DE3600303A1 - Rueckschlagventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung eignet sich als Durchgangsventil, welches je nach Größe der Federkraft als einfaches Rückschlagventil dient, das lediglich die Rückströmung des Mediums verhindert oder als Druckbegrenzungsventil darüberhinaus Überdrücke von beliebigem, insbesondere hohem Druckniveau absichert. Obwohl die Erfindung auch auf gasförmige Medien anwendbar ist, liegt ihr Hauptanwendungsfeld auf hydraulischem Gebiet. Dabei handelt es sich um hohe Drücke und häufig verunreinigte, hydraulische Medien, wie sie insbesondere im Untertagebetrieb in Form des zur Verfügung stehenden Brauchwassers auftreten, das u.a. zur Beaufschlagung von Düsen für die Staubbekämpfung, beispielsweise an Meißeln von Gewinnungsmaschinen verwendet wird.

Bei der Anwendung der Erfindung auf verhältnismäßig geringe Drücke und insbesondere auf gasförmige Medien wird die Schließkraft außer durch die Federkraft von dem Gewicht des Ventilkörpers bestimmt, sofern das Ventil im wesentlichen senkrecht und mit unten liegendem Ventilsitz eingebaut ist. Wenn jedoch verhältnismäßig zähere Medien, z.B. das beschriebene Brauchwasser im Untertagebetrieb mit dem erfindungsgemäßen Ventil gesteuert werden, ist das Gewicht des Ventilkörpers häufig von untergeordneter Bedeutung, so daß der Einbau des erfindungsgemäßen Ventils beliebig, d.h. z.B. auch waagerecht erfolgen kann.

Die Erzeugung der zusätzlichen Kraftkomponente, welche außer dem Druck des Mediums den erwähnten Rückstellkräften entgegenwirkt, führt dazu, daß das Ventil nach Überwindung dieser Rückstellkräfte einen vollen Hub ausführt und dadurch den gesamten Öffnungsquerschnitt freigibt. Das bewirkt die strömungsabhängige Kraftkomponente, welche der nahezu von der Öffnung des Ventils unabhängigen Rückstellkraft entgegenwirkt. Dadurch wird gewährleistet, daß der das erfindungsgemäße Ventil durchfließende Mediumstrom eine Mindest­ geschwindigkeit nicht unterschreiten kann.

Die Erfindung geht von einem vorbekannten Rückschlagventil aus (DE-AS 20 51 401), welches bauartbedingt jedoch nur als Durchgangsventil für gasförmige Medien brauchbar ist und z.B. als Tankverschluß Verwendung findet. Hierbei ist der Ventilkörper tropfenförmig ausgebildet, wobei die Schließkraft des entsprechend großvolumig ausgeführten und mit einer zylindrischen Innenbohrung auf einer Führung einer ortsfesten Ventilstange gleitenden Ventilkörpers bei senkrechtem Einbau im wesentlichen von dem Gewicht des Ventilkörpers und zusätzlich von einem Permanentmagneten erzeugt werden muß. Die Tropfenform und die dieser entsprechenden, in den Abströmkanal des Ventilgehäuses eingebauten Innenleiteinrichtung sorgen bei geöffnetem Ventilkörper für die beschriebene Kraftkomponente, welche den Rückstellkräften entgegenwirkt.

