DE1234465B

DE1234465B - Ventil mit einem selbsttaetig gegen die Stroemungsrichtung schliessenden Verschlussstueck

Info

Publication number: DE1234465B
Application number: DED38028A
Authority: DE
Inventors: Arthur Kenneth Morris
Original assignee: Dowty Mining Equipment Ltd
Current assignee: Dowty Mining Equipment Ltd
Priority date: 1961-01-31
Filing date: 1962-01-30
Publication date: 1967-02-16
Also published as: US3148860A; GB975826A

Description

DEUTSCHES JmttWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 47 g-5/02

Nummer: 1234 465

Aktenzeichen: D 38028 XII/47 g

J 234 465 Anmeldetag: 30.Januar 1962

Auslegetag: 16. Februar 1967

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem selbsttätig gegen die Strömungsrichtung schließenden Verschlußstück, bei dem entweder der Ventilsitz oder die mit diesem zusammenwirkende Dichtungsfläche des Verschußstückes von einem nachgiebigen Ring gebildet wird.

Bei derartigen Ventilen — die insbesondere bei hydraulischen Grubenstempeln verwendet werden — ist es bekannt, zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Ventilverschlußstück und dem Ventilsitz zwischen der Stirnfläche des kolbenartigen Verschlußstückes und einem Anschlag einen beweglichen Abdichtungsring vorzusehen, der sich beim Schließen an den Sitz anpassen kann. Zwischen dem Abdichtungsring und der Stirnseite des Ventilverschlußstückes ist hier überdies ein federnder Ring angeordnet.

Bei diesen bekannten Ventilen ist es unvermeidlich, daß infolge der nicht unerheblichen Schließdrücke die Schließkante des Ventilverschlußstückes nach vergleichsweise kurzer Betriebsdauer zerstört wird, um so mehr, als das Ventilverschlußstück mehr oder weniger schlagartig beaufschlagt wird.

Um hier Abhilfe zu schaffen, sind fernerhin Ventile bekannt, deren Ventilverschlußstück als Ausgleichskolben ausgebildet ist, ohne indes eine nennenswerte Verbesserung hinsichtlich der Lebensdauer der die Abdichtung bewirkenden Flächen zu erzielen. Neben dieser so geschaffenen Druckentlastung weisen die bekannten Ventile überdies noch eine Handbetätigungsvorrichtung auf, mit der das Ventil manuell geöffnet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegen die Strömungsrichtung selbsttätig schließendes Ventil — das besonders für die Verwendung bei hydraulischen Grubenstempeln bestimmt ist — so auszubilden, daß es in der Schließstellung einwandfrei abdichtet, von Hand leicht geöffnet werden kann und unempfindlich ist gegen die beim Schließen des Ventilverschlußstückes auftretenden Stöße.

Zum Lösen dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der mit einem stirnseitig vorspringenden, die Gegenfläche linienförmig berührenden Dichtrand versehene metallische Ring zusammen mit einem seine dem Dichtrand entgegengesetzte Stirnseite berührenden O-Ring aus Gummi durch einen Schraubring in eine Ausnehmung gedrückt wird, die mit der Zuflußleitung des Ventils in Verbindung steht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß auf das Ventilverschlußstück in an sich bekannter Weise sowohl ein mit dem VerVentil mit einem selbsttätig gegen die
Strömungsrichtung schließenden Verschlußstück

Anmelder:

Dowty Mining Equipment Limited,
Cheltenham, Gloucester (Großbritannien)

Vertreter:

° Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Arthur Kenneth Morris,

Tewkesbury, Gloucester (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
ο Großbritannien vom 31. Januar 1961 (3662)

schlußstück fest verbundener, vom Zuflußdruck beaufschlagter Kolben als auch eine Feder in Schließrichtung einwirken.

