AT16152U1

AT16152U1 - Dichtsystem für Ventil

Info

Publication number: AT16152U1
Application number: ATGM48/2018U
Authority: AT
Inventors: Ing Andreas Zieger Dipl
Original assignee: Ing Andreas Zieger Dipl
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-02-15
Also published as: CN111819381B; WO2019165482A1; DE112019001092A5; CN111819381A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtsystem zur inneren Abdichtung eines Ventiles für Gase und/oder Flüssigkeiten. Ein solches Dichtsystem ist beispielsweise für manuelle, elektromagnetische, automatische Ventile oder Druckregelventile eines Gasversorgungssystems zur Steuerung des Gasstromes erforderlich. Das Dichtsystem besteht aus einer ebenen Dichtfläche (3) eines Gehäuses (1) und einem einteiligen polymeren Dichtkörper (4) mit einer verformbaren Dichtfläche (5) und einer Stützfläche (6) zur Vermeidung unzulässiger Verformungen der Dichtfläche (5).

Description

Patentamt

Beschreibung

STAND DER TECHNIK [0001] Die Erfindung betrifft ein Dichtsystem zur internen Abdichtung eines Ventiles für Gase und/oder Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Alternative gasförmige Energieträger wie Erdgas oder Wasserstoff werden z.B. in Kraftfahrzeugen typischerweise in verdichteter Form in Druckzylindern bei Nenndrücken bis 700 bar gespeichert und dem Verbraucher bei einem geringen Arbeitsdruck bis ca. 10 bar zur Verfügung gestellt. Die Steuerung des Gasstromes bei der Betankung und der Entnahme erfolgt durch manuelle, elektromagnetische, automatische Ventile und Druckregelventile mit einem geeigneten Dichtsystem. Derartige Dichtsysteme sind u.a. aus DE 24 39 271, DE 10 2010 026 548 oder DE 20 2010 009 871 bekannt: DE 24 39 271 zeigt ein elektromagnetisches Absperrventil mit einem mehrteiligen Dichtelement, wobei der Vorsteuersitz und der Hauptsitz mit einer elastomeren Sitzdichtung gegen eine angeformte Gegenfläche abdichten. Nachteilig ist hierbei der Bauaufwand des Dichtsystems. DE 10 2010 026 548 zeigt ein elektromagnetisches Absperrventil mit einem einteiligen Dichtelement, wobei der Vorsteuersitz und der Hauptsitz direkt gegen eine angeformte Gegenfläche abdichten. Nachteilig ist hierbei die Toleranzempfindlichkeit des Kegel-/Kugel-Dichtsystems. DE 20 2010 009 871 zeigt ein Rückschlagventil mit einfachem Dichtelement und einer mehrteiligen Sitzdichtung unterschiedlicher Härteschichten im Gehäuse. Nachteilig ist hierbei der Bauaufwand des Dichtsystems.

TECHNISCHE AUFGABE [0002] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dichtsystems für unterschiedliche Ventilkonstruktionen (manuelles, elektro-magnetisches oder automatisches Ventil, Druckregelventil) in einfacher Bauweise und hoher Dichtsicherheit bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur).

TECHNISCHE LÖSUNG [0003] Die Aufgabe wird durch einen Dichtkörper mit einer verformbaren Dichtfläche und mit einer Stützfläche zur Vermeidung unzulässiger Verformungen der Dichtfläche erreicht.

AUSFÜHRUNGSFORM [0004] Die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und anhand der Zeichnungen.

[0005] Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des Dichtsystems [0006] Fig. 2 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform des Dichtsystems [0007] Fig. 3 zeigt eine dritte mögliche Ausführungsform des Dichtsystems [0008] Fig. 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des Dichtsystems im geschlossenen Zustand mit einem Abschnitt eines Gehäuses 1 und einem Abschnitt eines einteiligen Dichtelementes 4. Das Gehäuse 1 umfasst eine Bohrung 2 zum Zu- und/oder Abfließen des Fluids und eine ebene Dichtfläche 3. Das einteilige Dichtelement 4 umfasst eine angeformte Dichtfläche 5 zur Abdichtung gegen die ebene Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 und eine ebene Stützfläche 6 zur Abstützung des Dichtelementes 4 gegen die ebene Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 bei hoher einseitiger Belastung durch eine Druckdifferenz (pl-p2>0). Die Dichtfläche 5 hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser <1 mm, besonders bevorzugt 0,1mm. Der Überstand des kreisförmigen Querschnittes aus der Stützfläche 10 ist vorzugsweise <0,5mm, besonders bevorzugt 0,05 mm. Als Alternative kann als Dichtfläche 5 ein dreieckförmiger, trapezförmiger, rechteckiger, elliptischer, hyperbolischer oder daraus kombinierter Querschnitt mit vergleichbaren Abmessungen eingesetzt werden. Durch die kleine Kontaktfläche zwischen der Dichtfläche 5 des Dichtelementes 4 und der ebenen Dichtfläche 3 des Gehäuses /5

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Patentamt wird bereits bei geringen Andrückkräften durch eine Schließfeder oder durch eine Druckdifferenz eine hohe Flächenpressung und damit eine hohe Dichtheit erreicht. Die Kraft der (nicht dargestellten) Schließfeder drückt die Dichtfläche 5 des Dichtelementes 4 gegen die ebene Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 und erzeugt eine gleichbleibende Andrückkraft an der Kontaktfläche. Die Kraft aus einer möglichen Druckdifferenz (p1-p2>0) um das Dichtelement 4 drückt die Dichtfläche 5 des Dichtelementes 4 gegen die ebene Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 und erzeugt eine differenzdruckproportionale Andrückkraft an der Kontaktfläche. Die resultierende Andrückkraft bewirkt eine elastische und plastische Verformung der Dichtfläche 5 des Dichtelementes 4. Die plastische Verformung der Dichtfläche 5, die bei hohen Differenzdrücken auftritt und durch eine gezielte Überbelastung verstärkt werden kann, bewirkt einen Ausgleich fertigungsbedingter Oberflächenfehler. Die elastische Verformung der Dichtfläche 5, die aufgrund der kleinen Kontaktfläche bereits bei niedrigen Differenzdrücken und/oder durch die Schließfeder auftritt, bewirkt eine ausgezeichnete Dichtheit. Eine unzulässige Verformung der Dichtfläche des Dichtelementes 4 wird durch die großflächige Stützfläche 6 verhindert, da bei einer durch die Geometrie und den Überstand der Dichtfläche 5 festgelegten elastischen Verformung die Stützfläche 6 des Dichtelementes 4 an der ebenen Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 anliegt und damit eine weitere Verformung der Dichtfläche 5 des Dichtelementes 4 nicht möglich ist. Die Größe, Form und die radiale Lage der Dichtfläche 5 kann entsprechend den Druck- und Dichtheitsanforderungen festgelegt werden. Um ein schnelles Abheben der Dichtelementes 4 nach längerem Stillstand bei hohen Differenzdrücken (p1-p2>0) sicherzustellen, kann die Stützfläche wahlweise mit einer speziellen Geometrie oder einer größeren Welligkeit oder Rauheit als die Dichtfläche 5 ausgeführt werden. Durch die unterschiedlichen Oberflächengüten von Dichtfläche 5 und Stützfläche 6 wird die druckbeaufschlagte Fläche auch bei hohen Differenzdrücken (p1-p2>0) nicht wesentlich vergrößert. Wahlweise kann die unterschiedliche Oberflächengüte auch an der ebenen Dichtfläche 3 ausgeführt werden. Wahlweise kann die ganze Fläche oder nur ein Teil der Fläche mit einer unterschiedlichen Oberflächengüte ausgeführt werden. Wahlweise kann die Stützfläche 6 des Dichtelementes 4 und/oder die Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 zur Beeinflussung des Verformungsverhaltens bei unterschiedlichen Differenzdrücken (p1p2>0) uneben ausgeführt werden. Wahlweise kann das Dichtelement 4 mehrteilig mit einem Dichtteil 7 samt Dichtfläche 5 und einem damit fest verbundenen Stützteil 8 ausgeführt werden. Das einteilige Dichtelement 4 oder der Dichtteil 7 eines mehrteiligen Dichtelementes wird aus einem Werkstoff mit geringerer Härte als die ebene Dichtfläche 3 ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist ein polymerer Werkstoff für das Dichtelement 4 und ein metallischer Werkstoff für die ebene Dichtfläche 3. Die einfache Geometrie der Dichtflächen, insbesondere der ebenen Dichtfläche 3, ist ausschlaggebend für die kostengünstige Fertigung und die Toleranzunempfindlichkeit des Dichtsystems.

[0009] Fig.2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Dichtsystems im geschlossenen Zustand mit einem Abschnitt eines Gehäuses 1 und einem Abschnitt eines einteiligen Dichtelementes 4. Das Gehäuse 1 umfasst eine Bohrung 2 zum Zu- und/oder Abfließen des Fluids und einer ebenen Dichtfläche 3. Das einteilige Dichtelement 4 umfasst eine direkt angeformte Dichtfläche 5 zur Abdichtung gegen die Dichtfläche 3 des Gehäuses 1, eine Stützfläche 6 zur Abstützung des Dichtelementes 4 gegen die ebene Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 bei hoher einseitiger Belastung und einen radialen Einstich 9 hinter der Dichtfläche 5 zur gezielten Steigerung der Elastizität der Dichtfläche 5. Durch den radialen Einstich 9 entsteht ein einfaches federndes Filmscharnier. Durch die konstruktive Gestaltung als Filmscharniers wird eine elastische Verformung der Dichtfläche 5 über einen größeren Differenzdruckbereich (p1-p2>0) erreicht.

[0010] Fig.3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Dichtsystems im geschlossenen Zustand mit einem Abschnitt eines Gehäuses 1 und einem Abschnitt eines einteiligen Dichtelementes 4. Das Gehäuse 1 umfasst eine Bohrung 2 zum Zu- und/oder Abfließen des Fluids und einer ebenen Dichtfläche 3. Das einteilige Dichtelement 4 umfasst eine direkt angeformte Dichtfläche 5 auf einem auskragendem Filmscharnier 10 zur Abdichtung gegen die Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 und eine Stützfläche 6 zur Abstützung des Dichtelementes 4 gegen die ebene Dichtfläche 3 des Gehäuses 1 bei hoher einseitiger Belastung. Durch die konstruktive Gestaltung des auskragenden Filmscharniers 10 wird eine Elastizität der Dichtfläche 5 über einen größeren

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Differenzdruckbereich (p1-p2>0) gezielt beeinflusst und eine elastische Verformung der Dichtfläche 5 über einen größeren Differenzdruckbereich (p1- p2>0) erreicht.

[0011] Das Dichtsystem kann als Hauptdichtfläche und als Vorsteuerdichtfläche eines elektromagnetischen Absperrventiles, als Dichtfläche eines manuellen Absperrventiles, als Dichtfläche eines Automatikventiles oder als Dichtfläche eines Druckreglers eingesetzt werden. Bei der Verwendung des Dichtsystems am Vorsteuersitz eines vorgesteuerten Ventiles wird die ebene Dichtfläche 3 am Öffnungsorgan (Anker) des Magnetsystems ausgeführt.

[0012] Weitere Ausführungsformen entstehen durch Kombination der beschriebenen Ausführungsformen.

Claims

Patentamt

Ansprüche

1. Dichtsystem für ein Ventil, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) einteilig mit einer Dichtfläche (5) und einer Stützfläche (6) ausgeführt ist und die Verformung der Dichtfläche (5) durch die Stützfläche (6) begrenzt wird.
2. Dichtsystem für ein Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (5) an einer zugewandten Dichtfläche (3) dichtet und die Dichtfläche (3) eine ebene Fläche ist.
3. Dichtsystem für ein Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (5) an einer zugewandten Dichtfläche (3) dichtet und die Dichtfläche (3) keine ebene Fläche ist.
4. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (6) an einer zugewandten Dichtfläche (3) abstützt und die Stützfläche (6) eine ebene Fläche ist.
5. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (6) an einer zugewandten Dichtfläche (3) abstützt und die Stützfläche (6) keine ebene Fläche ist.
6. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (5) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
7. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (5) keinen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
8. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) hinter der Dichtfläche (5) einen radialen Einstich (9) aufweist.
9. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das Dichtelement (4) ein polymerer Werkstoff verwendet wird.
10. Dichtsystem für ein Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das Dichtelement (4) ein Werkstoff mit geringerer Festigkeit als für die Dichtfläche (3) verwendet wird.