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PATENTANSPRÜCH E
1. Kugelventil, welches ein Ventilgehäuse (10, 110) mit einem Flüssigkeitsdurchlass, eine in diesem Gehäuse zur Bewegung zwischen Offen- und Schliessstellung vorgesehene Kugel (13, 113) röhrenförmige, mit Mitteln zur Aufnahme von Rohrleitungsmündungen versehene, sich gegen die äus seren Endwände (11 A, 12A, lIlA, 11 2A) des Ventilgehäuses stützende, ringförmige Flansche (21, 22, 121, 122) aufweisende Anschlussstutzen (19, 20, 1 19, 120) und nach innen sich erstreckende, mit den Flanschen der Anschlussstutzen zusammenwirkende Ränder (25, 26, 125, 126) sowie mit Aus sengewinden (11 IB, 1 1C) des Ventilgehäuses (10, 110) zusam- menwirkende, Innengewinde (23A, 24A) aufweisende Überwurfmuttern (23,
24, 123, 124) umfasst, wobei die Überwurfmuttern auf dem Ventilgehäuse aufgeschraubt sind, um eine feste Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse und den röhrenförmigen Anschlussstutzen zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10, 110) einen Ven tilkörper (1 1, 111) mit einer durchgehenden, zwei zylinderförmige, unterschiedliche Durchmesser aufweisende Abschnitte aufweisenden Öffnung, ein in dem Abschnitt mit dem grösseren Durchmesser angebrachtes und seinerseits einen zylindrischen Durchlass aufweisendes Anschlussstück (12, 112) und eine die mit einem zylindrischen Durchlass versehene Kugel (13, 113) aufnehmende, durch den Ventilkörper (11, Ill)und durch das Anschlussstück (12, 112) begrenzte Ventilkammer umfasst, und das der Kugel (13, 113) zugewendete,
auf gegenüberliegenden Seiten des Ventil körpers (1 1, 111) und des Anschlussstückes (12, 112) angebrachte, rechteckigen Querschnitt aufweisende Nuten (11 D, 12B, 11 in, 1 12B) vorliegen, wobei in diesen Nuten ringförmige Sitzringe (15, 6, 115, 116) vorgesehen sind, welche durch ebenfalls ringförmige, aus elastischem Gummi bestehende, elastische Ringe (17, 18, 117, 118) gestützt sind.
2. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Endwände (11 IA, 11 2A) des Ventilgehäuses (110) im wesentlichen konvexe Oberflächen mit auf der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses liegenden Krümmungszentren aufweisen und mit diesen äusseren Endwänden (111 1A, 11 2A) des Ventilgehäuses (110) zusammenwirkende innere Endwände (119A, 120A) der röhrenförmigen Anschlussstutzen (119, 120) zu den konvexen Oberflächen der äusseren Endwände(l 1 1A, 1 12A) komplementär ausgebildet sind, und dass innere Endwände (1 25A, 126A) der Ränder (125, 126) der Überwurfmuttern (123,
124) im wesentlichen konkave Oberflächen mit auf der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses liegenden Krümmungszentren aufweisen und äussere Endwände (121 A, 122A) der Flansche (121, 122) der röhrenförmigen Anschlussstücke (119, 120) komplementär zu den konkaven Oberflächen der inneren Endwände (1 25A, 126A) der Ränder (125, 126) ausgebildet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelventil gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Kugelventile bekannter Konstruktionsart sind z.B. im US-Patent Nr. 3 550 902 und im nichtvorgeprüften japanischen Patent (Kokai) Nr. 57-37160 beschrieben. Solche Kugelventile umfassen röhrenförmige Anschlussstutzen mit zur Aufnahme der Enden von Rohrleitungen und zum Abstützen gegen die äusseren Wände des Ventilgehäuses geeigneten Gebieten. An den äusseren Oberflächen der röhrenförmigen Anschlussstutzen sind nach aussen sich erstreckende Bunde vorgesehen, welche den äusseren Einwänden des Ventilgehäuses zugekehrt sind.
Weiter umfasst ein Kugelventil Überwurfmuttern mit nach innen sich erstreckenden Bunden und mit Innengewinden. Wird solch ein Innengewinde auf ein Aussengewinde am Ventilgehäuse geschraubt, kann eine feste Verbindung zwischen der Überwurfmutter und dem Ventilgehäuse geschaffen werden.
Das in US-Patent Nr. 3 550 902 beschriebene Kugelventil weist die folgenden Nachteile auf: (a) Der Anschlussstutzen ist nur in das Ventilgehäuse eingefügt, deshalb werden der Anschlussstutzen und die Kugel aufgrund des Einlassdrucks auf die Kugel beim Entfernen des Überwurfmutter auf der Auslassseite sich vom Ventilgehäuse lösen; dies ist z.B. der Fall, wenn der Sitz- oder O-Ring ersetzt werden soll.
(b) Die Sitzringe aus Polytetrafluorethylen weisen keine Elastizität auf, durch die Reibung beim Drehen der Kugel werden sie verschlissen. Dichtendes Zusammenwirken zwischen Kugel und Sitzringen wird deshalb bald reduziert. Deshalb ist es notwendig, die Sitzringe nach vergleichsweise kurzer Verwendungszeit des Ventils zu wechseln.
(c) Die Sitzringe berühren ringförmige Nuten im Ventilgehäuse und im Anschlussstück an ihren beiden Seiten, es besteht deshalb die Wahrscheinlichkeit, dass die Sitzringe aufgrund des Flüssigkeitsdrucks auf die Kugel in den Flüssigkeitsdurchlass ausgepresst werden.
(d) Ist das Kugelventil mit den Rohrleitungen verbunden, so ist es möglich, dass die Rohrleitungen von der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses aufgrund von Überhitzung oder Aufbringen von äusserer Kraft abweichen. Diese Abweichung der Rohrleitungen bewirkt Schaden an den Überwurfmuttern und vermindert die Dichtungskraft zwischen dem Ventilgehäuse und den rohrförmigen Anschlussstutzen, zwischen dem Ventilgehäuse und dem Anschlussstück sowie zwischen dem Anschlussstück und der Kugel.
Im nichtvorgeprüften japanischen Patent Nr. 57-37160 wird das Anschlussstück im Ventilgehäuse eingeschraubt.
Deshalb lösen sich Kugel und Anschlussstück beim Entfernen einer Überwurfmutter und dem entsprechenden Anschlussstutzen in Ventilschliessstellung aufgrund des Flüssigkeitsdrucks nicht vom Ventilgehäuse. Im Fall des US Patentes Nr. 3 550 902 löst sich die Kugel jedoch vom Ventilgehäuse, sobald das Anschlussstück zum Ersetzen der Sitzringe vom Ventilgehäuse entfernt wird. Bei diesem Stand der Technik ist es notwendig, verschlissene Sitzringe periodisch zu erneuern. Zusätzlich weist diese Art Kugelventil dieselben Nachteile (c) und (d) wie die früheren Kugelventile auf.
Primäres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Kugelventil zu schaffen, welches die obenerwähnten Nachteile im wesentlichen eliminiert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kugelventil zu schaffen, bei dem Kugel und Anschlussstück unter Flüssigkeitsdruck sich vom Gehäuse nicht lösen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kugelventil zu schaffen, bei dem die Sitzringe unter Flüssigkeitsdruck nicht in den Flüssigkeitsdurchlass ausgepresst werden; ein einwandfreies Dichten soll so über lange Verwendungsdauer des Ventils erreicht werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Kugelventil mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen. Das Ventilgehäuse besteht aus einem röhrenförmigen Ventilkörper, welcher eine in zwei Abschnitte unterteilte Öffnung aufweist. Diese Abschnitte sind zylinderförmig ausgebildet, wobei der eine einen grösseren Durchmesser aufweist. Weiter besteht das Ventilgehäuse aus einem röhrenförmigen, in die Öffnung mit dem grösseren Durchmesser eingefügten Anschlussstück, welches seinerseits eine zylindrische Öffnung aufweist. Dadurch wird zwischen dem Ventilkörper und dem Anschlussstück eine Ventilkammer ausgebildet. Die Ventilkammer ist derart ausgebildet, dass sie die einen zylindrischen Durchlass aufweisende Kugel drehbar aufnehmen kann.
Auf gegenüberliegenden Seiten des Ventilkörpers und des an die Kugel angrenzenden Anschlussstücks sind ringförmige, im Querschnitt rechtekkige Nuten vorgesehen. Innerhalb dieser ringförmig umlaufenden Nuten befinden sich ringförmige Sitzringe aus hartem Polytetrafluorethylen, diesen sind, um einen genügenden Kontakt mit der Kugel herzustellen, ringförmige elastische Ringe aus elastischem Gummi hinterlegt.
