DE10121072A1 - Hubventil mit einer von einem Balg umgebenen Ventilstange - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Hubventil mit einem Gehäuse (1) mit einer ersten Öffnung (3) und mit einer zweiten Öffnung (2) und mit einer zwischen der ersten Öffnung (3) und der zweiten Öffnung (2) angeordneten Sitzfläche (4), welche mit einem Verschlußteil (5) zusammenwirkt, an welchem zu seiner Betätigung eine Stange (6) befestigt ist, welche durch eine der ersten Öffnung (3) gegenüberliegende dritte Öffnung (7) des Gehäuses (1) hindurchgeführt ist, und mit einem Faltenbalg (17) oder Wellrohr, welcher bzw. welches von dem Verschlußteil (5) ausgeht, die Stange (6) umgibt, die dritte Öffnung (7) dicht verschließt und seine Berge und Täler zwischen dem Verschlußteil (5) und der dritten Öffnung (7) aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Faltenbalg (17) bzw. das Wellrohr zumindest auf einem Teil seiner Länge, welcher an die dritte Öffnung (7) anschließt, auch im Bereich seiner Täler von sämtlichen Teilen des Hubventils, relativ er beweglich ist, beabstandet und mittels vom Faltenbalg (17) bzw. Wellrohr gehaltenen Stützelementen (23) im Bereich seiner Täler gegen Druck von außen gestützt ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Hubventil mit den im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE 32 15 799 C2 ist ein Hubventil mit diesen Merkmalen bekannt. Es hat ein Gehäuse, mit einer ersten Öffnung und mit einer zweiten Öffnung, welche Eintritts- und Austrittsöffnungen für ein durch das Ventil strömendes Medium dar­ stellen, und eine zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung angeord­ neten Sitzfläche, welche mit einem Verschlußteil zusammenwirkt, an welchem zu seiner Betätigung eine Stange befestigt ist, welche durch eine der ersten Öffnung gegenüberliegende dritte Öffnung des Gehäuses aus diesem austritt, wobei diese dritte Öffnung nicht von dem das Ventil durchströmenden Medium durchflossen wird. In diesem bekannten Ventil umschließt ein Faltenbalg aus PTFE einen die Ventilstange umgebenden Stützkörper und verschließt die dritte Öffnung dicht. Dieser Stützkörper gewährleistet die im wesentlichen zylindrische Form und da­ mit die Funktionsfähigkeit des Faltenbalges auch unter Einwirkungen von Strö­ mungen und Druckspitzen. Der Faltenbalg geht von dem Verschlußteil aus, mit welchem er einstückig verbunden ist, und geht an seinem anderen Ende in einen Flansch über, welcher mit einem radial außen liegenden Ringabschnitt zur Ab­ dichtung der Antriebsöffnung zwischen einer an der Antriebsöffnung ausgebilde­ ten konischen Ringsitzfläche und einem ringförmigen Fortsatz einer Laterne ein­ gespannt ist, welche sich zwischen dem Gehäuse des Ventils und dem Gehäuse des Stellantriebes befindet.

