DE3910765A1 - Zweiwegeventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweiwegeventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Zweiwegeventil der genannten Art weist ein Gehäuse auf, in dem ein Kolben beweglich angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses ist ein gehäusefester Ventilsitz vorgesehen, gegen den der Kolben in einer seiner beiden Endstellungen abdichtet. Eine Druckfeder beaufschlagt den Kolben mit einer gegen den Kolbenboden gerichteten Druck­ kraft, die den Kolben im unbetätigten Zustand des Zwei­ wegeventiles gegen den Ventilsitz zur Anlage bringt. Der Kolben des bekannten Zweiwegeventiles ist in einer Bohrung im Gehäuse des Zweiwegeventiles geführt. Für eine gute Dichtfunktion des bekannten Zweiwegeventiles ist es unab­ dingbar, daß die Gehäusebohrung zur Führung des Kolbens hochgenau ausgerichtet ist bezüglich des Ventilsitzes, mit dem der Kolben in seiner Abdichtstellung abdichten soll.

Aufgrund dieses Erfordernisses ist es nicht möglich, ver­ einfachende Herstellungstechniken für das bekannte Zwei­ wegeventil einzusetzen, bei denen nicht von einer gegen­ seitig hochgenauen Positionierung von Einzelbereichen oder Einzelbestandteilen ausgegangen werden kann.

Zum technologischen Hintergrund des Erfindungsgegenstandes wird auf folgende Schriften hingewiesen, deren detaillier­ te Würdigung wegen nach den Auffassung des Anmelders fehlender Relevanz dieser Schriften unterbleiben kann: DE-A 22 45 706, DE-B 21 04 362, DE-A 22 36 484, DE-B 16 00 802, DE-A 31 07 775 und DE-A 23 22 421.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der vorlie­ genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zweiwegeventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es ein­ fach herstellbar ist und dennoch überlegene Betriebseigen­ schaften aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Zweiwegeventil nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß Probleme der vollständigen Ausrichtung des Kolbens gegen­ über dem Ventilsitz, die bei einfach herstellbaren, mehr­ teiligen Zweiwegeventilarten auftreten, dann vermieden werden können, wenn der Kolben nicht in einer gehäuse­ festen Bohrung geführt wird, sondern in einem Zylinder, der gegenüber dem Gehäuse beweglich angeordnet ist. Durch die bewegliche Anordnung des Zylinders gegenüber dem Ge­ häuse wird in der Abdichtposition des Kolbens gegenüber dem Ventilsitz eine selbsttätige Zentrierung des Kolbens gegenüber dem Ventilsitz erzielt, so daß es zu einem opti­ malen Abdichtverhalten auch dann kommt, wenn beispiels­ weise ein den Zylinder umgebendes Gehäuseteil, das eine Verschlußschraube sein kann, nicht vollständig zentrisch gegenüber dem Ventilsitz angeordnet ist.

Gemäß der bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 2 ist die Vorspannvorrichtung zum Beaufschlagen des Kolbens mit einer gegen den Ventilsitz gerichteten Kraft durch eine Druckfeder gebildet, die sich einerseits an einem Boden eines Zylinderraumes des Zylinders und andererseits an dem Kolben abstützt. Durch eine derartige Anordnung der Druck­ feder wird auf einfache Weise ein Abdichten des Zweiwege­ ventiles erzielt, solange keine äußere Kraft auf den Kolben des Zweiwegeventiles durch einen Stößel oder eine Betätigungseinrichtung einwirkt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, der in den Ansprüchen 3 und 4 definiert ist, liegt eine Verschluß­ schraube symmetrisch zur Achse des Ventilsitzes im Gehäuse und weist eine Anlagefläche auf, mittels der der Zylinder bei Anlage gegen diese zu dieser ausrichtbar ist.

