DE4320826C2 - Selbsttätiges Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein als Saug- und/oder Druckventil einer Verdränger- bzw. Plungerpumpe geeignetes, selbsttä­ tiges Ventil, dessen Verschlußstück in einem bei offenem Ventil vom Fluid durchströmten, ausgangsseitig des Sitzes angeordneten Zylinder verschiebbar angeordnet und an sei­ ner dem Zylinder zugewandten Umfangsfläche mit wendelar­ tigen Nuten versehen ist, die beim Öffnungshub des Ver­ schlußstücks vom Fluid unter Drehung des Verschlußstücks durchströmt werden.

Saug- und Druckventile von Verdrängerpumpen müssen im Schließzustand oftmals sehr großen Druckdifferenzen standhalten. Dies bedeutet in der Regel auch, daß das Verschlußstück beim Schließhub mit vergleichsweise großer Wucht auf den Ventilsitz aufschlägt. Dementsprechend wer­ den Verschlußstück und Ventilsitz stark belastet.

Dabei kommt des öfteren erschwerend hinzu, daß der das offene Ventil durchsetzende Fluidstrom ein mehr oder we­ niger unsymmetrisches Strömungsproil aufweist, was dazu führt, daß gegebenenfalls im Fluid bzw. im Pumpmedium mitgeführte Verschmutzungen sich in entsprechend unsymme­ trischer Weise abzulagern suchen und zu ungleichförmigem Verschleiß am Verschlußstück sowie am Ventilsitz führen. Ähnliche Probleme können auftauchen, wenn das Verschluß­ stück durch die ungleichförmigen Strömungen zu statisch ungleichförmig verteilten Taumelbewegungen angeregt wer­ den sollte.

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

Aus der US 1 971 659 sowie der US 4 474 209 sind Ventile der eingangs angegebenen Art bekannt. Durch die Drehung des Verschlußstücks beim Öffnungshub wird gewährleistet, daß sich der Ventilkörper in unterschiedlichen Drehlagen beim nachfolgenden Schließhub auf den Sitz aufsetzt, so daß einem unsymmetrischen Verschleiß sowie unsymmetri­ schen Ablagerungen entgegengewirkt wird.

Allerdings haben diese bekannten Ventile im geöffneten Zustand einen vergleichsweise großen Drosselwiderstand, mit der Folge, daß beim Einsatz dieser Ventile als Pum­ penventil, insbesondere als Saugventil einer Verdränger­ pumpe, mit Kavitation gerechnet werden muß, die ihrer­ seits zu vorzeitigen Ventilschäden führt.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, die Lebensdauer bei Ventilen der eingangs angegebenen Art deutlich zu erhö­ hen.

Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs angege­ benen Art dadurch gelöst, daß im Zylinder sowohl nahe des Sitzes als auch am vom Sitz abgewandten Ende des Ver­ schlußstücks radiale Öffnungen angeordnet sind, die au­ ßerhalb des Zylinders miteinander kommunizieren, indem diese Öffnungen bei Einsatz des Ventiles als Saugventil in einen Verdränger- bzw. Plungerarbeitsraum der Pumpe bzw. bei Einsatz des Ventiles als Druckventil in die Druckseite bzw. eine Druckleitung der Pumpe münden.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei geöffnetem Ventil lediglich einen Teilstrom des das ge­ öffnete Ventil durchsetzenden Fluides zwischen Verschluß­ stück und Zylinder hindurchzuführen, um die gewünschte Drehung des Verschlußstücks zu erreichen. Der Hauptstrom des Fluides kann dagegen auf drosselarmem Weg auf die Au­ ßenseite des Zylinders geführt bzw. außenseitig des Zy­ linders um das Verschlußstück herumgeführt werden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Schnittbild einer Plungerpumpe mit erfin­ dungsgemäßen Ventilen,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Verschlußstücks und

Fig. 3 einen Radialschnitt des Verschlußstücks ent­ sprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 2.