Hubventile der beschriebenen Art werden vorwiegend in der pharmazeutischen Industrie und in der Lebensmittelindustrie für Drücke bis zu 5 bar eingesetzt. Nachteilig an derartigen bekannten Ventilen ist, daß deren Standzeit in der Regel von der Lebensdauer des Faltenbalges begrenzt ist. Der Ausfall eines Faltenbal­ ges aufgrund von Rißbildung oder lokaler Überdehnung erfolgt manchmal früher, manchmal später. Insbesondere wechselnde Betriebsbedingungen machen einen häufigen Austausch des Faltenbalges erforderlich. Der Austausch eines defekten Faltenbalges ist arbeits- und kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Hubventil zur Verfügung zu stellen, wel­ ches längere Standzeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hubventil mit den im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Faltenbalg oder das Wellrohr zumin­ dest auf einem Teil seiner Länge, welcher an die dritte Öffnung anschließt, auch im Bereich seiner Täler von sämtlichen Teilen des Hubventils, relativ zu welchen er beweglich ist, beabstandet und mittels vom Faltenbalg bzw. Wellrohr gehalte­ nen Stützelementen im Bereich seiner Täler gegen Druck von außen gestützt ist. Diese Stützelemente gewährleisten, daß der Faltenbalg bzw. das Wellrohr in je­ nem an die dritte Öffnung anschließenden Teilbereich stets, insbesondere auch bei steuerungsbedingt auftretenden Druckspitzen, auch im Bereich seiner Täler von sämtlichen Teilen des Hubventils, relativ zu welchen dieser beweglich ist, be­ abstandet ist. Dadurch, daß die Stützelemente vom Faltenbalg oder Wellrohr ge­ halten werden, beispielsweise stoffschlüssig oder formschlüssig mit ihm verbun­ den sind, wird gewährleistet, daß sich die Stützelemente nicht relativ zu ihm be­ wegen. Durch die erfinderischen Maßnahmen wird Rißbildung und Überdehnung, welche bei Hubventilen nach dem Stand der Technik typischerweise gerade in je­ nem an die dritte Öffnung anschließenden Bereich des Faltenbalges auftritt, ver­ mieden und somit vorteilhaft eine längere Lebensdauer des Balges und damit ei­ ne höhere Standzeit des Hubventils erreicht.

Bei Hubventilen nach dem Stand der Technik wird der Faltenbalg von dem das Hubventil durchströmende Medium an den Stützkörper oder andere Teile des Ventils, relativ zu welchen sich der Faltenbalg bestimmungsgemäß beim Betäti­ gen des Ventils bewegt, angepreßt, was beim Betätigen des Ventils eine zusätzli­ che Beanspruchung des Faltenbalges bzw. des Wellrohres bedeutet. Dieses wird bei einem erfindungsgemäßen Hubventil, zumindest in jenem kritischen an die dritte Öffnung anschließenden Bereich, verhindert.

Vorzugsweise ist der Faltenbalg bzw. das Wellrohr im Bereich sämtlicher Täler von sämtlichen Teilen des Hubventils, relativ zu welchen er beweglich ist, beab­ standet und mittels vom Faltenbalg bzw. Wellrohr gehaltenen Stützelementen im Bereich seiner Täler gegen Druck von außen gestützt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Faltenbalg bzw. das Wellrohr bei einer Betätigung des Ventils stets im Bereich sämtlicher Täler elongiert und somit gleichmäßig belastet wird. Eine lokale Überbeanspruchung, welche zu Rißbildung oder Überdehnung führt wird vermieden und die Lebensdauer des Faltenbalges bzw. des Wellrohres weiter erhöht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Falten­ balg bzw. das Wellrohr im Bereich seiner Täler wesentlich dicker als im Bereich seiner Berge, insbesondere mindestens dreimal dicker, ausgeführt ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Faltenbalg bzw. das Wellrohr versteift und eine radiale Verformbarkeit vermindert ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Stützele­ mente als Ringe ausgebildet sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Stützelemente die axiale Beweglichkeit des Faltenbalges bzw. des Wellrohres nicht beeinträchtigen, während eine radiale Verformung verhindert ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Ringe ei­ nen axial verlaufenden Schlitz aufweisen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Ringe leichter in den Faltenbalg eingesetzt werden können. Durch den im strömenden Medium vorhandenen Druck wird der Schlitz zusammengepreßt und der Ring verhindert eine weitergehende radiale Verformung des Faltenbalges bzw. des Wellrohres.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Stützele­ mente mit dem Faltenbalg bzw. dem Wellrohr formschlüssig verbunden sind. Vor­ zugsweise weisen die Stützelemente hierfür radial verlaufende Vorsprünge oder einen Wulst und der Faltenbalg Ausnehmungen oder eine passende Nut auf. Die­ se Maßnahme hat den Vorteil, daß die Stützelemente an der gewünschten Stelle des Faltenbalges bzw. des Wellrohres verbleiben und ein Verrutschen der Stüt­ zelemente verhindert ist. Vorteilhaft wird nicht nur die Positionierung der Stütze­ lemente im Faltenbalg bzw. im Wellrohr erleichtert, sondern auf diese Art und Weise werden auch Reibmomente zwischen Faltenbalg bzw. Wellrohr und Stüt­ zelementen vermieden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Stützele­ mente, insbesondere als Ringe ausgebildete Stützelemente, einen durch Aus­ schneiden und Herausbiegen einer Zunge hergestellten Vorsprung aufweisen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Vorsprünge erst nach dem Einbringen der Stützelemente in den Faltenbalg durch Aufbiegen gebildet werden, so daß die Fertigung vereinfacht ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß sich die Stüt­ zelemente jeweils beidseitig von der Mitte eines Tales des Faltenbalges bzw. des Wellrohres erstrecken. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Versteifung des Balges gegen radiale Verformung verbessert ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Stützele­ mente aus Metall, insbesondere aus Edelstahl sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Faltenbalg bzw. das Wellrohr auch bei hohen Drücken und Tem­ peraturen von 150°C gegen radiale Verformung versteifbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Falten­ balg aus Kunststoff ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Balg leicht zu reinigen ist und kostengünstig gefertigt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hubventil,