Es ist ersichtlich, daß nach der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schließen des Ventils neben dem elastischen Ring außerdem das im Bereich der Einlaßöffnung einströmende Druckmittel verwendet wird, das auf die hintere Stirnfläche des metallischen Ringes einwirkt. Da diese hintere Stirnfläche des Ringes größer ist als dessen vordere, ebenfalls dem Druckmittel ausgesetzte Stirnfläche, wird er bei geschlossenem Ventil in Anlage an die den Ventilsitz bildende Gegenfläche gehalten. Der metallische Ring bewegt sich aber bei einem beim Schließen des Ventils auftretenden Stoß — welcher die statische Schließbelastung überschreitet — vom Ventilsitz fort und wird durch das Druckmittel und den elastischen O-Ring wieder in Richtung zur Schließlage gedrückt, sobald der Stoß absorbiert worden ist. Diese dämpfende Wirkung führt dazu, daß sich das Ventil nach der Erfindung durch außergewöhnliche Lebensdauer auszeichnet.

Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht auf den oberen Teil eines hydraulischen Stempels im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Ventilverschlußstück in vergrößertem Maßstab,

709 509/243

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Ventils,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Ventils.

Fig. 1 zeigt das Oberteil eines teleskopartigen Grubenstempels 3, dessen Kappe 4 an dem Hangenden zur Anlage kommt. Das Innere des Grubenstempels 3 bildet einen Vorratsraum für ein Druckmittel, welches durch eine Handpumpe in eine am Boden des Grubenstempels befindliche Druckkammer gepumpt werden kann. Eine solche Anordnung ist bekannt und wird aus diesem Grunde nicht weiter erläutert. Ein Leitungsrohrs erstreckt sich von der Druckkammer innerhalb des Grubenstempels 3 nach oben, und sein in F i g. 1 dargestelltes oberes Ende ist durch z. B. Schweißung an einem rohrförmigen Ventilgehäuse 6 befestigt, welches quer zur Achse des Grubenstempels 3 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 6 ragt mit seinen beiden Enden aus dem Bereich des Grubenstempels 3 vor und ist ebenfalls durch z. B. Schweißung an letzterem befestigt.

Das obere Ende des Leitungsrohres 5 mündet über eine Druckmitteleinlaßöffnung 7 in eine axiale Bohrung 10 des Ventilgehäuses 6. An das eine Ende dieser axialen Bohrung schließt sich eine vergrößerte koaxiale Bohrung 8 und am anderen Ende der Bohrung 8 eine vergrößerte koaxiale Bohrung 9 an, welch letztere einen kleineren Durchmesser als die koaxiale Bohrung 8 aufweist.

Zwischen der axialen Bohrung 10 und der vergrößerten koaxialen Bohrung 8 ist eine Gegenfläche 11 vorgesehen, welche als Ventilsitz dient. Das äußere Ende der koaxialen Bohrung 8 ist durch einen Stopfen 14 geschlossen, wobei zwischen letzterem und einem Flansch 16 ein unter Einfluß einer in Schließrichtung wirkenden Feder 15 stehendes Ventilverschlußstück 12 angeordnet ist, welches in der koaxialen Bohrung 8 gleitend gelagert ist. Eine Druckmittelauslaßöffnung 20 im Ventilgehäuse 6 stellt eine unmittelbare Verbindung zwischen der koaxialen Bohrung 8 und dem Vorratsraum für das Druckmittel her. Von dem Ventilverschlußstück 12 erstreckt sich ein Schaft 17 durch die axiale Bohrung 10, der ein mit Gewinde versehenes Ende 18 aufweist, das in einen Kolben 19 eingeschraubt ist, der gleitend in der koaxialen Bohrung 9 angeordnet ist, wobei ein Dichtring 21 diesen Kolben 19 umgibt, damit letzterer gegenüber der Bohrung 9 abgedichtet ist.

In der F i g. 2 ist das Ventilverschlußstück 12 als Kapsel ausgebildet, in welcher sich eine unter Einfluß einer Feder stehende Druckentlastungskugel 30 befindet, welche über einen Druckkanal 31 und eine Kreuzbohrung 32 im Schaft 17 mit der BohrunglO und einem Auslaßkanal 33 in der Kapsel mit der Bohrung 8 verbunden ist.

