DE4320826A1 - Passiv gesteuertes, selbsttätiges Ventil, insbesondere Pumpenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein passiv gesteuertes, selbsttätiges Ventil, insbesondere Pumpenventil, mit fluidisch betätigtem Ventilkörper und damit zusammenwirkendem Sitz, von dem der Ventilkörper bei Anstieg des Fluiddruckes am Ventileingang bzw. entsprechendem Abfall des Fluiddruckes am Ventilausgang abhebt und auf den sich der Ventilkörper bei Abfall des Fluiddruckes am Ventileingang bzw. entsprechendem Anstieg des Fluiddruckes am Ventilausgang aufsetzt.

Derartige Ventile müssen bei Einsatz als Saug- bzw. Druck­ ventile in Verdrängerpumpen im Schließzustand oftmals sehr großen Druckdifferenzen standhalten. Dies bedeutet in der Regel auch, daß der Ventilkörper beim Schließhub mit vergleichsweise großer Wucht auf den Ventilsitz aufschlägt. Dementsprechend werden Ventilkörper und Ventilsitz stark belastet.

Dabei kommt des öfteren erschwerend hinzu, daß der das geöffnete Ventil durchsetzende Fluidstrom ein mehr oder weniger unsymmetrisches Strömungsprofil aufweist, welches dazu führt, daß gegebenenfalls im Fluid bzw. in der Flüssigkeit mitgeführte Verschmutzungen sich in ent­ sprechend unsymmetrischer Weise abzulagern suchen und zu ungleichförmigem Verschleiß am Ventilkörper sowie am Ventilsitz führen. Ähnliche Probleme können auftauchen, wenn der Ventilkörper durch die ungleichförmigen Strömungen zu statistisch ungleichförmig verteilten Taumelbewegungen angeregt werden sollte.

Aufgrund der hohen Belastungen müssen Ventile von schnell bzw. gegen hohen Differenzdruck arbeitenden Verdrängerpumpen verhältnismäßig oft ausgetauscht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Lebensdauer bei Ventilen der eingangs angegebenen Art deutlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilkörper beim Öffnungs- und/oder Schließhub vom Fluid relativ zu einer zur Hubrichtung parallelen Achse in vorgebbarer Richtung um einen vorgegebenen Winkel weitergedreht wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein zwischen dem Ventilkörper und denselben beim Öffnungs- bzw. Schließ­ hub führenden Teilen des Ventiles auftretender Reibungs­ widerstand durch die die Hubbewegung des Ventilkörpers bewirkenden Fluidkräfte überwunden wird und dementsprechend für die gewünschte Drehbewegung des Ventilkörpers sehr geringe Kräfte ausreichen.

Damit besteht die Möglichkeit, durch spiralige und/oder schraubenförmige Nuten bzw. Stege am Ventilkörper die gewünschte Drehbewegung zu erreichen, und zwar auch dann, wenn die genannten Stege bzw. Nuten klein bemessen sind.

Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß sich Verschmutzungen weniger leicht festsetzen können.

Bevorzugte Merkmale der Erfindung gehen aus den An­ sprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung vorteil­ hafter Ausführungsformen hervor, die anhand der Zeichnung erläutert werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild einer Plungerpumpe mit erfindungs­ gemäßen Ventilen,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ventilkörpers und

Fig. 3 einen Radialschnitt des Ventilkörpers entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Pumpe besitzt einen Pumpen­ körper 1 mit zumindest einer horizontalen Zylinderboh­ rung 2, in der ein Plunger 3 als Verdränger arbeitet.

Die Zylinderbohrung 2 mündet in eine Vertikalbohrung 4, welche an ihrem unteren Ende mit einer Saugsammellei­ tung 5 verbunden ist und in ihrem oberen Bereich von einer zur Saugsammelleitung 5 parallelen Druckleitung durchsetzt wird.

In der Vertikalbohrung 4 sind in grundsätzlich bekannter Weise Saug- und Druckventil 6, 7 der Pumpe angeordnet, so daß beim Saughub des Plungers 3 Pumpmedium aus der Saugsammelleitung 5 unter Öffnung des Saugven­ tiles 6 in die Zylinderbohrung 2 strömt und beim Druck­ hub des Plungers 3 durch das dann öffnende Druck­ ventil 7 in die Druckleitung ausgeschoben wird.

