WO2003008848A1 - Fluidventil, insbesondere fluidisches rückschlagventil - Google Patents

Abstract

Gattungsmerkmale der Erfindung: Fluidventil, insbesondere fluidisches Riickschlagventil, mit mindestens einem zwischen Offenlage und Schliesslage bewegbaren, mit einem Ventilsitz (VS) am Ventilgehäuse (VG) zusammenwirkenden Ventilkörper (VK), der mindestens eine zur Durchflussachse (XX) konvex gewölbt rotationssymmetrische, insbesondere kugelförmige Dichtfläche (DF). Aufgabe der Erfindung: Schaffung eines Fluidventils, das gegenüber dem Bekannten eine verbesserte Standfestigkeit beim Betrieb mit aggressiven oder abrasiven Medien ermöglicht. Kennzeichnungsmerkmale der Erfindung: a) Für den Ventilkörper (VK) ist eine Führungsfläche (FF) in Durchflussrichtung (PF) mit Abstand von der rotationssymmetrischen Dichtfläche (DF) vorgesehen; b) der Ventilkörper (VK) ist mit seiner Führungsfläche (FF) im Ventilgehäuse (VG) mit einer Schiebepassung wenigstens annähernd parallel zur Durchflussachse beweglich geführt; c) im Ventilgehäuse (VG) ist auf der Seite des Ventilsitzes, die der Offenlage des Ventilkörpers (VK) zugewandt ist, mindestens ein den Ventilkörper wenigstens abschnittsweise umgehender Strömungskanal (SK) angeordnet.

Description

Fluidventil, insbesondere fluidisches Rückschlagventil

Die Erfindung betrifft ein Fluidventil, insbesondere ein fluidisches Rückschlagventil, mit mindestens einem zwischen Offenlage und Schliesslage bewegbaren, mit einem Ventilsitz am Ventilgehäuse zusammenwirkenden Ventilkörper, der mindestens eine zur Durchflussachse konvex gewölbt rotationssymmetrische, insbesondere kugelförmige Dichtfläche aufweist.

Ventile der vorgenannten Art sind aus der Praxis allgemein bekannt, z.B. mit Kugeln als Ventilkörper. Dort werden die beim Verlassen der Schliesslage vom Ventilsitz abgehobenen Kugeln vom Fluid umströmt und haben daher während ihrer rückläufigen Bewegung aus der Offenlage in die Schliesslage keine spielfreie Seitenführung. Die Kugeln prallen daher am Schluss der Schliessbewegung mit mehr oder weniger grossem seitlichem Versatz, d.h. aussermittig, auf ihre Sitzfläche und erhalten dabei beträchtliche Querbeschleunigungen mit vielfachen, gegensinnigen Prellungen. Ausser der Kugeloberfläche gerät so auch die Sitzfläche unter punktuelle Stossbeanspruchungen von relativ hoher Folgefrequenz. Dies fuhrt bei Fluiden mit aggressiven oder abrasiven Bestandteilen zu vorzeitigem Verschleiss und Ausfall. Dieser Störungsmechanismus ist auch in den ebenfalls bekannten Ventiltypen mit Flachsitz und scheibenförmigem Ventilkörper wirksam. Ferner gilt Im Ergebnis Ähnliches auch für andere bekannte Ventiltypen, z.B, solche mit Kegel-Ventilkörper und entsprechender Sitzfläche, die für die Bewegung zwischen Schliess- und Offenlage ein langgestrecktes Führungsglied mit Gleitsitz haben. Eine solche Führung kann nämlich schon wegen der notwendigen Geringhaltung der Massenträgheit des Ventilkörpers und damit der Aufprallkräfte keine Länge erhalten, wie sie für eine präzise Parallel- und Koaxialstellung des Ventilkegels zur Sitzfläche beim Eintreffen in der Schliesslage erforderlich wäre. Auch hier kommt es meist zu punktuellen Aufpralleffekten mit elastischen Springserien.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Fluidventils, das gegenüber dem Bekannten eine verbesserte Standfestigkeit beim Betrieb mit aggressiven oder abrasiven Medien ermöglicht. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt durch die Kombination der Merkmale gemäss Patentanspruch 1. Durch diese Merkmale wird eine vergleichsweise sichere Seitenflihrung und eine prallarme Schliessbewegung des Ventilkörpers sowie eine einwandfreie Umströmung des Ventilkörpers in dessen Offenlage ermöglicht.

