DE10022909A1 - Kugelventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelventil (10) mit in einem Gehäuse (12, 24, 26) verlaufenden bzw. zu diesem führenden Durchlasskanälen (28, 30), die über ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes eine Durchtrittsöffnung (32) aufweisendes Verschlussorgan (16) mit kalottenförmigen Dichtflächen (46) absperrbar bzw. freigebbar sind, an denen die Durchlasskanäle gegenüber dem Verschlussorgan abdichtende in dem Gehäuse (12) bzw. in mit diesen verbundenen Anschlussflanschen (24, 26) gelagerte federelastische Dichtelemente (32, 34) anliegen. Um eine gute Anpassung der Dichtung an die Dichtfläche des Verschlussorgangs sicherzustellen, wobei insbesondere auch Unebenheiten ausgeglichen werden sollen, wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement (32, 34) eine im Schnitt U-förmige Dichtung ist, zwischen dessen Seitenschenkeln (40, 42) ein Federelement (44) verläuft, und dass zwischen den Seitenschenkeln verlaufender Zwischenraum (56) des Dichtelementes zum Durchlasskanal (28, 30) hin offen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelventil mit in einem Gehäuse verlaufenden bzw. zu diesem führenden Durchlasskanälen, die über ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes eine Durchtrittsöffnung aufweisendes Verschlusselement mit kalottenförmigen Dichtflächen ab­ sperrbar bzw. freigebbar sind, an denen die Durchlasskanäle gegenüber dem Verschluss­ element abdichtende in dem Gehäuse gelagerte Dichtelement anliegen.

Entsprechende Kugelventile dienen zum Absperren von Gasen oder Flüssigkeitsströmen. Zum Absperren bzw. Öffnen wird ein kugelförmiges Verschlussorgan wie zum Beispiel Kugelkü­ ken mit einer Durchgangsbohrung in der Strömung um 90° gedreht. Dies kann zum Beispiel über einen Stellantrieb erfolgen. Über eine von dem Stellantrieb ausgehende Mitnehmerwelle wird das Verschlussorgan angetrieben. Zur Abdichtung des Verschlussorgans gegenüber dem Gehäuse bzw. von von diesem ausgehenden die Durchlasskanäle umgebende Anschluss­ flanschdichtungen sind auf diese einwirkende Federn vorgesehen. Üblicherweise gelangen trapezförmige Dichtungen zum Einsatz, die sodann mittels Federelement in Richtung des Ver­ schlussorgans kraftbeaufschlagt sind. Sofern sowohl das Gehäuse als auch das Federelement aus metallischem Werkstoff bestehen, muss letzteres elektrisch isoliert in dem Gehäuse angeordnet werden, um Kontaktkorrosionen auszuschließen. Entsprechende Anordnungen stellen jedoch die gewünschte Dichtigkeit nicht immer sicher, insbesondere dann, wenn die einen Kugeloberflächenabschnitt folgende Dichtfläche nicht mit hinreichender Genauigkeit ausgebildet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kugelventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine gute Anpassung der Dichtung an die Dichtfläche des Verschlussorgans sichergestellt ist, wobei insbesondere auch Unebenheiten ausgeglichen werden sollen. Ferner soll die Möglichkeit gegeben sein, dass eine dichtverstärkende Wirkung durch das abzusperrende Fluid selbst ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das Dichtelement eine im Schnitt U-förmige Dichtung ist, zwischen dessen Seitenschenkeln ein Federelement verläuft, und dass zwischen den Seitenschenkeln verlaufender Zwischenraum zum Durch­ lasskanal hin offen ist.

Die Dichtung selbst liegt außenseitig mit ihrem Querschenkel zumindest abschnittsweise an einer ersten Abstützfläche des Gehäuses an und erstreckt sich mit ihrer Mittelachse parallel oder in etwa parallel zu einer zweiten Abstützfläche im Gehäuse, die in die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu dieser verlaufenden ersten Abstützfläche übergeht. Dabei erstreckt sich die zweite Abstützfläche in etwa parallel zum Kalottenabschnitt des Verschluss­ organs, an dem die Dichtung mit einem ihrer Seitenschenkel anliegt. Das Federelement selbst ist in der Dichtung derart positioniert, dass dieses unmittelbar zwischen kalottenförmiger Dichtfläche und zweiter Abstützfläche verläuft. Ferner ist vorgesehen, dass die Seitenschenkel in Richtung ihrer freien Enden in ihren Abständen zueinander abnehmen.