Saug- und Druckventil 6, 7 sind im wesentlichen gleich­ artig als sogenannte Topfventile ausgebildet. Jedes der Ventile 6 und 7 besitzt eine Führungsbuchse 8, in der ein im wesentlichen topfförmiger Ventilkörper 9 verschieb­ bar geführt ist. Dabei ist die Führungsbuchse 8 des Saug­ ventiles 6 an ihren Stirnenden einerseits zwischen Saug­ sammelleitung 5 und der Zylinderbohrung 2 und andererseits zwischen dieser Zylinderbohrung 2 und der Druckleitung gegenüber der Wandung der Vertikalbohrung 4 abgedichtet, während die Führungsbuchse 8 des Druckventiles 7 ober- und unterhalb der Druckleitung an der Wandung der Vertikal­ bohrung 4 dichtend abgeschlossen wird.

Die Führungsbuchsen 8 umfassen jeweils einen Sitz 10, auf dem im Schließzustand der Ventile 6 und 7 der jeweilige Ventilkörper mit einer entsprechenden Dicht­ fläche aufsitzt. Dabei sind die miteinander zusammen­ wirkenden Dichtflächen von Sitz 10 und Ventilkörper 9 kegelförmig ausgebildet.

Nahe des Ventilsitzes 10 sowie am vom Ventilsitz 10 abgewandten Ende besitzen die Führungsbuchsen 8 jeweils eine Vielzahl von radialen Öffnungen 11, die jeweils außenseitig der Führungsbuchse 8 durch einen dieselbe umschließenden Freiraum innerhalb des Pumpen­ körpers 1 miteinander verbunden sind.

Die Ventilkörper 9 werden durch Ventilfedern 12 und/oder durch Schwerkraft in ihre Schließlagen gedrängt. Dabei ist die Ventilfeder 12 des Ventilkörpers 9 des Druck­ ventiles 7 auf einem die Vertikalbohrung 4 nach oben abschließenden Verschlußstück 13, welches als stationäres Widerlager dient, abgestützt, während die Ventilfeder des Ventilkörpers 9 des Saugventiles 6 auf der Unterseite des Bodens des Ventilkörpers 9 des Druckventiles 7 abgestützt ist. Im übrigen ist jede Ventilfeder 12 gegen die Innen­ seite des Bodens des jeweils zugeordneten Ventilkörpers 9 gespannt.

Die Ventilkörper 9 sind in den Führungsbuchsen 8 axial verschiebbar geführt, indem in jeder Führungsbuchse 8 eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche, welche sich axial zwischen den oberen und unteren radialen Öff­ nungen 11 erstreckt, mit dem Außenumfang des jeweiligen Ventilkörpers 9 zusammenwirkt.

Die Außenumfangsfläche jedes Ventilkörpers 9 besitzt unter einem geringen Winkel von beispielsweise 10° zur Achse des jeweiligen Ventilkörpers 9 geneigte Rippen und Nuten 14 und 15, d. h. die Rippen 14 wirken mit der genannten Innenumfangsfläche der jeweiligen Führungsbuchse 8 zusammen, während die Nuten 15 schräg zur Achse der Führungsbuchse 8 verlaufende Kanäle zwischen den oberen und unteren radialen Öffnungen 11 bilden.

Innerhalb der Nuten 15 können Öffnungen 16 angeordnet sein, durch die die genannten Kanäle mit dem Innenraum der topfförmigen Ventilkörper 9 kommunzieren.

Die Ventilkörper 9 sind bevorzugt als vergleichsweise dünnwandige Druckgußteile ausgebildet, dementsprechend besitzt die Innenseite der Umfangswandung der Ventil­ körper 9 ebenfalls eine Rippen-Nut-Struktur.

Wenn der Ventilkörper 9 des Saugventiles 6 beim Saughub des Plungers 3 bzw. der Ventilkörper 9 des Druckven­ tiles 7 beim Druckhub des Plungers 3 von den jeweiligen Sitzen 10 abheben, strömt ein Teil des das jeweilige Ventil 6 bzw. 7 durchsetzenden Pumpmediums durch die von den Nuten 15 in der Umfangswand des jeweiligen Ventilkörpers 9 innerhalb der jeweiligen Führungsbuchse 8 gebildeten Kanäle. Diese Strömung übt auf den jeweiligen Ventilkörper 9 aufgrund der Neigung der genannten Kanäle zur Zentralachse der jeweiligen Führungsbuchse 8 ein gewisses Drehmoment aus. Dieses Drehmoment reicht aus, dem jeweiligen Ventilkörper 9 beim Öffnungshub um einen vorgebbaren Winkel in einer durch die Richtung der Neigung der Rippen und Nuten 14 und 15 relativ zur Zentralachse der jeweiligen Führungsbuchse 8 vorgegebenen Richtung zu drehen. Denn durch die beim Öffnungshub des jeweiligen Ventilkörpers 9 auftretende Axialbewegung des Ventilkörpers 9 wird zwangsläufig der Reibungswider­ stand überwunden, welcher einer Relativbewegung zwischen Ventilkörper 9 und Führungsbuchse 8 entgegenwirkt. Dem­ entsprechend reichen sehr geringe Drehmomente aus, um die genannte Drehbewegung zu bewirken.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Ventilkör­ per 9 bei aufeinander folgenden Schließzuständen des jeweiligen Ventiles 6 bzw. 7 relativ zum jeweiligen Sitz 10 unterschiedliche Drehlagen einnimmt.

