DE4321800C2

DE4321800C2 - Ventiltelleranordnung für ein Rückschlagventil

Info

Publication number: DE4321800C2
Application number: DE4321800A
Authority: DE
Inventors: Chidambaram Raghavan; Olivier L Tremoulet; Edmund Y Ting
Original assignee: Flow International Corp
Current assignee: Flow International Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2013-07-01
Also published as: ITRM930310A1; IT1266511B1; ITRM930310A0; US5226799A; DE4321800A1; FR2692626A1; FR2692626B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltelleranordnung für ein Rückschlagventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Ventiltelleranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus US 3,399,694 bekannt. In der dem Ventilsitz zugewandten Berührungsfläche des Ventiltellerelements ist dabei eine flache Vertiefung vorgesehen. Das Ventiltellerelement soll jedoch von einer solchen Dicke sein, daß es unter den Betriebsbedingungen im wesentlichen starr ist. Ventilteller mit ähnlichen flachen Vertiefungen sind ferner aus DE-PS 3 16 185 und DE-GM 66 08 701 bekannt.

Hochdruckpumpen werden zu verschiedenen Zwecken verwendet, z. B. dazu, sehr hohen Fluiddruck (z. B. Wasserdruck) zu liefern, damit dieses Wasser sei nerseits in Form eines zum Schneiden, Schleifen usw. verwendbaren Hochge schwindigkeitsstrahls ausgestoßen werden kann. Bei einer üblichen Bauwei se einer derartigen Pumpe wird ein hin- und herlaufender Kolben verwendet, der in einem Hochdruckzylinder arbeitet, um das Fluid in eine Düse zu len ken. Beim Druckhub kann der Plunger oder sonstige Kolben Drücke in der Größenordnung von 175 bis 280 MPa (25 000 bis 40 000 psi) erzeugen, während der Druck in dem Zylinder beim Ansaughub auf praktisch Null ab sinkt.

Am Ende des Pumpzylinders ist ein Auslaß-Rückschlagventil angeordnet. Zu den bei derartigen Anwendungen typischerweise verwendeten Rückschlagventi len gehören Tellerventile, bei denen das Ventilelement eine quer verlau fende Kontaktfläche aufweist, die mit einer korrespondierenden Kontaktflä che eines Ventilsitzes zusammenarbeitet. Tellerventile haben sich allge mein als geeignet für diese Hochdruckanwendungen erwiesen, sie neigen aber zu übermäßigem Verschleiß, wodurch sich unerwünschte Stillstandszeiten er geben.

Bevor die Besonderheiten dieses Problems erörtert werden, soll jedoch zum besseren Verständnis eine Pumpenanordnung dargestellt werden, die mit ei nem üblichen Tellerventil dieser Art ausgestattet ist. Fig. 1 zeigt ein System, bei dem eine Pumpenanordnung 10 mit einer Abschlußkappe 16 auf das Ende eines Zylindergehäuses gesetzt ist. Das Zylindergehäuse besitzt eine Zylinderkammer, in der der Hochdruckkolben hin- und herläuft. Die Teller ventilanordnung 24 ist am Ende der Zylinderkammer angebracht, und die An ordnung umfaßt einen Ventilkörper 26 mit einem zentralen Ausstoßkanal 28 und außerdem einige mit radialem Abstand von diesem angeordnete Einlaß kanäle 30. Der Ausstoßkanal 28 zieht durch das Tellerventil 32 in eine Kammer 34 und von dort über eine Leitung 36 zu einem schematisch mit 38 ange deuteten Druckspeicher. Typischerweise sind mehrere derartige Pumpbau gruppen vorgesehen, die nacheinander den Druckspeicher 38 beaufschlagen, um eine gleichbleibende Lieferung von Hochdruckfluid aufrechtzuerhalten; die Kammer 34 wird auf diese Weise ständig mit Höchstdruckfluid ge füllt, und die typische Druckhöhe beträgt 175 bis 280 MPa (25 000 bis 40 000 psi) oder mehr.

Das Tellerventil 32 besteht aus einem zylindrischen Ventiltellerelement 60, das am Ende einer Führung 62 angeordnet ist, die in einem Gehäuse 64 hin- und herläuft. Eine Druckfeder 66 übt von einer Abschlußwand 68 des Gehäuses 64 aus Druck auf eine um das hintere Ende der Führung 62 ziehende Schulter 70 aus. Das Gehäuse 64 besitzt Öffnungen 72, die Fluid um das Ventiltellerelement 60 herum fließen und in die Kammer 34 austreten las sen, und außerdem sind Entlüftungen 73 vorgesehen, um die Bewegung der Führung innerhalb des Gehäuses zu erleichtern.

