DE2645802C2 - Dämpfungseinrichtung für ein Ventil - Google Patents

Description

a) der Dichtring (18) als Kreisringscheibe ausgebildet ist, die nach Art eines Kolbenringes angeordnet ist und aus einem Weichelastomer oder einem zähen Kunststoff besteht,

b) der Außendurchmesser der Kreisringscheibe dem Innendurchmesser der Zylinderbohrung (6) entspricht und

c) die konische Flanke (20) vom Außendurchmesser des Kolbens (5) über etwa die halbe Tiefe der Nut (17) radial nach innen reicht, worauf sich ein ebenfalls etwa radialer, planer Wandabschnitt (21) anschließt, der bis zum Grund der Nut (17) reicht, so daß die Kreisringscheibe axial zwischen den beiden planen Abschnitten (19,21) gehalten wird.

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2. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dichtring (18) eine enge Durchlaßbohrung (22) parallel geschaltet ist.

3. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18) mit radialem Spiel an dem Kolben (5) gehaltert ist.

4. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18', 18", 18'") die Gestalt einer radial einmal durchgehend geschlitzten Kreisringscheibe aufweist und aus Polyamid oder Tetrafluoräthylen od. dgl. besteht.

5. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18", 18'", 18"") mit Aussparungen (25,28) in Form von axialen Bohrungen od. dgl. versehen ist.

6. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18'") mit radialen, in die Bohrungen (25) ebenso wie in den Außenumfang mündenden Schlitzen (26) versehen ist.

7. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18"") durch radiale, durchgehende Schnitte in Segmente (27) unterteilt ist, und daß der Innenumfang mit einer Zahnung (28) versehen ist.

8. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Bewegung des Ventilgliedes bremsendes Reibungsorgan vorgesehen ist.

9. Dämpfungseinrichtung für ein Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18) gleichzeitig als Reibungsorgan ausgebildet ist

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für ein Ventil mit einem Gehäuse, in dem zwei Anschluß-Gewindebohrungen durch ein in Anlage an einen Ventilsitz bringbares Verschlußstück voneinander trennbar sind, wobei das Verschlußstück einen in einer Zylinderbohrung des Gehäuses verschiebbaren Kolben trägt, der mit einem Rückschlagventil in Gestalt eines in einer Ringnut des Kolbens angeordneten Dichtringes versehen ist, der in der einen Bewegungsrichtung des Kolbens an einer radialen, planen Flanke und in der anderen Bewegungsrichtung des Kolbens an einer gegenüberliegenden, konischen Flanke der Nu*, anliegt

Ein derartiges Ventil ist aus der AT-PS 2 84 572 bekannt

Beim Schließen von Ventilen tritt, insbesondere wenn das Ventil im Zuge einer Leitung mit einer rasch strömenden Flüssigkeit angeordnet ist, häufig ein »Wasserschlag« auf. Die Ursache des schlagartigen Schließens des Ventiles liegt darin, daß bei mit den Druck schließenden Ventilen das Ventilglied durch das strömende Medium zusätzlich an den Ventilsitz herangeführt wird, wobei gegen Ende des Schließvorganges die kinetische Energie der strömenden Flüssigkeitssäule aufgefangen werden muß, was sich in einer beträchtlichen Druckerhöhung auswirkt die zur Zerstörung des Ventiles oder des angeschlossenen Leitungssystemes führen kann. Zur Vermeidung dieser schlagartigen Belastungen können Windkessel od. dgl. im Leitungssystem angeordnet sein, die jedoch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand erfordern und die aufgrund der ihnen innewohnenden Federung das dynamische Verhalten der Flüssigkeit in Leitungssystemen in unerwünschter Weise beeinflussen können.

Um harte und lautstarke Anschläge in den Endstellungen des Ventilgliedes zu verhindern, ist bei dem aus der eingangs genannten AT-PS 2 84 572 bekannten Ventil, bei dem das Ventilglied ein Magnetanker ist, vorgesehen, den Anker mit einer trapezförmigen Ringnut zu versehen, deren eine Flanke radial verläuft und deren andere Flanke konisch ist. In die Ringnut ist ein O-Ring lose eingelegt, d. h„ daß der Querschnitt der Ringnut deutlich größer ist als der Querschnitt des O-Ringes. In der einen Bewegungsrichtung des Ventilgliedes liegt der O-Ring verhältnismäßig lose an der planen Fläche an und entfaltet nur eine relativ geringe Dichtwirkung. In der andere Bewegungsrichtung läuft der O-Ring jedoch auf die konische Flanke der Ringnut auf, wird dort gespreizt und entfaltet eine größere Dichtwirkung. Diese größere Dichtwirkung tritt in der Bewegungsrichtung auf, in der ein Dichtelement vom Ventilsitz abgehoben wird.

