DE4203161C2 - Hydraulisches Rückschlag- oder Überströmventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Rückschlag- oder Überströmventil, mit einem mehrteiligen Gehäuse, mit einem kreisförmigen Ventilsitz und einem Ventilkörper, der in der Schließlage mit einer Kugelkalottenfläche an dem Sitz anliegt und gegen die Wirkung einer an dem Ventilkörper anliegenden Feder zum Öffnen des Ven­ tils von dem Sitz abhebt, wobei die Feder an ihrer anderen Seite an einer dem Sitz abgewandten Seite des Gehäuses anliegt und zentriert ist.

Ein Ventil dieser Art ist aus der DE 31 12 932 C2 bekannt. Der eingesetzte Ventilkörper besteht aus einer Kugellagerkugel, die spanend nachbearbeitet ist, so daß ein Integral mit der Kugelkalotte verbundener Schaft entsteht, der in einer entsprechenden Gehäuse­ bohrung geführt ist. Der Ventilkörper wird mit Hilfe einer Kegelfeder auf dem Sitz gehalten, die an einer durch die spanende Bearbeitung an der Kugel entstandenen Anlagefläche anliegt.

Dieses bekannte Ventil läßt sich bereits mit einer kürzeren Baulänge herstellen als bisherige Ventile dieser Bauart, bei denen die Feder direkt an einer vollständigen Kugel anliegt, es gibt jedoch nach wie vor Nachteile, die zum Teil durch die Formänderung an der Kugel erst entstanden sind. Beim plötzlichen Öffnen wird z. B. die Kegelfeder vollständig zusammenge­ drückt und von der Anlagefläche an der Kugel beauf­ schlagt. Somit ist die Feder bei jedem plötzlichen Öffnungsvorgang des Ventils einer Schlagbeanspruchung unterworfen, die zum Bruch oder zur Ermüdung der Feder führen kann. Ein weiterer Nachteil ist die nach wie vor ziemlich große Masse des Ventilkörpers, die trotz der spanenden Bearbeitung durch die Herausbildung des Schaftes unabdingbar ist.

Aus der US 1890513 ist ein Ventil mit einem als Kugelsegment ausgebildeten Ventilkörper bekannt, der in der Schließlage in einem entsprechend kugelförmig ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Um eine leckfreie Schließlage eines derartigen Ven­ tils zu, gewährleisten, ist es erforderlich, die Dichtfläche des Kugelsegments sowie die Dichtfläche des Ventilsitzes paßgenau herzustellen. Infolge dessen entsteht jedoch zwi­ schen den Dichtflächen eine Klebewirkung, die die Ansprech­ zeit des Ventils erhöht, da eine höhere Kraft für das Öffnen des Ventils erforderlich ist. Zudem schließt dieses Ventil allein aufgrund der Gewichtskraft des Ventilkörpers. Der Einsatz des Ventils ist daher auf die Anwendungsfälle be­ schränkt, in denen durch die Einbaulage gewährleistet ist, daß der Ventilkörper in der Schließlage in dem Ventilsitz anliegt.

Auch bei dem aus der DE 36 27 865 A1 bekannten Ventil wird ein kugelförmiger Ventilkörper verwendet, der radial in einer zentralen Bohrung des Ventils geführt und durch eine Feder im Ventilsitz gehalten wird. An der Mantelfläche des Ventil­ körpers angebrachte Abflachungen sowie den Ventilkörper durchdringende Verbindungskanäle bilden in der Öffnungslage des Ventils einen nur sehr geringen Durchschlußquerschnitt für die die Kugel umströmende bzw. durchströmende Flüssig­ keit. Nachteilig bei diesem Ventil ist auch die große Masse des Ventilkörpers, die auch durch die den Durchflußquer­ schnitt bildenden Öffnungen und Abflachungen nicht wesent­ lich verringert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine noch kürzere Bauweise möglich ist, eine Beschädigung der Feder durch den Betrieb unterbunden wird, das Ansprechverhalten bzw. die Schaltgeschwindigkeit durch eine weitere Ab­ senkung der bewegten Massen verbessert wird sowie der Sitz durch die geringere Masse geschont wird.

Die Erfindung schlägt zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß der Ventilkörper aus einer Kugelschale besteht, die auf ihrer Innenseite einen Zentriersitz für die hier anliegende Seite der Feder hat, und daß der Rand der Kugelschale in der Schließlage bei paralleler Aus­ richtung zu dem Sitz in Öffnungsrichtung einen so geringen Abstand von der Innenseite des Gehäuses hat, daß bei einer gleichzeitigen Berührung der Kugelkalotte mit dem Sitz einerseits und des Kugelschalenrandes mit dem Gehäuse andererseits, also bei einer schrägen Aus­ richtung des Randes zu dem Sitz, der Sitz im Bereich der Kalotte bleibt.

