DE9210041U1

DE9210041U1 - Kugelrückschlagventil

Info

Publication number: DE9210041U1
Application number: DE9210041U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-25
Filing date: 1992-07-25
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 2002-07-26
Also published as: DE4321787A1; DE4321787C2

Description

Augsburg, den 23. Juli 1992 Anw.Aktenz.: MH.3056

Hans Wolter

Grabus 10a

8941 Sontheim

Kugelrückschlagventil

Die Erfindung betrifft ein Kugelrückschlagventil, bei welchem ein axial bewegliches Verschlußelement in Form einer Kugel mit einem Ventilsitz zusammenwirkt.

Kugelrückschlagventile sind in vielfältiger Form bekannt. Dabei kann die Ventilkugel entweder durch Schwerkraft oder üblicherweise durch Federvorspannung gegen den Sitz gedrängt werden, so daß das Ventil bei einem die Vorspannkraft übersteigenden resultierenden Strömungsmitteldruck in Ventilöffnungsrichtung öffnet und ansonsten schließt.

Bei bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise Dosierpumpen und ähnlichen Anwendungen, wo es auf Genauigkeit des Öffnens und Schließens und insbesondere auch des dichten Abschließens im Schließzustand sowie des leichten Öffnens ankommt, steht zum einen das Erfordernis im Raum, mit nur geringer Vorspannkraft auf die Ventilkugel zu arbeiten, um ein leichtes Öffnen zu gewährleisten, sei es, weil die verfügbare Strömungsdruckdifferenz nur verhältnismäßig gering ist, oder sei es, um ein schnelles und exaktes Ansprechen des Ventils in Öffnungsrichtung zu gewährleisten, und andererseits soll aber auch unter diesen Gegebenheiten im Schließzustand des Ventils ein dichtes und sicheres Schließen gewährleistet sein, also irgendein Durchlecken von Strömungsmittel in der einen oder anderen Richtung durch das geschlossene Ventil sicher ausgeschlossen werden.

Diese Anforderungen können nicht leicht erfüllt werden, weil die Dichtigkeit bei bekannten Kugelrückschlagventilen eben von der Oberflächenqualität von Ventilkugel und Ventilsitz sowie dem auf die Ventilkugel im Schließzustand wirkenden Anpreßdruck gegen den Ventilsitz abhängt. Ist dieser Anpreßdruck zur Erzielung guter Dichtigkeit hoch, wird das Öffnen erschwert, und bei den oben erwähnten besonderen Anwendungsfällen kann dies zu Ungenauigkeiten und anderen Nachteilen führen.

Insbesondere ist es bereits bekannt, als Kugelrückschlagventil eine gummielastische Ventilkugel in einem konischen Ventilkanalabschnitt zu verwenden, der sich von einem Durchmesser kleiner als dem Ventilkugeldurchmesser bis auf einen Durchmesser größer als der Ventilkugeldurchmesser erweitert, wobei die Ventilkugel in der Schließstellung mit der konischen Wand dieses sich erweiternden Ventilkanal abdichtet. Dies hat allerdings den Nachteil, daß, wenn der Kegelwinkel des Ventilkanalabschnitts relativ groß ist, sich eine schlechte Abdichtung ergibt bzw. eine große Vorspannkraft auf die Ventilkugel auszuüben ist, wenn hingegen der Kegelwinkel des Ventilkanals relativ klein ist, besteht die Gefahr, daß die gummielastische Ventilkugel sich in der Schließstellung mit der konischen Ventilkanalwand verkeilt und nur noch schwergängig zu öffnen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem aufgezeigten Problem abzuhelfen, d.h. ein Kugelrückschlagventil zu schaffen, bei welchem einerseits nur geringe Ventilbetätigungskräfte, also insbesondere eine nur geringe Vorspannung der Ventilkugel zum sicheren Schließen erforderlich sind, andererseits aber ein Höchstmaß an Dichtigkeit im Schließzustand und bei alledem ein sicheres, präzises und leichtes Öffnen stattfinden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene und in den Unteransprüchen weiter ausgestaltete Kugelrückschlagventil gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der anliegenden Zeichnung im Axialschnitt dargestellt, und zwar in

Fig. 1 mit halbgeschlossener Ventil-

kugel,

Fig. 2 mit vollständig geschlossener

Ventilkugel, und

Fig. 3 mit herausgenommener Ventil

kugel,

wobei die Darstellungen zum besseren Verständnis weitgehend schematisiert sind.