Das bekannte Ventil dämpft damit primär den Aufschlag beim Abheben vom Ventilsitz. Bei der viel kritischeren Bewegungsrichtung auf den Ventilsitz zu, bei dem beispielsweise in Strömungsrichtung die Strömung unterbrochen werden soll und die kinetische Energie der sich bewegenden Flüssigkeilssäule stromaufwärts des Ventilsitzes den genannten »Wasserschlag« erzeugt, kann die Funktion des bekannten Ventiles unbefriedigend sein. Dies liegt weiterhin daran, daß der O-Ring bei dem bekannten Ventil vollkommen lose in der Ringnut

liegt und sich demzufolge bei der Bewegung aus der Ruhestellung heraus erst seine Arbeitsstellung »suchen« muß. Dies kann insbesondere bei nur geringen Ventilwegen oberhalb des Ventilsitzes von Nachteil sein, weil dann bereits ein Teil des Ventilweges ohne Dämpfung verloren gegangen ist, bis der O-Ring beim Schließen des Ventils die Anlage an der planen Flanke gefunden hat

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu bilden, daß es insbesondere beim Schließen von Flüssigkeitsströmen in Strömungsrichtung Wasserschläge noch besser unterdrückt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) der Dichtring als Kreisringscheibe ausgebildet ist, die nach Art eines Kolbenringes angeordnet ist und aus einem Weichelastomer oder einem zähen Kunststoff besteht,

b) der Außendurchmesser der Kreisringscheibe dem Innendurchmesser der Zylinderbohrung entspricht und

c) die konische Flanke vom Außendurchmesser des Kolbens über etwa die halbe Tiefe der Nut radial nach innen reicht, worauf sich ein ebenfalls etwa radialer, planer Wandabschnitt anschließt, der bis zum Grund der Nut reicht, so daß die Kreisringscheibe axial zwischen den beiden planen Abschnitten gehalten wird.

Es ist also erfindungsgemäß ein Kolben vorgesehen, der bei der Bewegung des Ventilgliedes in einem Zylinder verschiebbar ist, wobei der Kolben mit einer als Rückschlagventil wirkenden Rückschlagdichtung, auch als Dämpfscheibe bezeichnet, versehen ist. Dabei ist diese Rückschlagdichtung in Art eines in einer Nut des Kolbens gelagerten Kolbenringes ausgebildet. Derartige Ringe lassen sich in den unterschiedlichsten Konfigurationen aus in weiten Grenzen frei wählbaren Materialien herstellen und sind, da sie in der Nut des Kolbens gehalten sind, ohne zusätzlichen Aufwand bequem zu montieren. Durch die Halterung in der Nut ist eine völlig zuverlässige Fixierung des Kolbenringes gewährleistet

Bei der Erfindung weist der Dichtring die Gestalt einer Kreisringreheibe auf und besteht aus einem Weichelastomer, also einem gummiartigen Material oder einem zähen Kunststoff. Aufgrund der Elastizität des gummigartigen Materials kann die Dämpfscheibe auf den einstückigen Kolben aufgezogen werden, worauf sie anschließend in die Nut einfällt. Dabei ist die Nut so ausgebildet, daß die Dämpfscheibe in Schließbewegung des Ventiles an einer Planfläche der Nut anliegt, wogegen sie in Öffnungsrichtung an einer Schrägfläche anliegt, wodurch die Dämpfscheibe wie ein Rückschlagventil wirkt, weil ihr äußerer Umfang von der Zylinderoberfläche aufgrund des Überdruckes in der durch den Kolben begrenzten Kammer geringfügig abhebt.

Der enge Durchlaß der das Nachführen des Kolbens aufgrund des Volumenausgleiches in dem durch den Kolben abgeschlossenen Raum ermöglicht, kann, wie bevorzugt vorgesehen, durch eine dem Dichtring parallel geschaltete Durchlaßbohrung gebildet sein.