Das dem Ventilsitz 11 zugekehrte Stirnende 34 des Ventilverschlußstücks 12 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 35 versehen, welche eine Zwischenstufe 36 aufweist. Im Boden der Ausnehmung 35 ist ein elastischer O-Ring 37 aus z. B. Gummi angeordnet, und ein ringförmiger metallischer Ring 38 ist gleitend in die Ausnehmung 35 eingesetzt und durch einen von einem auf den Schaft 17 aufgeschraubten Schraubring 39 gebildeten Anschlag außerhalb des O-Ringes 37 gehalten. Der Ring 38 weist einen konzentrischen nach innen gerichteten Flansch 41 auf, welcher in Richtung auf den

Schraubring 39 durch die Zusammendrückung des O-Ringes federnd vorgespannt ist, so daß er normalerweise in axialer Richtung von der Zwischenstufe 36 freikommt. Der metallische Ring 38 weist einen ringförmigen, radialen Dichtrand 42 auf, der über den Schraubring 39 vorsteht, um mit dem Ventilsitz 11 zusammenzuwirken, der jedoch innerhalb des Außendurchmessers des Ringes 38 liegt. Es ist ersichtlich, daß der Dichtrand 42 und der Ventilsitz 11 umgekehrt angeordnet werden können, d. h., der Dichtrand 42 kann auf der Fläche des Ventilsitzes 11 gebildet werden, während der Ring 38 mit einer glatten Sitzfläche versehen wird. Der Durchmesser des Randes 42 ist kleiner als der Durchmesser des Kolbens 19, um eine Differentialfläche zu bilden, die ausreicht, um das Ventilverschlußstück 12 unter dem in der Arbeitskammer des Grubenstempels, nämlich in der Bohrung 10, wirksamen Druckes, mit dem Ventilsitz 11 abgedichtet zu halten.

Ein anfängliches Schließen des Dichtrandes 42 auf dem Ventilsitz 11 wird durch die Feder 15 bewirkt, wobei die Schließkraft korrespondierend mit dem auf die Differentialfläche wirkenden Strömungsmitteldruck zunimmt. In der Vorderseite des Schraubringes 39 sind radiale Schlitze 43 gebildet, die zusammen mit einem Abstand zwischen dem inneren radialen Rand des metallischen Ringes 38 und der Ausnehmung 35 eine Druckmittelverbindung zwischen der axialen Bohrung 10 und der Rückseite des Ringes 38 herstellen. Der O-Ring 37 stellt eine Strömungsmitteldichte Abdichtung zwischen dem radialen Außenrand des Ringes 38 und der Ausnehmung 35 her. Zwischen dem O-Ring 37, dem metallischen Ring 38 und der Außenwand der Ausnehmung 35 ist ein weiterer Ring 40 von im allgemeinen dreieckigem Querschnitt vorgesehen, der ein Herauspressen des O-Ringes 37 verhindert. Der radiale Außenrand des metallischen Ringes 38 hat einen größeren Durchmesser als der Kolben 19. Wenn das Ventil geschlossen ist, unterliegt die gesamte rückwärtige Fläche des Ringes 38 dem Strömungsmitteldruck, während die Vorderseite, welche mit Schraubring 39 zum Eingriff kommt, dem Strömungsmitteldruck innerhalb des Dichtungsrandes 42 unterliegt. Der metallische Ring 38 ist daher mit einer Differentialfläche versehen, die dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, der das Ventilelement mit einer Kraft, die die durch den Strömungsmitteldruck auf das Ventilverschlußstück 12 ausgeübte Schließkraft übersteigt, gegen den Schraubring 39 drückt.

Die statische Ventilschließkraft ist daher nicht ausreichend, um den metallischen Ring von dem Schraubring 39 fortzubewegen.