Vorzugsweise sind, wie dies in Anspruch 5 definiert ist, der in Anlage gegen die Anlagefläche der Verschlußschraube bringbare Fuß des Zylinders und die Anlagefläche selbst so ausgebildet, daß bei Anlage des Fußes des Zylinders gegen die Anlagefläche eine Zentrierung des Fußes des Zylinders gegenüber der Verschlußschraube bewirkt wird, wobei dennoch eine winkelmäßige Verschwenkbarkeit des Zylinders gegenüber der Achse der Verschlußschraube ermöglicht wird. Eine denkbare, jedoch nicht einschränkende Ausgestaltung des Fußes bzw. der Anlagefläche besteht darin, daß der Fuß kugelig ausgeformt ist, während die Anlagefläche als kegelförmige Ausnehmung in der Verschlußschraube ausge­ staltet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 6, die fertigungstechnisch besonders günstig realisierbar ist, weist das Gehäuse einen ersten Fluidkanal auf, der sich von einem ersten Anschluß auf der vom Kolben abgewandten Seite des Ventilsitzes bis zu diesem erstreckt, und hat einen zweiten Fluidkanal, der sich von einem zweiten An­ schluß bis zu einem den Kolben in dessen geschlossener Stellung im Bereich des Ventilsitzes umgebenden Ringkanal erstreckt. Diese Ausgestaltung der Kanäle bietet sich unter herstellungstechnischen Gesichtspunkten deswegen an, weil der Ringraum auf der dem zweiten Fluidkanal zuge­ wandten Seite des Ventilsitzes im gleichen Herstellungs­ schritt mit der Erzeugung der Gehäusebohrung zur Aufnahme der Verschlußschraube erzeugbar ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, der in Anspruch 7 definiert ist, weist der Kolben einen Einstich auf, in dem eine Dichtung für ein Abdichten gegen den Zylinder liegt, wobei der Kolben an seinem gegen den Ventilsitz in Anlage bringbaren Bereich einen vergrößerten Durchmesser hat, der dem Innendurchmesser des Zylinderraumes gleicht, wobei der Kolben ferner eine Längsbohrung aufweist, die zur Druckbeaufschlagung des Zylinderraumes mit dem auf seiten des ersten Fluidkanales herrschenden Fluiddruckes dient. Dadurch, daß der Kolben an seinem Anlagebereich gegenüber dem Ventilsitz denselben Durchmesser wie der Innendurchmesser des Zylinderraumes hat, arbeitet das Zweiwegeventil druckausgeglichen bezüglich des Fluid­ druckes im ersten Fluidkanal.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die in Anspruch 8 festgelegt ist, hat der Zylinder einen Einstich, in dem eine Dichtung zum Abdichten gegen den Kolben liegt, wobei der Kolben einen über seine Länge gleichmäßigen Durch­ messer hat, so daß dessen Durchmesser im Bereich des Ven­ tilsitzes seinem Durchmesser im Bereich der Dichtung gleicht, wobei ebenfalls der Kolben eine Längsbohrung zum Druckbeaufschlagen des Zylinderraumes mit dem im ersten Fluidkanal herrschenden Druck hat.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zweiwegeventiles weist der Zylinder an seinem dem Ventil­ sitz zugewandten Ende eine Querbohrung auf. Diese Quer­ bohrung definiert den wirksamen Strömungsquerschnitt des Zweiwegeventiles im Falle einer Rückströmung vom zweiten Fluidkanal in den ersten Fluidkanal, während der Zylinder bei umgekehrter Strömungsrichtung vom Ventilsitz beabstan­ det ist, so daß er keinen Strömungswiderstand erzeugt. Je nach Größe der in ihrem Durchmesser beliebig diemensio­ nierbaren Querbohrung zeigt das erfindungsgemäße Zweiwege­ ventil die Wirkung eines integrierten Blendenrückschlag­ ventiles, wobei der Blendenquerschnitt dem Querschnitt der Querbohrung entspricht.

