DE3922197A1 - Selbstdichtendes ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Rück­ schlagventil für HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten mit in einer Richtung abschließenden Dichtkolben, der in einem rohrförmigen Gehäuse verschieblich angeordnet und über eine Druckfeder entgegen der gewünschten Durchflußrichtung gegen den in der Gehäusebohrung ausgebildeten Ventilsitz angepaßt ist und der eine die Druckfeder aufnehmende Sack­ bohrung mit endseitigen, kurz vor dem Ventilsitz austretenden Radialbohrungen aufweist.

Ventile sind Absperrorgane, deren Verschlußelement bei Betätigung vorwiegend in Durchflußrichtung bewegt wird, wobei als Absperrorgan Teller oder innerhalb der Innen­ bohrung verschieblich angeordnete Kolben Verwendung finden. Die Absperrung soll dabei in Absperrichtung absolut leckfrei sein, was bei der häufig verwendeten Hydraulikflüssigkeit Mineralöl meist auch erreicht wird. Dort, wo Mineralöl aus Sicherheitsgründen nicht eingesetzt werden darf und wo statt dessen HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten zum Einsatz kommen, treten bei den bekannten Ventilen leicht Undichtigkeiten auf, die entweder von Beginn an oder nach einigen Lastspielen auf­ treten und dann zu entsprechenden Problemen führen. Der aus hartem Werkstoff bestehende Dichtkolben (Kugel) schlägt Unebenheiten in den Dichtsitz, so daß häufig schon nach kurzer Betriebszeit Undichtigkeiten auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein auch bei Nichtmineralöl-Hydraulikflüssigkeit vollständig abdichten - des Ventils, vor allem Rückschlagventil zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dichtkolben im Bereich der mit dem Ventilsitz korres­ pondierenden Dichtflächen begrenzt nachgiebig ausgebildet ist.

Durch die besondere Ausführungsform des Dichtkolbens wird auch bei den bisher bezüglich der Abdichtung proble­ matischen Druckflüssigkeiten eine vollständige Dichtheit eines derartigen Ventils auf Dauer erreicht, da er sich mit seinen Dichtflächen aufgrund der durch die belastende Druckfeder auftretenden Beeinflussung ganz dicht an die Flächen des Ventilsitzes anlegt, sich quasi entsprechend verformt. Überraschend ist es damit möglich, Ventile, vor allem Rückschlagventile vollständig dicht auszuführen, wobei die Dichtheit auch nach einer Vielzahl von Last­ spielen immer gewährleistet bleibt. Vorteilhaft ist weiter, daß aufgrund der Ausbildung der Dichtflächen des Dichtkolbens eine möglichst günstige Führung der Druckflüssigkeit durch das Innere des Ventils erreicht wird, insbesondere dann, wenn die Dichtflächen entsprechend geformt bzw. ausgebildet sind, was noch Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche ist. Es kann nicht mehr zu Schäden am Dichtsitz kommen. Die Schaltkräfte bleiben nun auf Dauer gleich, da immer die gleiche Dichtfläche vorgegeben und erhalten ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ventilkegel des Dichtkolbens begrenzt nachgiebig ausgebildet und lösbar mit dem übrigen Dicht­ kolben verbunden ist. Dadurch kann der für die Wirkung der Dichtflächen wichtige Bereich des Dichtkolbens so ausge­ bildet werden, wie es für den jeweiligen Anwendungszweck optimal ist. Nicht der gesamte Dichtkolben muß entsprechend besonders ausgebildet werden, sondern nur ein Teil, der beispielsweise durch Verschraubung o.ä. mit dem eigentlichen Dichtkolben in Verbindung gebracht werden kann.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Dichtkolben mit einer begrenzt nachgiebigen Beschichtung, vorzugsweise aus Kunststoff versehen ist. Dabei ist es ausreichend, eine relativ dünne Beschichtung vor­ zusehen, da schon damit die weiter oben angesprochene Ver­ formung im Bereich der Dichtflächen zu erreichen ist. Je nach Stärke der Druckfeder kann hier die Dicke der Be­ schichtung eingestellt werden, um die gewünschte Dicht­ wirkung im Bereich der Dichtflächen bzw. des Ventilsitzes zu erreichen.

