DE4128007C2 - Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil mit einem Ventilgehäuse, einem unter Federkraft an einem Ventil­ sitz anliegenden Verschlußteil, das an einem Ende einer verschiebbar gelagerten Ventilstange angeordnet ist, und einer die Ventilstange im wesentlichen in Längsrichtung beaufschlagenden Feder, die an ihrem einen Ende an ei­ ner Federhaube und an ihrem anderen Ende an einem die Ventilstange umgebenden Federteller abgestützt ist, der die Federkraft über einen von ihm aufgenommenen und in eine Eindrehung der Ventilstange eingesetzten Druckring auf diese überträgt.

Ein derartiges Sicherheitsventil, wie es beispielsweise in der DE 26 54 077 C2 gezeigt ist, wird üblicherweise als Druckbegrenzungsventil in einem unter Druck stehen­ den System eingesetzt. Bei Überschreiten des zulässigen Systemdrucks öffnet das Ventil entgegen der auf das Ver­ schlußteil wirkenden Federkraft, um einen Abbau des Sy­ stemdrucks vor dem Ventil zu erreichen.

Um die in Längsrichtung der Ventilstange wirkende Feder­ kraft in diese einzuleiten, ist gemäß der DE 26 54 077 C2 in der Ventilstange eine umlaufende Eindrehung bzw. eine innere Schulter vorgesehen, in die ein die Ventilstange umgreifender Druckring eingesetzt ist. Die von der Feder über einen Federteller in den Druckring eingeleitete Fe­ derkraft wird über die zwischen dem Druckring und der inneren Schulter der Ventilstange gebildete Ringfläche in die Ventilstange eingeleitet. Die Tiefe der Eindre­ hung und somit die Größe der Ringfläche ist abhängig von der zu übertragenden Kraft und ist begrenzt durch die zulässige Flächenpressung.

An der Ventilstange treten neben der Federkraft auch zu­ sätzlich Biegemomente und Querkräfte auf, die von der Ventilstange aufgenommen werden müssen. Zur Gewährlei­ stung einer sicheren Lastabtragung muß die Ventilstange deshalb eine Mindestquerschnittsfläche aufweisen, die den Kernquerschnitt der Ventilstange im Bereich der Ein­ drehung bestimmt. Dieser notwendige Kernquerschnitt be­ stimmt somit umgekehrt den Gesamtquerschnitt bzw. den Durchmesser der Ventilstange, der wesentlich größer als die erforderliche Mindestquerschnittsfläche ist, so daß die Ventilstange auf ihrer gesamten Länge außerhalb der Eindrehung überdimensioniert ist. Somit weist die Ven­ tilstange ein relativ hohes Gewicht auf und erfordert einen entsprechenden Bauraum.

Um die Ventilstange in ihrer Ausgestaltung besser an die auftretenden Belastungen bzw. inneren Spannungen anpas­ sen zu können, ist vorgeschlagen worden, die Ventilstange über ihre gesamte Länge mit der erforderlichen Mindest­ querschnittsfläche auszubilden und lediglich im Bereich des Druckrings eine außenliegende, umlaufende Schulter vorzusehen, deren Ringfläche der Mindestauflagerfläche entspricht. Damit kann zwar das Gewicht sowie der erfor­ derliche Bauraum der Ventilstange optimiert werden, je­ doch ist eine derartige Ventilstange sehr aufwendig in Materialeinsatz und Herstellung, da in den Bereichen oberhalb und unterhalb der Schulter ein kostenintensi­ ves Abdrehen der Ventilstange auf geringere Durchmesser notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Ventil­ stange in ihren Abmessungen in herstellungstechnisch ein­ facher Weise an die aufzunehmenden Belastungen angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eindrehung wenigstens zwei in Längsrichtung der Ven­ tilstange hintereinander angeordnete, umlaufende Ring­ rippen aufweist und daß der Druckring an seiner Innen­ seite ein mit den Ringrippen formschlüssig in Eingriff stehendes Profil aufweist.

Die zwischen dem Druckring und der Ventilstange wirksame Auflager- bzw. Federkraft ist somit auf mehrere Ringflä­ chen verteilt, so daß die radiale Ausdehnung der Ring­ flächen bzw. die Tiefe der Eindrehung klein gehalten werden kann. Auf diese Weise kann der Unterschied zwi­ schen der Gesamtquerschnittsfläche der Ventilstange in den ungeschwächten Bereichen und der Mindestquerschnitts­ fläche im Bereich der Eindrehung gering gehalten werden, wodurch sowohl das Gewicht als auch der erforderliche Bauraum der erfindungsgemäßen Ventilstange gegenüber der bekannten Bauweise verringert ist. Der vollflächi­ ge Kontakt zwischen den Auflagerflächen der Ringrippen und dem Profil des Druckrings stellt eine gute Kraft­ übertragung zwischen diesen Bauteilen sicher. Durch die mehreren Ringflächen ist die Gefahr von punktuel­ len Spannungsspitzen insbesondere bei lastabhängigen Verformungen des Druckrings gemindert, und zwar auch dann, wenn aufgrund von nicht zu vermeidenden Ferti­ gungstoleranzen im Betriebszustand zunächst nur eine Ringfläche trägt. Diese kann sich um das Toleranzmaß verformen, bis dann beide Ringflächen ständig tragen.

Vorzugsweise entspricht der Außendurchmesser der Ring­ rippen im wesentlichen dem Außendurchmesser der Ven­ tilstange. Dadurch ist eine bestmögliche Ausnutzung der erfindungsgemäßen zusätzlichen Ringflächen erreicht. Darüber hinaus ist eine einfache Herstellung der Ven­ tilstange gewährleistet, da lediglich die zwischen den Ringrippen vorhandene Profilierung in die Ventilstange eingearbeitet zu werden braucht.

Eine optimale Kraftübertragung bei geringster Querschnitts­ schwächung wird dann erreicht werden, wenn die Ringrippen in einer Radialebene der Ventilstange liegen. Des weiteren ist dadurch eine gleichmäßige Lasteinleitung in die Ven­ tilstange gewährleistet.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Ringrippen einen im wesentlichen trapez­ förmigen Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise ist die axiale Länge der Ringrippen an ihrem Fuß, an dem sie mit der Ventilstange in Verbindung stehen, größer als an ih­ rem freien Ende, so daß die beim Übergang der Ringrippen in die Ventilstange auftretenden Biegemomente sicher in die Ventilstange eingeleitet werden können. Darüber hinaus erleichtert die trapezförmige Querschnittsgestaltung der Ringrippen das Einführen bzw. Aufsetzen des Druckrings.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß zumindest eine Seitenwand der Eindrehung geneigt ausgebildet ist, wo­ durch das Einsetzen des Druckrings erleichtert ist. Wenn jedoch eine der Seitenwände der Eindrehung mit zur Kraft­ übertragung verwendet wird, sollte diese Seitenwand vor­ zugsweise senkrecht zur Längsrichtung der Ventilstange verlaufen.

Um in allen Bereichen der Ringfläche eine ausreichend hohe Kraftübertragung zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Ringrippen am Grund der Eindrehung einen gegenseitigen Abstand aufweisen. Auf diese Weise können auch die Zähne des Sägezahnprofils des Druck­ rings an ihrem freien Ende eine derartige axiale Dicke aufweisen, daß sie eine für eine Kraftübertragung aus­ reichende Steifigkeit besitzen und die infolge der Auf­ lagerkraft auftretenden inneren Spannungen sicher auf­ nehmen bzw. ableiten können.

Um den Unterschied zwischen der Gesamtquerschnittsflä­ che der Ventilstange im ungeschwächten Bereich und der Mindestquerschnittsfläche im Bereich der Eindrehung mög­ lichst gering halten zu können, ist es vorteilhaft, ei­ ne möglichst hohe Anzahl von Ringrippen vorzusehen. Je­ doch erhöht sich mit zunehmender Anzahl der Ringrippen auch der herstellungstechnische Aufwand. Es hat sich ge­ zeigt, daß ein ausreichend geringer Unterschied in den genannten Querschnittsflächen bei vertretbarem herstel­ lungstechnischen Aufwand erreicht werden kann, wenn zwei bis vier Ringrippen vorgesehen sind.

Zur Erzielung einer guten Kraftübertragung ist es not­ wendig, daß der Druckring mit seinem Profil in engem und vollflächigem Kontakt mit den Auflagerflächen der Ringrippen der Ventilstange steht. Um dies zu errei­ chen, muß der Druckring exakt in der Eindrehung posi­ tioniert werden. Um das Einsetzen und Positionieren des Druckrings zu erleichtern bzw. zu verbessern, ist erfin­ dungsgemäß bevorzugt, daß der Druckring aus zwei Ring­ hälften besteht. Dabei lassen sich die Druckringhälften in einfacher Weise seitlich in die Eindrehung einsetzen. Um die Druckringhälften in ihrer montierten Lage zu hal­ ten, kann entweder ein äußeres Halteelement oder aber vorgesehen sein, daß der Federteller in seinem einge­ bauten Zustand den Druckring umgreift und somit für dessen Positionierung sorgt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß die bei­ den Ringhälften über einen verformbaren Steg miteinan­ der verbunden sind. Zur Montage können die beiden Druck­ ringhälften um den Steg derart aufgebogen werden, daß der Druckring auf die Ventilstange aufgesetzt werden kann. Anschließend werden die Druckringhälften wieder zusammengebogen, so daß sie ihre vorbestimmte gegensei­ tige Lage einnehmen. Gleichzeitig ist durch den Steg er­ reicht, daß immer nur jeweils zueinander passende und in einem Fertigungsgang und damit paßgenau hergestellte Druckringhälften verwendet werden. Auch wenn nach mehr­ maligem Montieren und Demontieren bzw. Auf- und Zubie­ gen der Ringhälften der Steg brechen sollte, ist durch die in Radialebenen liegenden Flanken der Ringrippen gewährleistet, daß die Ringhälften auf diesen Flanken liegen bleiben, bis der Federteller übergestülpt ist.

In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, daß zumindest der Druckring an seiner Umfangsfläche eine Einführschräge für den Federteller aufweist. Die Ein­ führschräge erleichtert bei der Montage das Überstül­ pen des Federtellers über den Druckring. Dies kann noch dadurch unterstützt werden, daß auch am Öffnungsrand der den Druckring aufnehmenden Ausnehmung des Ventil­ tellers eine entsprechende Einführschräge vorgesehen ist. Schließlich ist es von Vorteil, wenn an der Ven­ tilstange zwischen den Ringrippen eine Zylinderfläche gebildet ist, auf der der Druckring zentriert ist, der seinerseits mit seiner Umfangsfläche den Federteller zentriert.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Sicherheitsventil;

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstel­ lung des Ventils gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Druckring in einer gegen­ über Fig. 2 winkelversetzten Draufsicht in kleinerem Maßstab und

Fig. 4 den Druckring gemäß Fig. 3 in einer Montagephase.

Das Sicherheitsventil 10 gemäß Fig. 1 weist ein Ventil­ gehäuse 13 mit einem Eintrittsstutzen 11 und einem Aus­ trittsstutzen 12 auf. Das Ventilgehäuse 13 ist über am Eintrittsstutzen 11 angeordnete Flansche 11a mit einem nicht dargestellten unter Druck stehenden System an­ schließbar, während an die Flansche 12a des Austritts­ stutzens 12 eine nicht dargestellte Abführleitung ange­ bracht werden kann. In dem Ventilgehäuse 13 ist ein rohr­ förmiger Ventilsitzkörper 16 befestigt, dessen obere ringförmige Oberfläche einen Ventilsitz 16a bildet.

Das Ventilgehäuse 13 weist eine Haube 14 auf, deren In­ nenraum 14a durch eine Führungsplatte 19 von dem Innen­ raum des Ventilgehäuses 13 getrennt ist. An der Obersei­ te der Haube 14 ist eine Kappe 15 angeordnet. Die Kappe 15 ist druckdicht an die Haube 14 angeschlossen.

Eine Ventilstange bzw. eine Ventilspindel 18 ist inner­ halb der Federhaube 14 verschiebbar angeordnet und ragt mit ihrem unteren freien Ende in den Innenraum des Ven­ tilgehäuses 13 hinein, wobei sie eine Führungsöffnung 19a in der Führungsplatte 19 durchgreift. Am unteren Ende der Ventilstange 18 ist ein Verschlußteil 17 ange­ bracht, das an dem Ventilsitz 16a zum Schließen des Si­ cherheitsventils 10 zur Anlage bringbar ist.

Mit ihrem oberen freien Ende ragt die Ventilstange 18 in den Innenraum 15a der Kappe 15 hinein. Die Ventil­ stange 18 ist an ihrem oberen freien Ende mit einem An­ schlag 31 versehen, an dem der Daumen 32 einer Anlüft­ vorrichtung 33 zum manuellen Öffnen des Sicherheits­ ventils 10 angreift.

Die Haube 14 weist an ihrem oberen Ende eine Bohrung 21 mit Innengewinde auf, die zur Aufnahme einer Spannschrau­ be dient. Die Spannschraube 23 weist eine zentrale Durch­ gangsbohrung 23a auf, die von der Ventilstange durchdrun­ gen ist. Die Ventilstange 18 ist an ihrem oberen Ende in der Durchgangsbohrung 23a axial verschieblich geführt.

Innerhalb der Haube 14 ist eine Schraubenfeder 20 ange­ ordnet, die die Ventilstange 18 umgibt und im wesentli­ chen konzentrisch zu dieser angeordnet ist. Die Schrau­ benfeder 20 steht an ihrem oberen Ende mit einem oberen Federteller 29 in Anlage, der auf der Spannschraube 23 gelagert und durch diese geführt ist. Infolge der Kraft der Schraubenfeder 20 wird der obere Federteller 29 auf das untere, führende Ende der Spannschraube 23 gedrückt.

Das untere Ende der Schraubenfeder 20 steht in Anlage mit einem unteren Federteller 22 der sich über einen Druckring 24 an der Ventilstange 18 abstützt. Infolge der Federkraft wird das Verschlußteil 17 auf den Ven­ tilsitz 16a gedrückt, so daß das Sicherheitsventil 10 im Normalzustand geschlossen ist. Überschreitet der Me­ diumdruck in dem nicht dargestellten System und somit der Druck am Eintrittsstutzen 11 den Ansprechdruck des Sicherheitsventils 10, wird das Verschlußteil 17 entge­ gen der Kraft der Schraubenfeder 20 von dem Ventilsitz 16a abgehoben, wodurch das Medium über den Austritts­ stutzen 12 abfließen bzw. abströmen kann. Der Ansprech­ druck des Sicherheitsventils 10 kann durch Drehen der Spannschraube 23 auf den gewünschten Wert eingestellt werden.

In Fig. 2 ist der konstruktive Aufbau zur Einleitung der Kraft der Schraubenfeder 20 in die Ventilstange 18 im Einzelnen dargestellt. Die Ventilstange 18 ist mit einer Eindrehung 26 unter Bildung von zwei umlaufenden Ringrippen 28 versehen. Die Ringrippen 28 sind in Achs­ richtung der Ventilstange 18 hintereinander angeordnet, wobei sie am Grund der Eindrehung 26 einen geringen ge­ genseitigen Abstand aufweisen. Die Ringrippen 28 besit­ zen einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei die gemäß Fig. 2 obere Flanke 28a, die der Feder 20 zugekehrt ist, jeweils in einer Radialebene der Ven­ tilstange 18 verläuft, während die untere Flanke 28b derart geneigt verläuft, daß am Fuß der Ringrippe 28 ein größerer Querschnitt als an ihrer Peripherie vor­ handen ist. Die radiale Höhe der Ringrippen 28 ent­ spricht der Tiefe der Eindrehung 26, so daß die Ring­ rippen 28 den gleichen Außendurchmesser wie die Ven­ tilstange 18 aufweisen. Die untere Begrenzungsfläche 26b der Eindrehung 26 liegt, wie die Flanken 28a der Ringrippen 28, in einer Radialebene, während die obere Begrenzungsfläche 26a, wie die Flanken 28b der Ring­ rippen 28 geneigt ist.

Mit der Eindrehung 26 bzw. den Ringrippen 28 steht der Druckring 24 formschlüssig in Eingriff. Der Druckring 24 besitzt auf seiner Innenseite ein Profil 30, das in seiner Formgebung an die Kontur der Eindrehung 26 mit den Ringrippen 28 angepaßt ist, d. h. das Profil 30 ist von drei Schultern 30a mit trapezförmigem Querschnitt gebildet, die zwischen die Ringrippen 28 eingreifen.

Der Druckring 24 liegt in einer Ausnehmung 22a des un­ teren Federtellers 22. Die von der Schraubenfeder 20 auf den unteren Federteller 22 ausgeübte Druckkraft wird auf den Druckring 24 übertragen. Von dem Druck­ ring 24 wird die Kraft über drei ringförmige Kontakt­ flächen, d. h. die beiden Flanken 28a der Ringrippen 28 sowie die untere Begrenzungsfläche 26b der Eindrehung 26, in die Ventilstange 18 eingeleitet, wodurch das Ver­ schlußteil 17 gegen den Ventilsitz 16a gedrückt wird.

Die Zentrierung von Federteller 22 und Druckring 24 mit Bezug auf die Ventilstange 18 erfolgt wie folgt: Am Grund der Eindrehung 26 zwischen den Ringrippen sind an der Ventilstange 18 Zylinderflächen 18a gebildet, auf denen der Druckring 24 mit seinem Innendurchmesser zen­ triert ist. Auf den Außendurchmesser des Druckrings 24 wiederum ist der Federteller 22 mit dem Innendurchmes­ ser seiner Ausnehmung 22a zentriert.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht zwischen den ge­ neigten Flächen 26a, 28b der Eindrehung 26 bzw. der Ringrippen 28 und den korrespondierenden Flächen am Profil 30 des Druckrings 24 sowie zwischen dem Außen­ durchmesser der Ventilstange und dem Innendurchmesser am Grund der Schultern 30a des Druckrings 24 ein Spiel, während in radialer Richtung, wie oben beschrieben, ein enger Sitz für die Zentrierung notwendig ist, die am In­ nendurchmesser der Eindrehung 26 der Ventilstange 18, am Innendurchmesser des Profils 30 des Druckrings 24 sowie an dessen Außendurchmesser und dem Innendurchmes­ ser der Ausnehmung 22a des Federtellers 22 erfolgt. Um die Montage, d. h. das Überschieben des Federtellers 22 über den eingesetzten Druckring 24 zu erleichtern, wei­ sen der Druckring 24 an seinem Mantel eine Einführschrä­ ge 24a und der Federteller 22 am Öffnungsrand der Aus­ nehmung 22a eine Einführschräge 22b auf. Damit läßt sich der Federteller 22 auch dann über den Druckring stülpen, wenn dieser nach dem Zusammenbiegen der bei­ den Ringhälften wieder geringfügig auffedert.

Wie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, weist der Druckring 24 einen in radialer Richtung verlaufenden Schlitz 27 auf. In dem dem Schlitz 27 diametral gegen­ überliegenden Bereich besitzt der Druckring 24 eine Querschnittsverjüngung zu einem Steg 25, über den die zwei Druckringhälften 24a und 24b verbunden sind. Zur Montage des Druckrings 24 werden die beiden Druckring­ hälften 24a und 24b in der in Fig. 4 gezeigten Weise auseinandergebogen, wobei der Steg 25 einerseits als Gelenkpunkt dient. In dieser Lage kann der Druckring 24 über die Ventilstange geschoben werden. Durch anschlie­ ßendes Zusammenbiegen der Druckringhälften 24a und 24b wird das Profil des Druckrings 24 auf die Ringrippen 28 der Eindrehung 26 aufgedrückt. Anschließend wird der untere Federteller 22 über den Druckring 24 geschoben, so daß dieser auf der Ventilstange 18 fixiert ist.

Claims (12)

1. Sicherheitsventil mit einem Ventilgehäuse, einem un­ ter Federkraft an einem Ventilsitz anliegenden Ver­ schlußteil, das an einem Ende einer verschiebbar ge­ lagerten Ventilstange angeordnet ist, und einer die Ventilstange im wesentlichen in Längsrichtung be­ aufschlagenden Feder, die an ihrem einen Ende in einer Federhaube und an ihrem anderen Ende an einem die Ventilstange umgebenden Federteller abgestützt ist, der die Federkraft über einen von ihm aufge­ nommenen, in eine Eindrehung der Ventilstange ein­ gesetzten Druckring auf diese überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrehung (26) wenig­ stens zwei in Achsrichtung der Ventilstange (18) hintereinander angeordnete, umlaufende Ringrippen (28) aufweist und daß der Druckring (24) an sei­ ner Innenseite ein mit den Ringrippen (28) form­ schlüssig in Eingriff stehendes Profil (30) auf­ weist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Ringrippen (28) im wesentlichen dem Außendurchmesser der Ventilstan­ ge (18) entspricht.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ringrippen (28) im wesentlichen in Ra­ dialebenen der Ventilstange (18) verlaufen.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrippen (28) einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Feder zugekehrten, die Kraft von dem Druckring (24) in die Ventilstange (28) einleitenden Flanken (28a) der Ringrippen (28), in einer Radialebene der Ventilstange (18) liegen.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Flanke (26a) der Eindrehung (26) geneigt verläuft.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrippen (28) am Grund der Eindrehung (26) einen Abstand aufweisen.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Ringrippen (28) vorgesehen sind.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (24) aus zwei Ringhälften (24a, 24b) besteht.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringhälften (24a, 24b) über einen verformbaren Steg (25) miteinander verbunden sind.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Druckring (24) an seiner Umfangsfläche eine Einführschräge für den Federteller (22) aufweist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ventilstange (18) zwi­ schen den Ringrippen (28) eine Zylinderfläche ge­ bildet ist, auf der der Druckring (24) zentriert ist, der seinerseits mit seiner Umfangsfläche den Federteller (22) zentriert.