DE19908595A1 - Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten - Google Patents
Ventilanordnung für Schaltvorgänge von FlüssigkeitenInfo
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Abstract
Ventilanordnung für Schaltvorgänge bei hohen Drücken, insbesondere Rückschlag- und Pistolenventile im Bereich der Hochdruck-Reinigungstechnik. DOLLAR A Bei Unloadern, die im Bypass-Betrieb den Druck im Schlauch zwischen Hochdruckreiniger und Spritzpistole auf einen für den Bediener ungefährlichen Wert absenken, sind bisher bekannte Ventilanordnungen beim Rückschlagventil des Unloaders und beim Spritzpistolenventil nicht einsetzbar, da sie entweder den Belastungen beim Schalten unter hohem Druck nicht widerstehen oder bei niedrigem Druck nicht dauerhaft dicht sind. DOLLAR A Die verbesserte Ventilanordnung weist zwei Trennstellen auf. Die sekundäre Trennstelle (9, 7) ist so ausgestaltet, daß sie den Belastungen beim Schaltvorgang dauerhaft widersteht, aber nicht unbedingt hermetisch dicht ist. Die primäre Trennstelle (5, 7) sorgt für die hermetische Abtrennung. Die Ventile sind so gesteuert, daß die primäre Trennstelle ihren Schaltzustand beim Schließvorgang nicht vor der sekundären Trennstelle und beim Öffnungsvorgang nicht nach der sekundären Trennstelle ändert, so daß eine Beschädigung der primären Trennstelle durch Druckspitzen, Spaltextrusion und Erosionsvorgänge beim Schaltvorgang verhindert wird. DOLLAR A Die Ventilanordnung eignet sich besonders für Hochdruckreiniger, die im Bypass-Betrieb mit einer Druckabsenkung im Schlauch arbeiten.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für Schalt
vorgänge bei hohen Drücken, insbesondere Rückschlag- und
Pistolenventile im Bereich der Hochdruck-Reinigungstechnik.
Bei Reinigungsarbeiten in der Lebensmittelindustrie, im
Sanitärbereich, in Schwimmbädern, im Baugewerbe sowie in
vielen anderen Bereichen bedient man sich häufig der Reini
gungskraft eines mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse
austretenden Wasserstrahls. Dazu wird Wasser von einer
Pumpe unter hohen Druck gesetzt und mittels eines Schlau
ches einer Düse zugeführt. In der Regel wird die Düse
manuell geführt, so daß zwischen Schlauch und Düse noch
eine Pistole mit anschließendem Düsenrohr (Lanze) eingebaut
ist. Die Pistole enthält ein manuell zu betätigendes
Ventil, das es dem Bediener ermöglicht, den Wasserfluß nach
Belieben ein- und auszuschalten. Beim Schließen des Ventils
steigt der Druck in der Schlauchleitung über den Arbeits
druck (bei geöffnetem Ventil) an. Damit der Antriebsmotor
in diesem Zustand nicht unnötig Energie verbraucht, sind
verschiedene Einrichtungen üblich.
Insbesondere bei Hochdruckreinigern mit mittlerer und
großer Leistung, setzt man sogenannte Unloader ein. Beim
Schließen der Spritzpistole wird die geförderte Flüssig
keitsmenge durch die spezielle Ventilanordnung des
Unloaders wieder dem Ansaugstutzen der Pumpe zugeleitet
(Bypaß-Betrieb).
Bei sogenannten Schalt-Unloadern, die sich durch einen
besonders geringen Strömungswiderstand im Bypaß-Betrieb und
ein stabiles Schaltverhalten auszeichnen, wird der Druck
anstieg beim Schließen des Spritzpistolenventils genutzt,
um ein Umlaufventil zu öffnen. Dieses Umlaufventil stellt
eine Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite
der Pumpe her, so daß die Pumpe nur noch die geringen
Strömungswiderstände auf diesem Weg überwinden muß. Im
Anschluß an das Umlaufventil ist ein Rückschlagventil
eingebaut, das den Abschaltdruck im Bereich zwischen dem
Rückschlagventil und dem Spritzpistolenventil speichert.
Das Umlaufventil wird durch den Druck in diesem Speicher
bereich gesteuert, d. h. beim Schließen der Spritzpistole
zunächst geöffnet und dann bis zum Öffnen der Spritzpistole
offengehalten.
Von der im Speicherbereich unter hohen Druck gespeicherten
Wassermenge geht eine große Gefahr für den Bediener der
Pistole aus. Besonders der beim Öffnen des Pistolenventils
entstehende Rückschlag ist immer wieder Ursache für schwere
Unfälle. Deshalb gibt es Unloader, bei denen der Druck im
Speicherbereich nach dem Umschalten in den Bypaß-Betrieb
auf eine ungefährliche Höhe abgesenkt wird.
Da das Umlaufventil durch den Druck im Speicherbereich
gesteuert (d. h. offengehalten) wird, muß der Speicher
bereich im Bypaß-Betrieb sicher abgedichtet sein, damit ein
ungewolltes Umschalten des Unloaders in den Hochdruck-
Betrieb verhindert wird. Die Schwachstellen dieses
abgetrennten Bereiches sind sowohl im Pistolenventil als
auch im Rückschlagventil des Unloaders zu sehen.
Bei Schließen des Pistolenventils, das in Bezug auf die
Geschwindigkeit in der Regel unkontrolliert (Loslassen des
Öffnungshebels durch den Bediener) geschieht, wird der
Ventilkörper durch den zunehmenden Druckabfall am sich
schließenden Ventilspalt auf eine hohe Geschwindigkeit
beschleunigt, bevor er auf den Ventilsitz auftrifft. Durch
die schnelle Schließbewegung wird die Wassermenge, die sich
im Schlauch in Bewegung befindet, schlagartig abgebremst.