Weiter sieht die Erfindung vor, daß der Dichtkolben insgesamt begrenzt nachgiebig ausgebildet ist, was den Vorteil hat, daß weitere Vorbereitungsarbeiten durch Zusammenfügen einzelner Teile des Dichtkolbens entfallen. Vielmehr wird der gesamte Dichtkolben beispielsweise aus einem Kunststoff gespritzt, wobei sich überraschend heraus­ gestellt hat, daß eine besondere Bearbeitung der Dicht­ flächen nicht nötig ist, sondern daß mit üblichen Bearbeitungs­ verfahren (Schlacker-Wurf-Passung) hergestellte Körper sich optimal als Dichtkolben eignen. Damit entfallen aufwendige Vorbereitungsarbeiten und die Herstellungskosten werden deutlich gesenkt.

Die weiter oben bereits angesprochene optimale Führung des Druckflüssigkeitsstroms wird positiv beeinflußt und damit ein Druckverlust innerhalb des Ventils auf ein Minimum redu­ ziert, indem der Dichtkolben einen spitz auslaufenden Ventil­ kegel mit entsprechend schräg verlaufenden Dichtflächen aufweist. Die Form des Ventilkegels sichert dabei ein schnelles Zurückschieben des Dichtkolbens bei entsprechender Druckbelastung, gleichzeitig aber einen möglichst gleich­ mäßigen Strom durch das System als solches und damit einen gleichmäßig sicheren Betrieb des Ventils.

Eine ähnliche Ausbildung erreicht das günstige Strömungs­ verhalten der Druckflüssigkeit innerhalb des Ventils dadurch, daß die entgegen der Durchflußrichtung gerichtete Spitze des Dichtkolbens bogenförmig verläuft und daß der Ventilsitz umgekehrt gebogene Flächen aufweist. Aufgrund der gebogenen Flächen wird die Druckflüssigkeit innerhalb des Ventilsitzes günstig geführt, wobei es letztlich egal ist, in welche Richtung Ventilsitz und umgekehrt die Dichtflächen des Dicht­ kolbens gebogen sind. Auf jeden Fall ist eine flächige Abdichtung erreicht, gleichzeitig dabei eine günstige Führung des Druckmittelstroms.

Denkbar ist es auch, einen Dichtkolben zu verwenden, der einen Kegelstumpf mit entsprechend schräg und parallel zu den Flächen des Ventilsitzes verlaufenden Dichtflächen aufweist. Bei dieser Ausführung ist im Bereich der die Druckflüssigkeit heranführenden Bohrung eine größere Fläche vorhanden, die ein schnelles Öffnen des Ventils sichert und gleichzeitig die große Dichtfläche im Bereich des Ventil­ sitzes vorgibt. Bei entsprechender Abrundung der Kanten zwischen Stumpffläche und Kegelfläche beim Ventilkolben wird auch hier eine gute und gleichmäßige Führung der Druckflüssig­ keit gewährleistet.

Die vorteilhafte Abdichtung durch den Dichtkolben ist dadurch erreicht, daß die durchströmende Druckflüssigkeit hinter den Dichtflächen durch den Dichtkolben selbst abge­ führt wird, wobei die notwendigen Querschnitte im Übergangs­ bereich dadurch erreicht werden, daß in Höhe der Radialbohrungen des Dichtkolbens im Gehäuse ein Ringkanal ausgebildet ist. Weiter ist es möglich, im Bereich der Radialbohrungen im Dichtkolben einen ringförmigen Kanal auszubilden, um so das durchströmende Medium möglichst schnell durch den Dicht­ kolben hindurch abführen zu können.

Das erfindungsgemäße Ventil kann überraschend auch gleichzeitig als Druckbegrenzungsventil dienen bzw. als solches ausgebildet werden, indem die Druckfeder im Dicht­ kolben über eine im Gehäuse verschraubbar angebrachte Stell­ schraube verspannbar angeordnet ist. Über die Druckfeder kann der Öffnungsdruck festgelegt werden, bei dem das Ventil öffnet und abspritzt. Das abgespritzte Medium kann auch bei entsprechender Ausbildung wieder aufgefangen werden.

