DE69616822T2

DE69616822T2 - Ventil

Info

Publication number: DE69616822T2
Application number: DE69616822T
Authority: DE
Inventors: Welm Friedrichsen; Xavier Mabit
Original assignee: Sauer Danfoss Nordborg ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions Holding ApS
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: EP0870137B1; DE69616822D1; DE19600275A1; WO1997025559A1; EP0870137A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Ventil ist aus dem Dokument DE 32 04 070 bekannt.
Derartige Ventile sind allgemein bekannt. Sie sollen im geschlossenen Zustand einen Strömungsweg unterbrechen, so daß ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, nicht mehr weiterfließen kann. Wird hingegen das Ventil geöffnet, also das Schließelement vom Ventilsitz abgehoben, wird der Fluidpfad freigegeben.
Üblicherweise ist es erwünscht, das derartige Ventile dicht sind, also keine Leckage im geschlossenen Zustand aufweisen. Die Dichtigkeit ist vor allem dann von Bedeutung, wann das Ventil nicht nur Steuerungsaufgaben, sondern beispielsweise auch Sicherungsaufgaben übernehmen muß. Wenn Leckagen entstehen, kann ein Teil der Ventilfunktion verlorengehen. Ein angetriebener Motor arbeitet dann beispielsweise, obwohl das Ventil geschlossen ist. Auch wenn dadurch verursachte Bewegungen sehr langsam sind, können sie gefährlich werden.
Üblicherweise werden daher derartige Ventile nach dem Zusammenbau geprüft. Ventile, deren Leckrate eine vorgegebene Größenordnung überschreitet, werden ausgesondert.
Um den Ausschuß möglichst niedrig zu halten, hat man in der Vergangenheit mehrere Verfahren ausprobiert. Beispielsweise hat man versucht, die jeweils zusammenwirkenden Teile mit kleinen Toleranzen herzustellen. Diese Lösung verteuert aber den Aufbau der Ventile. Außerdem ergeben sich auch bei kleinen oder geringen Toleranzen Probleme dadurch, daß beim Zusammenbau kleine Verschiebungen entstehen, die wiederum zu einer gewissen Undichtigkeit führen. Wenn man derartige Verschiebungsmöglichkeiten durch noch engere Toleranzen auffangen möchte, entsteht das Problem, daß beim Zusammenbau auf den jeweiligen Teilen Kratzer oder ähnliche Beschädigungen entstehen können, die wiederum zu Undichtigkeiten führen.
Eine Alternative hierzu ist die Verwendung von Kunststoff- oder Gummiteilen zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement. Aus US 4 566 486 ist eine Lösung mit einem Kunststoff-Dichtungselement bekannt, bei dem der Kunststoff nicht zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement angeordnet ist, sondern neben dem Ventilsitz, aber so, daß er ebenfalls auf das Schließelement, das hier als Kugel ausgebildet ist, wirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einfachem Aufbau die Dichtigkeit eines Ventils zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Art mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Man kann also das Ventil, wie bisher auch, zusammenbauen, ohne daß man zusätzliche Teile, wie etwa Gummi- oder Kunststoffdichtungen, verwenden muß. Schließelement und Ventilsitz liegen nach wie vor unmittelbar aneinander an. Die Dichtigkeit wird aber nun dadurch verbessert, daß eines der beiden Teile, also Schließelement oder Ventilsitz, mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. An dieses Beschichtungsmaterial legt sich die jeweils andere Schließfläche an. Da das Beschichtungsmaterial weicher ist als das Material der anderen Schließfläche, wird das Beschichtungsmaterial dann nachgeben, wenn die Anlagekräfte über die Fläche ungleichmäßig sind. Eine derartige Ungleichmäßigkeit entsteht aber immer dann, wenn Unebenheiten vorliegen, beispielsweise lokale Vorsprünge oder Täler vorhanden sind. Wenn die Schließflächen zur Anlage aneinander gebracht werden, kann das härtere Material der einen Schließfläche das weichere Beschichtungsmaterial entsprechend verformen, so daß die eine Schließfläche genau das negative Abbild der anderen Schließfläche ergibt. Diese Umformung wird bereits beim erstmaligen Aneinanderpressen der beiden Schließflächen erzeugt, so daß man ein Ventil erhält, das von Beginn an dicht ist. Die Montage wird hierdurch ganz beträchtlich vereinfacht. Die Beschichtung der einen Schließfläche kann man in vielen Fällen gemeinsam mit der oder anschließend an die Fertigung des die entsprechende Schließfläche tragenden Teiles vornehmen, so daß man beim Zusammenbau keine zusätzlichen Teile mehr handhaben muß. Andererseits muß man beim Zusammenbauen der entsprechenden Teile nicht mehr peinlich darauf achten, daß keine versehentliche Berührung der Schließflächen stattfindet. Das Beschichtungsmaterial kann relativ weich ausgebildet sein. Es kann sogar so weich ausgebildet sein, daß es im Laufe des Betriebes durch eine wiederholte Öffnungs- und Schließbewegung zumindest teilweise abgetragen wird. Unebenheiten in den beiden Schließflächen jedoch, die dazu führen, daß die mechanische Beanspruchung des Beschichtungsmaterials, die zum Abtragen führt, haben nirgendwo keine Wirkung, d. h. genau an den Stellen, wo das Beschichtungsmaterial erhalten bleiben soll. Die Dichtigkeit wird also nach einer längeren Betriebszeit erhalten bleiben.
Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial einstückig mit der Schließfläche verbunden. Besonders wirkungsvolle Verbindungen ergeben sich dann, wenn das Beschichtungsmaterial stoffschlüssig mit der Schließfläche verbunden ist. Eine derartige Verbindung gewährleistet eine hohe Festigkeit. Das Beschichtungsmaterial kann sich nicht von der Schließfläche lösen. Es kann allenfalls von außen abgetragen werden.
Vorzugsweise beträgt die Stärke des Beschichtungsmaterials weniger als 50 um, insbesondere 10 um oder weniger. Die Schicht des Beschichtungsmaterial ist also sehr dünn. Entsprechend wenig Material wird verbraucht und entsprechend wenig Rücksicht muß man auf die Kosten nehmen, die durch den Materialverbrauch des Beschichtungsmaterials hervorgerufen werden. Dennoch reicht eine derartig dünne Schicht aus, um die geforderte Dichtigkeit des Ventils zu erreichen.
Vorzugsweise ist das Beschichtungsmaterial aufgalvanisiert oder aufgedampft. Hiermit erreicht man eine sehr innige Verbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und der Schließfläche.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Beschichtungsmaterial ein Metall ist. Da die Schließfläche auf dem Ventilsitz oder auf dem Schließelement ebenfalls aus einem Metall gebildet ist, läßt sich mit einem Beschichtungsmaterial aus Metall eine entsprechend innige Verbindung erreichen. Diese Verbindung kann beispielsweise auch durch Löten oder Auftragsschweißen gebildet werden.
Vorzugsweise ist das Metall Zinn, Blei oder Zink. Diese Metalle sind weich genug, um bei einer entsprechenden Anpreßkraft verformt zu werden. Die Anpreßkraft muß hierbei nicht einmal übermäßig groß sein.
In einer Alternative ist das Beschichtungsmaterial ein Kunststoff. Auch Kunststoffe können, wenn sie entsprechend mit der Schließfläche verbunden werden, zum Abdichten des Ventils beitragen.
Vorzugsweise weist das Schließelement einen Zusatzventilsitz auf, der mit einem Zusatzschließelement zusammenwirkt, wobei eine Zusatzschließfläche zwischen dem Zusatzventilsitz und dem Zusatzschließelement mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Insbesondere bei bestimmten Arten von Überdruckventilen ist es erwünscht, den Überdruck in beiden Anschlüssen zu kontrollieren. Wenn der Überdruck in einem Anschluß zu groß wird, wird das Ventil geöffnet, um Fluid in den anderen Anschluß entweichen zu lassen. Umgekehrt wird das Ventil auch geöffnet, wenn der Überdruck in dem anderen Anschluß zu groß ist, um Fluid in den erstgenannten Anschluß entweichen zu lassen. Dies geschieht zweckmäßigerweise mit einem Ventil, das funktional zwei Schließelemente und zwei Ventilsitze aufweist. Wenn nun der zweite Ventilsitz im Schließelement ausgebildet ist, kann man die Beschichtung auf ein einziges Teil, nämlich auf das Schließelement, konzentrieren. Dies vereinfacht die Fertigung weiter.
Hierbei ist von Vorteil, daß das Schließelement als Teller ausgebildet ist, bei dem die Schließfläche auf der gleiche Seite angeordnet ist, an der auch das Zusatzschließelement anliegt, und daß zumindest diese Seite mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Hierdurch kann man einerseits die Beschichtung des Schließelements auf eine Seite beschränken, andererseits aber auch sicherstellen, daß die Beschichtung für beide Ventilfunktionen ihre Wirkung entfaltet, das Ventil also in beiden Strömungsstrecken dicht ist, wenn es geschlossen ist. Die andere Seite des Tellers, die nicht unbedingt beschichtet werden muß, kann dann beim Beschichten dazu verwendet werden, den Teller festzuhalten. Natürlich kann auch diese Seite beschichtet werden. Dies ist aber nicht unbedingt notwendig. Die dem Zusatzschließelement abgewandte Seite kann im Betrieb an einem Widerlager anliegen oder einstückig mit einem derartigen Widerlager ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Schließelement aus gesintertem und das Zusatzschließelement aus gehärtetem Stahl gebildet. Dadurch erreicht man eine Abstufung der Härten zwischen den einzelnen Teilen, so daß sich das Einpressen der jeweiligen Schließfläche in das Beschichtungsmaterial mit der gewünschten Wirkung, nämlich der verbesserten Dichtigkeit, quasi von selbst ergibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur: einen schematischen Querschnitt durch ein Überdruckventil.
Ein Überdruckventil 10 weist in einem Gehäuse 1 einen Pumpenanschluß P und einen Tankanschluß T auf. In etwa koaxial mit dem Tankanschluß T ist ein als Teller ausgebildetes Schließelement 2 angeordnet, das mit einem Ventilsitz 11 im Gehäuse 1 zusammenwirkt. Das Schließelement 2 ist über ein Zwischenstück 6 von einer ersten Feder 4 kraftbeaufschlagt. Das Zwischenstück 6 weist mehrere, in Umfangsrichtung radial nach außen weisende Finger auf, zwischen denen Kanäle 5 vorgesehen sind. Mit Hilfe der Finger ist das Zwischenstück 6 in einer Bohrung 9 des Gehäuses geführt. Das Zwischenstück 6 liegt unter der Wirkung der ersten Feder 4 am Schließelement 2 an. Es kann jedoch auch fest mit diesem verbunden oder sogar einstückig ausgebildet sein, so daß nur eine gemeinsame Bewegung von Zwischenstück 6 und Schließelement 2 möglich ist und das Schließelement 2 in der Bohrung 9 geführt ist. Im Extremfall kann dann das ganze aus Zwischenstück 6 und Schließelement 2 bestehende Teil beschichtet sein. Notwendig ist die Beschichtung auch hier nur auf der dem Ventilsitz 11 zugewandten Seite.