In einem anderen Aspekt der Erfindung entsprechenden Kugelventil sind die äusseren Endwände des Ventilgehäuses vorzugsweise im wesentlichen mit konvexen Oberflächen ausgestattet, das Krümmungszentrum dieser konvexen Oberflächen befindet sich auf der Längsachse der Öffnung für Flüssigkeitsdurchlass. Die inneren Endwände der röhrenförmigen Anschlussstutzen entsprechen den äusseren Endwänden des Ventilgehäuses in dem Sinn, dass sie das Komplement zu der konvexen Wölbung der äusseren Endwände bilden. Die entsprechenden Innenseiten der Überwurfmuttern weisen ebenfalls konvexe Oberflächen auf; die Krümmungszentren liegen ebenfalls auf der Längsachse Offnung für den Flüssigkeitsdurchlass. Äussere Wände der Flansche der Anschlussstutzen weisen den Innenwänden der Überwurfmuttern entsprechend konkav ausgebildete Oberflächen auf.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele etwas näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Längsschnitt durch ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel eines Kugelventils;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf die Zeichnungen werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele von Kugelventilen aus z.B. Polyvinylchlorid näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Ventilgehäuse 10, den in ihm angeordneten Ventilkörper 11 und das Anschlussstück 12 eines Kugelventils.
Der Ventilkörper 11 weist eine durchgehende Öffnung mit zwei im Durchmesser unterschiedlich ausgebildeten Abschnitten auf. Die Abschnitte treffen aufeinander und liegen beide auf der Längsachse des Ventilgehäuses 10.
Das Anschlussstück 12 weist einen zylindrischen Durchlass auf und ist in den grösseren Durchmesser aufweisenden Abschnitt der Öffnung des Ventilkörpers 11 eingepasst. Die äussere Oberfläche des Anschlussstücks 12 ist mit der inneren Oberfläche des den grösseren Durchmesser aufweisenden Abschnitts mit Hilfe eines geeigneten Klebemittels derart zusammengeklebt, dass eine zentral im Ventilgehäuse 10 liegende Ventilkammer gebildet wird.
In dieser Ventilkammer ist eine drehbare Kugel 13 mit einem zylindrischen Durchlass angeordnet, der Durchlass der Kugel und diejenigen des Gehäuses überdecken sich. Die Kugel 13 ist mit Hilfe neuer und verbesserter Sätze vom Sitzund Stützringen drehbar gelagert, diese Ringe werden detaillierter weiter unten beschrieben.
Die Kugel kann mit Hilfe der Vorrichtung 13a und dem an ihr befestigten Hebel 14 gedreht werden. Zur Kenntnis zu nehmen ist, dass der Durchlass an einem Ende des Ventilkörpers 11, derjenige im Anschlussstück 12 und derjenige in der Kugel 13 zusammenwirkend einen Flüssigkeitsdurchlass durch das Kugelventil bilden.
Zwei ringförmig verlaufende, rechteckige Querschnitt aufweisende Nuten Led und 12B verlaufen auf der Kugel 13 zugekehrten Oberflächen des Ventilkörpers 11 und des Anschlussstücks 12. Die ringförmig verlaufenden Nuten lID und 1 2B liegen in einer zur Ventilgehäuseachse senkrechten Ebene.
Innerhalb der ringförmig umlaufenden Nuten 11 D und 12B befinden sich die ringförmigen, aus hartem Polytetrafluorethylen bestehenden Sitzringe 15 und 16 sowie die sie stützenden elastischen, aus natürlichem oder synthetischem Gummi bestehenden elastischen Ringe 17 und 18. Die Oberflächen der Sitzringe 15 und 16, welche sich an der Kugel 13 abstützen, sind konisch ausgebildet, so dass das dichtende Zusammenwirken zwischen den Sitzringen 15 und 16 und der Kugel 13 gewährleistet ist. Die elastischen Ringe 17 und 18 sind mit rechteckigem Querschnitt versehen und drücken die Sitzringe 15 und 16 mit einem gewissen Druck gegen den Kugelkörper 13.