Ein zylindrischer Ventilsitz 74 befindet sich in dem Unterteil des Gehäu ses 64. Er besitzt einen zentralen Fließkanal 75, der eine kontinuierliche Fortsetzung des Kanals 28 darstellt. Beim Ausstoßhub des Pumpen zylinders hebt der in dem Kanal 28 herrschende Druck das Ventiltellerelement 60 von dem Sitz 74 ab, so daß das Fluid in die Kammer 34 austritt. Beim An saughub fällt dann der Druck in dem Kanal 28 ab, und das Ventiltellerele ment 60 wird von der Druckfeder 66 und dem in der Kammer 34 herrschenden Druck abdichtend gegen den Ventilsitz 74 gepreßt; diese Abdichtung verhindert es, daß das Hochdruckfluid in der Kammer 34 durch den Kanal 28 zurück in den Zylinder tritt. Der extrem hohe Druckunterschied zwischen der Kammer 34 und dem Fließkanal 75 während des Ansaughubs hat eine sehr hohe Grenzflä chenbelastung zwischen dem Ventiltellerelement 60 und dem Ventilsitz 74 zur Folge, und diese Kraft muß deutlich höher sein als die Fluiddrücke, um eine wirksame Dich tung von Metall zu Metall herbeizuführen.

Wie oben erwähnt, ist ein schneller Verschleiß beim Betrieb dieser Teller ventile beobachtet worden. Der Verschleiß zeigte sich an der Grenzfläche zwischen dem Ventiltellerelement 60 und dem Ventilsitz 74 und führte zu einer erhebli chen Materialabtragung an beiden Bauteilen. Bei eingehenden Untersuchun gen hat sich gezeigt, daß diese Abtragung nicht so sehr von dem Durchtritt von Fluid zwischen diesen Bauteilen herrührt, sondern in erster Linie von der Relativbewegung zwischen dem Ventiltellerelement 60 und dem Ventilsitz 74 verursacht ist. Speziell übt das Fluid in der Kammer 34 eine ständige Druckkraft auf die Au ßenseite des Ventilsitzes 74 aus; die Druckkraft wird durch einen engen Ring raum 78 zwischen dem Ventilsitz 74 und dem Sockel 80, in den er aufgenommen ist, übertragen, während der Druck in dem zentralen Fließkanal 75 mit den Hüben des Pumpkolbens schwankt. Infolgedessen wird die ringförmige Wand des Ventilsitzes 74 wäh rend des Ansaughubs durch die Druckdifferenz nach innen bewegt und dehnt sich dann während des Ausstoßhubs wieder nach außen aus. Das Ventilteller element 60 erfährt jedoch nicht die gleiche periodische Verformung: wie Fig. 1 erkennen läßt, ist es üblicherweise ein massives Metallbauteil, und dem Druck in der Kammer 34 wirkt daher die unveränderliche Druckkraft des massiven Körpers entgegen. Infolgedessen tritt eine erhebliche Relativbe wegung zwischen den einander berührenden Flächen des Ventilsitzes 74 und des Ventilteller elements 60 auf, während diese aneinanderliegen. Das führt in Verbindung mit der hohen Grenzflächenbelastung zu plastischer Verformung und Reibverschleiß, wodurch das Ventil undicht wird. Wenn die ersten Undichtigkeiten aufgetre ten sind, nimmt der Verschleiß schnell zu, und die Funktion verschlechtert sich schnell.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Ventiltelleranordnung zur Anwendung bei Höchstdruckkolbenpumpen zu entwickeln, welche einen geringen Verschleiß aufweist. Außerdem soll eine derartige Anordnung preisgünstig herstellbar sein und mit anderen Komponenten solcher Kolbenpumpen üblicher Bauart zusammenarbeiten können.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventiltelleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß durch die Vertiefung in der Berührungsfläche des Ventiltellerelements dessen Wand ungefähr um den gleichen Betrag wie die Wand des Ventilsitzes verlagert wird, wird die Relativbewegung zwischen den Berührungsflächen des Ventiltellerelements und des Ventilsitzes stark reduziert, wodurch der Verschleiß an diesen Flächen wesentlich vermindert wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Schnittbild eines Tellerventils mit einem übli chen massiven Ventiltellerelement nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ist ein Schnittbild eines Tellerventils, insgesamt ver gleichbar mit der Bauweise nach Fig. 1, wobei das Ventilteller element mit einer zentralen Vertiefung versehen ist;

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das Ventiltellerelement nach Fig. 1 und seinen zugeordneten Ventilsitz in größerem Maßstab;

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das Ventiltellerele mentnach Fig. 2, welches sich dichtend gegen seinen zugeordneten Ventilsitz legt, in größerem Maßstab;

Fig. 5 ist ein mit Fig. 4 vergleichbarer Querschnitt, der in größerem Maßstab das Ventiltellerelement in seinem von dem Sitz abgehobenen Zustand zeigt, so daß Fluid austreten kann;

Fig. 6A ist ein Bewegungsliniendiagramm, das die Verlagerung darstellt, die das übliche, massive Ventiltellerelement nach Fig. 1 und dessen Sitz während des Betriebs erfährt, wobei die Zeichnung der rechten Hälfte von Fig. 3 entspricht;

Fig. 6B ist ein Ausschnitt aus dem Diagramm nach Fig. 6A und zeigt die Berührungsstelle zwischen dem Ventiltellerelement und dem Ventilsitz in grö ßerem Maßstab;

Fig. 7A ist ein mit Fig. 6A vergleichbares Bewegungsliniendiagramm, das die Verlagerung darstellt, die das mit der Vertiefung versehene Ventiltel lerelement nach Fig. 2 und dessen Ventilsitz während des Betriebs erfährt, welche Zeichnung der rechten Hälfte von Fig. 4 ent spricht;