Bevorzugt ist die Dämpfscheibe auf dem Kolben nicht stramm, sondern mit radialem Spiel gehaltert. Dies hat den Vorteil, daß der Kolben nicht durch die Dämpfscheibe geführt ist, sondern seine Schließstellung in beiden Grenzen unabhängig von dem Dichtring einnimmt Dadurch wird erreicht, daß das Ventiiglied auch dann auf dem Ventilsitz plan aufliegt, wenn das Ventilglied starr mit dem Kolben verbunden oder, wie bevorzugt vorgesehen, mit dem Kolben einstückig hergestellt ist

Es kann aber auch, wie bei bevorzugten anderen Ausführungsformen vorgesehen, die Dämpfscheibe die Gestalt einer radial einmal durchgehend geschlitzten Kreisringscheibe aufweisen und aus Polyamid oder Tetrafluoräthylen od. dgl. bestehen. Derartige Ringe sind besonders verschleißfest und halten auch hohen Drükken ebenso wie aggressiven Medien stand. Darüber hinaus ist bei einem derartigen Dichtring von Vorteil, daß der radiale Schlitz gleichzeitig den engen Durchlaß bildet

Um den Öffnungsvorgang des Ventiles nicht zu dämpfen, ist gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Ring mit Aussparungen in Form von axialen Bohrungen od. dgl. versehen. Diese Bohrungen liegen bei der Schließbewegung an der planen Nutwand an und sind dadurch abgeschlossen. Bei der Öffnungsbewegung dagegen liegt der Ring mit seinem inneren Bereich an der schrägen Nutflanke an und ist von der Planfläche abgehoben, so daß die Bohrungen von der Flüssigkeit in der Kammer durchströmt werden können. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring mit radialen, in die Bohrungen ebenso wie in den Außenumfang mündenden Schlitzen versehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Anordnung sehr unempfindlich gegen Verschmutzungen leichterer Art an der Zylinderoberfläche ist, da sich der Dichtring in Form einzelner Segmente bewegen und sich damit besser der Oberfläche anzupassen vermag. Der enge Durchlaß ist durch die kurzen Schlitzabschnitte gebildet, die zwischen Zylinderoberfläche und Außenumfang des Kolbens liegen, weil die radial weiter inneren Bereiche durch die plane Nutflanke des Kolbens abgedeckt sind.
Um eine noch bessere Anpassung und freie Beweglichkeit des Dichtringes zu erreichen, ist bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Dichtring durch radiale, durchgehende Schnitte in Segmente unterteilt und es ist der Innenumfang mit einer Zahnung versehen. Die schmalen Abstände zwischen den Segmenten wirken wie die zuvor beschriebenen radialen Schlitze und die innere Zahnung wirkt wie die zuvor beschriebenen axialen Bohrungen. Aufgrund der Unterteilung der Segmente kann der Dichtring aus einem relativ steifen, nahezu starren Werkstoff bestehen, da es zur Montage nicht verformt zu werden braucht, sondern lediglich in die Nut eingesteckt wird.

Obwohl der Dichtring bzw. die Dämpfscheibe stets eine gewisse Reibung erzeugt, die allerdings etwas von dem durchströmenden Medium abhängt, kann es erwünscht sein, diese Reibung noch zu erhöhen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist daher ein die Bewegung des Ventilgliedes bremsendes Reibungsorgan zusätzlich vorgesehen. Dabei kann die Dämpfscheibe gleichzeitig als Reibungsorgan ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich grundsätzlich für Ventile nahezu aller Bauarten. Besonders vorteilhaft verwirklichen läßt sich jedoch das Erfindungsprinzip dann, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Ventilglied einstückig mit dem Kolben ist und das Ventilglied an der einen Stirnseite und der Dichtring an dem anderen Endbereich des Kolbens angeordnet sind. Dabei ist bevorzugt der Kolben

mit einer seitlichen Aussparung versehen, in die radial ein in Achsrichtung des Kolbens schwenkbarer oder verschiebbarer Betätigungsarm eingreift.

Im folgenden wird die Erfindung anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt in vereinfachter, schematisierter Darstellung

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Durchgangsventil unter Weglassung des für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Antriebssystemes,

Fig. 2 bis 6 verschieden Ausführungsformen von Dichtringen.

In einem Ventilgehäuse 1, das ein Oberteil 2 und ein Unterteil 3 umfaßt, ist ein bewegliches Ventilglied 4 in Gestalt eines Kolbens 5 vorgesehen, der in einer Zylinderbohrung 6 des Oberteiles 2 axial verschiebbar und lose geführt ist. In das Unterteil 3 sind Anschlußgewindebohrungen 7 und 8 eingearbeitet, an denen mittels entsprechender Anschlußverschraubungen Rohrleitungen angeschlossen werden können. Dabei wird das geöffnete Ventil in Richtung eines Pfeiles 9 von dem Medium durchströmt; es dient also die Anschlußgewindebohrung 7 als Zuströmöffnung und die Anschlußgewindebohrung 8 als Abströmöffnung. Zwischen den beiden Anschlußgewindebohrungen 7 und 8 ist ein kreisringförmiger Ventilsitz 10 eingearbeitet, auf dessen Ringfläche die Achse der Zylinderbohrung 6 etwa senkrecht steht. Bevorzugt sind Oberteil 2 und Unterteil 3 und ebenso der Kolben 5 jeweils einstückig aus Kunststoff hergestellt

In den Kolben 5 ist an seiner dem Ventilsitz 10 zugewandten Stirnseite eine elastische Ventildichtung 11 eingesetzt, die in Schließlage des Ventiles dicht an dem Ventilsitz 10 anliegt und dadurch die Anschlußgewindebohrung 7 von der Anschlußgewindebohrung 8 abtrennt.