Wenn durch Betätigen des Hebels 14 die Kugel 13 in Schliessstellunggebracht wird, wirkt der Einlassflüssigkeitsdruck auf die Kugel 13 ein. Der Flüssigkeitsdruck kann durch die Sitzringe 15 und 16 auf die elastischen Ringe 17 und 18 einwirken. Da die Sitzringe 15 und 16 und die elastischen Ringe 17 und 18 innerhalb der einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Nuten lID und 1 2B angebracht sind, wirkt der Flüssigkeitsdruck, welcher von der Kugel 13 auf die Sitzringe 15 und 16 aufgebracht wird, nur auf die elastischen Ringe 17 und 18 und ist nicht gegen die Öffnung für Flüssigkeitsdurchlass hin gerichtet.
Mit anderen Worten: Da die Sitzringe 15 und 16 an den Innenwänden der rechtekkigen Querschnitt aufweisenden Nuten lID und 1 2B mit drei Seiten anliegen, besteht keine Wahrscheinlichkeit dafür, dass die dichtenden Ringe 15 und 16 in die Öffnung für Flüssigkeitsdurchlass ausgepresst werden. Zusätzlich werden sie durch die elastischen Ringe 17 und 18 gegen die Kugel 13 gedrückt und widerstehen dem aufgebrachten Druck. Auf diese Art wird ein genügendes Zusammenwirken zwischen den Sitzringen 15 und 16 und der Kugel 13 erreicht. Durch die Elastizität der elastischen Ringe 17 und 18 wird ein genügendes Dichten der Sitzringe 15 und 16 auch dann sichergestellt, wenn die Polytetrafluorethylenschicht der Sitzringe 15 und 16 durch Reibung beim Drehen der Kugel 13 in wesentlichem Mass abgetragen wird.
Zusätzlich wird durch die elastischen Ringe 17 und 18 die Kugel 13 ausgerichtet. Wirkt auf die Kugel 13 Flüssigkeitsdruck 1, so weicht sie von ihrer ursprünglichen Position ab, z.B. von ihrer Position auf der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses. Durch die Sitzringe 15 und 16 werden die elastischen Ringe 17 und 18 die Kugel 13 in ihre frühere korrekte Position zurückdrücken. Auf diese Weise kann die Kugel 13 kontinuierlich auf der Achse des Flüssigkeisdurchlasses gehalten werden.
Das Endgebiet des Ventilkörpers 11 ist mit einer äusseren Wand 11A versehen, diese Wand stützt sich an der Endwand 19A eines Anschlussstutzens 19 ab. Das Endgebiet des Anschlussstücks 12 ist mit einer äusseren Endwand 12A versehen, diese Endwand stützt sich an einer inneren Endwand 20A eines röhrenförmigen Anschlussstutzens 20 ab: Der röhrenförmige Anschlussstutzen 19 ist der Einlassstutzen, der röhrenförmige Anschlussstutzen 20 ist der Auslassstutzen.
Diese Anschlussstutzen 19 und 20 weisen Durchlasse mit denselben Durchmessern auf, wie er in der Öffnung für Flüssigkeitsdurchlass des Ventilgehäuses 10 vorliegt; ferner können an ihnen Rohrmündungen der nicht gezeichneten Rohre angebracht werden. Um ein Lecken des Kugelventils zu vermeiden, sind die O-Ringe 27 und 28 einerseits zwischen dem Ventilkörper 11 und den Anschlussstutzen 19 und andererseits zwischen dem Anschlussstück 12 und dem Anschlussstutzen 20 vorgesehen.
Weiter sind die Aussengewinde 11 B und 11 C an Ventilkörper 11 vorgesehen, diese Aussengewinde wirken zusammen mit den Innengewinden 23A und 24A der Über wurfmuttern 23 und 24. Die Überwurfmuttern 23 und 24 weisen sich nach innen erstreckende Ränder 25 und 26 auf, diese Ränder wirken mit den Flanschen 21 und 22 der Anschlussstutzen 19 und 20 zusammen. Auf diese Weise kann eine feste Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 10 und den röhrenförmigen Anschlussstutzen 19 und 20 dadurch erhalten werden, dass die Gewinde der Überwurfmuttern 23 und 24 auf die Aussengewinde des Ventilkörpers 11 geschraubt werden; die Ränder 25 und 26 gelangen in Kontakt mit den Flanschen 21 und 22.
