DE19908595A1 - Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Ventilanordnung für Schaltvorgänge bei hohen Drücken, insbesondere Rückschlag- und Pistolenventile im Bereich der Hochdruck-Reinigungstechnik. DOLLAR A Bei Unloadern, die im Bypass-Betrieb den Druck im Schlauch zwischen Hochdruckreiniger und Spritzpistole auf einen für den Bediener ungefährlichen Wert absenken, sind bisher bekannte Ventilanordnungen beim Rückschlagventil des Unloaders und beim Spritzpistolenventil nicht einsetzbar, da sie entweder den Belastungen beim Schalten unter hohem Druck nicht widerstehen oder bei niedrigem Druck nicht dauerhaft dicht sind. DOLLAR A Die verbesserte Ventilanordnung weist zwei Trennstellen auf. Die sekundäre Trennstelle (9, 7) ist so ausgestaltet, daß sie den Belastungen beim Schaltvorgang dauerhaft widersteht, aber nicht unbedingt hermetisch dicht ist. Die primäre Trennstelle (5, 7) sorgt für die hermetische Abtrennung. Die Ventile sind so gesteuert, daß die primäre Trennstelle ihren Schaltzustand beim Schließvorgang nicht vor der sekundären Trennstelle und beim Öffnungsvorgang nicht nach der sekundären Trennstelle ändert, so daß eine Beschädigung der primären Trennstelle durch Druckspitzen, Spaltextrusion und Erosionsvorgänge beim Schaltvorgang verhindert wird. DOLLAR A Die Ventilanordnung eignet sich besonders für Hochdruckreiniger, die im Bypass-Betrieb mit einer Druckabsenkung im Schlauch arbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für Schalt­ vorgänge bei hohen Drücken, insbesondere Rückschlag- und Pistolenventile im Bereich der Hochdruck-Reinigungstechnik.

Bei Reinigungsarbeiten in der Lebensmittelindustrie, im Sanitärbereich, in Schwimmbädern, im Baugewerbe sowie in vielen anderen Bereichen bedient man sich häufig der Reini­ gungskraft eines mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse austretenden Wasserstrahls. Dazu wird Wasser von einer Pumpe unter hohen Druck gesetzt und mittels eines Schlau­ ches einer Düse zugeführt. In der Regel wird die Düse manuell geführt, so daß zwischen Schlauch und Düse noch eine Pistole mit anschließendem Düsenrohr (Lanze) eingebaut ist. Die Pistole enthält ein manuell zu betätigendes Ventil, das es dem Bediener ermöglicht, den Wasserfluß nach Belieben ein- und auszuschalten. Beim Schließen des Ventils steigt der Druck in der Schlauchleitung über den Arbeits­ druck (bei geöffnetem Ventil) an. Damit der Antriebsmotor in diesem Zustand nicht unnötig Energie verbraucht, sind verschiedene Einrichtungen üblich.

Insbesondere bei Hochdruckreinigern mit mittlerer und großer Leistung, setzt man sogenannte Unloader ein. Beim Schließen der Spritzpistole wird die geförderte Flüssig­ keitsmenge durch die spezielle Ventilanordnung des Unloaders wieder dem Ansaugstutzen der Pumpe zugeleitet (Bypaß-Betrieb).

Bei sogenannten Schalt-Unloadern, die sich durch einen besonders geringen Strömungswiderstand im Bypaß-Betrieb und ein stabiles Schaltverhalten auszeichnen, wird der Druck­ anstieg beim Schließen des Spritzpistolenventils genutzt, um ein Umlaufventil zu öffnen. Dieses Umlaufventil stellt eine Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der Pumpe her, so daß die Pumpe nur noch die geringen Strömungswiderstände auf diesem Weg überwinden muß. Im Anschluß an das Umlaufventil ist ein Rückschlagventil eingebaut, das den Abschaltdruck im Bereich zwischen dem Rückschlagventil und dem Spritzpistolenventil speichert. Das Umlaufventil wird durch den Druck in diesem Speicher­ bereich gesteuert, d. h. beim Schließen der Spritzpistole zunächst geöffnet und dann bis zum Öffnen der Spritzpistole offengehalten.

Von der im Speicherbereich unter hohen Druck gespeicherten Wassermenge geht eine große Gefahr für den Bediener der Pistole aus. Besonders der beim Öffnen des Pistolenventils entstehende Rückschlag ist immer wieder Ursache für schwere Unfälle. Deshalb gibt es Unloader, bei denen der Druck im Speicherbereich nach dem Umschalten in den Bypaß-Betrieb auf eine ungefährliche Höhe abgesenkt wird.

Da das Umlaufventil durch den Druck im Speicherbereich gesteuert (d. h. offengehalten) wird, muß der Speicher­ bereich im Bypaß-Betrieb sicher abgedichtet sein, damit ein ungewolltes Umschalten des Unloaders in den Hochdruck- Betrieb verhindert wird. Die Schwachstellen dieses abgetrennten Bereiches sind sowohl im Pistolenventil als auch im Rückschlagventil des Unloaders zu sehen.