Wenn es erwünscht ist, den von der Druckkammer des Grubenstempels 3 kommenden Druck zu vermindern, dann wird das Ventilverschlußstück 12 durch einen Nocken 22 vom Sitz 11 abgehoben. Der mit einer Handhabe 25 versehene Nocken 22 ist hinter dem äußeren Ende des Kolbens 19 auf einem Drehzapfen 23 schwenkbar gelagert und zwischen einer Gabel 24 des Ventilgehäuses 6 angeordnet. Die Handhabe 25 kann von einem Kettenhaken erfaßt werden, so daß der Grubenstempel 3 entlastet und dann durch einen Zug an der Kette von einem sicheren Platz aus zurückgezogen werden kann.

Eine Drehbewegung des Nockens 22 verschiebt den Kolben 19 dahingehend, daß das Ventilver-

Claims

schlußstück 12 und der metallische Ring 38 entgegen der Kraft der Feder 15 und jener Kraft, die infolge des hydraulischen Druckes auf die Fläche des Kolbens 19 ausgeübt wird und die größer ist als die innerhalb des Dichtungsrandes 42 eingeschlossene, vom Ventilsitz 11 abzuheben. Da der Druckunterschied gering ist, kann das Ventil schon bei Aufbringung einer mäßigen Kraft geöffnet werden. Wenn der Nocken 22 schnell in seine Ruhelage zurückgedreht wird, kann das Ventilverschlußstück 12 mit einem gegen den Sitz 11 geführten Hammerschlag zurückkehren. Wenn der metallische Ring 38 fest im Ventilverschlußstück 12 angeordnet wäre, könnte der Schlag gegen den Ventilsitz 11 zu einer Beschädigung derselben durch den Dichtrand 42 führen, oder letzterer selbst wird deformiert. Gemäß der Erfindung ist eine Weiterbewegung des Ventilverschlußstücks 12, nachdem der Ring 38 die Sitzfläche 11 berührt hat, durch den Druckwiderstand des O-Ringes37 und durch den zwischen dem Ring 38 und dem Boden der Ausnehmung 35 wirksamen Strömungsmitteldruck ausgeschlossen. Der Dichtungsrand 42, welcher in Form einer messerartigen Kante mit einem spitzen Scheitelwinkel ausgebildet ist, besitzt eine nur geringe Berührungsfläche mit der Sitzfläche 11, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Abdichtung erzielbar ist, jedoch mittels der stoßdämpfenden Anordnung im Ventilverschlußstück 12 das Aufeinandertreffen des Dichtrandes 42 mit der Sitzfläche 11 gedämpft und damit die Gefahr einer Beschädigung dieser Teile verringert wird. Nach dem Aufeinandertreffen wird der statische Zustand des Ventilverschlußstückes 12 wiederhergestellt, indem der auf die Rückseite des metallisehen Ringes 38 sowohl unmittelbar als auch durch den O-Ring 37 mittelbar einwirkende Strömungsmitteldruck den Ring 38 an den Schraubring 39 in Anlage hält. Wenn die Fläche des Schraubringes 39 nicht genau parallel zur Sitzfläche 11 verläuft, kippt der Ring 38 gegenüber der Stirnfläche des Schraubringes 39 und hält dabei die Dichtberührung zwischen seinem Dichtrand 42 und der Sitzfläche 11 ununterbrochen aufrecht. DasVentil nach Fig. 3 besteht aus einem Gehäuse 106 mit einer mittleren Bohrung 110 und einer Zuflußleitung 107, einer koaxialen Bohrung 108 größeren Durchmessers, welche mit einer Auslaßleitung 120 versehen ist, und mit einer weiteren koaxialen Bohrung 109 auf der entgegengesetzten Seite der mittleren Bohrung 110. In diesem Beispiel bildet eine Beilagscheibe 151 an der Verbindung der beiden Bohrungen 108 und 110 die Grundfläche einer Ausnehmung 135, welche einen metallischen Ring 138 gleitend aufnimmt. Zwischen der Beilagscheibe 151 und dem Ring 138 wird ein O-Ring 137 unter Druck eingelegt, wobei der Ring 138 durch einen Anschlag, der als Schraubring 139 ausgebildet ist, gehalten wird. Dieser Schraubring 