Die in Fig. I dargestellte Pumpe besitzt einen Pumpenkör­ per 1 mit zumindest einer horizontalen Zylinderbohrung 2, in der ein Plunger 3 als Verdränger arbeitet.

Die Zylinderbohrung 2 mündet in eine Vertikalbohrung 4, welche an ihrem unteren Ende mit einer Saugsammelleitung 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 Saug­ sammelleitung 5 unter Öffnung des Saugventiles 6 in die Zylinderbohrung 2 strömt und beim Druckhub des Plungers 3 durch das dann öffnende Druckventil 7 in die Druckleitung ausgeschoben wird.

Saug- und Druckventil 6, 7 sind im wesentlichen gleichar­ tig als sogenannte Topfventile ausgebildet. Jedes der Ventile 6 und 7 besitzt eine Führungsbuchse 8, in der ein im wesentlichen topfförmiges Verschlußstück 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 anderer­ seits zwischen dieser Zylinderbohrung 2 und der Drucklei­ tung gegenüber der Wandung der Vertikalbohrung 4 abge­ dichtet, während die Führungsbuchse 8 des Druckventiles 7 ober- und unterhalb der Druckleitung an der Wandung der Vertikalbohrung 4 dichtend abgeschlossen wird.

Die Führungsbuchsen 8 umfassen jeweils einen Sitz 10, auf dem im Schließzustand der Ventile 6 und 7 das jeweilige Verschlußstück mit einer entsprechenden Dichtfläche auf­ sitzt. Dabei sind die miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen von Sitz 10 und Verschlußstück 9 kegelförmig ausgebildet.

Nahe des Ventilsitzes 10 sowie am vom Ventilsitz 10 abge­ wandten Ende besitzen die Führungsbüchsen 8 jeweils eine Vielzahl von radialen Öffnungen 11, die jeweils außensei­ tig der Führungsbuchse 8 durch einen dieselbe umschlie­ ßenden Freiraum innerhalb des Pumpenkörpers 1 miteinander verbunden sind.

Die Verschlußstücke 9 werden durch Ventilfedern 12 und/oder durch Schwerkraft in ihre Schließlagen gedrängt. Dabei ist die Ventilfeder 12 des Verschlußstücks 9 des Druckventiles 7 auf einem die Vertikalbohrung 4 nach oben abschließenden Deckel 13, welcher als stationäres Wider­ lager dient, abgestützt, während die Ventilfeder des Ver­ schlußstücks 9 des Saugventiles 6 auf der Unterseite des Bodens des Verschlußstücks 9 des Druckventiles 7 abge­ stützt ist. Im übrigen ist jede Ventilfeder 12 gegen die Innenseite des Bodens des jeweils zugeordneten Verschluß­ stücks 9 gespannt.

Die Verschlußstücke 9 sind in den Führungsbuchsen 8 axial verschiebbar geführt, indem in jeder Führungsbuchse 8 ei­ ne kreiszylindrische Innenumfangsfläche, welche sich axial zwischen den oberen und unteren radialen Öffnungen 11 erstreckt, mit dem Außenumfang des jeweiligen Ver­ schlußstücks 9 zusammenwirkt.

Die Außenumfangsfläche jedes Verschlußstücks 9 besitzt unter einem geringen Winkel von beispielsweise 10° zur Achse des jeweiligen Verschlußstücks 9 geneigte Rippen und Nuten 14 und 15, d. h. die Rippen 14 wirken mit der genannten Innenumfangsfläche der jeweiligen Führungsbuch­ se 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 Verschlußstücke 9 kommunizieren.

Die Verschlußstücke 9 sind z. B. als vergleichsweise dünn­ wandige Druckgußteile ausgebildet, dementsprechend be­ sitzt die Innenseite der Umfangswandung des Verschluß­ stücks 9 ebenfalls eine Rippen-Nut-Struktur.

Wenn das Verschlußstück 9 des Saugventiles 6 beim Saughub des Plungers 3 bzw. das Verschlußstück 9 des Druckventi­ les 7 beim Druckhub des Plungers 3 von den jeweiligen Sitzen 10 abheben, strömt ein Teil des das jeweilige Ven­ til 6 bzw. 7 durchsetzenden Pumpmediums durch die von den Nuten 15 in der Umfangswand des jeweiligen Verschluß­ stücks 9 innerhalb der jeweiligen Führungsbuchse 8 gebil­ deten Kanäle. Diese Strömung übt auf das jeweilige Ver­ schlußstück 9 aufgrund der Neigung der genannten Kanäle zur Zentralachse der jeweiligen Führungsbuchse 8 ein ge­ wisses Drehmoment aus. Dieses Drehmoment reicht aus, das jeweilige Verschlußstück 9 beim Öffnungshub um einen vor­ gebbaren 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 Verschlußstücks 9 auftretende Axialbewegung desselben wird zwangsläufig der Reibungswiderstand überwunden, wel­ cher einer Relativbewegung zwischen Verschlußstück 9 und Führungsbuchse 8 entgegenwirkt. Dementsprechend reichen sehr geringe Drehmomente aus, um die genannte Drehbewe­ gung zu bewirken.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Verschluß­ stück 9 bei aufeinanderfolgenden Schließzuständen des je­ weiligen Ventiles 6 bzw. 7 relativ zum jeweiligen Sitz 10 unterschiedliche Drehlagen einnimmt.

Dadurch wird einerseits eine sehr gleichmäßige Abnutzung der miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen von Ver­ schlußstück 9 und Ventilsitz 10 gewährleistet. Darüber hinaus werden auch Verschmutzungen zwischen der das je­ weilige Verschlußstück 9 führenden Innenumfangsfläche der Führungsbuchsen 8 und den damit zusammenwirkenden Flä­ chenstreifen der Rippen 14 des jeweiligen Verschlußstücks 9 schnell fortgespült.

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

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann ge­ gebenenfalls auch vorgesehen sein, die in Fig. 1 nach un­ ten weisenden Stirnseiten des Verschlußstücks 9 mit spi­ raligen Rippen bzw. Nuten zu versehen, so daß das bei ge­ öffnetem Ventil 6 bzw. 7 über diese Stirnseiten strömende Fluid das jeweilige Verschlußstück 9 in Drehung versetzen kann.

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

Bei der dargestellten Ausführungsform bewirken die Venti­ le 6 und 7 im geöffneten Zustand einen vergleichsweise geringen Drosselwiderstand, wie es im Hinblick auf eine Verminderung der Kavitationsgefahr erwünscht ist.

Claims (7)

1. Als Saug- und/oder Druckventil einer Verdränger- bzw. Plungerpumpe geeignetes, selbsttätiges Ventil, dessen Verschlußstück in einem bei offenem Ventil vom Fluid durchströmten, ausgangsseitig des Sitzes angeordneten Zy­ linder verschiebbar angeordnet und an seiner dem Zylinder zugewandten Umfangsfläche mit wendelartigen Nuten verse­ hen ist, die beim Öffnungshub des Verschlußstücks vom Fluid unter Drehung des Verschlußstücks durchströmt wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (8) sowohl nahe des Sitzes (10) als auch am vom Sitz (10) abgewandten Ende des Verschlußstücks (9) radiale Öffnungen (11) angeordnet sind, die außerhalb des Zylinders (8) miteinander kommunizieren.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder als Teil einer Führungsbuchse (8) ausge­ bildet ist, welche auch den Ventilsitz (10) umfaßt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (9) im wesentlichen topfartig mit einem sitzseitigen Boden ausgebildet ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangswand des topfartigen Verschlußstücks (9) im Bereich der Nuten (15) Radialöffnungen (16) vorge­ sehen sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (9) als Druckgußkörper ausgebildet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Öffnungen (11) des Zylinders bzw. der Führungsbuchse (8)

• - bei Einsatz des Ventiles als Saugventil in einen Verdränger- bzw. Plungerarbeitsraum der Pumpe bzw.
• - bei Einsatz des Ventiles als Druckventil in eine Druckleitung bzw. in die Druckseite der Pumpe

münden.