Dadurch wird einerseits eine sehr gleichmäßige Abnutzung der miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen von Ventil­ körper 9 und Ventilsitz 10 gewährleistet. Darüber hinaus werden auch Verschmutzungen zwischen der den jeweiligen Ventilkörper 9 führenden Innenumfangsfläche der Führungs­ buchsen 8 und den damit zusammenwirkenden Flächenstreifen der Rippen 14 des jeweiligen Ventilkörpers 9 schnell fort­ gespült.

Insgesamt ergibt sich somit eine deutlich längere Lebens­ dauer der Ventile.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann gegebenenfalls auch vorgesehen sein, die in Fig. 1 nach unten weisenden Stirnseiten der Ventilkörper 9 mit spiraligen Rippen bzw. Nuten zu versehen, so daß das bei geöffnetem Ventil 6 bzw. 7 über diese Stirnseiten strömende Fluid den jeweiligen Ventilkörper 9 in Drehung versetzen kann.

Gegebenenfalls kann jeder Ventilkörper 9 auch einen durch die Öffnung des jeweiligen Sitzes 10 hindurchragenden Fortsatz aufweisen, auf dessen Außenumfang Rippen und Nuten ähnlich den Rippen und Nuten 14 und 15 ausgebildet sind, um den jeweiligen Ventilkörper 9 beim Öffnungshub in Drehung zu versetzen.

Die dargestellte Ausführungsform ist insofern vorteilhaft, als die Ventile 6 und 7 im geöffneten Zustand einen ver­ gleichsweise geringen Drosselwiderstand bewirken, wie es im Hinblick auf eine Verminderung der Kavitations­ gefahr erwünscht ist.

Claims (9)

1. Passiv gesteuertes, selbsttätiges Ventil, insbesondere Pumpenventil, mit fluidisch betätigtem Ventilkörper und damit zusammenwirkendem Sitz, von dem der Ventilkörper bei Anstieg des Fluiddruckes am Ventileingang bzw. entsprechendem Abfall des Fluiddruckes am Ventilausgang abhebt und auf den sich der Ventil­ körper bei Abfall des Fluiddruckes am Ventileingang bzw. entsprechendem Anstieg des Fluiddruckes am Ventilausgang aufsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) beim Öffnungs- und/oder Schließhub vom Fluid relativ zu einer zur Hub­ richtung parallelen Achse in vorgebbarer Richtung weitergedreht wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) in einem bei geöffnetem Ventil (6, 7) vom Fluid durchströmten Zylinder (8) verschiebbar angeordnet ist und an seiner dem Zylinder (8) zugewandten Umfangsfläche wendelartige Rippen bzw. Nuten (14, 15) aufweist, die vom Fluid durchströmt werden.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (8) ausgangsseitig des Sitzes (10) angeordnet ist.

4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (8) als Teil einer Führungs­ buchse (8) ausgebildet ist, welche auch den Ventilsitz (10) umfaßt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder (8) bzw. der Führungs­ buchse (8) sowohl nahe des Sitzes (10) als auch am vom Sitz (10) abgewandten Ende des Ventilkörpers (9) radiale Öffnungen (11) ange­ ordnet sind, die außerhalb des Zylinders (8) bzw. der Führungsbuchse (8) - z. B. über den Verdrängerarbeitsraum einer Verdrängerpumpe oder deren Druckseite - miteinander kommuni­ zieren.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) im wesentlichen topfartig ausgebildet ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) einen sitzseitig ange­ ordneten Boden besitzt.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangswand des topfförmigen Ventilkörpers (9) zwischen den außenseitigen Rippen (14) Radialöffnungen (16) angeordnet sind.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (9) als Druckgußkörper ausgebildet ist.