Die erste Feder 4 umgibt eine Stange 8, an deren einem Ende ein Anschlag 12 angeordnet ist, der sich über eine zweite Feder 13 an einem Einsatz 7 abstützt, der in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist. An der anderen Seite des Anschlags 12 liegt die erste Feder 4 an. Das entgegengesetzte Ende der Stange 8 ist durch eine Bohrung 14 im Schließelement 2 geführt und mit einem als Ventilkegel ausgebildeten Zusatzschließelement 3 versehen. Das Zusatzschließelement 3 verschließt die Bohrung 14. Hierzu weist das Schließelement 2 einen Zusatzventilsitz 15 auf.
Wie zu erkennen ist, liegt das Zusatzventilelement 3 an der gleichen Seite am Schließelement 2 an, auf die auch der Ventilsitz 11 des Gehäuses 1 wirkt. Das Schließelement 2 weist also hier zwei Schließflächen 16, 17 auf, wobei die eine, radial äußere mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkt, der ebenfalls eine Schließfläche aufweist, und die andere, radial innere mit dem Zusatzschließelement 3 zusammenwirkt, das ebenfalls hier eine mit der Schließfläche 17 des Schließelements 2 zusammenwirkende Schließfläche aufweist.
Das Schließelement 2 ist an dieser Seite mit einer Beschichtung 18 versehen, die aus einem weicheren Material besteht als der Ventilsitz 11 oder das Zusatzschließelement 3. Die Beschichtung 18 kann aus einem weichen Metall, wie Zinn, Blei oder Zink, bestehen. Sie kann aber auch aus einem Kunststoff gebildet sein. Der Begriff "weich" ist natürlich immer nur im Verhältnis zu dem damit zusammenwirkenden Material zu verstehen, das im vorliegenden Fall durch das Material des Ventilsitzes 11 bzw. des Zusatzschließelements 3 gebildet wird. Die Beschichtung 11 kann vorzugsweise aufgalvanisiert oder aufgedampft werden. Hierdurch erreicht man zum einen eine sehr innige Verbindung der Beschichtung 18 mit dem Schließelement 2, andererseits aber auch eine relativ dünne Schichtstärke. Die Dicke der Beschichtung 18 beträgt weniger als 50 um, vorzugsweise sogar nur 10 um oder weniger.
Die Funktion eines derartigen Überdruckventils 10 an sich ist bekannt. Wenn der Druck im Pumpenanschluß P zu groß wird, pflanzt er sich in die Bohrung 14 fort und hebt dort das Zusatzschließelement 3 vom Schließelement 2 ab. Fluid kann dann durch den so gebildeten Strömungspfad, also zwischen Schließelement 2 und Zusatzschließelement 3, abfließen, was zu einer Druckentlastung führt.
Steigt umgekehrt der Druck im Tankanschluß T zu stark an, wird der dort herrschende Druck das Schließelement 2 vom Ventilsitz 11 abheben. Dementsprechend kann das Fluid zum Pumpenanschluß P weiterfließen, was im Tankanschluß T zu einer Druckentlastung führt. Entsprechendes gilt beim Nachsaugen. Durch das Öffnen des Schließelements 2 wird verhindert, daß am Pumpenaschluß P Unterdruck entsteht. Die Begriffe "Pumpenanschluß" und "Tankanschluß" sind hier lediglich zur Unterscheidung der beiden Anschlüsse gewählt.
Dadurch, daß das Schließelement 2 mit einer Beschichtung 18 aus einem weichen Material versehen ist, ermöglicht die Fertigung des Überdruckventils 10 ohne die Notwendigkeit von engen Toleranzen und übermäßig hohe Genauigkeit. Auch dann, wenn die einzelnen Schließflächen 16, 17 mit ihren entsprechenden Schließflächen im Gehäuse 1 auf dem Zusatzschließelement 3 nicht exakt zusammenpassen, also kleinere Höhen oder Tiefen aufweisen, ist dies ohne Belang. Derartige Höhen oder Tiefen drücken sich dann in die weiche Beschichtung 18 ein, so daß bereits beim Zusammenbau durch die Kraft der ersten Feder 4 eine Dichtigkeit des Ventils erzielt wird.
Durch wiederholte Öffnungs- und Schließbewegungen des Ventils wird sich eine gewisse mechanische Beanspruchung der Beschichtung 18 ergeben, die so weit führt, daß diese Beschichtung 18 stückweise oder sogar nahezu vollständig abgetragen wird. Dieser Abtrag beschränkt sich aber lokal auf Bereiche, in denen die größte Beanspruchung vorliegt. Dazwischen, also beispielsweise in den Bereichen, wo die Schließflächen 16, 17 oder ihre entsprechenden Gegenschließflächen Vertiefungen aufweisen, kann sich keine derartige Beanspruchung ergeben. Dort bleibt die Beschichtung 18 erhalten, so daß man auch nach einer längeren Betriebsdauer aneinander angepaßte Schließflächen 16, 17 mit ihren entsprechenden Gegenschließflächen behält. Unterstützt werden kann dies noch durch eine entsprechende Anpassung der Härten der einzelnen Materialien. So kann beispielsweise das Schließelement 2 aus gesintertem Stahl hergestellt werden, während das Zusatzschließelement 3 aus gehärtetem Stahl gebildet ist.
Die Fertigung wird trotz der verbesserten Dichtigkeit vereinfacht. Der einzige zusätzliche Fertigungsschritt, den man vornehmen muß, ist, das Schließelement 2 an einer Seite mit der Beschichtung 18 zu versehen. Für diesen zusätzlichen Fertigungsschritt spart man sich aber Aufwand beim Zusammensetzen des Überdruckventils 10. Das Zusammensetzen kann mit größeren Toleranzen erfolgen. Man muß nicht mehr peinlich darauf achten, daß die Schließflächen 16, 17 beim Zusammenbau nicht von anderen Teilen berührt werden.