Fig. 7B ist ein Ausschnitt aus dem Diagramm nach Fig. 7A und zeigt die Berührungsstelle zwischen dem Ventiltellerelement und dem Ventilsitz in grö ßerem Maßstab;

Fig. 8 ist ein Querschnittsbild ähnlich der Dar stellung in Fig. 2, jedoch einschließlich des Ansaugtellerventils;

Fig. 9 ist ein Querschnitt des Ansaugventils aus Fig. 8 in größerem Maßstab und zeigt das torusartig geformte Ventiltellerelement und den Ventilsitz abdichtend aufeinanderliegend;

Fig. 10A ist eine perspektivische Ansicht des Ventilsitzes aus Fig. 9 und veranschaulicht die radiale Anordnung der Fließkanäle;

Fig. 10B ist ein Querschnitt des Ventilsitzes nach Fig. 10A längs der Li nie 10B-10B;

Fig. 11A ist eine perspektivische Ansicht des Ventiltellerelements von Fig. 9 und zeigt die darin ausgebildete ringförmige Vertiefung;

Fig. 11B ist ein Querschnitt durch das Ventiltellerelement nach Fig. 11A längs der Linie 11B-11B.

Fig. 2 zeigt das in einer Hochdruckpumpe verwendete Tellerventil 100 anstelle des oben beschriebenen üblichen Tellerven tils. Soweit der Gesamtaufbau der Pumpenanordnung 10 vergleichbar mit dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen ist, haben übereinstimmen de Bauelemente die gleichen Bezugszahlen erhalten.

Dementsprechend fließt Hochdruckfluid aus dem Pumpzylinder über das Teller ventil 100 in die Kammer 34.

Der Gesamtaufbau des Tellerventils 100 entspricht ungefähr dem obenbe schriebenen Aufbau insofern, als er ein Ventiltellerelement 102 aufweist, das in ein Führungsteil 104 eingesetzt ist, das innerhalb eines umgebenden Führungsgehäuses 106 hin- und herbewegbar ist. Das Ventiltellerelement 102 wird wiederum gegen den Ventilsitz 108 durch eine Druckfeder 110 gedrückt, die auf einer Schulter 114 an dem Führungsteil 104 aufliegt. Das Ventiltellerelement 102 hebt sich, wie zuvor, während des Ausstoßhubes von dem Ventilsitz 108 ab, und das Fluid entweicht durch die radialen Kanäle 122 in die Kammer 34. Das Ventiltellerelement schließt dann den Fließkanal 116 in dem Sitz während des Ansaughubes.

Wie oben erläutert, wird die Ringwand des Ventilsitzes 108 durch die während des Ansaughubes erzeugte Druckdifferenz einwärts gebogen, und das hat früher zu einer Relativbewegung zwischen Ventilsitz und Ventiltellerelement geführt. Gemäß Fig. 2 ist das Ventiltellerelement 102 jedoch mit einer zentralen Vertiefung 132 versehen, die dem Ende des Ventiltellerelements 102 eine Ein wärtsbiegung zugleich mit dem Ventilsitz 108 ermöglicht, wodurch die Relativbewe gung zwischen diesen Bauteilen vermieden wird.

Das zeigt sich durch einen Vergleich zwischen Fig. 3, die das übliche massive Ventiltellerelement zeigt, und Fig. 4, die das Ventiltellerelement 102 mit der Vertiefung 132 zeigt. Wie in Fig. 3 zu erkennen, wird durch den Druck in der Kammer 34 eine einwärts gerichtete Kraft sowohl gegen das Ventiltellerelement 60 als auch gegen den Ventilsitz 74 ausgeübt, wie durch die Pfeile 134, 136 angedeutet (wobei der Einfachheit halber nur die radial gerichteten Kräfte dargestellt sind). Dadurch entsteht, wenn der Druck in der Bohrung 75 während des Ansaughubes herabgesetzt wird, die Einwärtsverformung des Ventilsitzes 74, die durch die gestrichelten Pfeile 139 an gedeutet ist; diese Verformung geht aber nicht mit einer entsprechenden Verformung des massiven Ventiltellerelements 60 einher.

Fig. 4 zeigt das Ventiltellerelement 102, dessen Ventilsitz 108 prak tisch identischen, einwärts gerichteten Kräften ausgesetzt ist, die durch die Pfeile 144 angedeutet sind. Der Ventilsitz 108 biegt sich infol gedessen während des Ansaughubes in gleicher Weise wie zuvor, angedeutet durch gestrichelte Pfeile 145. Hier weist jedoch das Ventiltellerelement 102 eine Vertiefung 132 auf, d. h. Material ist aus dem Mittelteil des Ventiltellerelements 102 entfernt, so daß an seinem Umfang eine verhält nismäßig dünne ringförmige Wand 150 verbleibt. Die Vertiefung 132 verbindet außerdem die Niederdruckzone in dem Fließkanal 116 mit dem Inneren des Ventiltellerelements 102, so daß diese Wand 150 der gleichen Druckdifferenz (Pfeil 142) ausgesetzt ist wie die Wand 151 des Ventilsitzes 108. Die Wand 150 des Ventiltellerelements 102 wird infolgedessen während des Ansaughubes des Zylin ders nach innen bewegt in Übereinstimmung mit der Wand 151 des Ventilsitzes 108, wie es die gestrichelten Pfeile 152 andeuten. Während des Ausstoßhubes wird dann der erhöhte Druck innerhalb des Fließkanals 116 des Ventilsitzes 108 in Verbindung gebracht mit der Vertiefung 132. Infolgedessen dehnen sich die ringförmige Wand 150 des Ventiltellerelements 102 und die entsprechende ringförmige Wand 151 des Ventilsitzes 108, da die Druckdifferenz aufgeho ben ist, zusammen nach außen aus, wie durch die gestrichelten Pfeile 160, 162 angedeutet ist.