Eine erfinderische Fortbildung des beanspruchten Gegenstandes sieht vor, dass der Ventilkörper eine Führungsfläche aufweist, die im Bereich der quer zur Durchflussachse gemessenen, maximalen Ausdehnung einer rotationssymmetrischen Umfangsfläche oder eines ebensolchen Umfangs- flächenabschnitts des Ventilkörpers angeordnet ist. Hiervon ausgehend wird gemäss abermaliger Fortbildung der Ventilkörper mit einer kugel- oder kugelzonenfδrmigen Führungsfläche und mindestens einer ebensolche, zu der Führungsfläche konzentrischen Dichtfläche versehen. Damit wird eine robuste und spielarme bzw. spielunempfindliche, vor allem aber kippunempfindliche und damit prellungsarme Führung des Ventilkörpers ermöglicht. Im Interesse anzustrebender Einfachheit der kann die Konstruktion insbesondere so gewählt werden, dass die Führungsfläche und die Dichtfläche als geschlossene Kugelfläche oder Kugelzonenfläche ausgebildet sind.

Die Merkmale der Erfindung und ihrer Fortbildungen werden weiter anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiele erläutert. Darin zeigt:

Fig.l eine erste Ausfuhrung eines erfindungsgemässen Ventils in

Kurzbauform im Axialschnitt,

Fig.2 eine Ausfuhrung eines erfindungsgemässen Ventils in Form eines Einlass-Rückschlagventils für eine oszillierend oder intermittierend arbeitende (nicht dargestellte) Fluidpumpe und

Fig. 3 eine Ausfuhrung eines erfindungsgemässen Ventils in Form eines Auslass-Rückschlagventils für eine Fluidpumpe entsprechend Fig.2.

Das in Fig.l dargestellte Rückschlagventil umfasst einen zwischen der hier gezeigten Schliesslage und einer nicht gezeigten, angehobenen Offenlage bewegbaren, mit einem Ventilsitz VS am Ventilgehäuse VG sowie mit einer Rückstellfeder RF zusammenwirkenden Ventilkörper VK. Der Ventilkörper hat eine zur Durchflussachse X-X des Fluids rotationssymmetrische, radial nach aussen konvex gewölbte, und zwar hier speziell kugelförmige Dichtfläche DF, die mit dem Ventilsitz VS zusammenwirkt. Die Führungsfläche FF ist mit Abstand von der Dichtfläche DF, und zwar in Durchflussrichtung PF gesehen hinter dieser angeordnet. Der Ventilkörper ist mit seiner Fuhrungsflache FF im Ventilgehäuse VG mit einer Schiebepassung parallel zur Durchflussachse X-X beweglich geführt. Ferner ist im Ventilgehäuse auf derjenigen Seite des Ventilsitzes VS angeordnet, die zur gezeigten Schliesslage des Ventilkörpers entgegengesetzt angeordnet ist, ein den Ventilkörper umgehender Strömungskanal SK vorgesehen. In besonders einfacher und damit herstellungsgünstiger und betriebssicherer Weise ist die Fuhrungsflache FF im Bereich der quer zur Durchflussachse X-X gemessen maximalen Ausdehnung der rotationssymmetrischen Umfangsfläche des Ventilkörpers angeordnet. Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich gemäss vorliegendem Beispiel dadurch, dass die Fuhrungsflache FF und die Dichtfläche DF als geschlossene Kugelfläche ausgebildet sind. Bei eventuell sinnvollen Verkürzungen von Bauelementen kommen insbesondere Gestaltungen mit Kugelzonenflächen in Betracht.

Bei den Ventilausfuhrungen gemäss Fig.2 und Fig.3 umfassen die Ventilkörper VKa bzw. VKb einen sich in Richtung der Durchflussachse X-X erstreckenden Axialbereich BXa bzw. BXb, der jeweils eine Führungsfläche FFa bzw. FFb trägt. In Verbindung mit der zu Fig.l analogen Ausbildung eines Abschnitts dieser Ventilkörper mit kugel- oder kugel- zonenförmigen Führungsflächen ergibt sich so jeweils eine Mehrzahl, hier insbesondere ein Paar, von in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers zwischen Offen- und Schliesslage mit gegenseitigem Abstand angeordneten Führungsflächen. Dies ermöglicht eine besonders hohe Kipp-Spielfreiheit auch bei vergleichsweise geringen Axialabständen der beiden Führungsflächen und entsprechend geringer Trägheitsmasse der betroffenen Bauelemente.