Die Erfindung wendet sich ab von einer Führung des Ventilkörpers mit Hilfe eines Schaftes und einer Boh­ rung und behält die Kontrolle über den Ventilkörper statt dessen über die Führung mit Hilfe der Feder und vor allen Dingen über die Begrenzung des Gehäuseinnen­ raumes, so daß der Ventilkörper bei voller Öffnung kontrolliert an dem Gehäuse anliegt und sich so ausrichtet. Im übrigen sind die Abmessungen des Ventilkörpers so gewählt, daß auch eine Schrägstellung unschädlich ist. Dem Ventilkörper wird also viel Freiraum gelassen, jedoch nur soviel, daß er seine funktionsbedingten Bewegungen ausführen kann, nicht jedoch den sicheren Funktionsbereich verlassen kann.

Die Verwendung einer Kugelschale für den Ventilkörper hat mehrere Vorteile. Zum einen ist ein äußerst geringes Gewicht erzielbar, so daß das Ventil beinahe so leicht öffnet und schließt wie ein sog. Plattenventil, das jedoch schwer 100% abzudichten ist. Zum anderen bietet die Kugelschalenform die Möglichkeit, die Feder so unterzubringen, daß sie bei voll geöffnetem Ventilkör­ per nicht auf Block liegt, sondern lediglich im zulässigen Elastizitätsbereich zusammengedrückt wird.

Um die Führung des Schließkörpers durch die Feder zu verbessern, kann sie aus einem im Querschnitt recht­ eckförmigen Draht bestehen, dessen längere Seiten im wesentlichen parallel zur Ebene des Sitzes angeordnet sind. Dadurch entsteht eine Schraubenfeder, die gegen Schub besonders widerstandsfähig ist, jedoch in der funktionsgemäßen Druckrichtung sehr weich sein kann.

Es ist ungewiß, jedoch jederzeit möglich, daß sich der als Kugelschale ausgebildete Ventilkörper während des Betriebes schrägstellt, also der Rand der Kugel­ schale nicht mehr parallel zur Ebene des Sitzes angeordnet ist. Damit für diese Betriebszustände keine Berührung zwischen dem inneren Rand der Kugelschale und der Außen­ seite der Feder erfolgt, ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, daß sich die Kugelschale vom Zentriersitz der Feder aus sprunghaft oder kelchförmig erweitert. Die sprunghafte Erweiterung kann also Zylinderform oder darüber hinaus selbstverständlich auch eine Kegel­ stumpfform aufweisen. Es kommt nur darauf an, daß auch bei maximaler Schrägstellung der Kugelschale diese und die Feder sich nur im Bereich des Zentriersitzes berühren.

Zur Verwirklichung einer extrem niedrigen Bauhöhe des Ventils wird eine Kugelschale verwendet, deren Höhe niedriger ist als eine Halbkugel desselben Radius. Außerdem wird dadurch das Gewicht des Schließkörpers reduziert, so daß das Ansprechverhalten äußerst fein ist. Wenn bei einem konkreten Anwendungsfall oder z. B. aus Gründen der besseren Umströmung eine höhere Kugel­ schale erforderlich ist, deren Höhe z. B. höher als eine Halbkugel desselben Radius ist, kann selbstverständlich diese höhere Form gewählt und verwendet werden. Die Bauhöhe des Ventils nimmt dadurch in ganz geringem Maße zu.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Zeich­ nung dargestellt ist, wird nachfolgend näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt:
eine schematische Querschnittsansicht durch ein Ventil gemäß der Erfindung, dargestellt in der Schließlage.

Das in der Figur wiedergegebene Rückschlagventil, das auch als Überströmventil eingesetzt werden kann, be­ steht aus einem zweiteiligen Gehäuse 1, dessen Oberteil 2 mit einem verformbaren Rand in einen kegeligen Schlitz in einem Unterteil 3 eingepreßt ist. Das Unterteil 3 ist mit Hilfe eines Dichtringes 4 zwischen zwei Bau­ teilen gehalten, die z. B. einen Ventilblock und ein Pumpengehäuse oder dergleichen repräsentieren. Statt der gezeigten Einspannung des Unterteils 3 zwischen zwei Bauteilen kann das Unterteil 3 auch mit einem Gewinde versehen sein, so daß es in eine Gewindeboh­ rung eingeschraubt werden kann.

Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich als Ventilkör­ per eine Kugelschale 5, die annähernd an ihrer tiefsten Stelle mit einem Zentriersitz 6 für eine Feder 7 versehen ist. Das andere Ende der Feder 7 liegt in einer Aus­ drehung 8 im Oberteil 2 des Gehäuses 1. Die einzige Figur der Zeichnung gibt die ideale Schließlage wieder, bei der der Rand der Kugelschale 5 allseits einen Ab­ stand a von der Innenseite des Oberteils 2 aufweist. In der Praxis kann es jedoch vorkommen, daß der Abstand a ungleichmäßig entlang des Umfangs der Kugelschale 5 ist, daß also die Kugelschale 5 mit ihrem Rand schräg zur Ebene eines Sitzes 9 ausgerichtet ist, der sich im Unterteil 3 als kreisförmige Berührfläche darbietet. Da die Außenfläche der Kugelschale 5 eine Kugelkalotte ist, ist eine Schräglage wie vorangehend beschrieben hinsicht­ lich der Dichtheit unschädlich.