Claims

1. Ventil mit einem Schließelement (2), das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wobei das Schließelement (2) und der Ventilsitz in ihrem Berührungsbereich je eine Schließfläche aufweisen, die im Schließzustand aneinander anliegen, wobei die eine Schließfläche mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, das weicher als das Material der anderen Schießfläche ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (2) einen Zusatzventilsitz (15) aufweist, der mit einem Zusatzschließelement (3)- zusammenwirkt, wobei eine Zusatzschließfläche (17) zwischen dem Zusatzventilsitz (15) und dem Zusatzschließelement (3) mit dem Beschichtungsmaterial (18) beschichtet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (18) einstückig mit der Schließfläche (16) verbunden ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Beschichtungsmaterials (18) weniger als 50 um, insbesondere 10 um oder weniger beträgt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (18) aufgalvanisiert oder aufgedampft ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial ein Metall ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Zinn, Blei oder Zink ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (18) ein Kunststoff ist.

8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (2) als Teller ausgebildet ist, bei dem die Schließfläche (16) auf der gleiche Seite angeordnet ist, an der auch das Zusatzschließelement (3) anliegt, und daß zumindest diese Seite mit dem Beschichtungsmaterial (18) beschichtet ist.

9. Ventil nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (2) aus gesintertem und das Zusatzschließelement (3) aus gehärtetem Stahl gebildet ist.