DE10161462A1 - Rückschlagventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil mit einem Ventilgehäuse (2), einem Ventilteller (18), der in dem Ventilgehäuse (2) in vertikaler Richtung zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung, in der Dichtungsflächen (19A, 19B) am Ventilteller (18) und Ventilsitz (20) dichtend in Anlage kommen, bewegbar ist. Das Rückschlagventil ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18), ausgehend von seiner Führungsfläche (21), unter Bildung einer geneigten Mantelfläche (18A) einen in Richtung des Ventilsitzes (20) kleiner werdenden Durchmesser besitzt und daß die Durchflußöffnungen (22) in dem Ventilteller (18) von der geneigten Mantelfläche (18A) ausgehen und in der von der Dichtungsfläche (19A) wegweisenden Richtung schräg aufeinanderzu laufen und gleichmäßig über den Umfang des Ventiltellers (18) verteilt angeordnet sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventilteller (18) für den Einsatz in einem solchen Rückschlagventil.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückschlagventil mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Durchflußkanal ausgebildet ist, der einen vertikalen Kanalschnitt mit einer zur Gehäuseunterseite weisenden Einlaßöffnung und einer zur Gehäuseoberseite weisenden Auslaßöffnung besitzt, und mit einer Sperreinrichtung zum Schließen des Durchflußkanals, die einen die Auslaßöffnung des vertikalen Kanalabschnitts umgebenden Ventilsitz und einen Ventilteller, der in dem Ventilgehäuse in vertikaler Richtung zwischen einer oberen Öffnungsstellung und einer unteren Schließstellung, in der Dichtungsflächen am Ventilteller und Ventilsitz dichtend in Anlagen kommen, bewegbar ist, aufweist.
• Rückschlagventile dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt und werden in Fluidleitungen eingebaut, um sicherzustellen, daß in der Leitung ein Fluid nur in einer Strömungsrichtung fließen kann. Die bekannten Rückschlagventile sind in der Regel so aufgebaut, daß der Ventilteller durch eine Rückstellfeder in seine Schließstellung gedrückt wird, so daß er im Betrieb automatisch seine Schließstellung einnimmt und nur dann öffnet, wenn der Druck in der Leitung ausreichend hoch ist.
• Die bekannten Rückschlagventile haben sich in der Praxis durchaus bewährt. Als problematisch wird jedoch zum Teil angesehen, daß die bekannten Ventile kompliziert im Aufbau sind und aufgrund der Vielzahl von Teilen nur bedingt für "sterile" Anwendungen geeignet sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rückschlagventil der eingangs genannten Art anzugeben, das einen einfachen Aufbau besitzt und ein höchstes Maß an Sterilität gewährleistet.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilteller über wenigstens eine an seinem Außenumfang vorgesehene Führungsfläche in dem Ventilgehäuse bewegbar geführt ist, allein durch die Schwerkraft in seine Schließstellung beaufschlagt wird, und radial außerhalb seiner Dichtfläche Durchflußöffnungen aufweist. Dadurch, daß der Ventilteller über seinen Außenumfang in dem Ventilgehäuse geführt ist, kann auf zusätzliche Führungsmittel vollständig verzichtet werden. Des weiteren wird der Ventilteller erfindungsgemäß allein durch Gravitation in seine Schließstellung gebracht, d. h. zusätzliche Rückstellmittel in Form von Rückstellfedern oder dergleichen, wie sie im Stand der Technik vorgesehen sind, fehlen ebenfalls. Im Ergebnis besitzt das erfindungsgemäße Rückschlagventil einen einfachen Aufbau mit einer geringstmöglichen Anzahl von Teilen und ist damit für den Einsatz in Umgebungen, wo es auf eine hohe Sterilität ankommt, gut geeignet.
• Wenn im Betrieb ein Fluid wie beispielsweise Wasser durch das Rückschlagventil strömt, wird der Ventilteller bei einem ausreichend hohen Eingangsdruck in vertikaler Richtung angehoben, so daß das Fluid durch die Durchflußöffnungen des Ventiltellers strömen kann. Mit zunehmendem Eingangsdruck wird auch der Durchfluß zunehmen, bis das Rückschlagventil komplett geöffnet ist. Während des Öffnungsprozesses verhalten sich der Druck und das Öffnen des Ventils nicht unbedingt proportional, sind aber stabil. Bei einer Reduzierung des Eingangsdrucks schließt das Rückschlagventil. Ein Rückströmen des Mediums wird damit vermieden.
• Die Höhe des Eingangsdrucks, bei welchem das erfindungsgemäße Rückschlagventil öffnet, hängt im wesentlichen von dem Gewicht des Ventiltellers und der herrschenden Gravitationskraft ab. Im Regelfall ist es erwünscht, daß schon bei geringen Eingangsdrücken von beispielsweise 0,02 bar das Ventil öffnen und Medium durchlassen wird.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Führungsfläche am oberen Randbereich des Ventiltellers ausgebildet wird. Die Führungsfläche kann dabei einen geschlossenen Führungsrand bilden. Dies ist aber nicht unbedingt notwendig. Beispielsweise ist es auch möglich, daß die Durchflußöffnungen zum Rand des Ventiltellers offen sind und damit die Führungsfläche durch die Durchflußöffnungen unterbrochen wird.
• Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform besitzt der Ventilteller ausgehend von seiner Führungsfläche unter Bildung einer geneigten Mantelfläche einen nach unten hin kleiner werdenden Durchmesser, d. h. er verjüngt sich in Richtung seiner Unterseite. Durch diese Maßnahme kann zum einen Gewicht eingespart werden, und zum anderen werden auch die Strömungsverhältnisse für das Fluid beim Öffnen des Ventils verbessert, da es leichter am Ventilteller vorbei zu den Durchflußöffnungen gelangen kann. Beispielsweise kann der Ventilteller ausgehend von seiner Führungsfläche nach unten hin konisch zulaufen, wobei dann der Winkel der konusförmigen Mantelfläche zur Horizontalen vorzugsweise etwa 45° beträgt. Alternativ kann die Mantelfläche aber auch gekrümmt ausgebildet sein, beispielsweise ausgehend von der Führungsfläche nach unten hin in konvexer Weise zulaufen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Durchflußöffnungen in dem Ventilteller von der geneigten Mantelfläche ausgehen und nach oben hin schräg aufeinanderzulaufen, wobei sie zweckmäßigerweise unter einem Winkel von 30 bis 60°, insbesondere von 45° zur Achse des Ventiltellers, geneigt sind. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahmen die Strömungseigenschaften des Rückschlagventils optimiert werden können.
• Die Durchflußöffnungen können prinzipiell in beliebiger Weise ausgebildet sein. Um eine möglichst gleichmäßige Kräfteverteilung zu erreichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Durchflußöffnungen gleichmäßig über den Umfang des Ventiltellers verteilt angeordnet sind. Dabei können die Durchflußöffnungen beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sein, die sich leicht herstellen lassen.
• Die Ventilteller und Ventilsitz können metallisch dichtend, d. h. als entsprechend glatte Metallflächen ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, daß eine der Dichtungsflächen an einem elastischen Dichtungsring, der beispielsweise in eine Ringnut an der Unterseite des Ventiltellers eingesetzt ist, gebildet wird. Der Dichtungsring kann beispielsweise aus Gummi mit einer Shore-Härte 80 bestehen.
• In weiterer Ausbildung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Dichtungsring sich zur Dichtfläche hin verjüngt. Insbesondere kann der Dichtungsring einen trapezförmigen Querschnitt besitzen, an dessen kurze Seite die Dichtfläche ausgebildet ist.
• Zur Gewährleistung einer hohen Sterilität sind der Ventilteller und/oder das Ventilgehäuse zweckmäßigerweise aus Edelstahl hergestellt, wobei die mit dem Fluid in Kontakt kommenden Flächen, insbesondere die Oberfläche des Ventiltellers, poliert, insbesondere elektropoliert sein können.
• Das Ventilgehäuse besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem Gehäuseunterteil mit dem vertikalen Kanalabschnitt und dem Ventilsitz und einem Gehäuseoberteil mit einer zur Unterseite hin offenen Durchflußkammer, in welcher der Ventilteller bewegbar geführt ist. Damit liegen der Ventilsitz und die Durchflußkammer gewissermaßen in der Trennebene des Ventilgehäuses und können leicht bearbeitet und montiert werden.
• In an sich bekannter Weise sind das Gehäuseunterteil und das Gehäuseoberteil miteinander lösbar verbunden und zueinander zentriert. Zur Herstellung der Verbindung können an den Gehäuseteilen in an sich bekannter Weise Verbindungsflansche mit zueinander korrespondierenden Durchgangsbohrungen für Verbindungsschrauben vorgesehen sein.
• Die Durchflußkammer besitzt naturgemäß einen deutlich größeren Durchmesser als der vertikale Kanalabschnitt, welcher durch den Ventilteller verschlossen wird, und auch ein sich an die Durchflußkammer nach oben hin anschließender Kanalabschnitt wird einen deutlich geringeren Durchmesser besitzen als die Durchflußkammer. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise der Übergangsbereich zwischen der Durchflußkammer und dem sich daran nach oben anschließenden Kanalabschnitt konisch zulaufend ausgebildet, wobei der Winkel des Übergangsbereichs zur Horizontalen 30 bis 60° betragen sollte.
• Im übrigen ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der Boden der Durchflußkammer ausgehend von der Wandung, an welcher der Ventilteller geführt ist, zum Ventilsitz hin mit einem Neigungswinkel von 1,5 bis 4°, insbesondere von 2° abfällt. Hierdurch wird sichergestellt, daß sich in dem Eckenbereich zwischen der Durchflußkammerwandung und dem Durchflußkammerboden keine Flüssigkeit ansammeln kann.
• Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils im Halblängsschnitt,
• Fig. 2 den Ausschnitt A aus Fig. 1,
• Fig. 3 im Längsschnitt einen alternativen Ventilteller für das Rückschlagventil aus Fig. 1 mit eingelegtem Dichtungsring,
• Fig. 4 den Ventilteller aus Fig. 3 in perspektivischer Darstellung und
• Fig. 5 den in den Ventilteller gemäß Fig. 3 eingelegten Dichtungsring im Querschnitt.
• In der Fig. 1 ist ein Rückschlagventil 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, das in der dargestellten Weise vertikal in die Rohrleitung beispielsweise eines WFI-Wasserssystems eingebaut werden kann. Das Rückschlagventil 1 besitzt ein Ventilgehäuse 2 aus Edelstahl, das im wesentlichen von einem Gehäuseunterteil 2a und einem Gehäuseoberteil 2b gebildet wird. Die beiden Gehäuseteile 2a, 2b sind miteinander verschraubt. Hierzu sind in an sich bekannter Weise an den Gehäuseteilen 2a, 2b Verbindungsflansche 3, 4 mit zueinander korrespondierenden Durchgangsbohrungen 6, 7 für die Verbindungsschrauben 5 vorgesehen.
• Die beiden Gehäuseteile 2a, 2b sind zentriert zueinander ausgerichtet. Hierzu ist an dem Gehäuseunterteil 2a ein nicht dargestellter Zentrierbund und an dem Gehäuseoberteil 2b eine entsprechende Zentrierausnehmung vorgesehen. Der Spalt zwischen den Gehäuseteilen 2a, 2b ist durch Dichtungsring 10 abgedichtet.
• In dem Ventilgehäuse 2 ist ein Durchflußkanal 11 ausgebildet, der sich in vertikaler Richtung zwischen einer Einlaßöffnung 13 an der Gehäuseunterseite und einer Auslaßöffnung 14 an der Gehäuseoberseite durch das Ventilgehäuse 2 erstreckt.
• Der Durchflußkanal 1 umfaßt einen im Gehäuseunterteil 2a vorgesehenen vertikalen Kanalabschnitt, der eine Durchflußkammer 15, die einen erheblich größeren Durchmesser als der erste Kanalabschnitt 12 besitzt und zwischen den Gehäuseteilen 2a, 2b ausgebildet ist, und im Anschluß an die Durchflußkammer 15 einen zweiten vertikalen Kanalabschnitt 16, wobei der Übergangsbereich 17 zwischen der Durchflußkammer 15 und dem zweiten Kanalabschnitt 16 unter einem 45°-Winkel abgeschrägt ist.
• In der Durchflußkammer 15 ist ein Ventilteller 18 aus Edelstahl vorgesehen, der in vertikaler Richtung zwischen einer oberen Öffnungsstellung und einer unteren Schließstellung, in welcher Dichtflächen 19A, 19A am Ventilteller 18 und einem Ventilsitz 20, welcher an der Oberseite des Gehäuseunterteils 2a vorgesehen ist und den Durchflußkanal 11 umgibt, dichtend in Anlage kommen, bewegbar ist.
• Zur Führung der Vertikalbewegung ist der obere Randbereich des Ventiltellers 18 als Führungsfläche 21 ausgebildet, die an der ebenfalls als Führungsfläche ausgebildeten Wandung der Durchflußkammer 15 anliegt.
• Ausgehend von der Führungsfläche 21 nimmt der Durchmesser des Ventiltellers 18 nach unten hin bis zum Bereich seiner Dichtungsfläche 19a kontinuierlich ab. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform läuft der Ventilteller 18 ausgehend von der Führungsfläche 21 nach unten hin konisch zu, wobei der Winkel der konusförmigen Mantelfläche 18A zur Horizontalen etwa 45° beträgt. Alternativ kann die Mantelfläche 18A aber auch gekrümmt sein, beispielsweise in der in Fig. 2 dargestellten Weise nach unten hin konvex zulaufen.
• Entlang seines Umfangs weist der Ventilteller 18 eine Vielzahl - hier 12 - Durchflußbohrungen 22 auf, die sich von der geneigten Mantelfläche 18A des Ventiltellers 18 zu dessen Oberseite erstrecken, wobei sie - wie insbesondere in Fig. 2 gut erkennbar ist, nach oben hin unter einem Winkel von 45° zur Horizontalen aufeinander zulaufen.
• In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dichtungsfläche 19A des Ventiltellers 18 an einem Dichtungsring 24 ausgebildet, der in eine Ringnut 23 an der Ventiltellerunterseite eingespritzt ist, so daß Hohlräume, in denen sich Flüssigkeit sammeln könnte, vermieden werden. Der Dichtungsring 24a besteht hier aus Gummi mit einer Shorehärte 80 und besitzt an seinem aus der Ringnut 24 herausragenden Teil einen trapezförmigen Ansatz, dessen kurze Seite die eigentliche Dichtfläche 19 Abildet. Die korrespondierende Dichtfläche 19B am Ventilsitz 20 ist metallisch.
• In Fig. 5 ist dargestellt, daß der Boden der Durchflußkammer 15 von der Kammerwandung ausgehend in Richtung des Ventilsitzes 20 unter einem Winkel von 2° abfällt. Hierdurch wird verhindert, daß sich im Betrieb Flüssigkeit in dem Eckbereich zwischen der Wandung und dem Boden sammeln kann.
• Im Betrieb ist das erfindungsgemäße Rückschlagventil 1 in der in Fig. 1 dargestellten vertikalen Lage in eine Rohrleitung eingebaut, so daß der Ventilteller 18 durch sein Eigengewicht auf dem Ventilsitz 20 aufliegt und damit den Durchflußkanal 11 verschließt. Wenn an der Einlaßöffnung 13 ein hinreichend hoher Eingangsdruck vorliegt, wird der Ventilteller 18 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage angehoben, so daß Fluid von dem Kanalabschnitt 12 in die Durchflußkammer 15 und durch die Durchflußbohrungen 22 zum zweiten Kanalabschnitt 16 strömen kann. Je größer, der Eingangsdruck wird, desto weiter hebt sich der Ventilteller 18 von dem Ventilsitz 20 ab, wobei die Vertikalbewegung durch den führenden Kontakt zwischen der Durchflußkammerwandung und der Führungsfläche 21 am oberen Randbereich des Ventiltellers 18 geführt wird. Nimmt der Eingangsdruck wieder ab, so senkt sich der Ventilteller 18 wieder ab, bis er auf dem Ventilsitz 20 zum Liegen kommt und den Durchflußkanal 11 wieder versperrt.

