläche des Ventilkörpers befindet, in die Bohrung des Ventilgehäuses schließend eingreift, diese bis zur Auslaßbohrung ausfüllt und einen in seiner freien Stirnfläche austretenden erweiterten Bohrungsabschnitt aufweist, der die Kugel aufnimmt, die in diesen Bohrungsabschnitt schließend eingreift, durch den Stößel in Schließstellung gehalten wird und deren Hub mittels einer Sitzfläche begrenzt ist, die sich am Anfang der den Stößel aufnehmenden Bohrung 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 der Bohrung befindlichen 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 die Aufgabe zu, die den Stößel aufnehmende Bohrung des Ventilkörpers abzuschließen. Dies geschieht einmal durch den schließenden Eingriff in den erweiterten Bohrungsabschnitt, zum anderen aber durch die obere Sitzfläche, gegen die sich die Kugel bei zurückgedrücktem Stößel unter dem Druck des durchfließenden Mediums legt. Alle Bohrungen des Ventilgehäuses und des Ventilkörpers können daher glattwandig ausgebildet sein, so daß Kerbspannungen, die besonders unter dem Einfluß hoher rhythmisch auftretender Druckstöße die Lebensdauer solcher Ventile reduzieren, hier nicht zu erwarten sind.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sollten die Spannschrauben frei durch Bohrungen des Ventilgehäuses verlaufen und in Gewindebohrungen eines auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses befindlichen Ringes eingreifen, der den Einlaßstutzen des Ventilgehäuses umschließt. Auf diese Weise wird das Ventilgehäuse weitgehend frei von Gewinden gehalten, die Ursache von das Ventilgehäuse schwächenden Kerbspannungen sein können.

Von Vorteil ist es auch, wenn das im Durchmesser abgesetzte Stößelende in seiner Länge derart bemessen ist, daß die Schulter des Stößels 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 vermieden, da die obere Sitzfläche der Kugel sich im Laufe der Zeit unter dem hohen Flüssigkeitsdruck verformen und mit dem sich dabei bildenden Grad mehr oder weniger weit in den Bohrungsabschnitt hineinragen wird, in welchem sich der Stößel befindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dar­ gestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch das Hochdruckugelventil;

Fig. 2 das Hochdruckkugelventil in einem Grundriß;

Fig. 3 eine Einzelheit.

Das Ventilgehäuse ist mit 1 bezeichnet. Es ist mit einer Einlaß­ bohrung 2 ausgestattet, die von einem mit einem Gewinde versehe­ nen, im Durchmesser größeren Bohrungsabschnitt 3 ausgeht, der in­ nerhalb des Einlaßstutzens 4 des Ventilgehäuses 1 liegt. Während die Einlaßbohrung 2 zentrisch zur Achse 5 der im Durchmesser grö­ ßeren Bohrung 6 des Ventilgehäuses 1 verläuft und in der Stirn­ fläche 7 dieser Bohrung 6 austritt, geht die bündig zur Stirnflä­ che 7 verlaufende Auslaßbohrung 8, die in einen im Durchmesser größeren, mit Gewinde versehenen Bohrungsabschnitt 9 des Auslaß­ stutzens 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 abge­ schlossen, 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, vor­ springt, stützt der Ventilkörper 11 sich auf der Seitenwand des Ventilgehäuses 1 ab.

Die im Innern der Bohrung 6 zwischen Ansatz 12 und Bohrungsstirn­ fläche 7 befindliche Kugel 14 liegt in der Darstellung nach der Fig. 1 auf der am Ende der Einlaßbohrung 2 befindlichen Sitzflä­ che 15 auf und schließt in dieser Lage die Bohrung 2 ab. Sie ragt dabei mit ihrem halben Durchmesser in einen bis auf ihren Durch­ messer 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 ent­ spricht. Kugeldurchmesser und der Durchmesser des Bohrungsab­ schnittes 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 ge­ genüberliegenden 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 geführt und stützt sich auf der Kugelober­ fläche mit seinem im Durchmesser geringfügig reduzierten Stößelen­ de 19 ab. Dabei ist das Stößelende 19 in seiner Länge so bemessen, daß die Schulter 38, die diesen im Durchmesser verjüngten Ab­ schnitt 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 Bohrungsab­ schnitt 23, der nicht beaufschlagbar ist und eine radiale Auslaß­ öffnung 24 aufweist, die bündig zur Stirnfläche des Bundes 22 ver­ laufend, 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 flüssig­ keitsdichten 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 O-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 hindurchge­ führt. Sie greifen mit ihren Gewindeenden in nicht dargestellte Gewindebohrungen eines auf der entgegengesetzten Seite des Ventil­ gehäuses 1 angeordneten Ringes 34 ein, der den Einlaßstutzen 4 eng umschließt.

In das in der Fig. 1 dargestellte Hochdruckventil tritt das Hoch­ druckfluid 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 kurz­ zeitig wirkenden Hubbewegung tritt kaum Hochdruckfluid in den den Stößel 17 führenden Bohrungsabschnitt über, da die Kugel 14 schließend in den erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des Ventilkör­ pers 11 eingepaßt ist. Mit Sicherheit wird jedoch jeder weitere Übertritt von Fluid unterbunden, wenn die Kugel 14 auf ihrer obe­ rend 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 Zylin­ ders 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 Hochdruckkugel­ ventils abschließt.

Claims (3)

1. Hochdruckkugelventil, dessen Ventilgehäuse mit einer Bohrung versehen ist, die der sich auf dem Ventilgehäuse mit kegel­ stumpfförmiger Stirnfläche abstützende Ventilkörper abschließt, und die umfangsseitig eine Auslaßbohrung und stirnseitig, dem Ventilkörper gegenüberliegend, eine Einlaßbohrung sowie eine die Einlaßbohrung verschließende Kugel aufweist, an die ein in einer Bohrung des Ventilkörpers verschiebbar gelagerter und von einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben betätigter zylindrischer Stößel an­ liegt, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Ansatz (12), der sich an der kegelstumpfförmigen Stirnfläche (13) des Ven­ tilkörpers (11) befindet, in die Bohrung (6) des Ventilgehäuses (1) schließend eingreift, diese bis zur Auslaßbohrung (8) aus­ füllt und einen in seiner freien Stirnfläche austretenden er­ weiterten Bohrungsabschnitt (16) aufweist, der die Kugel (14) aufnimmt, die in diesen Bohrungsabschnitt (16) schließend ein­ greift, durch den Stößel (17) in Schließstellung gehalten wird und deren Hub mittels einer Sitzfläche (15′) begrenzt ist, die sich am Anfang der den Stößel (17) aufnehmenden Bohrung (18) befindet.

2. Hochdruckkugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (33) frei durch Bohrungen den Ventilge­ häuses (1) verlaufen und in Gewindebohrungen eines auf der ge­ genüberliegenden Seite des Ventilgehäuses (1) befindlichen Rin­ ges (34) eingreifen, der den Einlaßstutzen (4) des Ventilgehäu­ ses (1) umschließt.

3. Hochdruckkugelventil nach Anspruch 1, 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 Stö­ ßel (17) umschließenden Bohrungsabschnittes (18) des Ventilkör­ pers (11) befindet.