Das vorbekannte Rückschlagventil eignet sich nicht zur Absicherung von Überdrücken mit hohem Druckniveau, wie es bei hydraulischen Flüssigkeiten häufig der Fall ist. Einerseits bietet die Tropfenform des Ventilkörpers nicht die Möglichkeit, einen hinreichend flachen Kegelsitz zu verwirklichen, der für das dichte Schließen eines mit hohen Drücken beaufschlagten Ventilkörpers Voraussetzung ist. Andererseits führt die Tropfenform hinter dem Ventilsitz zu einer begrenzten Druckminderung, die bei hohen Drücken zu gering ausfällt und dadurch die Wirkung der Innenleiteinrichtung vermindert oder ganz ausschließt. Die für die hydraulische Anwendung notwendige gedrängte Bauart läßt sich durch die besondere Führung des Ventilkörpers nicht befriedigend verwirklichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rückschlagventil der bekannten Art so auszubilden, daß es sich als Durchgangsventil für hochgespannte hydraulische Medien eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird durch den angeformten Kegel eine beliebige Steigung der Kegelfläche am Ventilkörper und am Sitz des Ventils erreicht, die von der Ventilkörperform unabhängig ist und daher die Voraussetzungen einer bei hohen Drücken mit entsprechenden großen Federkräften zuverlässig wirkenden Abschlußdichtung liefert. Der umschließende Zylinder bildet einerseits eine Kolbenführung von ausreichender Länge, welche den Strömungsquerschnitt am Sitz des Ventils nicht einengt und den Strömungsquerschnitt im Ringraum frei wählbar gestaltet. Dadurch ist eine extreme Druckminderung möglich. Die Leiteinrichtung beschränkt sich auf den Kolbenkopf, wo der im Ringraum vorhandene Restdruck in Geschwindigkeit umgesetzt wird und dadurch die entgegenwirkende Kraftkomponente entstehen läßt, welche das erfindungsgemäße Ventil nach dem Abheben des Ventilkörpers von seinem Sitz sofort voll öffnet. Die Größe des dabei zu überwindenden Weges läßt sich auf unterschiedliche Weise begrenzen, was deswegen in dem erfindungsgemäßen Ventil weitgehende Konstruktionsfreiheit ermöglicht.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß beim Durchgang des Mediums der Druckverlust sich in engen Grenzen hält. Das Ventil bietet die Möglichkeit, durch entsprechende Bemessung der Rückstellkräfte und der diesen entgegenwirkenden Kräfte entweder die Rückstellkraft zu mindern oder ganz zu kompensieren, so daß dann das Ventil ganz geöffnet bleibt, bis der Druck abfällt. Das ist z.B. bei Einsätzen des erfindungsgemäßen Überdruckventiles als Durchgangsventil im Untertagebetrieb bei bestimmten Schneidspurbedüsungssystemen an schneidenden Gewinnungsmaschinen von Bedeutung. Hierbei wird nämlich von den Ventilen häufig gefordert, daß sie erst bei einem bestimmten eingestellten Druck (z.B. 20 bar) öffnen sollen, daß sie aber nach dem Öffnen für den Zeitraum des Flüssigkeitsdurchgangs möglichst keine Rückstellkraft entwickeln dürfen. Denn die Rückstellkraft würde ein vermindertes Druckangebot bewirken, zu dessen Vermeidung der Vordruck entsprechend gesteigert werden müßte.

Da das neue Ventil auch für hydraulische Medien einsetzbar ist, führt es bei Druckbegrenzungsventilen in hydraulischen Kreisen mit hohen Betriebsdrücken zur Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeiten infolge seiner verbesserten Öffnungscharakteristik. Dadurch werden im Zuge der Öffnung des Ventilkörpers enge Öffnungsquerschnitte vermieden, durch die sich das Medium hindurchpressen muß. Infolgedessen entfallen auch die dann entstehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten, die bei manchen Flüssigkeiten dazu führen, daß der statische Druck in der Flüssigkeit im Bereich der hohen Strömungsgeschwindigkeit unter den Dampfdruck der Flüssigkeit absinkt, wodurch die Gefahr von Dampfblasenbildung und in der Folge von Kavitationsschäden entsteht. Da das erfindungsgemäße Rückschlagventil mit einem kolbenförmigen Ventil­ körper arbeitet, eigent es sich auch für hydraulische Flüssigkeiten mit relativ hohem Feststoffanteil. Denn die Feststoffteile können sich zwischen dem Ventilsitz und dem Dichtungselement nicht mehr festsetzen. Darüberhinaus wird das Flattern bei dem erfindungsgemäßen Kolbenventil praktisch vermieden.

Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Anspruches 2 ergibt sich an der beschriebenen Innenleiteinrichtung eine strömungsgünstige Führung des Mediums, welche auch zu einer zweckmäßigen Bauform des Ventilgehäuses führt.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 wird eine Bauform des erfindungsgemäßen Ventils möglich, welche die Anlage des Kolbenkopfes an die Ringfläche gestattet, jedoch an diesem Anschlag noch einen ausreichenden Strömungsquerschnitt für das strömende Medium zur Verfügung stellt.

Die Merkmale des Anspruches 5 ermöglichen es, an dem Ventilsitz eine in Schließrichtung wirkende Kraftkomponente mit dem strömenden Medium zu erreichen, wodurch eine erwünschte Dämpfung entsteht.

Mit den Merkmalen des Anspruches 6 wird eine andere, in bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils zweckmäßige Bauform des Anschlages erzielt.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rückschlagventils anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil in geöffnetem Zustand und

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung das geschlossene Rückschlagventil.

