DD235310B1 - Gasventil fuer hydropneumatische druckspeicher - Google Patents

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Gasventil für hydropneumatische Druckspeicher mit elastischer Trennwand, welches vorzugsweise in einem Raum des den Druckbehälter abschließenden Deckels angeordnet ist mit einem federbelasteten Ventilkörper, der in Öffnungsstellung des Gasventiles führungslos vom Medium umströmt wird und ein Dichtelement aufnimmt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Hydrostatische Druckspeicher mit als Blase oder Membrane ausgebildeter elastischer Trennwand sind bekannt, wobei zur gasseitigen Füllung des Druckspeichers im Gehäuse oder in einem Deckel desselben ein Gasventil angeordnet ist (DE-OS 2.942.584; DE-OS 2.948.588; DE-OS 3.125.497).

Derartige Gasventile sind als sogenannte „Schraderventile" ausgebildet, wie sie auch als Reifenfüllventil benutzt werden. Diese als Rückschlagventil fungierenden Gasventile besitzen dabei einen äußeren Dichtungskegel, der gegenüber der Aufnahmeöffnung des eingeschraubten Ventileinsatzes abdichtet, während eine zweite innere Dichtung das Rückschlagventil bildet. Geöffnet wird diese innere Dichtung mittels Gasfülldruck oder mechanischer Betätigung eines Ventilstößels, der durch Federkraft in Schließstellung gehalten wird und ein elastisches Dichtelement an einer analogen Dichtfläche zur Anlage bringt (DD-PS 7.335; DD-PS 28.986; DE-PS 1.019.193).

Bekannt ist auch ein Druckspeicher mit elastischer Trennwand, dessen Gaskanal ein als Kugel ausgebildetes Abdichtteil aufweist, welches nach der gasseitigen Befüllung in den Gaskanal eingedrückt wird und diesen fest/dicht verschließt. Diese ohne Gasventil zu realisierende Füllung ermöglicht keine Nachfüllung des Speichers (DD-PS 121.830; DD-PS 126.955).

Weiterhin ist ein Druckspeicher mit als Blase ausgebildeter elastischer Trennwand bekannt, welcher eine separate Ventilbaugruppe zur gasseitigen Füllung aufweist. Dieses Gasventil ist rechtwinklig zur Längsachse des Speichers und um diese drehbar befestigt (DD-PS 123.901).

Durch einen Blasendruckspeicher wurde ein Gasventil bekannt, welches aus einem kugelförmigen Schließglied, einem Gummiformstück und einer Halteplatte besteht. Das als Stahlkugel ausgebildete Schließglied legt sich dabei in Ruhelage gegen die als Ventilsitz dienende Mündung der Gaseinlaßöffnung im Druckbehälter und schließt durch den inneren Gasdruck diese Öffnung direkt ab (DE-AS 1.290.393).

Für einen Druckspeicher mit elastischer Blase ist ein außerhalb der Mittelachse, d.h. seitlich angeordnetes Gaseinlaßventil bekannt, welches in einem von der Blase stets abgedeckten Bereich der Behälterwand angeordnet ist. Ein schraubbarer Ventileinsatz weist eine schräge Schulter und Leitungen für den Gasdurchlaß auf, während ein Gewindestopfen den Ventileinsatz sichert (DE-AS 2.129.083).

Schließlich ist ein Gaseinlaßventil für Druckspeicher bekannt geworden (OE-OS 2.537.963), welches in die koaxiale Öffnung eines Deckels eingebracht wird. Das eingeschraubte und gegenüber dem Deckel abgedichtete Gasventil weist hierbei einen federbetasteten Ventilstößel auf, der an seinem inneren Ende ein scheibenförmiges elastisches Verschlußstück trägt. Genanntes Verschlußstück arbeitet mit einem kegelförmigen Ventilsitz des eingeschraubten Ventilkörpers zusammen, wobei eine auf das Verschlußstück wirkende Feder den Verschluß des Gasventiles gewährleistet. Mittels einer abgedichteten Gewindekappe wird nach dem Füllvorgang die Einlaßöffnung des Gaskanalesfest verschlossen. Außerdem ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Federventil bekannt (DE-GM 1.816.565), welches einen umströmten führungslosen Ventilkörper aufweist. Dieser federbelastete Ventilkörper sichert unter bestimmten Voraussetzungen die Bildung eines Ringspaltes zwischen sich und dem Ventilgehäuse und somit in Öffnungsstellung den Durchtritt des Mediums, welches im Niederdruckbereich arbeitet. Bei Einsatz dieses Rückschlagventils unter Hochdruck zeigt das führungslose Verschlußstück ein völlig unkontrolliertes Verhalten, welches sich in Flattern, Ausknicken und Verschließen der Durchgangsbohrung äußert. Somit ist die Verwendung eines derart ausgebildeten Rückschlagventils aus Gründen der Funktionsunsicherheit im Hochdruckbereich, so auch für die Gasseite hydropneumatischer Druckspeicher, nicht möglich.