Gerade beim Einsatz im untertägigen Berg- und Tunnelbau wirkt sich die Erfindung besonders vorteilhaft aus und zwar einmal, weil ein auf lange Standzeiten dichtes und genau arbeitendes Ventil geschaffen ist und zum Zweiten, weil eine enorme Vielseitigkeit erreicht ist, die den Einsatz als Rückschlag- oder Druckbegrenzungsventil ermöglicht. Diese Vielseitigkeit wird noch verbessert, indem eine Anwendung im Setzventil vorgegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Dichtkolben die Kugel beim Setzventil ersetzend vor­ gesehen ist und seine Dichtfläche aus Kunststoff und der Dichtsitz beim Setzventil aus Metall besteht. Gerade beim Setzventil oder der Setzpistole wirkt sich die Erfindung besonders vorteilhaft durch die vollständige Dichtheit des Systems und die guten Standzeiten, die man u.a. aufgrund des gleichmäßigen Schaltkräfte erreichen kann.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Ventilausführung geschaffen ist, die auch HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten immer dicht ist. Es ist auch bei langen Standzeiten nicht möglich, daß Druckflüssigkeit quasi durchtröpfelt, da die Dichtflächen des Dichtkolbens dies aufgrund ihrer Ausbildung zusammen mit dem Ventil­ sitz bzw. dessen Dichtflächen unterbinden. Schon die relativ geringe Kraft der Druckfeder reicht aus, um die Dichtflächen des Dichtkolbens so weit an den Ventilsitz zu drücken, daß die bleibende Dichtung damit durch entsprechende "Verformung" erreicht ist. Vorteilhaft ist weiter, daß aufgrund der besonderen Formgebung und Ausbildung des Dicht­ kolbens eine günstige Strömungsführung im Bereich des Dicht­ kolbens gewährleistet ist, wodurch sowohl das Öffnen wie auch später das Schließen des Ventils, vor allem aber die gleich­ mäßige Führung der Flüssigkeit immer gegeben ist. Die Dichtfläche am Ventilsitz wird durch die Schaltspiele nicht belastet, so daß unabhängig von der Häufigkeit der Schaltspiele die Schaltkräfte immer gleich sind. Hervorzuheben ist weiter die Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Vor­ schlages, da die Dichtkolbenausführung bei entsprechender Anpassung sowohl in Rückschlagventilen und Druckbegrenzungs­ ventilen wie auch in Setzventilen und ähnlichen Ventilen verwendet werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen­ standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen darge­ stellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Rückschlagventil im Schnitt mit einem insgesamt aus begrenzt nachgiebigem Werkstoff bestehenden Dichtkolben,

Fig. 2 einen im Bereich der Dichtfläche beschichteten Dichtkolben,

Fig. 3 einen im Bereich der Dichtfläche abgerundeten Dichtkolben,

Fig. 4 einen im Bereich der Dichtflächen nach innen gebogenen Dichtkolben,

Fig. 5 einen Dichtkolben mit kegelstumpfförmigem Ventilkegel,

Fig. 6 einen insgesamt mit einer Beschichtung ver­ sehenen Dichtkolben mit im Gehäuse ausge­ bildeten Ringkanal und

Fig. 7 einen Dichtkolben mit im Bereich der Radial­ bohrungen ausgebildeten ringförmigen Kanal.

Fig. 8 Schnitt durch eines Druckbegrenzungsventils.

Das in Fig. 1 wiedergegebene Ventil (1) ist ein Rück­ schlagventil, das über einen in der Innenbohrung (3) des Gehäuses (2) verschiebbar angeordneten Dichtkolben (10) verfügt. Beidseitig des Gehäuses (2) sind Steckanschlüsse (4, 5) vorgesehen, über die die einfache Verbindung mit den Druckschläuchen erreichbar ist.