Es ist deutlich zu erkennen, daß die Kugelschale 5 von dem Zentriersitz 6 aus kelchartig geöffnet ist, so daß auch an dieser Stelle, nämlich der Innenseite der Kugelschale, keine Berührung mit der Außenseite der Feder 7 stattfindet, selbst wenn die Kugelschale 5 eine starke bzw. die maximal mögliche Schräglage aufweist.

Das dargestellte Ventil Verhindert eine Strömung von oben nach unten, läßt jedoch eine Strömung von unten nach oben zu. Wenn beispielsweise durch das Öffnen eines Ventiles oder durch das Anschalten einer Pumpe eine starke Druckwelle auf das Ventil zuläuft, wird die Kugelschale 5 aufgestoßen. Dabei legt sich der Rand der Kugelschale 5 unter Verkleinerung des Abstandes a vollständig an der Innenseite des Oberteils 2 des Gehäuses 1 an. Nach dem Abklingen des Öffnungsschlages, jedoch noch bei fließendem Medium, z. B. Hydrauliköl, kann die Kugelschale 5 in eine Gleichgewichtslage zurück­ kehren, die zwischen der dargestellten Schließlage und der vollständigen Anlage des Randes an dem Ober­ teil 2 liegt. Beim Versiegen des durch das Ventil hin­ durchgehenden Stromes drückt die Feder 7 die Kugelschale 5 zurück auf den Sitz 9, womit eine absolute Dichtheit hergestellt wird. Beim Schließen des Ventils kommt es ebenso auf ein feines und schnelles Ansprechverhalten an, was bei dem Ventil gemäß der Erfindung durch die kleine Masse in hervorragender Weise gewährleistet ist. Die in dem Oberteil 2 befindliche Bohrung 11 sorgt im übrigen dafür, daß sich die Kugelschale 5 nicht an der Innenseite des Oberteiles festsaugt, sondern verzögerungs­ frei beim Schließen der Strömung folgt, wobei selbstver­ ständlich rückfließendes Medium durch die Bohrung 11 hindurchströmt.

Die Abmessungen der Kugelschale 5 und des Abstandes a, also der Lage des Randes der Kugelschale 5 im Vergleich zur Innenfläche des Oberteils 2 des Gehäuses 1, sind so gewählt, daß auch bei der extremsten Schräglage, bei der ein Punkt des Randes das Oberteil 2 berührt, der Sitz 9 noch überall die Fläche der Kugelkalotte vorfindet, also eine vollständige Dichtheit gegeben ist. Wegen dieser Abmessungen kann auf eine besondere Führung der Kugelschale 5 verzichtet werden, wenn man einmal von der Führung infolge der Feder 7 und durch diese Art der Anschlagsbegrenzung absieht.

Je nach Belastung und Arbeitsmedium besteht das Ventil aus gehärtetem Stahl, der gegebenenfalls korrosions­ beständig ist, aus Messing, Bronze oder Kunststoff, wenn z. B. Säuren gepumpt werden sollen. Unabhängig von der Werkstoffwahl kann eine extrem niedrige Bauhöhe verwirklicht werden, das strömende Medium kann stets an der Kugelschale 5 vorbei durch die Durchbrüche oder Bohrungen 10 in dem Oberteil 2 hindurchtreten.

Claims (6)

1. Hydraulisches Rückschlag- oder Überströmventil, mit einem mehrteiligen Gehäuse, mit einem kreisför­ migen Ventilsitz und einem Ventilkörper, der in der Schließlage mit einer Kugelkalottenfläche an dem Sitz anliegt und gegen die Wirkung einer an dem Ventilkörper anliegenden Feder zum Öffnen des Ventils von dem Sitz anhebt, wobei die Feder an ihrer anderen Seite an einer dem Sitz abgewandten Seite des Gehäuses anliegt und zentriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper aus einer Kugelschale (5) besteht, die auf ihrer Innenseite einen Zentriersitz (6) für die hier anliegende Seite der Feder (7) hat, und daß der Rand der Kugelschale (5) in der Schließlage bei paralleler Ausrichtung zu dem Sitz (9) in Öffnungs­ richtung einen so geringen Abstand (a) von der Innenseite des Gehäuses (1) hat, daß bei einer gleichzeitigen Berührung der Kugelkalotte mit dem Sitz (9) einerseits und des Kugelschalenrandes mit dem Gehäuse (1) andererseits, also bei einer schrägen Ausrichtung des Randes zu dem Sitz (9), der Sitz (9) im Bereich der Kalotte bleibt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder (7) eine Schrauben­ feder ist und daß bei an dem Gehäuse (1) anliegendem Kugelschalenrand die Schraubenfeder (7) nicht auf Block liegt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Innenraum der Kugel­ schale (5) von dem Zentriersitz (6) der Feder (7) aus sprunghaft oder kelchförmig erweitert.

4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel­ schale (5) niedriger ist als eine Halbkugel des gleichen Radius.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (5) höher ist als eine Halbkugel des gleichen Radius.

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) schubsteif ausgebildet ist und als Führung für die Kugelschale (5) dient.