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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit im normalen Betrieb unverschiebbarer Ventilspindel, die aus einer Kammer des Ventilgehäuses durch eine Haube mit einem Durchlass heraustritt, in dem eine Packungsvorrichtung im Normalfall eine Abdichtung zwischen der Ventilspindel und der Haube bewirkt und in dem eine Lagervorrichtung die Ventilspindel in der Haube drehbar lagert, wobei eine ringförmige erste, die Ventilspindel an deren Umfang umgebende metallene Dichtungsfläche und eine zweite metallene Dichtungsfläche an der Haube innerhalb der Kammer vorgesehen sind und eine Haltevorrichtung die Ventilspindel-Lagervorrichtung relativ zur Haube gegen eine wesentliche axiale Bewegung der Ventilspindel und der Ventilspindel-Lagervorrichtung sichert, welche Haltevorrichtung eine Büchse aufweist, die an der Haube gesichert ist und die Ventilspindel-Lagervorrichtung umgibt.
Schieber der in der US-PS Nr. 3, 349, 789 gezeigten Art sind mit Dichtungen und Packungen versehen, die gut funktionieren, eine lange Lebensdauer besitzen und unter normalen Umständen beständig sind, die aber beschädigt werden, wenn im Fall eines Feuerausbruchs der Schieber längere Zeit einer Hitzeentwicklung ausgesetzt wird. Demzufolge wurden Ventile mit einer Sicherungseinrichtung vorgeschlagen, die nur dann in Funktion tritt, wenn im Fall eines Feuerausbruchs der Bestand der üblichen Dichtungen und Packungen gefährdet odet tatsächlich beeinträchtigt ist. Derartige Vorsichtsmassnahmen sollten dann getroffen werden, wenn die Ventile zur Steuerung des Austritts von unterirdischen Fluiden, d. h. als Teil der Verrohrung von Erdölbohrlöchern, verwendet werden.
Andere typische Anwendungsbereiche sind Erdölraffinerien, petrochemische Anlagen sowie Herstellungs-, Verarbeitungs-, Lagerungs-, Handhabungs-, Transport- und Verwendungseinrichtungen von chemischen Produkten.
Gemäss dem Stand der Technik wird das Ventil mit einem oder mehreren schmelzbaren Körpern versehen, welche die Teile der Rückdichtung voneinander getrennt halten. Wird das Ventil einer ausreichenden Wärmemenge ausgesetzt, laufen der oder die schmelzbaren Körper aus und erlauben somit dem Ventilbestandteil eine entscheidende Bewegung, was zur Ausbildung einer Rückdichtung und somit einer zusätzlichen Sicherheitsmassnahme führt.
Ein Ventil der eingangs angegebenen Art ist aus der DE-AS 2204987 bekannt. Bei dieser Konstruktion weist die Ventilspindel einen an der Innenseite der Haube anliegenden Bund auf.
Da dieser Bund ständig an der Innenseite der Haube anliegt, werden die einander berührenden Flächen bei jeder Ventilbetätigung abgenützt, wobei Metallspäne an die Dichtflächen des Schiebers und in die Rohrleitung gelangen können.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und das Inberührungkommen der metallenen Dichtungsflächen von Spindel und Haube mittels eines schmelzbaren Körpers zu steuern.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einem Ventil der eingangs angegebenen Art im wesentlichen darin, dass an der Büchse ausserhalb der Ventilspindel-Lagervorrichtung eine Abschlussbüchse befestigt ist, dass die Haltevorrichtung ferner einen Ring aus bei relativ niedrigen Temperaturen schmelzbarem Material aufweist, der sich axial zwischen der Abschlussbüchse und der Ventilspindel-Lagervorrichtung befindet und die Form eines beilagscheibenähnlichen Ringes hat, dass ein Kanal für das Austreten des schmelzbaren Materials vorgesehen ist, dass die ringförmige Dichtungsfläche der Ventilspindel und die Dichtungsfläche der Haube sich im Normalfall in axialem Abstand voneinander befinden, aber nach der begrenzten Hubbewegung der Ventil- spindel eine ringförmige Dichtung bilden,
dass die Büchse rohrförmig mit einem ein Innengewinde aufweisenden äusseren Ende ausgebildet ist und dass die mit einem Aussengewinde versehene rohrförmige Abschlussbüchse in den äusseren Endteil der Büchse eingeschraubt ist, dass in der Ausnehmung der Ventilspindel ein zweiteiliger Distanzring angeordnet ist und die Ventilspindel-Lagervorrichtung einen ersten unterhalb davon in Kontakt mit dem zweiteiligen Distanzring befindlichen
Wälzlagerring und einen oberhalb davon in Kontakt mit dem zweiteiligen Distanzring befindli- chen zweiten Wälzlagerring aufweist und dass zwischen dem zweiten Wälzlagerring und dem beilag- scheibenähnlichen Ring aus schmelzbarem Material eine rohrförmige Distanzbüchse vorgesehen ist.