Die Darstellungen zeigen in einem nur schematisch angedeuteten Ventilgehäuseblock 1 einen Strömungskanal 2 mit einer darin befindlichen Ventilkugel 3 und einer die Ventilkugel in Schließrichtung vorspannenden, ebenfalls nur schematisch angedeuteten Druckfeder 4. Der Strömungskanal 2 gliedert sich in einen Ventileinlaß 21 in Form eines zylindrischen Kanalabschnitts mit einem Durchmesser, der deutlich kleiner als der Ventilkugeldurchmesser ist, weiter in einen Ventilauslaß 22 mit sich konisch erweiternder Form, und einen Ventilsitzbereich 23.

Zwischen dem konischen Ventilauslaß 22 und dem Ventilsitzbereich 23 ist eine ringförmige erste Dichtkante 24 gebildet, und zwischen dem Ventilsitzbereich 23 und dem Ventileinlaß ist eine ebenfalls ringförmige zweite Dichtkante 25 gebildet.

Die Ausgestaltung des Ventilsitzbereichs 23 mit den Dichtkanten 24 und 25 zwischen Ventileinlaß 21 und Ventilauslaß ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich, wo die Ventilkugel 3 und die Feder 4 weggelassen sind.

Die Ventilkugel 3 ist gummielastisch ausgebildet. Ihr Durchmesser Dl ist geringfügig größer als der Durchmesser D2 der

-A-

Dichtkante 24.

In Fig. 1 ist die Ventilkugel 3 in Vollinien in einer Position dargestellt, wo sie mit ihrem Umfang ohne elastische Verformung der Kugel gerade an der ersten Dichtkante 24 anliegt. Außerdem ist die Ventilkugel 3 in Fig. 1 strichpunktiert in der Öffnungsstellung angedeutet, in welcher Strömungsmittel zwischen ihr und der konischen Wand des Ventilauslasses 22 hindurchtreten kann.

In Fig. 2 ist die Ventilkugel 3 in ihrer vollständig geschlossenen Stellung dargestellt, d.h. die gummielastische Ventilkugel ist unter gewisser elastischer Verformung vollständig in die hohlkugelige Sitzfläche 23 hineingedrückt, und liegt mit ihrem Umfang unter Spannung an der ersten Dichtkante 24 sowie außerdem an der zweiten Dichtkante 25 an. Die geometrische Auslegung der ersten Dichtkante 24, der zweiten Dichtkante 25 und des hohlkugeligen Sitzflächenbereichs 23 ist derart, daß die beiden Dichtkanten 24 und 25 auf einer gemeinsamen Kugeloberfläche mit dem Durchmesser D2 der ersten Dichtkante 24 liegende konzentrische Kreise darstellen. Der hohlkugelige Sitzflächenbereich 23 zwischen diesen beiden Dichtkanten stellt ebenfalls einen Abschnitt dieser Kugeloberfläche mit dem Durchmesser D2 dar, d.h. der Krümmungsradius R des Sitzflächenbereichs 23 ist der halbe Durchmesser D2. Dabei handelt es sich um den maximalen Krümmungsradius, den der Sitzflächenbereich 23 haben kann.

Alternativ dazu kann der Sitzflächenbereich 23 einen etwas kleineren Krümmungsradius R haben, so daß er also nicht mehr genau hohlkugelig, sondern etwas mehr bauchig ist. In diesem Fall erhält man die Wirkung, daß die Ventilkugel 3, wenn sie sich in ihrer vollständig geschlossenen Stellung gemäß Fig. befindet, sie nicht mehr unbedingt vollständig flächig an dem Sitzflächenbereich 23 anliegt, sondern der dichtende Kontakt hauptsächlich linienförmig sowohl an der ersten Dichtkante als auch an der zweiten Dichtkante 25 hergestellt ist.