Fig. 2 zeigt den Querschnitt A-A durch das Hubventil in Fig. 1.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Hubventil hat ein Gehäuse 1 mit einer er­ sten Öffnung 3 und einer zweiten Öffnung 2 und mit einer zwischen der ersten Öffnung 3 und der zweiten Öffnung 2 angeordneten konischen Sitzfläche 4, wel­ che mit einem Verschlußteil 5 zusammenwirkt, in welches zu seiner Betätigung eine Stange 6 eingeschraubt ist, welche durch eine der ersten Öffnung 3 gegen­ überliegende dritte Öffnung 7 des Gehäuses 1 aus diesem austritt und mit einem Stellantrieb 8 verbunden ist, welcher ein Gehäuse 9 hat, das unter Zwischenfü­ gen einer Sichtlaterne 10 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Zu diesem Zweck hat die Sichtlaterne 10 an ihrem unteren Ende einen Flansch 11 und das Gehäu­ se 1 an seiner Antriebsöffnung 7 einen Stutzen 41 mit einem Flansch 12. Die bei­ den Flansche 11 und 12 sind durch eine Verschlußklammer 13 miteinander verklammert.

In das Verschlußteil 5 ist ein Verstärkungsteil 14 eingebettet, welches eine zen­ trale Gewindebohrung hat, in welche ein Gewindefortsatz 15 der Stange 6 hinein­ gedreht ist. Die Stange 6 ist in einem an die dritte Öffnung 7 anschließenden Be­ reich von einer Führungshülse 19 umgeben. Gleitlager 22 ermöglichen ein Ver­ schieben der Stange 6 in der Führungshülse 19. Das Verstärkungsteil 14 ist in ei­ nen Mantel 16 aus Kunststoff eingebettet, welchem einstückig ein ebenfalls aus Kunststoff bestehender Faltenbalg 17 angeformt ist, welcher den unteren Ab­ schnitt der Stange 6 koaxial umgibt. Dem Faltenbalg 17 ist an seinem oberen En­ de einstückig ein Flansch 18 angeformt.