In den Kolben 5 ist eine radiale Aussparung 12 eingearbeitet, in die sich ein Betätigungsarm 13 erstreckt, der von einer elastischen Hülle 14 überdeckt ist, die in einen nicht dargestellten Faltenbalg übergeht, der in einer Aussparung 15 im Oberteil 2 eingesetzt ist und der die Aussparung 15 nach außen hin dicht abschließt. Ein auf die Hülle 14 des Betätigungsarmes 13 aufgesteckter Ring 16 liegt mit seiner ballig gestalteten Außenumfangsfläche an der Oberfläche der Aussparung 12 an. Der Betätigungsarm 13 ist im Bereich der Oberfläche der Wandung des Oberteiles 2 schwenkbar gelagert, und es ist der andere, nicht dargestellte Hebelarm mit einem Antriebssystem verbunden.

In der Nähe des dem Ventilsitz 10 abgewandten Endbereiches des Kolbens 5 ist eine Umfangsnut 17 eingearbeitet, in die ein Dichtring ie eingelegt ist, wie er in verschiedenen Ausgestaltungen in den F i g. 2 bis 6 näher dargestellt ist. Der Außendurchmesser des Dichtringes 18 ist so bemessen, daß er an der Oberfläche der Zylinderbohrung 6 anliegt Sein Innendurchmesser ist etwas größer als der Durchmesser des Grundes der Umfangsnut 17. Die Umfangsnut 17 weist eine dem Ventilsitz 10 abgewandte plane Flanke 19 und eine zumindest über einen gewissen Bereich ihrer radialen Erstreckung konisch gestaltete Flanke 20 auf. Bei der Bewegung des Kolbens 5 in Richtung auf den Ventilsitz 10 hin liegt somit der an der Oberfläche der Zylinderbohrung 6 reibungsschlüssig anliegende Dichtring 18 an der planen Flanke 19 an. Bei der Bewegung in der entgegengesetzten Richtung, wenn das Ventil öffnet liegt dagegen der Dichtring 18 an der konischen Flanke 20 an. Die konische Flanke reicht vom Außendurchmesser des Kolbens über etwa die halbe Nuttiefe radial nach innen, worauf sich dann ein ebenfalls etwa planer Wandabschnitt 21 anschließt, der bis zum Grund der Nut 17 reicht.

In den Kolben 5 ist ferner, von der dem Ventilsitz 10 abgewandten Stirnfläche ausgehend, eine Bohrung 22 eingearbeitet, die in die Aussparung 12 mündet. In die Bohrung 22 ist eine Gewindehülse 23 eingesetzt, deren Innendurchmesser kalibriert ist.

Beim Schließen des Ventiles wird der Kolben 5 in Richtung auf den Ventilsitz 10 bewegt, bis die Vcntildichtung 11 auf dem Ventilsitz 10 zur Anlage kommt; diese Schließlage ist in F i g. 1 dargestellt. Während der Bewegung des Kolbens in Richtung auf den Ventilsitz liegt der Dichtring 18 an der planen Flanke 19 einerseits und an seinem Außenurnfang an dzr Oberfläche der Zylinderbohrung 6 andererseits dichtend an. Es entsteht dadurch in dem durch den Kolben 5 nach außen abgeschlossenen Raum der Zylinderbohrung 6 ein Untcrdruck, der der Schließbewegung des Kolbens 5 entgegenwirkt und diese dadurch verzögert. Durch die Bohrung 22 hindurch erfolgt ein langsamer Druckausgleich. Durch das verzögerte Schließen des Kolbens wird ein weiches Aufsetzen des Kolbens auf dem Sitz erzielt und es werden die gefürchteten Druckerhöhungen aufgrund der sogen. Wasserschläge vermieden oder zumindest so weit vermindert, daß sie unschädlich sind.

