DE2741364A1

DE2741364A1 - Stroemungsmittelsteuerventil

Info

Publication number: DE2741364A1
Application number: DE19772741364
Authority: DE
Inventors: Russell W Spitz
Original assignee: Hunt Valve Co Inc
Current assignee: Hunt Valve Co Inc
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1978-10-05
Also published as: US4133348A; JPS53122146A; GB1532725A

Description

Hunt Valve Co., Inc., Salem, Ohio, V.St.A,

Stromungsraittelsteuerventil

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungsmittel-Steuerventil.

Ein glatter Übergang des Ventilschiebers von einer Lage in eine andere ist ein wesentlicher Paktor für die Ventilkonstruktion. Es ist eine bekannte Tatsache, daß mehr Leistung erforderlich ist, um einen Schieber aus einer Ruhelage herauszubewegen; der hierfür erforderliche Druck wird auch als "Ablösedruck" ('breakaway pressure') bezeichnet. Die bisher hergestellten Ventile wiesen einen sehr hohen Ablösedruck auf und dieser Umstand hat die Verwendung eines Elektromagneten sinnvoller Größe zum Bewegen des Ventilschiebers im wesentlichen verhindert, han mußte stattdessen die erforderliche Kraft mit einem Strömungsmittel erzeugen und das Ventil stromungsmittelgesteuert ausführen, um den Ventilschieber überhaupt verschieben zu können.

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Die vorliegende Erfindung macht es nun möglich, den Ventilschieber mit einem geringen Ablösedruck zu bewegen, und dieser Umstand erlaubt die Verwendung eines in der Industrie normmäßig akzeptierten Elektromagneten für diesen Zweck. Infolge des geringen erforderlichen Ablösedrucks kann weiterhin der Schieber mit einer Federrückführung ausgeführt werden, die stets zuverlässig arbeitet. Ein wesentlicher Faktor der vorliegenden Erfindung ist die Kombination einer reibungsarmen Dichtung zwischen der Außenfläche des Ventilschiebers und der Innenfläche der Bohrung, in der der Schieber hin- und hergeht, mit einem Schieber geringen Durchmessers mit hoher Oberflächengüte sowie einer Konstruktion, bei der Strömungsmitteldruck vom Innern des Schiebers wirkt, wenn eine Schieberöffnung über eine Dichtung läuft.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Strömungsmittelsteuerventil mit einem Ventilkörper mit einer langgestreckten Bohrung und einer Vielzahl von öffnungen im Ventilkörper, die mit der Bohrung in Strömungsverbindung stehen, mit einem langgestreckten Schieber in der Bohrung, der in dieser axial hin- und herbewegbar ist, um die Strömungsmittelströmung zwischen den Körperöffnungen zu steuern, mit einer Vielzahl von Dichtungen zwischen der Körperbohrung und der Außenfläche, um eine Strömungsmittelströmung zwischen diesen zu verhindern, wobei der Schieber einen Außendurchmesser von etwa 6,35 mm (1/4 in.) aufweist und die Dichtungen aus einem teflonartigen Material ausgebildet sind, um die Kraft zu senken, die erforderlich ist, um den

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Ventilschieber aus der Ruhelage herauszubringen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Ventil und zeigt die spezielle Dichtanordnung, die in diesem erfinderischen Konzept verwendet wird, wobei der Ventilschieber sich in einer seiner Stellungen befindet;

Fig. 2 ist eine 'i'eilschnittdarstellung entsprechend der Fig. und zeigt den Ventilschieber in einer anderen Stellung;

Fig. $ ist eine vergrößerte 'feildarstellung eines Teils der Fig. 1, und

Fig. 4 ist ein teilgeschnittener Seitenriß, der eine geringfügige Kodifikation der in Fig. 3 gezeigten Dichtung darstellt.