Es ergibt sich folgende Funktion:

Bei Bewegung der Ventilkugel 3 in Schließrichtung kommt diese mit ihrem Umfang gemäß Fig. 1 zunächst mit der ersten Dichtkante 24 in Berührung. In diesem Augenblick ist die gummielastische Kugel noch nicht verformt. Der Kugelmittelpunkt befindet sich in diesem Zustand um eine Distanz H (siehe Fig. 1) oberhalb der Ebene der ersten Dichtkante 24. Die Verbindungslinie zwischen den Kugelmittelpunkt und der ersten Dichtkante 24 bildet in diesem Zustand mit der Ebene der ersten Dichtkante 24 einen Winkel ß. Bei weiterem Druck auf die Ventilkugel 3 in Schließrichtung durch die Feder 4 und/oder einen Strömungsmittelgegendruck wird die gummielastische Kugel 3 nun vollständig in den Ventilsitzbereich 23 hineingedrückt, bis sie an der zweiten Dichtkante 25 ebenfalls anliegt. Dabei wird die Kugel gummielastisch etwas zusammengedrückt, wobei die Kraftachsen zwischen Kugelmittelpunkt und der ersten Dichtkante 24, wie aus Fig. 1 ersichtlich, ein flaches, sehr stumpfwinkliges Dreieck ergeben. Mit relativ geringfügiger Kraft F auf die Kugel 3 läßt sich die Kugel nach dem Kniehebelprinzip also vollständig in den Sitzflächenbereich 23 hineindrücken.

Bei vollständig im Sitzflächenbereich 23 sitzender Ventilkugel 3 befindet sich deren Mittelpunkt (siehe Fig. 2) in der Ebene der ersten Dichtkante 24. In der unteren Hälfte ist die Kugel elastisch zusammengedrückt, in der oberen Hälfte nicht. Daraus resultiert eine selbsttätige Rücksprung-Tendenz der Ventilkugel in Öffnungsstellung, was bei entsprechender Strömungsmitteldruckkraft F¹ in Öffnungsrichtung ein leichtes Öffnen der Ventilkugel bewirkt.

Damit wird erreicht, daß auch bei geringfügigen Unterschieden zwischen der Kraft F und F' ein sensibles Öffnen und Schließen der Ventilkugeln 3 mit geringer Federvorspannung der Feder 4 stattfindet.

Claims

Augsburg, den 23. Juli 1992 Anw.Aktenz.: MH.3056 Anmelder: Hans Wolter, Sontheim SchutzanSprüche

1. Kugelrückschlagventil mit einer gegebenenfalls federbelasteten Ventilkugel (3) und einem damit zusammenwirkenden Ventilsitz (23, 24, 25), der eine Einlaßöffnung (21) umschließt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 5

a) die Ventilkugel (3) ist gummielastisch,

b) der Ventilsitz weist eine ringförmige Dichtkante (24) auf, deren Durchmesser (D2) geringfügig kleiner als der Ventilkugeldurchmesser (Dl) ist, und

c) an die Dichtkante (24) schließt sich eine hohlkugelartige Sitzfläche (23) an, die die Einlaßöffnung (21) umschließt.

2. Kugelrückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche (23) mit der Einlaßöffnung (21) eine zweite ringförmige Dichtkante (25) bildet, und die erste ringförmige Dichtkante (24) und die zweite ringförmige Dichtkante (25) konzentrische Kreislinien auf einer gemeinsamen Kugelfläche einer Kugel bilden, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser (D2) der ersten Dichtkante (24) ist, und daß der Krümmungsradius (R) der Sitzfläche (23), im Axialschnitt gesehen, maximal gleich dem halben Durchmesser (D2) der ersten Dichtkante (24) ist.

3. Kugelrückschlagventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Sitzfläche (23), im Axialschnitt gesehen, kleiner als der halbe Durchmesser (D2) der ersten Dichtkante (24) ist.