DE3336345C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
- F16K1/14—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with ball-shaped valve member
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Description
Die Erfindung betrifft ein Hochdruckkugelventil, dessen Ventilge
häuse mit einer Bohrung versehen ist, die der sich auf dem
Ventilgehäuse mit kegelstumpfförmiger Stirnfläche abstützende
Ventilkörper abschließt, und die umfangsseitig eine Auslaßbohrung
und stirnseitig, dem Ventilkörper gegenüberliegend, eine
Einlaßbohrung sowie eine die Einlaßbohrung verschließende Kugel
aufweist, an die ein in einer Bohrung des Ventilkörpers verschiebbar
gelagerter und von einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben
betätigter zylindrischer Stößel anliegt.
Wie aus der DE-OS 29 47 551 hervorgeht, gehören Hochdruckventile zum
Stand der Technik, deren Gehäuse mit einem Einlaß und
einem Auslaß versehen ist und die zwischen Einlaß und Auslaß einen
durch einen Antrieb verschiebbaren Ventilkörper aufweisen. Dieser
Ventilkörper ist in einem Kugelkäfig geführt und als Ventilkugel
ausgebildet, die durch einen mit dem Antrieb verbundenen
Ventilstößel entgegen dem Flüssigkeitsdruck von ihrem Ventilsitz
abhebbar ist. Geführt wird der Ventilstößel in einer vom Ventilsitz
ausgehenden zylindrischen Bohrung. Er ist auf seinem zylindrischen
Umfang mit axialen Aussparungen versehen, deren Aufgabe es ist, dem
Medium den Übertritt in eine Gehäusekammer zu ermöglichen. In
axialer Verlängerung geht dieser Ventilstößel in eine Kolbenstange
über, deren Kolben in einer Zylinderbohrung des Ventilgehäuses
gleitet. Durch hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen
Antrieb kann dieser Kolben in der Zylinderbohrung mit der
gewünschten Frequenz hin und her bewegt werden und mit dieser
Frequenz das Ventil öffnen und schließen.
Durch die US-Patentschrift 35 29 805 ist bereits ein Kugelventil
bekanntgeworden, dessen Ventilkörper mit schwach kegelförmig
geneigter Stirnfläche an seinem Ventilgehäuse anliegt. Der
Ventilkörper besitzt einen Ansatz, der die Bohrung des
Ventilgehäuses teilweise ausfüllt und einen Stößel längsverschiebbar
führt, der eine Kugel teilweise umschließt.
Weiterhin gehört es bereits zum Stand der Technik, wie
die US-Patentschrift 22 78 715 zeigt, eine Kugel in der mit
Umfangsschlitzen versehenen Büchse eines Ventilkörpers zu führen.
In den beiden vorgenannten Druckschriften wird die als
Verschlußorgan dienende Kugel entweder mit Hilfe eines Handrades
oder aber durch den Druck der rücklaufenden Flüssigkeit auf ihre
Sitzfläche gepreßt, um das Ventil abzuschließen. In ihrer oberen
Stellung hat die Kugel dagegen keine Schließfunktion.
Ferner wird in der britischen Patentschrift 20 86 540 bereits ein
Kugelventil beschrieben, dessen Kugel in beiden Endstellungen ihres
Weges Bohrungen abschließt, die einer Flüssigkeit als Transportweg
dienen und von denen eine den die Kugel betätigenden Stößel
aufnimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein mittels Druckflüssigkeit
steuerbares Hochdruckkugelventil der eingangs erläuterten Bauart zu
schaffen, das mit seiner als Schließorgan dienenden Kugel im
Bedarfsfall nicht nur den Flüssigkeitsdurchgang sperrt, sondern in
seiner Durchlaßstellung auch jede Einwirkung des
Flüssigkeitshochdruckes auf das Stellorgan der Kugel unterbindet.
Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von einem
Hochdruckkugelventil aus, wie es einleitend beschrieben ist, und
schlägt vor, es mit einem zylindrischen Ansatz zu versehen, der sich
an der kugelstumpfförmigen Stirnfläche des Ventilkörpers befindet,
in die Bohrung des Ventilgehäuses schließend eingreift, diese bis
zur Auslaßbohrung ausfüllt und einen in seiner freien Stirnfläche
austretenden erweiterten Bohrungsabschnitt aufweist, der die Kugel
aufnimmt, die in diesen Bohrungsabschnitt schließend eingreift,
durch den Stößel in Schließstellung gehalten wird und deren Hub
mittels einer Sitzfläche begrenzt ist, die sich am Anfang der den
Stößel aufnehmenden Bohrung befindet. Ein Hochdruckkugelventil
dieser Bauart zeichnet sich durch einen überraschend einfachen
Aufbau aus und ist selbst bei höchsten Betriebsdrücken
betriebssicher und kaum störungsanfällig. Abgeschlossen wird die
Ventilgehäusebohrung bei dieser Konstruktion allein mit Hilfe des
Ventilkörpers, der dazu mit seinem eng tolerierten Ansatz in die
entsprechend bemessene Bohrung des Ventilgehäuses eingreift. In
Verbindung mit der schwach kegelstumpfförmig zulaufenden Stirnfläche
des Ventilkörpers, die mit kleiner Auflagerfläche und daher mit
hohem spezifischen Druck im unmittelbaren Austrittsbereich der
Bohrung gegen das Ventilgehäuse gepreßt wird, bewirkt die lange
Sitzfläche des in der Bohrung befindlichen Ventilkörperansatzes eine
mit geringem baulichen Aufwand erreichbare hermetische Abdichtung
des Ventilgehäuses, die selbst höchsten Drücken gewachsen ist. Der
Kugel, die für den Abschluß der Einlaßbohrung des Ventilgehäuses zu
sorgen hat, fällt hierbei die Aufgabe zu, die den Stößel aufnehmende
Bohrung des Ventilkörpers abzuschließen. Dies geschieht einmal durch
den schließenden Eingriff in den erweiterten Bohrungsabschnitt, zum
anderen aber durch die obere Sitzfläche, gegen die sich die Kugel
bei zurückgedrücktem Stößel unter dem Druck des durchfließenden
Mediums legt. Alle Bohrungen des Ventilgehäuses und des
Ventilkörpers können daher glattwandig ausgebildet sein, so daß
Kerbspannungen, die besonders unter dem Einfluß hoher rhythmisch
auftretender Druckstöße die Lebensdauer solcher Ventile reduzieren,
hier nicht zu erwarten sind.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sollten die Spannschrauben
frei durch Bohrungen des Ventilgehäuses verlaufen und in
Gewindebohrungen eines auf der gegenüberliegenden Seite des
Ventilgehäuses befindlichen Ringes eingreifen, der den Einlaßstutzen
des Ventilgehäuses umschließt. Auf diese Weise wird das
Ventilgehäuse weitgehend frei von Gewinden gehalten, die Ursache von
das Ventilgehäuse schwächenden Kerbspannungen sein können.
Von Vorteil ist es auch, wenn das im Durchmesser abgesetzte
Stößelende in seiner Länge derart bemessen ist, daß die Schulter des
Stößels auch in der unteren Totlage der Kugel sich noch innerhalb
des den Stößel umschließenden Bohrungsabschnittes des Ventilkörpers
befindet. Durch diese Maßnahme werden Beschädigungen der
Stößeloberfläche vermieden, da die obere Sitzfläche der Kugel sich
im Laufe der Zeit unter dem hohen Flüssigkeitsdruck verformen und
mit dem sich dabei bildenden Grad mehr oder weniger weit in den
Bohrungsabschnitt hineinragen wird, in welchem sich der Stößel
befindet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dar
gestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch das Hochdruckugelventil;
Fig. 2 das Hochdruckkugelventil in einem Grundriß;
Fig. 3 eine Einzelheit.
Das Ventilgehäuse ist mit 1 bezeichnet. Es ist mit einer Einlaß
bohrung 2 ausgestattet, die von einem mit einem Gewinde versehe
nen, im Durchmesser größeren Bohrungsabschnitt 3 ausgeht, der in
nerhalb des Einlaßstutzens 4 des Ventilgehäuses 1 liegt. Während
die Einlaßbohrung 2 zentrisch zur Achse 5 der im Durchmesser grö
ßeren Bohrung 6 des Ventilgehäuses 1 verläuft und in der Stirn
fläche 7 dieser Bohrung 6 austritt, geht die bündig zur Stirnflä
che 7 verlaufende Auslaßbohrung 8, die in einen im Durchmesser
größeren, mit Gewinde versehenen Bohrungsabschnitt 9 des Auslaß
stutzens 10 einmündet, radial von dieser Bohrung 6 ab. An der der
Einlaßbohrung 2 gegenüberliegenden Seite tritt die Bohrung 6 aus
dem Ventilgehäuse 1 aus. Sie wird durch den Ventilkörper 11 abge
schlossen, der mit seinem zylindrischen Ansatz 12 schließend in
die Bohrung 6 eingreift und sie bis etwa in Höhe der Auslaßbohrung
8 ausfüllt. Mit seiner im Durchmesser größeren Stirnfläche 13, die
leicht kegelstumpfförmig nach außen, zum Ansatz 12 hin, vor
springt, stützt der Ventilkörper 11 sich auf der Seitenwand des
Ventilgehäuses 1 ab.
Die im Innern der Bohrung 6 zwischen Ansatz 12 und Bohrungsstirn
fläche 7 befindliche Kugel 14 liegt in der Darstellung nach der
Fig. 1 auf der am Ende der Einlaßbohrung 2 befindlichen Sitzflä
che 15 auf und schließt in dieser Lage die Bohrung 2 ab. Sie ragt
dabei mit ihrem halben Durchmesser in einen bis auf ihren Durch
messer erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des Ansatzes 12 hinein,
der zentrisch zur Achse 5 und damit zur Einlaßbohrung 2 liegt und
der eine Tiefe hat, die etwa dem Durchmesser der Kugel 14 ent
spricht. Kugeldurchmesser und der Durchmesser des Bohrungsab
schnittes 16 sind so aufeinander abgestellt, daß die Kugel 14
schließend in diesen Bohrungsabschnitt 16 eindringen kann, wenn
sie die Einlaßbohrung 2 freigibt. Auf der der Einlaßbohrung 2 ge
genüberliegenden Kugelseite befindet sich ein Stößel 17 in einem
zentrisch zum Bohrungsabschnitt 16 liegenden, dem Durchmesser des
Stößels 17 angepaßten Bohrungsabschnitt 18 des Ventilkörpers 11.
Er ist in diesem Bohrungsabschnitt 18 mit verhältnismäßig großem
Spiel längsverschiebbar geführt und stützt sich auf der Kugelober
fläche mit seinem im Durchmesser geringfügig reduzierten Stößelen
de 19 ab. Dabei ist das Stößelende 19 in seiner Länge so bemessen,
daß die Schulter 38, die diesen im Durchmesser verjüngten Ab
schnitt begrenzt, auch in der unteren Totlage der Kugel 14, also
dann, wenn diese auf ihrer unteren Sitzfläche 15 aufliegt, sich
innerhalb des Bohrungsabschnittes 18 befindet.
An seinem entgegengesetzten Ende, das aus dem Bohrungsabschnitt 18
des Ventilkörpers 11 vorsteht, hat der Stößel 17 Kontakt mit dem
Kolben 20 eines Zylinders 21, der nur einseitig beaufschlagbar
ist. Dieser Zylinder 21 besitzt einen auf dem Bund 22 des Ventil
körpers 11 zentrierten, im Durchmesser erweiterten Bohrungsab
schnitt 23, der nicht beaufschlagbar ist und eine radiale Auslaß
öffnung 24 aufweist, die bündig zur Stirnfläche des Bundes 22 ver
laufend, aus dem Zylinder 21 austritt. Der im Durchmesser größere
Bohrungsabschnitt 23 wird gegenüber dem den Kolben 20 aufnehmenden
Bohrungsabschnitt 25 des Zylinders 21 von einer Lippendichtung 26
abgeschlossen, die in einer Nut der Zylinderwandung liegt und den
Kolben 20 umschließt. Des weiteren sind im Bereich des den Kolben
20 eng umschließenden Zylinderabschnittes 25 Dichtungsringe 27 in
Eindrehungen des Kolbens 20 vorgesehen, die für einen flüssig
keitsdichten Abschluß der beaufschlagten Kolbenstirnseite sorgen.
Auf der dem Ventilkörper 11 abgewandten Seite schließt ein Deckel
28 den Zylinder 21 ab. Dieser ist mit einem Bund 29 ausgestattet,
der in die Zylinderbohrung 25 eingreift und mittels O-Ring 30 die
Zylinderbohrung 25 flüssigkeitsdicht nach außen abschließt. Der
Kolben 20, der nur von der Deckelseite des Zylinders 21 durch die
Bohrung 31 beaufschlagbar ist, trägt auf seiner entgegengesetzten
Stirnseite einen Hartmetalleinsatz 32, der zentrisch zur Achse 5
des Stößels 17 liegt und dem Stößel 17 als Anlagefläche dient.
Vier Spannschrauben 33, die innerhalb des Deckels 28 angeordnet
sind und außerhalb des Zylinderumfanges verlaufen, sind durch
nicht dargestellte Bohrungen des Ventilgehäuses 1 frei hindurchge
führt. Sie greifen mit ihren Gewindeenden in nicht dargestellte
Gewindebohrungen eines auf der entgegengesetzten Seite des Ventil
gehäuses 1 angeordneten Ringes 34 ein, der den Einlaßstutzen 4 eng
umschließt.
In das in der Fig. 1 dargestellte Hochdruckventil tritt das Hoch
druckfluid in Richtung des Pfeiles 35 in die Einlaßbohrung 2 ein
und geht bei von ihrer unteren Sitzfläche 15 abgehobener Kugel 14
über den freien Teil der Bohrung 6 und die Auslaßbohrung 8 in
Richtung des Pfeiles 36 ab (Fig. 3). In dieser Situation schiebt
die Kugel 14 unter dem Druck des Fluids den nicht beaufschlagten
Kolben 20 über den Stößel 17 in seine obere Totlage. Dabei wandert
die Kugel 14 tiefer in den erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des
Ansatzes 12 hinein und legt sich gegen ihre obere Sitzfläche 15′,
wobei sie Stößel 17 und Kolben 20 vor sich her schiebt und sie in
ihrer oberen Totlage festhält (Fig. 3). Bei dieser nur sehr kurz
zeitig wirkenden Hubbewegung tritt kaum Hochdruckfluid in den den
Stößel 17 führenden Bohrungsabschnitt über, da die Kugel 14
schließend in den erweiterten Bohrungsabschnitt 16 des Ventilkör
pers 11 eingepaßt ist. Mit Sicherheit wird jedoch jeder weitere
Übertritt von Fluid unterbunden, wenn die Kugel 14 auf ihrer obe
rend Sitzfläche 15′ aufliegt und den Bohrungsteil 16 abschließt.
Evtl. durchgetretenes Fluid kann durch die Auslaßöffnung 24 ins
Freie entweichen.
Über den Pfeil 37 gelangt in einem gewünschten Rhythmus, von einem
nicht dargestellten Organ gesteuert, Druckflüssigkeit durch die
Bohrung 31 des Deckels 28 in den beaufschlagbaren Raum des Zylin
ders 21 und drückt den Kolben 20 in seine untere Totlage zurück.
Bei dieser Bewegung schiebt der Kolben 20 den Stößel 17 vor sich
her und bringt damit auch die Kugel 14 wieder auf ihre untere
Sitzfläche 15, in der sie die Einlaßbohrung 2 des Hochdruckkugel
ventils abschließt.
Claims (3)
1. Hochdruckkugelventil, dessen Ventilgehäuse mit einer Bohrung
versehen ist, die der sich auf dem Ventilgehäuse mit kegel
stumpfförmiger Stirnfläche abstützende Ventilkörper abschließt,
und die umfangsseitig eine Auslaßbohrung und stirnseitig, dem
Ventilkörper gegenüberliegend, eine Einlaßbohrung sowie eine
die Einlaßbohrung verschließende Kugel aufweist, an die ein in
einer Bohrung des Ventilkörpers verschiebbar gelagerter und von
einem hydraulisch beaufschlagbaren Kolben betätigter zylindrischer Stößel an
liegt, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Ansatz (12),
der sich an der kegelstumpfförmigen Stirnfläche (13) des Ven
tilkörpers (11) befindet, in die Bohrung (6) des Ventilgehäuses
(1) schließend eingreift, diese bis zur Auslaßbohrung (8) aus
füllt und einen in seiner freien Stirnfläche austretenden er
weiterten Bohrungsabschnitt (16) aufweist, der die Kugel (14)
aufnimmt, die in diesen Bohrungsabschnitt (16) schließend ein
greift, durch den Stößel (17) in Schließstellung gehalten wird
und deren Hub mittels einer Sitzfläche (15′) begrenzt ist, die
sich am Anfang der den Stößel (17) aufnehmenden Bohrung (18)
befindet.
2. Hochdruckkugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannschrauben (33) frei durch Bohrungen den Ventilge
häuses (1) verlaufen und in Gewindebohrungen eines auf der ge
genüberliegenden Seite des Ventilgehäuses (1) befindlichen Rin
ges (34) eingreifen, der den Einlaßstutzen (4) des Ventilgehäu
ses (1) umschließt.
3. Hochdruckkugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das im Durchmesser abgesetzte Stößelende (19) in seiner
Länge derart bemessen ist, daß die Schulter (38) auch in der
unteren Totlage der Kugel (14) sich noch innerhalb des den Stö
ßel (17) umschließenden Bohrungsabschnittes (18) des Ventilkör
pers (11) befindet.
Priority Applications (4)
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