-
Die Erfindung geht aus von einem Scheibenventil mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen wie es aus der
DE 74 00 403 U bekannt ist.
-
Derartige Scheibenventile sind bekannt und im Handel erhältlich. Sie weisen eine Dichtung auf, durch welche die an dem scheibenförmigen Schließteller des Ventils angebrachte Welle, die auch als Spindel bezeichnet wird, hindurchgeführt ist. Insbesondere für Anwendungen in der Getränkeindustrie ist wichtig, dass das Scheibenventil eine gute Dichtwirkung hat, sich gut reinigen und durch Temperatureinwirkung sterilisieren lässt sowie durch möglichst geringen Verschleiß lange Standzeiten erlaubt. Ferner sollte sich das Ventil leichtgängig Öffnen und Schließen lassen.
-
Um diese Anforderungen möglichst gut zu erfüllen ist es bekannt, Dichtringe aus PTFE kaschierten Elastomen zu verwenden. PTFE ist säurebeständig und hat den Vorteil einer glatten Oberfläche, die sich leicht reinigen lässt, abriebfest ist und zudem einen vorteilhaft niedrigen Reibungskoeffizienten hat. Ein Nachteil derartiger Dichtungen ist aber, dass sich bei höheren Temperaturen die PTFE Schicht von dem darunter liegenden Elastomer löst, so dass diese beim Öffnen und Schließen des Ventils von dem Schließteller gewalkt werden kann, was über einen mehr- oder weniger kurzen Zeitraum zu Schäden führt, die einen aufwendigen Austausch erforderlich machen.
-
Um diesem Problem zu begegnen ist es aus der
DE 100 57 719 A1 bekannt, bei einem Scheibenventil eine längs geteilte Dichtung, die massiv aus einem gefüllten PTFE ist, zu verwenden. Wegen ihrer Härte ist eine derartige Dichtung sehr verschleißfest und lässt sich zudem mit geringem Aufwand austauschen, da die Welle einfach zwischen die beiden Teilringe der Dichtung gelegt werden kann. Mit einer derartigen längs geteilten Dichtung handelt man sich aber zusätzliche Dichtprobleme ein.
-
Aus
DE 27 59 000 A1 ist ein Scheibenventil bekannt, bei dem der Schließteller eine Schulter aufweist, von der die Welle ausgeht und gegen die der Dichtring gepresst wird. Bei dem bekannten Ventil kann es jedoch zu einer Hinterwanderung des Dichtrings im Bereich der Welle kommen, so dass die Dichtwirkung für die Getränkeindustrie unzureichend ist.
-
Aus der
WO 83/04430 A1 ist ein Scheibenventil bekannt, bei dem ein Dichtring mit C-förmigem Querschnitt einen metallischen Spannring mit einem rechteckigen Querschnitt umgibt, so dass Seitenteile des Dichtrings zwischen dem Spannring und dem Gehäuse eingespannt sind.
-
Aus der
US 3420498 A ist ein ähnliches Scheibenventil mit einem U- oder C-förmigen Dichtring bekannt, der mit seinen Seitenteilen einen näherungsweise trapezförmigen Spannring umschließt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Scheibenventil zu schaffen, das mit einer verschleißarmen Dichtung eine gute Dichtwirkung erzielt.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Scheibenventil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die erfindungsgemäße Maßnahme, den Schließteller mit einer kugelförmig gerundeten Wulst zu versehen, gegen die der Dichtring gepresst ist, sorgt in dem kritischen Bereich der Wellendurchführung für eine verbesserte Abdichtung. Die Abdichtung erfolgt bei einem erfindungsgemäßen Scheibenventil nicht wie bei herkömmlichen Scheibenventilen durch Anpressen des Dichtrings gegen den Wellenschafft, sondern stattdessen durch Druck in radialer Richtung gegen die Wulst des Schließtellers. Überraschenderweise lassen sich auf diese Weise zwischen der Dichtung und dem Schließteller bzw. der Dichtung und der Welle auftretende Reibungskräfte im Vergleich zu bekannten Ventilen reduzieren und ein Walken des Dichtrings beim Öffnen und Schließen des Ventils weitgehend vermeiden. Bei einem erfindungsgemäßen Ventil lassen sich deshalb höhere Standzeiten erzielen und die zum Öffnen und Schließen des Ventils erforderliche Kraft reduzieren.