Das in den Figuren dargestellte und allgemein mit (1) bezeichnete Rückschlagventil weist einen axial geführten Ventilkörper (2) auf, welcher in der in Fig. 2 wiedergegebenen Schließstellung des Ventils durch die Kraft einer Spiralfeder (3) und bei senkrechtem Einbau gegebenenfalls durch sein Eigengewicht gehalten wird. In der in Fig. 1 wiedergegebenen Offenstellung wird der Ventilkörper (1) durch das ausströmende Medium, das durch die Pfeile gekennzeichnet ist und durch einen Zentralkanal (4) in das allgemein mit (5) bezeichnete Ventilgehäuse einströmt, gegen einen Anschlag der Ventilkörperführung bei (6) bzw. (7) gedrückt. Zur Erzeugung einer weiteren, zusätzlichen Kraftkomponente in dem von dem Medium durchströmten Teil des Ventilgehäuses ist eine Innenleiteinrichtung vorgesehen, welche den Strömungsquerschnitt bei (8) und (9) zwischen dem Ventilkörper (3) und der Innenleiteinrichtung in Richtung des durch die Pfeile wiedergegebenen strömenden Mediums derart verringert, daß nach dem Ansprechen des Überdruckventils eine strömungsabhängige, der aus der Feder (3) und dem Gewicht des Ventilkörpers (2) bestehenden Rückstellkraft entgegenwirkende Kraftkomponente entstehen läßt.

Als Ventilkörper dient ein Vollkolben mit einem zylindrischen Kolbenhemd (10), auf dem ein Ventilkegel (11) angeformt ist. Der Ventilkegel (11) wirkt mit einer konischen Sitzfläche (12) zusammen, welche stromabwärts eines unter dem Kegelsitz (12) ausgesparten Gehäusezylinders (13) ausgebildet ist. Der Gehäusezylinder (13) weist einen größeren Querschnitt als der Einströmkanal (4) auf, an den er sich anschließt.

Als Ventilkörperführung dient ein den Kolben (2) umschließender Zylinder (14). Dieser weist Durchbrechungen (15, 16) in beliebiger Anzahl auf. Zwischen dem Zylinder (14) und dem Ventilgehäuse (5) ist ein von dem Medium bei geöffnetem Ventil gemäß Fig. 1 durchströmter Ringraum (17) ausgebildet. Der Kolbenkopf (18) wirkt bei geöffnetem Ventil mit einer Ringfläche (19) des Gehäuses (5) zusammen. Diese entsteht auf der Innenseite des kegelförmigen Abschlußteiles (20), der die Verbindung von einem zylindrischen Gehäuseabschnitt (21) zu einem im Durchmesser verminderten zylindrischen Abströmkanal (22) bildet. Infolgedessen bildet der Abschnitt (20) die Verbindungswand zwischen der Außenwand (21) des erwähnten Ringraumes (17) mit dem im Querschnitt verminderten Abströmkanal des Ventilgehäuses.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen die oberen Begrenzungen der Aussparungen (15) und (16) im Zusammenwirken mit der ebenen Ringfläche (23) des Ventilkegels (24) zur Ausbildung der Anschläge (6, 7). Dadurch wird der Durchgang bei (8 und 9) für das hydraulische Medium gesichert.

Aus dem Ausführungsbeispiel ist ferner ersichtlich, daß der Führungszylinder (14) entsprechend der Konusfläche (25) des Kolbenkopfes (18) abgeschrägt ist und dadurch ebenfalls zur Bildung der sich in Richtung auf den Abströmkanal (22) verengenden Innenleiteinrichtung beiträgt. Die Abschrägung ist mit (26) bezeichnet und in Fig. 1 dargestellt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kolbenkopf (18) überdies radiale Aussparungen (27) in beliebiger Anzahl auf. Sie ermöglichen die unmittelbare Anlage des Kolbenkopfes (18) mit seiner Konusfläche (25) an die konische Gegenfläche (9), weil sie als Verbindung vom Ringraum (17) in den Abströmkanal (22) wirken. In diesem Fall läßt sich auf die Anschlagflächen (6 und 7) auch verzichten.

Wie aus der Darstellung hervorgeht, ist der Kegel (24) auf dem Kolbenhemd (10) ausgebildet und begrenzt einen Tauchkolben (28), der bei geschlossenem Ventil in den unter dem Ventilsitz (12) ausgesparten Gehäusezylinder (13) eintaucht.