Das Ventil ist in Durchflußrichtung (6) abschließend wiedergegeben, wobei ein dichter Sitz dadurch erreicht wird, daß der Dichtkolben (10) mit seiner Dichtfläche (11) auf den Ventilsitz (8) mit der Fläche (9) durch die Druckfeder (17) aufgedrückt wird. Der Ventilkegel (12) des Dichtkolbens (10) ist dabei wie aus Fig. 1 und auch der nachfolgenden Figuren zu ersehen ist, besonders strömungsgünstig ausgebildet. Gleich­ zeitig ist er so geformt und aus einem entsprechenden Material hergestellt oder aber beschichtet, daß er Druck der Druck­ feder (17) ausreicht, um eine gewisse "Verformung" im Bereich der Dichtfläche (11) zu erreichen. Wichtig ist es für den Dauerbetrieb dabei, daß jeweils die Dichtfläche (11) aus begrenzt nachgiebigem Material besteht oder aber der gesamte Dichtkolben (10), da nur auf diese Weise eine immer gleiche Durchflußmenge und gleiche Schaltkräfte gewährleistet sind. Diese wäre bei umgekehrter Ausbildung eindeutig nicht gesichert, weil der harte Dichtkolben dann die Dichtfläche (9) am Ventilsitz (B) beeinträchtigen würde.

Die Strömungsführung findet innerhalb des Ventils (1) so statt, daß das die Fläche (9 bzw. 11) passierende Druck­ medium anschließend über den Ringkanal (16) und die Radial­ bohrungen (15) in die Sackbohrung (14) gelangt, von wo es aus dem Gehäuse (2) herausströmen kann. Der Ringkanal (16) ist dabei so ausgebildet, daß die nötige Druckmittelmenge ein- und gleichzeitig über die Radialbohrungen (15) weiter­ strömen kann.

Die Druckfeder (17) stützt sich über einen Nutring (18) und den Stützring (19) an der Innenwand der Innenbohrung (3) ab und sorgt dafür, daß der Dichtkolben (10) mit der nötigen Kraft in den Ventilsitz (8) hineingedrückt wird. Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform besteht der gesamte Dichtkolben (10) aus einem begrenzt nachgiebigen Material, so daß die sichere Dichtung im Bereich von Fläche (9) und Dichtfläche (11) erreicht und bleibend gewährleistet ist.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform ist die Spitze (20) des Dichtkolbens (10) bzw. Ventilkegels (12) eine echte Spitze. Die Druckflüssigkeit wird somit gezielt in den sich beim Öffnen bzw. Verschieben des Dichtkolbens (10) ergebenden Spalt zwischen Fläche (9 und 11) geführt wird.

Nach Fig. 2 ist die Spitze (20) mit einer Beschichtung (22) versehen, vorzugsweise aus Kunststoff bestehend, während der übrige Körper des Dichtkolbens (10) aus üblichem Metall bzw. Stahl besteht. Auch bei dieser Ausführungsform entfällt die aufwendige Bearbeitung der Dichtfläche (11), weil hier die Beschichtung (22) für die vollständige und sichere Abdich­ tung sorgt.

Die Ausbildung nach Fig. 3 und nach Fig. 4 unterscheidet sich insofern von denen nach Fig. 1, als hier die Spitze (20) als abgerundeter Kopf ausgebildet ist. Nach Fig. 3 ist der Ventilkegel (12) nach außen gewölbt und entsprechend der Ventilsitz (8) bzw. die Fläche (9) nach innen, während nach der Ausbildung gemäß Fig. 4 die Wölbungen genau umgekehrt verlaufen. In beiden Fällen ist aber eine gleichmäßige Führung des Druckmediums in diesem Bereich gezielt erreicht.

Nach Fig. 5 sind Ventilsitz (10) und Dichtfläche (11) gleich bemessen wie in den anderen Ausführungen nur, daß hier statt des Ventilkegels (12) ein Kegelstumpf (21) zum Einsatz kommt. Alle anderen Teile des Dichtkolbens (10) und auch des Gehäuses (2) sind mit denen der übrigen Ausführungsformen gleich.

