EP1191235B1 - Wechselventil für Druckmedien - Google Patents

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EP1191235B1
EP1191235B1 EP01122527A EP01122527A EP1191235B1 EP 1191235 B1 EP1191235 B1 EP 1191235B1 EP 01122527 A EP01122527 A EP 01122527A EP 01122527 A EP01122527 A EP 01122527A EP 1191235 B1 EP1191235 B1 EP 1191235B1
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EP
European Patent Office
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valve
valve element
protection sleeve
seal
switching valve
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EP01122527A
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EP1191235A2 (de
EP1191235A3 (de
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Harald Dr. Pott
Gerd Berghaus
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Voss Fluid GmbH
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Voss Fluid GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C3/00—Circuit elements having moving parts
    • F15C3/02—Circuit elements having moving parts using spool valves

Definitions

  • the present invention relates to a self-controlled shuttle valve for pressure media, with a valve housing with two inlets and one outlet and with one inside the valve housing in this way due to pressure differences between the inlets movably guided valve element that the outlet automatically with the one higher pressure leading inlet connected and the respective other inlet is shut off, the valve element with piston-like two opposite, with inlet-side valve seats interacting soft seals is formed.
  • a self-controlled shuttle valve with the one in the preamble features defined by claim 1 is from the US-A-3 338 257.
  • Ball seat shuttle valves are known in which a steel ball is used as the valve element is used, each with one of two inner ring edges of the valve housing metallic sealing interacts. In this known embodiment occur in the Practice often on sealing problems in the area of the ball seat.
  • the present invention has for its object a shuttle valve to create mentioned type, which has a significantly improved sealing of the respective sealing or shut-off position guaranteed.
  • valve element additionally to the two soft seals - one so guided Seal protection sleeve supports that in each of the two sealing positions of the valve element the soft seal facing the inlet to be shut off for contact with the associated valve seat surface and at the same time the other, opposite soft seal is covered by the seal protection sleeve.
  • the use of a rubber-elastic or elastomeric material is therefore a "soft-sealing" shuttle valve, with a relatively large and defined compression of the respective soft seal (in particular elastic O-rings) providing a good seal, in particular also against the escape of volatile components (gases) from the respective medium (practically 100% gas tightness) is achieved.
  • the shuttle valve according to the invention is therefore basically suitable for any media, ie optionally for hydraulic and / or pneumatic media, a leakage rate below 1 cm 3 / min being advantageously achieved.
  • the seal protection sleeve Due to the design of the seal protection sleeve, the soft seals protected from the respective flow medium, that entrainment - a so-called rinsing - of the seal through a high Flow rate of the medium is advantageously prevented.
  • this preferred measure will have an at least as long durability (high Service life) as achieved with a known ball seat valve, but at the same time significantly improved sealing properties.
  • a shuttle valve 1 consists of a Valve housing 2 with two inlets 4 and 6 and an outlet 8 and from one inside the valve housing 2 in such a way by pressure differences between the Inlets 4 and 6 movably guided valve element 10 that the outlet 8 automatically connected to the inlet 4 or 6, each carrying a higher pressure P1 or P2 and at the same time the other inlet 6 or 4 is blocked off.
  • FIG. 1 shows a situation in which the pressure P1 at the first inlet 4 is higher than the pressure P2 is at the other, second inlet 6.
  • the valve element 10 automatically moves into its sealing position to shut off the second inlet 6, whereby the first inlet 4 is connected to the outlet 8. If now in one Operating state of pressure P2 should exceed pressure P1, this switches Shuttle valve 1 around by the valve element 10 in its other sealing position moves to shut off the first inlet 4 and connect the second Inlet 6 with the outlet 8.
  • the longitudinal movement of the valve element 10 is shown in FIG. 1 illustrated with a double arrow 12.
  • the valve housing 2 is essentially T-shaped, the Inlets 4.6 corresponding to the T-crossbar and the outlet 8 corresponding to the T-longitudinal web are aligned and the valve element 10 in the direction of the T-crosspiece is reciprocable.
  • the valve element 10 is essentially piston-like cylindrical body with two opposing soft seals 14 and 16 trained. Each of these soft seals 14, 16 acts in the respective one Sealing position of the valve element 10 with one of two inlet-side valve seat surfaces 18 or 20 together. These valve seat surfaces 18, 20 are preferred as Inner cone surfaces executed. Each soft seal 14, 16 is expedient by an elastic seated in an annular groove 22 or 24 of the valve element 10 Sealing ring (O-ring) formed.
  • the valve element 10 carries a Seal protection sleeve 26.
  • This seal protection sleeve 26 is on the piston-like Body of the valve element 10 guided such that in each of the two Sealing positions of the valve element 10, the inlet to be shut off (in the position shown inlet 6) facing soft seal (16) for contact with the associated valve seat surface (20) released and the other, opposite Soft seal (14) is covered by the seal protection sleeve 26.
  • the seal protection sleeve 26 is thus relative to the piston-like body of the valve element 10 axially movable, which in Fig.
  • Seal protection sleeve 26 each with one of two within the valve housing 2 formed stop surfaces 30 and 32 together. Furthermore, the Seal protection sleeve 26 has a central guide section 26a and two end-side, mutually opposite overlap sections 26b for radial and axial Cover the respective soft seal 14 or 16.
  • the guide section has 26a of the seal protection sleeve 26 has a radially inwardly projecting annular web shoulder 26d, which engages radially in an annular groove 10b of the valve element 10.
  • the Ring web insert 26d within the annular groove 10b axially between two defined Stop positions movable.
  • the defined stop positions between the sealing sleeve 26 and the Valve element 10 any load on the soft seals 14, 16 by contacting the Seal protection sleeve 26 avoided.
  • valve element 10 in adaptation to the inner conical valve seat surfaces 18, 20 - outer conical end sections 34, 36 on, in the respective sealing position flat in the respective valve seat surface 18, 20 intervention.
  • the main advantages of these conical contact surfaces are absolute Gap-free, avoidance of seal extrusion and high pressure resistance.
  • valve seat surfaces 18, 20 are each part of are valve bushings 38, 40 inserted into the valve housing 2.
  • valve bushing 38, 40 also has the respective one with a radial end face Stop surface 30 or 32 for the protective seal sleeve 26.
  • the invention is not limited to that shown and described Embodiments limited, but also includes all within the meaning of the invention equivalent designs. Furthermore, the invention is not yet open the combination of features defined in claim 1 limits, but can also through any other combination of certain characteristics of all overall disclosed individual features can be defined. This means that basically omitted practically every single feature of claim 1 or by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application can be replaced. In this respect, claim 1 is only a first To understand formulation attempt for an invention.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstgesteuertes Wechselventil für Druckmedien, mit einem Ventilgehäuse mit zwei Einlässen und einem Auslaß sowie mit einem innerhalb des Ventilgehäuses derart durch Druckunterschiede zwischen den Einlässen beweglich geführten Ventilelement, dass der Auslaß selbsttätig mit dem jeweils einen höheren Druck führenden Einlaß verbunden und der jeweilige andere Einlaß abgesperrt wird, wobei das Ventilelement kolbenartig mit zwei einander gegenüberliegenden, mit einlaßseitigen Ventilsitzflächen zusammenwirkenden Weichdichtungen ausgebildet ist.
Ein selbstgesteuertes Wechselventil mit dem im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmalen ist aus der US-A-3 338 257 bekannt.
Es sind Kugelsitz-Wechselventile bekannt, bei denen als Ventilelement eine Stahlkugel eingesetzt wird, die jeweils mit einer von zwei inneren Ringkanten des Ventilgehäuses metallisch dichtend zusammenwirkt. Bei dieser bekannten Ausführung treten in der Praxis oftmals Dichtungsprobleme im Bereich des Kugelsitzes auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechselventil der genannten Art zu schaffen, welches eine deutlich verbesserte Abdichtung der jeweiligen Dicht- bzw. Absperrstellung gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Ventilelementzusätzlich zu den beiden Weichdichtungen - eine derart verschiebbar geführte Dichtungsschutzhülseträgt, dass in jeder der beiden Dichtstellungen des Ventilelementes die dem jeweils abzusperrenden Einlaß zugekehrte Weichdichtung zur Anlage an der zugehörigen Ventilsitzfläche freigegeben und gleichzeitig die andere, gegenüberliegende Weichdichtung von der Dichtungsschutzhülse überdeckt gekammert wird.
