DE2733854A1

DE2733854A1 - Stroemungsmittel-steuerventil

Info

Publication number: DE2733854A1
Application number: DE19772733854
Authority: DE
Inventors: John C Lemmon
Original assignee: Hunt Valve Co Inc
Current assignee: Hunt Valve Co Inc
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-07-25
Publication date: 1978-04-13
Also published as: CA1056794A; US4167262A; JPS5347029A; GB1530579A

Description

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Hunt Valve Co., Inc., 1915 State
Strömungsmittel-Steuerventil

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungsmittelsteuerventil zur Steuerung von unter Druck stehenden Strömungsmitteln und insbesondere von Flüssigkeiten niedriger Viskosität. Serartige Ventile finden verbreitete Anwendung in Stahlhütten als HauptSteuerelement für Druckwasserspritzstrahlen, mit denen in Walzstraßen heiße Stahlbleche entzundert werden.

Ventile nach dem Stand der Technik weisen einen hohlen Ventilkolben in Form eines an einem oder beiden Enden geschlossenen Hohlrohre auf.

Sas Ventil nach der vorliegenden Erfindung vereinfacht die Konstruktion und bietet daher eine wirtschaftlichere Herstellung, ohne den betrieblichen Wirkungsgrad zu opfern. Der Kolben dieses Ventils liegt in Form eines Metallrohrs vor, dessen eines End· den Leitungsdruck aufnimmt und dessen anderes Ende eine Strömung des Strömungsmittels hindurchläßt, so daß im und um den Kolben herum der Leitungsdruck im wesentlichen ausgeglichen herrscht und somit das Steuerventil beim Umlegen des Kolbens von einer Lage in die andere keine vom Leitungsmedium erzeugte Kräfte überwinden muß.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Ventil zum Steuern der Strömung unter Druck stehenden Flüssigkeiten mit einem Ventilkörper mit einer längsverlaufenden Öffnung, die an beiden Enden geschlossen ist, Ein- und Auslaßöffnungen, die mit der Körperöffnung an in Längsrichtung entlang diesem beabstandeten Orten

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in Strömungsverbindungen stehen, einem Ventilkolben in der Körperöffnung, der axial zu dieser hin- und herbewegbar ist und in Form eines Metallzylinders vorliegt, der an beiden Enden offen ist, einem Paar Dichtungen zwischen der Kö:^%peröffnung und der Außenfläche des Kolbens, die auf gegenüberliegenden Seiten der auslaßöffnung beabstandet zueinander angeordnet sind, und einem Betätigungselement für den Kolben, mit dem der Kolben zwischen zwei Stellungen verschoben werden kann, wobei der Kolben in seiner Körperwand radiale öffnungen aufweist, die mit einer der Dichtungen zusammenwirken, so daß in einer Stellung des Kolbens eine Strömungsverbindung ,zwischen der Ein- und der Auelaßöffnung gesperrt und in der anderen Kolbenstellung die Strömungsverbindung zwischen der Ein- und der Auslaßöffnung herge-+ stellt werden.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeiepiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt eines Ventils nach der verbesserten Konstruktion und zeigt den Ventilkolben in seiner einen Stellung;

Fig. 2 ist ein der Fig. 1 ähnlicher Vertikalschnitt und zeigt den Ventilkolben in seiner anderen Stellung;

Fig. 3 ist ein Perspektivansichtjiron Teilen in voneinander getrennter Anordnung;

Fig. 4 ist eine Teildarstellung eine» doppelwirkenden Dich-

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tung; ung

. 5 1st ein Schnitt und zeigt einen Kolben mit andere ange ordneten radialen öffnungen.

)ie hier offenbarte Aueführungsform weist einen Metallventilkör-)er 1o auf, der als Gußstück ausgebildet oder teile gegossen, teiljs gefertigt sein kann. Der Körper enthält eine längsverlaufende )ffnung 11 mit einem Paar abgearbeiteter Auflageflachen 12, 14 leiderseits einer ringförmig aufgeweiteten Kammer 15· Nur die Lachen 12, 14- erfordern eine maschinelle Bearbeitung, während !ine Oberflächenbearbeitung für die übrigen Teile der längsver-JLaufenden Öffnung im Körper überflüssig ist.