Insbesondere ist die Dichtung symmetrisch ausgebildet, so dass folglich die Seitenschenkel parallel zur Mittelachse der Dichtung verlaufen, wobei der Abstand zwischen Mittelachse und Schenkel zum jeweiligen freien Ende hin abnimmt. Ferner sollte das Federelement derart zwischen den Seitenschenkeln positioniert sein und diese eine Länge derart aufweisen, dass vom Mittenbereich der Innenfläche jeden Seitenschenkels ausgehende Normale in Richtung Mittelpunkt bzw. -achse des Federelementes verläuft bzw. diesen bzw. diese schneidet.

Erfindungsgemäß wird eine dynamische Dichtung zur Verfügung gestellt, die an einer Kugeloberfläche des Verschlussorgans anliegt. Dadurch, dass eine im Schnitt U-förmige Dichtung benutzt wird, deren Seitenschenkel, die die Funktion von Dichtlippen aufweisen, einerseits an der Dichtfläche des Verschlussorgans und andererseits an einer Dichtfläche des Gehäuses bzw. des Anschlussstutzens anliegen und zwischen den Schenkeln selbst ein auf diese Spreizkräfte ausübendes Federelement angeordnet ist, ist eine gute Anpassung der Dichtung an die Dichtflächen möglich, da die Wandstärke der Schenkel selbst relativ gering ist. Durch die Integration des Federelementes zwischen den Seitenschenkeln ist ein lokal begrenztes Nachfedern möglich, wodurch Unebenheiten ausgeglichen werden. Da des Weiteren der zwischen den Schenkeln verlaufende Zwischenraum zum Durchlasskanal hin geöffnet ist, erfolgt eine dichtverstärkende Wirkung durch die Druckdifferenz des abzusper­ renden Fluids.

Montagemäßig ergeben sich des Weiteren Vorteile dadurch, dass abweichend vom Stand der Technik nicht ein separates Dichtelement sowie ein separates Federelement eingesetzt werden müssen, sondern allein die das Federelement integral aufnehmende U-förmige Dichtung. Des Weiteren ergibt sich ein gleichmäßig Reibmoment über den Schwenkbereich des Verschluss­ organs, so dass sich Vorteile für die Betätigung des Verschlussorgans bzw. den hierfür erforderlichen Stellantrieb ergeben. Sind sowohl das Federelement als auch das Gehäuse aus metallischem Material hergestellt, so erübrigt sich eine zusätzliche galvanische Trennung, da die Dichtung das metallische Federelement gegenüber dem Gehäuse isoliert.

Sofern das Federelement aus einem metallischen Werkstoff besteht, kann dieses als Metall-O- Ring, Metall-C-Ring oder gewickelte Flachbandfeder ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das Federelement aus einem anderen Material, insbesondere aus einem Gummimaterial wie Elastomere besteht. Die Dichtung selbst besteht vorzugsweise aus Gummimaterial oder Kunststoff, wobei Polytetrafluoräthylen besonders hervorzuheben ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Kugelventils und

Fig. 2 ein Detail des Kugelventils gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist - teilweise geschnitten - ein Kugelventil 10 dargestellt, das ein mehrteiliges Gehäuse 12 mit einem um eine Achse 14 drehbar gelagertes Verschlussorgan 16 aufweist, das zum Beispiel als Kugelküken ausgebildet sein kann. Das Gehäuse 12 wird von einem entlang einer Achse 14 verlaufenden Antriebszapfen 18 durchsetzt, der von einem Stellantrieb 20 ausgeht und über den das Verschlussorgan 16 mit seiner Durchgangsbohrung 22 zu in Anschlussflanschen 24, 26 des Gehäuses 12 verlaufenden Durchlasskanälen 28, 30 ausrichtbar oder gegenüber diesen abgesperrt ist. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Kon­ struktionen verwiesen. Dies gilt auch in Bezug auf die konstruktive Ausbildung des Ver­ schlussorgans 16 bzw. die Verbindung mit dem Antriebszapfen 18.