Das in der Fig. 1 gezeigte Ventil 1 ist ein 3-Wege-Ventil mit zwei Stellungen; die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Ausführung beschränkt, da sie gleichermaßen wirksam auch bei ^•-Wege-Ventilen mit zwei Stellungen oder 4~Wege-Ventilen mit drei Stellungen oder Ventilen anderer bekannter Konstruktion ist. Folglich soll die folgende Beschreibung des in der Fig. gezeigten Ventils nur als Erläuterung einer Ventilkonstruktion im allgemeinen, nicht als Beschränkung auf irgend einen spe-

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ziellen Ventiltyp gelten

in ü'ig. 1 gezeigte Ventil ist als Steuerventil geeignet und normalerweise offen; es weist einen Körper 10 mit einer Bohrung 11 auf. Eine Vielzahl einander ähnlicher Ringe 12 und Trennelemente 14 sind nacheinander in der Ventilbohrung 11 aufgereiht, wobei der Innendurchmesser der Trennelemente 14 eine
Schieberbohrung bildet, in der ein Ventilschieber 15 hin- und
herbewegbar angeordnet ist. Jedes der Trennelemente 14 ist hier zweiteilig aufgebaut dargestellt, wobei Querbohrungen 16 vorgesehen sind, um eine Verbindung zu langgestreckten Ringkammern
17» 17*1f 17·2 und 17·3 herzustellen, die in Strömungsverbindungen mit einer jeweiligen der Ventilöffnungen 1ö, 19» 20
stehen, die ihrerseits an Tank, Zylinder bzw. Jruck gelegt sind (nicht gezeigt). Der Ventilschieber I5 ist hohl und mit radialen Offnungen versehen, um das Strömungsmittel zu steuern.

Ein Elektromagnet 21 ist auf dem Ventilkörper 10 befestigt und
kann, wenn erregt, den Ventilschieber nach rechts (Fig. 1) bewegen. Eine Wendelfeder 22 kann den Ventilkolben nach links
bewegen, wenn der Elektromagnet abgeschaltet wird.

Die Ringe 12 tragen scatische Dichtungen wie beispe]ilsweise die O-Ringe 23» um einen Abschluß gegen einen Durchgang von Druckmittel entlang der Bohrung 11 des Ventilkörpers 10 zu schaffen. Die Trennelemente 14 auf gegenüberliegenden Seiten eines Ringes weisen verjüngte Teile auf, die in eine Innenöffnung 24 im Ring

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passen, sind eber so beabstandet, daß sich eine verhältnismäßig schmale Hingkammer 25 bildet, in der dynamische Dichtungen 26 liegen, die den Ventilschieber umgeben und auf der Kreisfläche der Innenöffnung 24 in dem jeweiligen Ring aufliegen.

Jede Dichtung 26 ist aus einem reibungsarmen Werkstoff hergestellt; in der hier offenbarten Ausführungsform sind diese Dichtungen als angenähert C-förmiger hantel 27 ausgebildet, der sich seitlich zu einem Hingspalt 2ö öffnet. Wie in Fig. 1 gezeigt, liegen diese Öffnungen 28 der jeweiligen Dichtungen dem Systemdruck zugewandt, so daß die Lippen dieser Dichtungen aufspreizen, wenn sie mit dem Systemdruck beaufschlagt werden. Wie in ii'ig. t> gezeigt, ist die stromaufwärtige Wandung 29 jedes Mantels 27 verdünnt, so daß nur die Lippen an den gegeneinander abzudichtenden Oberfläche anliegen.

Die Dichtinäntel sind aus Teflon- oder Teflonlegierungen unter Verwendung von verfestigenden Mitteln wie Graphit, Kohlenstoff, Glasfasern, hetalloxiden oder dergleichen (abhängig vom jeweiligen Einsatzfall) hergestellt. Da Teflon ein verhältnismäßig schlechtes Elastizitätsverhalten ("memory") aufweist, wird in den hantel vorzugsweise eine Metallfeder 30 (Fig. 3) oder eine Elastomer-Feder 31 (Fig. 4-) in den Mantel eingelegt, um die Lippen des Mantels auf die gegeneinander abzudichtenden Überflächen zu drücken. Dichtungen der oben genannten Art sind im Handel erhältlich von einer Anzahl von Lieferfirmen - beispielsweise der Fa. Parker Seal Company, Fa. W.H. Shamban & Company

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und der Fa. The Fluorocarbon Company.

