DE3342405A1 - Absperrventil - Google Patents
AbsperrventilInfo
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- 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
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Description
4630 Bochum 1
Die Erfindung richtet sich auf ein Absperrventil mit großer Schalthäufigkeit für unter hohem Druck stehende
Fluide gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter Hochdruck wird hierbei ein Druck oberhalb 1.000 bar verstanden. Bei derartigen Drücken sind Dichtkegel
und Dichtsitz durchweg metallisch ausgebildet. Der Dichtsitz, besteht in aller Regel aus einer mehr oder weniger scharfen
Kante an der Mündung einer Ventilgehäusebohrung, an die dann der Dichtkegel angepreßt wird und dabei die erforderliche
Dichtwirkung erzeugt. Das Arbeitsfluid. ist Wasser, gegebenenfalls
mit Zusätzen vermischt.
Bei solchen Ventilen führen indifferente Zustände, insbesondere bei einem nur wenig geöffneten Ventil, d.h. bei
einem kleinen Spalt zwischen dem Dichtkegel und dem Dichtsitz schnell zu Zerstörungen des. Dichtsitz.es. Die bei Drücken
oberhalb 1.000 bar außerordentlich hohen Strömungsgeschwindig
keiten des Fluids im Dichtspalt rufen dann Kavitation und Materialauswaschungen hervor. Um den Dichts.itζ zu entlasten
und eine hohe Betätigungsfrequenz, (große Schalthäufigkeit) zu erreichen, ist es vorteilhaft, das Ventil möglichst
rasch zu öffnen und auch rasch zu schließen. Diese Maßnahme führt aber zu enorm hohen Druckspitzen in dem Hydrauliksystem
in welches, das Absperrventil eingegliedert ist. Folgen dieser
Druckspitzen sind Brüche in den Rohr- oder Schlauchleitungen des .Hydrauliksystems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe .zugrunde, das im Oberbegriff deü Anupruchu 1 beschriebene AbEsperrventil so au
COPY BAD ORlGSMAL
verbessern, daß bei seiner Betätigung die nicht zu vermeidend Druckspitzen klein gehalten und somit keine oder nur unbedeutende
Rückwirkungen auf das Hydrauliksystem hervorgerufen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindu: in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten
Merkmalen.
Durch die Ausbildung eines dem kegelmantelförmigen Dichtsit ζ bei in die Aufnahmebohrung eingetauchtem Drosselkolben
vorgelagerten Drosselspalts wird jetzt in denkritischei
Situationen kurz vor dem Aufsitzen des Dichtkegels auf der Dichtfläche sowie unmittelbar nach dem Abheben des Dichtkegeis
von der Dichtfläche ein Betriebszustand geschaffen, bej
welchem nahezu kein Fluüdruck im Dichtflächenbereich vorhander ist. Damit ist auch die Strömungsgeschwindigkeit im Dichtspalt
sehr klein, so daß die verschleißfördernde Wirkung des hochgespannten Fluids unwirksam ist.
Die Länge des Drosselspalts sollte so bemessen sein daß ein ausreichender Druckabbau bei vertretbarem Ventildimensionen
und Fluidtemperaturen erzielbar ist. Die Mindestlänge kann z.B. 1/5 des Durchmessers des Drosselkolbens betragen.
Die Schaltcharakteristik eines solchen Ventils ist sehr weich, womit eine Erhöhung der Ventilstandzeit und
eine erhebliche Senkung der Druckspitzen im Hydrauliksystem erreicht wird. "
COPY
ΛΒ1ΛΙΜΛΙ
Während des Schließvorgangs entsteht beim Eintauchen des Drosselkolbens in die Aufnahmebohrung ein ständig
länger werdender Drosselspalt, in welchem der Pluidstrom zunehmend gedrosselt wird. Dabei wird der hohe Fluiddruck auf
nahezu null bar gesenkt. Im Augenblick des Aufsitzens des Dichtkegels auf der Dichtfläche ist kein nennenswerter Druck
und dadurch auch keine Strömungsgeschwindigkeit mehr vorhanden, durch welche Kavitationen oder Materialauswaschungen
hervorgerufen werden. Vielmehr werden während des Schließvorgangs die sich bisher im Bereich des Ventilsitzes auswirkende
Beanspruchungen in den Bereich des Drosselspalts verlagert, und zwar hier auf eine Fläche, die um ein Vielfaches größer
ist als die Dichtsitzfläche.
Beim öffnen des Ventils bricht der im Drosselspalt bis zur Dichtfläche anstehende Fluiddruck zusammen, da durch
den engen Drosselspalt nicht genügend Fluid nachfließen kann, um den Druck aufrechtzuerhalten. Erst bei weiterem Hinausbewegen
des Drosselkolbens aus der Aufnahmebohrung und sich damit verkürzendem Drosselspalt, d.h. mit nachlassender
Drosselwirkung, baut sich auch am Ventilausgang der am Ventil eingang anstehende Fluiddruck auf.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäße Absperrventile sind hochdruckwasserunterstützte Schneidköpfe
von in untertägigen Grubenbetrieben eingesetzten Maschinen zum Lösen von Kohle oder anderen Mineralien.
Die Merkmale im Anspruch 2 stellen sicher, daß im Moment des Aufsetzens des Drosselkolbens auf der Dichtfläche
keine unzulässig hohen Materialbeanspruchungen entstehen, die zu Schäden an der Dichtfläche führen könnten.
Unter Anwendung der Merkmale im Anspruch 3 wird eine definierte linienförmige Abstützung erreicht und damit
eine einwandfreie Dichtwirkung erzielt. Nur die gerundete
Dichtkante kommt an der Dichtfläche zur Anlage.
Die Einlaufschräge an der Mündung der Aufnahmebohrung gemäß Anspruch 4 erleichtert das einwandfreie Einführen
des Drosselkolbens beim Schließvorgang.
Die Merkmale des Anspruchs 5 erlauben eine vereinfachte
Fertigung mit geringerer Passungsgenauigkeit, da sich der Einsatzkörper radial bewegen und dadurch exakt zum
Drosselkolben ausrichten kann.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläuteri
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein geschlossene: Absperrventil;
Figur 2 einen Längsschnitt durch das geöffnete Absperrventil und
Figuren
3 bis. 5 in vergrößerter Darstellung den Ventilsit
bereich in drei verschiedenen Schalt -
Situationen.
Das in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Absper ventil 1 bildet Bestandteil eines Hydrauliks.ys.tems mit einem
Fluiddruck über 1.000 bar. Als Fluid gelangt gegebenenfalls mit Zusätzen versehenes Wasser zur Anwendung.
COPY 1
Das Ventilgehäuse 2 wird in Längsrichtung von eine Betätigungsstoßel 3 durchsetzt, der in Richtung der Schließposition
(Figur 1) durch eine Druckfeder 4 belastet ist. Der Betätigungsstoßel 3 weist zwei zylindrische Führungsabschnitt
53 6 auf, die mit ihren Enden 7, 8 jeweils stirnseitig aus de
Ventilgehäuse 2 ragen. Im mittleren Längenbereich 9 ist der Betätigungsstoßel 3 eingeschnürt. In Richtung zum Führungsabschnitt
5 schließt sich an die Einschnürung 9 ein Dichtkegel
10 als stirnseitiger Bestandteil eines zylindrischen Drosselkolbens
11 an.
Der Dichtkegel 10 wirkt mit einer kegelmantelförmig Dichtfläche 12 in einem Einsatzkörper 13 zusammen. Die Dichtfläche
12 ist endseitig einer in dem Einsatzkörper 13 ausgeformten zylindrischen Aufnahmebohrung 14 für den Drosselkolbe
11 angeordnet. Der Einsatzkörper 13 is.t in eine Ausnehmung 15
des Ventilgehäuses 2 eingesetzt. Ein Dichtring 16 übernimmt die radiale Abstützung gegenüber dem Ventilgehäuse 2. Die
axiale Lage ist durch einen auch der Lagerung des Führungsabschnitts 5 dienenden Einschraubteil 17 gesichert. Der andere
Führ.ungsabschnitt 6 ist teils unmittelbar im Ventilgehäuse 2 und teils in einer Schraubbuchse 18 gelagert. Mit 19 ist
ein Dichtring zwischen dem Führungsabschnitt 5 und dem Einschraubteil
17, mit 20 ein Dichtring zwischen dem Einschraubteil 17 und dem Ventilgehäuse 2 und mit 21 ein Dichtring
zwischen dem Führungsabschnitt 6, dem Ventilgehäuse 2 und der
Schraubbuchse 18 bezeichnet.
Beidseitig des Einsatzkörpers 13 sind Fluidaufnahmfi
räume 22, 23 ausgebildet, die an den Ventileingang 24 bzw, an den Ventilausgang 25 angeschlossen sind.
COPY
BAD QRiQfMAL
Aus den Figuren 3 bis 5 ist deutlich. z.u erkennen.,
daß durch entsprechende Bemaßung des. Außend.urchmessers des Drosselkolbens 11 im Vergleich zum Innendurchmesser der Aufnai
bohrung 14 ein Drosselspalt 26 zwischen Aufnahmebohrung 14 unc Drosselkolben 11 gebildet ist. Ferner ist zu sehen, daß die
Kante 27 zwischen dem Dichtkegel 10 und. der Zylindermantelfläche 28 des Dros.selkolbens 11 gerundet ist. Insbesondere
aus Figur 5 ist erkennbar, daß der Kegelwinkel cc. des Dichtkegels
10 kleiner als der Kegelwinkel /3 der Dichtfläche 12 bemessen ist. Die Mündungskante 29 der Aufnahmebohrung 14 im
Einsatzkörper 13 ist als Einlaufschräge ausgestaltet. Der Winkel
kann zwischen 5° und 45° betragen.
Die Länge L der Einschnürung 9 (Figur 1) ist im Vergleich zu der Dicke D des Einsatzkörper 13 so bemessen,
daß der Durchflußquerschnitt in jeder Stellung des Betätigung: stößeis. 3 ausreichend groß ist.
Die Wirkungsweise des Absperrventils 1 ist wie fol,
Bei geöffnetem Ventil 1 (Figuren 2 und 3) wird der Betät;igungsstößel 3 zunächst nur durch die Kraft der Feder 4
in Richtung des Pfeils Z bewegt. Bei der weiteren Verlagerung
wirkt außerdem eine Beschleunigungskraft auf den Betätigungsstößel 3 ein, deren Größe sich aus der Größe der Ringfläche 3
am Drosselkolben 11 multipliziert mit der jeweiligen Differen des am Ventileingang 24 und am Ventilausgang 25 anstehenden
Drucks ergibt. Die Größe der Ringfläche 30 ergibt sich durch Subtraktion des Durchmessers des Drosselkolbens 11 und des
Führungsabschnitts 5. Der Bewegungsvorgang wird außerdem durc
COPY
BAD ORiGlKJAL
BAD ORiGlKJAL
die am Ventilausgang 25 entstehende Prucka.bnah.nie unterstützt..
Taucht der Drosselkolben 11 gemäß Figur 4 in die Aufnahmebohrung 14 ein, entsteht zad.sch.en dem. Pros.seIkQIben V
und der Aufnahmebohrung 14 ein Drosselspalt 26, durch den der
Fluidstrom vom Ventileingang 24 zum Ventilausgang 25 zunehmencL
verringert und der Fluiddruck laufend, abgebaut wird. Hat der
Drosselkolben 11 die Schließstellung gemäß Figur 5 erreicht, i
hat der Drosselspalt 26 eine Länge, die etwa 1/5 des Durchmessers des Drosselkolbens 11 entspricht. Kurz vor dem Aufsetzen
des Dichtkegels 10 auf der Dichtfläche 12 ist dann der Fluiddruck auf nahezu null bar abgebaut worden, so daß im
Dichtspalt 31 keine wesentliche Strömung mehr herrscht, wodurch
auch keine Kavitation und Materialauswaschungen mehr auftreter können.
Beim Öffnen des Absperrventils 1 (Figuren 1 und 5) wird zunächst eine äußere Kraft auf den Betätigungsstößel 3
in Richtung des Pfeils A ausgeübt. Im Drosselspalt 26 steht der Fluiddruck bis zur kegelmantelförmigen Dichtfläche 12 an.
Im Moment des öffnens wird der bis zu diesem Zeitpunkt drucklose Ventilraum 32 stirnseitig des Dichtkegels 10 mit dem
Drosselspalt 26 verbunden, wodurch der im Dichtkegelbereich anstehende Druck zusammenbricht, dadurch den engen Drosselspalt
26 nicht mehr genügend Fluid nachfließen kann, um den Druck aufrechtzuerhalten. Im Zuge der weiteren Öffnungsbewegung
des Drosselkolbens 11 (Figur 4) baut sich der am Ventileingang 24 anstehende Druck in dem Umfeig am Ventilausgang 25 auf,
in welchem die Länge des Drosselspalts 26 abnimmt.
CÖPY
ÖAD ORIGINAL
ÖAD ORIGINAL
Claims (5)
1. Absperrventil mit großer Schalthäufigkeit für unter hohem Druck stehende Fluide, insbesondere Hochdruckwasser,
das einen an einem Betätigungsstößel ausgebildeten Dichtkegel aufweist, der durch den Fluiddruck und eine federelastische
Rückstellkraft gegen einen Dichtsitz im Ventilgehäuse andrückbar ist, dadurch gekenn
zeichnet , daß der in der Schließposition an einem kegelmanteiförmigen Dichtsitz (12) zur Anlage gelangende
Dichtkegel (10) stirnseitiger Bestandteil eines zylindrischen Drosselkolbens (11) bildet und die Dichtfläche (12) endseitig
einer zylindrischen Aufnahmebohrung (lH) für den DrosselkolbC?
(11) angeordnet ist, wobei durch entsprechende Bemaßung des Außendurchmessers des Drosselkolbens (.11) im Vergleich zum
Innendurchmesser der Aufnahmebohrung (14) ein Drosselspalt (2
zwischen Aufnahmebohrung (14) und Drosselkolben (11) gebildet ist.
2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kante (27) zwischen dem
Dichtkegel (10) und der Zylindermantelfläche (28) des Drossel kolbens (11) gerundet ist.
3. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kgelwinkel {cC ) des
Dicht kegeis (10) kleiner als der Kegelwinkel (/3) der Dichtfläche
(12) bemessen ist.
4. Absperrventil nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet , daß an der Mündung der Aufnahme bohrung (lh) eine Einlaufschräge (29) vorgesehen ist.
5. Absperrventil nach einem der Ansprüche I3 3
oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dichtfläche (12) und die Aufnahmebohrung (14) in einem gegenüber dem Ventilgehäuse (2) über eine umfangsseitige
Dichtung (16) abgestützten Einsatzkörper (13) ausgebildet sind.
COPY
Priority Applications (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=6215091
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