Das Verschlussorgan 18 ist gegenüber dem Gehäuse 12 bzw. den mit diesem verbundenen oder eine Einheit bildenden Anschlussflanschen 24, 26 über Dichtungen 32, 34 abgedichtet, die koaxial zu den Durchlasskanallängsachsen 36, 38 verlaufen. Über die Dichtungen 32, 34 ist das Verschlusselement 16 gegenüber dem Gehäuse 12 bzw. den Anschlussflanschen 24, 26 und in Abhängigkeit von dessen Stellung gegenüber den Durchlasskanälen 36, 38 ab­ dichtbar.

Wie insbesondere aus der Fig. 2 verdeutlicht, weist jede koaxial um die Anschlussflan­ schlängsachsen 36, 38 umlaufende Dichtung 32, 34 im Schnitt eine U-Form auf, zwischen dessen Seitenschenkeln 40, 42 ein Federelement 44 verläuft. Die Seitenschenkel 40, 42 erstrecken sich dabei einerseits entlang einer Oberfläche 46 eines Kugelabschnitts des Verschlussorgans 16 und andererseits an einer Abstützfläche 48, 50 des Anschlussflansches 24, 26. Ferner ist die Dichtung 32, 34 mit ihrem Querschenkel 52 an einer weiteren von dem Anschlussflansch 24, 26 ausgehenden Abstützfläche 54 abgestützt, die in die erste Abstützfläche 48 übergeht und senkrecht zu dieser verläuft. Schließlich ist der zwischen den Schen­ keln 42 verlaufende Zwischenraum 56 der Dichtung 32, 34 zum Durchlasskanal 28, 30 hin offen.

Des Weiteren ist aus der Darstellung in der Fig. 2 erkennbar, dass das jeweilige Dichtelement 32, 34 mit seiner Mittelachse 58 parallel einerseits zur Abstützfläche 48 und andererseits zur Abdichtfläche 46 des Verschlussorgans 16 verläuft, wobei die Dichtfläche 46 Außenfläche eines Kugelabschnitts 60 des Verschlussorgans 16 ist.

Auch ist ersichtlich, dass das Federelement 44 unmittelbar zwischen der Dichtfläche 46 des Verschlussorgans 46 und der von dem Anschlussflansch 24, 26 ausgehenden Abstützfläche 48 verläuft. Ferner ist die lichte äußere Breite des Dichtelementes 32, 34 im Bereich des Federelementes 44 größer als die Breite des Querschenkels 52. Schließlich nimmt der Abstand der Seitenschenkel 40, 42 von dem Federelement 44 ausgehend zu ihren freien Enden 62, 64 hin ab.

Wie die Fig. 2 des Weiteren ersichtlich macht, ist das Dichtelement 32, 34 symmetrisch zu seiner Mittelachse 58 ausgebildet. Dabei nimmt der Abstand der Seitenschenkel vom jeweili­ gen Mittenbereich 66, 68 ausgehend zum freien Ende 62, 64 hin zur Mittelachse 58 ab. Die Seitenschenkel 40, 42 schließen folglich einen spitzen Winkel ein. Des Weiteren erstrecken sich vom jeweiligen Mittenbereich 66, 68 der Seitenschenkel 40, 42 ausgehende Normale 70, 72 in Richtung Mittelpunkt bzw. Mittelachse 74 des Federelementes 44, wie die Zeichnung ebenfalls vermittelt.

Eine entsprechende Dichtung 32, 34 ermöglicht eine hinreichende Abdichtung zwischen dem Verschlussorgan 16 und dem Gehäuse 12 bzw. den Anschlussstutzen 24, 26 auch dann, wenn die kalottenförmige Dichtfläche 46 des Verschlussorgans 16 Unebenheiten aufweisen sollte, die abdichtungsmäßig einerseits durch die Seitenschenkel 40, 42 und andererseits durch das zwischen diesen verlaufende Federelement 44 ausgeglichen werden. Da des Weiteren der zwischen den Seitenschenkeln 40, 42 verlaufende Zwischenraum 56 zum Durchlasskanal 28, 30 hin geöffnet ist, tritt eine dichtverstärkende Wirkung durch die Druckdifferenz des durch das Kugelventil 10 strömenden Fluids wie Flüssigkeit oder Gas auf.