Erfindungsgemäß handelt es sich somit durch Einsatz eines gummielastischen bzw. elastromeren Materials um ein "weichdichtendes" Wechselventil, wobei durch eine relativ großflächige und definierte Verpressung der jeweiligen Weichdichtung (insbesondere elastische O-Ringe) eine gute Abdichtung, und zwar besonders auch gegen ein Entweichen von leicht flüchtigen Bestandteilen (Gasen) aus dem jeweiligen Medium (praktisch 100 %-ige Gasdichtheit) erreicht wird. Das erfindungsgemäße Wechselventil eignet sich somit grundsätzlich für beliebige Medien, d. h. wahlweise für hydraulische und/oder pneumatische Medien, wobei vorteilhafterweise eine Leckagerate unter 1cm3/min erreicht wird.
Durch die Ausgestaltung der Dichtungsschutzhülse werden die Weichdichtungen vor dem jeweiligen Strömungsmedium so geschützt, dass ein Mitreißen - ein sogenanntes Ausspülen - der Dichtung durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Mediums vorteilhafterweise verhindert wird. Durch diese bevorzugte Maßnahme wird eine zumindest ebenso lange Haltbarkeit (hohe Standzeit) wie bei einem bekannten Kugelsitz-Ventil erreicht, allerdings bei gleichzeitig wesentlich verbesserten Dichtungseigenschaften.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielhaft genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1
ein erfindungsgemäßes Wechselventil im Längsschnitt (Schnitt in einer durch die Strömungswege verlaufenden Ebene) in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2
eine vergrößerte Teilansicht im Bereich des Ventilelementes in einer seiner beiden Dichtstellungen und
Fig. 3
eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch in einer Ausführungsvariante des Ventilelementes.
Gemäß Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßes Wechselventil 1 aus einem Ventilgehäuse 2 mit zwei Einlässen 4 und 6 und einem Auslaß 8 sowie aus einem innerhalb des Ventilgehäuses 2 derart durch Druckunterschiede zwischen den Einlässen 4 und 6 beweglich geführten Ventilelement 10, dass der Auslaß 8 selbsttätig mit dem jeweils einen höheren Druck P1 bzw. P2 führenden Einlaß 4 oder 6 verbunden und gleichzeitig der jeweilige andere Einlaß 6 oder 4 abgesperrt wird.
In Fig. 1 ist eine Situation dargestellt, wobei der Druck P1 am ersten Einlaß 4 höher als der Druck P2 am anderen, zweiten Einlaß 6 ist. Hierdurch wird das Ventilelement 10 selbsttätig in seine Dichtstellung zum Absperren des zweiten Einlasses 6 bewegt, wodurch der erste Einlaß 4 mit dem Auslaß 8 verbunden wird. Wenn nun in einem Betriebszustand der Druck P2 den Druck P1 übersteigen sollte, so schaltet das Wechselventil 1 um, indem sich das Ventilelement 10 in seine andere Dichtstellung bewegt zum Absperren des ersten Einlasses 4 und zum Verbinden des zweiten Einlasses 6 mit dem Auslaß 8. Die Längsbewegung des Ventilelementes 10 ist in Fig. 1 mit einem Doppelpfeil 12 veranschaulicht.
Dabei ist das Ventilgehäuse 2 im Wesentlichen T-förmig ausgebildet, wobei die Einlässe 4,6 entsprechend dem T-Quersteg und der Auslaß 8 entsprechend dem T-Längssteg ausgerichtet sind und das Ventilelement 10 in Richtung des T-Quersteges hin- und herbeweglich ist.