Dieser Aspekt einer Weiterbildung der vorliegenden Erfin­ dung ist durch den Gegenstand des Anspruchs 10 festgelegt, gemäß dem der Durchflußwiderstand für eine Strömung vom zweiten zum ersten Anschluß durch entsprechende Dimensio­ nierung der Querbohrung gegenüber dem Durchflußwiderstand für eine Strömung von dem ersten zum zweiten Anschluß er­ höhbar ist.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt: die einzige Fig. eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Zweiwegeventiles.

Wie in der Fig. zu sehen ist, umfaßt das erfindungsgemäße Zweiwegeventil, das in seiner Gesamtheit mit dem Bezugs­ zeichen 1 bezeichnet ist, ein Gehäuse 2, in dem ein gehäu­ sefester Ventilsitz 3 angeordnet ist. In Richtung der Symmetrieachse des Ventilsitzes 3 verläuft eine Gehäuse­ bohrung 4, die zumindest über einen Teil ihrer Länge mit einem Innengewinde versehen ist. Diese Gehäusebohrung 4 ist mit einer Verschlußschraube 5 abgeschlossen, die eine Verschlußschraubenbohrung 6 hat, die in eine kegelförmige Anlagefläche 7 übergeht. Innerhalb der Verschlußschraube 5 mit einem radialen Abstand zur Wandung der Verschluß­ schraubenbohrung 6 liegt ein Zylinder 8, der einen kugelig ausgestalteten Fuß 9 hat. Der Zylinder weist einen durch eine Zylinderbohrung 11 festgelegten Zylinderraum 10 auf. Innerhalb der Zylinderbohrung 11 ist ein Kolben 12 ge­ führt, der seinerseits einen Einschnitt 13 hat, in dem ein O-Ring 14 liegt, der von einem Gleitring 15 umschlossen ist. Der Kolben hat eine Längsbohrung 16, die sich von der Kolbenoberseite im Bereich des Ventilsitzes 3 bis zum Zylinderraum 10 erstreckt. Der Durchmesser des Kolbens im Anlagebereich 17 desselben gegenüber dem Ventilsitz 3 ist gegenüber seinem übrigen Durchmesser derart vergrößert, daß der Durchmesser des Kolbens am Anlagebereich 17 dem Innendurchmesser der Zylinderbohrung 11 entspricht.

Zwischen dem Kolben 12 und dem Boden 18 des Zylinders er­ streckt sich eine Druckfeder 19. Ein erster Fluidkanal 20 erstreckt sich von einem ersten Anschluß (nicht darge­ stellt) bis zu einem Raum 21, der in der Fig. oberhalb des Ventilsitzes 3 liegt. Ein zweiter Fluidkanal 22 erstreckt sich von einem zweiten Anschluß (nicht dargestellt) bis zu einem Ringraum 23, der den Kolben 12 im Anlagebereich 17 mit dem Ventilsitz 3 umschließt. Der Zylinder 8 hat an seinem dem Ventilsitz 3 zugewandten Ende eine Querbohrung 24, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Halb­ bohrung ausgeführt ist. Durch den Ventilsitz 3 greift ein Stößel 25, der für eine Handbetätigung oder Betätigung des Kolbens über eine Betätigungsvorrichtung dient.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Zweiwegeventiles 1 kurz erläutert.

Für die Erläuterung der Funktionsweise werden die folgen­ den drei Grundzustände des erfindungsgemäßen Zweiwegeven­ tiles unterschieden:

• 1) In einem ersten Zustand sei der Druck im ersten Fluid­ kanal 20 und der Druck im zweiten Fluidkanal 22 gleich oder es herrsche in beiden Fluidkanälen 20, 22 jeweils ein niedriger Druck oder der Druck Null. In diesem Zu­ stand drückt die Feder 19 den Kolben 12 gegen den Ven­ tilsitz 3 und den Zylinder 6 mit seinem Fuß 9 gegen die Anlagefläche 7 der Verschlußschraube 5. Aufgrund der kegelförmigen Anlagefläche und der kugeligen Aus­ bildung des Fußes des Zylinders kommt es zu einer Zentrierung des Zylinderfußes in der kegelförmigen An­ lagefläche, während eine geringfügigte Verschwenkbar­ keit des Zylinders erhalten bleibt. Durch das An­ drücken des Anlagebereiches 17 des Kolbens 12 gegen abgeschrägte Dichtflächen 26 des Ventilsitzes 3 kommt es zu einer Zentrierung des Anlagebereiches 17 des Kolbens 12 innerhalb des Ventilsitzes 3, so daß auch ein geringfügiger Seitenversatz der Achse des Ventil­ sitzes 3 gegenüber der Achse der Verschlußschraube 5 ausgeglichen wird. Der Druck im ersten Fluidkanal 20 überträgt sich durch die Längsbohrung 16 in den Zylin­ derraum 10, so daß der Kolben 12 bezüglich des Druckes im ersten Fluidkanal druckausgeglichen ist. Der Druck im zweiten Fluidkanal 22 wirkt nur radial auf den Kol­ ben 12 und beeinträchtigt somit nicht dessen Druckaus­ gleich.
• 2) In einem zweiten Zustand sei der Druck im ersten Fluidkanal 20 größer als derjenige im zweiten Fluid­ kanal 22. Auch in diesem Zustand liegt der Zylinder 8 aufgrund des im Zylinderraum 10 herrschenden Druckes an der Anlagefläche 7 an. Der Kolben 12 ist, wie oben beschrieben, gegenüber dem Druck im ersten Fluidkanal 20 wie auch gegenüber dem Druck im zweiten Fluidkanal 22 druckausgeglichen. Solange der Stößel 25 unbetätigt ist, ist das Zweiwegeventil geschlossen. Bei Aufsteue­ rung des Stößels strömt das Fluid vom ersten Fluid­ kanal 20 zum zweiten Fluidkanal 22.
• 3) In einem dritten Zustand sei der Druck im zweiten Fluidkanal 22 größer als derjenige im ersten Fluidkanal 20. Bezüglich des Druckes auf seiten des ersten Fluidkanales 20 ist auch hier der Kolben 12 aus den oben erläuterten Gründen druckausgeglichen. Der Druck auf seiten des zweiten Fluidkanales 22 bewirkt ein Verschieben des Zylinders 8 gegen den Ventilsitz 3. Bei unbetätigtem Stößel 25 ist das Zweiwegeventil geschlossen. Wenn der Stößel 25 den Kolben 12 gegen die Wirkung der Feder 19 vom Sitz 3 beabstandet, findet eine Fluidströmung vom zweiten Fluidkanal 22 durch die Querbohrung 24 und durch den Ventilsitz 3 zum ersten Fluidkanal 20 statt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt die Dichtung 14, 15 in einem Einschnitt 13 des Kolbens 12 und dichtet gegenüber der Zylinderbohrung 11 ab. Es kann je­ doch auch ein Einschnitt im Zylinder vorgesehen sein, der eine Dichtung aufnimmt, die gegen den Kolben abdichtet. In diesem Fall ist der wirksame Dichtdurchmesser für den Druck im Zylinderraum der Kolbendurchmesser, so daß für einen Druckausgleich auch die Anlagefläche des Kolbens gegenüber dem Ventilsitz diesen Durchmesser haben muß.

Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Ventilsitz 3 eine konische Dichtfläche auf, während der Anlagebereich des Kolbens im wesentlichen scharfkantig dargestellt ist. Für den Fachmann ist es offenkundig, daß auch der Ventil­ sitz eine im wesentlichen scharfe Kante haben kann, die mit einer kegelförmigen Dichtfläche des Kolbens zusammen­ arbeitet. Auch ist es denkbar, sowohl die Dichtfläche des Ventilsitzes 3 kegelförmig wie auch den Anlagebereich des Kolbens kegelförmig auszubilden.

Eine optimale Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Ventil­ sitz wird dadurch erreicht, daß der Kolben in seinem An­ lagebereich gegenüber dem Ventilsitz kugelig geschliffen ist, da in diesem Fall ein geringfügiger winkelmäßiger Versatz der Achse des Kolbens gegenüber der Achse des Ven­ tilsitzes die Schließeigenschaften des Ventiles nicht be­ einträchtigt.