An den in Druckspeichern verwendeten sogenannten Schraderventilen entsteht bei höheren Drücken eine erhöhte Flächenpressung, die zur Beschädigung der Dichtung und damit zum Ausfall führt. Reparaturen an diesem zwei Dichtstellen aufweisenden Ventil sind nicht möglich.

Die weiterhin dargestellten Sonderausführungen für Druckspeicher-Gasventile erfordern hohen Fertigungsaufwand, da viele Einzelteile und beispielsweise Gummi-Metallverbindungen zu realisieren sind. Bestimmte Ausführungen gewährleisten keine Nachfüllmöglichkeit des Speichers, da die Ventile eingepreßt sind. Des weiteren ist auf Grund einer komplizierten Montage eine Auswechselung nur vom Hersteller möglich. Zum einen sind bestimmte Ventile nicht für Blasenspeicher anwendbar, da die metallischen Verschlußelemente von der Speichermembran verdeckt werden. Andererseits sind bestimmte Ventile unter dem vollen Gasdruck bei notwendigem Wechsel herausschraubbar. Als nachteilig hat sich außerdem der zu geringe Spalt im Ventil zum Vorbeiströmen des Gases erwiesen. Bei Verwendung eines Gummidachteiles wird bei bekannten Konstruktionen keine günstige Zentrierung des Ventilkörpers gewährleistet.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung stellt sich das Ziel, ein Gasventil für hydropneumatische Druckspeicher zu schaffen, welches bei einfachem konstruktiven Aufbau eine rationelle Herstellung ermöglicht und bei hoher Funktionssicherheit einen minimalen Betreuungsaufwand erfordert und somit servicefreundlich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gasventiles für hydropneumatische Druckspeicher, welches auf Grund großer Durchtrittsquerschnitte ein kurzzeitiges Füllen bzw. Entleeren des Speichers sowie eine sichere Abdichtung auch bei höchsten Drücken gewährleistet, wobei aus Gründen rationeller Herstellung nur eine Dichtstelle für den Ventilkörper vorhanden sein soll. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen dargestellten Lösungswege realisiert, wobei die Unteransprüche mögliche Ausführungsformen des Gasventiles zeigen.

In vorteilhafter Weise dient der beschriebene erfindungsgemäße Absatz 16 der Führung des Ventilkörpers 10, während der Konus 21 die Zentrierung dieses Ventilkörpers 10 bildet. Durch diese Gestaltung des Ventilkörpers 10 ist nur eine geringe Führungsgenauigkeit erforderlich und eine sehr einfache Montage des Ventiles gewährleistet. Zur sicheren Abdichtung des Ventiles ist außerdem nur eine Dichtstelle/Dichtfläche 20 erforderlich, während die Ausbildung des Ringspaltes 24 eine kurzzeitige Füllung bzw. Entleerung des Druckspeichers ermöglicht. Durch die verwendete Druckfeder 12 wird dieser Ringspalt 24 nicht verkleinert und damit die Durchlaßfähigkeit für das Medium nicht beeinträchtigt. Bei Wechsel eines verschlissenen Dichtelementes 18, 26 für dieses Gasventil ist die Unfallgefahr völlig ausgeschlossen, da dies nur in drucklosem Zustand erfolgen kann. Somit ist jeder Anwender/Halter von Druckspeichern in der Lage, dieses Dichtelement 18,26, z. B. bei Austausch der Gummiblase/Trennwand 2 selbst zu wechseln, ohne ein entsprechendes Ersatzteil vom Hersteller zu beziehen.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Zeichnungen folgendes darstellen:

Fig. 1: den Längsschnitt eines hydrostatischen Druckspeichers

Fig. 2: die vergrößerte Schnittdarstellung eines Gasventiles in geschlossenem Zustand mit als Rundring ausgebildetem Dichtelement

Fig.3: das Gasventil gemäß Fig. 2 in geöffnetem Zustand Fig.4: das geöffnete Gasventil gemäß Fig.3 mit leicht verkantetem Ventilkörper Fig. 5: eine weitere Ausführungsvariante des Gasventiles mit scheibenförmigem Dichtelement.