Die Fig. 6 und 7 beinhalten Ausführungsformen, bei der eine vollständige Beschichtung (23) oder eine Teilbeschichtung (23′) für den Dichtkolben (10) vorgesehen ist. Der wesentliche Unterschied bei den hier wiedergegebenen Ausführungsformen ist der, daß nach Fig. 6 ein im Gehäuse (2) ausgebildeter Ringkanal (16) und nach Fig. 7 ein ringförmiger Kanal (25) innerhalb des Dichtkolbens (10) vorgesehen ist. Entsprechend ist auch nach Fig. 7 der Ventilkegelmantel (24) unterbrochen, wobei es aber auch denkbar ist, daß die Innenflächen des ring­ förmigen Kanals (25) mitbeschichtet werden, wenn die Beschich­ tung entsprechend nach Herstellung des ringförmigen Kanals (25) aufgebracht wird.

Fig. 8 zeigt ein als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes Ventil (1), bei dem über die Seite des Steckanschlusses (4) der Druck aus dem zu schützenden Hydraulikaggregat ansteht. Überschreitet der Druck auf dieser Seite des Ventils den über die Druckfeder (17) erzeugten Druck, so wird der Dichtkolben (10) aus dem Ventilsitz (8) angehoben und das Druckmedium kann über den Ringkanal (16), die Radialbohrung (15) und die Sackbohrung (14) in den Federraum (26) eindringen. Die Druckfeder (17) ist über die über eine Impußschraube (27) verstellbarer Stellschraube (28) vor­ spannbar, so daß damit auch der Öffnungsdruck genau vor­ gegeben werden kann. Die Stellschraube (28) ist mit einer Auslaßbohrung (29) versehen, so daß das Druckmedium hierüber das Gehäuse (2) des Ventils (1) verlassen kann.

Dabei ist die Druckfeder (17) gleichzeitig durch die besondere Ausbildung der Stellschraube (28) auch im oberen Teil geführt, so daß Verkantungen nicht auftreten können.

Claims (12)

1. Ventil, insbesondere Rückschlagventil für HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten mit in einer Richtung abschließen­ den Dichtkolben, der in einem rohrförmigen Gehäuse verschieb­ lich angeordnet und über eine Druckfeder entgegen der gewünschten Durchflußrichtung gegen den in der Gehäusebohrung ausgebildeten Ventilsitz angepreßt ist und der eine die Druck­ feder aufnehmende Sackbohrung mit endseitigen, kurz vor dem Ventilsitz austretenden Radialbohrungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) im Bereich der mit dem Ventilsitz (8) korrespondierenden Dichtfläche (11) begrenzt nachgiebig ausgebildet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (12) des Dichtkolbens (10) begrenzt nach­ giebig ausgebildet ist und lösbar mit dem über dem Dichtkolben verbunden ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) mit einer begrenzt nachgiebigen Be­ schichtung (23), vorzugsweise aus Kunststoff versehen ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) insgesamt begrenzt nachgiebig ausge­ bildet ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) aus dem die Dichtflächen (11) bildenden Kunststoff geformt ist.

6. Ventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) einen spitz auslaufenden Ventil­ kegel (12) mit entsprechend schräg verlaufenden Dichtflächen (11) aufweist.

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegen der Durchflußrichtung (6) gerichtete Spitze (20) des Dichtkolbens (10) bogenförmig verläuft und daß der Ventilsitz (8) umgekehrt gebogene Flächen (9) aufweist.

8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) einen Kegelstumpf (21) mit ent­ sprechend schräg und parallel zu den Flächen (9) des Ventil­ sitzes (8) verlaufenden Dichtflächen (11) aufweist.

9. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe der Radialbohrungen (15) des Dichtkolbens (10) im Gehäuse (2) ein Ringkanal (16) ausgebildet ist.

10. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Radialbohrungen (15) im Dichtkolben (10) ein ringförmiger Kanal (25) ausgebildet ist.

11. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (17) im Dichtkolben (10) über eine im Gehäuse verschraubbar angebrachte Stellschraube (28) vor­ spannbar angeordnet ist.

12. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkolben (10) die Kugel beim Setzventil ersetzend vorgesehen ist und seine Dichtfläche (9) aus Kunststoff und der Dichtsitz beim Setzventil aus Metall besteht.