Die miteinander einhergehende Verformung von Ventilsitz 108 und Ventiltellerelement 102 hängt in erster Linie von der Formgebung der Vertiefung 132 ab. Wie Fig. 4 zeigt, fluchtet die Vertiefung 132 in Achsenrichtung mit dem Fließkanal 116, und ihr Durchmesser entspricht ungefähr dem des Fließkanals 116. Das untere Ende der Wand 150 erstreckt sich um die kreisförmige Öffnung der Vertiefung 132 und bildet eine ringförmige Berüh rungsfläche 148, die der Berührungsfläche 146 des Ventilsitzes 108 entspricht. An ihrem oberen Ende ist die Vertiefung 132 durch einen gewölbten oberen Teil 154 verschlossen, der mit der Wand 150 eine zusammenhängende, gekrümmte Fläche bildet. Dadurch werden Spannungsspitzen vermieden, wenn die Wand 150 sich nach innen und außen durchbiegt, und es wird auch ein glatter Über gang von dem verbiegbaren unteren Teil zu dem massiven, ver hältnismäßig unverbiegbaren oberen Teil des Ventiltellerelements 102 geschaffen. Die Vertiefung 132 kann auch einen zylindrischen unteren Abschnitt besitzen, der sich von dem gewölbten oberen Teil 154 abwärts zu der unteren Berührungsfläche 148 erstreckt, wie in Fig. 2 zu erkennen. Die Wand 150 ist dabei ringförmig mit gleichmäßiger Dicke über min destens einen Teil der Wandhöhe, und die Vertie fung 132 kann eine größere Höhe erhalten als eine halbkugelförmige Vertiefung 132.

Das Verhalten eines Ventiltellerelements 102 mit einer zentral angeord neten Vertiefung 132, dessen Berührungsfläche 148 sich in Überein stimmung mit dem Ventilsitz 108 einwärts und auswärts biegt, und eines massiven Ventiltellerelements 60 ergibt sich durch einen Vergleich der Fig. 6A-6B, die die Verformungslinien des üb lichen, massiven Ventiltellerelements 60 und Ventilsitzes 74 zeigen, mit den Fig. 7A-7B, die die entsprechenden Linien für das Ventiltellerelement 102 und den Ventilsitz 108 wiedergeben. Jedes Bild zeigt die rechte Hälfte der jeweiligen Anordnung, und die Bewegung erfolgt somit insgesamt nach links. Diese Verformungslinien wurden nach dem Finite- Elemente-Verfahren berechnet und wurden erzeugt unter der Annahme einer Druckdifferenz von etwa 280 MPa (40 000 psi) an diesen Teilen. Die an den Linien vermerkten Zahlenwerte geben die Strecken an, um die diese Teile der Bauelemente infolge der Druckdifferenz verschoben werden; die Zahlen bedeuten Vielfache von 0,254 µm (1×10^-5 Zoll).

Die in Fig. 6A dargestellten Linien zeigen deutlich das hohe Ausmaß der Re lativbewegung, die zwischen dem massiven Ventiltellerelement 60 und seinem Ventilsitz 74 auftritt. Wenn an dem massiven Ventiltellerelement 60 eine gewisse Biegung erkennbar wird, ist diese nur sehr gering und beträgt zwischen etwa 0,0025 mm (0,00011 Zoll) bis hinunter zu 0,0005 mm (0,00002 Zoll) und weniger. Demgegenüber wird der Ventilsitz 74 um viel größere Strecken bewegt, die von mindestens etwa 0,005 mm (0,00022 Zoll) bis zu mehr als 0,0094 mm (0,00037 Zoll) reichen.

Dieser Unterschied ist besonders ausgeprägt an der Dichtungsfläche, wie in Fig. 6B dargestellt. An einem typischen Punkt 166, der ungefähr in der Mitte des zwischen dem Ventiltellerelement 60 und dem Ventilsitz 74 gebildeten ring förmigen Dichtungsbereichs liegt, ist die Oberfläche des massiven Ventil tellerelements 60 nur 0,0005 mm (0,00002 Zoll) weit nach innen verlagert, während der entsprechende Teil des Ventilsitzes 74 um 0,0086 mm (0,00034 Zoll) verlagert ist. Daher findet während jedes Hubes des Pumpzylinders eine Relativbewegung von etwa 0,0082 mm (0,00032 Zoll) - in Einwärtsrichtung und anschließend in Auswärtsrichtung - statt, bei der der obenbeschriebene Abrieb hervorgerufen wird.