Zum öffnen wird durch Verschwenken des Betätigungsarmes 13 der Kolben 5 vom Ventilsitz 10 wegbewegt. Dabei legt sich der Dichtring 18 an den Wandabschnitt 21 an und der radial äußere Bereich des Dichtringes 18 legt sich an die konische Flanke 20 ab. Durch dieses konische Verformen des Dichtringes 18 kann an dem Dichtring vorbei Medium entweichen, so daß die Drosselwirkung der Bohrung 22 nicht in Erscheinung tritt Es kann dadurch das Ventil praktisch ebenso schnell öffnen und wie ein Ventil gleicher Bauart ohne Dichtring 18. Das Vermeiden der Dämpfungswirkung während des öffnens ist besonders bei magnetisch betätigten Ventilen von Bedeutung, weil der Magnet zu Beginn der Anzugsbewegung aufgrund des dabei größten Luftspaltes zwischen Joch und Anker eine geringere Kraft entwickelt als danach, wenn sich der Anker allmählich dem Joch nähert.

In F i g. 2 ist ein Dichtring 18 dargestellt der aus einem Weichelastomer, also einem gummiartigen Kunststoff, besteht Aufgrund seiner elastischen Verformbarkeit läßt sich ein derartiger Dichtring ohne Schwierigkeiten über den Kolben 5 streifen, bis er in die Umfangsnut 17 einfällt

Die Dichtringe gemäß den F i g. 3 bis 6 bestehen dagegen aus einem relativ steifen Werkstoff, wie beispielsweise Polyamid oder Tetrafluoräthylen oder ähnlichen Kunststoffen. Dabei weist der Dichtring 18' gemäß F i g. 3 einen radialen Schlitz 24 auf, der es ermöglicht den Ring zur Montage so weit zu verformen, daß er in die Umfangsnut 17 eingelegt werden kann. Die durch den Schlitz 24 bedingte Spaltwirkung bildet einen engen Durchlaß, der der Bohrung 22 parallel geschaltet ist Dabei kann durch entsprechende Bemessung und Gestaltung des Dichtinges 18' dafür Sorge getragen sein, daß der Schlitz 24 in eingebautem Zustand sehr klein ist so daß allein die Bohrung 22 wirkt Es kann auch umgekehrt die Bemessung so gewählt sein, daß die Bohrung 22 völlig entfallen kann und das gedrosselte Durchströmen von Flüssigkeit durch den Schlitz 24 die gewünschte Schließverzögening ergibt
Um den Öffnungsvorgang noch rascher durchführen

zu können, als dies bei dem sich nur wenig in die konische Form legenden Ring 18' möglich ist, ist ein Dichtring 18" gemäß Fig.4 mit axial durchgehenden Bohrungen 25 versehen. Die Bohrungen 25 liegen bei der Schließbewegung an der planen Flanke 19 an und kornmen dadurch nicht zur Wirkung. Dagegen stehen sie bei der Öffnungsbewegung mit einem Großteil ihrer Querschnittsfläche der konischen Flanke 20 gegenüber, so daß die Flüssigkeit durch die Bohrungen 25 hindurchströmen kann.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform eines Dichtringes 18'" sind vom Außenumfang des Dichtringes bis zu den Bohrungen führende Schlitze 26 vorgesehen, die einerseits die Funktion der Bohrung 22 übernehmen und die andererseits eine Unempfindlichkeil gegenüber Verschmutzung bewirken, weil die einzelnen Abschnitte des Dichtringes zwischen den Bohrungen sich wie Einzelsegmente an die Oberfläche der Zylinderbohrung 6 anlegen.

Während die Dichtringe gemäß den F i g. 2 bis 5 einstückig waren, besteht der Dichtring 18"" gemäß F i g. 6 aus mindestens zwei Segmenten 27. Zur Montage werden die einzelnen Segmente lediglich in die Umfangsnut 17 eingelegt. Die Wirkung der Bohrungen 25 wird durch innere Aussparungen in Form einer Innenverzahnung 28 hervorgerufen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Dämpfungsemrichtung für ein Ventil mit einem Gehäuse (1), in dem zwei Anschluß-Gewindebohrungen (7,8) durch ein in Anlage an einen Ventilsitz (10) bringbares Verschlußstück (4) voneinander trennbar sind, wobei das Verschlußstück (4) einen in einer Zylinderbohrung (6) des Gehäuses (1) verschiebbaren Kolben (5) trägt, der mit einem Rückschlagventil in Gestalt eines in einer Ringnut (17) des Kolbens (5) angeordneten Dichtrings (i3) versehen ist, der in der einen Bewegungsrichtung des Kolbens (5) an einer radialen, planen Flanke (19) und in der anderen Bewegungsrichtung des Kolbens (5) an einer gegenüberliegenden, konischen Flanke (20) der Nut(17) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß