DE20108618U1

DE20108618U1 - Ventil, insbesondere Absteuer- oder Umgehungsventil für ein fluides Medium

Info

Publication number: DE20108618U1
Application number: DE20108618U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2011-05-24

Description

Beschreibung:

Ventil, insbesondere Absteuer- oder Umqehunctsventil für ein fluides Medium

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Absteuer- oder Umgehungsventil für ein fluides Medium, wie Wasser, Öl, Kraftstoff oder Druckluft, mit einem Ventilsitz und mit einem Ventilkörper, der eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche aufweist und der durch mindestens eine Feder in Richtung zum Ventilsitz vorbelastet ist, wobei zum Öffnen des Ventils der Ventilkörper durch einen Mediumdruck gegen die Kraft der Feder vom Ventilsitz abhebbar ist.

Ventile der eingangs genannten Art sind aufgrund ihrer weiten Verbreitung, beispielsweise in Öl- und Kraftstofffiltereinrichtungen an Brennkraftmaschinen, allgemein bekannt. In vielen Anwendungen dienen derartige Ventile dazu, einen unerwünscht hohen Druck eines fluiden Mediums zu verhindern, indem bei Auftreten einer Druckerhöhung das Ventil so lange öffnet, bis der Druck des Druckmediums wieder unter den Öffnungsdruck für das Ventil abgesunken ist. Bei einem Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz wird bei den bisher eingesetzten Ventilen sofort ein relativ großer Durchlaßquerschnitt freigegeben, durch den das Druckmedium rasch abströmt. Dies hat zur Folge, daß das Ventil schon nach sehr kurzer Öffnungszeit wieder schließt, bis wieder der Fall eintritt, daß der Druck des Druckmediums über den Öffnungsdruck des

Ventils ansteigt. Wenn dieser Vorgang sich stetig wiederholt, spricht der Techniker von einem "Arbeitsventil", also einem Ventil, das permanent öffnet und schließt und so ständig in Bewegung ist. Dies hat den Nachteil eines erhöhten Verschleißes diverser Ventilteile, insbesondere des Ventilkörpers und eines gegebenenfalls vorhandenen Ventilhalters, der die Teile des Ventils zusammenhält. Diese Belastung mit dem dadurch verursachten Verschleiß kann zu einer verkürzten Lebensdauer des Ventils und zu einem unerwünschten Ausfall des Ventils führen. Ein solcher Ausfall kann erhebliche Störungen oder gar Schäden beispielsweise an einer zugehörigen Brennkraftmaschine verursachen.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das die dargelegten Nachteile vermeidet und das eine verlängerte Haltbarkeit im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventil unter gleichen Einsatzbedingungen hat.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Ventil der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ventilkörper einen sich durch den Ventilsitz hindurch erstreckenden Drosselfortsatz aufweist, der mit zunehmender Entfernung des Ventilkörpers vom Ventilsitz beim Öffnen des Ventils einen zunehmenden Medium-Strömungsquerschnitt durch das Ventil freigibt.

Charakteristisch für das erfindungsgemäße Ventil ist, daß bei einem Abheben des Ventilkörpers von seinem Ventilsitz nicht schlagartig ein großer Strömungsquerschnitt freigemacht wird, sondern daß der Strömungsquerschnitt zunächst nur relativ klein ist und sich erst mit zunehmendem Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz vergrößert. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt und somit auch der Durchsatz an Druckmedium durch das Ventil in

dessen geöffnetem Zustand abhängig von der Stellung des Drosselfortsatzes relativ zum Ventilsitz. Wenn ein Überdruck des Druckmediums abgebaut werden muß, erfolgt der Druckabbau hier im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventil langsamer, wodurch die Öffnungsphase des Ventils verlängert wird. Dadurch werden die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventils je Zeiteinheit vermindert, was einen entsprechenden Rückgang des durch die Ventilbewegungen verursachten Verschleißes ergibt. Insgesamt hat damit das Ventil bei gleicher Dimensionierung seiner Einzelteile eine verbesserte Lebensdauer, so daß ein zuverlässigerer Betrieb des Ventils und der zugehörigen Aggregate, beispielsweise Öl- oder Kraftstoffilter einer Brennkraftmaschine, gewährleistet ist.

Eine erste Weiterbildung des Ventils gemäß Erfindung sieht vor, daß der Ventilsitz durch eine kegelige Innenfläche gebildet ist und daß in Medium-Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz eine in den Ventilsitz übergehende zylindrische Innenfläche vorgesehen ist, durch die sich der Drosselfortsatz hindurch erstreckt. Mit dieser Gestaltung des Ventils wird eine besonders einfache Kontur in der Nachbarschaft des Ventilsitzes erreicht, die die Fertigung der Einzelteile für das Ventil einfach hält.

Der Drosselfortsatz kann unterschiedlich ausgestaltet sein; bevorzugte Getaltungen diesbezüglich sind in den Ansprüchen 3 bis 12 angegeben. Gemeinsam ist allen Ausgestaltungen, daß der Durchlaßquerschnitt des Ventils abhängig von der Stellung des Drosselfortsatzes relativ zum Ventilsitz ist, wobei eine zunehmende Entfernung des Ventilkörpers zusammen mit dem Drosselfortsatz vom Ventilsitz weg einen zunehmenden Durchlaßquerschnitt freigibt. Dabei wird der Durchlaßquerschnitt des Ventils nicht durch den Spaltraum zwischen dem Ventilsitz und der mit diesem zusammenwirkenden Dichtfläche des Ventilkörpers bestimmt, sondern vielmehr durch den Durchlaß-

querschnitt, der durch die Stellung des Drosselfortsatzes relativ zum Ventilsitz festgelegt wird. Ein gewünschter Verlauf der Zunahme des Durchlaßquerschnitts kann durch eine gezielte Formgebung des Drosselfortsatzes in weiten Bereichen festgelegt und entsprechend dem jeweiligen Bedarf im Einzelfall festgelegt werden, beispielsweise durch Berechnungen oder Versuche.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Figur 1 ein Ventil in einer ersten Ausführung im Längsschnitt,

Figur 2 das Ventil in einer zweiten Ausführung im Längsschnitt und

Figur 3 das Ventil in einer dritten Ausführung im Längsschnitt.

Alle in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele des Ventils 1 setzen sich aus einem Ventilring 2, einem Ventilkörper 3, einem Ventilhalter 4 und einer Feder 5 zusammen. Mittels des Ventilrings 2 kann das Ventil 1 beispielsweise in einen durch eine Bohrung gebildeten Fluidkanal dichtend eingepreßt werden. Der Ventilring 2 hat im unteren Bereich seines Innenumfangs eine kegelige Dichtfläche, die einen Dichtsitz 23 bildet. Mit dem Dichtsitz 23 wirkt eine gegengleiche Dichtfläche 33 am Außenumfang des Ventilkörpers 3 zusammen, der koaxial zum Ventilring 2 angeordnet und relativ zu diesem in Längsmittelachsrichtung 30 verschiebbar ist. Durch die Feder 5 wird der Ventilkörper 3 in Richtung zum Ventilsitz 23 vorbelastet, so daß die Grundstellung des Ventils 1 die Schließstellung ist. Die Feder 5 stützt sich mit ihrem in den Zeichnungsfiguren unteren Ende an einer

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Federstützplatte 45 ab, die ein Teil des Ventilhalters 4 ist. Vom Außenumfang der Federstützplatte 45 gehen mehrere Arme 42 ab, die zum Ventilring 2 verlaufen. An ihrem freien Ende besitzen die Arme 42 einen nach außen umgebogenen Rand 41, der durch einen nach innen eingerollten Kragen 21 des Ventilrings 2 an diesem festgelegt ist. Auf diese Weise kann der Ventilhalter 4 die von der Feder 5 ausgeübten, in Axialrichtung wirkenden Kräfte aufnehmen.

Alle dargestellten Ventile 1 besitzen je einen mit dem Ventilkörper 3 einstückig ausgeführten Drosselfortsatz 32, der bei den verschiedenen Ventilen 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 unterschiedlich ausgestaltet ist.

Bei dem Ventil 1 gemäß Figur 1 hat der Drosselfortsatz 32 eine hohlzylindrische Form, wobei der Außendurchmesser des Drosselfortsatzes im wesentlichen dem Innendurchmesser einer zylindrischen Innenfläche 22 im Anschluß an den Dichtsitz 23 entspricht; damit die Relativbewegung zwischen Ventilkörper 3 und Ventilring 2 möglich bleibt, ist ein ausreichendes Bewegungsspiel zwischen dem Drosselfortsatz 32 und der zylindrischen Innenfläche 22 vorgesehen.

In seiner Verwendung dient das Ventil 1 beispielsweise als Absteuerventil, also dazu, einen zu hohen Druck eines fluiden Mediums abzulassen. Hierzu wirkt der Druck des Druckmediums auf die in den Zeichnungsfiguren obere Seite des Ventilkörpers 3 ein; bei Überschreiten eines Öffnungsdrucks, der von der Fläche des Ventilkörpers 3 und der Stärke der Feder 5 abhängt, bewegt sich der Ventilkörper 3 nach unten, wodurch eine Strömung des Druckmediums in Richtung des Strömungspfeils 6 entsteht. Der Durchlaßquerschnitt durch das Ventil 1 wird dabei aber nicht durch den Abstand zwischen dem Dichsitz 23 und der damit zusammenwirkenden Dichtfläche 33 des Ventilkörpers

3 bestimmt, sondern von der Stellung des Drosselfortsatzes 32 relativ zum Ventilring 2. Den Durchlaß für das fluide Medium bilden hier mehrere Öffnungen 34, die über den Umfang des Drosselfortsatzes 32 verteilt in diesem in Radialrichtung verlaufend abgebracht sind. Weiterhin besitzen die Öffnungen 34 in Axialrichtung des Ventils 1 gesehen einen Versatz zueinander. Hiermit wird erreicht, daß bei Bewegung des Ventilkörpers 3 in Öffnungsrichtung zunächst die in der Zeichnung am tiefsten angeordnete Öffnung 34 einen Durchlaß des fluiden Mediums erlaubt; bei weiterer Bewegung des Ventilkörpers 3 nach unten vom Dichtsitz 23 weg werden nach und nach weitere Öffnungen 34 freigegeben, wodurch sich eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des Ventils 1 mit zunehmender Entfernung des Ventilkörpers 3 vom Dichtsitz 23 ergibt. Dabei ist der Strömungsquerschnitt durch die Öffnungen 34, genauer durch den jeweils freigegebenen Anteil davon, kleiner als der Querschnitt des Spalts zwischen dem Dichtsitz 23 und der damit zusammenwirkenden Dichtfläche 33 des Ventilkörpers 3.

Figur 2 zeigt ein Ventil 1 mit einem in seiner Grundform ebenfalls hohlzylindrischen Drosselfortsatz 32, der hier aber nicht in Radialrichtung sondern in Axialrichtung verlaufende Öffnungen 35 aufweist. Anschaulich gesagt besitzt hier der Drosselfortsatz 32 die Form einer gezackten oder gewellten Krone. Auch hier ergibt sich bei Öffnung des Ventils 1, also bei einer Bewegung des Ventilkörpers 3 vom Dichtsitz 23 weg, eine zunehmende Vergrößerung des Durchlaßquerschnitts des Ventils 1, wobei auch hier der Durchlaßquerschnitt durch den jeweils freigegebenen Anteil der Öffnungen 35 bestimmt wird.

Figur 3 der Zeichnung schließlich zeigt ein Ventil 1 mit einer dritten Ausführung des Drosselfortsatzes 32. In dieser Ausführung ist der Drosselfortsatz 32 im wesentlichen in Form eines Kegelstumpfs ausgeführt, dessen Außen-

umfang 36 mit zunehmender Entfernung von der Dichtfläche 33 einen immer kleineren Durchmesser aufweist. Der Durchlaßquerschnitt des Ventils 1 wird hier durch den Querschnitt des Ringspalts zwischen der zylindrischen Innenfläche 22 oberhalb des Dichtsitzes 23 und dem Außenumfang 36 des Drosselfortsatzes 32 bestimmt. Auch hier läßt sich die gewünschte Abhängigkeit des Durchlaßquerschnitts von der Position des Ventilkörpers 3 relativ zu seinem Dichtsitz 23 durch Wahl des Durchmessers und der Steigung des kegelstumpfförmigen Drosselfortsatzes in gewünschter Weise festlegen.

Bei allen dargestellten Ausführungen des Ventils 1 kann der Ventilkörper 3 einschließlich des Drosselfortsatzes als einstückiges Bauteil hergestellt werden, so daß praktisch keine Mehrkosten im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventilkörper ohne Drosselfortsatz entstehen.

Claims

1. Ventil (1), insbesondere Absteuer- oder Umgehungsventil für ein fluides Medium, wie Wasser, Öl, Kraftstoff oder Druckluft, mit einem Ventilsitz (23) und mit einem Ventilkörper (3), der eine mit dem Ventilsitz (23) zusammenwirkende Dichtfläche (33) aufweist und der durch mindestens eine Feder (5) in Richtung zum Ventilsitz (23) vorbelastet ist, wobei zum Öffnen des Ventils (1) der Ventilkörper (3) durch einen Mediumdruck gegen die Kraft der Feder (5) vom Ventilsitz (23) abhebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3) einen sich durch den Ventilsitz (23) hindurch erstreckenden Drosselfortsatz (32) aufweist, der mit zunehmender Entfernung des Ventilkörpers (3) vom Ventilsitz (23) beim Öffnen des Ventils (1) einen zunehmenden Medium-Strömungsquerschnitt durch das Ventil (1) freigibt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (23) durch eine kegelige Innenfläche gebildet ist und daß in Medium-Strömungsrichtung (6) vor dem Ventilsitz (23) eine in den Ventilsitz (23) übergehende zylindrische Innenfläche (22) vorgesehen ist, durch die sich der Drosselfortsatz (32) hindurch erstreckt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) die Form eines zur Ventilkörper-Längsmittelachse (30) konzentrischen Hohlzylinders hat, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der zylindrischen Innenfläche (22) abzüglich eines Bewegungsspielmaßes entspricht und der mit mindestens einer in seiner Radialrichtung verlaufenden Öffnung (34) versehen ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, in seiner Radialrichtung verlaufenden Öffnungen (34) versehen ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (34) in Ventilkörper-Axialrichtung gesehen einen Versatz zueinander aufweisen.

6. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) die Form eines zur Ventilkörper-Längsmittelachse (30) konzentrischen Hohlzylinders hat, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der zylindrischen Innenfläche (22) abzüglich eines Bewegungsspielmaßes entspricht und der mit mindestens einer in seiner Axialrichtung verlaufenden Öffnung (35) versehen ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, in seiner Axialrichtung verlaufenden Öffnungen (35) versehen ist.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die/jede Öffnung (35) in Axialrichtung gesehen mit zunehmendem Abstand von der Dichtfläche (33) des Ventilkörpers (3) vergrößert.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) die Form einer gewellten oder gezackten Krone aufweist.

10. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) die Form eines Körpers mit einem zur Ventilkörper-Längsmittelachse (30) konzentrischen, rotationssymmetrischen Außenumfang (36) hat, dessen nahe der Dichtfläche (33) maximaler Außendurchmesser dem Innendurchmesser der zylindrischen Innenfläche (22) abzüglich eines Bewegungsspielmaßes entspricht und dessen Außendurchmesser in Ventilkörper-Axialrichtung gesehen mit zunehmendem Abstand von der Dichtfläche (33) kleiner wird.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) die Form eines Kegels oder Kegelstumpfs oder eines Halb-Ellipsoids oder einer Kugelkalotte hat.

12. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselfortsatz (32) die Form eines Zylinders mit stufenweise abnehmendem Außendurchmesser hat.