Bei Schließen des Pistolenventils, das in Bezug auf die Geschwindigkeit in der Regel unkontrolliert (Loslassen des Öffnungshebels durch den Bediener) geschieht, wird der Ventilkörper durch den zunehmenden Druckabfall am sich schließenden Ventilspalt auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, bevor er auf den Ventilsitz auftrifft. Durch die schnelle Schließbewegung wird die Wassermenge, die sich im Schlauch in Bewegung befindet, schlagartig abgebremst. Dadurch entsteht im System eine kurzzeitige Druckspitze, die erheblich über dem Arbeitsdruck liegt. Neben dieser Druckspitze führt die von der Pumpe in der Zeitspanne zwischen dem Schließen des Pistolenventils und dem Öffnen des Umlaufventils geförderte Flüssigkeitsmenge zu einer Druckerhöhung im System über den Arbeitsdruck hinaus. Sowohl das Pistolenventil als auch das Rückschlagventil des Unloaders muß diesen Belastungen dauerhaft widerstehen, ohne undicht zu werden.

Eine weitere Belastung der Ventile ergibt sich beim Schließvorgang daraus, daß bis zum vollständigen Schließen noch Flüssigkeit durch den sich verengenden Bereich zwischen Ventilkörper und Ventilsitz strömt. Dieses geschieht infolge des hohen Druckgefälles mit sehr hoher Geschwindigkeit. In dem als Drossel wirkenden Spalt wird während des Schließvorganges durch den Druckabfall eine Leistung umgesetzt, die nahezu der Pumpenleistung entspricht. Diese kann bei großen Hochdruckreinigern durchaus 50 kW und mehr betragen. Selbst harte Materialien werden im Bereich des Ventilsitzes bzw. Ventilkörpers im Laufe der Zeit abgetragen (Erosion).

Bekannt sind sowohl "hart dichtende" als auch "weich dichtende" Ventilkonstruktionen.

Hart dichtende Ventile sind weitgehend unempfindlich gegen die beim Schalten auftretenden Druckspitzen. Bei ihnen besteht sowohl der Dichtbereich des Ventilkörpers als auch des Dichtsitzes aus einem harten Material (z. B. Metall, Keramik, etc.). Damit diese Paarung dicht ist, müssen beide Teile im Bereich der Dichtstelle sehr präzise gefertigt sein, was hohe Kosten mit sich bringt. Nachteilig ist auch, daß der Dichtbereich schon durch kleinste Partikel in der Flüssigkeiten beschädigt werden kann, wodurch das Ventil undicht wird. Ferner ist eine relativ hohe Anpreßkraft (Ventilkörper auf Ventilsitz) nötig, damit das Ventil zuverlässig dichtet. Damit die Betätigungskräfte des Pistolenventils in ergonomisch vertretbaren Grenzen blei­ ben, kann die Anpreßkraft nur zu einem kleinen Teil durch eine Rückstellfeder aufgebracht werden. Den überwiegenden Teil der Anpreßkraft muß durch den hydraulischen Druck aufgebracht werden. Beim Rückschlagventil des Unloaders ist eine starke Schließfeder ebenfalls nicht möglich, da das Rückschlagventil durch die durchströmende Flüssigkeit geöffnet und offengehalten wird und deshalb eine starke Schließfeder einen hohen Druckabfall der durchströmenden Flüssigkeit zur Folge hätte. Aus diesen Gründen sind hart dichtende Ventile in Systemen, die im Bypaß-Betrieb den Druck im Speicherbereich absenken, nicht einzusetzen.

Weich dichtende Ventile hingegen dichten auch bei leicht verschmutzten Flüssigkeiten und geringen Drücken sicher ab. Bei ihnen besteht der Dichtbereich des Ventilkörpers und/­ oder der Dichtbereich des Dichtsitzes aus einem Material (z. B. Gummi, Kunststoff), etc.), daß bei den im Dicht­ bereich auftretenden Flächenpressungen eine deutliche Verformung erfährt, und so selbst dann eine Anpassung an den Dichtpartner ermöglicht, wenn dieser leichte Beschä­ digungen aufweist oder wenn sich kleinere Fremdkörper im Dichtbereich festgesetzt haben. Bei hohen Drücken muß die Weichdichtung bei geschlossenem Ventil auf der druckabge­ wandten Seite nahezu lückenlos unterstützt werden. Schon ein minimaler Spalt im Bereich von ca. 0,01 mm kann dazu führen, daß die Dichtung durch den Druck in den Spalt gedrückt und damit zerstört wird (Spaltextrusion). Beim Schließ- und Öffnungsvorgang des Pistolenventils sowie beim Schließvorgang des Rückschlagventils entstehen aber auf der druckabgewandten Seite deutlich größere Spalte. Eine wenig­ stens geringe Lebensdauer kann nur erreicht werden, wenn sichergestellt ist, daß der Schließ- und Öffnungsvorgang extrem schnell verläuft, so daß die Trägheit der Dichtung eine Spaltextrusion verhindert. Da die Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit bei der Spritzpistole durch den Bediener bestimmt wird, kann ein weich dichtendes Ventil bei der Spritzpistole nicht mit ausreichender Lebensdauer eingesetzt werden. Aber auch beim Rückschlagventil ist eine von der jeweiligen Konstruktion und der Dichtung abhängige Druckgrenze (über ca. 300 bar) gegeben, ab der eine Weich­ dichtung nicht mehr sinnvoll einzusetzen ist, weil der Schließvorgang nicht beliebig schnell zu gestalten ist. Die Dichtung wird bei jedem Schließvorgang ein kleines Stück in den sich verengenden Spalt gedrückt, bevor sie beim voll­ ständigen Schließen des Spaltes wieder herausgedrückt wird. Dieses hat einen schnellen Verschleiß der Dichtung zur Folge. Ferner werden auch die Weichdichtungen durch Erosionsvorgänge geschädigt.

Beide Dichtsysteme haben den Nachteil, schnell und vor allem vorher nicht absehbar undicht zu werden. Da sich Undichtigkeiten im Speicherbereich des Hochdruckreinigers nicht als Behinderung des Bedieners bei seiner Arbeit aus­ wirken, unterbleiben die nötigen Instandsetzungsmaßnahmen in der Regel bis zur nächsten planmäßigen Wartung. Da aber der Druck im Speicherbereich des Hochdruckreinigers bei geschlossener Spritzpistole, d. h. bei Arbeitsunterbrechun­ gen, für die Aufrechterhaltung des Bypassbetriebes zustän­ dig ist, führen Undichtigkeiten im Speicherbereich zu einem ständigen kurzzeitigen Anlaufen der Hochdruckpumpe. Dieses hat eine deutlich verringerte Lebensdauer der Pumpeneinheit zur Folge. Insbesondere bei Hochdruckreinigern mit integrierter Ölheizung führt das ständige kurzzeitige Anlaufen des Ölbrenners zu einer stark verkürzten Lebens­ dauer des Heizungssystems.

Wenn hingegen im Idealfall alle auftretenden Undichtig­ keiten sofort beseitigt würden, wäre durch die häufigen Arbeitsunterbrechungen kein wirtschaftlicher Arbeitsablauf möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten insbesondere im Bereich der Hochdruck­ reinigung zu schaffen, die sowohl ein zuverlässiges verschleißfreies Schalten bei hohen Drücken als auch ein sicheres Dichthalten selbst dann gewährleistet, wenn der Druck nach dem Schließvorgang abgesenkt wird.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ventil­ anordnung ergibt sich durch die Aufteilung in zwei Ventile, wobei ein Ventil so ausgestaltet ist, daß es den Belastun­ gen beim Schaltvorgang dauerhaft widersteht. Dieses Ventil muß aber nicht hermetisch dicht sein. Die Aufgabe der hermetischen Abtrennung übernimmt ein zweites Ventil, das in Bezug auf die Dichtwirkung optimal gestaltet ist. Durch die Aufgabenteilung kann jedes Ventil sehr einfach und damit kostengünstig gestaltet werden. Zudem wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Ventilanordnung erheblich gegenüber bisher bekannten Ventilanordnungen gesteigert. Somit fallen die bei anderen Ventilkonstruk­ tionen bekannten unplanmäßigen Wartungsarbeiten bzw. Arbeitsunterbrechungen infolge Undichtigkeiten weg. Dadurch ergibt sich für den Benutzer ein deutlicher wirtschaft­ licher Vorteil. Durch den stabilen Bypassbetrieb erhöht sich die Lebensdauer der teuren Pumpeneinheit erheblich.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventil­ anordnung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen stellen lediglich den für das Verständnis wichtigen prinzipiellen Aufbau dar. Die konstruktive Ausbildung der Details entsprechen dem Stand der Technik. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventil­ anordnung in der Ausbildung als Spritzpistolen­ ventil; geschlossener Zustand,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventil­ anordnung in der Ausbildung als Rückschlagventil; geschlossener Zustand,

Fig. 3 eine Ventilanordnung gemäß Fig. 1; Schließ­ vorgang,

Fig. 4 eine Ventilanordnung gemäß Fig. 2; Schließ­ vorgang,

Fig. 5, 6, 7 weitere Ausführungsbeispiele der erfindungs­ gemäßen Ventilanordnung.

Das in Fig. 1 dargestellte Spritzpistolenventil besteht im wesentlichen aus dem Ventilgehäuse (1) mit den Anschlüssen (2a, 3a) und der Verschlußschraube (28), einer aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Betätigungsstange (4), einem aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Steuerkolben (11); den Ventilkörpern (5, 9) der primären und sekundären Trenn­ stelle, einem Ventilsitz (7) sowie einer Rückstellfeder (12). Die Verzögerung des Schließverhaltens der primären Trennstelle wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Druck im Zuflußraum gesteuert.

Das Ventil ist üblicherweise als Bestandteil einer Spritz­ pistole in ein hier nicht dargestelltes Gehäuse eingebaut. Die Betätigungsstange (4) ist in der Regel mit einem Hand­ hebel verbunden. Der Anschluß (2a) auf der Zuflußseite wird durch einen Schlauch mit unter Druck stehender Reinigungs­ flüssigkeit versorgt. Am Anschluß (3a) auf der Abflußseite schließt sich üblicherweise ein Rohr an, das an seinem Ende mit einer Düse versehen ist.

Das Ventilgehäuse (1) weist im montierten Zustand minde­ stens je eine Öffnung für den Eintritt (2a) und für den Austritt (3a) des zu schaltenden Mediums, für den Durch­ tritt der Betätigungsstange (4) und den Durchtritt des Steuerkolbens (11) auf. Der Durchtritt des Steuerkolbens (11) ist hier in einer Verschlußschraube (28) angeordnet, die die Montageöffnung des Ventilgehäuses verschließt.

Im Inneren des Ventilgehäuses ist ein Ventilsitz (7) so angeordnet, daß die Eintrittsöffnung (2a) auf der einen Seite (Zuflußseite bzw. Zuflußraum (2)) des Ventilsitzes (7) und die Austrittsöffnung (3a) auf der anderen Seite (Abflußseite bzw. Abflußraum (3)) in den Ventilinnenraum mündet. An den Abflußraum (3) schließt sich ein aus dem Ventilgehäuse herausgeführter Kanal an, der einen Dich­ tungsbereich (16) und einen Führungsbereich (16a) für die durch diesen Kanal aus dem Ventilgehäuse herausgeführte Betätigungsstange (4) aufweist. Der Zuflußraum (2) ist Teil eines Kanals, der aus dem Ventilgehäuse herausgeführt wird und zur Montage der im Ventilgehäuse angeordneten Teile dient. Dieser Montagekanal wird durch eine Verschluß­ schraube (28) verschlossen, die einen konzentrischen Kanal mit einem Dichtungsbereich (15) und einen Führungsbereich (15a) für den durch diesen Kanal aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Steuerkolben (11) aufweist. Der Ventilsitz (7) ist im vorliegenden Fall kegelförmig und einteilig für beide Ventilkörper ausgebildet.

Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist eben­ falls kegelförmig ausgebildet. Dabei ist der Kegelwinkel zweckmäßigerweise gleich groß oder etwas kleiner ausgeführt als der Kegelwinkel des Ventilsitzes (7). Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist hier einteilig mit der Betätigungsstange (4) ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen von Ventilsitz, Ventilkegel und Betäti­ gungsvorrichtung (hier: Betätigungsstange) möglich, die die Funktion eines Ventils erfüllen. Die Betätigungsstange steht mit ihrem aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Ende üblicherweise mit dem vom Bediener zu betätigenden Hand­ hebel der Spritzpistole in Verbindung. Auf der dem Kegel des Ventilkörpers (9) abgewandten Seite weist der Ventil­ körper einen zylindrischen Ansatz (29) auf, der einen lang­ lochförmigen Durchbruch (14) in Bewegungsrichtung aufweist. Der zylindrische Ansatz (29) weist einen Kanal (30) (hier durch Entfernen eines Teils des Zylindermantels) auf, der bei vollständig geschlossenem Ventil zwischen den beiden Dichtstellen (6, 10) der beiden Ventilkörper (5, 9) mündet.

Der Ventilkörper (5) der primären Trennstelle ist ebenfalls kegelförmig ausgebildet, weist aber im Kegelbereich eine Nut zur Aufnahme einer elastischen Dichtung (8) auf, wobei die elastische Dichtung über den Bereich des Kegelmantels hervorsteht, so daß sie in Kontakt mit dem zugehörigen Dichtbereich (6) des Ventilsitzes (7) kommt, wenn der Kegelmantel des Ventilkörpers (5) am Kegelmantel des Ventilsitzes anliegt. Dabei ist der Kegelwinkel des Ventil­ körpers (5) zweckmäßigerweise gleich groß oder etwas größer ausgeführt als der Kegelwinkel des Ventilsitzes (7), so daß bei geschlossenem Ventil zwischen Ventilkörper und Ventil­ sitz kein Spalt vorhanden ist, in den die elastische Dichtung durch den Druck im Zuflußraum gedrückt werden könnte. Dadurch ist eine Beschädigung der Dichtung infolge Spaltextrusion ausgeschlossen. Der Begriff der elastischen Dichtung wird hier für die Gesamtheit aller Dichtungen verwendet, die bei den auftretenden Flächenpressungen im Dichtspalt durch die Fähigkeit zu einer elastischen Verformung selbst dann eine zuverlässige Dichtwirkung gewährleisten, wenn ein Dichtpartner Oberflächen­ beschädigungen aufweist oder wenn sich kleinerer Fremd­ körper im Dichtspalt befinden. Als Werkstoffe eignen sich neben den Elastomeren unter anderem auch insbesondere die Thermoplaste und Duroplaste. Neben der hier beschriebenen Aufnahme der elastischen Dichtung im Ventilkörper sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei denen die elastische Dichtung im Bereich des Ventilsitzes angeordnet ist. Der Ventil­ körper (5) weist eine zylindrische Kammer (31) auf, die auf der dem Dichtsitz zugewandten Seite hin offen ist. Der Durchmesser und die Länge der Kammer (31) sind so ausgebil­ det, daß der zylindrische Ansatz (29) des Ventilkörpers (9) der sekundären Trennstelle darin Platz findet. Quer durch die Kammer (31) verläuft ein Mitnehmer (13), der hier zylindrisch ausgebildet ist und so groß ist, daß er durch den langlochförmigen Durchbruch (14) im Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle paßt. Die axial Anordnung des Mitnehmer (13) ist so auf den Durchbruch (14) abgestimmt, daß eine begrenzte Bewegung der beiden Ventilkörper (5, 9) zueinander in Betätigungsrichtung des Ventils möglich ist. Dabei ist die eine Grenzstellung gegeben, wenn die Kegel­ mäntel der beiden Ventilkörper (5, 9) Kontakt mit dem Kegelmantel des Ventilsitzes (7) haben. Die andere Grenz­ stellung ist erreicht, wenn sich die beiden Ventilkörper um einen durch die Länge des Durchbruches (14) definierten Weg voneinander entfernt haben. In dieser Stellung ist es mög­ lich, daß der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle in Kontakt mit dem zugehörigen Dichtbereich (10) des Ventilsitzes (7) steht, während sich der Ventilkörper (5) bzw. die elastische Dichtung (8) der primären Trennstelle in einem deutlichen Abstand zum zugehörigen Dichtbereich (6) des Ventilsitzes befindet. Denkbar sind auch andere Ausgestaltungen der Verbindung zwischen den beiden Ventil­ körpern, die die beschriebene Funktion erfüllen. Auf der dem Ventilkegel abgewandten Seite weist der Ventilkörper (5) einen Steuerkolben (11) auf, der durch die Verschluß­ schraube (28) aus dem Ventilgehäuse herausgeführt wird. Der Steuerkolben weist im ausgeführten Beispiel im Dichtbereich (15) der Durchführung den gleichen Querschnitt auf wie die Betätigungsstange (4) im Dichtbereich (16) ihrer Durchfüh­ rung, aber einen deutlich kleineren Querschnitt als der auf dem Ventilsitz (7) vom Ventilkörper (5) bzw. der Dichtung (8) vom Zuflußraum abgetrennte Querschnitt. Zur Erzeugung anderer Kräfteverhältnisse beim Öffnen, Offenhalten und/oder Schließen des Ventils ist aber auch eine andere Ausgestaltung der Querschnitte denkbar. Die auf den Ventil­ körper (5) in Schließrichtung wirkende Rückstellfeder (12) stützt sich über einen Dichtungshalter (32) an der Verschlußschraube (28) ab.

In den weiteren Darstellungen sind konstruktiv erforder­ liche Elemente, wie z. B. Gehäuseteile, Dichtungen, Rückstellfedern etc. eingezeichnet, ohne daß diese im einzelnen erläutert werden. Diese, wie auch die weitere konstruktive Ausgestaltung der beschriebenen Ventil­ anordnung sind typisch für die Anwendung und entsprechen dem Stand der Technik.

In Fig. 3a. . .c ist ein Ablauf dargestellt, der sich ergibt, wenn ein Pistolenventil gemäß Fig. 1 vom Bediener geschlos­ sen wird. In Fig. 3a ist das Pistolenventil geöffnet. Die Reinigungsflüssigkeit tritt durch den Anschluß (2a) in das Ventilgehäuse ein, fließt durch den Durchlaß zwischen den Ventilkörpern (5, 9) und dem Ventilsitz (7) in den Abfluß­ raum (3) und verläßt das Ventilgehäuse durch den Anschluß (3a). Dabei steht die Reinigungsflüssigkeit unter hohem Druck, der je nach Reinigungsaufgabe bis 500 bar und mehr betragen kann. Dieser im Inneren des Ventilgehäuses wirkende Druck übt sowohl auf die Betätigungsstange (4) als auch auf den Steuerkolben (11) eine hydraulische Kraft aus, die in der jeweiligen Gehäuseaustrittsrichtung wirkt. Dadurch haben sich die Ventilkörper im Bereich der durch die Verbindung (13, 14) ermöglichten Bewegung maximal voneinander entfernt - der Mitnehmer (13) liegt an der entsprechenden Seite des Durchbruchs (14) an. Da die Quer­ schnitte von Betätigungsstange und Steuerkolben gleich groß ausgeführt sind, sind auch die beiden hydraulischen Kräfte gleich groß. Durch die Verbindung der beiden Ventilkörper (5, 9) heben sich die hydraulischen Kräfte bezogen auf die aus dem Gehäuse tretenden Ventilteile (4, 11) gegenseitig auf. Deshalb muß der Bediener zum Offenhalten des Pistolen­ ventil unabhängig vom Druck der Reinigungsflüssigkeit nur noch eine Kraft aufbringen, die der Kraft der Rückstell­ feder (12) entspricht.

In Fig. 3b ist die Stellung der Bauteile dargestellt, die sich unmittelbar nach dem Schließen des Pistolenventils durch Loslassen des Betätigungshebels ergibt. Die Rück­ stellfeder (12) hat die beiden Ventilkörper (5, 9) so weit in Richtung Ventilsitz (7) verschoben, bis der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle am zugehörigen Dichtbereich (10) des Ventilsitzes (7) anliegt. Dadurch ist die sekun­ dären Trennstelle geschlossen, und es kann bis auf unbedeu­ tende Leckagen im Bereich der Dichtstelle keine Flüssigkeit mehr durch das Ventil strömen. Der Druck im Zuflußraum (2) Ventilgehäuse entspricht noch dem Arbeitsdruck oder liegt deutlich darüber. Der Druck im Abflußraum (3) entspricht dem Umgebungsdruck. Da der Druck im Zuflußraum (2) auch weiterhin auf den Steuerkolben (11) wirkt, hat sich die Lage der Ventilkörper (5, 9) zueinander noch nicht geändert.

Wenn nun durch eine entsprechenden Schaltung im Hochdruck­ reinigungsgerät der Druck im Zuleitungsschlauch zur Spritz­ pistole und damit auch im Zuflußraum (2) auf einen geringen Wert (ca. 10...20 bar) abgesenkt wird, reduziert sich damit auch die auf den Steuerkolben (11) wirkende hydraulische Kraft. Die Rückstellfeder (12) ist so ausgelegt, daß sie beim abgesenkten Druck eine Kraft aufbringt, die größer ist als die auf den Steuerkolben wirkende hydraulische Kraft. Infolgedessen verschiebt die Rückstellfeder den Ventil­ körper (5) der primären Trennstelle so weit, bis der Ventilkörper (5) bzw. die elastische Dichtung (8) am zugehörigen Dichtbereich (6) des Ventilsitzes (7) anliegt. In diesem Zustand gemäß Fig. 3c ist die Ventilanordnung hermetisch dicht. Die während dieser Bewegung aus dem Raum (31) verdrängte Flüssigkeit kann durch den Kanal (30) in den Zuflußraum (2) entweichen.

Beim Öffnen des Pistolenventils, das infolge der Druck­ absenkung nur gegen einen verhältnismäßig geringen Druck erfolgt, heben sich beide Ventilkörper (5, 9) gleichzeitig von Ventilsitz ab, und geben den Durchfluß durch das Ventil frei. Wenn sich dann in Inneren des Ventils der Druck wieder aufbaut, bewegen sich die beiden Ventilkörper wieder auseinander, bis sich die in Fig. 3a dargestellte Situation eingestellt hat.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß beim Schließen des Ventils ein unempfindlicher, aber nicht unbedingt herme­ tisch dichtender Ventilkörper die Strömung unterbricht, bevor der empfindliche, aber hermetisch dichtende Ventil­ körper den Zuflußraum von Abflußraum abtrennt. Das Schließ­ verhalten wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch den Druck im Zuflußraum gesteuert.

Bei den Ausführungen entsprechend Fig. 5. 6 wird das Schalt­ verhalten der sekundären Trennstelle vorwiegend mechanisch durch einen Bewegungsspielraum (23) zwischen den Ventil­ körpern (17, 19) bestimmt. Beim Öffnungsvorgang nimmt der Ventilkörper (19) der primären Trennstelle den Ventilkörper (17) der sekundären Trennstelle erst dann mit und hebt ihn damit vom zugehörigen Dichtbereich (18) des Ventilsitzes (24) ab, wenn er selbst keinen Kontakt mehr mit dem Ventil­ sitz hat. Beim Schließen setzt dementsprechend der Ventil­ körper (17) der sekundären Trennstelle zuerst auf dem Ventilsitz auf und unterbricht damit die Strömung durch das Ventil. Dann erst kommt der Ventilkörper (24) der primären Trennstelle mit dem Dichtsitz in Kontakt. Der Unterschied zwischen Fig. 5 und Fig. 6 besteht in der fehlenden Druck­ kompensation der Betätigungsstange (25a) beim Ventil gemäß Fig. 6. Neben den dargestellten Ausführungen sind selbst­ verständlich auch Ausführungen mit voll- oder teilkompensierten Ventilkörpern denkbar.

In Fig. 2 ist ein Rückschlagventil dargestellt, das z. B. im Unloader eines Hochdruckreinigungsgerätes Verwendung finden könnte.

Die primäre Trennstelle ist hier unabhängig von der sekun­ dären Trennstelle ausgebildet. Die Durchflußrichtung ist eingezeichnet (Pfeil). Die sekundäre Trennstelle besteht aus einem Ventilkörper (38), einer auf den Ventilkörper in Schließrichtung wirkenden Rückstellfeder (41) und einem ebenen, von Bohrungen (53) durchbrochenen Ventilsitz (40).

Die primäre Trennstelle besteht aus einem kegelförmigen Ventilkörper (33) mit elastischer Dichtung (36), einer auf den Ventilkörper in Schließrichtung wirkenden Rückstell­ feder (37) und einem kegelförmigen Ventilsitz (35). Ferner weist der Ventilkörper (33) einen Steuerkolben (42) auf, der mit einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen Zylinder (43) zusammenwirkt. Eine Drosselöffnung (44) ermöglicht das Einströmen von Flüssigkeit in den bzw. das Ausströmen von Flüssigkeit aus dem Zylinderraum (45), so daß die Bewegung des Ventilkörpers (33) gedämpft (verlangsamt) wird.

Die Rückstellfedern (37, 41) sind so auf den zugehörigen Ventilkörper (33, 41) abgestimmt, daß beim Zusammenbrechen der Strömung bzw. bei Umkehr der Strömungsrichtung (also entgegen der Durchflußrichtung) zuerst der Ventilkörper (38) der sekundären Trennstelle in Kontakt mit dem zugehö­ rigen Dichtsitz (40) kommt. Eine zusätzliche Verzögerung des Schließverhaltens der primären Trennstelle wird durch die hydraulische Dämpfung des entsprechenden Ventilkörpers (33) bewirkt. Ferner kann durch unterschiedlich gestaltete Strömungswiderstände der Ventilkörper das Schaltverhalten beeinflußt werden.

In Fig. 4a. . .c ist ein Ablauf dargestellt, der sich ergibt, wenn bei einem Rückschlagventil gemäß Fig. 2 die Strömung zusammenbricht bzw. die Strömungsrichtung umgekehrt wird. Fig. 4a stellt ein durchströmtes Ventil dar. Nach dem Zusammenbrechen der Strömung bzw. einer Umkehr der Strömungsrichtung ergibt sich zunächst der in Fig. 4b gezeigte Zustand mit geschlossener sekundärer Trennstelle aber noch offener primärer Trennstelle. Das vollständig geschlossene Ventil ist in Fig. 4c dargestellt.

Fig. 7 zeigt ein Rückschlagventil, bei dem der Ventilkörper (46) der primären Trennstelle entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Pistolenventil durch den Druck in Ventilinneren gesteuert wird. Der Ventilkörper (54) der sekundären Trenn­ stelle ist hier als Kugel ausgebildet, die mit einem kegel­ förmigen Ventilsitz (55) zusammenwirkt.

Alle hier dargestellten Ausführungsbeispiele der Spritz­ pistolenventile haben eine Betätigungsstange, die auf der Abflußseite aus dem Ventilgehäuse herausgeführt ist. Möglich sind auch Anordnungen, bei denen die Betätigungs­ kraft am auf der Zuflußseite aus dem Gehäuse herausgeführten Steuerkolben angreift.

Claims (16)

1. Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten, insbesondere Pistolenventile im Bereich der Hochdruck- Reinigungstechnik mit einem Ventilgehäuse (1), einem Zuflußraum (2), einem Abflußraum (3), mindestens einer Rückstellfeder (12) zum Aufbringen der Schließkraft sowie einer aus dem Gehäuse herausgeführten Betätigungs­ stange (4) zum Betätigen des Ventils gekennzeichnet durch folgende Merkmale

• a) Zwischen Zuflußraum (2) und Abflußraum (3) sind zwei, bezogen auf die durch das Ventil strömende Flüssigkeit, hintereinander liegende Trennstellen angeordnet.
• b) Die primäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil­ körper (5) und einem zugehörigen Dichtbereich (6) eines Ventilsitzes (7), sorgt vorzugsweise durch Ausgestal­ tung mit einer elastischen Dichtung (8) für die Undurchlässigkeit der Ventilanordnung, wenn das Ventil geschlossen ist.
• c) Die sekundäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil­ körper (9) und einem zugehörigen Dichtbereich (10) eines Ventilsitzes, sorgt vorzugsweise durch Ausgestal­ tung ohne elastische Dichtung für die Unempfindlichkeit der Ventilanordnung gegenüber den Belastungen beim Schaltvorgang, ist aber nicht zwangsläufig hermetisch dicht ausgeführt.
• d) Eine Steuerung sorgt dafür, daß die primäre Trenn­ stelle ihren Schaltzustand beim Schließvorgang nicht vor der sekundären Trennstelle und beim Öffnungsvorgang nicht nach der sekundären Trennstelle ändert, so daß eine Beschädigung der primären Trennstelle durch Druck­ spitzen, Spaltextrusion und Erosionsvorgänge beim Schaltvorgang verhindert wird.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale

• a) Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist in Betätigungsrichtung fest mit der auf der Seite des Abflußraumes (3) aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Betätigungsstange (4) verbunden.
• b) Der Ventilkörper (5) der primären Trennstelle ist in Betätigungsrichtung fest mit einem auf der Seite des Zuflußraumes (2) aus dem Ventilgehäuse herausgeführten Steuerkolben (11) verbunden, wodurch der auf Zufluß­ seite im Ventilgehäuse herrschende Druck eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf den Ventilkörper (5) ausübt.
• c) Die Rückstellfeder (12) der Ventilanordnung ist mit dem Ventilkörper (5) der primären Trennstelle verbunden und übt eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf den Ventilkörper aus.
• d) Die Schaltbewegung zumindest einer der beiden Trenn­ stellen bzw. Ventilkörper erfolgt durch eine mecha­ nische Betätigungsvorrichtung (4), die aus dem Ventil­ gehäuse (1) herausgeführt ist.
• e) Der Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle ist in Betätigungsrichtung mit dem Ventilkörper (5) der primä­ ren Trennstelle verbunden, wobei diese Verbindung (13) in Betätigungsrichtung einen definierten Bewegungs­ spielraum (14) zwischen den Ventilkörpern aufweist, der ein Schließen der sekundären Trennstelle vor der primären Trennstelle ermöglicht.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnitt des Steuerkolbens (11) im Dichtbereich (15) der Durchführung zumindest nicht größer ist als der Querschnitt der Betätigungsstange (4) im Dichtbereich (16) der Durchführung.

4. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1. . .3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Steuerkolbens (11) im Dichtbereich (15) der Durchführung dem Querschnitt der Betätigungsstange (4) im Dichtbereich (16) der Durchführung entspricht, so daß sich bei geöff­ netem Ventil infolge der Verbindung (13, 14) der beiden Ventilkörper (5, 9) die in Betätigungsrichtung auf den Steuerkolben (11) und die Betätigungsstange (4) wirkenden hydraulischen Kräfte kompensieren, wodurch der Bediener nur noch die Kraft der Rückstellfeder (12) zum Offen­ halten des Ventils aufbringen muß.

5. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1. . .4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Steuerkolbens (11) im Dichtbereich (15) der Durchführung deutlich kleiner ist als der auf dem Ventilsitz (7) vom Ventilkörper (5) bzw. der Dichtung (8) der primären Trennstelle vom Zuflußraum abgetrennte Querschnitt, so daß sich bei geschlossenem Ventil auch bei Verwendung einer schwachen Rückstellfeder (12) und bei niedrigem Druck im Zuflußraum eine ausreichende Anpreßkraft für die Dichtung (8) einstellt.

6. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1. . .5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (5) der primären Trennstelle den Ventilkörper (9) der sekundären Trennstelle glockenförmig umschließt.

7. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1. . .6, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Ventil­ körpern (5, 9) jeweils zugeordneten Dichtbereiche (6, 10) des Ventilsitzes konzentrisch auf einem Ventilsitz (7) angeordnet sind.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (17) der sekundären Trennstelle mit der Rückstellfeder (22) der Ventilanordnung in Verbindung steht und vom Ventilkörper (19) der primären Trennstelle betätigt wird, wobei sich zwischen den beiden Ventil­ körpern in Betätigungsrichtung ein Bewegungsspielraum (23) befindet, so daß der Ventilkörper (17) der sekundä­ ren Trennstelle beim Schließvorgang den Durchfluß unter­ bricht, bevor der Ventilkörper (19) der primären Trenn­ stelle bzw. dessen elastische Dichtung (21) in Kontakt mit dem zugehörigen Dichtbereich (20) des Ventilsitzes (24) kommt und beim Öffnungsvorgang den Durchfluß erst freigibt, wenn der Ventilkörper (19) der primären Trenn­ stelle vom zugehörigen Dichtsitz abgehoben hat.

9. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (17) der sekundären Trenn­ stelle den Ventilkörper (19) der primären Trennstelle glockenförmig umschließt.

10. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 8, 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Ventil­ körpern (17, 19) jeweils zugeordneten Dichtbereiche (18, 20) des Ventilsitzes konzentrisch auf einem Ventilsitz (24) angeordnet sind.

11. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 8. . .10, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (25) sowohl auf der Seite des Abflußraumes (3) als auch auf der Seite des Zuflußraumes (2) aus dem Ventilgehäuse (1) herausgeführt ist, wobei der Querschnitt der Betäti­ gungsstange im Dichtbereich (27) der Durchführung auf der Zuflußseite (2) zumindest nicht größer ist als im Dicht­ bereich (26) der Durchführung auf der Abflußseite (3).

12. Ventilanordnung für Schaltvorgänge von Flüssigkeiten, insbesondere Rückschlagventile im Bereich der Hochdruck- Reinigungstechnik mit einem Ventilgehäuse (1), einem Zuflußraum (2) und einem Abflußraum (3) gekennzeichnet durch folgende Merkmale

• a) Zwischen Zuflußraum (2) und Abflußraum (3) sind zwei, bezogen auf die durch das Ventil strömende Flüssigkeit, hintereinander liegende Trennstellen angeordnet, wobei die Schaltbewegung zumindest einer der beiden Trenn­ stellen bzw. Ventilkörper von der durch die Ventil­ anordnung strömenden Flüssigkeit erzeugt wird, so daß sich in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung eine Öffnungs- oder Schließbewegung ergibt.
• b) Die primäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil­ körper (33) und einem zugehörigen Dichtbereich (34) eines Ventilsitzes (35), sorgt vorzugsweise durch Aus­ gestaltung mit einer elastischen Dichtung (36) für die Undurchlässigkeit der Ventilanordnung, wenn das Ventil geschlossen ist.
• c) Die sekundäre Trennstelle, bestehend aus einem Ventil­ körper (38) und einem zugehörigen Dichtbereich (39) eines Ventilsitzes (40), sorgt vorzugsweise durch Aus­ gestaltung ohne elastische Dichtung für die Unempfind­ lichkeit der Ventilanordnung gegenüber den Belastungen beim Schaltvorgang, ist aber nicht zwangsläufig hermetisch dicht ausgeführt.
• d) Eine Steuerung sorgt dafür, daß die primäre Trenn­ stelle ihren Schaltzustand beim Schließvorgang nicht vor der sekundären Trennstelle ändert, so daß eine Beschädigung der primären Trennstelle durch Druck­ spitzen, Spaltextrusion und Erosionsvorgänge beim Schließvorgang verhindert wird.

13. Ventilanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß sowohl der Ventilkörper (33) der primären Trennstelle als auch der Ventilkörper (38) der sekundären Trennstelle von der durch die Ventilanordnung strömende Flüssigkeit bewegt wird, wobei sich in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung eine Öffnungs- oder Schließbewegung ergibt.

14. Ventilanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Rückstellfeder (37, 41) die Schließbewegung der Ventilkörper unterstützt, wobei deren Kräfte so auf den jeweils zugehörigen Ventilkörper abgestimmt sind, daß bei einem Durchströmen der Flüssig­ keit in Schließrichtung der Ventilkörper (33) der primä­ ren Trennstelle erst dann in Kontakt mit dem zugehörigen Ventilsitz (35) kommt, d. h. schließt, wenn der Ventil­ körper (38) der sekundären Trennstelle die Strömung unterbrochen hat.

15. Ventilanordnung mindestens einem der Ansprüche 12, 13, 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (33) der primären Trennstelle einen Steuerkolben (42) aufweist, der mit einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen Zylinder (43) zusammenwirkt, wobei eine Drosselöffnung (44) das Einströmen von Flüssigkeit in den bzw. das Ausströmen von Flüssigkeit aus dem Zylinderraum (45) ermöglicht, so daß die Bewegung des Ventilkörpers (33) gedämpft und insbesondere das verzögerte Schließverhalten des Ventil­ körpers unterstützt wird.

16. Ventilanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Ventilkörper (46) der primären Trenn­ stelle in Betätigungsrichtung fest mit einem Steuerkolben (47) verbunden ist, der in Öffnungsrichtung des Ventil­ körpers in einen gegenüber dem Ventilinneren abgedichte­ ten (48) und mit der Umgebung in Verbindung (49) stehenden Raum (50) geführt ist, wodurch der Druck im Ventilgehäuse eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf den Ventilkörper (46) ausübt, während gleichzeitig eine Rückstellfeder (51) eine in Schließrichtung wirkende Kraft auf den Ventilkörper ausübt, so daß der Ventil­ körper (46) der primären Trennstelle erst in Kontakt mit dem zugehörigen Ventilsitz (52) kommt, d. h. schließt, wenn der Druck im Ventilgehäuse einen durch die Rück­ stellfeder und den Querschnitt des Steuerkolbens definierten Wert unterschritten hat.