Aufgrund der oben beschriebenen Tatsache, dass das Anschlussstück 12 und der Ventilkörper 11 mit Hilfe eines klebenden Mittels zusammengeklebt sind, lösen sich der Kugelkörper 13 und das Anschlussstück 12 in Ventilschliessstellung vom Ventilkörper 11 auch dann nicht, wenn die Überwurfmutter 20 entfernt wird und Flüssigkeitsdruck auf die Kugel 13 einwirkt. Es ist also klar, dass Reparatur und Ersetzen des Ventilgehäuses 10 oder Ersetzen der O-Ringe 27 und 28 durch einfaches Lösen und Entfernen der Überwurfmuttern 23 und 24 vom Ventilgehäuse 10 ausgeführt werden kann.
Fig. 2 bezieht sich auf die Konstruktion Ventilkörper Anschlussstutzen in einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäss der vorliegenden Erfindung.
Das Kugelventil 110 von Fig. 2 umfasst manch ähnliche Elemente wie das Kugelventil 10 von Fig. 1. Solche Elemente sind mit denselben, aber zusätzlich eine vorangestellte 1 aufweisenden Nummern versehen und unterscheiden sich sonst von ihren Gegenstücken nicht.
In dem jetzt zu besprechenden Ausführungsbeispiel weisen die äusseren Endwände 11 IA und 1 12A des Ventilkörpers 111 und des Anschlussstücks 112 Oberflächen mit im wesentlichen konvexer Form auf; die Krümmungsradien liegen auf der Längsachse des Flüssigkeitsdurchlasses. Die jeweils beigefügten inneren Endwände 1 19A und 120A der röhrenförmigen Anschlussstutzen 119 und 120 weisen konkave Oberflächen auf, z.B. derart, dass die inneren Endwände 1 19A und 120A das Komplement zu den äusseren Endwänden 11 lA und 1 12A bilden. Es sollte beachtet werden, dass die letztern Krümmungszentren nicht auf der Längsachse der Öffnung für Flüssigkeitsdurchlass liegen müssen.
Die inneren Endwände 125A und 126A der Randgebiete 125 und 126 der Überwurfmuttern 123 und 124 sind mit konkaven Oberflächen versehen, deren Krümmungszentren liegen auf der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses. Die beigefügten äusseren Endwände 121 A und 1 22A der Flansche 121 und 122 der röhrenförmigen Anschlussstutzen 119 und 120 weisen entsprechend komplementär-konvex ausgebildete Oberflächen auf.
Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die inneren Endwände 125A und 126A derart ausgeführt werden können, dass sie in zu der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses senkrechten Ebenen liegen. Wie weiter oben jedoch bereits erwähnt, wird ein besseres Zusammenwirken der Randgebiete dann erreicht, wenn die inneren Endwände 125A und 126A zu den äusseren Endwänden 121A und 122A entsprechend konkav geformte Oberflächen aufweisen.
Die äusseren Endwände 11 1A und 1 12A des Ventilkörpers 111 und des Anschlussstücks 112 weisen vorzugsweise Oberflächen mit grossen Radien auf. Vorzugsweise sind diese Radien vier bis zwanzig Mal grösser als der Durchmesser D des Flüssigkeitsdurchlasses. Am besten ist es, wenn sie das Zehn- bis Zwanzigfache des Durchmessers D betragen.
Ist ein Kugelventil fest mit den Rohrleitungen verbunden, so kann es geschehen, dass das Abflussrohr aufgrund von Hitze oder durch irgendwelche äusseren Umstände aufgebrachten Kräften von der Achse des Flüssigkeitsdurchlasses abweichen will. Dies führt dazu, dass das röhrenförmige Anschlussstück 120 mit dem Rohr abweicht.
In solchen Fällen kann das röhrenförmige Anschlussstück 120 gleitend an der sphärischen äusseren Endwand 1 des Anschlussstücks 112 angebracht werden; die Überwurfmutter 124 und das Anschlussstück 112 werden dann keine übermässigen auf sie einwirkenden Kräfte erfahren. Entsprechend wird auch das dichtende Zusammenwirken zwischen der Überwurfmutter 124 und dem Anschlussstück 112 nicht gestört.
Das oben Beschriebene ist natürlich ebenfalls auf das Einlassrohr und die Überwurfmutter 119 anwendbar.