DE1961248B2 - Hubventil mit kugelförmigem Ventilverschlußstück - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hubventil mit kugelförmigem Ventilverschlußstück und mit einem das Verschlußstück tragenden, mit der Betätigungsvorrichtung verbundenen Führungsstück.

Es sind Hubventile bekannt, bei denen das Ventilverschlußstück durch eine Schraubenfeder auf den Ventilsitz gedruckt wird. Das eine Ende der Schraubenfeder greift an dem Verschlußstück an, während das andere Ende an dem mit der Betätigungsvorrichtung verbundenen Führungsstück angreift. Da die Axialbeweglichkeit der Ventilfeder nicht beschränkt werden soll, weisen die Hubventile ein Spiel zwischen der Mantelfläche der Feder und der Innenfläche des Ventilgehäuses auf, um einen Reibungseingriff zwischen ihnen zu vermeiden. Da die Schraubenfedern quer zur Achsenrichtung instabil sind, ist es möglich, daß das Ventilverschlußstück nach einem Abheben von dem Ventilsitz unter dem Einfluß des Druckmittels sich in Querrichtung verschieben kann. Das Ausmaß dieser Bewegung kann sogar durch die Feder verstärkt werden, weil es äußerst schwierig ist, die Enden einer Schraubenfeder durch Schleifen mit parallelen Endflächen zu versehen. Schräge Endflächen aber üben eine Kraft in Querrichtung aus.

Bei Verschiebung des Ventilverschlußstückes aus seiner axialen Lage heraus bauen sich an dem Verschlußstück Druckdifferenzen auf, die zu einem Schlagen und einem übermäßigen Verschleiß der Verschlußstücke führen.

Es sind Hubventile bekannt, bei denen ein Schlagen des Ventilverschlußstückes nicht auftreten kann, weil es in einer besonderen Führung gelagert ist. Bei solchen Führungen werden die Kosten für das Ventil erheblich vergrößert, da enge Toleranzen eingehalten werden müssen. Außerdem findet dann ein Reibungseingriff zwischen der Führung und dem Ventil-

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glied statt, was zu einem erhöhten Verschleiß führt Seite der anderen Feder gegenüberliegt. Die Außen-

(britische Patentschriften 668 055 und 764 006). ränder der Federn weisen kreisringförmige ebeue

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Flächen 50 bzw. 52 auf, damit eine hinreichend

ein relativ einfaches und wenig kostspieliges Ventil große Kontaktfläche zwischen ihnen erreicht wird,

zu schaffen, das die obenerwähnten Mangel bekann- 5 um Berührstellen hoher Spannung zu vermeiden und

ter Hubventile nicht aufweist. um einen Reibungseingriff aufzubauen, der ein glei-

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen tendes Verschieben der Federn gegeneinander ver-

dem Verschlußstück und dem Führungsstück ein ent- hindert. Der Querschnitt des mittleren Bohrungsab-

gegengesetzt konisches Tellerfederpaar vorgesehen schnittes 24, der die Tellerfedern aufnimmt, ist so

ist. ίο bemessen, daß die Außenränder der Federn nicht auf

Bei Betätigung des erfindungsgemäßen Ventils der Innenwand der Bohrung aufsitzen, wenn sie vollbewegt sich das Teilerfederpaar erheblich weniger in ständig zusammengedrückt werden. Der Federabseitlicher Richtung als die bekannten Schraubenfe- stützteil 48 weist eine konische Ausnehmung 54 zur dem. Auf diese Weise ist die Axialbewegung des Aufnahme der Kugel 42 auf. Die Kegelfläche der Ventilverschlußstückes im wesentlichen reibungsfrei, 15 Ausnehmung 54 liegt über einer erheblichen Teild. h. zwischen den sich bewegenden Teilen und den fläche der Kugel 42, so daß eine hinreichende Beortsfesten Teilen des erfindungsgemäihn Ventils tritt rührfläche zwischen den beiden Bauteilen gewährleibei Betätigung desselben keinerlei Reibung auf. Ein stet ist. Der Federabstützteil weist einen Vorsprung weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Durch- 56 kleineren Durchmessers auf, der sich unter Paßfluß-Druckcharakteristik des erfindungsgemäßen 20 sitz in die öffnung der unteren konischen Feder 46 Ventils sehr genau festgelegt werden kann, indem hineinerstreckt. Auf diese Weise wird die Spannung Tellerfedern verschiedener Federungscharakteristik der Federn 44 und 46 auf die Kugel 42 allein durch benutzt werden, die zur gewünschten Durchlaßcha- den Federabstützteil 48 übertragen,
rakteristik führen. Bei Verwendung eines weiteren Die Vorspannung der Federn 44 und 46, die die Tellerfederpaares kann die Durchlaßcharakteristik as Schließkraft der Kugel 42 bestimmt, wird durch ein natürlich noch genauer bestimmt werden. verstellbares Führungsstück 58 eingestellt. Das Füh-

Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß das rungsstück 58 weist einen vergrößerten Kopf 60 auf,

erfindungsgemäße Hubventil bei gegebenen Abmes- der gleitbar in dem Bohrungsabschnitt 24 gelagert

sungen eine größere Durchflußkapazität aufweist als ist. Der Kopf 60 weist eine mit der Kugel 42 axial

viele der herkömmlichen Hubventile. 30 fluchtende konische Ausnehmung auf, die einen zu-

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Außen- sätzlichen Bewegungsspielraum für die Kugel bildet,

ränder der Federn mit kreisringförmigen ebenen Flä- Der Kopf 60 weist auf seiner der Kugel 42 zuge-

chen versehen sind, die zur Halterung der Federn in wandten Stirnfläche einen Vorsprung 64 auf, der sich

fluchtender Lage in Reibungseingriff stehen. unter Paßsitz in die öffnung der oberen konischen

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden 35 Feder 84 hineinerstreckt. Auf der anderen Stirnseite

nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. des Kopfes 60 erstreckt sich ein Zapfen 66 mit einem

Es zeigt Gewindeendabschnitt 68 in die Gewindebohrung 26

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausfüh- hinein. Der Durchmesser des Zapfens 66 ist wesent-

rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubventils, lieh kleiner als der Durchmesser der Bohrung 26.

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 40 Der Gewindeendabschnitt68 des Zapfens66 greift in

durch das in F i g. 1 gezeigte Hubventil, eine Gewindebohrung 72 eines Stellgliedes 70 ein.

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus- Das Stellglied 70 weist ein Außengewinde auf, damit

führungsform des erfindungsgemäßen Hubventils, es in die Gewindebohrung 26 eingeschraubt werden

F i g. 4 einsn Querschnitt entlang der Linie 4-4 kann. Das Außengewinde des Stellglieds 70 und die

von F i g. 3, 45 Gewindebohrung 26 einerseits und die Gewindeboh-

Fig.5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-S rung 72 und der Gewindeabschnitt 68 des Zapfens

von F i g. 3. 66 andererseits weisen geringfügig verschiedene

In den F i g. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungs- Ganghöhen bei gleichem Drehsinn auf, um infolge

beispiel 10 des erfindungsgemäßen Hubventils ge- der differenziellen Ganghöhe eine Feineinstellung

zeigt, das ein Gehäuse 12, ein Ventilsitzteil 14 und 50 der Axiallage des einstellbaren Führungsstückes 58

eine Endplatte 15 aufweist. Das Gehäuse 12 hat eine und damit der Vorbelastung der Feder 44 und 46 zu

durchgehende stufenförmige Bohrung 18 mit einem ermöglichen, wodurch wiederum der Druck bestimmt

weiten Abschnitt 20 am unteren Ende und einem un- wird, bei dem sich das Ventil öffnet. Ein an dem

ter Ausbildung einer Schulter 22 daran anschließen- Kopf 60 des Führungsstückes 58 befestigter Stift 76

den engeren Abschnitt 24. An die Bohrung 18 55 erstreckt sich gleitbar durch eine Bohrung 78 im obe-

schließt sich eine Gewindebohrung 26 kleineren ren Ende des Gehäuses 12, um bei Drehung des

Durchmessers an. Der Ventilsitzteil 14 liegt in dem Stellglieds 70 eine Drehung des Führungsstückes zu

vergrößerten Abschnitt 20 an der Schulter 22 und verhindern.

weist eine durchgehende Einlaßöffnung 33 auf, deren Der Kopf 60 des Führungsstückes 58 hat eine

obere Kante einen kreisförmigen Ventilsitz 34 bildet. 60 diametral verlaufende Nut 57, die sich zur Schaffung

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das einer Strömungsmittelverbindung von dem Außen-Ventilverschlußstück eine Kugel 42. Die Kugel 42 umfang des Kopfes bis zu der Ausnehmung 61 erkann auf dem Ventilsitz 34 aufsitzen und wird auf streckt, damit der Raum zwischen den Tellerfedern ihm durch ein Paar entgegengesetzt konischer Teller- 44 und 46 in druckausgleichender Strömungsmittelfedern 44 und 46 gehalten, die auf die Kugel 42 über 65 verbindung mit dem Rest des Bohrungsabschnittes ein Federabstützteil 48 wirken. Die Federn 44 und 24 gebracht werden kann.

46 liegen mit ihren Stirnseiten derart aufeinander, Weist das an der Eingangsbohrung 33 anstehende

daß die konkave Seite der einen Feder der konkaven Strömungsmittel einen hinreichend hohen Druck auf,

um die durch die Lage des Führungsstücks 58 bestimmte Kraft der Federn 44 und 46 zu überwinden, wird die Kugel 42 von dem Ventilsitz 34 abgehoben, so daß das Strömungsmittel zu dem Auslaßkanal 36 strömen kann. Dabei wird die Kugel in axial fluchtender Lage mit dem Ventilsitz 34 durch den Federabstützteil 48 gehalten. Die Federn 44 und 46 ermöglichen nur eine Bewegung längs der Achse des Ventils 12.

Das in den F i g. 3 und 4 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel 110 des erfindungsgemäßen Hubventils weist ein Gehäuse 112 mit einem Ventilsitzteil 114 auf. Im Gehäuse ist eine stufenförmige erste Bohrung 118 mit einem ersten weiteren Bohrungsabschnitt 120 und einem zweiten engeren Bohrungsabschnitt 122 ausgebildet. Der zweite Abschnitt 122 steht mit einer zweiten Bohrung 124 in Verbindung, die sich in dem Gehäuse im wesentlichen quer zu der Bohrung 118 erstreckt und an ihrem Ende mit einem innengewinde 126 versehen ist. Das Ventilsitzteil 114 ist am ao an der Bohrung 124 abgewandten Ende der Bohrung 118 angeordnet und weist eine durchgehende Einlaßöffnung 133 auf, deren oberes Ende einen kreisförmigen Ventilsitz bildet. Die Bohrung 118 ist mit einem Auslaßkanal 136 verbunden. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier das Ventilverschlußstück eine Kugel 142. Die Kugel 142 kann auf dem Ventilsitz 134 aufsitzen und wird auf ihm durch ein Paar entgegengesetzt konischer Tellerfedern 144 und 146 gehalten, die auf die Kugel über ein Federabstützteil 148 wirken. Auch hier sind die Außenränder der Federn zu dem obengenannten Zweck mit kreisringförmigen ebenen Flächen 150 bzw. 152 versehen. Die Tellerfedern haben genügend Spielraum in dem Bohrungsabschnitt 120. Auch ist der Federabstützteil 148 mit einer konischen Ausnehmung 154 versehen.

Die Vorspannung der Federn 144 und 146 wird durch die Lage eines verstellbaren Stößels 158 in der Bohrung 124 bestimmt. Der Stößel 158 weist einen Nocken 160 mit einer abgeschrägten Nockenfläche 162 auf, die einer bogenförmig gekrümmten Nockenfiäche 164 auf einem Führungsbiück 166 zugekehrt ist. Das Führungsstück 166 ist in der Bohrung 122 angeordnet und weist auf seiner der Kugel 142 zugewandten Seite einen Vorsprung 168 auf, der sich unter Paßsitz in die Öffnung der benachbarten Tellerfeder 144 hineinerstreckt. Auch der Federabstützteil 148 arbeitet in der beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise mit dem Tellerfederpaar so zusammen. Zwischen dem Innenraum der Federn und der Bohrung 118 wird über mehrere L-förmige Nuten 169 in dem Führungsstück 166 eine druckausgleichende Strömungsmittelverbindung aufgebaut (Fig. 4). Das Führungsstück 116 weist zwei mit Abstand angeordnete Vorsprünge 170 auf, die zwischen sich einen Schlitz zur Aufnahme des Nockens 160 bilden. Dadurch wird eine Drehung sowohl des Führungsstückes 166 als auch des mit dem Nocken 160 verbundenen Stößels 158 verhindert, so daß eine beachtliche Genauigkeit der Ventileinstellung erreicht wird, ohne daß die Nockenfläche 164 auf dem Führungsstück und die schräge Nockenfläche 163 auf dem Nocken 160 vollendet geformt oder besonders aufeinander ausgerichtet werden müssen. Am Ende des Stößels 158 (s. F i g. 5) ist ein Querschlitz 178 mit einem zylindrischen Endabschnitt und direkt an seinem Ende eine ähnlich geformte öffnung 180 vorgesehen, die zusammen einen Halteflansch 182 bestimmen. In diesen Schlitz 178 kann ein zylindrischer Ansatz 184 eingeführt und mit dem Flansch 182 in Eingriff gebracht werden, der am unteren Ende einer Stellschraube 186 angeordnet ist. Der Ansatz 184 ist mit der Stellschraube 168 durch einen dünnen zylindrischen Abschnitt 188 verbunden, dessen Länge im wesentlichen gleich der Breite des Flansches 182 ist. Durch das Untergreifen des Ansatzes 184 unter den Flansch 182 folgt der Stößel 158 einer Axialbewegung der Schraube 186. Ein minimales Spiel ist zwischen den Teilen vorgesehen, so daß die Stellschraube gegenüber dem Stößel 158 gedreht werden kann, der selbst durch das Führungsstück 166 gegen Drehung gesichert wird. In einer gewünschten Einstellung wird die Stellschraube 186 durch eine Gegenmutter 192 gesichtert. Da das Führungsstück 166 den Bohrungsabschnitt 122 ausfüllt ist zwischen dem Bohrungsabschnitt 120 und der Bohrung 124 'm Gehäuse ein Kanal 190 vorgesehen, um einen Druckausgleich zwischen den beiden Enden des Führungsstückes 166 zu ermöglichen, ist in dem Nocken 160 ein Schlitz 191 vorgesehen.

Wenn an der Einlaßöffnung 133 ein Strömungsmittel von hinreichend hohem Dnick ansteht, wird die Kugel 142 entgegen der Wirkung der Federn abgehoben. Auch hier wird die Kugel 142 in axialer Richtung vom Sitz 134 abgehoben und in dieser Richtung gehalten. Da die sich beim öffnen des Ventils bewegenden Teile nicht in Reibungseingriff mit ruhenden Teilen stehen, erfolgt die Axialbewegung der Kugel reibungsfrei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Hubventil mit kugelförmigem Ventilverschlußstück und mit einem das Verschlußstück tragenden, mit der Betätigungsvorrichtung verbundenen Führungsstück, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschlußstück (42; 142) und dem Führungsstück (58; 166) ein entgegengesetzt konisches Tellerfederpaar (44,144; 46,146) vorgesehen ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenränder der Federn (44, 144; 46, 146) mit kreisringförmigen ebenen Flächen (50, 150; 52, 152) versehen sind, die zur Halterung der Federn in fluchtender Lage in Reibungseingriff stehen.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (44, 144; 46, 146) in ihrer Gesamtformgebung kreisringartig gestaltet sind.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilverschlußstück (42; 142) und dem Federpaar (44, 144; 46, 146) ein Federabstützteil (48; 148) angeordnet ist, daß eine mit dem Innenrand der benachbarten Federn (46; 146) in Eingriff stehende ebene Fläche und einen sich in die öffnung dieser Feder hineinerstreckenden Vorsprung (56; 156) aufweist und daß das Führungsstück (58; 166) eine mit dem Innenrand der benachbarten Federn (44; 144) in Eingriff stehende ebene Fläche und einen sich in die öffnung dieser Feder hineinerstreckenden Vorsprung (64; 164) aufweist, wobei die ebenen Flächen einander parallel sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Federungscharakteristik der einen Feder (44; 144) sich von der anderen Feder (46; 146) unterscheidet.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn im wesentlichen gleiche Innen- und Außendurchmesser aufweisen.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Bohrung (24; 120) zur Aufnahme des Tellerfederpaares so bemessen ist, daß die Außenränder der vollständig zusammengedrückten Federn die Innenwand der Bohrung nicht berühren.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Vorspannung der Tellerfedern vorgesehen ist, die ein erstes mit einem Außengewinde einer ersten Ganghöhe versehenes und in eine entsprechende Gewindebohrung (26) im Gehäuse eingeschraubtes erstes Stellglied (70) und ein zweites mit einem Außengewinde (68) einer zweiten Ganghöhe versehenes und in eine entsprechende Gewindebohrung (72) im ersten Stellglied (70) eingeschraubtes zweites Stellglied (66) aufweist, das mit dem Führungsstück (58) verbunden ist, wodurch die Vorspannung des Federpaares über die Differentialganghöhe feineinstellbar ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Vorspannung der Tellerfedern vorgesehen ist, die einen mit dem Führungsstück (166) zusammenarbeitenden Nocken (160) und einen Nockenantrieb (158, 186) für die Bewegung des Nockens relativ zum Führungsstück aufweist, wobei die Vorspannung der Federn durch die resultierende Verschiebung des Führungsstückes fein-einstellbar ist.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (160) eine abgeschrägte Nockenfläche (162) aufweist, im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des VentUverschlußstückes (142) verschiebbar ist und zur Bewegung des Nockens eine in das Gehäuse eingeschraubte und mit dem Nocken formschlüssig verbundene Stellschraube (186) vorgesehen ist

11. Ventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (166) und der Nocken (160) drehsteif (170) miteinander verbunden sind, wodurch eine Drehung des Nockens (160) gegenüber dem Gehäuse vermieden wird.

12. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsführung des Ventilversc'ilußstückes (42; 142) nur durch das Führungsstück (58; 166) und das Tellerfederpaar (44,144; 46,146) bestimmt ist.