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Stößelbetätigtes Kugelventil Die Erfindung bezieht sich auf ein stößelbetätigtes,
federbelastetes Kugelventil mit einem die Ventilkugel in Schließstellung abdichtenden
Dichtungsring.
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Derartige Steuerventile sind bekannt und haben gegenüber Ventilen,
die mit einem harten Ventilsitz arbeiten, den Vorteil, daß eine einwandfreie Dichtung
in Schließstellung unabhängig von der exakten Bearbeitung des eigentlichen Ventilsitzes
gewährleistet ist.
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Insbesondere sind Ventile des erwähnten Typs bekannt, bei denen der
Dichtungsring den harten Ventilsitz am Ventilkörper derart umgibt, daß die Ventilkugel
bei überschreiten eines bestimmten hohen Schließdruckes unter entsprechender Kompression
des Dichtungsringes auf dem harten Ventilsitz zur Auflage kommt.
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Als stößelbetätigte Steuerventile sind diese bekannten Ventiltypen
jedoch ungeeignet, weil sich die Schließstellung der Ventilkugeln und damit des
Stößels als Funktion der Alterung der Dichtungspakkung ändert. Insbesondere kommt
es bei höheren Betriebsdrücken vor, daß sich die Dichtungspackung unter der Einwirkung
der erforderlichen hohen Anpreßkraft der das Kugelventil in die Schließstellung
drückenden Feder plastisch verformt, so daß der Stößel in der Ruhelage nach längerem
Betrieb weiter aus dem Gehäuse heraustritt als ursprünglich beim Einbau des Ventils
vorgesehen. Da die Ventilstößel ihrerseits im allgemeinen von Stellgliedern entsprechend
einem vorgegebenen Arbeitsablauf betätigt werden, kann eine Veränderung der Ruhestellung
des Stößels im Laufe des Betriebs zu Störungen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erläuterten Nachteile
bekannter Kugelventiltypen zu vermeiden und ein Ventil zu schaffen, bei dem einerseits
die Schließstellung der Ventilkugel und damit des Stößels unabhängig von einer etwaigen
Alterung des Dichtungsringes konstant bleibt und bei dem andererseits die Verformbarkeit
und damit die Beanspruchung des Dichtungsringes auf ein Minimum beschränkt ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich das stößelbetätigte und
federbelastete Kugelventil mit einem die Ventilkugel in Schließstellung abdichtenden
Dichtungsring dadurch, daß die Schließstellung der Ventilkugel durch Anlage gegen
einen ringförmigen harten Ventilsitz bestimmt ist und daß der erwähnte Dichtungsring
die Kugel in Schließstellung mit einer Ringfläche berührt, deren Durchmesser praktisch
dem Kugeldurchmesser entspricht.
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Vorzugsweise wird man den Dichtungsring in bezug auf die Ventilkugel
in ihrer Schließstellung derart anordnen, daß der Kugelmittelpunkt gegenüber der
Berührungsfläche zwischen Kugelumfang und Dichtungsring in Richtung auf den Stößel
etwas verschoben ist.
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Die obenerwähnte praktische Gleichheit der Durchmesser von Berührungsfläche
des Dichtungsringes und Kugel schließt einerseits den Fall ein, daß der Dichtungsring
die Kugel in ihrer Schließstellung genau in Höhe ihres Durchmessers umgibt, also
direkt längs des »Äquators« der Kugel verläuft, und andererseits den Fall, daß diese
Berührungsfläche einen Durchmesser hat, der um einige Prozent kleiner als der Kugeldurchmesser
ist. Im letzten Falle ist also der Dichtungsring in der Schließstellung des Ventils
etwas in Richtung auf die dem Stößel zugekehrte Halbfläche der Kugel verschoben,
wodurch, wie später noch näher erläutert wird, der zur Öffnung des Ventils erforderliche
Kugelhub verkleinert werden kann.
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Entsprechend dieser Anordnung des Dichtungsringes braucht der Durchmesser
des harten Ventilsitzes ebenfalls nur um einige Prozent kleiner als der Kugeldurchmesser
gemacht zu werden. Man erhält auf diese Weise eine bei bisher bekannten Ventilordnungen
nicht bekannte große lichte Weite der Ventilöffnung, bezogen auf den Kugeldurchmesser.
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Da der Dichtungsring zweckmäßigerweise unter leichter Deformation
in eine ringförmige Ausnehmung des Ventilkörpers eingesetzt wird, kann der Innendurchmesser
des entspannten Dichtungsringes genau so groß wie der Kugeldurchmesser gewählt werden,
da durch die leichte Deformation in der Arbeitslage der Bereich des Innenumfangs
des Ringes etwa radial nach innen herausgedrückt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Ventil und F i g. 2 a bis 2 c schematisch das Zusammenwirken von Ventilkugel und
Dichtungspackung.
Das in der Zeichnung dargestellte Ventil besteht
aus einem Körper 1 aus Messing, der etwa Kastenform hat. An einer Seitenwand sind
Anschlüsse für Leitungen 2 und 3 des zu steuernden hydraulischen Kreises
vorgesehen, und aus der Oberkante tritt das Ende 4 eines Betätigungsstößels
aus gehärtetem Stahl heraus. Der Schieber ist in seiner Längsrichtung verschiebbar
in einem Einsatz angeordnet, der aus zwei übereinander angeordneten zylindrischen
Teilen 5 und 6 besteht und in eine entsprechende Ausnehmung des Ventilkörpers 1
eingesetzt ist. Im Teil s ist ein horizontaler Kanal ? vorgesehen, der in einen
Kanal 8 im Ventilkörper 1 mündet. An den Kanal 8 ist die Leitung
2 angeschlossen. Senkrecht zum Kanal 7 ist in der Achse der beiden Einsätze
5 und 6 eine Führungsbohrung für den Betätigungsstößel n vorgesehen.
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Die Einsätze 5 und 6 werden im Ventilkörper 1 durch einen Seegerring
10 gehalten, der in eine entsprechende Nut im Ventilkörper 1 eingreift und
der von einem Kautschukring 11 abgedeckt ist. Die Abdichtung der Einsätze
erfolgt durch Ringdichtungspackungen 12 und 13, beispielsweise Packungen,
die unter dem Warenzeichen »Garn« vertrieben werden. Sie liegen in Ringnuten im
Dichtungseinsatz 5.
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Am unteren Ende mündet der senkrechte Führungskanal 9 in einen
Kanal 14 .im Ventilkörper 1,
der über einen Verbindungskanal
15 mit der Leitung 3 in Verbindung steht. In diesem Kanal 14 ist eine Ventilfeder
16 angeordnet, die eine Ventilkugel 17 auf den Einsatz 5 drückt. Die Kugel 17 stützt
sich dabei auf einer abgerundeten, ringförmigen Kante 18 am unteren Ende
des senkrechten Führungskanals 9 ab. In der dargestellten geschlossenen Stellung
des Ventils schmiegt sich an die Kugel 17
ein Dichtungspackungsring
19 an, der in einer ringförmigen Nut 20 in der .unteren Fläche des
Einsatzes 5 liegt, die den senkrechten Führungskanal 9
umgibt und einen
konischen Boden 21 aufweist, der so bemessen ist, daß die Höhe der Nut 20 im inneren
Teil kleiner ist als die Stärke des Dichtungsringes. Die Dichtungspackung wird dadurch
in diesem Bereich beim Zusammenbau des Ventils zusammengepreßt.
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In dem dargestellten geschlossenen Zustand des Ventils liegt der Dichtungsring
19 an der Ventilkugel 17 mit einer Ringfläche an, die ein kleines Stück oberhalb
des größten Durchmessers der Kugel liegt. Der Durchmesser dieser ringförmigen Berührungsfläche
weicht hier praktisch nicht vom Kugeldurchmesser ab. Wenn der Betätigungsstößel
4 verschoben wird, drückt er die Kugel 17 gegen die Wirkung der Feder
16 nach unten. Dabei entfernt sie sich von der sie stützenden Kante
18 und wandert außerdem aus der Dichtung 19 heraus. Wenn der Dichtungsring
die Kugel im geschlossenen Zustand des Ventils in der Mitte der Kugel umfaßt, was
bei der dargestellten Ausführungsform nicht der Fall ist, so würde sich der Durchmesser
der Berührungs-Ringfläche von Kugel und Dichtungsring zu Beginn des Kugelweges zunächst
unwesentlich ändern, so daß sich der Dichtungsring dank seiner Elastizität auch
weiterhin dicht an die Kugel anschmiegt. Erst nach Zurücklegen eines größeren Weges
wird der Durchmesser der Berührungs-Ringfläche schneller kleiner, so daß dann das
Ventil öffnet. Der erste Teil des Weges wäre also praktisch verloren, so daß sich
die oben erläuterte und in der Zeichnung dargestellte Anordnung der Berührungs-Ringfläche
oberhalb der Kugelmitte als zweckmäßig erweist, wenn es darauf ankommt, einen möglichst
kurzen Stößelhub zur Öffnung des Ventils zu erhalten.
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Diese Verhältnisse sind in F i g. 2 a bis 2 c veranschaulicht. In
F i g. 2 a umfaßt der Dichtungsring 19 die Ventilkugel 17 in der Mitte. Werden Ring
und Kugel um einen Weg W1 gegeneinander verschoben, so ändert sich der Durchmesser
der Berührungsfläche nur um einen relativ geringen Betrag, als Radiusdifferenz d6
veranschaulicht. Diese kleine Differenz kann ohne weiteres durch die Elastizität
des Dichtungsmaterials kompensiert werden, so daß das Ventil auch weiterhin im wesentlichen
geschlossen ist. Wenn der Stößelhub so groß geworden ist, daß Kugel und Ventil um
den zweimal so großen Weg W, gegeneinander verschoben sind, ändert sich der Durchmesser
der Berührungs-Ringfläche um einen deutlich größeren Betrag, wie sich ohne weiteres
aus der Radiusdifferenz d, ergibt.
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Daraus folgt, daß der dem Weg W1 entsprechende Stößelhub praktisch
nutzlos ist und nur der der Differenz W2- W1 entsprechende Teil des Gesamthubes
ausgenutzt wird. Wenn es also darauf ankommt, ein sicher schließendes Ventil zu
haben, und der Betätigungshub keine Rolle spielt, empfiehlt es sich, die Ringpackung
die Ventilkugel in der Mitte umfassen zu lassen; kommt es aber vor allem auf einen
kurzen Arbeitshub an, empfiehlt es sich, die Packung gegenüber der Kugel etwas in
Richtung auf den Stößel zu versetzen, wobei die genaue Größe der Versetzung einmal
von den Eigenschaften des Packungsmaterials und zum anderen von dem möglichen Betätigungshub
für eine bestimmte öffnungsdurchschnittsgröße abhängt.