Demgegenüber zeigen die Fig. 7A-7B die ganz außerordentliche Verminde rung der Relativbewegung, die durch das ausgekehlte Ventiltellerelement 102 zu erreichen ist. Die Biegung der Wand 150 des Ventiltellerelements 102 ist deutlich erkennbar in Fig. 7A, aus der man entnimmt, daß die Verschiebung in Richtung auf den Boden der Wand 150 den Betrag von 0,0091 mm (0,00036 Zoll) überschreitet, was ein Mehrfaches dessen ist, was der entsprechende Abschnitt des massiven Ventiltellerelements 60 erfuhr. Kritisch ist jedoch nicht so sehr die bloße Biegung des Ventilteller elements 102, sondern vielmehr, daß diese Biegung der Biegung der Wand 151 des Ventilsitzes 108 angepaßt sein sollte. Das wird durch richtige Dimensio nierung der Vertiefung 132, vor allem hinsichtlich Tiefe und Durchmesser erreicht, und die Ergebnisse sind in Fig. 7A deutlich zu erkennen: es gibt einen glatten und kontinuierlichen Übergang von der verhältnismäßig gerin gen Verschiebung an dem oberen Ende des Ventiltellerelements 102 zu etwa 0,0086 mm (0,00034 Zoll) Einwärtsverlagerung an der Grenzfläche zu dem Ventilsitz 108. Die Linien für die Wand 151 des Ventilsitzes 108 wiederum zei gen, daß die Berührungsfläche 146 des Ventilsitzes 108 wiederum um etwa 0,0086 mm (0,00034 Zoll) einwärts verlagert ist, und daß das nun sehr genau über einstimmt mit der Verschiebung der Berührungsfläche 148 des Ventiltellerele ments 102. Fährt man an dem Ventilsitz 108 nach unten, fallen die Verschiebungslinien allmählich ab zu niedrigeren Werten; im wesentlichen spiegelt die Ver schiebung des Ventilsitzes 108 die des Ventiltellerelements 102 wider, wobei die beiden am stärksten einwärts verlagert werden an ihren zusammen stoßenden Berührungsflächen 146, 148 , und dann in geringerem Maße, wenn man sich davon entfernt.

Die tatsächliche Beseitigung einer Relativbewegung an der Dichtungsfläche wird erkennbar bei genauer Betrachtung des vergrößerten Ausschnitts in Fig. 7B. Hier sieht man wieder das Fortschreiten der Werte zunehmender Ver schiebung in Richtung auf das untere Ende des Ventiltellerelements 102, und wie diese mit den Linien für den Ventilsitz 108, wo die beiden sich treffen, eng übereinstimmen. Tatsächlich fallen am Punkt 168, der dem Ort des Punk tes 166 in Fig. 6B entspricht, die jeweiligen Verlagerungszahlen sehr nahe zusammen mit 0,0089 mm (0,00035 Zoll) und 0,0086 mm (0,00034 Zoll). Die Relativbewegung an diesem Punkt hat sich nun auf etwa 0,00025 mm (0,00001 Zoll) vermindert, d. h. eine etwa dreißigfache Verringerung von den etwa 0,0082 mm (0,00032 Zoll) Bewegung, die bei der bekannten Kon struktion eintrat, und das führt zu einer ganz außerordentlichen Herabset zung des Abriebs.

Die oben angegebenen typischen Resultate wurden erzielt mit einem Ventil tellerelement 102 und Ventilsitz 108 mit folgenden Hauptabmessungen:

Ventiltellerelement 102
Gesamtdurchmesser\|10,2 mm
Gesamthöhe	8,9 mm
Durchmesser der Vertiefungsöffnung	5,9 mm
Tiefe der Vertiefung 132	5,1 mm
Oberes Ende der Vertiefung 132	3,0 mm

Ventilsitz 108
Außendurchmesser der Wand 151\|14,1 mm
Höhe der Wand 151 über Basis	6,2 mm
Durchmesser des Fließkanals 116	4,8 mm
Durchmesser der Windung 156 (65° Durchgang zur Mittelbohrung)	6,6 mm
Tiefe der Mündung 156	1,3 mm

Die genannten Bauteile wurden aus Carpenter rostfreiem Stahl 410 herge stellt, wurden vergütet bei 982°C (1800°F) und vor dem Bearbeiten vier Stunden lang ölvergütet bei 288°C (550°F). Natürlich kann der Fachmann an diesen Ausführungsbeispielen zahlreiche Änderungen hinsichtlich Abmes sung und Material vornehmen. Zum Beispiel kann eine verhältnismäßig dicke re ringförmige Wand 150, die einen gleichen Grad von Beweglichkeit aufweist, her gestellt werden, indem der Durchmesser der Vertiefung 132 verkleinert wird, während ihre Höhe vergrößert wird, und umgekehrt.