Bei der erfindungsgemässen Konstruktion sind die einander zugewendeten Dichtungsflächen der Ventilspindel und der Haube in einem geringen Abstand voneinander gehalten, so dass bei der Ventilbetätigung kein Verschleiss und keine Bildung von Metallspänen auftreten kann. Diese beiden
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einander zugewendeten Dichtungsflächen sind aber jederzeit zum Zusammenwirken bereit, wenn in einem Notfall die Temperatur des Ringes aus schmelzbarem Material einen Wert erreicht, bei dem dieses Material schmilzt, wonach dann die Ventilspindel unter dem Einfluss des in der Rohrleitung herrschenden Druckes die kleine, zum Zusammenwirken der beiderseitigen Dichtungsflächen erforderliche Hubbewegung ausführt.
Zu den notwendigen Konstruktionsmerkmalen gehört nicht allein der Ring aus schmelzbarem Material, sondern für die richtige Funktion ist auch eine in axialer Richtung spielfreie Lagerung der Ventilspindel erforderlich. Zu diesem Zweck sind zwei Axial-Wälzlager beiderseits eines Flansches der Spindel vorgesehen. Damit geschmolzenes Material des niedrig schmelzenden Ringes nicht in das obere Wälzlager eindringen und dieses unbrauchbar machen kann, ist zwischen diese beiden Teile eine rohrförmige Distanzbuchse eingeschaltet. Der Ring aus schmelzbarem Material ist von einer in das Innengewinde des äusseren Endes der Buchse eingeschraubten, als Ringschraube wirkenden Abschlussbuchse gehalten, so dass nach einer aufgetretenen Überhitzung der abgeschmolzene Ring leicht durch einen neuen Ring aus schmelzbarem Material ersetzt und festgespannt werden kann.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. l eine Teilansicht eines mit der erfindungsgemässen thermisch auslösbaren Rückdichtung versehenen Schieberventile im Längsschnitt (bei den Teilen des Ventilgehäuses, die an den gegenüberliegenden Enden der horizontalen Bohrung weggelassen sind, handelt es sich um herkömmliche Teile, beispielsweise um mit Flanschen versehene Enden, wie sie aus der genannten US-PS Nr. 3, 349, 789 bekannt sind) und Fig. 2 eine vergrösserte Teilansicht der Vorrichtung von Fig. 1.
In den Fig. 1 und 2 ist jeweils die Mittellinie des Ventils --10-- dargestellt, die mit der Ventilspindelachse zusammenfällt. Links von der Mittellinie ist das Ventil in normaler geöffneter Stellung und rechts von der Mittellinie in normaler geschlossener Stellung dargestellt.
Es handelt sich um ein Ventil mit im normalen Betrieb unverschiebbarer Ventilspindel --12--.
Die Hauptabdichtung um die Ventilspindel-12-, die eine Kammer --14-- von der äusseren Umgebung abdichtet, wird in dem Bereich, in dem die Ventilspindel --12-- das Ventilgehäuse --16-- durchdringt, auf herkömmliche Weise durch eine Packung --18-- erreicht, die innerhalb der Hau- be --20-- des Gehäuses --16-- um die Ventilspindel --12-- angeordnet ist.