In Fig. 1 ist ein Druckspeicher dargestellt, dessen Druckbehälter 1 eine als Blase ausgebildete elastische Trennwand 2 aufweist. Diese Trennwand 2 ist in einer oberen koaxialen Öffnung 3 des Druckbehälters 1 befestigt, indem ein verstärkter Randteil 4 der Trennwand 2 von einem Deckel 5 fest gegen eine Wulst 6 des Druckbehälters 1 gepreßt wird. Hierbei erfolgt die Anpressung des Deckels 5 mittels Gewindering 7. Zur Füllung, Entleerung und Prüfung des Druckspeichers bzw. der als Blase ausgebildeten Trennwand 2 mit Gas ist in einem Raum 8 des Deckels 5 ein Gasventil 9 ausgebildet (Fig.2), welches durch Zusammenwirken folgender Bauteile realisiert wird.:

In dem zylindrischen Raum 8 ist ein beiderseitig abgesetzter, ebenfalls zylindrischer Ventilkörper 10 angeordnet, dessen größter Durchmesser d₁ um vorzugsweise 0,6mm kleiner ist als der Durchmesser d₂ des ihn aufnehmenden Raumes 8. An einem nach innen gerichteten Absatz 11 des Ventilkörpers 10 greift formschlüssig eine Druckfeder 12 an, die sich an einem den Raum 8 abschließenden Schraubstück 13 abstützt. Dieses Schraubstück 13 ist mit einer zentralen Durchtrittsöffnung 14 versehen und schließt bündig mit einer Innenseite 15 des Deckels 5 ab. Damit wird einer Beschädigung der elastischen Trennwand 2 vorgebeugt.

Ein nach außen weisender zylindrischer Absatz 16 des Ventilkörpers 10 bildet eine Schulter 17 zur stirnseitigen Anlage eines Dichtelementes 18, welches als Rundring ausgeführt ist. Dieses Dichtelement 18 umgreift den Absatz 16 des Ventilkörpers formschlüssig und entspricht in seiner Ruhestellung annähernd dem Durchmesser d, dieses Ventilkörpers 10.

Der äußere Absatz 16 greift in der gezeigten Stellung (Fig. 2) in eine analog zylindrische Öffnung 19 des Deckels 5 ein. Dieser Absatz 16 besitzt gegenüber genannter Öffnung 19 nur ein geringes Spiel, wodurch der Ventilkörper 10 exakt zentriert wird.

Durch dieses geringe Spiel wird außerdem eine Beschädigung des Dichtelementes 18 vermieden. Genanntes Spiel zwischen dem Absatz 16 und der Öffnung 19 ist so bemessen, daß die Führung des Absatzes 16 gewährleistet ist und dieser reibungsarm gleiten kann.

Die hierfür verwendete Passung ist vorzugsweise H 8 zu f7. Auf Grund des Durchmesserunterschiedes zwischen dem zylindrischen Raum 8 und der Öffnung 19 entsteht eine ringförmige Dichtfläche 20, welche der Anlage des Dichtelementes dient. Die Länge des äußeren Absatzes 16 ist so bemessen, daß eine entsprechende minimale Führung in der Öffnung 19, z.B.

bis 2 mm, gewährleistet und eine Verkantung desselben in Schließstellung ausgeschlossen wird. Hierdurch erfolgt eine parallele spaltfreie Anlage des Dichtelementes 18 an der Dichtfläche 20.

Der genannte zylindrische Absatz 16 geht dann in einen spitzwinkeligen Konus 21 über, dem sich ein der Betätigung des Ventilkörpers 10 dienendes Endstück 22 anschließt. Bei Füllung des Druckspeichers mit Gas wird eine nicht gezeigte Fülleinrichtung in bekannter Weise an die Öffnung 19 angeschlossen und das Endstück 22 des Ventilkörpers 10 in Öffnungsrichtung gegen die Kraft der Druckfeder 12 betätigt (siehe Fig. 3).