JSines der Enden (das linke Ende in den Pig. 1 und 2) der Körper—

bffnung ist mit einer Metallscheibe 16 abgeschlossen, die aufgeschweißt oder sonstwie festgelegt sein kann, wie dargestellt, tun diese Endöffnung zu verschließen. Ein- und Auelaßflansche 17, rl 8 sind am Körper 1o angebracht - vorzugsweise auf die in der Patentschrift von Hunt gezeigte Weise. Der Einlaßflansch weist leine Enlaßöffnung 19 auf, die mit einer Druckflüssigkeitsquelle jdfie einem Druckbehälter 20 und einer Pumpe 21 (beide schematisch

gezeigt) verbunden werden kann. Die Einlaßöffnung steht in Strönungsverbindung mit der Körperöffnung 11 am linken Ende desjKör-

jpers. Der Auslaßflansch 18 hat eine Auslaßöffnung 22, die an (eine gewünschte Vorrichtung - wie bspw. die Hochdruckwassersprit»- janlagen in Walzwerken - angeschlossen werden kann. Die Auslaßbffnung 22 steht in Strömungsverbindung mit der ringförmigen

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Kammer 15 im Ventilkörper. Das gegenüberliegende Ende (rechts in Fig. 1) der Körperöffnung ist mit einer Verschlußplatte 25 verschlossen, die auf den Ventilkörper aufgeschraubt ist, wie gezeigt. Ein O-Ring 26 verhindert ein Austreten des Strömungsmittels an dieser Verbindung.

Dichtringe 28, 29 sind auf jeweils einer der Auflageflächen 12, 14 befestigt - vorzugsweise aufgeschweißt, wie dargestellt. Jeder Dichtring ist vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet und hat einen Außendurchmesser, der eng auf den Durchmesser der jeweiligen Auflagefläche toleriert gearbeitet ist. Beide Dichtringe werden nach dem Schweißen bearbeitet, um ihre Innendurchmesser genau miteinander auszurichten. Jeder Dichtring weist eine Ringnut 30 (vergl. insbesondere die Fig. 4) auf, die eine doppelwirkende Dichtung 31 aufnimmt. Jede der Dichtungen enthält ein Paar harter verschleißfester Kunststoffringe 32, zwischen denen sich ein weicherer Dichtring 33 befindet. Die Ringe 32 können aus einem geeigneten Fluorkohlenstoff-j kunststoff wie Teflon hergestellt sein, während der Dichtring ; aus einem weicheren Elastomeren wie Buna-N-Gummi bestehen kann.! Eine geeignete Dichtung wird von der Fa. Parker Seal Company , vertrieben.

Ein Kolben 35 ist axial hin- und herbewegbar im Ventilkörper angeordnet und weist einen Metallzylinder auf, der vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl ausgebildet und an beiden Enden offen ist. Die Außenfläche des Kolbens ist auf ein sehr gerin-

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j ges Spiel zu der bearbeiteten Innenfläche jedes Dichtringes ι
28 - 29 dimensioniert, wie vergrößert bei 36 in Pig. 4 gezeigt, so daß die eigentliche Auflagefläche des Kolbens die Teflonringe 32 darstellen, die eine freie Gleitlagerung bewirken, während der Dichtring 33 einen Durchgang des Strömungsmittels in beiden

Richtungen verhindert. Auf diese Weise wirken die Verschleißringe 32 als Lager, die einen Metall-Metall-Kontakt verhindert und weiterhin als Wischflächen, die Verunreinigungen von dem weicheren Dichtring 33 abhalten.

Der Kolben 35 wird in Axialrichtung mit einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinder verschoben. In der hier offenbarten Ausführungsform erfolgt das Verschieben durch einen Hydraulikzylinder 40, der mit dem Leitungsmedium betrieben wird. Der ! Kolben 41 des Zylinders 40 ist am rechten Ende (vergl. die ; Zeichnungen) des Kolbens 35 mit einem Metallring 42 angebracht, j der mit einem Sperring 43 auf der Schulter des Kolbens festge— halten wird. Das linke Ende des Kolbens 41 ist im Durchmesser ■verringert, so daß es durch eine mittige öffnung im Metallring hindurchpaßt; an seinem äußeren Ende ist ein Gewinde vorgesehen, das eine Mutter 44 aufnimmt. Der Ring 42 hat eine Anzahl von Öffnungen 45, durch die Druckflüssigkeit hindurchtreten kann.

Wie in der Fig. 1 ersichtlich, ist das linke Ende des Kolbens für die Druckflüssigkeit aus der Einlaßöffnung 19 vollständig offen; dieses Strömungsmittel kann frei durch da· Innere des Kolben« und durch die öffnungen 45 zum Xußeren des Kolbens hin-

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durchtreten, um einen im wesentlichen ausgeglichenen Gleichgewichtszustand herzustellen. Die kleine Fläche am linken Ende des Kolbens und die Oberfläche des Metallrings zwischen den öffnungen 45 bilden eine Kolbenfläche, um den Kolben 35 und den Kolbrn 4-1 c nach rechts zu drücken, so daß dieser im Normalj zustand die in der Fig. 1 gezeigte Lage einnimmt. Für einige I Anwendungen ist dies erwünscht, da das Ventil in die Schließ-

• stellung geht, wenn der Steuerdruck wegfällt.

