DE69705699T2 - Ventil - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Ventil, zu dem ein Ventilgehäuse mit einem Kanal, der wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann, ein Ventilkörper und eine Ventilspindel gehören, die sich aus einer ersten Stellung, in der die Ventilspindel den Kanal schließt, in eine zweite Stellung verschieben lässt, in der die Ventilspindel den Kanal frei gibt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1.
• Das bei herkömmlichen Ventilen auftretende Problem besteht darin, dass erhebliche Kraft erforderlich ist, um diese geschlossen zu halten und, dass die Ventile normalerweise mittels des Relativdrucks in verschiedenen Bereiche in dem Ventil geschlossen gehalten werden. Dabei arbeiten die bekannten Ventile derart, dass eine größere Fläche verwendet wird, um das Ventil mit geringerem Druck zu öffnen. Es erfordert große Kraft, um diese Ventile in die verschiedenen Betriebsstellungen umzuschalten. Bei diesen Ventilen treten häufig Probleme durch Undichtigkeiten auf, und ihr Aufbau ist kompliziert.
• Es sind auch Ventile bekannt, die mit Hilfe von Hebeln schließen, jedoch wegen der dabei auftretenden, erheblichen Kräfte neigen sie dazu, beim Justieren zu brechen, und sie lassen sich daher in der Regel lediglich ein einziges Mal justieren.
• Das GB Patent 1 403 460 offenbart ein Ventil, das Kugeln verwendet, um die Ventilspindel wechselweise in einer geöffneten oder geschlossen Stellung zu sperren. Das Ventil wird mittels eines von Hand zu bedienenden Schlüssels aus einer geöffneten in eine geschlossene Stellung, und vice versa, gebracht. Der in dem Ventil herrschende Druck des Fluids wird beim Öffnen des Ventils nicht genutzt, um die Ventilspindel in eine geöffnete Stellung zu bewegen. Hierdurch ist die Betätigung des Ventils erschwert, falls hoher Fluid-Druck in dem Ventil herrscht.
• Die Erfindung betrifft ein Ventil, bei dem eine Lösung dieser Probleme erreicht ist. Die vorliegende Erfindung ist durch die für diesen Zweck angegebenen Merkmale des beigefügten Anspruch 1 gekennzeichnet. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Ventils sind in den beigefügten Ansprüchen 2 -10 beschrieben.
• Da der Aufbau des Ventils dergestalt ist, dass ein Druck (Arbeitsdruck), der in dem Ventilkanal herrscht, die Ventilspindel in eine Stellung verschiebt, in der das Ventil geöffnet ist, hängt der Öffnungsdruck des Ventils ausschließlich von der Kraft (dem Druck) ab, die (der) erforderlich ist, um die Schiebemuffe zu verschieben und damit das/die Versatzelement/-elemente aus dessen/deren Pfad in dem Ventil freizugeben.
• Das Ventil wird mittels eines mechanischen Sperrmechanismus, der pneumatisch oder hydraulisch geöffnet wird, betätigt. Der Sperrmechanismus wird mittels mindestens einem Versatzelement geschlossen und geöffnet, das längs eines Pfades geführt ist, und zwar so, dass das Versatzelement aus dem Sperrmechanismus herausrollen kann, wenn der Sperrmechanismus geöffnet wird, wobei das Ventil geöffnet wird, indem die Ventilspindel durch den in dem Ventilkanal herrschenden Druck verschoben wird.
• Das erfindungsgemäße Ventil arbeitet zuverlässig, seine Abmessungen sind gering, und es kommt zu keiner Verformung der Bauteile des Ventils durch die für die Ventilbetätigung erforderlichen Kräfte. Das Ventil lässt sich ohne Weiteres mit sehr geringem Kraftaufwand öffnen, indem lediglich die Schiebemuffe verschoben wird, die in der geschlossenen Stellung des Ventils das Versatzelement daran hindert, nach außen verschoben zu werden, so dass die Ventilspindel aus einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung bewegt werden kann. Beispielsweise benötigt das Ventil bei einem Arbeitsdruck von 200 Bar an dem Ventil lediglich einen Öffnungsdruck von ca. 2 Bar. Bei den üblicherweise erhältlichen Ventilen sind bei einem Arbeitsdruck von 150 Bar gewöhnlich 15 Bar zum Öffnen erforderlich.
• Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand von beigefügten Zeichnungen beschrieben:
• Fig. 1 zeigt das Ventil in einer geschlossenen Stellung,
• Fig. 2 zeigt das Ventil gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie II-II geschnitten,
• Fig. 3 stellt das Ventil in einer geöffneten Stellung dar und
• Fig. 4 zeigt das Ventil gemäß Fig. 3 in einem Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV.
• Das Ventil in Fig. 1 weist ein Ventilgehäuse 1 mit einem Kanal 2 auf, der sich mittels einer Ventilspindel 3 wahlweise öffnen oder schließen lässt. Die Ventilspindel 3 ist verschieblich in einem Ventilkörper 4 angeordnet, der in das Ventilgehäuse 1 geschraubt ist. Wenn sich die Ventilspindel 3 in einer ersten Stellung befindet, schließt sie den Kanal 2 durch festes Anliegen gegen eine Dichtfläche 5 in dem Ventilgehäuse 1.