Im Betrieb wird bei Überschreiten eines durch die Federkraft vorgegebenen Druckes von z.B. 20 bar der Ventilkolben so weit angehoben, daß das hydraulische Medium die Aussparungen (15, 16) in dem Führungszylinder am Kolbenboden vorbei austreten kann. Das ausströmende Medium wird dabei oberhalb des zylindrischen Kolbenhemdes im Bereich des Kolbenkopfes (18) infolge der Kegelform in den Ausströmkanal (22) geleitet. Es strömt an den Kegelflächen (9 und 25) mit hoher Strömungsgeschwindigkeit entlang.

Durch die Geschwindigkeitszunahme an dieser Stelle des Ventilgehäuses (5) wird der statische Druck im Ringraum (17) abgebaut, so daß über die beschriebenen Flächen des Kolbens eine Kraftkomponente erzeugt wird, die den Kolben entgegen der Kraft der Feder (3) nach oben saugt. Diese Wirkung wird bei weiter ansteigendem Druck und damit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit größer und bewirkt, daß der Ventilkolben bis zu den Anschlägen nach oben wandert. Sind die Anschläge am Kolbenkopf ausgebildet, so bestimmen die Radialkanäle (27) den restlichen Strömungs­ querschnitt.

Fällt unterhalb des Überdruckventils der Druck unter 20 bar ab, verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend. Der verbleibende statische Druck kann die Rückstellkraft der Feder nicht mehr entsprechend vermindern. Dadurch ist die Feder (3) in der Lage, den Kolben wieder in die Schließstellung zurückzudrücken.

Der Kegelsitz (11, 12) bietet eine zuverlässige Abschlußdichtung, und im Ringraum (17) entsteht eine extreme Druckminderung. Feststoffteile können sich zwischen dem Ventilsitz (12) und der Fläche (11) nicht festsetzen. Die Kolbenform vermeidet das Flattern des Ventiles.

Claims (6)

1. Rückschlagventil mit einem axial geführten Ventilkörper, welcher in der Schließstellung des Ventils durch Federkraft und gegebenenfalls durch sein Eigengewicht und in der Offenstellung durch das ausströmende Medium gegen einen Anschlag, insbesondere auf der Ventilkörperführung gedrückt wird, wobei zur Erzeugung einer weiteren, zusätzlichen Kraftkomponente in dem durchströmten Teil des Ventilgehäuses eine Innenleiteinrichtung vorgesehen ist, die den Strömungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper und der Innenleiteinrichtung in Richtung des ausströmenden Mediums derart verringert, daß nach dem Ansprechen des Überdruckventils eine strömungsabhängige, der Rückstellkraft entgegenwirkende Kraftkomponente entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilkörper (2) ein Kolben mit einem angeformten Kegel (11) und als Ventilkörperführung ein den Kolben umschließender Zylinder (14) mit wenigstens einer Durchbrechung (15, 16) dient, zwischen dem und dem Ventilgehäuse (5) ein von dem Medium bei geöffnetem Ventil durchströmter Ringraum (17) ausgebildet ist, und daß der Kolbenkopf (18) bei geöffnetem Ventil mit einer als Innenleit­ einrichtung dienenden Ringfläche (19), welche die Außenwand (21) des Ringraumes (17) mit einem im Querschnitt verminderten Abströmkanal (22) verbindet, zusammenwirkt, wobei der Kolbenkopf (18) mit der Ringfläche (19) oder der Kegel (24) mit der Aussparung (15, 16) den Anschlag (6, 7) bildet.

2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkopf (18) konisch und die Ringfläche (9) kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

3. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkopf (18) radiale Aussparungen (27) aufweist, welche bei auf der Ringfläche (19) aufliegendem Kolbenkopf (18) als Verbindung für das strömende Medium von dem Ringraum (17) in den Abströmkanal (22) dienen.

4. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abströmseitige Ringfläche des den Kolben umschließenden Zylinders (14) entsprechend der Abschlußfläche des Kolbenkopfes (18) abgeschrägt ist.

5. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel (24) auf dem Kolbenhemd (10) ausgebildet ist und einen Tauchkolben (28) begrenzt, der bei geschlossenem Ventil in einen unter dem Kegelsitz (12) ausgesparten Gehäusezylinder (13) eingetaucht ist.

6. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche des Kegels (24) und die Enden der Aussparungen (15, 16) als Anschlagflächen dienen.