DE1550419A1

DE1550419A1 - Ventilkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE1550419A1
Application number: DE19661550419
Authority: DE
Inventors: Nyberg Carl Erik Josef
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-05-21
Filing date: 1966-05-17
Publication date: 1969-09-25
Also published as: DE1550419C3; FI45693C; FI45693B; NL6606946A; GB1149551A; NO117819B; BE681373A; US3457954A; DK122235B; CH461903A; DE1550419B2; NL153313B; SE326347B

Description

Carl Erik Josef Nyberg in Skövde/Schweden

Ventilkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Ventilkörper mit. einem zylindrischen Rumpf bzw. einer zylindrischen Hülse, die
einen Boden an ihrem einen Ende sowie eine an den Boden heranreichende axiale Bohrung besitzt, mit einem Ventilkopf am geschlossenen Rümpfende und mit zumindest zwei gefrästen Öffnungen in der Hülse, die Strömungskanäle in der Nähe des Bodens bzw. Ventilkopfes bilden, wobei der Boden mit der Hülse lediglich über die zwischen den Öffnungen verbleibenden axialen Hülsenteile in Verbindung steht.

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Bei Ventilkörpern dieser Art ist es von großer Bedeutung, einen so niedrigen Strömungswiderstand wie möglich zu erhalten. Dies ist möglich unter der Bedingung, daß die Öffnungen ohne beträchtliche Schwächung hinreichend groß gemacht werden können und daß die Partien um die Öffnungen herum so stromlinienförmig wie möglich sind. Falls der Ventilkörper durch Gießen hergestellt ist, können diese Erfordernisse verhältnismäßig leicht durch geeignete Gestaltung des Ventilkörpers erfüllt werden, jedoch bringt Gießen den Nachteil mit sich, daß eine nachfolgende Bearbeitung des Werkstücke erforderlich ist. Wenn das Werkstück eine komplizierte Form besitzt, um günstige Strömungsbedingungen zu ergeben, ist die nachfolgende Bearbeitung natürlicherweise entsprechend kompliziert und teuer. Es ist deshalb anzustreben, den Ventilkörper durch Bearbeitung herzustellen, wobei so wenig wie möglich Bearbeitungsschritte für die Herstellung der Öffnungen und das Ausbohren der Bohrung in dem zylindrischen Rumpf erforderlich sind. Der Bohrvorgang bringt keine Schwierigkeiten mit sich. Was die Öffnungen betrifft, war man sich bisher nicht darüber im klaren, daß die Strömungsbedingungen durch geeignete Formgebung des Bodens des Ventilkörpers beträchtlich verbessert werden können. Ein bisher durchgeführtes Verfahren besteht darin, schräg nach hinten zugerichtete Löcher zu bohren, Jedoch verbleiben in diesem Fall radiale "Speichen", die einen unerwünschten Strömungswiderstand ergeben. Nach einem anderen herkömmlichen Verfahren wurden die Öffnungen mittels eines zy-

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lindrischen Seitenschnittfräsers hergestellt, der quer zu dem zylindrischen Rumpf geführt wurde, so daß eine querverlaufende Nut entstand mit parallelen langen Seiten und Endseiten. Eine Seite der Nut bildete einen ebenen Teil des Bodens des Ventilkörpers und die ebenen Bodenteile der verschiedenen Öffnungen bildeten zusammen einen ebenen Boden. Ein solcher ebener Boden führt jedoch zu einem verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand am Übergang von der Aushöhlung zu den Öffnungen des Ventilkörpers.

Die Erfindung beruht nun auf der Einsicht, daß es mit Hilfe eines Präswerkzeuges möglich ist, den Boden im wesentlichen in Gestalt eines Kugelabschnittes auszubilden im Hinblick auf die Herabsetzung des StrömungswiderStandes. Dieser Präsvorgang kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden, von denen alle so einfach oder praktisch so einfach durchzuführen sind wie der bekannte Präsvorgang mittels eines zylindrischen Seitenschnittfräsers. Mit Hilfe geeigneter Präswerkzeuge und einer angemessenen Arbeitswelse, die zu einem im wesentlichen kugeligen Boden führt, ist es möglich,, Öffnungen herzustellen, die an ihrem hinteren Ende abgerundet sind, was sowohl vom Standpunkt der Strömungsbedingungen als auch demjenigen der Festigkeit vorteilhaft ist. Die Vorderenden der Öffnungen Jrönnen ohne Schwierigkeiten so geformt werden, daß der konvexe Boden die Vorderselten der Öffnungen begrenzt,