Claims (22)

1. Rückschlagventil mit einem Ventilgehäuse (2), in dem ein Durchflußkanal (11) ausgebildet ist, der einen vertikalen Kanalabschnitt (12) mit einer zur Gehäuseunterseite weisenden Einlaßöffnung (13) und einer zur Gehäuseoberseite weisenden Auslaßöffnung besitzt, und mit einer Sperreinrichtung zum Schließen des Durchflußkanals (11), die einen die Auslaßöffnung (14) des vertikalen Kanalabschnitts (12) umgebenden Ventilsitz (20) und einen Ventilteller (18), der in dem Ventilgehäuse (2) in vertikaler Richtung zwischen einer oberen Öffnungsstellung und einer unteren Schließstellung, in der Dichtungsflächen (19A, 19B) am Ventilteller (18) und Ventilsitz (20) dichtend in Anlage kommen, bewegbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18) über wenigstens eine an seinem Außenumfang vorgesehene Führungsfläche (21) in dem Ventilgehäuse (2) bewegbar geführt ist, allein durch die Schwerkraft in seine Schließstellung beaufschlagt wird, und radial außerhalb seiner Dichtungsfläche (19A) Durchflußöffnungen (22) aufweist.

2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (21) am oberen Randbereich des Ventiltellers (18) ausgebildet ist.

3. Rückschlagventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18) ausgehend von seiner Führungsfläche (21) unter Bildung einer geneigten Mantelfläche (18A) einen nach unten hin kleiner werdenden Durchmesser besitzt.

4. Rückschlagventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18) ausgehend von der Führungsfläche (21) nach unten hin konisch zuläuft.

5. Rückschlagventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der konusförmigen Mantelfläche (18A) zur Horizontalen etwa 45° beträgt.

6. Rückschlagventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18) ausgehend von seiner Führungsfläche (21) nach unten hin unter Bildung einer konvexen Mantelfläche (18A) zuläuft.

7. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (22) in dem Ventilteller (18) von der geneigten Mantelfläche (18A) ausgehen und nach oben hin schräg aufeinander zu laufen.

8. Rückschlagventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (22) unter einem Winkel von 30 bis 60°, insbesondere von 45° zur Achse des Ventiltellers (18) geneigt sind.

9. Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (22) gleichmäßig über den Umfang des Ventiltellers (18) verteilt angeordnet sind.

10. Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen (22) als Bohrungen ausgebildet sind.

11. Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Dichtungsflächen (19A) an einem elastischen Dichtungsring (24) ausgebildet ist.

12. Rückschlagventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18) an seiner Unterseite eine Ringnut (23) aufweist, in die der Dichtungsring (24) eingesetzt ist.

13. Rückschlagventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (24) aus Gummi mit einer Shore-Härte 80 besteht.

14. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (24) sich zur Dichtfläche (19A) hin verjüngt und insbesondere einen trapezförmigen Querschnitt besitzt, an dessen kurzer Seite die Dichtfläche (19A) ausgebildet ist.

15. Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (18) und/oder das Ventilgehäuse (2) aus Edelstahl besteht.

16. Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Ventiltellers (18) poliert, insbesondere elektropoliert ist.

17. Rückschlagventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (2) ein Gehäuseunterteil (2A) mit dem vertikalen Kanalabschnitt (12) und dem Ventilsitz (20) und ein Gehäuseoberteil (2B) mit einer zur Unterseite hin offenen Durchflußkammer (15), in welcher der Ventilteller (18) bewegbar geführt ist, aufweist.

18. Rückschlagventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseunterteil (2A) und das Gehäuseoberteil (2B) miteinander lösbar verbunden und zu einander zentriert sind.

19. Rückschlagventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseunterteil (2A) und das Gehäuseoberteil (2B) Verbindungsflansche mit zueinander korrespondierenden Durchgangsbohrungen (6, 7) aufweisen und miteinander verschraubt sind.

20. Rückschlagventil nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Durchflußkammer (15) nach oben hin ein Kanalabschnitt (16) mit einem geringeren Durchmesser anschließt und dazwischen ein konisch zulaufender Übergangsbereich (17) vorgesehen ist.

21. Rückschlagventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des Übergangsbereichs (17) zur Horizontalen 30 bis 60° beträgt.

22. Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Durchflußkammer (15) ausgehend von der Wandung, an welcher der Ventilteller (18) geführt ist, zum Ventilsitz (20) hin mit einem Neigungswinkel von 1,5 bis 4°, insbesondere von 2° abfällt.