In den Fig. 8 bis 11 wird ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, die eine Ansaugventilanordnung zum Steuern des Stroms von Niederdruckfluid in den Pumpzylinder bildet. So zeigt Fig. 8 wiederum einen Ventilkörper 26, der am Ende der Zylinderkammer angeordnet ist und einige radial verteilte Ansaugkanäle 30 aufweist. Diese Ansaugkanäle 30 stehen in Verbindung mit einem Verteiler 180, der ein Niederdruckfluid zuführt. Typischerweise ist dieses Niederdruckfluid Wasser, und der Zuführdruck kann normalerweise etwa 420 kPa (60 psi) betragen. Das Niederdruck wasser wird in Richtung der Pfeile in Fig. 8 durch die Ansaugkanäle 30 in den Pumpzylinder gesaugt. Dieser Strom wird gesteuert durch ein Ansaug rückschlagventil, das als Tellerventil 184 ausgebildet ist. Das Tellerventil 184 besteht aus einem torusartigen Ventiltellerelement 186 und einem entsprechend torusartig geformten Ventilsitz 188. Während des An saughubes der Pumpe wird das Ventiltellerelement 186 von dem Ventilsitz 188 ab gehoben, so daß das Niederdruckfluid in den Pumpzylinder eintreten kann, und während des Ausstoßhubes bewegt sich das Ventiltellerelement 186 dann zu rück und liegt dichtend an dem Ventilsitz 188 an, um einen Rückfluß von Druckfluid durch die Ansaugkanäle 30 zu verhindern.

Fig. 9 zeigt das Ventiltellerelement 186 und den Ventilsitz 188 mit ihren Einzelheiten in größerem Maßstab, ferner die durch deren Mitte verlaufende Begrenzungs schraube 190. Diese Begrenzungsschraube 190 (die vergleichbar ist mit denen, die bei üblichen Ansaugtellerventilen mit massiven Ventiltellerelementen verwendet wird), besitzt ein unteres Ende 192 mit Gewinde, das in das Ende des Ventilkörpers 26 eingreift, und einen verhältnismäßig breiten Kopfteil 194. Dieser Kopfteil 194 ragt von dem Schaft 196 der Begrenzungsschraube 190 nach außen und stellt einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Ventiltellerelements 186 dar, wenn dieses von dem Ventilsitz 188 abgehoben wird. Der Schaft 196 der Begren zungsschraube 190 verläuft durch die Mittelbohrungen 224, 210 des torusartigen Ventiltellerelements 186 und des Ventilsitzes 188, und es sind zylindrische Lagerbüchsen 198 und 200 über die Länge des Schafts 196 verteilt, die in den inneren Zylinderflächen der Mittel bohrungen 224, 210 gleiten. Die Begrenzungsschraube 190 ist mit einer (nicht gezeichneten) Mittelbohrung versehen, und diese geht stufen los über in den Kanal 28, so daß aus dem Pumpzylinder 202 ausge stoßenes Hochdruckfluid durch diesen in den Kanal 28 fließt. Eine Druck feder 204 liegt an der Oberseite des Ventiltellerelements 186 an, so daß dieses gegen den Ventilsitz 188 gedrückt wird.

Wie oben erwähnt, wurden zu diesem Zweck übliche Tellerventile mit massiven Ventiltellerelementen verwendet. Aus den schon oben erwähnten Gründen ergab sich dabei aber ein außerordentlich hoher Verschleiß wegen der auftretenden äußerst hohen Druckdifferenzen (280 MPa-420 kPa [40 000-60 psi]). Diese Schwierigkeit wurde noch größer, als es sich als zweckmäßig erwies, eine Entlastungsnut in die Berührungsfläche des Ventilsitzes zu schneiden, um die Kontaktdrücke zu erhöhen, denn das ver stärkte die Tendenz des Ventilsitzes, sich im Betrieb zu verformen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist deshalb eine ringförmige Vertiefung 230, 232 in der Berührungsfläche des Ventiltellerelements 186 ausgebildet, so daß ringförmige Wände 234, 236, 238, 240 neben dieser Vertiefung 230, 232 gebildet werden, die in Übereinstimmung mit den Wänden 218, 220 des Ventilsitzes 188 so verschoben werden, daß die Relativbewegung zwischen den Berührungsflächen 226, 228 und 212 dieser Teile ausge schaltet wird.

Die Fig. 10 bis 11 geben diese Bauteile mit weiteren Einzelheiten wie der. Zunächst zeigen die Fig. 10A und 10B den torusförmigen Ventilsitz 188. Dieser besitzt eine insgesamt zylindrische Außenseite 208 sowie eine Mittelbohrung 210, durch die die Begrenzungsschraube 190 verläuft. Die Oberseite des Ventilsitzes 188 bildet eine insgesamt ebene Berührungsfläche 212. Durch diese verläuft eine Reihe Fließkanäle 214, die vertikal durch den Ventilsitz 188 hindurchführen, so daß sie mit den Ansaugkanälen 30 in dem Ventilkörper 26 in Verbindung stehen; in der Zeichnung sind sechs derartige Fließkanäle 214 dargestellt. Die Fließkanäle 214 sind radial um die Mittelbohrung 210 herum angeordnet, vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen der Mittelbohrung 210 und der Außenseite 208 des Vetilsitzes 188. Die oberen Öffnungen der Fließkanäle 214 sind durch die kreisförmige Entlastungsnut 216 miteinander verbunden, die in die Berüh rungsfläche 212 geschnitten ist, um den Kontaktdruck mit dem Ventiltellerele ment 186 zu erhöhen; die Entlastungsnut 216 hat einen flachen U-förmigen Querschnitt, und ihre Breite entspricht ungefähr dem Durchmesser der Fließkanäle 214. Eine innere und eine äußere Wand 218, 220 ist neben jedem Fließ kanal 214 ausgebildet, und die oberen Enden dieser Wände sind gegen Druckkräfte zusätzlich durch die Entlastungsnut 216 geschwächt. Diese Anordnung ist somit analog dem Fließkanal 116 und der Wand 151 des oben be schriebenen Einkanal-Ventilsitzes 108, und es ist daher begreiflich, daß die Wände 218, 220 bei in Betrieb befindlicher Pumpe in gleicher Weise den zyklischen Einwärts- und Auswärtsverformungen unterworfen sind.

Das Ventiltellerelement 186 seinerseits ist in Fig. 11A dargestellt. Wie der Ventilsitz 188 ist auch dieses torusförmig und besitzt eine zylindrische Außenseite 222 und eine zylindrische Mittelbohrung 224 für die Begrenzungs schraube 190. Es gibt zwei genau übereinstimmende Berührungsflächen 226 bzw. 228 am oberen bzw. unteren Ende des Ventiltellerelements 186, so daß es in beliebiger Ausrichtung bei Montage oder Reparatur eingebaut werden kann. Eine ringförmige Vertiefung 230, 232 befindet sich in jeder dieser Berüh rungsflächen 226, 228. Die Vertiefungen 230, 232 sind ungefähr in der Mitte zwischen der Mittelbohrung 224 und der Außenseite 222 des Ventiltellerelements 186 ange ordnet, so daß sie der Entlastungsnut 216 in dem Ventilsitz 188 entsprechen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Vertiefung 230, 232 eine flache, U-förmige Nut und so ausgeführt, daß sie in verti kaler Richtung mit den Fließkanälen 214 und der ringförmigen Entlastungsnut 216 in dem darunter liegenden Ventilsitz 188 fluchten. Die ringförmigen Vertiefungen 230, 232 sind analog der einzelnen zentralen Vertiefung 132 in dem obenbeschriebe nen Ventiltellerelement 102, und daher sind innere und äußere, ringförmige Wände 234, 236 und 238, 240 neben jeder der Vertiefungen 230, 232 ausgebildet; die ring förmigen Vertiefungen 230, 232 sind somit so geformt, daß diese Wände sich wäh rend des Betriebs der Pumpe in Übereinstimmung mit den Wänden 218, 220 des dar unterliegenden Ventilsitzes 188 nach innen und nach außen biegen, wodurch die Relativbewegung zwischen den Berührungsflächen 212 und 226, 228 auf ein Minimum herabgesetzt oder ausgeschaltet ist.

Ein Beispiel des Ansaugtellerventils mit einem Ventiltellerele ment 186 und Ventilsitz 188 in der in den Fig. 8 bis 12 dargestellten Bauweise ist so ausgeführt, daß es mit einem Ansaugdruck von etwa 420 kPa (60 psi) und einem Ausstoßdruck von mehr als 280 MPa (40 000 psi) arbeitet, hat folgende Hauptabmessungen:

VENTILSITZ
Außendurchmesser\|30,1 mm
Innendurchmesser	9,8 mm
Gesamthöhe	5,1 mm
Zahl der Fließkanäle	6 Stück, jeweils um 60° gegeneinander versetzt
Durchmesser der Fließkanäle	4,0 mm
Breite der Entlastungsnut	20,4 mm
Tiefe der Entlastungsnut	0,5 mm
Radius der Entlastungsnut	3,2 mm

VENTILTELLER-ELEMENT
Außendurchmesser\|28,4 mm
Innendurchmesser	11,3 mm
Gesamthöhe	6,5 mm
Breite d. ringförm. Vertiefungen	0,74 mm
Tiefe der Vertiefungen	0,74 mm
Radius der Vertiefungen	2,36 mm

Werkstoffe und Wärmebehandlung dieser Bauteile waren im wesentlichen die gleichen wie bei den Bauteilen des hierüber beschriebenen Tellerventils.

Claims

1. Ventiltelleranordnung für ein Rückschlagventil, das den Rückfluß von Fluid aus einer Zone hohen Drucks in eine Zone niedrigen Drucks in einer Kolbenpumpe verhindert,
mit einen Ventilsitz (108; 188) mit einer Berührungsfläche (146; 212) und mindestens einem Fließkanal (116; 214) für das Fluid, der begrenzt ist durch die eine Seite einer Wand (151; 218, 220) und in Verbindung steht mit der Zone niedrigen Drucks, wobei die andere Seite der Wand (151; 218, 220) in Verbindung steht mit der Zone hohen Drucks, so daß die Wand (151; 218, 220) aufgrund des von der Kolbenpumpe zwischen den Zonen erzeugten Druckunterschieds verlagert wird, und
mit einem Ventiltellerelement (102; 186) mit einer Berührungsfläche (148; 226, 228) solcher Form, daß sie dichtend an der Berührungsfläche (146; 212) des Ventilsitzes (108; 188) anliegt, um den Rückfluß des Fluids zu verhindern, wobei das Ventiltellerelement (102; 186) eine Vertiefung (132; 230, 232) in seiner Berührungsfläche (148; 212) aufweist, welche Vertiefung (132; 230, 232) durch eine Wand (150; 234, 236, 238, 240) des Ventiltellerelements (102; 186) begrenzt ist und eine Fortsetzung des Fließkanals (116; 214) in dem Ventilsitz (108; 188) bildet, wenn das Ventiltellerelement (102; 186) und der Ventilsitz (108; 188) einander berühren, so daß die Vertiefung (132; 230, 232) in Verbindung mit der Zone niedrigen Drucks steht und die andere Seite der Wand (150; 234, 236, 238, 240) des Ventiltellerelements (102; 186) in Verbindung steht mit der Zone hohen Drucks, so daß die Wand (150; 234, 236, 238, 240) des Ventiltellerelements (102; 186) durch den Druckunterschied verlagert wird,
daß die Vertiefung (132; 230, 232) so geformt ist, daß die Wand (150; 234, 236, 238, 240) des Ventiltellerelements (102; 186) durch den Druckunterschied um einen vorbestimmten Betrag verlagert wird, der ungefähr gleich dem Betrag ist, um den die Wand (151; 218, 220) des Ventilsitzes (108; 188) an der Berührungsstelle verlagert wird.

2. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (108) einen einzigen Fließkanal (116) aufweist und das Ventiltellerelement (102) eine einzige, mit dem Fließkanal (116) fluchtende Vertiefung (132) aufweist.

3. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Ventiltellerelements (102) im wesentlichen zylindrisch ist und die Vertiefung (132) eine im wesentlichen runde Ausmündung an der Berührungsfläche (148) hat, so daß sich die Berührungsfläche (148) ringförmig um die Ausmündung erstreckt.

4. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Ventilsitzes (108) im wesentlichen zylindrisch ist und der Fließkanal (116) eine im wesentlichen zylindrische Bohrung mit runder Mündung (156) an der Berührungsfläche (146) ist, so daß sich die Berührungsfläche (146) ringförmig um die Mündung (156) erstreckt.

5. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (132) ein oberes Ende (154) aufweist, daß durch eine gewölbte Innenfläche des Ventiltellerelements (102) verschlossen ist, um Belastungsspitzen an der Innenfläche zu verhindern, wenn die Wand (150) des Ventiltellerelements (102) einwärts verlagert wird.

6. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Ventiltellerelements (102) im wesentlichen Halbkugelform hat.

7. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (132) in dem Ventiltellerelement (102) einen zylindrischen unteren Abschnitt aufweist, der sich von der gewölbten Innenfläche aus abwärts zu der Berührungsfläche (148) erstreckt.

8. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (132) in dem Ventiltellerelement (102) im wesentlichen koaxial mit dem Fließkanal (116) in dem Ventilsitz (108) verläuft.

9. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (188) eine Mehrzahl von Fließkanälen (214) besitzt und die Vertiefung (230, 232) in dem Ventiltellerelement (186) so geformt ist, daß sie in Verbindung mit den Fließkanälen (214) steht, wenn das Ventiltellerelement (186) und der Ventilsitz (188) dichtend aufeinander stehen.

10. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (188 ein torusförmiges Bauteil ist, das eine Mittelbohrung (210) zur Aufnahme eines Schafts (196) einer Begrenzungsschraube (190) besitzt, wobei die Fließkanäle (214) in einer radialen Anordnung um die Mittelbohrung (210) angeordnet sind.

11. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventiltellerelement (186) ein entsprechendes torusförmiges Bauteil mit einer Mittelbohrung (224) für die Aufnahme des Schafts (196) der Begrenzungsschraube (190) ist, wobei sich die Vertiefung (230, 232) in der Berührungsfläche (226, 228) des Ventiltellerelements (186) ringförmig um die Mittelbohrung (224) erstreckt und mit der radialer Anordnung der Fließkanäle (214) in dem Ventilsitz (188) fluchtet.

12. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (230, 232) in dem Ventiltellerelement (186) eine Ringnut in der Berührungsfläche (226, 228) des Ventiltellerelements (186) ist.

13. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (230, 232) U-förmgen Querschnitt hat.

14. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Vertiefung (230, 232) in dem Ventiltellerelement (186) etwa auf halbem Weg zwischen der Mittelbohrung (224) und der Außenseite (222) des Ventiltellerelements (186) verläuft, so daß die ringförmige Vertiefung (230, 232) durch eine ringförmige innere (234, 238) und eine ringförmige äußere (236, 240) Wand des Ventiltellerelements (186) mit Abstand voneinander und von ungefähr gleicher Dicke begrenzt wird.

15. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (188) außerdem mit einer ringförmigen Entlastungsnut (216) in seiner Berührungsfläche (212) versehen ist, um den Kontaktdruck zwischen den Berührungsflächen (212 und 226, 228) zu erhöhen, wobei sich die Entlastungsnut (216) so um die Mittelbohrung (210) in dem Ventilsitz (188) herum erstreckt, daß sie die Fließkanäle (214) miteinander verbindet und sich eine innere und eine äußere Wand (218, 220) der Berührungsfläche (212) neben der Entlastungsnut (216) befinden.

16. Ventiltelleranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventiltellerelement (186) und der Ventilsitz (188) so geformt sind, daß die ringförmige Vertiefung (230, 232) in dem Ventiltellerelement (186) und die Entlastungsnut (216) in dem Ventilsitz (188) in Vertikalrichtung fluchten, wenn das Ventiltellerelement (186) und der Ventilsitz (188) dichtend aufeinander stehen.