Erfindungsgemäß ist das Ventilelement 10 als kolbenartiger, im Wesentlichen zylindrischer Körper mit zwei einander gegenüberliegenden Weichdichtungen 14 und 16 ausgebildet. Jede dieser Weichdichtungen 14, 16 wirkt in der jeweiligen Dichtstellung des Ventilelementes 10 mit einer von zwei einlaßseitigen Ventilsitzflächen 18 bzw. 20 zusammen. Diese Ventilsitztlächen 18, 20 sind bevorzugt als Innenkonusflächen ausgeführt. Jede Weichdichtung 14, 16 wird zweckmäßigerweise durch einen in einer Ringnut 22 bzw. 24 des Ventilelementes 10 sitzenden elastischen Dichtring (O-Ring) gebildet.
, In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung trägt das Ventilelement 10 eine Dichtungsschutzhülse 26. Diese Dichtungsschutzhülse 26 ist auf dem kolbenartigen Körper des Ventilelementes 10 derart verschiebbar geführt, dass in jeder der beiden Dichtstellungen des Ventilelementes 10 die dem jeweils abzusperrenden Einlaß (in der dargestellten Stellung Einlaß 6) zugekehrte Weichdichtung (16) zur Anlage an der zugehörigen Ventilsitzfläche (20) freigegeben und die andere, gegenüberliegende Weichdichtung (14) von der Dichtungsschutzhülse 26 überdeckt wird. Dies bedeutet, dass die jeweilige zur Strömung gerichtete Weichdichtung zum Schutz gegen Auswaschen durch das strömende Medium radial und zumindest teilweise axial überdeckt und so gekammert wird. Die Dichtungsschutzhülse 26 ist somit relativ zu dem kolbenartigen Körper des Ventilelementes 10 axial beweglich, was in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil 28 veranschaulicht ist. Für diese relative Verschiebung wirkt die Dichtungsschutzhülse 26 jeweils mit einer von zwei innerhalb des Ventilgehäuses 2 gebildeten Anschlagflächen 30 bzw. 32 zusammen. Weiterhin weist die Dichtungsschutzhülse 26 einen mittigen Führungsabschnitt 26a und zwei endseitige, einander gegenüberliegende Überdeckungsabschnitte 26b zum radialen und axialen Überdecken der jeweiligen Weichdichtung 14 bzw. 16 auf.
Bei der in der Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform ist der Führungsabschnitt 26a der Dichtungsschutzhülse 26 mit einer zylindrischen Innenfläche 26c axial verschiebbar (Schiebesitz) auf einer entsprechend zylindrischen Außenfläche 10a des Ventilelementes 10 geführt. Bei dieser Ausführung wird zur Montage des Ventilelementes 10 zunächst die eine Weichdichtung 14 oder 16 montiert, d. h. in die jeweilige Ringnut 22 oder 24 eingesetzt, danach wird die Dichtungsschutzhülse 26 aufgeschoben und schließlich wird die andere Weichdichtung 14 oder 16 montiert. Die genannten Teile bilden dann vorteilhafterweise eine gemeinsame Baueinheit, da die Dichtungsschutzzhülse 26 durch die Weichdichtungen 14, 16 gegen Abrutschen von Körper des Ventilelementes 10 gehalten wird.
Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsvariante weist der Führung sabschnitt 26a der Dichtungsschutzhülse 26 einen radial nach innen ragenden Ringstegansatz 26d auf, der radial in eine Ringnut 10b des Ventilelementes 10 eingreift. Dabei ist der Ringstegeinsatz 26d innerhalb der Ringnut 10b axial zwischen zwei definierten Anschlagstellungen beweglich. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung wird durch die definierten Anschlagstellungen zwischen der Dichtungsschutzhülse 26 und dem Ventilelement 10 jegliche Belastung der Weichdichtungen 14, 16 durch Anlage der Dichtungsschutzhülse 26 vermieden. Bei dieser Ausführung wird die Dichtungsschutzhülse 26 auf den kolbenartigen Körper des Ventilelementes aufgepreßt, wodurch auch in diesem Fall eine Baueinheit durch unverlierbare Halterung der Dichtungsschutzhülse 26 gebildet wird.
Zweckmäßigerweise weist das Ventilelement 10 - in Anpassung an die innenkonischen Ventilsitzflächen 18, 20 - außenkonische Endabschnitte 34, 36 auf, die in der jeweiligen Dichtstellung flächig in die jeweilige Ventilsitzfläche 18, 20 eingreifen. Vorteile dieser konischen Anlageflächen sind vor allem absolute Spaltfreiheit, Vermeidung einer Dichtungs-Extrusion sowie hohe Druckbelastbarkeit.
Es ist für die Montage zweckmäßig, wenn die Ventilsitzflächen 18, 20 jeweils Teil von in das Ventilgehäuse 2 eingesetzten Ventilbuchsen 38, 40 sind. Vorzugsweise bildet jede Ventilbuchse 38, 40 auch mit einer radialen Stirnfläche die jeweilige Anschlagfläche 30 bzw. 32 für die Dichtungsschutzhülse 26.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims (9)

  1. Selbstgesteuertes Wechselventil (1) für Druckmedien, mit einem Ventilgehäuse (2) mit zwei Einlässen (4, 6) und einem Auslaß (8) sowie mit einem innerhalb des Ventilgehäuses (2) derart durch Druckunterschiede zwischen den Einlässen (4, 6) beweglich geführten Ventilelement (10), dass der Auslaß (8) selbsttätig mit dem jeweils einen höheren Druck (P1/P2) führenden Einlaß (4 oder 6) verbunden und der jeweils andere Einlaß (6 oder 4) abgesperrt wird, wobei das Ventilelement (10) kolbenartig mit zwei einander gegenüberliegenden, mit einlaßseitigen Ventilsitzflächen (18, 20) zusammenwirkenden Weichdichtungen (14, 16) ausgebildet ist,
    gekennzeichnet durch eine auf dem Ventilelement (10) derart verschiebbar geführte Dichtungsschutzhülse (26), dass in jeder der beiden Dichtstellungen des Ventilelementes (10) die dem jeweils abzusperrenden Einlaß (4 oder 6) zugekehrte Weichdichtung (14 oder 16) zur Anlage an der zugehörigen Ventilsitzfläche (18 oder 20) freigegeben und die andere, gegenüberliegende Weichdichtung (16 oder 14) von der Dichtungsschutzhülse (26) überdeckt wird.
  2. Wechselventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass jede Weichdichtung (14,16) durch einen in einer Ringnut (22, 24) des Ventilelementes (10) sitzenden elastischen Dichtring gebildet ist.
  3. Wechselventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsschutzhülse (26) für ihre relative Verschiebung auf dem Ventilelement (10) mit Anschlagflächen (30, 32) innerhalb des Ventilgehäuses (2) zusammenwirkt.
  4. Wechselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsschutzhülse (26) einen mittigen Führungsabschnitt (26a) und zwei endseitige, gegenüberliegende Überdeckungsabschnitte (26 b) zum radialen und axialen Überdecken der jeweiligen Weichdichtung (14, 16) aufweist.
  5. Wechselventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (26a) mit einer zylindrischen Innenfläche (26 c) axial verschiebbar auf einer entsprechend zylindrischen Außenfläche (10 a) des Ventilelementes (10) geführt ist.
  6. Wechselventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (26a) mit einem inneren Ringstegansatz (26 d) radial in eine Ringnut (10 b) des Ventilelementes (10) eingreift, wobei der Ringstegansatz (26 d) innerhalb der Ringnut (10 b) axial zwischen zwei definierten Anschlagstellungen beweglich ist.
  7. Wechselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das kolbenartige Ventilelement 10) außenkonische Endabschnitte (34, 36) aufweist, die in der jeweiligen Dichtstellung in die jeweilige, entsprechend innenkonisch ausgebildete Ventilsitzfläche (18, 20) eingreifen.
  8. Wechselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist, wobei die Einlässe (4, 6) entsprechend dem T-Quersteg und der Auslaß (8) entsprechend dem T-Längssteg ausgerichtet sind und das Ventilelement (10) in Richtung des T-Quersteges hinund herbeweglich ist.
  9. Wechselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitzflächen (18, 20) jeweils Teil von in das Ventilgehäuse (2) eingesetzten Ventilbuchsen (38, 40) sind, wobei vorzugsweise jede Ventilbuchse (38, 40) auch mit einer radialen Stirnfläche die jeweilige Anschlagfläche (30, 32) für die Dichtungsschutzhülse (26) bildet.
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