Dadurch entsteht im System eine kurzzeitige Druckspitze,
die erheblich über dem Arbeitsdruck liegt. Neben dieser
Druckspitze führt die von der Pumpe in der Zeitspanne
zwischen dem Schließen des Pistolenventils und dem Öffnen
des Umlaufventils geförderte Flüssigkeitsmenge zu einer
Druckerhöhung im System über den Arbeitsdruck hinaus.
Sowohl das Pistolenventil als auch das Rückschlagventil des
Unloaders muß diesen Belastungen dauerhaft widerstehen,
ohne undicht zu werden.
Eine weitere Belastung der Ventile ergibt sich beim
Schließvorgang daraus, daß bis zum vollständigen Schließen
noch Flüssigkeit durch den sich verengenden Bereich
zwischen Ventilkörper und Ventilsitz strömt. Dieses
geschieht infolge des hohen Druckgefälles mit sehr hoher
Geschwindigkeit. In dem als Drossel wirkenden Spalt wird
während des Schließvorganges durch den Druckabfall eine
Leistung umgesetzt, die nahezu der Pumpenleistung
entspricht. Diese kann bei großen Hochdruckreinigern
durchaus 50 kW und mehr betragen. Selbst harte Materialien
werden im Bereich des Ventilsitzes bzw. Ventilkörpers im
Laufe der Zeit abgetragen (Erosion).
Bekannt sind sowohl "hart dichtende" als auch "weich
dichtende" Ventilkonstruktionen.
Hart dichtende Ventile sind weitgehend unempfindlich gegen
die beim Schalten auftretenden Druckspitzen. Bei ihnen
besteht sowohl der Dichtbereich des Ventilkörpers als auch
des Dichtsitzes aus einem harten Material (z. B. Metall,
Keramik, etc.). Damit diese Paarung dicht ist, müssen beide
Teile im Bereich der Dichtstelle sehr präzise gefertigt
sein, was hohe Kosten mit sich bringt. Nachteilig ist auch,
daß der Dichtbereich schon durch kleinste Partikel in der
Flüssigkeiten beschädigt werden kann, wodurch das Ventil
undicht wird. Ferner ist eine relativ hohe Anpreßkraft
(Ventilkörper auf Ventilsitz) nötig, damit das Ventil
zuverlässig dichtet. Damit die Betätigungskräfte des
Pistolenventils in ergonomisch vertretbaren Grenzen blei
ben, kann die Anpreßkraft nur zu einem kleinen Teil durch
eine Rückstellfeder aufgebracht werden. Den überwiegenden
Teil der Anpreßkraft muß durch den hydraulischen Druck
aufgebracht werden. Beim Rückschlagventil des Unloaders ist
eine starke Schließfeder ebenfalls nicht möglich, da das
Rückschlagventil durch die durchströmende Flüssigkeit
geöffnet und offengehalten wird und deshalb eine starke
Schließfeder einen hohen Druckabfall der durchströmenden
Flüssigkeit zur Folge hätte. Aus diesen Gründen sind hart
dichtende Ventile in Systemen, die im Bypaß-Betrieb den
Druck im Speicherbereich absenken, nicht einzusetzen.
Weich dichtende Ventile hingegen dichten auch bei leicht
verschmutzten Flüssigkeiten und geringen Drücken sicher ab.
Bei ihnen besteht der Dichtbereich des Ventilkörpers und/
oder der Dichtbereich des Dichtsitzes aus einem Material
(z. B. Gummi, Kunststoff), etc.), daß bei den im Dicht
bereich auftretenden Flächenpressungen eine deutliche
Verformung erfährt, und so selbst dann eine Anpassung an
den Dichtpartner ermöglicht, wenn dieser leichte Beschä
digungen aufweist oder wenn sich kleinere Fremdkörper im
Dichtbereich festgesetzt haben. Bei hohen Drücken muß die
Weichdichtung bei geschlossenem Ventil auf der druckabge
wandten Seite nahezu lückenlos unterstützt werden. Schon
ein minimaler Spalt im Bereich von ca. 0,01 mm kann dazu
führen, daß die Dichtung durch den Druck in den Spalt
gedrückt und damit zerstört wird (Spaltextrusion). Beim
Schließ- und Öffnungsvorgang des Pistolenventils sowie beim
Schließvorgang des Rückschlagventils entstehen aber auf der
druckabgewandten Seite deutlich größere Spalte. Eine wenig
stens geringe Lebensdauer kann nur erreicht werden, wenn
sichergestellt ist, daß der Schließ- und Öffnungsvorgang
extrem schnell verläuft, so daß die Trägheit der Dichtung
eine Spaltextrusion verhindert. Da die Schließ- und
Öffnungsgeschwindigkeit bei der Spritzpistole durch den
Bediener bestimmt wird, kann ein weich dichtendes Ventil
bei der Spritzpistole nicht mit ausreichender Lebensdauer
eingesetzt werden. Aber auch beim Rückschlagventil ist eine
von der jeweiligen Konstruktion und der Dichtung abhängige
Druckgrenze (über ca. 300 bar) gegeben, ab der eine Weich
dichtung nicht mehr sinnvoll einzusetzen ist, weil der
Schließvorgang nicht beliebig schnell zu gestalten ist. Die
Dichtung wird bei jedem Schließvorgang ein kleines Stück in
den sich verengenden Spalt gedrückt, bevor sie beim voll
ständigen Schließen des Spaltes wieder herausgedrückt wird.
Dieses hat einen schnellen Verschleiß der Dichtung zur
Folge. Ferner werden auch die Weichdichtungen durch
Erosionsvorgänge geschädigt.