Der Kolben 35 ist mit radialen Öffnungen in Form von Schlitzen versehen. Wie in Fig. 3 ersichtlich, sind die Schlitze in einem regelmäßigen Muster in Gruppen von jeweils drei angeordnet. Jede Gruppe weist einen längen Schlitz 46, einen kurzen Schlitz 47 und einen sehr längen Schlitz 48 auf. In den Fig. 1 bis 3 beginnenen sämtliche Schlitze auf einer gemeinsamen Grundlinie, die in Fig. 3 bis 49 gezeigt ist. Der Zweck dieser unterschiedlichen bemessenen Schlitze ist, Leitungsstöße beim Betrieb des Kolbens zu unterdrücken.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, verläuft der Steuerzylinder 40 durch eine öffnung in einem Ringblock 50 und ist vorzugsweise in der Sollage bspw durch Schweißen festgelegt. Der Block 50 ist seinerseits mit den Bolzen 51 auf die hintere Verschlußplatte aufgeschraubt. Ein vorderes Lager 52 weist einen aufgeweiteten Teil, der eng toleriert in einer öffnung in der Verschlußplatte 25 sitzt, sowie einen Teil verringerten Durchmessers auf, der eng toleriert im zylindrischen Gehäuse 53 des Zylinders 40 sitzt.

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Das Lager 52 führt den Kolben 41 bei seiner Hin- und Herbewej gung. Die O-Ringe 54, 55 verhindern ein Austreten des Strömungsi
mittels an dem vorderen Lager vorbei.

! Am hinteren Ende des Kolbens 41 ist ein Kolbenkopf 56 befestigt, der in dem zylindrischen Gehäuse 53 des Zylinders 40 gleitend verschiebbar ist. Dieser Kopf wird mit einem Mittelbolzen 57 in der Sollage gehalten und ist mit geeigneten O-Ringen versehen,! wie gezeigt, um Austreten von Strömungsmittel zu verhindern. j Ein Stopfen 58 ist in das hintere Ende des rohrförmigen Gehäu- j ses 53 eingeschweißt und mit einer mit einem Gewinde versehenen j

Mittelöffnung 59 versehen, durch die Strömungsmittel unter Druck j auf die Rückseite des Kolbenkopfes 56 gelangt, um diesen und den Kolben 35 in die in Fig. q gezeigte Lage zu drücken. Der Kolbenkopf 56 legt sich an das vordere Lager 52 an, um eine Vorwärtsbewegung der beiden Kolben in einer vorbestimmten Lage zu begrenzen. Der Ringblock 50 ist mit einer mit einem Gewinde versehenen ', Öffnung versehen, um Strömungsmittel unter Druck auf die Vorder-

; fläche des Kolbenkopfes 56 zu bringen, das den Kolben 41 und den Kolben 35 in die in Fig. 1 gezeigte Lage bringt.

Der Zylinder 40 und der Ringblock 50 bilden eine einheitliche Anordnung, die die Fertigung erleichtert. Um die Ventilbestand- ^! teile zusammenzubauen, wird das vordere Ende des Kolbens 41 durch die Mittelöffnung in der hinteren Verschlußklappe 25 (vor dem Aufschrauben derselben auf den Ventilkörper 10) gesteckt, so daß der aufgeweitete Teil des vorderen Lagers 52 auf dem auf-

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geweiteten Teil der Mittelöffnung in der Verschlußplatte aufsitzt und der O-Ring 55 sich in der Sollage befindet. Der Ringblock 50 wird dann mit der hinteren Verschlußplatte 25 verschraubt; auf diese V/eise wird der Zylinder 40 mit der hinteren Verschlußplatte verschraubt. Der Metallring 42 kann dann auf das mit dem Gewinde versehene Ende des Kolbens 41 aufgesetzt und die Mutter 44 angezogen werden und man setzt den Metallring 42 in das hintere Ende des Kolbens 35 und den Sprengring 43 ein. Der Kolben 35 kann durch die Öffnungen in den Dichtringen 28, 29 und den von diesen getragenen Dichtungen eingeführt werden; der abschließende Zusammenbau erfolgt durch Verschrauben der hinteren Verschlußplatte 25 mit dem Ventilkörper 10.