Bei der für ein Einlassventil vorgesehenen Konstruktion gemäss Fig.2 ist der die zusätzliche Führungsfläche FFa umfassende Axialbereich BXa des Ventilkörpers in Bezug auf die Durchflussrichtung PF vor der Dichtfläche des Ventilkörpers angeordnet. Dadurch liegt das durch die zusätzliche axiale Baulänge des Ventils bedingte Fluidvolumen ausser- halb des Arbeitsraumes mit seinem pulsierenden Hochdruck und stellt daher keinen im Hinblick auf die Kompressibilität des Fluids unerwünschten Totraum dar. Entsprechendes gilt für die Konstruktion eines Auslassventils gemäss Fig.3 mit sinngemäss umgekehrter Anordnung des Axialbereichs BXb mit der zusätzlichen Führungsfläche FFb. Weiter zeigen die Konstruktionen gemäss Fig. 2 und 3 am Beispiel der zusätzlichen Führungen den Einsatz von Ellipsoidflächen oder Abschnitten derselben. Eine gegebenenfalls wichtige Fortbildung der Erfindung geht dahin, auch für Dichtflächen am Ventilkörper Ellipsoidfläche oder Abschnitte derselben einzusetzen. Ferner versteht es sich, dass gegebenenfalls auch geeignete andere Rotationsflächen bzw. Rotationskörper in Betracht kommen, etwa Paraboloide.

Claims

Patentansprüche

1. Fluidventil, insbesondere fluidisches Rückschlagventil, mit mindestens einem zwischen Offenlage und Schliesslage bewegbaren, mit einem Ventilsitz (VS) am Ventilgehäuse (VG) zusammenwirkenden Ventilkörper (VK), der mindestens eine zur Durchflussachse (X-X) konvex gewölbt rotationssymmetrische, insbesondere kugelförmige Dichtfläche (DF) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) für den Ventilkörper (VK) ist eine Führungsfläche (FF) in Durchflussrichtung (PF) mit Abstand von der rotationssymmetrischen Dichtfläche (DF) vorgesehen;

b) der Ventilkörper (VK) ist mit seiner Führungsfläche (FF) im Ventilgehäuse (VG) mit einer Schiebepassung wenigstens annähernd parallel zur Durchflussachse beweglich geführt;

c) im Ventilgehäuse (VG) ist auf der Seite des Ventilsitzes, die der Offenlage des Ventilkörpers (VK) zugewandt ist, mindestens ein den Ventilkörper wenigstens abschnittsweise umgehender Strömungskanal (SK) angeordnet. Fluidventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führungsfläche (FF, FFa, FFb) des Ventilkörpers mindestens abschnittsweise konvex rotationssymmetrisch, insbesondere kugelförmig, ausgebildet ist.

Fluidventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) wenigstens eine Führungsfläche (FF) aufweist, die im Bereich der quer zur Durchflussachse (X-X) gemessenen, maximalen Ausdehnung einer rotationssymmetrischen Umfangsfläche oder eines ebensolchen Umfangsflächenabschnitts des Ventilkörpers angeordnet ist.

Fluidventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) eine kugel- oder kugelzonenförmige Führungsfläche (FF) und mindestens eine ebensolche, zu der Führungsfläche konzentrische Dichtfläche (DF) aufweist.

Fluidventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (FF) und die Dichtfläche (DF) als geschlossene

Kugelfläche oder Kugelzonenfläche ausgebildet sind.

Fluidventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führungsfläche des Ventilkörpers als Ellipsoidfläche oder als Abschnitt einer solchen ausgebildet ist.

7. Fluidventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des Ventilkörpers als Ellipsoidfläche oder als Abschnitt einer solchen ausgebildet ist.

8. Fluidventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl, insbesondere ein Paar, von in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Ventilkörpers zwischen Offen- und Schliesslage mit gegenseitigem Abstand angeordneten Führungsflächen.

9. Fluidventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VKa, VKb) einen sich in Richtung der Durchflussachse (X-X) erstreckenden Axialbereich (BXa, BXb) mit wenigstens einer Führungsfläche (FFa, FFb) aufweist.

10. Fluidventil nach Anspruch 9, ausgebildet als Einlassventil einer Kolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Führungsfläche (FFa) umfassende Axialbereich (BXa) des Ventilkörpers in Bezug auf die Durchflussrichtung (PF) vor der Dichtfläche des Ventilkörpers angeordnet ist.

11. Fluidventil nach Anspruch 9 oder 10, ausgebildet als Auslassventil einer Kolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Führungsfläche (FFb) umfassende Axialbereich (BXb) des Ventilkörpers in Bezug auf die Durchflussrichtung (PF) hinter der Dichtfläche des Ventilkörpers angeordnet ist.