Bei dem Dichtelement 32, 34 handelt es sich um ein solches, das vorzugsweise aus Kunst­ stoff, insbesondere Polytetrafluoräthylen (Teflon) besteht. Das Federelement 44 selbst kann aus metallischem Werkstoff bestehen, wobei ein Metall-O-Ring, ein Metall-C-Ring oder eine gewickelte Flachbandfeder zum Einsatz gelangen kann. Auch besteht ohne Weiteres die Möglichkeit, dass das Federelement aus Elastomere-Material besteht.

Sofern das Gehäuse 12 bzw. die Anschlussflansche 24, 26 und das Federelement 44 jeweils aus metallischem Werkstoff bestehen, ist es im Vergleich zum Stand der Technik nicht erforderlich, dass das Federelement 44 galvanisch von dem Gehäuse 12, 14 bzw. den Anschlussflanschen 24, 26 getrennt wird, da das Federelement 44 von dem im Schnitt U- förmigen Dichtelement 32, 34 selbst aufgenommen ist. Durch die entsprechende Konstruktion ist des Weiteren eine einfache Montage gegeben, da - ebenfalls im Vergleich zum vor­ bekannten Stand der Technik - nicht gesondert zwei Elemente zur Ausbildung eines feder­ elastischen Dichtelementes in das Gehäuse eingesetzt werden müssen, sondern allein jeweils ein Element, und zwar die Dichtung 32, 34 mit dem integrierten Federelement 44.

Claims (14)

1. Kugelventil (10) mit in einem Gehäuse (12, 24, 26) verlaufenden bzw. zu diesem führenden Durchlasskanälen (28, 30), die über ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes eine Durchtrittsöffnung (32) aufweisendes Verschlussorgan (16) mit kalottenförmigen Dichtflächen (46) absperrbar bzw. freigebbar sind, an denen die Durchlasskanäle gegenüber dem Verschlussorgan abdichtende in dem Gehäuse (12) bzw. in mit diesen verbundenen Anschlussflanschen (24, 26) gelagerte federelastische Dichtelemente (32, 34) anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (32, 34) eine im Schnitt U-förmige Dichtung ist, zwischen dessen Seitenschenkeln (40, 42) ein Federelement (44) verläuft, und dass zwischen den Seitenschenkeln verlaufender Zwischenraum (56) des Dichtelementes zum Durchlasskanal (28, 30) hin offen ist.

2. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (36, 38) außenseitig mit seinem Querschenkel (52) zumindest abschnittsweise an einer ersten Abstützfläche (54) des Gehäuses (12) bzw. des Anschlussflansches (24, 26) anliegt.

3. Kugelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschenkel (40, 42) in Richtung ihrer freien Enden in ihrem Abstand zueinander abnehmen.

4. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (32, 34) mit seiner Mittelachse (58) parallel oder in etwa parallel zu einer zweiten Abstützfläche (48) in dem Gehäuse (12) bzw. dem An­ schlussflansch (24, 26) verläuft, die in die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu dieser verlaufenden ersten Abstützfläche (54) übergeht.

5. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abstützfläche (48) in etwa parallel zu der kalottenförmig verlaufenden Abdichtfläche (44) des Verschlussorgans (16) verläuft, an der das Dichtelement mit einem seiner Seitenschenkeln (40) anliegt.

6. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) in dem Dichtelement (32, 34) derart positioniert ist, dass dieses unmittelbar zwischen kalottenförmiger Dichtfläche (44) und zweiter Abstütz­ fläche (48) verläuft.

7. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) aus einem metallischen Werkstoff besteht.

8. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) ein Metall-O-Ring, ein Metall-C-Ring oder eine gewickel­ te Flachbandfeder ist.

9. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) aus Elastomere-Material besteht.

10. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (44) ein Ringelement ist.

11. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (32, 34) vorzugsweise aus Gummimaterial oder Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen besteht.

12. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (32, 34) symmetrisch zu seiner Mittelachse (58) ausgebildet ist.

13. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Seitenschenkel (40, 42) und Mittelachse (58) des Dichte­ lementes (32, 34) zum jeweiligen freien Ende (62, 64) des Seitenschenkels ausgehend von dessen Mittenbereich (66, 68) abnimmt.

14. Kugelventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom jeweiligen Mittenbereich (66, 68) des Seitenschenkels (40, 42) ausgehende Normale (70, 72) in Richtung Mittelpunkt bzw. -achse (74) des Federelementes (44) verläuft.