Drohen Feuer oder eine grosse Hitzeentwicklung in der Nähe des Ventils --10-- die Pakkung --18-- zu zerstören oder schwer zu beschädigen, so tritt eine Sicherheitsvorrichtung des Ventils --10-- folgendermassen in Funktion. Ein in die Ventilspindel-Lagervorrichtung --24-eingebauter Ring --22-- aus schmelzbarem Material schmilzt und das geschmolzene Material läuft durch Kanäle --26-- ab. Durch den Druck innerhalb des Ventils wird sodann die Schiebervorrichtung geringfügig angehoben, bis eine Metall-Metall-Rückdichtung durch ein sich in Umfangsrichtung ergebendes Aneinanderstossen einer ringförmigen Dichtungsfläche A an der Ventilspindel --12-- mit einer koaxialen Dichtungsfläche B an der Haube --20-- entsteht.
Die Zeichnungen zeigen eine einfache Bauweise, beispielsweise ein von Hand zu betätigendes Ventil, das keine Vorrichtungen zum automatischen Öffnen des geschlossenen Ventils oder zum automatischen Schliessen des geöffneten Ventils aufweist. Selbstverständlich ist jedoch das erfindungsgemässe Prinzip in entsprechender Weise auch auf automatische Ventile anwendbar.
Nachstehend werden weitere Einzelheiten der Zeichnungen näher erläutert.
Das Ventilgehäuse --16-- umfasst einen Hauptkörper --28-- mit einer horizontalen Bohrung --30-- (es wird auf die in den Zeichnungen gezeigte Orientierung Bezug genommen) mit einer Kammer --14--, die die Bohrung --30-- in vertikaler Richtung kreuzt. Die Kammer-14-
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--28-- anper --28-- weist einen rohrförmigen Teil --34-- mit einer äusseren Endfläche --36-- auf.
Unter der Dichtfläche --32--'ist die Wand der Kammer --14-- mit einem Absatz --38-- versehen, der parallel zur Endfläche --36-- verläuft. An diesem Absatz --38-- hängt ein einheitlicher, keilartiger Schieberexpander --40-- in die Kammer --14-- im Körper --28--.
Der Expander --40-- weist an seinem oberen Ende eine ringförmige Basis --42-- auf. Diese
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Basis --42-- ruht auf dem Absatz --38--. An zwei diametral gegenüberliegenden Stellen ist die Basis --42-- mit Schenkeln --44-- versehen, die mit der Basis --42-- einstückig ausgebildet sind und von dieser herunterhängen. Die Schenkel --42-- weisen nahe ihren unteren Enden keilförmige Schieberausdehnungsflächen --46-- auf.
Die Bohrung --30-- ist im Verschneidungsbereich mit der Kammer --14-- in Umfangsrichtung erweitert. Die jeweils sich ergebende Ausnehmung --47-- nimmt einen Dichtungsring --48-auf.
Das Ventil-10-- umfasst ferner eine Haube --20--, die dem rohrförmigen Teil --34-- des Ventilkörpers derart angepasst ist, dass sie einen ähnlichen rohrförmigen Teil --50-- mit einer Endfläche --52-- und innen eine ringförmige Dichtungsfläche --54-- aufweist. Ferner ist eine Umfangsnut --56-- an der Stelle ausgebildet, an der die Haubenendflächen --52-- die Kammer --14-- in der Haube schneidet.
Die Haube --20-- wird gegen den Ventilkörper abgedichtet und an diesem gesichert, indem ein mit einem entgegengesetzten Rand versehener, aussen in Umfangsrichtung einen Flansch aufweisender Dichtring --58-- zwischen den beiden Teilen unter Ausbildung einer Umfangsdichtung an den Stellen --32 und 54-- angebracht wird, wobei die Dichtringrippe von der Umfangsnut --56-- aufgenommen wird. Ringförmig angeordnete Bolzen --60-- durchsetzen den rohrförmigen Teil --50-- der Haube und reichen in den rohrförmigen Teil --34-- des Ventilgehäuses.
In eine seitliche Gewindebohrung der Haube --20-- ist ein im Normalfall geschlossener Ab- lassstopfen --62-- eingeschraubt, der über einen Durchlass --64-- mit dem oberen Bereich der Kammer --14-- in Verbindung steht. Die Ventilhaube --20-- weist ferner ein im Normalfall geschlossenes Anschlussstück --66-- am äusseren Ende des Durchlasses --68--, der zur Pak- kung --18-- führt, auf, so dass zum Füllen und/oder zur normalen Erneuerung der Packung herkömmliche Kunststoffverbindungen unter Druck eingespritzt werden können.
Zentral zu ihrer äusseren Endwand --70-- weist die Haube --20-- eine Bohrung --72-auf. Die Dichtungsfläche B liegt in Umfangsrichtung im Bereich der Schnittfläche der Haubenbohrung --72-- mit der Ventilkammer --14-- im oberen Bereich der Ventilkammer --14--. Ein Stück oberhalb der Dichtungsfläche B ist die Bohrung --72-- zwei stufig erweitert, zum einen zur Bereitstellung der Ausnehmung, von der die Packung --18-- aufgenommen wird, und zum andern zur Bereitstellung der Elemente, die die Packung sowie die Ventilschiebervorrichtung an Ort und Stelle halten und die Ventilspindel drehbar lagern. Der Bereich der zweiten Erweiterung und der darüberliegende Bereich lassen sich als äussere rohrförmige Erweiterung --74-- der Haube auffassen.
Die Seitenwand der Erweiterung --74-- weist eine radiale, mit einem Innengewinde versehene Öffnung --76-- und einen Schmiernippel --78-- auf.
Typischerweise besteht die Packung --18-- aus einem Stapel von mehreren beilagscheibenartigen Elementen, die teils Halter für die entgegengesetzten Enden des Stapels, teils Ringe aus einem in gewissem Umfang elastischen Material und/oder Kunststoffmaterial darstellen und teils so beschaffen sind, dass sie sich zur Aufnahme von unter Druck durch das Anschlussstück --66-- eingespeistem Dichtungsmittel eignen. Eine Stopfbüchsenbrille --80-- ist im Anschluss an die Packung --18-- dargestellt, die auf der inneren Schulter --82-- der Basis der rohrförmigen Erweiterung --74-- ruht.
An der Stelle, an der die Spindel --12-- die Packung --18-- und die Brille --80-- passiert, ist sie von gleichbleibendem Radius. Ein Stück oberhalb der Basis der rohrförmigen Erweiterung --74-- weist die Spindel --12-- einen Bereich --84-- von geringerem Durchmesser auf.
Darüber besitzt die Spindel wieder den vorgenannten gleichbleibenden Radius, bis sie die Aussenseite des Ventils erreicht. An ihrem Ende --90-- ist die Spindel --12-- mit Keil- und Gewindeteilen --86, 88-- versehen. Am Ende --90-- ist ein Handbedienungsrad --92-- montiert, das an der Stelle --86-- verkeilt und unter Verwendung einer Mutter --94-- gesichert ist. Das Be- zugszeichen --96-- bezeichnet eine herkömmliche Unterlegscheibe.
Oberhalb der Stellschraubenöffnung --76-- und des Schmiernippels --78-- ist die Bohrung --72-- der Haubenerweiterung --74-- mit einem Innengewinde --98-- und mit Flächen zur Aufnahme eines Büchsen-Haltedrahtes-100-- und eines Hauben-Einlegeringes --102-- versehen.
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Eine rohrförmige Büchse --104--, die im Bereich von --106-- mit einem Aussengewinde versehen ist, wird in die Bohrung --72-- eingeschraubt, bis sie die Stopfbüchse --80-- erreicht.
Eine Stellschraube --108-- wird durch die Öffnung --76-- eingeschraubt, bis sie die Stopfbüchse --80-- in seiner äusseren Nut --110-- erreicht, um zu verhindern, dass die Büchse --104-- sich lösen kann. Die Büchse --104-- ist ebenfalls mit Flächen zur Aufnahme des Büchsen-Haltedrahtes --100-- und des Hauben-Einlegeringes --102-- versehen. Nahe dem äusseren Ende der Büchse --104-- ist ein Innengewinde --112-- vorgesehen. Im radialen Raum zwischen der Büchse --104-- und der Ventilspindel --12-- befinden sich eine Reihe von wichtigen Teilen der Ventilspindel-Lagervorrichtung --24--.
