DE2437996A1

DE2437996A1 - Druckausgeglichenes ventil fuer zwei stroemungsrichtungen

Info

Publication number: DE2437996A1
Application number: DE2437996A
Authority: DE
Inventors: Ralph William Tartaglia
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1973-08-20
Filing date: 1974-08-07
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2241740A1; CH581798A5; BE818816A; NL7408279A; SE412280B; IT1013491B; JPS5045323A; US3888280A; FR2241740B1; GB1422079A; JPS5427974B2; SU572218A3; CA1019717A; ES429395A1; SE7410425L

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL
CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsvlvania 15219

V. St. A. ~ '"" —

Unser Zeichen: R 841

Druckausgeglichenes Ventil für zwei Streamings richtungen

Mit der Erfindung wird, kurz zusammengefaßt, ein Hochdruckventil für zwei Strömlings richtungen des Typs geschaffen, bei dem ein Hilfsventil einen DruckenLlüfluugsdurchgang durch ein Hauptventil steuert. Dabei wird das Hauptventil zwischen -einer offenen und einer geschlossenen Stellung durch eine angetriebene Stange zwangsläufig bewegt, und während der Bewegung in die offene oder geschlossene Stellung ist das Hauptvantil unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil durckausgeglichen. Ein auf der dem Hauptventilsitz abgewandten Seite des Hauptventils angeordneter, a.ls Steuerkammer dienender Raum ist durch eine Verbindungsleitung für das fließfähige Medium mit einem Rückschlagventil an die durch das Hauptventil verschließbare Strömungsdurchgangsöffnung angeschlossen. Dadurch werden die Druckkräfte des fließfähigen Mediums, die auf ö.ie beiden einander abgewandten Seiten des Hauptventils einwirken, im wesentlichen

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ausgeglichen gehalten, wenn die Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums der Schließbewegungsrichtung des Hauptventils entgegengesetzt ist.

Die Erfindung betrifft Ventile für zwei Strömungsrichtungen für Leitungen mit einem unter hohem Druck stehenden, fließfähigen Medium, bei dem ein Hauptventil zwischen offenen und geschlossenen Stellungen zwangsläufig durch einen Antrieb bewegt wird, der über eine Ventilstange wirkt, und insbesondere auf solche Ventile, bei denen unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil das Hauptventil während'der Öffnungs- und Schließbewegung zur Verringerung der für den Antrieb zur Ventilbewegung erforderlichen Kraft druckausgeglichen ist.

Bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung sind für ein derartiges Ventil in der US-PS 3 601 157 beschrieben. Das in dieser !Patentschrift beschriebene Ventil hat einen Hauptventilkorper, der mit einem Durchgang ausgebildet ist, der durch ein Hilfsventil auf einer hin- und herbewegbaren Ventiistange geschlossen oder geöffnet werden kann. Wenn bei diesem Ventil das fließfähige Medium, in einer vorbestimmten Richtung strömt und der Hauptventilkorper geschlossen ist, sitzt das Hilfsventil zum Abschluß des Durchganges durch den Hauptventilkorper auf, und der in eine Kammer in dem Ventilkörper eingeleitete Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils wird auf eine Seite des Hauptventilkörpers für eine Verstärkung der Ventilschließkraft aufgebracht. Wenn dieses Ventil geöffnet wird, wird zuerst das Hilfsventil von seinem Sitz abgehoben, damit der Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils aus der Kammer in Strömungsrichtung unterhalb des Ventils zum Ausgleich des auf die einander angewandten Seiten des Hauptventils v/irkenden Druckes des fließfähigen Mediums füx¹ eine Verringerung der zum öffnen

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des Hauptventils erforderlichen Kraft abgelassen werden kann. Wenn das in der vorgenannten Patentschrift beschriebene Ventil geschlossen werden soll, wird das Hilfsventil zum Abschluß des Durchganges, der die beiden einander abgexvandten Seiten des Hauptventilkörpers verbindet, auf seinen Sitz aufgesetzt und es wird ein anderer Durchgang geöffnet, der den Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in die vorgenannte Kammer leitet, wodurch die Ventilschließkraft verstärkt wird.

Obwohl das in der US-PS 3 601 157 beschriebene Ventil eine wesentlich verbesserte Ausführung für den Betrieb darstellt, für den es vorgesehen ist, so ist diese Ausführung nur für eine Richtung brauchbar, da das Merkmal des Druckausgleiches in Verbindung mit dem strömenden, fließfähigen Medium nur in einer Richtung durch das Ventil vorgesehen ist. In einer Betriebsweise ist das Merkmal des Druckausgleiches bei dieser Ausführung a.uch von der Strömung des fließfähigen Mediums durch eine Vielzahl von Durchgängen mit relativ kleinem Durchmesser abhängig. Der gesamte Strömungsbereich durch diese Durchgänge ermöglicht nur ein relativ langsames Ansprechen auf plötzliche Druckveränderungen auf den beiden einander abgewandten Seiten des Hauptventilkörpers.

Die Erfindung ist eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, der durch das in der Patentschrift beschriebene Ventil repräsentiert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil erfolgt der durch ein Hilfsventil gesteuerte Druckausgleich auf den beiden einander abgewandten Seiten des Hauptventilkörpers sowohl während der Öffnungs- als auch während der Schließbewegungen des Hauptventils bei einem Strom des fließfähigen Mediums in beiden Richtungen durch das Ventil. Das erfindunpjsgemäße Ventil hat auch Mittel zum schnellen Ansprechen auf plötzliche Druckveränderungen auf den einander abgewandten Seiten des Hauptventilkörpers.

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In der US-PS 3 624- 753 ist ein Ventilmechanismus beschrieben, der zur Verzögerung des öffnens des Hauptventils dient, bis ein Hilfsventil zum Druckausgleich in den Einlaß- und Auslaßöffnungen eines Ventilkörpers geöffnet hat. Die in dieser Patentschrift beschriebene Ausführung für zwei Strömungsrichtungen verwendet eine komplizierte Ventilkonstruktion, die eine dauernde Verbindung des in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils herrschenden Druckes mit einem von zwei Bereichen in dem Ventilkörper sorgt, damit das Hauptventil in seine geschlossene Stellung gedrückt wird. Zum Ablassen des Druckes in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils zu der in Strömungsrichtung unterhalb liegenden öffnung für einen dadurch erfolgenden Ausgleich des Druckes des fließfähigen Mediums in den Einlaß- und Auslaßöffnungen des Ventilkörpers dient ein Hilfs- oder Steuerventil. Die in dieser Patentschrift beschriebene Ausführung verwendet einen Druck in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils zum Halten des Ventils in seiner geschlossenen Stellung, bis der Druck des fließfähigen Mediums in beiden zu dem Ventil führenden Leitungen ausgeglichen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wird eine Kombination eines Hauptventils und eines Hilfsventils verwendet, die weniger kompliziert ist als die Kombination, die in der US-PS 3 624- 753 beschrieben ist, da das erfindungsgemäße Ventil nur eine einzige Druckkammer zum Druckausgleich auf den beiden einander abgewandten Seiten des Hauptventils unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil verwendet. Die Druckkammer befindet sich auf der Seite des Hauptventils, die von dem Ventilsitz abgewandt ist. Die Ventilkonstruktion ist so ausgeführt, daß die Kammer unter dem gleichen Druck des fließfähigen Mediums gehalten wird, wenn der Strömungsdurchgang durch das Ventil direkt entgegengesetzt zu der Kammer ist, damit die für das öffnen oder Schließen des Hauptventils erforderliche Kraft