Der Faltenbalg 17 ist von der Führungshülse 19 und der Stange 6 beabstandet angeordnet, so daß der Faltenbalg 17 einen parallel zur Stange 6 von der dritten Öffnung 7 bis zum Verschlußteil 5 verlaufenden Ringspalt 25 umschließt. Dieser Ringspalt 25 bewirkt, daß bei einer Betätigung des Ventils keine Reibmomente zwischen dem Faltenbalg 17 und der Stange 6 oder der Führungshülse 19 auftre­ ten und der Faltenbalg 17 stets auf seiner ganzen Länge gleichmäßig bean­ sprucht wird. Der Faltenbalg 17 ist in Teilbereichen mittels Stützelementen 23 versteift. Diese Stützelemente 23 sind als Ringe ausgebildet, welche sich im In­ neren des Faltenbalges 17 im Bereich der Faltentäler erstrecken. Diese als Ringe ausgebildeten Stützelemente 23 weisen Vorsprünge 24 auf, welche formschlüs­ sig in entsprechende Ausnehmungen auf der Innenseite des Faltenbalges 17 ein­ greifen, so daß die Stützelemente 23 selbst bei Betätigung des Ventils ihrer Posi­ tion relativ zum Faltenbalg 17 nicht ändern. Diese Stützelemente 23 versteifen den Faltenbalg 17 in Teilbereichen, so daß der Faltenbalg 17 selbst durch unter hohem Druck durch das Ventil strömende Medium und Druckspitzen nicht an die Führungshülse 19 oder Stange 6 gedrückt werden kann. Reibmomente zwischen dem Faltenbalg 17 und an deren Teile des Hubventils, welche die Standzeit des Hubventils einschränken, werden so zuverlässig verhindert. Die Stützelemente 23 sind aus Edelstahl gefertigt, so daß diese den Faltenbalg 17 auch bei höheren Temperaturen bei welchen der Kunststoff des Faltenbalges 17 seine Festigkeit verliert, versteift ist. Selbstverständlich sind hierfür auch andere Materialien ge­ eignet, welche ihre Festigkeit bei Temperaturen bis zu 150° bewahren.

Der Faltenbalg 17 ist im Bereich seiner Täler etwa fünfmal so dick ausgeführt wie im Bereich seiner Berge. Vorteilhaft führt dies einerseits zu einer weiteren Ver­ steifung des Faltenbalges 17 und bewirkt andererseits, daß die in diesem Bereich angebrachte Nut zur formschlüssigen Aufnahme der Vorsprünge 24 der Stützele­ mente 23, die Belastbarkeit des Faltenbalges 17 nicht einschränkt.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt A-A durch das in Fig. 1 gezeigte Hubventil. Die Schnittebene verläuft mittig durch ein als Ring ausgebildetes Stützelement 23 und das zugeordnete Faltental des Faltenbalges 17. Das als Ring ausgebildete Stützelement 23 weist drei Vorsprünge 24 auf. Diese Vorsprünge 24 werden durch Ausschneiden einer Zunge aus den Stützelementen 23 und Herausbiegen derselben gebildet. Die Vorsprünge 24 greifen formschlüssig in eine passende Ringnut des Faltenbalges 17 ein und pressen federnd gegen die Innenseite des Faltenbalges 17.

Dem Stutzen 41 des Gehäuses 1 ist eine konische Ringsitzfläche 26 angeformt. Von oben her ist in den Stutzen 41 ein Druckring 20 eingesetzt. Der Flansch 18 ist mit einem radial außen liegenden, abgewinkelten Ringabschnitt 21 zwischen der Ringsitzfläche 19 und dem Druckring 20 eingespannt. Der Ringabschnitt 21 ist eine Dichtlippe und dichtet die dritte Öffnung 7 des Gehäuses 1 nach oben hin ab.

Der Stellantrieb 8 umfaßt eine pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit, deren Zylinder durch das Gehäuse 9 des Stellantriebes 8 gebildet wird, und einen auf das Gehäuse 9 des Stellantriebes 8 aufgesetzten Steuerkopf. Im zylindrischen Gehäuse 9 des Stellantriebes 8 ist ein Kolben verschiebbar gelagert, welcher einseitig mit Druckluft beaufschlagbar ist. Zum Schließen des Hubventils treibt ei­ ne Wendelfeder den Kolben nach unten. Die Wendelfeder hält das Hubventil auch im Falle eines Stromausfalls oder Druckluftausfalls geschlossen. Zum Öff­ nen des Hubventils wird durch eine Anschlußbohrung Druckluft in den Zylinder eingeleitet, welche den Kolben gegen die Rückstellkraft der Wendelfeder anhebt. Eine Übertragung von Torsionskräften der Wendelfeder auf den Faltenbalg 17 wird durch zur Stange 6 parallele Führungsstangen (nicht gezeigt) verhindert.

Bezugszahlenliste

1

Gehäuse

2

Austrittsöffnung

3

Eintrittsöffnung

4

Sitzfläche

5

Verschlußteil

6

Stange

7

dritte Öffnung

8

Stellantrieb

9

Gehäuse

10

Sichtlaterne

11

Flansch

12

Flansch

13

Verschlußklammer

14

Verstärkungsteil

15

Gewindefortsatz

16

Mantel

17

Faltenbalg

18

Flansch

19

Führungshülse

20

Druckring

21

Ringabschnitt, Dichtlippe

22

Gleitlager

23

Stützelemente

24

Vorsprünge

25

Ringspalt

26

Ringsitzfläche

Claims (12)

1. Hubventil
mit einem Gehäuse (1) mit einer ersten Öffnung (3) und mit einer zweiten Öff­ nung (2) und mit einer zwischen der ersten Öffnung (3) und der zweiten Öff­ nung (2) angeordneten Sitzfläche (4), welche mit einem Verschlußteil (5) zu­ sammenwirkt, an welchem zu seiner Betätigung eine Stange (6) befestigt ist, welche durch eine der ersten Öffnung (3) gegenüberliegende dritte Öffnung (7) des Gehäuses (1) hindurchgeführt ist,
und mit einem Faltenbalg (17) oder Wellrohr, welcher bzw. welches von dem Verschlußteil (5) ausgeht, die Stange (6) umgibt, die dritte Öffnung (7) dicht verschließt und seine Berge und Täler zwischen dem Verschlußteil (5) und der dritten Öffnung (7) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (17) bzw. das Wellrohr zumin­ dest auf einem Teil seiner Länge, welcher an die dritte Öffnung (7) an­ schließt, auch im Bereich seiner Täler von sämtlichen Teilen des Hubventils, relativ er beweglich ist, beabstandet und mittels vom Faltenbalg (17) bzw. Wellrohr gehaltenen Stützelementen (23) im Bereich seiner Täler gegen Druck von außen gestützt ist.

2. Hubventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (17) bzw. das Wellrohr im Bereich sämtlicher Täler von sämtlichen Teilen des Hubventils, relativ zu welchen er beweglich ist, beabstandet und mittels vom Faltenbalg (17) bzw. Wellrohr gehaltenen Stützelementen (23) im Bereich seiner Täler gegen Druck von außen gestützt ist.

3. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Faltenbalg (17) bzw. das Wellrohr im Bereich seiner Täler wesentlich dicker als im Bereich seiner Berge, insbesondere mindestens drei­ mal dicker, ausgeführt ist.

4. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stützelemente (23) als Ringe ausgebildet sind.

5. Hubventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe einen axial verlaufenden Schlitz aufweisen.

6. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stützelemente (23) einen Wulst oder radial verlaufende Vor­ sprünge (24) aufweisen.

7. Hubventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (17) bzw. das Wellrohr Ausnehmungen zur Aufnahme der Vorsprünge (24) aufweist.

8. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stützelemente (23) formschlüssig mit dem Faltenbalg (17) ver­ bunden sind.

9. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stützelemente (23) einen durch Ausschneiden und Herausbie­ gen einer Zunge hergestellten Vorsprung (24) aufweisen.

10. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Stützelemente (23) jeweils beidseitig von der Mitte eines Ta­ les des Faltenbalges (17) bzw. des Wellrohres erstrecken.

11. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stützelemente (23) aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, sind.

12. Hubventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Faltenbalg (17) bzw. das Wellrohr aus Kunststoff ist.