139 bildet den Abschluß der Bohrung 108. Ein innerhalb der Bohrung 108 angeordnetes Ventilverschlußstück 112 ist mit einer konzentrischen Gegenfläche 111 versehen, die mit einem den Ventilsitz bildenden am metallischen Ring 138 vorgesehenen Dichtrand 142 zusammenwirkt. Zwischen dem Ventilverschlußstück 112 und dem Schraubring 139 ist eine Feder 115 angeordnet. Die Bohrung 109, die einen größeren Durchmesser hat als der Dichtrand 142, nimmt wiederum einen Kolben 119 auf, der mit dem Ventilverschlußstück 112 fest verbunden ist. Der Hauptunterschied gegenüber dem vorhergehenden Beispiel besteht darin, daß der elastisch vorgespannte Ring 138 von dem feststehenden Ventilgehäuse 106 aufgenommen wird, während die Gegenfläche 111 ein fester Teil des Ventilverschlußstückes 112 ist. Die Wirkungsweise des Ventils ist ähnlich wie die vorher beschriebene, abgesehen davon, daß zum Öffnen des Ventils das unter Druck stehende Strömungsmittel durch eine Öffnung 152 in eine in dem Gehäuse 106 gebildete Kammer übertragen wird. Das Gehäuse 106 umgibt das freie Ende des Kolbens 119. Das in F i g. 4 gezeigte Ventil besteht aus einem Ventilgehäuse 61 mit einer koaxialen Bohrung 62 kleinen Durchmessers und einer Zuflußleitung 63 sowie einer koaxialen Bohrung 64 mit großem Durchmesser und einer Abflußleitung 65, wobei ein mit Gewinde versehener Stopfen 66 die Bohrang 64 schließt. Ein innerhalb der Bohrung 64 angeordnetes bewegliches Ventilverschlußstück 67 ist mit einem Schraubring 68, einer ringförmigen Ausnehmung 69, einem metallischen Ring 71 — welcher gleitend mit seinem Außendurchmesser in der Ausnehmung 69 aufgenommen wird — sowie mit einem O-Ring 72 versehen, der unter Druck zwischen dem Boden der Ausnehmung 69 und dem Ring 71 eingelegt ist. Letzterer ist mit einem Dichtrand 73 versehen, welcher mit einer den Ventilsitz bildenden festen Gegenfläche 74 an der Schulter zwischen den Bohrungen 62 und 64 zusammenwirkt. In der Bohrung 62 ist ein Kolben 75 — der an dem Ventilverschlußstück 67 befestigt ist — gleitend angeordnet. Die Bohrung 62 hat einen kleineren Durchmesser als der Dichtrand 73, wodurch das Ventilverschlußstück 67 und der Kolben 75 eine Differentialfläche aufweisen, die dem zur Öffnung des Ventils an der Zuflußleitung 63 wirkenden Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist. Eine Feder 76, die zwischen dem Stopfen 66 und dem Ventilverschlußstück 67 angeordnet ist, hält das Ventil in der geschlossenen Stellung, bis der Strömungsmitteldruck in der Zufiußleitung 63 einen vorbestimmten Wert erreicht. Das Ventil arbeitet daher als Sicherheitsventil. Das Ventil kann auch durch einen drehbar gelagerten Nocken 77 als Druckentlastungsventil betätigt werden, wobei der Nocken 77 in dem Gehäuse 61 zur gemeinsamen Zusammenwirkung mit dem freien Ende des Kolbens 75 angeordnet wird. Patentansprüche:

1. Ventil mit einem selbsttätig gegen die Strömungsrichtung schließenden Verschlußstück, bei dem entweder der Ventilsitz oder die mit diesem zusammenwirkende Dichtungsfläche des Verschlußstückes von einem nachgiebigen Ring gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem stirnseitig vorspringenden die Gegenfläche (11,111, 74) linienförmig berührenden Dichtrand (42,142,73) versehene metallische Ring (38, 138, 71) zusammen mit einem seine dem Dichtrand entgegengesetzte Stirnseite berührenden O-Ring (37, 137, 72) aus Gummi durch einen Schraubring (39, 139, 68) in eine Ausnehmung (35, 135, 69) gedrückt wird, die mit der