-
Diese Vorteile eines erfindungsgemäßen Ventils sind besonders ausgeprägt, wenn – was bevorzugt ist – der Dichtring mit einer Dichtfläche gegen die Wulst gepresst ist, die im unverpressten Zustand des Dichtrings kugelförmig gerundet ist. Reibungskräfte lassen sich minimieren, indem die Radien dieser beiden Kugelflächen übereinstimmend gewählt werden. Mit übereinstimmenden Radien sind in diesem Zusammenhang auch Radien gemeint, bei denen der Radius des Dichtrings etwas kleiner als der Radius des Schließtellers bzw. der Wulst des Schließtellers sind, da für eine gute Dichtwirkung ein Anpressen der Dichtung an den Schließteller und damit ein geringes Übermaß vorteilhaft ist.
-
Ist der Schließteller, wie bei Scheibenventilen üblich, an dem der Welle gegenüberliegenden Ende mit einem durch eine weitere Öffnung des Dichtrings hindurch ragenden Zapfen in dem Gehäuse gelagert, ist bevorzugt auch diese zweite Öffnung der Dichtung wie vorstehend beschrieben abgedichtet. In einem solchen Fall hat der Schließteller also eine erste Wulst, aus der die Welle herausragt und eine zweite Wulst, aus welcher der Zapfen herausragt.
-
Bevorzugt umschließt der Dichtring mit einem geöffneten Querschnitt einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stützkörper, der bei Verformung in radialer Richtung eine Rückstellkraft erzeugt. Der Stützkörper kann beispielsweise ein Elastomer sein oder eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Wendelfeder. Auf diese Weise lässt sich auch bei einem verschleißfesten und deshalb relativ harten Material, insbesondere gefülltem PTFE, für den Ventilsitz eine vorteilhafte Elastizität bewirken, die ein leichtgängiges Öffnen und Schließen ermöglicht. Da der Dichtring den Stützkörper mit einem zur Fuge hin geöffneten Querschnitt umschließt, tritt nur die verschleißfeste Oberfläche des Dichtrings mit dem Rand des Schließtellers in Kontakt.
-
Wird ein elastomerer Stützkörper verwendet, kann es sich um einen geschlossenen Ring handeln. Möglich ist es aber auch einen oder mehrere elastomere Stränge in Umfangsrichtung anzuordnen, beispielsweise zwei elastomere Schnüre zu verwenden, die sich jeweils etwa entlang der Hälfte des Umfangs erstrecken.
-
Damit der zum Öffnen und Schließen des Ventils erforderliche Kraftaufwand möglichst gering ist, hat der Dichtring in einem den Ventilsitz ausbildenden Bereich eine Stärke von bevorzugt weniger als 1,5 mm, insbesondere höchstens 1,0 mm. Bevorzugt hat der Schließteller einen sich zu seinem Rand hin verjüngenden Querschnitt, insbesondere einen am Rand gerundeten Querschnitt. Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, den Kraftaufwand zum Öffnen und Schließen zu reduzieren, da weniger Material verformt werden muss.
-
Geeignete, insbesondere mit mineralischen Füllstoffen oder mit Glaspartikeln gefüllte PTFE-Werkstoffe sind in der
EP 0 268 233 beschrieben, die hiermit Bestandteil der Offenbarung ist. In erfindungsgemäßen Scheibenventilen zeichnen sich solche gefüllten PTFE-Werkstoffe durch geringen Verschleiß, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe chemische Beständigkeit, geringes Kriechen und gute Reinigbarkeit aus. Für den Stützkörper können beispielsweise Elastomere verwendet werden, die bei Ventilen nach dem Stand der Technik für Dichtungen verwendet werden. Vorteilhafter Weise können die Elastomere für ein erfindungsgemäßes Scheibenventil aber ohne Rücksicht auf deren Abriebfestigkeit ausgewählt werden, da der elastomere Stützkörper durch den Dichtring vor Verschleiß geschützt ist, so dass die elastischen Eigenschaften des Stützkörpers optimiert werden können.
-
Erfindungsgemäße Scheibenventile eignen sich besonders zur Verwendung in der Lebensmittel-, Getränke-, pharmazeutischen und chemischen Industrie, wo es auf besondere Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Temperaturbeständigkeit ankommt.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche und einander entsprechende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen gekennzeichnet. Die im Folgenden beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination zum Gegenstand von Ansprüchen gemacht werden. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines Scheibenventils in einer längs geschnittenen Ansicht;
-
2 eine Detailansicht zu 1;
-
3 eine längs geschnittene Ansicht des Dichtrings mit darunter liegendem Stützkörper;
-
4 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer quer geschnittenen Ansicht;
-
5 eine Detailansicht zu 4;
-
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer längs geschnittenen Ansicht;
-
7 eine Detailansicht zu 6;
-
8 das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiels in einer quer geschnittenen Ansicht; und
-
9 eine Detailansicht zu 8.
-
Das in 1 in einer längs geschnittenen Schrägansicht gezeigte Scheibenventil 1 hat ein entlang einer Fuge geteiltes Gehäuse, das einen ersten Teil 2 mit einem Zufluss und einen zweiten Teil 3 mit einem Abfluss aufweist. Die beiden Gehäuseteile 2, 3 weisen fluchtende Bohrungen auf, durch die Schrauben zum Verbinden der beiden Gehäuseteile 2, 3 hindurchgeführt werden können.
-
Zum Öffnen oder Schließen des Ventils 1 wird ein scheibenförmiger Schließteller 4, der in 1 in seiner Offenstellung dargestellt ist, mittels einer durch das Gehäuse verlaufenden Welle 5 gedreht, die mit dem Schließteller 4 fest und dicht verbunden oder mit ihm in einem Stück gefertigt ist. Die Welle 5 verläuft dabei zwischen den beiden Gehäuseteilen 2, 3. Die Fuge zwischen den beiden Gehäuseteilen 2, 3 wird mittels eines Dichtrings 6 abgedichtet, der zwischen den Gehäuseteilen 2, 3 eingespannt ist. Der Dichtring 6 weist zwei gegenüberliegende Öffnungen auf, wobei durch eine der beiden Öffnungen die Welle 5 und durch die gegenüberliegende Öffnung ein mit dem Schließteller 4 verbundene Zapfen 15 hindurchgeführt ist. In der Schließstellung des Ventils 1 presst der Dichtring 6 gegen den Schließteller 4 und bildet so den Ventilsitz.
-
2 zeigt eine Detailansicht des in 1 in dem Kreis A enthaltenen Bereichs in der Schließstellung. In 2 ist zu erkennen, dass der Dichtring 6 einen zur Fuge hin geöffneten Querschnitt und zwei Seitenteile 6a aufweist, die jeweils zwischen einem Spannring 7 und dem Gehäuse 2, 3 verspannt sind. Der Spannring 7 ist aus Metall und aus zwei Hälften zusammengesetzt, die jeweils eine Öffnung für die Welle 5 bzw. den Zapfen 15 aufweisen, also jeweils kreissegmentförmige Teilringe sind. Der Spannring 7 weist an seiner Außenseite eine Stufe 7a auf, die einer hinterschnittenen Ausnehmung des Gehäuses 2, 3 gegenüberliegt, in welche das Seitenteil 6a des Dichtrings 6 hineinragt. Auf diese Weise wird der Dichtring 6 in radialer Richtung und in axialer Richtung eingespannt, wobei sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung jeweils ein metallischer Anschlag für eine präzise Positionierung sorgt. Zur Erhöhung der Klemmwirkung sind der Spannring 7 und die Ausnehmung des Gehäuseteils 2, 3 so bemessen, dass sich zwischen ihnen ein sich radial einwärts verjüngender Spalt ergibt, in dem die Seitenteile 6a des Dichtrings 6 verpresst sind.
-
Der sich radial einwärts verjüngende Spalt bewirkt, dass bei einem durch Abkühlen bewirkten Schrumpfen des Materials des Dichtrings 6 dessen Seitenteile 6a etwas aus dem Spalt gezogen werden, so dass sich eine verstärkte Anpressung im vorderen, verengten Gereicht des Spaltes ergibt. Bei einer durch Temperaturerhöhung bewirkten Ausdehnung des Materials ergibt sich ebenfalls eine verstärkte Anpressung. Auf diese Weise bleibt auch bei Temperaturwechseln von über 100 K eine gute Dichtwirkung erhalten, insbesondere bei sich radial auswärts verdickenden Seitenteilen 6a.
-
2 zeigt auch, dass der Dichtring 6 zwischen den Seitenteilen 6a nur eine geringe Stärke von weniger als 1,5 mm, insbesondere höchstens 1,0 mm hat. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dichtring 6 in dem Bereich zwischen den beiden Seitenteilen 6a, also auch in einem den Ventilsitz ausbildenden Bereich, nur 0,4 mm dick.
-
Zur Abdichtung im Bereich der Öffnung des Dichtrings 6, durch welche die Welle 5 hindurchgeführt ist, ist ein die Öffnung umgebender Randbereich 6b des Dichtrings 6 gegen eine Wulst 8 des Schließtellers 4 gepresst. Die Wulst 8 weist eine kugelförmig gerundete Oberfläche auf, gegen die der Dichtring 6 gepresst ist. Der Dichtring 6 ist mit einer Dichtfläche gegen die Wulst 8 gepresst, die im unverpressten Zustand des Dichtrings 6 kugelförmig gerundet ist. Die Radien der kugelförmig gerundeten Oberfläche der Wulst 8 und des Dichtrings 6 stimmen überein, so dass sich der Schließteller 4 leicht drehen lässt. Der Durchmesser der Wulst 8 beträgt dabei mehr als das 1,5-fache des Durchmessers der Welle 5, genauer gesagt das Doppelte, damit sich eine vorteilhaft große Dichtfläche zwischen Wulst 8 und Dichtring 6 ergibt.
-
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Dichtring 6 von einem Stützring 9 gegen die Wulst 8 gepresst, der von einer Feder 10 beaufschlagt ist. Bei der Feder 10 handelt es sich um eine metallische Wendelfeder, welche die Welle 5 umgibt. Der Stützring 9 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem harten und formstabilen Material, bevorzugt aus Metall hergestellt. Wie 2 zeigt, hat der Stützring 9 einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt mit einer Stirnfläche, die an die Wulstfläche angepasst ist, gegen welche der die Öffnung umgebende Randbereich des Dichtrings 6 gepresst wird, so dass sich eine große Andruckfläche mit einer guten Dichtwirkung ergibt.
-
3 zeigt einen Schnitt durch das Scheibenventil 1 in einem von den Öffnungen des Dichtrings 6 entfernten Bereich, in dem der Dichtring 6 von dem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Stützkörper 11, bei dem dargestellten Beispiel einem elastomeren Strang, unterstützt wird. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass der Dichtring 6 in seinem den Ventilsitz ausbildenden Bereich zwischen den beiden Seitenteilen 6a nur eine geringe Stärke hat. In 3 ist außerdem zu erkennen, dass der Dichtring 6 in dem den Ventilsitz ausbildenden Bereich konkav gerundet ist. Der den Ventilsitz ausbildende Bereich des Dichtrings 6 liegt geometrisch auf einer Kugelfläche, deren Radius mit dem Radius des Schließtellers 4 übereinstimmt.
-
3 zeigt auch, dass der Dichtring 6 auf dem Stützkörper 11 lediglich aufliegt, also mit diesem nicht stoffschlüssig verbunden ist. Der Dichtring 6 kann deshalb bei Bedarf unabhängig von dem Stützkörper 11 ausgetauscht werden
-
Der Schließteller 4 hat einen sich zu seinem Rand hin verjüngenden Querschnitt, genauer gesagt einen Querschnitt mit einem kugelförmig gerundeten Rand. Der Radius, mit dem der Querschnitt des Schließtellers 4 gerundet ist, stimmt ebenfalls mit dem Radius des Schließtellers 4 überein. Auf diese Weise ergibt sich ein flächiges Anpressen des Schließtellers 4 an den Dichtring 6 und somit eine gute Dichtwirkung.
-
4 zeigt das vorstehend beschriebene Scheibenventil in einer quer geschnittenen Ansicht entlang der Fuge zwischen den Gehäuseteilen 2, 3 mit dem Schließkörper 4 in der Schließstellung. Darin ist zu erkennen, dass der Dichtring 6 mit seinem zur Fuge hin geöffneten Querschnitt einen elastomeren Stützkörper 11 umschließt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der elastomere Stützkörper als ein Strang ausbildet, wobei sich jeweils ein Teilstrang in Umfangsrichtung über etwa die Hälfte des Umfangs erstreckt. Auf diese Weise bewirkt der Stützkörper 11, dass der Ventilsitz beim Schließen des Ventils 1 etwas von dem Schließkörper 4 zusammenpresst werden kann, so dass sich eine gute Dichtwirkung ergibt. Die Elastizität des elastomeren Stützkörpers 11 sorgt dabei in Kombination mit der reduzierten Stärke des Dichtrings im Bereich des Ventilsitzes dafür, dass sich das Ventil leichtgängig öffnen und schließen lässt.
-
In 5 ist eine Detailansicht des in 4 durch einen Kreis B kenntlich gemachten Bereichs dargestellt. Darin ist zu erkennen, dass sich der Stützkörper 11 bis unter die Wulst 8 erstreckt. Der Stützring 9 kann geteilt ausgeführt werden, so dass zwischen die beiden Hälften des Stützrings 9 jeweils die Enden des Stützkörpers 11 hineinragen können. Möglich ist es auch, den Stützring 9 mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Enden des Stützkörpers 11 zu versehen.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zapfen 15, welcher der Welle 5 gegenüberliegt, von dem Schließteller 4 abnehmbar. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass sich der Dichtring 6 leichter montieren lässt. Besonders günstig ist es, den Zapfen 15 mit dem Schließteller zu verschrauben. Der Schließteller 4 kann dafür im Bereich des Wulstes 8 mit einem Innengewinde versehen werden. Zusätzlich kann auch die Welle 5 von dem Schließteller abnehmbar ausgeführt werden, insbesondere ebenfalls mit dem Schließteller 4 im Bereich des Wulstes 8 verschraubt werden.
-
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schließtellers in einer längs geschnittenen Ansicht dargestellt. Das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur durch die Abdichtung im Bereich der gegenüberliegenden Öffnungen des Dichtrings 6.
-
7 zeigt eine Detailansicht des in 6 eingekreisten Bereichs C. In dem die Öffnung umgebenden Randbereich des Dichtrings 6 wird dieser von einem elastomeren O-Ring 16 gegen die Wulst 8 des Schließtellers 4 gepresst. Der O-Ring 16 ist dabei zwischen dem Spannring 7 und dem an der Wulst 8 anliegenden Bereich des Dichtrings 6 eingespannt. Der O-Ring 16 dabei einstückig mit dem Stützkörper 11 ausgeführt. Dies ist insbesondere in der quer geschnittenen Ansicht der 8 dieses Ausführungsbeispiels zu erkennen.
-
9 zeigt dabei eine Detailansicht des in 8 eingekreisten Bereichs D.
-
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Abdichtung im Bereich der gegenüberliegenden Öffnungen des Dichtrings 6 jeweils gleich ausgeführt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Scheibenventil
- 2
- Erster Gehäuseteil
- 3
- Zweiter Gehäuseteil
- 4
- Schließteller
- 5
- Welle
- 6
- Dichtring
- 6a
- Seitenteile
- 6b
- Randbereich
- 7
- Spannring
- 7a
- Stufe
- 8
- Wulst
- 9
- Stützring
- 10
- Feder
- 11
- Stützkörper
- 15
- Zapfen
- 16
- O-Ring