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verringert wird. Bei "bestimmten Anwendungen des erfindungsgemäßen Ventils wird der Druck in der stromaufwärts liegenden Leitung als zusätzliche Schließkraft auf das Hauptventil verwendet. Jedoch, wird diese Kraft zur Hinderung des Hauptventils an einer Öffnung,nachdem das Hilfsventil geöffnet ist, nicht aufgebracht, wie dies in der US-PS 3 624 753 für die komplizierte Ventilkonstruktion beschrieben ist. Das erfindungsgemäße Ventil ist auch zum Steuern des Stromes von fließfähigen Medien mit hoher Temperatur anwendbar, da bestimmte Ausführungen dieses erfin-· dungsgemäßen Ventils nicht auf der Verwendung von elastomeren Dichtelementen beruhen. Derartige Dichtelemente werden bei dem Ventil der US-PS 3 624 753 für eine Ausführung für zwei Strömungsrichtungen vorgeschlagen und diese Dichtelemente sind im allgemeinen nur zur Steuerung des Stromes von fließfähigen' Medien mit einer Temperatur von nicht mehr als ca.200⁰C. (400° F.) verwendbar.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Ventil für Leitungen mit einem unter hohem Druck stehenden,fließfähigen Medium zu schaffen, das unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil unter einem Druckausgleich geöffnet oder geschlossen werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Ventil für Leitungen mit einem unter hohem Druck stehenden,fließfähigen Medium zu schaffen, das ein Haup^tventil und ein Hilfsventil hat, das zur Aufrechterhaltung des gleichen Druckes a\if den einander abgewandten Seiten des Hauptventils während der Öffnungs- und Schließbewegung des Hauptventils unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil dient.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Ventil für Leitungen mit einem unter hohem Druck stehenden,fließfähigen Medium zu schaffen, das ein Hauptventil sowie ein Hilfsventil hat, das in Abhängigkeit von einer plötzlichen Druckveränderung auf einer Seite des Hauptventils zum öffnen eines Durchganges für das fließfähige Medium und zum Ausgleich der Druckkräfte öffnet, die auf die einander angewandten Seiten des Hauptventils während der öffnungs- und Schließbewegung des Hauptventils unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil wirken.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein druckausgeglichenes Ventil für zwei Strömungsrichtungen für unter hohem Druck stehende, fließfähige Medien zu schaffen, das nicht von der Verwendung von elastomeren Dichtelementen abhängt und das daher zur Steuerung des Stromes von unter hohem Druck stehenden, fließfähigen Medien bei Temperaturen über ca.200 C. (400° F.) verwendbar ist.

Weitere Ziele der Erfindung sind die Schaffung neuer Ventile für zv/ei Strömlingsrichtungen mit gemeinsamen Betriebs Charakteristiken der später beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei denen die neuen Konstruktionsdetails zur Erreichung der vorgenannten Ziele .dienen.

In einem anschließend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Ventil im wesentlichen die gleiche Konstruktion, wie sie in der US-PS 3 601 157 beschrieben ist, so daß das Ventil in der gleichen Weise arbeiten kann, wie sie in dieser Patentschrift beschrieben ist, wenn das fließfähige Medium in einer Richtung durch das Ventil strömt. Jedoch ist das Ventil ao ausgeführt, daß es bei einem Druckausgleich arbeitet, wenn das fließfähige Medium in der entgegengesetzten Richtung strömt. Dies erfolgt durch die Schaffung eines speziellen einseitig gerichteten Durchganges zwischen einer der Ventilströmungsöffnungen und einer Druckkammer für das fließ-

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fähige Medium, die sieb, auf einer Seite des Hauptventils befindet, die von dem Ventilsitz abgewandt ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Konstruktion etwas abweichend. Hier kann das Hilfsventil mit der Ventilstange eine Verbindung mit einem Spiel haben und das Hilfsventil arbeitet in Verbindung mit dem Durchgang durch den Hauptventilkörper als Rückschlagventil, um den gleichen Druck des fließfähigen Mediums auf den einander abgewandten Seiten des Hauptventils während der Öffnungs- und Schließbewegungen des Hauptventils unabhängig von der Strömungsrichtung des fließ fällig en Mediums durch das Ventil zu halten.

Das erfindungsgemäße Ventil und die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind für bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung, in der für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet sind, zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen und teilweise geschnittenen Teilen eines Ventils mit zwei Strömungsrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Teil eines hauptsächlich geschnittenen weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fig. 3 die Schnittdarstellung der Fig.2, bei der die Ventilstange in einem angehobenen Eingriff mit einer Kombination eines Hilfs- und Rückschlagventils sowie mit dem Hauptventil steht,

Fig. 4 einen weiteren der Fig.3 entsprechenden Schnitt, der jedoch das Hauptventil geschlossen und das Hilfsventil von seinem Sitz nach oben verschoben zeigt und

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Fig. 5 einen Schnitt ähnlich dem der Fig.2, der jedoch eine Abwandlung zeigt, in der eine schwache Feder das Gewicht des Hilfsventils ausgleicht.

Gemäß Fig.1 hat ein Ventilkörper 10 an den Enden hohle, miteinander fluchtende Angüsse 11 und 12, die Durchflußkanale 13 und 14 bilden, und einen zwischen den Durchflußkanälen 13 und 14 an der Mündung des Durchflußkanales 14 vorgesehenen ringförmigen Ventilsitz 15· Innerhalb des Ventilkörpers befindet sich angrenzend an den Ventilsitz 15 eine Ventilsteuerkammer 16 mit einem zylindrischen Abschnitt Λ7α der eine Gleitführung für eine Hauptventilverschlußscheibe 18 bildet, wenn diese sich für einen Eingriff mit dem Ventilsitz 15 bewegt. Oberhalb des zylindrischen Abschnittes 17 kann der Ventilkörper mit einer Eeihe von in Umfangsrichtung voneinander im Abstand befindlichen parallelen Führungen 20 für eine Gleitführung der Scheibe 18 oberhalb des ringförmigen Ventilsitzes 15 haben.

Die Kammer 16 ist mit einer zylindrischen Bohrung 19 ausgeführt, die verschiebbar einen Kolben 21 aufnimmt. Der Kolben 21 hat Kolbenringe 22 in auf seinem Außenumfang angeordneten Nuten, die verschiebbar mit der B.ohrungs oberfläche in Eingriff kommen. Der Ventilsitz 15, der zylindrische Abschnitt 17 und die Bohrung 19 sind koaxial zueinander angeordnet. Der Kolben 21 ist mit der Scheibe 18 durch einen konzentrischen hohlen Schaft 23 starr verbunden. Der Schaft 23 ist durch Schweißen bei 24 an der Unterseite des Kolbens 21 befestigt, wobei er eine zentrische öffnung 25 durch den Kolben umgibt. An seinem unteren Ende ist der Schaft 23 an der Scheibe 18 durch eine Gewindeverbindung 26 innerhalb eines hohlen, nach oben vorstehenden Angusses 27 befestigt. Der Anguß umgibt das obere Ende einer zentrischen Durchgangsöffnung

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28 durch die Scheibe. Eine Madenschraube 29 sichert die Gewindeverbindung zwischen der Scheibe 18 und dem Schacht 23· Die starr miteinander verbundene Einheit, die aus der Scheibe 18, dem Schaft 23 und dem Kolben 21 besteht, wird hier als Hauptventil bezeichnet.

Durch die Kolbenöffnung 25 und den hohlen Schaft 23 erstreckt sich koaxial frei eine Ventilstange 31· Aq dem unteren Ende der Ventilstange 31 ist beispielsweise durch eine mit einer Schraube 33 gesicherte Gewindeverbindung 32 ein Hilfsventil 34- befestigt. Die DurchgangsÖffnung 28 durch die Scheibe ist mit einem ringförmigen Hilfsventilsitz 35 für das Hilfsventil 34- ausgebildet. Die DurchgangsÖffnung 28 ist oberhalb des Sitzes 35 bei 36 für eine freie Aufnahme des Hilfsventils 34- vergrößert. Das Hilfsventil 34- hat einen größeren Durchmesser als die Bohrung 37 des Schachtes 33· Wenn sich das Hilfsventil 34- in einer geschlossenen Stellung befindet, sitzt es auf dem Ventilsitz 35 auf. So hat es beispielsweise in Fig.i in Längsrichtung einen Abstand von einer festen Ringfläche 38 an dem unteren Ende des Schaftes 23- Wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, schlägt das Hilfsventil 34- gegen die !lache- 38 an, nachdem es von dem Sitz 35 über eine vorbestimmte Strecke nach oben verschoben ist. Diese Anordnung bildet eine wirksame, ein Spiel aufweisende Verbindung zwischen der Ventilstange 31 und &er Scheibe 18 während des VentilöffnungsVorganges. Das Hilfsventil 34- ist zur Bildung einer ringförmigen Nut oder Vertiefung 34-' außerhalb der Gewindeverbindung 32 hinterschnitten und mehrere kreisförmige Durchgänge 50 sind auf dem Umfang des Ventils 34- vorgesehen. Diese Durchgänge 50 stellen eine Verbindung für das fließfähige Medium zwischen der Scheibenöffnung 28 und der Bohrung 37 des Schaftes= 23 her, wenn das Ventil 34· gegen die Fläche 38 anliegt.