• Die Ventilspindel 3 wird durch die Wände 6, 7 von drei Öffnungen 8-10, die in dem Ventilkörper 4 ausgebildet sind, und einem ersten Abschnitt an der Innenwand 14 einer Schiebemuffe 15 in Verbindung mit drei Kugeln 11-13 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung gehalten, wobei die Schiebemuffe 15 ein Sperrmittel aufweist, das verhindert, dass ein nach unten sich erweiternder erster Anschlagabschnitt 16, der in einem um die Ventilspindel 3 herum angeordneten Formteil 17 ausgebildet ist, in Aufwärtsrichtung verschoben wird. Das Formteil 17 ist mittels Gewinde an der Ventilspindel 3 befestigt.
• In dem Ventilkörper 4 ist ein Durchlass 20 ausgebildet, der einen Einlass 21 mit einer Druckkammer 22 verbindet. Durch verhältnismäßig geringem, an dem Einlass 21 aufzubringenden Druck von beispielsweise 3 Bar, lässt sich die Schiebemuffe aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach unten in die Stellung von Fig. 3 bewegen. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass dieser Druck auf eine Druckfläche 23 wirkt, die Kraft auf die Schiebemuffe 15 nach unten überträgt, so dass sich diese gegenüber dem Ventilkörper 4 verschieben kann. Sobald sich die Schiebemuffe 15 nach unten in Bewegung gesetzt hat, wird eine größere Fläche 24A, die als Druckfläche für den besagten geringeren Druck dient, freigegeben. Da die Fläche 24A verhältnismäßig groß ist, wird eine beträchtliche Kraft aufgebracht, um die Schiebemuffe 15 nach unten in die in Fig. 3 gezeigte Stellung zu verschieben.
• In der Innenwand 14 der Schiebemuffe 15 ist ein zweiter Abschnitt in Gestalt einer Ausnehmung 18 ausgebildet, der dazu dient, die Kugeln 11-13 aufzunehmen, nachdem die Schiebemuffe nach unten gegen das Ventilgehäuse 1 gedrückt worden ist. Wenn die Schiebemuffe 15 nach unten verschoben wird, rollen die Kugeln 11-13 längs des Formteils 17, um sich gegen einen zweiten Anschlagabschnitt 19 in dem Formteil abzustützen, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in der das Ventil in einer geöffneten Stellung gezeigt ist.
• Eine Feder 25, die dergestalt angeordnet ist, dass sie auf die Schiebemuffe 15 Kraft ausübt, verhindert, dass die Schiebemuffe aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach unten fällt.
Arbeitsweise des Ventils
• In Fig. 1 wird das Ventil durch die Ventilspindel 3, die gegen das Ventilgehäuse 1 nach unten drückt, geschlossen. Die Ventilspindel 3 wird über die Kugelbahn des Formteils 17 und insbesondere über den Anschlagabschnitt 16 und die Kugeln 11-13, die gegen den Ventilkörper 4 und den Flansch 15 drücken, in der Schließstellung gehalten.
• Auf diese Weise wird das Ventil durch die in einer oberen Stellung befindliche Schiebemuffe 15, wie in Fig. 1 gezeigt, geschlossen gehalten. Die Feder 25 gewährleistet, dass sich die Schiebemuffe 15 nicht unbeabsichtigt nach unten verschiebt.
• Wenn das Ventil in eine in Fig. 3 dargestellte, geöffnete Stellung gelangen soll, wird an dem Einlass 21 der Druck erhöht, wobei der in der Kammer 22 herrschende Druck und der auf die Fläche 23 wirkende Druck den Flansch 15 nach unten drückt; die Kugeln 11-13 werden frei gegeben, und die Ventilspindel 3 steigt aufgrund des Drucks in dem Kanal 2 nach oben; die Kugeln folgen der Kugelbahn und das Ventil öffnet den Kanal 2.
• Die Kräfte in dem Ventil werden von den Kugeln 11-13 aufgenommen, die gegen die Kugelbahn und den Ventilkörper 4 drücken. Die Innenwand 14 der Schiebemuffe 15 hindert die Kugeln 11-13 daran, sich in einer radialen Richtung von dem Ventilkörper 4 weg nach außen zu bewegen.
• Obige Beschreibung der Erfindung bezieht sich lediglich auf ein einziges Ausführungsbeispiel. Es wird daher darauf hingewiesen, dass die Einzelheiten der Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche vielfältig abgewandelt werden können. So kann die Schiebemuffe beispielsweise derart gestaltet sein, dass sie in der entgegengesetzten Richtung wie der beschriebenen zu bewegen ist, d. h. nach oben, um das Ventil zu öffnen. Hierzu ist die Ausnehmung 18 in der Innenwand der Schiebemuffe in der geschlossen Stellung des Ventils unterhalb der Kugeln anzuordnen, und der Druck in der Druckkammer 22 so auszulegen, dass die Schiebemuffe unter Druck nach oben gegen den Einlass 21 bewegt wird. Anstatt die Aufwärtsbewegung der Ventilspindel durch den zweiten Anschlagabschnitt 19 anzuhalten, wenn sich das Ventil in einer geöffneten Stellung befindet, kann die Bewegung der Ventilspindel durch eine beliebige sonstige Sperrvorrichtung zum Stillstand gebracht werden, z. B. durch die Ventilspindel, die eine Schulter aufweist, die an einer Schulter in dem Ventilkörper zu liegen kommt. Anstelle von Kugeln, können sonstige Versatzelemente, wie z. B. Rollen, verwendet werden.

Claims (10)

1. Ventil zu dem ein Ventilgehäuse (1) mit einem Kanal (2), der wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann, ein Ventilkörper (4), der an das Ventilgehäuse angeschlossen ist und eine Ventilspindel (3) gehören, die sich bezüglich des Ventilkörpers (4) aus einer ersten Stellung, in der die Ventilspindel den Kanal durch festes Anliegen gegen eine Dichtfläche (5) in dem Ventilgehäuse verschließt, in eine zweite Stellung verschieben lässt, in der die Ventilspindel den Kanal frei gibt, indem die Ventilspindel von der Dichtfläche beabstandet ist, wobei das Ventil eine Schiebemuffe (15) aufweist, die den Ventilkörper (4) umgibt und so angeordnet ist, dass sie sich gegenüber diesem zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verschieben lässt, um die Ventilspindel wechselweise in diesen zwei Stellungen abzustützen, wobei mindestens ein Versatzelement (11-13) derart gestaltet ist, das es sich aus einer ersten, sperrenden Stellung, in der das Versatzelement an der Wand (6, 7) einer Öffnung (8-10) in dem Ventilkörper und an der Innenwand (14) der Schiebemuffe (15) an einem ersten Abschnitt von dessen Innenwand anstößt, in eine zweite, öffnende Stellung wegbewegen lässt, in der das Versatzelement (11-13) aus der Sperrstellung gelöst wird, wozu die Schiebemuffe aus der ersten Stellung in die zweite Stellung gebracht wird und die Schiebemuffe derart gestaltet ist, dass bei Ausübung von Kraft auf die Schiebemuffe, diese in Bezug auf den Ventilkörper (4) von der ersten Stellung in die zweite Stellung gleitet, um das Versatzelement von einem ersten Anschlagabschnitt zu lösen und in die zweite Stellung zu bewegen, wobei die Ventilspindel (3) derart gestaltet ist, dass sie aufgrund von Druck, der in dem Kanal (2) während der Verschiebung der Schiebemuffe (15) herrscht, aus der ersten Stellung in die zweite Stellung wegbewegt wird, so dass das Versatzelement (11-13) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Versatzelement (11-13) derart gestaltet ist, das es bei in der ersten Stellung befindlicher Schiebemuffe gegen einen ersten Anschlagabschnitt (16) in einem Formteil (17) der Ventilspindel (3) abstützt, um zu verhindern, dass die Ventilspindel aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben wird, und dass der Ventilkörper (4) einen Durchlass (20) aufweist, der von einem Einlass (21) zu einer Druckkammer (22) führt, die durch den Ventilkörper und die Schiebemuffe (15) definiert ist, um in der Druckkammer Druck aufzubauen und hierdurch die besagte Kraft auf die Schiebemuffe auszuüben und dieses wegzubewegen, damit deren zweiter Abschnitt in die Lage kommt, das Versatzelement (11 -13) abzustützen.

2. Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (15) eine Druckfläche (23) aufweist, die, wenn sich die Ventilspindel (3) in der ersten (geschlossenen) Stellung befindet, Teil der Wandfläche der Druckkammer (22) ist, wobei der Druck, der in der Druckkammer herrscht und auf die Druckfläche wirkt, dergestalt ist, dass er die besagte Kraft auf die Schiebemuffe aufbringt und diese verschiebt, so dass die Ventilspindel in die zweite Stellung gleitet.

3. Ventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (15) und der Ventilkörper (4) einander gegenüberliegende und sich berührende Flächen (24a bzw. 24b) aufweisen, wenn sich die Ventilspindel (3) in der ersten Stellung befindet, wobei die Flächen voneinander beabstandet sind, wenn die Ventilspindel in die zweite Stellung wegbewegt wird, wobei die Flächen mit der Druckkammer (22) in Verbindung stehen, da diese die Druckkammer definieren, wenn sich die Ventilspindel in der zweiten Stellung befindet.

4. Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versatzelement (11-13) gegen die Innenwand der Öffnung (8-10) in dem Ventilkörper (4) und an der Wand (14) der Schiebemuffe (15), in einem zweiten Abschnitt (18) der Innenwand anliegt, um die Ventilspindel (3) in der zweiten Stellung zu halten.

5. Ventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt in der Innenwand (14) der Schiebemuffe (15) durch eine in der Innenwand der Schiebemuffe ausgebildete Ausnehmung (18) gebildet ist.

6. Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versatzelement (11-13) in seiner gelöster Stellung dazu eingerichtet ist, sich gegen einen zweiten Anschlagabschnitt (19) in dem Formteil (17) abzustützen, um eine weitere Verschiebung der Ventilspindel (3) weg von der ersten Stellung der Ventilspindel zu verhindern.

7. Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (25) zwischen der Schiebemuffe (15) und dem Ventilkörper (4) angeordnet ist, wobei die Feder derart gestaltet ist, dass sie eine Kraft auf die Schiebemuffe ausübt, um die Schiebemuffe in eine Stellung zu bewegen, in der der erste Abschnitt in dessen Innenwand gegen das Versatzelement (11-13) drückt.

8. Ventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Versatzelemente (12 und 13) vorhanden sind, die derart gestaltet sind, dass sie sich in ähnlicher Weise wie das Versatzelement (11) wegbewegen lassen, wobei für diese weiteren Versatzelemente entsprechende erste Anschlagabschnitte (16) in dem Formteil (17), Wände (7) in dem Ventilkörper (4) und zweite Abschnitte (18) in der Schiebemuffe (15) vorgesehen sind.

9. Ventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Versatzelement (11) und die zwei zusätzlichen Versatzelemente (12 und 13) auf einer zu der Ventilspindel (3) senkrechten, gemeinsamen ebenen Fläche liegen, und dass sie in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind.

10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versatzelement eine Kugel (11-13) ist.