Von unten aus gesehen handelt es sich um einen auf der Stopfbüchsenbrille --80-- liegenden Federring --114--, ein unteres Wälzlager --116-- für die Ventilspindel --12--, einen um die Ventilspindel in der Ausnehmung --84-- angeordneten zweiteiligen Distanzring --118--, der den Übergang zwischen der Ventilspindel und deren Lagern bildet, ein oberes Wälzlager --120-- und eine rohrförmige Distanzbüchse --122-- mit einem Gleitring --124-- zwischen der Distanzbüchse und der Ventilspindel --12--. Die radiale äussere Ecke des oberen Endes der Distanzbüchse --122-- weist in Umfangsrichtung einen Einschnitt --126-auf, der radial einwärts durch einen verbleibenden Steg des oberen Bereiches des Gleitrin- ges --124-- gestützt wird.
Der untere Bereich des Einschnittes --126-- nimmt einen beilagscheibenähnlichen Ring --22-- aus schmelzbarem Material auf. Eine mit einem Aussengewinde versehene Abschlussbüchse --128-- wird in das obere Ende der Büchse --104-- eingeschraubt, bis deren Nase in axialer Richtung den schmelzbaren Körper --22-- erreicht. Dadurch wird im Normalfall die Ventilspindel gegen eine Hubbewegung gesichert, wobei sie durch Drehen des Handrades --92-frei gedreht werden kann.
Die Abschlussbüchse --128-- umgibt die Ventilspindel --12-- in der Nähe des Handrades und ist im Innern am oberen Ende so konstruiert, dass sie einen Ventilspindel-Abstreifring --130-aufnimmt.
Weiter unten in der Kammer --14-- weist die Ventilspindel --12-- einen unteren, mit einem Aussengewinde versehenen Bereich --32-- auf. Der Ventilschieber --134-- umfasst auf- und abwärtsgehende Schieberplatten --136-- mit keilförmigen Folgeflächen --138-- an ihren Rändern. Jede Schieberplatte --136-- besitzt unten ein Leitrohr --140-- in Übereinstimmung mit der horizontalen Bohrung --30--, wenn das Ventil offen ist, und darüber einen Abschlussteil --142--, der beim Schliessen des Ventils gesenkt wird und die Bohrung --30-- blockiert.
Um eine Schraubverbindung zwischen den Schieberplatten --136-- und der Ventilspindel --12-- herzustellen, so dass bei Drehung des Handrades --92-- der Schieber gehoben und gesenkt wird, werden die Schieberplatten --136-- an ihren oberen Enden um eine mit einem Innengewinde versehene Spindelmutter --144-- angeordnet, die durch eine Drehplatte --146-- mit den Schieberplatten --136-- verkeilt ist (vgl. US-PS Nr. 4, 138, 091 bezüglich weiterer Einzelheiten).
Wird das Ventil --10-- einer solchen Wärmeentwicklung ausgesetzt, dass die Packung-18und die Dichtung --48-- gefährdet sind, so reicht diese Temperatur auch aus, den Ring --22-zu zerstören. Dieser Ring --22-- wird dadurch so weich, fliessfähig oder bröcklig, dass er durch die Kanäle --26--, die in radialer Richtung in der Büchse --104-- vorgesehen sind, wegläuft.
Sofern nach Zerstörung von Dichtungen und Packung ein fluides Medium zu entweichen droht, wird auf Grund der Druckentwicklung innerhalb des Ventils die Schiebervorrichtung geringfügig angehoben, bis eine Metall-Metall-Rückdichtung bei A, B entsteht.
Für den Ring --22-- können beliebige Materialien verwendet werden, die herkömmlicherweise für schmelzbare, durch Hitzeeinwirkung zerstörbare Körper eingesetzt werden, beispielsweise Materialien, die in automatischen Sprinkleranlagen eingesetzt werden. Beispiele für entsprechende Materialien sind Metalle mit einem Gehalt an Blei, Wismut, Indium und/oder Cadmium, die die Hauptbestandteile von bei niederen Temperaturen schmelzenden Legierungen darstellen. Für diesen Zweck geeignete, ähnlich wirkende Kunststoffmaterialien sind ebenfalls im Handel erhältlich.