Beide Dichtsysteme haben den Nachteil, schnell und vor
allem vorher nicht absehbar undicht zu werden. Da sich
Undichtigkeiten im Speicherbereich des Hochdruckreinigers
nicht als Behinderung des Bedieners bei seiner Arbeit aus
wirken, unterbleiben die nötigen Instandsetzungsmaßnahmen
in der Regel bis zur nächsten planmäßigen Wartung. Da aber
der Druck im Speicherbereich des Hochdruckreinigers bei
geschlossener Spritzpistole, d. h. bei Arbeitsunterbrechun
gen, für die Aufrechterhaltung des Bypassbetriebes zustän
dig ist, führen Undichtigkeiten im Speicherbereich zu einem
ständigen kurzzeitigen Anlaufen der Hochdruckpumpe. Dieses
hat eine deutlich verringerte Lebensdauer der Pumpeneinheit
zur Folge. Insbesondere bei Hochdruckreinigern mit
integrierter Ölheizung führt das ständige kurzzeitige
Anlaufen des Ölbrenners zu einer stark verkürzten Lebens
dauer des Heizungssystems.
Wenn hingegen im Idealfall alle auftretenden Undichtig
keiten sofort beseitigt würden, wäre durch die häufigen
Arbeitsunterbrechungen kein wirtschaftlicher Arbeitsablauf
möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Ventilanordnung für Schaltvorgänge von
Flüssigkeiten insbesondere im Bereich der Hochdruck
reinigung zu schaffen, die sowohl ein zuverlässiges
verschleißfreies Schalten bei hohen Drücken als auch ein
sicheres Dichthalten selbst dann gewährleistet, wenn der
Druck nach dem Schließvorgang abgesenkt wird.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der
Ansprüche 1 und 12 gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ventil
anordnung ergibt sich durch die Aufteilung in zwei Ventile,
wobei ein Ventil so ausgestaltet ist, daß es den Belastun
gen beim Schaltvorgang dauerhaft widersteht. Dieses Ventil
muß aber nicht hermetisch dicht sein. Die Aufgabe der
hermetischen Abtrennung übernimmt ein zweites Ventil, das
in Bezug auf die Dichtwirkung optimal gestaltet ist. Durch
die Aufgabenteilung kann jedes Ventil sehr einfach und
damit kostengünstig gestaltet werden. Zudem wird die
Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Ventilanordnung
erheblich gegenüber bisher bekannten Ventilanordnungen
gesteigert. Somit fallen die bei anderen Ventilkonstruk
tionen bekannten unplanmäßigen Wartungsarbeiten bzw.
Arbeitsunterbrechungen infolge Undichtigkeiten weg. Dadurch
ergibt sich für den Benutzer ein deutlicher wirtschaft
licher Vorteil. Durch den stabilen Bypassbetrieb erhöht
sich die Lebensdauer der teuren Pumpeneinheit erheblich.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventil
anordnung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Die
Zeichnungen stellen lediglich den für das Verständnis
wichtigen prinzipiellen Aufbau dar. Die konstruktive
Ausbildung der Details entsprechen dem Stand der Technik.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventil
anordnung in der Ausbildung als Spritzpistolen
ventil; geschlossener Zustand,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventil
anordnung in der Ausbildung als Rückschlagventil;
geschlossener Zustand,
Fig. 3 eine Ventilanordnung gemäß Fig. 1; Schließ
vorgang,
Fig. 4 eine Ventilanordnung gemäß Fig. 2; Schließ
vorgang,
Fig. 5, 6, 7 weitere Ausführungsbeispiele der erfindungs
gemäßen Ventilanordnung.
Das in Fig. 1 dargestellte Spritzpistolenventil besteht im
wesentlichen aus dem Ventilgehäuse (1) mit den Anschlüssen
(2a, 3a) und der Verschlußschraube (28), einer aus dem
Ventilgehäuse herausgeführten Betätigungsstange (4), einem
aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Steuerkolben (11);
den Ventilkörpern (5, 9) der primären und sekundären Trenn
stelle, einem Ventilsitz (7) sowie einer Rückstellfeder
(12). Die Verzögerung des Schließverhaltens der primären
Trennstelle wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel
durch den Druck im Zuflußraum gesteuert.
Das Ventil ist üblicherweise als Bestandteil einer Spritz
pistole in ein hier nicht dargestelltes Gehäuse eingebaut.
Die Betätigungsstange (4) ist in der Regel mit einem Hand
hebel verbunden. Der Anschluß (2a) auf der Zuflußseite wird
durch einen Schlauch mit unter Druck stehender Reinigungs
flüssigkeit versorgt. Am Anschluß (3a) auf der Abflußseite
schließt sich üblicherweise ein Rohr an, das an seinem Ende
mit einer Düse versehen ist.
Das Ventilgehäuse (1) weist im montierten Zustand minde
stens je eine Öffnung für den Eintritt (2a) und für den
Austritt (3a) des zu schaltenden Mediums, für den Durch
tritt der Betätigungsstange (4) und den Durchtritt des
Steuerkolbens (11) auf. Der Durchtritt des Steuerkolbens
(11) ist hier in einer Verschlußschraube (28) angeordnet,
die die Montageöffnung des Ventilgehäuses verschließt.