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so daß diese Vorderseiten einen verhältnismäßig niedrigen Strömungswiderstand gegenüber dem in seiner offenen Stellung durch den Ventilkörper fließenden Medium ergeben.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Öffnungen sich so nahe am Boden befinden, daß sie teilweise von Bodenabschnitten begrenzt sind, die ihrerseits konvexe Teile einer Rotationsfläche sind. Diese Rotationsfläche ist vorzugsweise eine sphärische Fläche, was vorteilhaft hinsichtlich der Herstellung ist. Der erfindungsgemäß geformte Ventilkörper kann in der einfachen in den anschließenden Ansprüchen wiedergegebenen Weise hergestellt werden. Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden-Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers und des Verfahrens zu seiner Herstellung beschrieben:

Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer Kupplung aus einer Kupplungsmuffe und einem darin axial beweglichen erfindungsgemäöen Ventilkörper. Eine solche Kupplung findet Verwendung für ein unter Druck stehendes Medium, wie z. B. Luft oder Öl, welches in beiden Richtungen durch die Kupplung hindurchtritt;

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Pig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Ventilkörpers ohne Ventilkopf;

Fig. 3 zeigt den zylindrischen Rumpf des Ventilkörpers vor seiner inneren Bearbeitung und dem Einschnitt der Öffnungen;

Die Figuren 4 bis 6 geben die verschiedenen Bearbeitungsschritte zur Herstellung der Bohrung des zylindrischen Rumpfes wieder; Vorteilhafterweise werden diese Schritte nach dem Fräsen der Öffnungen hergestellt, jedoch geben die Figuren aus Gründen der Klarheit den Bohrvorgang vor dem FräsVorgang wieder.

Die Figuren ?a und 7b zeigen ein Beispiel eines Fräswerkzeugs von zylindrischem Seitenschnitttyp zur Herstellung der Öffnungen.

Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansüit des in Fig. ?b gezeigten Fräswerkzeugs in seiner Endstelung nach dem Fräsen des dargestellten zylindrischen Rumpfes.

Die Figuren 9 und 10 geben einen anderen Typ eine· Fräsers zur Herstellung der Öffnungen und der in Fig. 11 dargestellten konvexen Bodenabschnitte wieder.

Die Figuren 12 und 13 zeigen einen weiteren Typ eines Fräsers zur Herstellung des in Fig. lh wiedergegebenen Ventilkörpers.

Fig. 15 läßt einen abgewandelten Fräser zur Herstellung der Öffnungen erkennen.

Fig. 16 zeigt zwei Formfräser zur Herstellung des dargestellten irfindungsgemäßen Ventilkörpers.

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Pig. 17 gibt noch eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Präsvorgangs wieder.

Die in Fig. 1 gezeigte Kupplung besitzt eine herkömmliche zweiteilige Kupplungsmuffe 1 mit Kugeln 2 zur Festlegung eines (nicht gezeigten) Nippels. In der Muffe ist herausnehmbar ein Ventilkörper gelagert, der einen zylindrischen Rumpf bzw. eine zylindrische Hülse 3 aufweist, die an einem Ende mit einem Ventilkopf k versehen ist, der auf einen Zapfen 6 (Fig. 2) aufgeschraubt ist. In Schließstellung des Ventils bewirkt der Kopf zusammen mit dem Sitz 5 eine Abdichtung. Die offene Stellung des Ventils ist durch eine strichpunktierte Linie angedeutet. Wie aus Fig. 1 und 2 zu erkennen, besitzt die Hülse 3 des Ventils Durchflußöffnungen 7» die an den konvexen Bodenbereich 8 des Ventilkörpers angrenzen.

Wie in Fig. k dargestellt, wird in dem Rumpf 3 mit einem Bohrer 9 zunächst eine Bohrung hergestellt. Darauf wird der Boden der Bohrung mittels eines Formbohrers 10 nach Fig. 5 ausgeformt. Der nächste Schritt besteht in einer abschließenden Bearbeitung nach Fig. 6 mit Hilfe eines drehenden Werkzeuges 11, das am Grunde der Bohrung einen erweiterten Absohnitt 12 bildet, der eine Ausdehnungskammer darstellt, welche die Strömungsverhältnis se verbessert. Ein konischer Vorsprung 13 bleibt bei des Bohrvorgang nach Fig. 5 und dem Drehvorgang nach Fig. 6 bestehen. Der Zweck dieses Vorsprungs ist der, den Strömungs-

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widerstand noch mehr herabzusetzen«

Das in den Figuren 7a und 7b wiedergegebene Präswerkzeug besitzt einen Schaft 14 und einen axialgerichteten Werkzeugst- ahl 15, der eine Schneidkante 16 in Form eines Bogens oder Kreises und eine schräge, nach rückwärts gerichtete Kante 17 besitzt. Aus der folgenden Beschreibung geht hervor,wie dieses Werkzeug zur Herstellung der Öffnungen 7 und gleichzeitigen Bildung des konvexen Bodenabsehnitts 8 der Öffnungen Verwendung findet.

In den in den Figuren 1, 2, 8_f 11, Ik und 17 dargestellten Beispiele treten unter gleichen Abständen drei Öffnungen 7 auf, aber es ist selbstverständlich möglich , nur zwei Öffnungen vorzusehen, wie nach den Figuren 15 und 16, falls dies im Hinblick auf die Festigkeit der Konstruktion möglich 1st. Falls drei Öffnungen hergestellt werden, bleiben drei Unterbrechungen oder Sprossen zwischen den Öffnungen bestehen. Die Sprossen sind günstig im Hinblick auf die Biegefestigkeit, die jedoch in bestimmten Fällen auch durch Verwendung eines geeigneten Materials sewie durch etwas breitere Unterbrechungen erhalten werden kann.

Bei allen dargestellten Ausführungebeispielen 1st die Achse des zylindrischen Rumpfes 3 alt 18 bezeichnet.

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Bei dem in Pig. 8 dargestellten FräsVorgang wird der Rumpf 3 eingespannt und das Fräswerkzeug 3A in Richtung auf die Achse 19 bis zu der dargestellten Endposition vorgeführt. Während in Fig. 8 nur ein Fräser gezeigt ist, werden mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl von Fräsern vorzugsweise alle Öffnungen gleichzeitig hergestellt. Wahlweise können die Öffnungen jedoch auch nacheinander mit Hilfe eines einzigen Fräsers geschnitten werden, in welchem Falle der Rumpf 3 jeweils nach jedem FräsVorgang schrittweise gedreht werden muß, was sich in einer längeren Bearbeitungszeit auswirkt. In diesem Falle kann der Fräser auch feststehen, während der Rumpf 3 bezüglich des Fräsers gedreht wird.

Wie aus Fig. 8 ferner ersichtlich, hat das Fräswerkzeug nach Erreichen seiner Endstellung eine Öffnung 7 hergestellt, die eine sanft gerundete Kante 19a (Fig. 2) und zwei parallele seitliche Kanten 20 und 21 besitzt. Die Vorderkante 22 zwischen den Sprossen oder Unterbrechungen 23 und 24 wird durch die äußere Kante des kugeligen oder konvexen Bodenabschnitts gebildet.

Gegen ihre Endabschnitte 25 am Boden 8 nehmen die Unterbrechungen 23 und 2k an Stärke zu.

Während der Vorschubbewegung ist die Achse 19 des Werkzeugs auf das Zentrum des herzustellenden kugeligen Bodenabschnitts 8 gerichtet, und, wie in Fig. 8 gezeigt, liegt dieses Zentrum vorzugsweise auf der Achse 18 des Ventilkörpers 3. In

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der Endstellung des Werkzeugs fällt das Zentrum der !bogenförmigen Schneidkante 16 mit dem Punkt Z6<zusammen.

Aus dem Vorangehendem ist ersichtlich, daß der konvexe oder im wesentlichen kugelige Bodenabschnitt 8 einen Teil einer Hotationsflache darstellt, die durch Drehung des Bogens 16 um die Achse 19 gebildet wird, wenn der Mittelpunkt des Bogens mit dem Funkt 26 zusammenfällt.

Die Figuren 9, 10 und 11 stellen einen Präser 27^dBr, der in erster Linie für Ventilkörper verhältnismäßig großen Durchmessers im Vergleich zu dem in Fig. 8 gezeigten Ventilkörper vorgesehen ist. Dieser Fräser besitzt auf einem Kreis angeordnete Schnittkanten 28 und schräg nach hinten gerichtete Endkanten 29.

Wie in Fig. 11 durch strichpunktierte Linien dargestellt, wird der Fräser 27 zunächst radial nach innen zujgeführt, wobei seine Achse rechtwinklig zu der Achse 18 auf den Eunkt 26 gerichtet ist. Während dieser Bewegung wird ein Teil der Öffnung und ein Teil des Bodenabschnitts 8 gebildet. Danach wird der Fräser um den Punkt 26 in die dargestellte Endsfeellung geschwenkt,

Die Figuren 12, 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs zur Bearbeitung von Ventilkörpern verhältnismäßig großen Durchmessers. Bei dieser Ausführungaform besitzt der Fräser 31 eine Mehrzahl sehrägnbehender, nach hinten ge-

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richteter Endkanten 32 und axiale Seitenkanten 33, die bei einer Schwenkbewegung des Werkzeugs aus seiner in Fig. 14 durch strichpunktierte Linien gezeigten Anfangsstellung in die durch ausgezogene Linien dargestellte Endstellung den kugeligen Bodenabschnitt 8 bilden und gleichzeitig die Öffnung 7 in die Hülse 3 des Ventilkörpers schneiden.

In den Fig. 8, 11 und 14 bildet die Achse des Fräsers in seiner Endstellung einen spitzen Winkel mit der Achse des Ventilkörpers.

Fig. 15 zeigt eine Abwandlung, bei welcher die Achse 34 des Fräsers während seiner gesamten Bewegung bis zum Erreichen seiner Endstellung senkrecht zu der Achse 18 verläuft und diese im Punkt 26 schneidet. Dabei besitzt der Fräser eine oder mehrere bogenförmige Schnittkanten 35 und eine oder mehrere gerade Endkanten 36.

Bei der Abwandlung nach Fig. 16 sind zwei feststehende Fräser 37 und 38 mit bogenförmigen Schnittkanten 39 und schrägen Kanten 40 vorgesehen. In diesem Falle erfolgt der Fräsvorgang durch Drehung des Ventilkörpers 3 um eine Achse 41, die gegenüber der Achse 18 einen rechten Winkel einnimmt und durch den Mittelpunkt 26 der Kugelfläche verläuft, welche die bei Drehung der Fräser durch die Kanten 39 erzeugten Rotationsflächen beruht.

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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden nur zwei Öffnungen mit entsprechenden kugeligen Bodenabschnitten gebildet.

Fig. 17 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Präser 42 eine Mehrzahl auf einem Kreis angeordneter Endkanten 43 besitzt. Wenn die Achse 44'des rotierenden Präsers 42 aus der durch strichpunktierte Linien angedeuteten Stellung um den Punkt 26 in die gezeigte Endstellung geschwenkt wird, bilden die Kanten 43 den kugeligen Bodenabschnitt 8 und eine entsprechende Öffnung 45 in der Hülse des Ventilkörpers 3· In diesem Fall ist die Länge der Öffnung 45 etwas geringer als bei dem vorhergehenden Beispiel, aber da diese Länge annähernd gleich der Strecke ist, um die sich der Ventilkörper während seiner Bewegung aus der Schließstellung in die geöff%te Stellung nach Pig. 1 verlagert, ist die Größe der Öffnung hinreichend, da die Seitenkanten der Öffnungen in diesem Falle im wesentlichen parallel und gerade bis zum Bodenabschnitt 8 verlaufen. Wie aus Fig. 17 zu erkennen, steht die Kante der Öffnung 45 schräg in Strömungsrichtung mit dem Ergebnis, daß die Dicke der Hülse des Ventilkörpers von geringerem Einfluß auf den Strömungswiderstand ist als in den anderen Beispielen. In Flg. 17 ist dieser Tatsache durch eine etwas größere Wandstärke der Hülse des Ventilkörpers 3 Rechnung getragen.

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Aus der vorausgehenden Beschreibung und den dargestellten Beispielen 1st ersichtlich, daß die Im wesentlichen kugeligen Bodenabschnitte im Rahmen der Erfindung auf verschiedenartige Weise hergestellt werden können. Praktische Versuche haben klar erwiesen, daß die kugeligen Bodenabschnitte eine beträchtliche Verminderung des Strömungswider Standes mit sich bringen.

Patentanspruch«

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Claims

Patentansprüche

1. Ventilkörper mit einem zylindrischen Rumpf bzw. einer zylindrischen Hülse, die einen Boden an ihrem einen Ende sowie eine an den Boden heranreichende axiale Bohrung besitzt, mit einem Ventilkopf am geschlossenen Rumpfende und zumindest zwei gefrästen Öffnungen in der Hülse, die Strömungskanäle in der Nähe des Bodens bzw. Ventilkopfes bilden, wobei der Boden mit der Hülse lediglich über die zwischen den Öffnungen verbleibenden axialen Hülsenteile in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen (7) sich so nahe am Boden befinden, daß sie teilweise von Bodenabschnitten (8) begrenzt sind, die ihrerseits konvexe Teile einer Rotationsfläche sind.

2. Ventilkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Profil der Rotationsfläche im wesentlichen die Form eines Bogens oder Kreises besitzt, so daß die entsprechenden konvexen Abschnitte (8) des Bodens Teile im wesentlichen sphärischen Fläche bilden.

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3. Ventilkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Achse der Rotationsfläche im wesentlichen die Achse (18) des zylindrischen Humpfes (3) schneidet.

4. Ventilkörper nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet , daß sich der Mittelpunkt (26) der sphärischen Fläche im wesentlichen auf der Achse (18) des zylindrischen Humpfes (3) befindet.

5· Ventilkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenabschnitte zwischen den Öffnungen (7) die Fora axialer Sprossen (23, 24) besitzen, die entlang einem Teil ihrer Länge im wesentlichen parallele Seitenkanten (20, 21) aufweisen.

6. Ventilkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Teil des Bodens von einem Rotationskörper, vorzugsweise einem Kegel, gebildet wird, der einen Vorsprung (13) auf den konvexen Boden-Abschnitten (8) darstellt.

7. Ventilkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Rumpf (3) so ausgebohrt ist, daß die Unterbrechungenf23, 24) bildenden Hülsenabschnitte zwischen den Öffnungen (7) gegen den Boden

(8) hin an Stärke zunehmen.

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8. Verfahren zur Herstellung eines Ventilkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η -zeichne.t,daß ein Fräser (JA, 27, 31, 37, 38, fc2) mit wenigstens einer Endkante (17, 29, 32, 36, *K>, W solcher Form Verwendung findet, daß er bei Vorschub in eine Endlage in bezug zu einem zylindrischen Werkstück eine Durchflußöffnung (7) in der Hülse (3) dieses Werkstücks in Verbindung mit einem konvexen Bodenabschnitt (8) in dieser Öffnung bildet ·

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (lA) axial in seine Endstellung geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (27, 31, *t2) durch Schwenken seiner Achse (3^) um einen Funkt (26), der vorzugsweise auf der Achse (18) des zylindrischen Rohlings (3) liegt, in seine Endstellung geführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (27) zunächst in longitudinaler Richtung in eine Zwischenstellung geführt wird, wobei er einen Teil der Öffnung (7) und einen Teil des konvexen Bodenabechnitts (6) herstellt, worauf er duroh Schwenken um einen Punkt (26), der vorzugsweise auf der Achse (18) des zylindrischen Rohlings (3) liegt, in seine Endstellung geführt wird.

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12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch Verwendung eines Fräsers (14, 27, 37» 38) der eine gerade Endkante (17, 29» 36, 40) besitzt, die an das äußere Ende einer bogenförmigen Schnittkante (16, 28, 35» 39) stößt.

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet , daß sich die gerade Endkante (17, 29, 40) des verwendeten Fräsers (14, 27» 37» 38) schräg nach hinten erstreckt und vorzugsweise auf einer Linie liegt, die im wesentlichen auf den Hittelpunkt (26) der bogenförmigen Schnittkante (16, 28, 39) gerichtet ist.

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