Claims (10)

1. Zweiwegeventil
mit einem Gehäuse (2), mit einem gegenüber dem Gehäuse (2) beweglich angeordneten Kolben (12),
mit einem gehäusefesten Ventilsitz (3), gegen den der Kolben (12) in eine Abdichtstellung bringbar ist, und
mit einer Vorspannvorrichtung (19) zum Beaufschlagen des Kolbens (12) mit einer gegen den Ventilsitz (3) gerichteten Kraft, gekennzeichnet durch einen gegenüber dem Gehäuse (2) beweglichen Zylinder (8), in dem der Kolben (12) geführt ist.

2. Zweiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorspannvorrichtung durch eine Druckfeder (19) gebildet ist, die sich an einem Boden (18) eines Zylinderraumes (10) des Zylinders (8) und an dem Kolben (12) abstützt.

3. Zweiwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verschlußschraube (5), die derart bezüglich des Gehäuses (2) angeordnet ist, daß sich ihre Achse im wesentlichen mit der Achse des Ventilsitzes (3) deckt.

4. Zweiwegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verschlußschraube (5) eine Anlagefläche (7) aufweist, mit der der Zylinder (8) bei Anlage gegen die Anlagefläche (7) bezüglich der Verschlußschraube (5) ausrichtbar ist.

5. Zweiwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net,
daß ein Fuß (9) des Zylinders (8) und die Anlage­ fläche (7) der Verschlußschraube (5) derart ausgebil­ det sind, daß bei Anlage des Fußes (9) des Zylinders (8) gegen die Anlagefläche eine Zentrierung des Fußes (9) des Zylinders (8) gegenüber der Verschlußschraube (5) bewirkt wird, und
daß eine winkelmäßige Verschwenkbarkeit des Zylinders (8) gegenüber der Achse der Verschlußschraube (5) er­ möglicht wird.

6. Zweiwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen ersten Fluidkanal (20) aufweist, der sich von einem ersten Anschluß auf der vom Kolben (12) abgewandten Seite des Ventilsitzes (3) bis zu dem Ventilsitz (3) erstreckt, und einen zweiten Fluidkanal (22) aufweist, der sich von einem zweiten Anschluß bis zu einem den Kolben (12) im Bereich des Ventilsitzes (3) umgebenden Ringraum (23) erstreckt.

7. Zweiwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (12) eine Längsbohrung (16) und einen Einstich (13) aufweist,
daß in dem Einstich (13) eine Dichtung (14, 15) für ein Abdichten gegen den Zylinder (8) liegt, und
daß der Kolben (12) an seinem gegen den Ventilsitz (3) in Anlage bringbaren Anlagebereich (17) einen vergrö­ ßerten Durchmesser hat, der dem Innendurchmesser des Zylinderraumes (10) gleicht.

8. Zweiwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder (12) einen Einstich aufweist, in dem eine Dichtung für ein Abdichten gegen den Kolben liegt, und
daß der Kolben an seinem gegen den Ventilsitz in Anlage bringbaren Anlagebereich einen Durchmesser hat, der seinem Durchmesser im Bereich der Dichtung gleicht, und daß der Kolben ferner eine Längsbohrung aufweist.

9. Zweiwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (8) an seinem dem Ventilsitz (3) zu­ gewandten Ende eine Querbohrung (24) aufweist.

10. Zweiwegeventil nach Anspruch 9 in direkter oder in­ direkter Rückbeziehung auf Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchflußwiderstand für eine Strömung von dem zweiten Fluidkanal (22) zu dem ersten Fluidkanal (20) durch eine entsprechende Dimensionierung der Quer­ bohrung (24) gegenüber dem Durchflußwiderstand für eine Strömung von dem ersten zu dem zweiten Fluidkanal (20, 22) erhöhbar ist.