Gemeinsam mit den oben beschriebenen Dichtungen wird ein Ventilschieber verwendet, dessen Außenfläche mit einer hochglatten Oberfläche versehen ist, so daß infolge der Reibungsarmut des Teflon gemeinsam mit der Glätte des Schiebers ein sehr geringer Ablösedruck erforderlich ist, um den Schieber aus der Ruhelage zu bewegen.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ventil ist der Ventilschieber 15 aus rostfreiem Stahl hergestellt und in einer Dicke von etwa 0,01 bis 0,015 mm (0,0004 bis 0,0006 in.) hartverchromt. Die Verchromung ist auf eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,38 bis 0,51 ,um im quadratischen Mittel (15 bis 20 RMS) poliert und hat einen Außendurchmesser von etwa 6,35 mm Π/4 in.). Der Außendurchmesser kann auch etwas anders gewählt sein; es hat sich jedoch herausgestellt, daß,wenn der Durchmesser 9,52 mm (3/8 in.) erreicht, der Ablösedruck für einen in der Industrie als Norm akzeptierten Elektromagneten zu hoch wird.

Wie oben erwähnt, sind im Ventilkörper vier Kammern vorgesehen, nämlich, die mit dem Druckanschluß verbundene Kammer 17.3, die mit der Zylinderöffnung 19 in Verbindung stehende Kammer 17.2, die mit der Tanköffnung 18 in Verbindung stehende Kammer 17.2 sowie die links von der Kammer 17.1 liegende Kammer 17, bei der es sich um eine Ausgleichskammer handelt, die zu keiner Öffnung führt.

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Der Ventilschieber I5 weist axiale öffnungen I5.I und 15.2 auf, die von entgegengesetzten Enden einwärts verlaufen und durch einen zwischen ihnen befindlichen massiven 'feil 15«3 des Schiebers gegeneinander gesperrt sind. Der Schieber weist ein Paar radialer Öffnungen 15.4 und 15.5 auf, die in Strömungsverbindung; mit der Öffnung 15.2 stehen, wobei die Öffnung 15.5 an und auf der rechten Seite des massiven Sperrteils 15·3 liegt. Der Schieber hat radiale Offnungen I5.6 an und links vom Sperrteil sowie ein weiteres Paar radialer Öffnungen 15·7 und 15«8 an der Ausgleichskammer 17·

Ια der normalerweise offenen Lage des Ventils, die die i?'ig. 1 zeigt, tritt Strömungsmittel unter Druck in die öffnung 20, von dieser durch die Bohrungen 15 i'" i'rennelement und in die Druckkammer 17·5 hinein. Bei in der Ruhelage befindlichem Ventilschieber gelangt Strömungsmittel unter Druck aus der Kammer 17«5 durch die radialen öffnungen 15.^, das Innere 15.2 des Schiebers und auswärts durch die radialen Öffnungen 15*5 zur Zylinderkammer 17.2, von der es durch die Bohrungen 16 zur Zylinderöffnung 19 weiterströmt. ;:is wird darauf verwiesuii, 1-uj Uo radialen öffnungen 15.6 auch in Strömungsverbindung mit der Zylinderkammer 17.2 in der normalerweise offenen Stellung des Ventils liegen, so daß Strömungsmittel unter Druck durch die Schieberöffnung I5.I und aus dieser durch die radialen öffnungen 15.7 und 15.8 hinaus zur Ausgleichskammer 17 gelangt.