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Has obere Ende der Kammer 16 ist durch, eine Kopfplatte 39 flüssigkeitsdicht verschlossen. Die Kopfplatte 39 ist an dem Ventilkörper 10 beispielsweise durch. Bolzen 41 befestigt. Die Ventilstange 31 erstreckt sich, verschiebbar durch, eine öffnung in der Kopfplatte 39 ₅ wo sie von einer Packung 30 umgeben ist. Eine Leckanzapfleitung 42 steht mit der Packung 30 in Verbindung zur Ableitung eines Leckverlustes durch die untere Packung und zur Verhinderung eines Austretens des fließfähigen Mediums in die Atmosphäre beim Undichtwerden der Packung 30·

Die oben beschriebene Konstruktion kann ähnlich der Konstruktion sein, die in der US-PS 3 601 157 beschrieben ist und auf die für weitere Einzelheiten Bezug genommen wird.

Parallele, rohrförmige Stützen 43 sind mit ihren unteren Enden 44 durch Schrauben 40 an der Platte 39 abnehmbar befestigt. Ihre oberen Enden 45 sind an einer Verbindungsplatte 46 befestigt. Auf der Platte 46 ist durch Schrauben 47 ein Pneumatikmotor 48 montiert. Der Motor 48 hat eine sich nach unten erstreckende, hin- und herbewegbare Antriebsstange %9₅die zentrisch zu der Ventilstange 31 angeordnet ist.

Über der Kopfplatte 39 ist an dem oberen Ende der Ventilstange 31 ein Joch 51 abnehmbar befestigt. Das Joch 51 hat eine quer verlaufende Platte 52 mit einer zentrischen Bohrung 53, durch die sich eine Kupplungshülse J?4 erstreckt. Die Kupplungshülse 54 ist an der Platte 52 befestigt und sie hat für das obere Ende der Ventilstange 31 eine Gewindeverbindung 55· Die Kupplungshülse 54 ist in gleicher Weise durch ein Gewinde bei 56 mit der Motorantriebsstange 49 verbunden, die sich durch einen Stoßdämpfer 58 nach unten erstreckt. Der Stoßdämpfer 58 kann mit einem reversiblen, fließfähigen Medium und einem Kolben so ausgeführt sein,

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wie dies in der US-PS 3 531 078 oder in der US-PS 846 692 beschrieben ist. Ein an der Motorantriebs stange 49 befestigter Kolben bewegt sich in einer Zylinderbohrung in dem Hauptkörper des Stoßdämpfers 58 und steuert die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Ventils durch den Motor 48.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Stützen 43 in gleichmäßigem Abstand um die Achse der Ventilstange angeordnet, wobei in der Zeichnung nur zwei Stützen gezeigt sind. Es kann jede beliebige Stützenanzahl für die erforderliche Stabilität vorgesehen sein. Die Jochplatte 52 hat Führungshülsen 59, die mit den Stützen 43 gleitend in Eingriff stehen, wodurch das Joch auf den Stützen .43 verschiebbar angebracht ist. Jede Stütze ist von zwei Schraubendruckfedern 61 und 62 umgeben. Die Federn 61 und 62 sind in Reihe angeordnet, wobei ihre benachbarten Enden auf einem Flansch 63 einer auf der Stütze 43 verschiebbar angebrachten Führungshülse 64 sitzen. Die obere Feder 61 erstreckt sich zwischen der Platte 46 und der Hülse 64 und die untere Feder 62 erstreckt sich zwischen der Hülse 64 und der Jochplatte 52. Es worden zwei Federn 61 und 62 in Seihe auf jeder Stütze verwendet, da eine einzelne Feder mit einem verwendbaren Durchmesser so lang würde, daß die Gefahr eines Ausknickens beim Zusammenpressen bestände.

Von einer Anschlußöffnung 66 in dem Ventildurchflußkanal erstreckt sich eine Leitung 65 durch die Wand des Ventilkörpers zu einem Rückschlagventil 67- Das Rückschlagventil 67 ist durch eine Leitung 70 hinter dem Hauptventil an einen Raum 68 der Steuerkammer angeschlossen. Das Rückschlagventil 67 ist ein Kolbenventil mit einem Verschließelement 57 und einer Feder 60, die das Verschließelement 57 i^a seine geschlossene Stellung drückt. Das kolbenartige Verschließelemeht wird normalerweise in seine geschlossene Stellung ge-

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drückt und es verhindert den Strom des fließfähigen Mediums durch die Leitung 65, solange der Druck des fließfähigen Mediums in der Leitung 70 größer ist als der Druck des fließfähigen Mediums in der Leitung 65· Das Verschließelement öffnet jedoch, damit das fließfähige Medium aus der Leitung 65 in die Leitung 70 strömen kann, sobald der Druck des fließfähigen Mediums in den Durchflußkanal 14 und in der Leitung 65 hoch genug ist, um auf das Verschließelement 57 eine Kraft auszuüben, die den Druck des fließfähigen Mediums in der Leitung 70 überwindet und die Feder 60 zusammendrückt. Das Rückschlagventil 67 und die Leitungen 65 und 70 bilden daher einen einseitig gerichteten Verbindungsdurchgang für das fließfähige Medium zwischen dem Durchflußkanal 14 und dem Raum 68 der Steuerkammer, wenn der Druck des fließfähigen Mediums in dem Durchflußkanal 14 größer ist als der Druck des fließfähigen Mediums in dem Kaum 68 der Steuerkammer, während ein Strom des fließfähigen Mediums aus dem Raum 68 der Steuerkammer in den Durchflußkanal 14 verhindert wird.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden so beschrieben, wie sie zum öffnen und Schließen des Hauptventils bei einer Strömung des fließfähigen Mediums in einer von zwei Richtungen durch die Durchflußkanäle 13 und 14 betrieben werden, und · in bestimmten Fällen erfolgt die Beschreibung hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Druckkräfte des fließfähigen Mediums, die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils im wesentlichen druckausgeglichen wirken, wenn das Hauptventil geschlossen isf. Obwohl in der geschlossenen Stellung des Hauptventils keine Strömung durch das Ventil· erfolgt, existiert in der Praxis ein Differenzdruck des fließfähigen Mediums in den Durchlaßkanälen 13 und 14, der ein Strom des fließfähigen Mediums von einem Durchflußkanal zu dem anderen Durchflußkanal beim öffnen des Ventils verursachen würde. Aus Gründen der Vereinfachung werden die

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Ausdrücke "Strom des fließfähigen Mediums" und "Richtung des Stromes des fließfähigen Mediums" hier dazu benutzt, um die tatsächliche Richtung des Stromes des fließfähigen Mediums bei offenem und bei geschlossenem Ventil anzugeben, wobei das fließfällige Medium unter dem Einfluß des in den Durchflußkanälen 13 und 14 erzeugten Differenzdruckes bei einer Bewegung des Ventils in die offene Stellung in dieser Richtung strömen würde.

Das Ventil ist in Jig.i in seiner vollständig geschlossenen Stellung gezeigt. Die Hauptventilscheibe 18 ist bei 15 vollständig auf den Ventilsitz aufgesetzt, und das Hilfsventil 34 ist bei 35 ebenfalls vollständig geschlossen. Das Verschließen erfolgt wirksam durch den Pneumatikmotor 48, indem die Ventilstange 31 nach unten gedruckt wird. Hierdurch wird die Ventilschließkraft durch das Hilfsventil 34 auf das Hauptventil 18 übertragen und der Motor 48 bleibt eingeschaltet, daio.it er diese Schließkraft bei geschlossenem Ventil ausübt. Wenn der Durchflußkanal 13 der Einlaßkanal ist, wie dies in Fig.i durch den ausgezogenen Pfeil dargestellt ist, und wenn das Ventil geschlossen ist, wird eine zusätzliche Schließkraft durch den Druck des fließfähigen Mediums in dem Raum 68 der Steuerkammer ausgeübt , die auf den mit der Hauptventilscheibe 18 starr verbundenen Kolben 21 wirkt.Unter diesen Bedingungen tritt das fließfähige Medium mit dem in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils herrschenden Druck in dem Raum unterhalb des Kolbens 21 an den Kolbenringen 22 vorbei in den Raum ein, bis der Druck des fließfälligen Mediums in dem Raum 68 die gleiche Höhe hat, wie der Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in dem Durchflußkanal 13· Da der Druck in dem Raum 68 auf die gesamte obere Fläche des Kolbens 21 wirkt, übt er eine starke nach unten gerichtete-Ventilschließkraft aus, die

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das feste Schließen sowohl der Hauptventilscheibe 18 als auch des Hilfsventils 34- unterstützt. Der Druck des fließfähigen Mediums in dem Raum 68 der Steuerkammer wirkt auch durch die Leitung 70 als zusätzliche Schließkraft auf das Schließelement 57 des Rückschlagventils 67· Die Kolbenringe 22 dienen für eine Gleitbewegung des Kolbens 21 in der Bohrung 19 ₅ sie bilden jedoch keine gasdichte Abdichtung, so daß das fließfähige Medium unter dem Druck in Strö'mungsrichtung oberhalb des Ventils in dem Durchflußkanal 13 an den Kolbenringen 22 vorbeiströmen und den Raum 68 unter Druck setzen kann. Durch die flüssigkeitsdichte Abdichtung der Hauptventilscheibe 18, des Hilfsventils 34- und des nur in einer Richtung wirkenden Rückschlagventils 67 erfolgt zwischen dem Raum 68 und dem Auslaßkanal 14- kein Strom des fließfähigen Mediums oder ein Druckaustausch.

Wenn das Ventil geöffnet werden soll, damit das fließfähige Medium aus dem Einlaßkanal 13 in den Auslaßkanal 14 strömen kann, wird für eine Bewegung der Ventilstange 31 nach oben und für ein Abheben des Hilfsventils 34- von seinem Sitz der Pneumatikmotor 48 betätigt. Die nach oben gerichtete Bewegung des Hilfsventils 34· stellt eine Verbindung zwischen dem Raum 68 und dem Auslaßkanal 14 durch die Öffnung 28 und die Bohrung des Schaftes 23 her. Diese Verbindung erlaubt dem fließfähigen Medium in dem Raum 68 mit dem Druck in Ströinungsrichtung oberhalb des Ventils in den Auslaßkanal 14 abzuströmen. Hierdurch wird die gleiche Druckkraft des fließfähigen Mediums auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils ausgeübt, wenn das Hilfsventil 34-vollständig gegen die Fläche 38 anliegt. Eine weiter nach oben gerichtete Bewegung der Ventilstange 31 bei einer Berührung des Hilfsventils 34 mit der Fläche 38 hebt die Hauptventilscheibe von dem Ventilsitz 15 ab und das Ventil

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bewegt sich nach oben, bis eine Ringflache 71 auf Ventilstange 31 mit einem ringförmigen hinteren Sitz 72 auf dem Boden der Kopfplatte 39 für eine weitere Abdichtung gegen einen "Verlust des unter Druck stehenden,fließfähigen Mediums nach oben entlang der Ventilstange in Eingriff kommt. Da das Ventil nach dem Öffnen des Hilfsventils druckausgeglichen ist, ist die Belastung auf der Ventilstange 31 zum Anheben des Ventils wesentlich verringert. Der Eingriff des hinteren Sitzes auf der Ventilstange stoppt die nach oben gerichtete Bewegung der Ventilscheibe 18 etwa in der Höhe, in der vorher sich der Kolben 21 befand, so daß das fließfähige Medium nun ungehindert durch den Ventilkörper strömen kann.

Soll das fließfähige Medium in der entgegengesetzten Richtung strömen, wobei der Durchlaßkanal 14 als Einlaßkanal · oder als Kanal in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils dient, wie dies durch den gestrichelten Pfeil in lTig.1 angegeben ist, und soll das Ventil geschlossen sein, so übt der Motor 48 eine konstante, nach unten gerichtete Ventilschließkraft aus, wie dies vorher beschrieben ist. .Der Raum wird nun durch die Leitungen 65 und 70 im wesentlichen mit dem in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils herrschenden Druck des Durchflußkanals 14 unter Druck gesetzt. Dies wird durch das nun offene Rückschlagventil 67 ermöglicht. Hierdurch erfolgt ein wesentlicher Ausgleich zwischen den Druckkräften des fließfähigen Mediums, die auf den Kolben 21 und das Hilfsventil 34 nach unten wirken und den Druckkräften des fließfähigen Mediums, die auf die Scheibe 18 und auf das Hilfsventil 34 nach oben wirken. Bei einem derartigen druckausgeglichenen Zustand ist die von dem. Motor aufzubringende Schließkraft zur Herstellung einer druckdichten Abdichtung an den Ventilsitzen 15 und 35 wesentlich gegenüber der Kraft verringert, die erforderlich wäre, wenn kein Ausgleich· zwi-

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sehen dem Druck des fließfähigen Mediums, der auf den Kolben 21 und das Hilfsventil 34 nach unten wirkt»und dem Druck, der auf die Ventilscheibe 18 und das Hilfsventil 34 nach oben wirkt, erfolgen würde. Der Motor 48 müßte dann die Ventilscheibe 18 und das Hilfsventil 34- gegen den in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in dem Einlaßdurchgang 14 herrschenden Druck des fließfähigen Mediums schließen. In der Praxis tritt eine Druckleckage aus dem Raum 68 an den Kolbenringen 22 vorbei in den Auslaßkanal 13 auf. Diese Druckleckage ist jedoch unbedeutend und die Größe der Leckage ist so gering, daß jeder Verlust schnell durch den Druck in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils über die von den Leitungen 65 und 70 gebildete Verbindung ersetzt wird.

Wenn das Ventil mit dem Durchflußkanal 14 als Einlaßkanal geöffnet werden soll, wird der Motor 48 zum Anheben der Stange 31 betätigt. Hierdurch wird das Hilfsventil 34 angehoben, das nach einer vorbestimmten Bewegung zur Verschiebung des druckausgeglichenen Ventils in die vollständig offene Stellung fest gegen die Fläche 38 zur Anlage kommt.

Wenn der Motor 48 zur Öffnung des Ventils arbeitet, wird das Joch zum Zusammenpressen der Federn 61 und 62 nach oben gezogen. Hierdurch wird in den Federn Energie gespeichert, so daß die Federn eine konstante starke Federkraft ausüben, die das Ventil in die geschlossene Stellung bewegen will. Sollte die Luftversorgungsleitung für den Motor 48 brechen oder sollte die Luftversorgung auf andere Weise ausfallen, so fällt die Anhebkraft des Motors für die Ventilstange fort und die Federn 61 und 62 bringen das Ventil sofort schlagartig in die in Fig.1 gezeigte geschlossene Stellung.

Ein bedeutsames Merkmal dieser Anordnung der aus dem Pneumatikmotor 48 und den Druckfedern 61 und 62 bestehenden Unter-

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baugruppe, die an der gemeinsamen Halteplatte 4-6 angebracht ist, liegt darin, daß der gesamte Betätigungsmechanismus , einschließlich des Joches 51·> von der Kopfplatte 39 ohne Entlastung der Federn abgenommen werden kann. Dieses Abnehmen erfolgt lediglich durch ein Einsetzen von mit entsprechendem Durchmesser ausgeführten Stiften in Löcher 75 in den Stützen 4-3, durch ein Annehmen der Bolzen 4-0 zum Lösen der Stützen 4-3 von der Kopfplatte und durch ein Lösen der Ventilstange 31 von der Kupplung 54- durch das Ansetzen eines Schraubenschlüssels an den Flächen nahe der Kupplung 54··

Während der öffnungs- oäer Schließbewegung des Hauptventils der Pig.1 bei einer Strömung des fließfähigen Mediums in einer der beiden Richtungen durch das Ventil kann das Rückschlagventil element 55 jederzeit unter dem Einfluß einer Druckerhöhung in dem Durchflußkanal 14- sich öffnen. Durch dieses öffnen des Rückschlagventils wird ein Verbindungsdurchgang für das fließfähige Medium zwischen dem Durchflußkanal 14- und dem Raum 68 über die Leitungen 65 und hergestellt. Hierdurch werden die Druckkräfte des fließfähigen Mediums, die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirken, im wesentlichen ausgeglichen gehalten. Der Durchmesser der Beipaßleitungen 65 und ^O ist so gewählt, daß das Verhältnis zwischen Durchströmgeschwindigkeit durch diese Leitung bei einer Bewegung des Hauptventils auf seinen Sitz, die eine Punktion der Schließgeschwindigkeit ist, und der Geschwindigkeit des Druckverlustes an den Kolbenringen keinen hohen Druckabfall in der Beipaßleitung verursacht, der auf das Ventil wirkende Öffnungskräfte erzeugen würde, deren Richtung der Schließbewegung des Pneumatikmotors entgegengesetzt wäre.

Die Fig.2 - 4- zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein im Inneren angeordnetes Rückschlagventil besitzt.

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Dieses Rückschlagventil ermöglicht, das Hauptventil im druckausgeglichenen Zustand unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil zu öffnen oder zu schließen. In den Pig.2 bis 4 sind die gleichen Bezugszahlen zur Bezeichnung der Teile verwendet worden, die den in Fig.1 beschriebenen Teilen gleich sind und in gleicher Weise arbeiten. In Fig. 2 ist nur der Teil des Ventils unterhalb der Kopfplatte dargestellt. Der Ventilbetätigungsmechanismus oberhalb der Kopfplatte hat die gleiche Ausführung und arbeitet in gleicher Weise wie der Betätigungsmechanismus des in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispieles .

In Fig. 2, die alle Teile des Ventils in ihren geschlossenen Stellungen zeigt, hat eine Hauptventilscheibe 76 eine Durchgangsöffnung 28 und einen Hilfsventilsitz 35· Die Hauptventilscheibe 76 ist auf den ringförmigen Ventilsitz 15 durch den Motor 48 dadurch aufgesetzt -worden, daß der Motor die Ventilstange 31 nach unten drückt. Ein Kragen 77 ist in einer in Längsrichtung festen Stellung auf der Stange 31 zwischen einer Schulter 78 und einer Mutter 79 angebracht. Der Kragen 77 kommt mit einer Fläche 88 eines nach oben vorstehenden Angusses 80 der Scheibe 76 in Berührung, so daß die Motorkraft über die Stange 31 und den Kragen 77 auf die Scheibe 76 des Hauptventils übertragen wird. Die Scheibe 76 ist in das untere Ende einer konzentrisch angeordneten Hülse 81 eingeschraubt. Die Hülse 81 trägt einen mit Kolbenringen 83 versehenen Kolben 82. Der Kolben und die Kolbenringe sind so bemessen, daß sie in der Zylinderbohrung 19 verschiebbar sind. Der obere Abschnitt der Hülse 81 hat einen Innendurchmesser 84, der geringer ist als der Durchmesser des Kragens 77» und die Hülse 81 ist bei 86 zur Aufnahme des Kragens 77 mit einem größeren Durchmesser ausgedreht. Der Durchmess-er dieser Ausdrehung ist so

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groß bemessen, daß der Kragen 77 sich gegenüber der Hülse 81 zwischen einer Schulter 87 und der oberen Fläche 88 des Angusses 80 bewegen kann.

Ein Hilfsventil 90 ist mit einer nach oben offnen Vertiefung ausgeführt, die durch eine Bohrung 91 und eine Bohrungserweiterung 92 gebildet wird. Die Ventilstange 31 erstreckt sich frei verschiebbar durch die Bohrung 91> wobei ein vergrößerter Flansch 93 in der Bohrungserweiterung 92 angeordnet ist und gegen eine in axialer Richtung zeigende Ringfläche 94- des Hilfsventils 90 zur Anlage kommen kann, wenn die Ventilstange 31 über einen vorbestimmten Weg angehoben wird. Die Bohrungserweiterung 92 ist durch einen Stopfen abgedichtet, der in das untere Ende der Bohrungserweiterung eingeschraubt ist. Eine Reihe von in Umfangsrichtung voneinander im Abstand befindliche öffnungen 96 und 97 sind in dem Hilfsventil 90 bzw. in dem Kragen 77 angeordnet. Sie stellen Verbindungsdurchgänge für das fließfähige Medium durch diese Teile her, wenn das Hilfsventil 90 von seinem Sitz 35 weggeschoben ist.

In den Fig.2 - 4- arbeitet das Hilfsventil 90 als eine Kombination aus einem Hilfsventil und einem Rückschlagventil, die im Inneren der starr zusammengesetzten Hauptventilbaugruppe angeordnet ist, wobei die Hauptventilbaugruppe in diesem Ausführungsbeispiel aus der Hauptventilscheibe 76, der Hülse 81 und dem Kolben 82 besteht.

Wenn der Durchflußkanal 13 der Einlaßkanal ist, so daß das fließfähige Medium in der Richtung in das Ventil strömt, die in Fig.2 durch den ausgezogenen Pfeil dargestellt ist, setzt bei geschlossenem Ventil der Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils aus dem Einlaßkanal

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13 durch, die Leckage an den Kolbenringen 83 vorbei den Raum 68 unter Druck. Hierdurch wird eine zusätzliche Schließkraft erzeugt, die auf das Hauptventil zur Unterstützung der über die Stange 31 übertragenen Schließkraft des Motors 48 nach unten wirkt. Der Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in der Kammer wirkt durch die öffnungen 97 in dem Kragen 77 und die Bohrung der Hülse 81 zum Druck auf die Kombination des Hilfs- und Rückschlagventils 90 nach unten in einen abdichtenden Eingriff mit dem Hilfsventilsitz 35 in der Scheiben-Öffnung 28.

Wenn das Ventil mit dem Durchflußkanal 13 als Einlaßkanal geöffnet werden soll, wird die Stange 31 durch den Pneumatikmotor 48 angehoben, bis der Flansch 93 gegen die Ringfläche 94 anliegt und das Hilfsventil 90 von seinem Sitz 35 abhebt. Sobald das Hilfsventil 90 von seinem Sitz 35 abgehoben ist, ist der Verbindungsdurchgang für das fließfähige Me-diura zwischen dem Raum 68 und dem Auslaßkanal 14 durch das hohle Innere der Hülse 81, die öffnungen 97 durch den Kragen 77> die öffnungen 96 durch das Hilfsventil 90 und durch den Durchgang 28 durch die Scheibe 76 hergestellt. Der Druck in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in dem Raum 68 baut sich durch diesen Verbindungsdurchgang für das fließfähige Medium in den Auslaßkanal 14 ab. Hierdurch werden im wesentlichen die Druckkräfte des fließfähigen Mediums ausgeglichen, die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirken. Eine weiter nach oben gerichtete Bewegung der Ventilstange 31 ergibt eine feste Anlage des Kragens 77 an der an der Hülse 81 ausgebildeten Schulter 87, wie dies in ITig.3 dargestellt ist. Die zwangsläufig aufgebrachte Kraft des Motors hebt nun das druckausgeglichene Hauptventil von seinem Sitz 15 bis in die vollständig geöffnete

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Stellung an, wobei nur eine begrenzte Anhebkraft des Motors 48 erforderlich ist, wie dies in dem Ausführungsbeispiel der Fig.1 beschrieben wurde.

Wenn das Hauptventil seine vollständig offene Stellung erreicht hat, hängt das Hauptventil an der Ventilstange 31, · wobei die Schulter 87 gegen die obere Fläche des Kragens anliegt. Auch das kombinierte Hilfs- und Rückschlagventil hängt an der Ventilstange 31, wobei ihre Ringfläche 94 gegen den Flansch 93 anliegt und wobei der vorher beschriebene Verbindungsdurchgang für das fließfähige Medium durch das Hauptventil offen ist. Dieser offene Durchgang stellt sicher, daß die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte im wesentlichen ausgeglichen sind.

Zum Schließen des Ventils, dessen Durchflußkanal 13 der Einlaßkanal ist, wird der Motor 48 zur Bewegung der Ventilstange 31 nach unten eingeschaltet. Die Ventilstange' 31 wird nach unten bewegt, bis der Kragen 77 mit der oberen Fläche 88 der Hauptventilscheibe 76 iß- Eingriff kommt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ventilscheibe 76 zwangsläufig bewegt, bis sie im geschlossenen Zustand auf dem Ventilsitz 15 aufsitzt. Das in der- Hauptventilgruppe angeordnete Hilfsventil 90 bewegt sich natürlich mit der Hauptventilgruppe. Jedoch ist zwischen der Hauptventil scheibe 76 und dem Kragen 77 ein ausreichendes Spiel, damit sich das Hilfsventil 90 gegenüber der Ventilstange 31 frei bewegen kann. Der Hilfsventilsitz 35 befindet sich auf der Hauptventilscheibe 76. Wenn das Hauptventil durch die Ventilstange 31 auf seinen Sitz aufgesetzt ist, wird das Hilfsventil 90 durch den Druck des fließfälligen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils, der sich durch die Leckage an den Kolbenringen 83 in dem Raum 68 aufbaut, zu dem

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Ventilsitz 35 hinbewegt und das Hilfsventil 90 wird durch den auf die obere Fläche des Hilfsventils wirkenden Druck des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils fest geschlossen.

Wenn der Durchflußkanal 14 der Einlaßkanal ist, so daß das fließfähige Medium entgegen der Richtung der Schließbewegung der Ventilstange 31 strömt, wie dies durch den gestrichelten Pfeil in den Fig.2-4 gezeigt ist, wird das Hauptventil durch eine Berührung des Kragens 77 mit der oberen Fläche 88 der Hauptventilscheibe 76 geschlossen, wie dies in Fig.2 gezeigt ist. Bei dieser Bedingung hebt jedoch der Druck des fließfähigen Mediums in dem Einlaßkanal 14 in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils das Hilfsventil 90 mit einer Buckschiagventilwirkung von seinem Sitz ab und verschiebt es nach oben, bis es seinen Sitz 35 verlassen hat und gegen die untere Fläche des Kragens 77 anliegt, wie dies in Fig.4 gezeigt ist. Der Druck des fließfähigen Mediums in dem Einlaßdurchgang 14 in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils wird durch die Durchgangsöffnung 28, die öffnungen 96 und 97 und durch das hohle Innere der Hülse 81 in den Kaum. 68 übertragen. Hierdurch baut sich in dem Raum 68 ein Druck des fließfälligen Mediums auf, der im wesentlichen dem Druck in dem Einlaßkanal 14 in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils entspricht. Durch diesen Druck ist das Hauptventil im wesentlichen druckausgeglichen. Es bleibt ein dauernder geringer Leckageweg für den Druck aus dem Raum 68 an den Kolbenringen 63 vorbei in den Auslaßkanal 13* Diese Leckage ist jedoch während des Betriebes vernachlässigbar, und ^jeder Druckverlust in dem Raum 68 wird kontinuierlich wieder ausgeglichen.

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Wenn das Ventil mit dem Durchflußkanal '14 als Einlaßkanal geöffnet werden soll, verschiebt der Motor 48 die Ventilstange 31 nach oben, damit der Kragen 77 mit der Schulter 87 in Eingriff kommt. Das druckausgeglichene Hauptventil wird mit dem Hilfsventil 90 von dem Ventilsitz 15 abgehoben und zwangsläufig ohne eine übermäßige Belastung der Ventilstange 31 in die vollständig offene Stellung bewegt.

Während der öffnungs- oder Schließbewegung des Hauptventils der J¹Ig. 2-4 mit einem Strom des fließfähigen Mediums in einer, von zwei Richtungen durch das Ventil kann sich die Kombination des Hilfsventils und des Rückschlagventils 90 unter dem Einfluß einer Druckerhöhung in dem Einlaßkanal frei öffnen, damit ein Verbindungsdurchgang für das fließfähige Medium zwischen dem Einlaßkanal 14 und dem Raum 68 über die Durchgangsöffnung 28, die öffnungen 96 und 97 und durch das hohle Innere der Hülse 81 hergestellt wird. Dieser Verbindungsdurchgang hält die Druckkräfte des fließfähigen Mediums, die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirken, im wesentlichen ausgeglichen. Diese Betriebsweise entspricht im wesentlichen der Betriebsweise des Ausführungsbeispieles, das in Verbindung mit Ifig.1 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß der Verbindungsdurchgang für das fließfähige Medium zwischen dem dem Ventilsitz benachbarten Durchflußkanal und der Steuerkammer auf der Rückseite des Hauptventils im Inneren des Hauptventils hergestellt wird.

Das Hauptventil der Fig.2 bis 4 ist auch zur Anpassung der Verwendung des Kragens 77 abgewandelt, der verschiebbar in der Bohrung 86 der Hülse 81 aufgenommen ist. Hierdurch wird eine mit einem Spiel versehene Verbindung zwischen der Ventilstange 31 und dem Hauptventil hergestellt. Der Kragen

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77 ist das einzige Mittel zur Bewegung'des Hauptventils zu seinem Sitz 15 liin oder von diesem Sitz weg. Diese Bewegung des Hauptventils erfolgt durch einen Eingriff der Fläche 88 der Hauptventilscheibe 76 mit dem Kragen 77 oder durch einen Eingriff der im Inneren der Hülse 81 vorgesehenen Schulter 87 mit dem Kragen 77· Diese Konstruktion erlaubt die Verwendung eines massiven Kragens 77» der in Längsrichtung an der Ventilstange mit relativ großem Durchmesser befestigt ist. Hierdurch erfolgt eine öffnungs- und Schließbewegung des massiven Hauptventils, während die Verwendung eines Hilfsventils 90 mit einem relativ geringen Gewicht ermöglicht wird. Durch das geringe Gewicht des Hilfsventils 90 kann dieses sich in der in dem nach oben vorstehenden Anguß 80 der Hauptventilscheibe 76 vorgesehenen zylindrischen Bohrung als ein auf einen Druck ansprechendes kolbenartiges Rückschlagventil frei bewegen. Die ein Spiel aufweisende Verbindung zwischen dem Hilfsventil 90 und der Ventilstange 31, d.h. der axiale Weg, über den sich das Hilfsventil gegenüber der Ventilstange bewegen kann, ehe das Hilfsventil mit der Unterseite des Kragens 77 oder mit dem vergrößerten Flansch 93 der Ventilstange 31 in Eingriff kommt, ermöglicht dem Hilfsventil 90,sich gegenüber der Ventilstange und dem Hauptventil als ein auf den Druck des fließfähigen Mediums ansprechendes Rückschlagventil frei zu bewegen.

Die ein Spiel aufweisende Verbindung zwischen dem Hauptventil und der Ventilstange 31> d.h. der axiale Weg, über den sich der Kragen 77 gegenüber dem Hauptventil bewegen kann, ehe der Kragen die Schulter 87 der Hülse 81 oder die Oberfläche 88 der Hauptventilscheibe 76 berührt, ermöglicht dem Hauptventil, sich über einen größeren Weg gegenüber der Ventilstange als das Hilfsventil 90 zu bewegen. Ist der Durchflußkanal 13 der Einlaßkanal des Ventils, so stellt

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dies sicher, daß bei einer Verringerung des Druckes des fließfähigen Mediums in dem Durchflußkanal 14· während der . Schließbewegung des Hauptventils für einen Ausgleich der auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte sich das Hauptventil gegenüber dem Hilfsventil 90 zum Öffnung des Durchganges vorwärtsbewegt. Falls die Druckleitung des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung unterhalb des Durchflußkanales 14- bricht oder falls diö Leitung für eine andere Strömungsleitung mit einem niedrigeren Druck geöffnet wird, fällt der Druck des fließfähigen Mediums in dem Durchflußkanal 14- plötzlich ab.

Gemäß Pig.5 kann zwischen dem Hilfsventil 90 und der Unter-•seite des Kragens 77 in dem Ausführungsbeispiel der Fig.2-4-eine schwache Druckfeder 98 vorgesehen sein. Die Feder 98 ist in den Fällen nützlich, in denen der Ventilkörper 10 unter einem anderen V/inkel eingebaut ist als er in den Fig.2-4- gezeigt ist. Als Beispiel sei hier erwähnt, daß der Ventilkörper 10 mit der Oberseite nach unten eingebaut werden kann. Hierbei vermeidet die Feder 98, deren Federkraft für einen Gewichtsausgleich des ein relativ geringes Gewicht aufweisenden Hilfsventils 90 ausreichen sollte, jede Neigung des Ventils 90, bedingt durch ihr eigenes Gewicht während des Betriebes sich von ihrem Sitz abzuheben. Obwohl die Feder 98 für einen Gewichtsausgleich des Hilfsventils 90 stark genug sein sollte, so sollte die durch die Feder 98 ausgeübte Kraft doch so gering sein, daß die Fähigkeit des Hilfsventils 90, sich bei einer Druckerhöhung in dem Durchflußkanal 14- leicht von ihrem Ventilsitz 35 abzuheben, nicht bemerkbar beeinflußt wird.

Jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung hat eine Verbindung mit einem Spiel zwischen dem

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Hauptventil und der Ventilstange sowie ein auf einen Druck ansprechendes Rückschlagventil in einem Durchgang, der eine Verbindung für das fließfähige Medium zwischen dem durch das Hauptventil abgeschlossenen Durchflußkanal und dem Abschnitt der Ventilsteuerkammer auf der Rückseite des Hauptventils herstellt. Die kombinierte Wirkung dieser beiden Merkmale ist ein bedeutender Teil der Erfindung, da beide Mittel auf eine ausgeprägte Druckveränderung auf einer Seite des Hauptventils ansprechen. Hierdurch werden die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte im wesentlichen ausgeglichen gehalten.

In dem in Fig.i gezeigten Ausführungsbeispiel verschiebt eine ausgeprägte Erhöhung des Druckes des fließfähigen Mediums in dem Durchflußkanal 14 das Rückschlagventilelement 57 zur Herstellung einer Verbindung für das fließfähige Medium zwischen dem Durchflußkanal 14 und dem Kammerraum 68, bis die auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte im wesentlichen ausgeglichen sind, und die Feder 70 führt das Rückschlagventilelement in seine geschlossene Stellung zurück.

In dem in den Fig.2~5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das im Inneren des Hauptventils angeordnete Hilfsventil 90 zum Öffnen des Durchganges 28 unter dem Einfluß einer wesentlichen Druckerhöhung in dem Durchflußkanal 14 als ein Rückschlagventilelement ausgebildet, und es stellt eine Verbindung für das fließfähige Medium zwischen dem Durchflußkanal 14 und dem Kammerraum 68 her.

In dem in 3Pig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt der zwischen dem Hilfsventil 34 und der Oberfläche 38 vorgesehene Raum das Spiel für die Verbindung zwischen dem Hauptventil und dem an der Ventilstange 31 befestigten

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Hilfsventil 34 her. In dem in den Fig.2-4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kragen 77 so angeordnet, daß er mit den in axiler Richtung einen Abstand aufweisenden, einander zugewandten Flächen 87 und 88 zur Bildung einer ein Spiel aufweisenden Verbindung zwischen dem Hauptventil und der Ventilstange 31 in Eingriff kommt. In beiden Ausführungsbeispielen ermöglichen die das Hauptventil mit der Ventilstange verbindenden, ein Spiel aufweisenden Mittel eine vorbestimmte Bewegung des Hilfsventils für einen Ausgleich der auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte des fließfähigen Mediums, ehe das Hauptventil durch die Ventilstange von seinem Ventilsitz wegbewegt wird, bei einer Richtung des Stromes des fließfähigen Mediums durch das Ventil entgegengesetzt der Richtung der Öffnungsbewegung der Ventilstange, wie dies in der Zeichnung durch die ausgezogenen Pfeile angegeben ist. Unter der gleichen Strömungsbedingung erlauben die gleichen, ein Spiel aufweisenden Verbindungsmittel bei einer Bewegung des Hauptventils in die geschlossene Stellung dem Hauptventil, sich gegenüber dem Hilfsventil unter dem Einfluß einer plötzlichen Druckabsenkung des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung unterhalb des Hauptventiles für einen Ausgleich der auf die einander abgewandten Seiten des Ventils wirkenden Druckkräfte nach vorne zu bewegen. Die Konstruktion des Ausführungsbeispieles der Fig.2-4 ermöglicht ein schnelleres Ansprechen auf eine in Strömungsrichtung unterhalb des Ventils auftretende Druckverringerung als die Konstruktion des in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispieles. Dies ist hauptsächlich durch die Ausführung des Hilfsventils 90 als Rückschlagventil und durch die Anordnung der öffnungen 96 und 97 bedingt, die in einer größeren Anzahl und mit einem größeren Querschnitt als die kreisförmigen Durchgangswege 50 vorgesehen sind, die sich durch das Hilfsventil 34 des in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispieles erstrecken.

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Bei beiden Ausführungsbeispielen liegt eine druckdichte Abdichtung vor, wenn sich die Ventile in einer geschlossenen Stellung befinden und wenn der Durchflußkanal 13 der Einlaßkanal ist. In allen anderen Betriebsarten stellen die Ventile der beiden Ausführungsbeispiele unabhängig von der Strömungsrichtung durch das Ventil eine auf einen Druck ansprechende Verbindung für das fließfähige Medium zwischen dem durch das Hauptventil geschlossenen Durchflußkanal und dem Raum der Steuerventilkammer auf der Rückseite des Hauptventils zur Aufrechterhaltung eines wesentlichen Ausgleiches der .auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte des fließfähigen Mediums her.

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Claims

Patent ahsprüche

1. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper mit zwei durch einen Ventilsitz getrennte Durchflußkanäle, durch ein Ventil für eine Bewegung zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung, in der das Ventil mit einem Ventilsitz in Eingriff steht, und einer vollständig geöffneten Stellung, in der das Ventil von dem Ventilsitz einen Abstand hat, .durch eine Druckkammer für das fließfähige Medium in dem Ventilkörper zum Aufbau eines auf die Ventilseite wirkenden Druckes des fließfähigen Mediums, die der mit dem Ventilsitz in Eingriff stehenden Ventilseite abgewandt ist, durch eine Ventilstange, durch einen Antrieb zur Bewegung der Ventilstange, durch Mittel auf der Ventilstange, die während der Bewegung der Ventilstange in entgegengesetzte Eichtungen für eine zwangsläufige Bewegung des Ventils zu seinem Ventilsitz hin oder von diesem weg wirksam sind, durch Mittel zur Einleitung des Leitungsdruckes in Strömungsrichtung oberhalb» des Ventils unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch die Durchflußkanäle des Ventilkörpers in die Kammer während das Ventil auf seinem Ventilsitz aufsitzt und durch Mittel, die während der Bewegung des Ventils von seinem Ventilsitz weg zur Aufrecht erhaltung eines wesentlichen Ausgleiches der auf die einander abgewandten Seiten des Ventils wirkenden Druckkräfte des fließfähigen Mediums wirksam sind.

2. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Ventil und einer Strömungsrichtung des fließfähigen

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Mediums durch, die Durchflußkanäle entgegengesetzt der Richtung der Öffnungsbewegung der Ventilstange der Druckausgleich vor dem Beginn der Öffnungsbewegung des Ventils hergestellt wird.

3« Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Ventil und einer Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil in der gleichen Richtung wie die Öffnungsbewegung der Ventilstange der Druckausgleich während der ganzen Zeit aufrechterhalten wird, in der das Ventil sich in seiner geschlossenen Stellung befindet.

4. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper mit zwei Durchflußkanälen, durch einen an der Mündung des einen der Durchflußkanäle angeordneten ringförmigen Ventilsitz, durch eine in axialer Richtung mit dem Ventilsitz fluchtende, im allgemeinen zylindrische Ventilsteuerkammer, durch ein in axialer Richtung in der Steuerkammer zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung bewegbares Hauptventil, wobei das Hauptventil mit dem ringförmigen Ventilsitz an der Mündung einer der Durchflußkanäle in Eingriff kommt, durch einen Durchgang in dem Hauptventil, der eine Verbindung für das fließfähige Medium zwischen dem einen Durchflußkanal und der Steuerkammer auf der Rückseite des Hauptventils herstellt, durch eine Ventilstange, durch'einen Antrieb zur Bewegung der Ventilstange in entgegengesetzte Richtungen, durch Mittel auf der Ventilstange für einen Eingriff mit dem Hauptventil und für eine Bewegung des Hauptventils zu dem ringförmigen Sitz hin oder von diesem weg,

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durch ein mit der Ventilstange durch Mittel verbundenes Hilfsventil, die eine Bewegung des Hilfsventils zwischen einer geschlossenen Stellung, in der das Hilfsventil auf dem Hauptventil zum Abschluß des Durchganges durch das Hauptventil aufsitzt, und einer offenen Stellung, in der das Hilfsventil von dem Hilfsventilsitz auf dem Hauptventil einen Abstand hat, erlauben, durch Mittel zum Einleiten eines Druckes des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in die Kammer auf die Rückseite des Hauptventils während das Hauptventil ,auf dem ringförmigen Ventilsitz aufsitzt, unabhängig von der Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch die Durchflußkanäle, und durch Mittel, die während der Bewegung des Hauptventils zu dem ringförmigen Ventilsitz hin oder von diesem weg zur Aufrechterhaltung eines wesentlichen Ausgleiches der auf die einander abgewandten Seiten des Hauptventils wirkenden Druckkräfte des fließfähigen Mediums wirksam sind.

5· Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Strom des fließfähigen Mediums durch das Ventil in der gleichen Richtung wie die Schließbewegung des Hauptventils Mittel zum Aufbringen eines Druckes des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils zum Unterstützen der durch den Antrieb erzeugten Ventilschließkraft vorhanden sind und daß diese Mittel bei einer Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums in der entgegengesetzten Richtung zur Aufrechterhaltung eines wesentlichen Druckausgleiches im wesentlichen während der gesamten Zeit, in der das Ventil geschlossen ist, wirksam sind.

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6. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichent, daß die Mittel zum Einleiten des Leitungsdruckes in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in die Kammer hinter das Hauptventil bei einer Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil entgegengesetzt der Schließbewegungsrichtung des Hauptventils Steuerdurchgangsmittel zur Verbindung des in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils liegenden Durchflußkanales mit der Kammer haben und daß die Steuerdurchgangsmittel zur Verhinderung einer Druckübertragung aus der Kammer durch die Steuerdurchgangsmittel zu dem in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils liegenden Durchflußkanal einseitig wirkend sind.

7. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichent, daß die Steuerdurchgangsmittel für die Wirkung in einer Richtung ein Rückschlagventil enthalten.

8. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdurchgangsmittel eine Leitung haben, die die Kammer und den in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils liegenden Durchflußkanal direkt verbindet und die das Rückschlagventil enthält.

9. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung hauptsächlich außerhalb des Vnetilkörpers liegt.

10. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfs-

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ventil auf der Ventlistange befestigt ist und daß das Hilfsventil in den Mitteln auf der Ventilstange für eine zwangsläufige Bewegung des Hauptventils zu dem Hauptventilsitz hin während einer Bewegung der Ventilstange in einer Richtung enthalten ist.

11. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil mit der Ventilstange eine ein Spiel aufweisende Verbindung hat.

12. 'Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einleiten des Leitungsdruckes in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in die Kammer bei einer Strömung des fließfähigen Mediums entgegengesetzt der Schließbewegungsrichtung des Hauptventils Steuerdurchgangsmittel zur Verbindung des in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils liegenden Durchflußkanals mit der Kammer haben, daß der Steuerdurchgang den Durchgang in dem Hauptventil enthält und daß die ein Spiel aufweisende Verbindung zwischen dem Hilfsventil und der Ventilstange dem Hilfsventil ermöglicht, als Rückschlagventil zu wirken, das auf eine Druckerhöhung in dem Durchflußkanal in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils für eine Öffnung des Durchganges anspricht, wenn sich das Hauptventil in seiner geschlossenen Stellung befindet.

13» Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Spiel aufweisende Verbindung sich zwischen dem Hauptventil und der Ventilstange befindet, daß die ein Spiel aufweisende Verbindung es dem Hauptventil ermöglicht, sich gegen- · über dem Hilfsventil unter dem Einfluß einer Druckver-

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ringerung in dem einen Durchflußkanal zum öffnen des Durchganges durch das Hauptventil nach vorne zu bewegen, wenn die Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil die gleiche ist wie die Schließbewegungsrichtung der Ventilstange und wenn der Antrieb die Ventilstange zum Schließen des Hauptventils bewegt.

14. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnetnet, daß zwischen _tdem Hilfsventil und der Ventilstange eine Feder zwischengeschaltet ist und daß die Feder das Hilfsventil in seine geschlossene Stellung hindrückt, jedoch lediglich mit einer solchen Kraft, die im wesentlichen das Gewicht des Hilfsventils ausgleicht, wobei diese Kraft einen vernachlässigbaren Widerstand gegen eine Öffnungsbewegung des Hilfsventils während des normalen Betriebes darstellt.

15· Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil auf der Ventilstange befestigt ist und mit dem Hauptventil eine ein Spiel aufweisende Verbindung hat und daß die Mittel zum Einleiten eines Druckes des fließfähigen Mediums in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils in die Kammer hinter das Hauptventil bei einer Strömungsrichtung des fließfähigen Mediums durch das Ventil entgegengesetzt der Schließbewegung des Hauptventils eine mit einem Rückschlagventil versehene Leitung ist, die sich an ihren einander abgewandten Enden in die Kammer bzw. in den Durchflußkanal in Strömungsrichtung oberhalb des Ventils öffnet.

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16. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel auf der Ventilstange für einen Eingriff mit dem Hauptventil und für eine Bewegung des Hauptventils zu dem ringförmigen Ventilsitz hin einen Kragen haben, der durch die ein Spiel aufweisenden Mittel zwischen der Ventilstange und dem Kauptventil verbunden ist und daß der Kragen so angeordnet ist, daß er mit dem Hauptventil zwangsläufig in Eingriff kommt und das Hauptventil auf den ringförmigen Ventilsitz aufsetzt.

17· Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Spiel aufweisende Verbindung zwischen der Ventilstange und dem Hauptventil nach einer vorbestimmten Bewegung der Ventilstange in die entgegengesetzte Sichtung für einen zwangsläufigen Eingriff des Hauptventils mit der Ventilstange und für eine Bewegung des Hauptventils von dem Ventilsitz weg wirksam wird.

18. Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen auf der Ventilstange befestigt ist und daß das Spiel auf einer vorbestimmten Bewegung des Kragens zwischen einem Paar von einander zugewandten,'einen Abstand voneinander aufweisenden ringförmigen Flächen beruht, die sich im Inneren des Hauptventils für einen Eingriff mit dem Kragen befinden.

19· Hochdruckventil für zwei Strömungsrichtungen nach Anspruch 18, .dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptventil aus einer Hauptventilscheibe besteht, daß auf der dem ringförmigen Ventilsitz abgewandten Seite der

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Hauptventilscheibe ein Kolben angeordnet ist, daß ein hohler Schaft die Scheibe und den Kolben mit einem Abstand in axialer Richtung für eine Verschiebung in der Bohrung der Ventilsteuerkammer und für eine Führung des Hauptventils in der Bohrung verbindet und daß in dem hohlen Schaft an der Ventilstange in Längsrichtung der Kragen befestigt ist.

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