Durch einen im Bereich des Konus 21 entstehenden ringförmigen Durchtritt 23 und auf Grund des von der Dichtfläche 20 abgehobenen Dichtelementes 18 tritt das Gas von der Öffnung 19 in den oberen Teil des Raumes 8. Von hier gelangt das unter hohem Druck stehende Gas über einen ausreichend großen Ringspalt 24, welcher zwischen dem Ventilkörper 10 und der Wandung des Raumes 8 vorhanden ist (ca. 0,3 bis 0,5 mm), in den unteren Teil dieses Raumes 8 und von hier über die Durchtrittsöffnung 14 in den Bereich der elastischen Trennwand 2. Sobald die Betätigung des Endstückes 22 aufgehoben wird, bewegt die Druckfeder 12 den Ventilkörper 10 in Schließrichtung, wodurch das Dichtelement 18 an der Dichtungsfläche 20 des Deckels 5 zur Anlage kommt. Der Konus 21 bewirkt dabei in Abstimmung/Verbindung mit einer ringförmigen Führungskante am inneren Ende der Dichtfläche 20 eine exakte Zentrierung des Absatzes 16 in bezug auf die ihn aufnehmende Öffnung 19.

Auch ein durch Querkräfte leicht verkanteter Ventilkörper 10 (siehe Fig.4) wird mittels dieses Konus 21 bei Rückführung in die Öffnung 19 jederzeit einwandfrei zentriert und in exakte Achslage gebracht.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2,3 und 4 wird bei Verwendung des als Rundring ausgebildeten Dichtelementes 18 am Übergang des Absatzes 16 zur Schulter 17 ein Radius angebracht, welcher der Form des Rungringes angepaßt ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist auf dem Ventilkörper 10 ein als Scheibe ausgebildetes Dichtelement 26 angeordnet. Der Absatz 16 besitzt hierbei eine Ringnut 27, in welche das Dichtelement 26 eingreift und somit formschlüssig gesichert wird.

Aufgezeigt ist in Fig.5 außerdem die Möglichkeit, im Schraubstück 13 mehrere Durchtrittsöffnungen 28 anzuordnen, deren Teilkreis außerhalb des Durchmessers des Absatzes 11 verläuft.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß anstelle der Dichtelemente 18,26 eine Hartdichtung realisiert wird, die eine entsprechende Ausbildung der Schulter 17 des Ventilkörpers 10 sowie der gegenüberliegenden Dichtfläche 20 im Deckel 5 erfordert.

Claims (7)

1. Gasventil für hydropneumatische Druckspeicher mit insbesondere elastischer Trennwand, welches vorzugsweise in einem Raum des den Druckbehälter abschließenden Deckels angeordnet ist mit einem federbelasteten Ventilkörper, der in Öffnungsstellung des Gasventils führungslos vom Medium umströmt wird und ein Dichtelement aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) einen zylindrischen Absatz (16) mit einem sich anschließenden Konus (21) und Endstück (22) aufweist, weiterhin eine Schulter (17) ein Dichtelement (18,26) so aufnimmt, daß dieses Dichtelement (18,26) in Schließstellung an einer Dichtfläche (20) anliegt und der Durchmesser (d^ des Ventilkörpers (10) kleiner als der Durchmesser (d₂) der Bohrung des ihn aufnehmenden Raumes (8) ist.

2. Gasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Schulter (17) des Ventilkörpers (10) angeordnete Dichtelement (18,26) als Rundring oder als Scheibe aus plastischelastischem Material ausgebildet ist.

3. Gasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich dem spitzwinkeligen Konus (21) des Ventilkörpers (10) ein zylindrisches Endstück (22) anschließt.

4. Gasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) einen inneren Absatz (11) aufweist, welcher der formschlüssigen Führung einer Druckfeder (12) dient, die sich an einem den Raum (8) abschließenden Schraubstück (13) abstützt.

5. Gasventil nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubstück (13) mindestens eine Durchtrittsöffnung (14,28) zur Verbindung des Raumes (8) mit dem Inneren des Druckbehälters (1) aufweist.

6. Gasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Dichtfläche (20) des Raumes (8) rechtwinklig oder maximal bis 5 Grad vom rechten Winkel abweichend zur Längsachse des Raumes (8) ausgebildet ist.

7. Gasventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines als Scheibe ausgebildeten Dichtelementes (26) der Absatz (16) des Ventilkörpers (10) eine Ringnut (27) zur formschlüssigen Sicherung dieses Dichtelementes (26) aufweist.