Im Inneren des Ventilgehäuses ist ein Ventilsitz (7) so
angeordnet, daß die Eintrittsöffnung (2a) auf der einen
Seite (Zuflußseite bzw. Zuflußraum (2)) des Ventilsitzes
(7) und die Austrittsöffnung (3a) auf der anderen Seite
(Abflußseite bzw. Abflußraum (3)) in den Ventilinnenraum
mündet. An den Abflußraum (3) schließt sich ein aus dem
Ventilgehäuse herausgeführter Kanal an, der einen Dich
tungsbereich (16) und einen Führungsbereich (16a) für die
durch diesen Kanal aus dem Ventilgehäuse herausgeführte
Betätigungsstange (4) aufweist. Der Zuflußraum (2) ist Teil
eines Kanals, der aus dem Ventilgehäuse herausgeführt wird
und zur Montage der im Ventilgehäuse angeordneten Teile
dient. Dieser Montagekanal wird durch eine Verschluß
schraube (28) verschlossen, die einen konzentrischen Kanal
mit einem Dichtungsbereich (15) und einen Führungsbereich
(15a) für den durch diesen Kanal aus dem Ventilgehäuse
herausgeführten Steuerkolben (11) aufweist. Der Ventilsitz
(7) ist im vorliegenden Fall kegelförmig und einteilig für
beide Ventilkörper ausgebildet.
Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist eben
falls kegelförmig ausgebildet. Dabei ist der Kegelwinkel
zweckmäßigerweise gleich groß oder etwas kleiner ausgeführt
als der Kegelwinkel des Ventilsitzes (7). Der Ventilkörper
(9) der sekundären Trennstelle ist hier einteilig mit der
Betätigungsstange (4) ausgebildet. Es sind aber auch andere
Ausgestaltungen von Ventilsitz, Ventilkegel und Betäti
gungsvorrichtung (hier: Betätigungsstange) möglich, die die
Funktion eines Ventils erfüllen. Die Betätigungsstange
steht mit ihrem aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Ende
üblicherweise mit dem vom Bediener zu betätigenden Hand
hebel der Spritzpistole in Verbindung. Auf der dem Kegel
des Ventilkörpers (9) abgewandten Seite weist der Ventil
körper einen zylindrischen Ansatz (29) auf, der einen lang
lochförmigen Durchbruch (14) in Bewegungsrichtung aufweist.
Der zylindrische Ansatz (29) weist einen Kanal (30) (hier
durch Entfernen eines Teils des Zylindermantels) auf, der
bei vollständig geschlossenem Ventil zwischen den beiden
Dichtstellen (6, 10) der beiden Ventilkörper (5, 9) mündet.
Der Ventilkörper (5) der primären Trennstelle ist ebenfalls
kegelförmig ausgebildet, weist aber im Kegelbereich eine
Nut zur Aufnahme einer elastischen Dichtung (8) auf, wobei
die elastische Dichtung über den Bereich des Kegelmantels
hervorsteht, so daß sie in Kontakt mit dem zugehörigen
Dichtbereich (6) des Ventilsitzes (7) kommt, wenn der
Kegelmantel des Ventilkörpers (5) am Kegelmantel des
Ventilsitzes anliegt. Dabei ist der Kegelwinkel des Ventil
körpers (5) zweckmäßigerweise gleich groß oder etwas größer
ausgeführt als der Kegelwinkel des Ventilsitzes (7), so daß
bei geschlossenem Ventil zwischen Ventilkörper und Ventil
sitz kein Spalt vorhanden ist, in den die elastische
Dichtung durch den Druck im Zuflußraum gedrückt werden
könnte. Dadurch ist eine Beschädigung der Dichtung infolge
Spaltextrusion ausgeschlossen. Der Begriff der elastischen
Dichtung wird hier für die Gesamtheit aller Dichtungen
verwendet, die bei den auftretenden Flächenpressungen im
Dichtspalt durch die Fähigkeit zu einer elastischen
Verformung selbst dann eine zuverlässige Dichtwirkung
gewährleisten, wenn ein Dichtpartner Oberflächen
beschädigungen aufweist oder wenn sich kleinerer Fremd
körper im Dichtspalt befinden. Als Werkstoffe eignen sich
neben den Elastomeren unter anderem auch insbesondere die
Thermoplaste und Duroplaste. Neben der hier beschriebenen
Aufnahme der elastischen Dichtung im Ventilkörper sind auch
Ausgestaltungen denkbar, bei denen die elastische Dichtung
im Bereich des Ventilsitzes angeordnet ist. Der Ventil
körper (5) weist eine zylindrische Kammer (31) auf, die auf
der dem Dichtsitz zugewandten Seite hin offen ist. Der
Durchmesser und die Länge der Kammer (31) sind so ausgebil
det, daß der zylindrische Ansatz (29) des Ventilkörpers (9)
der sekundären Trennstelle darin Platz findet. Quer durch
die Kammer (31) verläuft ein Mitnehmer (13), der hier
zylindrisch ausgebildet ist und so groß ist, daß er durch
den langlochförmigen Durchbruch (14) im Ventilkörper (9)
der sekundären Trennstelle paßt. Die axial Anordnung des
Mitnehmer (13) ist so auf den Durchbruch (14) abgestimmt,
daß eine begrenzte Bewegung der beiden Ventilkörper (5, 9)
zueinander in Betätigungsrichtung des Ventils möglich ist.
Dabei ist die eine Grenzstellung gegeben, wenn die Kegel
mäntel der beiden Ventilkörper (5, 9) Kontakt mit dem
Kegelmantel des Ventilsitzes (7) haben. Die andere Grenz
stellung ist erreicht, wenn sich die beiden Ventilkörper um
einen durch die Länge des Durchbruches (14) definierten Weg
voneinander entfernt haben. In dieser Stellung ist es mög
lich, daß der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle
in Kontakt mit dem zugehörigen Dichtbereich (10) des
Ventilsitzes (7) steht, während sich der Ventilkörper (5)
bzw. die elastische Dichtung (8) der primären Trennstelle
in einem deutlichen Abstand zum zugehörigen Dichtbereich
(6) des Ventilsitzes befindet. Denkbar sind auch andere
Ausgestaltungen der Verbindung zwischen den beiden Ventil
körpern, die die beschriebene Funktion erfüllen. Auf der
dem Ventilkegel abgewandten Seite weist der Ventilkörper
(5) einen Steuerkolben (11) auf, der durch die Verschluß
schraube (28) aus dem Ventilgehäuse herausgeführt wird. Der
Steuerkolben weist im ausgeführten Beispiel im Dichtbereich
(15) der Durchführung den gleichen Querschnitt auf wie die
Betätigungsstange (4) im Dichtbereich (16) ihrer Durchfüh
rung, aber einen deutlich kleineren Querschnitt als der auf
dem Ventilsitz (7) vom Ventilkörper (5) bzw. der Dichtung
(8) vom Zuflußraum abgetrennte Querschnitt. Zur Erzeugung
anderer Kräfteverhältnisse beim Öffnen, Offenhalten
und/oder Schließen des Ventils ist aber auch eine andere
Ausgestaltung der Querschnitte denkbar. Die auf den Ventil
körper (5) in Schließrichtung wirkende Rückstellfeder (12)
stützt sich über einen Dichtungshalter (32) an der
Verschlußschraube (28) ab.
In den weiteren Darstellungen sind konstruktiv erforder
liche Elemente, wie z. B. Gehäuseteile, Dichtungen,
Rückstellfedern etc. eingezeichnet, ohne daß diese im
einzelnen erläutert werden. Diese, wie auch die weitere
konstruktive Ausgestaltung der beschriebenen Ventil
anordnung sind typisch für die Anwendung und entsprechen
dem Stand der Technik.
In Fig. 3a. . .c ist ein Ablauf dargestellt, der sich ergibt,
wenn ein Pistolenventil gemäß Fig. 1 vom Bediener geschlos
sen wird. In Fig. 3a ist das Pistolenventil geöffnet. Die
Reinigungsflüssigkeit tritt durch den Anschluß (2a) in das
Ventilgehäuse ein, fließt durch den Durchlaß zwischen den
Ventilkörpern (5, 9) und dem Ventilsitz (7) in den Abfluß
raum (3) und verläßt das Ventilgehäuse durch den Anschluß
(3a). Dabei steht die Reinigungsflüssigkeit unter hohem
Druck, der je nach Reinigungsaufgabe bis 500 bar und mehr
betragen kann. Dieser im Inneren des Ventilgehäuses
wirkende Druck übt sowohl auf die Betätigungsstange (4) als
auch auf den Steuerkolben (11) eine hydraulische Kraft aus,
die in der jeweiligen Gehäuseaustrittsrichtung wirkt.
Dadurch haben sich die Ventilkörper im Bereich der durch
die Verbindung (13, 14) ermöglichten Bewegung maximal
voneinander entfernt - der Mitnehmer (13) liegt an der
entsprechenden Seite des Durchbruchs (14) an. Da die Quer
schnitte von Betätigungsstange und Steuerkolben gleich groß
ausgeführt sind, sind auch die beiden hydraulischen Kräfte
gleich groß. Durch die Verbindung der beiden Ventilkörper
(5, 9) heben sich die hydraulischen Kräfte bezogen auf die
aus dem Gehäuse tretenden Ventilteile (4, 11) gegenseitig
auf. Deshalb muß der Bediener zum Offenhalten des Pistolen
ventil unabhängig vom Druck der Reinigungsflüssigkeit nur
noch eine Kraft aufbringen, die der Kraft der Rückstell
feder (12) entspricht.
In Fig. 3b ist die Stellung der Bauteile dargestellt, die
sich unmittelbar nach dem Schließen des Pistolenventils
durch Loslassen des Betätigungshebels ergibt. Die Rück
stellfeder (12) hat die beiden Ventilkörper (5, 9) so weit
in Richtung Ventilsitz (7) verschoben, bis der Ventilkörper
(9) der sekundären Trennstelle am zugehörigen Dichtbereich
(10) des Ventilsitzes (7) anliegt. Dadurch ist die sekun
dären Trennstelle geschlossen, und es kann bis auf unbedeu
tende Leckagen im Bereich der Dichtstelle keine Flüssigkeit
mehr durch das Ventil strömen. Der Druck im Zuflußraum (2)
Ventilgehäuse entspricht noch dem Arbeitsdruck oder liegt
deutlich darüber. Der Druck im Abflußraum (3) entspricht
dem Umgebungsdruck. Da der Druck im Zuflußraum (2) auch
weiterhin auf den Steuerkolben (11) wirkt, hat sich die
Lage der Ventilkörper (5, 9) zueinander noch nicht
geändert.
Wenn nun durch eine entsprechenden Schaltung im Hochdruck
reinigungsgerät der Druck im Zuleitungsschlauch zur Spritz
pistole und damit auch im Zuflußraum (2) auf einen geringen
Wert (ca. 10...20 bar) abgesenkt wird, reduziert sich damit
auch die auf den Steuerkolben (11) wirkende hydraulische
Kraft. Die Rückstellfeder (12) ist so ausgelegt, daß sie
beim abgesenkten Druck eine Kraft aufbringt, die größer ist
als die auf den Steuerkolben wirkende hydraulische Kraft.
Infolgedessen verschiebt die Rückstellfeder den Ventil
körper (5) der primären Trennstelle so weit, bis der
Ventilkörper (5) bzw. die elastische Dichtung (8) am
zugehörigen Dichtbereich (6) des Ventilsitzes (7) anliegt.
In diesem Zustand gemäß Fig. 3c ist die Ventilanordnung
hermetisch dicht. Die während dieser Bewegung aus dem Raum
(31) verdrängte Flüssigkeit kann durch den Kanal (30) in
den Zuflußraum (2) entweichen.
Beim Öffnen des Pistolenventils, das infolge der Druck
absenkung nur gegen einen verhältnismäßig geringen Druck
erfolgt, heben sich beide Ventilkörper (5, 9) gleichzeitig
von Ventilsitz ab, und geben den Durchfluß durch das Ventil
frei. Wenn sich dann in Inneren des Ventils der Druck
wieder aufbaut, bewegen sich die beiden Ventilkörper wieder
auseinander, bis sich die in Fig. 3a dargestellte Situation
eingestellt hat.
Wesentlich für die Erfindung ist, daß beim Schließen des
Ventils ein unempfindlicher, aber nicht unbedingt herme
tisch dichtender Ventilkörper die Strömung unterbricht,
bevor der empfindliche, aber hermetisch dichtende Ventil
körper den Zuflußraum von Abflußraum abtrennt. Das Schließ
verhalten wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch den
Druck im Zuflußraum gesteuert.
Bei den Ausführungen entsprechend Fig. 5. 6 wird das Schalt
verhalten der sekundären Trennstelle vorwiegend mechanisch
durch einen Bewegungsspielraum (23) zwischen den Ventil
körpern (17, 19) bestimmt. Beim Öffnungsvorgang nimmt der
Ventilkörper (19) der primären Trennstelle den Ventilkörper
(17) der sekundären Trennstelle erst dann mit und hebt ihn
damit vom zugehörigen Dichtbereich (18) des Ventilsitzes
(24) ab, wenn er selbst keinen Kontakt mehr mit dem Ventil
sitz hat. Beim Schließen setzt dementsprechend der Ventil
körper (17) der sekundären Trennstelle zuerst auf dem
Ventilsitz auf und unterbricht damit die Strömung durch das
Ventil. Dann erst kommt der Ventilkörper (24) der primären
Trennstelle mit dem Dichtsitz in Kontakt. Der Unterschied
zwischen Fig. 5 und Fig. 6 besteht in der fehlenden Druck
kompensation der Betätigungsstange (25a) beim Ventil gemäß
Fig. 6. Neben den dargestellten Ausführungen sind selbst
verständlich auch Ausführungen mit voll- oder
teilkompensierten Ventilkörpern denkbar.
In Fig. 2 ist ein Rückschlagventil dargestellt, das z. B. im
Unloader eines Hochdruckreinigungsgerätes Verwendung finden
könnte.
Die primäre Trennstelle ist hier unabhängig von der sekun
dären Trennstelle ausgebildet. Die Durchflußrichtung ist
eingezeichnet (Pfeil). Die sekundäre Trennstelle besteht
aus einem Ventilkörper (38), einer auf den Ventilkörper in
Schließrichtung wirkenden Rückstellfeder (41) und einem
ebenen, von Bohrungen (53) durchbrochenen Ventilsitz (40).
Die primäre Trennstelle besteht aus einem kegelförmigen
Ventilkörper (33) mit elastischer Dichtung (36), einer auf
den Ventilkörper in Schließrichtung wirkenden Rückstell
feder (37) und einem kegelförmigen Ventilsitz (35). Ferner
weist der Ventilkörper (33) einen Steuerkolben (42) auf,
der mit einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen Zylinder
(43) zusammenwirkt. Eine Drosselöffnung (44) ermöglicht das
Einströmen von Flüssigkeit in den bzw. das Ausströmen von
Flüssigkeit aus dem Zylinderraum (45), so daß die Bewegung
des Ventilkörpers (33) gedämpft (verlangsamt) wird.
Die Rückstellfedern (37, 41) sind so auf den zugehörigen
Ventilkörper (33, 41) abgestimmt, daß beim Zusammenbrechen
der Strömung bzw. bei Umkehr der Strömungsrichtung (also
entgegen der Durchflußrichtung) zuerst der Ventilkörper
(38) der sekundären Trennstelle in Kontakt mit dem zugehö
rigen Dichtsitz (40) kommt. Eine zusätzliche Verzögerung
des Schließverhaltens der primären Trennstelle wird durch
die hydraulische Dämpfung des entsprechenden Ventilkörpers
(33) bewirkt. Ferner kann durch unterschiedlich gestaltete
Strömungswiderstände der Ventilkörper das Schaltverhalten
beeinflußt werden.
In Fig. 4a. . .c ist ein Ablauf dargestellt, der sich ergibt,
wenn bei einem Rückschlagventil gemäß Fig. 2 die Strömung
zusammenbricht bzw. die Strömungsrichtung umgekehrt wird.
Fig. 4a stellt ein durchströmtes Ventil dar. Nach dem
Zusammenbrechen der Strömung bzw. einer Umkehr der
Strömungsrichtung ergibt sich zunächst der in Fig. 4b
gezeigte Zustand mit geschlossener sekundärer Trennstelle
aber noch offener primärer Trennstelle. Das vollständig
geschlossene Ventil ist in Fig. 4c dargestellt.
Fig. 7 zeigt ein Rückschlagventil, bei dem der Ventilkörper
(46) der primären Trennstelle entsprechend dem in Fig. 1
gezeigten Pistolenventil durch den Druck in Ventilinneren
gesteuert wird. Der Ventilkörper (54) der sekundären Trenn
stelle ist hier als Kugel ausgebildet, die mit einem kegel
förmigen Ventilsitz (55) zusammenwirkt.
Alle hier dargestellten Ausführungsbeispiele der Spritz
pistolenventile haben eine Betätigungsstange, die auf der
Abflußseite aus dem Ventilgehäuse herausgeführt ist.
Möglich sind auch Anordnungen, bei denen die Betätigungs
kraft am auf der Zuflußseite aus dem Gehäuse
herausgeführten Steuerkolben angreift.