In der dargestellten Ausführungsform wird das Leitungsmedium als Betriebsdruckmittel für den Steuerzylinder 40 verwendet. Eine Leitung 65 kann in den Ventilkörper 10 wie bei 66 geführt werden und steht dauernd in Strömungsverbindung mit der Druckflüssigkeit aus der Einlaßleitung 19. Die Leitung 65 führt zu den , Einlassen 67,67 von zwei Magnetventilen 68,69 die herkömmlich '

i aufgebaut sein können. Die Auslässe 70, 71 der Ventile 68, 69

sind mit den Öffnungen 60 bzw. 59 des Steueraylinders 40 verbun- '

den. Die Ablässe 72,72 der Ventile 68,69 lassen sich miteinan- : der verbinden und führen auf herkömmliche Weise zu einem geeigneten Abfluß oder Tank. |

Das Ventil ist in der Fig. 1 in der Schließstellung gezeigt; die j radialen Öffnungen, die die Schlitze 46, 47, 48 bilden, liegen dabei rechts von der doppelwirkenden Dichtung, die der Dicht-

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ring 29 trägt, so daß keine Strömungsverbindung zur Auslaßöff-

nung 22 vorliegt. Um den Kolben 35 in die in der Fig. 2 gezeigte Offenstellung zu bringen, werden die Elektromagneten 68, 69 auf vorbestimmte Weise erregt, um die Druckleitung 67 des Ventils 69 an die Auslaßleitung 71 zu legen und so Leitungsmedium auf die Rückseite des Kolbenkopfs 56 zu bringen. Gleichzeitig wird die Leitung 70 des Ventils 68 an die Ablaßleitung 72 gelegt.

Wie bereits erwähnt, gewährleistet die Ventilstruktion der Fig. 1J

ι bis 3, daß der Kolben 35 immer in die in Fig. 1 gezeigte Lage I zurückkehrt, wenn Steuerdruck verloren geht, wie bspw. wenn die ■ Leitung 65 bricht oder aus einem anderen Grund. In einigen Fällen ist erwünscht, daß der Ventilkolben 35 bei einem Wegfall des Steuerdrucks sich in der Offenstellung befindet; in diesem Fall müssen die radialen öffnungen 46, 47, 48 verlagert werden, wie bei 46a, 47a, 48a in Fig. 5 gezeigt.

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Claims

Patentansprüche

1. Ventil zum Steuern der Strömung von Druckflüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (10) mit einer längsverlaufenden Öffnung (11), die an beiden Enden geschlossen ist, mit einer Ein- und einer Auslaßöffnung (19 bzw. 22), die mit der Körperöffnung an in Längsrichtung beabstandeten Stellen in Strömungsverbindung stehen, einen Ventilkolben (35) in Form eines beiderseits offenen Metellzylinders in der Körperöffnung, der axial zu dieser hin- und herbewegbar ist, ein Paar Dichtungen (28, 29) zwischen der Körperöffnung und der Außenfläche des Kolbens, die beabstandet auf gegenüberliegenden Seiten des Auslaßöffnung angeordnet sind, ein Betätigungselement (40), das den Kolben zwischen zwei Stellungen verschieben kann, wobei der Kolben radiale Öffnungen (46, 47) in seiner Wandung aufweist, die mit einer der Dichtungen zusammenwirken, so daß in einer Stellung des Kolbens eine Strömungsverbindung zwischen der Ein- und der Auelaßöffnung blockiert und in der anderen Kolbenstellung eine Strömungsverbindung zwischen der Ein- und der Auslaßöffnung hergestellt wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit aus der Einlaßöffnung in dauernder Strömungsverbindung mit dem Innern de» Kolbens durch ein offenes Ende desselben steht, die Einlaßflüssigkeit durch den Kolben und aus dessen

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entgegengesetztem Ende hinaus strömt und die Außenfläche des Kolbens an diesem entgegengesetztem Ende umgibt, so daß ein Ausgleichseffekt entsteht, der den Strömungswiderstand gegen eine Verschiebung des Kolbens gering hält.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement für den Kolben eine Verbindung zu dem Kolben aufweist, die das gegenüberliegende Kolbenende teilweise, aber nicht vollständig verschließt, um eine Kolbenfläche auszubilden, auf der fortwährend die Einlaßflüssigkeit lastet, um den Kolben in eine seiner Stellungen zu drücken.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in die Lage gedrückt wird, in der er die Verbindung zwischen der Ein- und der Auslaßöffnung sperrt.

5. Ventil nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in die Lage gedrückt wird, in der er die Ein- mit der Auslaßöffnung verbindet.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Dichtungen jeweils um eine doppelwirkende Dichtung

handelt, die gegen ein Durchtreten von Flüssigkeit in beiden i Richtungen entlang der Außenfläche des Kolbens abdichtet.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungen zwei Fluorkohlenstoffkunstoff-Verschleißringe auf-

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weist, die zwischen sich einen weicheren Dichtring aus Elastomermaterial einschließen, wobei die innere Außenfläche des Dichtringes auf der Außenfläche des Kolbens aufliegt und die Innenfläche jedes der Verschleißringe die Außenfläche des Kolbens auf gegenüberliegenden Seiten des Dichtrings berühren, um als Lager für den Kolben und als Wischelement zu wirken, die Verunreinigungen vom Dichtring fernhalten.

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