Wird der Ventilschieber aus der in Fig. 1 gezeigten Lage nach rechts in die in tfig. 2 gezeigte Lage bewegt, laufen die radialen

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Öffnungen 15.5 unter der Dichtung 26.1 hindurch. Da diese Öffnungen Strömungsmittel unter Druck führen, wird der innere Umfangsteil dieser Dichtung entweder geringfügig von der Außenfläche des Ventilschiebers abgehoben oder auf jeden Fall daran gehindert, in die radialen Öffnungen 15.5 hineingedrückt zu werden. Dadurch wird nicht nur der Widerstand gegen eine Bewegung des Schiebers verringert, sondern auch ein Einschneiden der radialen Öffnungen 15.5 in die Dichtung vermieden.

Während der Ventilschieber nach rechts verschoben wird, laufen die radialen Öffnungen 15.7 über die Dichtung 26.2, die sich zwischen der Ausgleichskammer 17 und der Tankkammer 17.1 befindet. Da in der Schieberöffnung 15.1 und in den radialen Öffnungen 15.7 Strömungsmittel unter Druck vorliegt, wird der innere Umfangsteil der Dichtung 26.2 entweder von der Außenfläche abgehoben oder mindestens daran gehindert, in die radialen Öffnungen hineingedrückt zu werden.

Bei jeder Bewegung des Schiebers strömt, wenn eine radiale Öffnung über eine Drichtung läuft, Druckmittel von der Innenzur Außenseite des Schiebers, um auf die oben beschriebene Weise auf die Dichtung(en) zu wirken. Der Außendurchmesser des Ventilkolbens, der Außendurchmesser der Dichtung im entspannten noch nicht montierten Zustand und der Durchmesser der Öffnung 24 des Trennelements sollten so zueinander im Verhältnis stehen, daß die Dichtung im montierten Zustand etwa um 0,25 mm (0,0"I in.) zusammengedrückt wird.

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Ein nach der vorigen Offenbarung hergestelltes Ventil arbeitet mit einem Ablösedruck von etwa 6,36 bis 7»72 kp (14 bis 17 lbs.), so daß der Ventilkolben unter Verwendung eines in der Industrie als Standard akzeptierten Elektromagneten wie des liodells DECO 11404 der Fa. Detroit Coil Company aus einer Ruhe- in eine andere Lage geschoben werden kann.

Die vorliegende Erfindung schafft also eine Ventilkonstruktion, bei der der Ventilkolben aus seiner Huhelage mit geringem Ablösedruck herausbewegt werden kann, die ein Elektromagnet aufbringen kann, der klein genug ist, um von der Industrie akzeptiert zu werden. Wenn demgegenüber einer oder mehrere der oben ausgeführten Faktoren wesentlich geändert werden, wird der Ablösedruck so hoch, daß entweder ein extrem großer Elektromagnet oder ein strömungsmittelbetriebener Kolben zum Verschieben des Ventilschiebers erforderlich wird. Die Industrie akzeptiert große Elektromagneten nicht, da sie zu viel Raum beanspruchen und ein erheblicher Strom zum Erregen und Halten des Elektromagneten aufgebracht werden muß, während strömungsmittelbetrieben Kolben die Kosten des Ventils erhöhen.

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Claims

BERLIN 33 8 MÜNCHEN 88

Augu«te-Viktori«-Stra6e« _n Dl IQOI-IK C A PARTN FR PienzenauerstraBe S

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Telefon: 030/|gg JJ · BERLIN - MÖNCHEN Telefon: Οββ/

Postscheckkonto: Postscheckkonto:

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Bankkonto: ' Bankkonto:

Bank f. Handel u. Industrie Dresdner Bank

Depositenkasse 32 München

Berlin 33 Λ Π ί -I Λ Λ i DeD.-Kasse LeopoldstraBe

K?S'ίΐϊο« «*⁴² 2 / 4 I 3 D «I Kto^P: 4 623 757

Telegrunm-Adre«»: Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin Quadratur München

TELEX: 183786 TELEX: 52J767

Hunt Valve Co.,Inc.

- uns.Akte H 683 -

Patentansprüche

uj Strömungsmittelsteuerventil, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (10) mit einer langgestreckten Bohrung (11) sowie einer Vielzahl von Körperöffnungen (18, 19, 20), die mit der Bohrung in Strömungsverbindung stehen, einem langgestreckten Schieber (15) in der Körperbohrung, der in dieser hin- und herbewegbar ist, um die Strömung des Druckmittels zwischen den Körperöffnungen zu steuern, eine Vielzahl von Dichtungen (26) zwischen der Körperbohrung und der Außenfläche des Schiebers, um gegen einen Durchtritt des Druckmittels zwischen diesen abzudichten, wobei der Schieber einen Außendurchmesser von etwa 6,35 mm (1/4 in.) hat und die Dichtungen aus einem teflonartigen Werkstoff gefertigt sind, um die Kraft zu verringern, die erforderlich ist, um den Schieber aus der Ruhelage zu bewegen.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber aus rostfreiem Stahl mit verchromter Außenfläche hergestellt und die Verchromung zu einer Oberflächenrauhigkeit von 0,38 bis 0,51 ,um im quadratischen Mittel (15 bis 20 RMS) poliert ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dichtung aus einem C-förmigen Mantel aus teflonartigem Material besteht, die Öffnung des Cs dem Strömungsmitteldruck zugewandt ist und daß eine Federeinrichtung in jedem der Üichtungsmäntel angeordnet ist, um die den Mantel bildenden gegenüberliegenden Seiten auf die Innenfläche der Körperbohrung bzw. die Außenfläche des Schiebers aufzudrücken.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet, daß jeder Mantel um etwa 0,25 mm (0,01 in.) zusammengedrückt wird.
5. Strömungsmittelsteuerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von kreisrunden Ringen (12) und Trennelementen (14), die/iacheinander in der Bohrung aufgereiht sind, wobei jeder der Ringe zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche der Körperöffnung eine statische Dichtung (23) aufweist, die Trennelemente jeweils zwischen nebeneinanderliegenden Ringen angeordnet sind und alle Trennelemente gemeinsam eine den Schieber aufnehmende Bohrung bilden, wobei weiterhin der Ventilschieber im Querschnitt kreisrund ist und in der den Schieber aufnehmenden Bohrung angeordnet ist und jedes der Trennelemente intern zu einer Kammer um den Ventilschieber herum ausgestaltet ist, wobei weiterhin mindestens bestimmte der Kammern mit zugeordneten Körperöffnungen in Strömungsverbindung stehen, die Dichtungen zwischen nebeneinanderliegenden Trennelementen sind und jede dieser Dichtungen um die Außenfläche des Ventilschiebers und die Innenfläche eines zugehörigen Ringes herum-

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liegt, um eine Abdichtung; gegen einen Durchtritt von Druckmittel zwischen uen Kammern zu verhindern.
6. Ventil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber hohl und mit einer Vielzahl in Längsrichtung beabstandeter radialer Offnungen versehen ist, wobei die Druckmittelströmung durch das Innere des Schiebers und aus den radialen Öffnungen heraus erfolgt und zwischen den Körperöffnungen gesteuert wird durch die Bewegung des Schiebers, uui bestimmte der radialen öffnungen über bestimmte der dynamischen Dichtungen zu bewegen und in Strömungsverbindung mit vorbestimmten Kammern zu bringen, wobei die Strömung des Druckmittels durch das Innere des ochiebers und aus den radialen Öffnungen hinaus gegen den angrenzenden i'eil der Dichtung wirkt, über die der Schieber gerade läuft, um kurzzeitig den uruck der Dichtung gegen die Außenfläche des Schiebers im Zeitpunkt des Überlaufene zu verringern.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennelement zu einer Seite einer Kammer zur Bildung einer Ausgleichskammer entlastet wird, die keine Strömungsverbindung zu den Körperöffnungen hat, wobei bestimmte der radialen öffnungen im Schieber in Ströraungsverbindung mit der Ausgleichskammer stehen.

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