Claims (16)
1. Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten,
insbesondere Pistolenventile im Bereich der Hochdruck-
Reinigungstechnik mit einem Ventilgehäuse (1), einem
Zuflußraum (2), einem Abflußraum (3), mindestens einer
Rückstellfeder (12) zum Aufbringen der Schließkraft sowie
einer aus dem Gehäuse herausgeführten Betätigungs
stange (4) zum Betätigen des Ventils
gekennzeichnet durch folgende Merkmale
- a) Zwischen Zuflußraum (2) und Abflußraum (3) sind zwei, bezogen auf die durch das Ventil strömende Flüssigkeit, hintereinander liegende Trennstellen angeordnet.
- b) Die primäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil körper (5) und einem zugehörigen Dichtbereich (6) eines Ventilsitzes (7), sorgt vorzugsweise durch Ausgestal tung mit einer elastischen Dichtung (8) für die Undurchlässigkeit der Ventilanordnung, wenn das Ventil geschlossen ist.
- c) Die sekundäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil körper (9) und einem zugehörigen Dichtbereich (10) eines Ventilsitzes, sorgt vorzugsweise durch Ausgestal tung ohne elastische Dichtung für die Unempfindlichkeit der Ventilanordnung gegenüber den Belastungen beim Schaltvorgang, ist aber nicht zwangsläufig hermetisch dicht ausgeführt.
- d) Eine Steuerung sorgt dafür, daß die primäre Trenn stelle ihren Schaltzustand beim Schließvorgang nicht vor der sekundären Trennstelle und beim Öffnungsvorgang nicht nach der sekundären Trennstelle ändert, so daß eine Beschädigung der primären Trennstelle durch Druck spitzen, Spaltextrusion und Erosionsvorgänge beim Schaltvorgang verhindert wird.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale
- a) Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist in Betätigungsrichtung fest mit der auf der Seite des Abflußraumes (3) aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Betätigungsstange (4) verbunden.
- b) Der Ventilkörper (5) der primären Trennstelle ist in Betätigungsrichtung fest mit einem auf der Seite des Zuflußraumes (2) aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Steuerkolben (11) verbunden, wodurch der auf Zufluß seite im Ventilgehäuse herrschende Druck eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf den Ventilkörper (5) ausübt.
- c) Die Rückstellfeder (12) der Ventilanordnung ist mit dem Ventilkörper (5) der primären Trennstelle verbunden und übt eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf den Ventilkörper aus.
- d) Die Schaltbewegung zumindest einer der beiden Trenn stellen bzw. Ventilkörper erfolgt durch eine mecha nische Betätigungsvorrichtung (4), die aus dem Ventil gehäuse (1) herausgeführt ist.
- e) Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist in Betätigungsrichtung mit dem Ventilkörper (5) der primä ren Trennstelle verbunden, wobei diese Verbindung (13) in Betätigungsrichtung einen definierten Bewegungs spielraum (14) zwischen den Ventilkörpern aufweist, der ein Schließen der sekundären Trennstelle vor der primären Trennstelle ermöglicht.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Querschnitt des Steuerkolbens (11) im
Dichtbereich (15) der Durchführung zumindest nicht größer
ist als der Querschnitt der Betätigungsstange (4) im
Dichtbereich (16) der Durchführung.
4. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche
1. . .3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des
Steuerkolbens (11) im Dichtbereich (15) der Durchführung
dem Querschnitt der Betätigungsstange (4) im Dichtbereich
(16) der Durchführung entspricht, so daß sich bei geöff
netem Ventil infolge der Verbindung (13, 14) der beiden
Ventilkörper (5, 9) die in Betätigungsrichtung auf den
Steuerkolben (11) und die Betätigungsstange (4) wirkenden
hydraulischen Kräfte kompensieren, wodurch der Bediener
nur noch die Kraft der Rückstellfeder (12) zum Offen
halten des Ventils aufbringen muß.
5. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche
1. . .4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des
Steuerkolbens (11) im Dichtbereich (15) der Durchführung
deutlich kleiner ist als der auf dem Ventilsitz (7) vom
Ventilkörper (5) bzw. der Dichtung (8) der primären
Trennstelle vom Zuflußraum abgetrennte Querschnitt, so
daß sich bei geschlossenem Ventil auch bei Verwendung
einer schwachen Rückstellfeder (12) und bei niedrigem
Druck im Zuflußraum eine ausreichende Anpreßkraft für die
Dichtung (8) einstellt.
6. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche
1. . .5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (5)
der primären Trennstelle den Ventilkörper (9) der
sekundären Trennstelle glockenförmig umschließt.
7. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche
1. . .6, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Ventil
körpern (5, 9) jeweils zugeordneten Dichtbereiche (6, 10)
des Ventilsitzes konzentrisch auf einem Ventilsitz (7)
angeordnet sind.
8. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilkörper (17) der sekundären Trennstelle mit
der Rückstellfeder (22) der Ventilanordnung in Verbindung
steht und vom Ventilkörper (19) der primären Trennstelle
betätigt wird, wobei sich zwischen den beiden Ventil
körpern in Betätigungsrichtung ein Bewegungsspielraum
(23) befindet, so daß der Ventilkörper (17) der sekundä
ren Trennstelle beim Schließvorgang den Durchfluß unter
bricht, bevor der Ventilkörper (19) der primären Trenn
stelle bzw. dessen elastische Dichtung (21) in Kontakt
mit dem zugehörigen Dichtbereich (20) des Ventilsitzes
(24) kommt und beim Öffnungsvorgang den Durchfluß erst
freigibt, wenn der Ventilkörper (19) der primären Trenn
stelle vom zugehörigen Dichtsitz abgehoben hat.
9. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ventilkörper (17) der sekundären Trenn
stelle den Ventilkörper (19) der primären Trennstelle
glockenförmig umschließt.
10. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 8,
9, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Ventil
körpern (17, 19) jeweils zugeordneten Dichtbereiche (18,
20) des Ventilsitzes konzentrisch auf einem Ventilsitz
(24) angeordnet sind.
11. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1,
8. . .10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange
(25) sowohl auf der Seite des Abflußraumes (3) als auch
auf der Seite des Zuflußraumes (2) aus dem Ventilgehäuse
(1) herausgeführt ist, wobei der Querschnitt der Betäti
gungsstange im Dichtbereich (27) der Durchführung auf der
Zuflußseite (2) zumindest nicht größer ist als im Dicht
bereich (26) der Durchführung auf der Abflußseite (3).
12. Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten,
insbesondere Rückschlagventile im Bereich der Hochdruck-
Reinigungstechnik mit einem Ventilgehäuse (1), einem
Zuflußraum (2) und einem Abflußraum (3)
gekennzeichnet durch folgende Merkmale
- a) Zwischen Zuflußraum (2) und Abflußraum (3) sind zwei, bezogen auf die durch das Ventil strömende Flüssigkeit, hintereinander liegende Trennstellen angeordnet, wobei die Schaltbewegung zumindest einer der beiden Trenn stellen bzw. Ventilkörper von der durch die Ventil anordnung strömenden Flüssigkeit erzeugt wird, so daß sich in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung eine Öffnungs- oder Schließbewegung ergibt.
- b) Die primäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil körper (33) und einem zugehörigen Dichtbereich (34) eines Ventilsitzes (35), sorgt vorzugsweise durch Aus gestaltung mit einer elastischen Dichtung (36) für die Undurchlässigkeit der Ventilanordnung, wenn das Ventil geschlossen ist.
- c) Die sekundäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil körper (38) und einem zugehörigen Dichtbereich (39) eines Ventilsitzes (40), sorgt vorzugsweise durch Aus gestaltung ohne elastische Dichtung für die Unempfind lichkeit der Ventilanordnung gegenüber den Belastungen beim Schaltvorgang, ist aber nicht zwangsläufig hermetisch dicht ausgeführt.
- d) Eine Steuerung sorgt dafür, daß die primäre Trenn stelle ihren Schaltzustand beim Schließvorgang nicht vor der sekundären Trennstelle ändert, so daß eine Beschädigung der primären Trennstelle durch Druck spitzen, Spaltextrusion und Erosionsvorgänge beim Schließvorgang verhindert wird.
13. Ventilanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß sowohl der Ventilkörper (33) der primären
Trennstelle als auch der Ventilkörper (38) der sekundären
Trennstelle von der durch die Ventilanordnung strömende
Flüssigkeit bewegt wird, wobei sich in Abhängigkeit von
der Strömungsrichtung eine Öffnungs- oder Schließbewegung
ergibt.
14. Ventilanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß jeweils eine Rückstellfeder (37, 41)
die Schließbewegung der Ventilkörper unterstützt, wobei
deren Kräfte so auf den jeweils zugehörigen Ventilkörper
abgestimmt sind, daß bei einem Durchströmen der Flüssig
keit in Schließrichtung der Ventilkörper (33) der primä
ren Trennstelle erst dann in Kontakt mit dem zugehörigen
Ventilsitz (35) kommt, d. h. schließt, wenn der Ventil
körper (38) der sekundären Trennstelle die Strömung
unterbrochen hat.
15. Ventilanordnung mindestens einem der Ansprüche 12, 13,
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (33) der
primären Trennstelle einen Steuerkolben (42) aufweist,
der mit einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen Zylinder
(43) zusammenwirkt, wobei eine Drosselöffnung (44) das
Einströmen von Flüssigkeit in den bzw. das Ausströmen von
Flüssigkeit aus dem Zylinderraum (45) ermöglicht, so daß
die Bewegung des Ventilkörpers (33) gedämpft und
insbesondere das verzögerte Schließverhalten des Ventil
körpers unterstützt wird.
16. Ventilanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet
dadurch, daß der Ventilkörper (46) der primären Trenn
stelle in Betätigungsrichtung fest mit einem Steuerkolben
(47) verbunden ist, der in Öffnungsrichtung des Ventil
körpers in einen gegenüber dem Ventilinneren abgedichte
ten (48) und mit der Umgebung in Verbindung (49)
stehenden Raum (50) geführt ist, wodurch der Druck im
Ventilgehäuse eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf
den Ventilkörper (46) ausübt, während gleichzeitig eine
Rückstellfeder (51) eine in Schließrichtung wirkende
Kraft auf den Ventilkörper ausübt, so daß der Ventil
körper (46) der primären Trennstelle erst in Kontakt mit
dem zugehörigen Ventilsitz (52) kommt, d. h. schließt,
wenn der Druck im Ventilgehäuse einen durch die Rück
stellfeder und den Querschnitt des Steuerkolbens
definierten Wert unterschritten hat.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999108595 DE19908595A1 (de) | 1999-02-27 | 1999-02-27 | Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999108595 DE19908595A1 (de) | 1999-02-27 | 1999-02-27 | Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19908595A1 true DE19908595A1 (de) | 2000-08-31 |
Family
ID=7899116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999108595 Withdrawn DE19908595A1 (de) | 1999-02-27 | 1999-02-27 | Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19908595A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6840504B2 (en) | 2001-04-02 | 2005-01-11 | Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha | High-pressure switching valve device |
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DE202012009073U1 (de) * | 2012-09-23 | 2013-09-25 | Josef Kränzle GmbH & Co. KG | Steuervorrichtung für Pumpen bei Hochdruckreinigern |
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- 1999-02-27 DE DE1999108595 patent/DE19908595A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |