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Spindelabsperrventil Die Erfindung betrifft ein Spindelabsperrventil,
insbesondere für Hochdrucksauerstoff, dessen den Durchflußkanal steuerndes Verschlußteil
über eine Metallgewindespindel axial hin- und herverschiebbar angeordnet ist, deren
Gewinde in einer im Gehäuse angeordneten Spindelmutter geführt ist.
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Bei Spindelabsperrventilen dieser Art ist zwischen den Flanken von
Gewindespindel und Muttergewinde, welche Teile üblicherweise aus unterschiedlichen
Metallen gefertigt sind, eine verhältnismäßig große Reibung vorhanden. Dies trifft
insbesondere für solche Ventile zu, für die absolute Fettfreiheit vorgeschrieben
ist, z. B. Ventile für Hochdrucksauerstoff. Diese hohe Reibung führt notwendigerweise
zu sehr großem Abrieb zwischen den auf einanderreibenden Gewindeflächen, so daß
solche Ventile oft auszuwechseln sind.
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Um die Reibung zwischen Gewindeflanken von ' Spindeln und Muttern
wesentlich zu verringern, ist es bereits bekannt, das Gewinde einer Spindelmutter
durch ein in diese eingesetztes Futter aus einem über gute Gleiteigenschaften verfügenden
Kunstharzpreßstoff zu bilden. Für hochbelastete Ventilspindeln mit großer Flächenpressung
sind solche Gewindemuttern jedoch nicht verwendbar.
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Es gehört aber bereits eine Spindelmutter mit Kunststoffgewinde zum
Stande der Technik, die auch stärkste Zugbeanspruchungen aufzunehmen vermag und
demgemäß zur Verwendung in Spindelabsperrventilen geeignet ist (s. Patentschrift
5972 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone
Deutschlands).
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Bei dieser bekannten Konstruktion verfügt die Spindelmutter über eine
mit einem als Trapezgewinde ausgebildeten Innengewinde ausgestattete Metallhülse,
in deren Innengewinde ein Kunststoffutter eingespritzt oder eingepreßt ist, das
am Innenumfang zur Aufnahme der Spindel ein Rund- oder Kordelgewinde besitzt. Abgesehen
von der im Hinblick auf die entstehenden Reibungsverhältnisse ungünstigen Gewindeausbildung
ist die Herstellung einer derartigen Spindelmutter umständlich und kompliziert und
verteuert demgemäß ein damit ausgestattetes Spindelabsperrventil beträchtlich.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verschleißarme,
eine verhältnismäßig geringe Reibung aufweisende Spindelführung für Spindelabsperrventile
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, ohne die Nachteile der bekannten, gute Gleiteigenschaften
aufweisenden Spindelmuttern in Kauf nehmen zu müssen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spindelmutter
in an sich bekannter Weise über ein Gewinde aus Kunststoff verfügt und daß das Muttergewinde
am Außendurchmesser eine Gangbreite hat, die wesentlich größer als die Gangbreite
des Spindelgewindes an dessen Kerndurchmesser ist. Diese Konstruktion gestattet
es, die Spindelmutter einteilig aus entsprechendem Kunststoff herzustellen, da die
erfindungsgemäß getroffene Ausbildung der Gangbreiten des Spindel- und Muttergewindes
ein Abscheren der Muttergewindegänge vermeidet. Die Gewindemutter läßt sich damit
im Spritzverfahren in einem Arbeitsgang schnell und billig herstellen, wobei man
vorteilhaft einen Kunststoff wählen wird, der über eine entsprechend günstige Festigkeit
verfügt und vorzugsweise schwer brennbar ist. Ein solcher Kunststoff bietet sich
beispielsweise in Fluortetraäthylen, der vorzugsweise mit einem Füllstoff, wie Bronzepulver,
versehen sein kann.
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Das Breitenverhältnis der Gewindegänge von Mutter und Spindel richtet
sich in der Hauptsache nach der Art des für die Spindelmutter verwendeten Kunststoffes
und nach der zu erwartenden maxianalen Flächenpressung an den Flanken der Gewinde.
Die Gangbreite am Außendurchmesser der Muttergewindegänge kann demgemäß entweder
unter einem Vielfachen oder weit mehr als ein Vielfaches bzw. ein Mehrfaches der
Gangbreite am Kerndurchmesser des Spindelgewindes betragen.
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Bei einer bevorzugten Konstruktion ist hierzu das Gewinde der Ventilspindel
in der Art des an sich bekannten Holzschraubengewindes ausgebildet. Des weiteren
ist mit Vorteil ein Flachgewinde verwendbar, bei dem die Steigung der Gewindegänge
an der Spindel wesentlich größer als deren Gangbreite am Kerndurchmesser der Spindel
ist.
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Um nun der betreffenden Bedienungsperson anzuzeigen, daß zwischen
den Gewindegängen von Gewindespindel
und Spindelmutter ein großes
Spiel vorhanden bzw. die Gewindeführung in starkem Maße ausgeleiert ist, kann gemäß
der Erfindung oberhalb der Kunststoffmutter noch eine mit Gewinde versehene Metallmutter
angebracht sein, deren Gewindegänge am Außendurchmesser der Mutter eine wesentlich
kleinere Gangbreite als die Gewindegänge der Kunststoffmutter aufweisen, so daß
also zwischen den Gewindegängen von Gewindespindel und Metallmutter ein entsprechend
großes Spiel vorhanden ist. Bei Abnutzung der Kunststoffmutter gelangen nun die
Gewindegänge der Gewindespindel allmählich und nach einer vorbestimmten Abnützung,
die entsprechend der Größe des gegenseitigen Spiel der Gewindegänge in der Metallmutter
festgelegt werden kann, zur Anlage an die den Gewindegängen gegenüberliegenden Flächen
der Metallmuttergewindegänge und auf Grund des sehr hohen Anpreßdruckes kommt zwischen
den Flächen der betreffenden Gewinde eine derartige Reibung zustande, daß die Gewinde
fressen und damit nach kurzer Zeit ein Verdrehen der Gewindespindel nicht mehr möglich
ist. Die damit zustande kommende blockierende Wirkung zwischen den Gewindeteilen
kann hierbei noch dadurch erhöht werden, daß nicht, wie bei derartigen Gewinden
üblich, ungleiche Metalle, sondern gleiche Metalle, wie beispielsweise Stahl oder
Messing für beide Teile verwendet werden.
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In der Zeichnung ist beispielsweise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spindelabsperrventiles für Hochdrucksauerstoffanlagen gezeigt.
Mit 10 ist ein Gehäuse bezeichnet, an dem an seiner oberen Seite ein ein Außengewinde
aufweisender Ringbund 12 angeformt ist. Koaxial zum Ringbund ist eine zylindrische
Führung 14 vorgesehen, in der ein mit 16 bezeichnetes Verschlußteil verschiebbar
geführt ist. Das untere Ende dieser zylindrischen Führung wird durch eine konzentrische
Innenringschulter 18 gebildet, welche in an sich bekannter Weise einen Ventilsitz
bildet, an dem in der Schließstellung des Verschlußteils 16 ein in demselben, beispielsweise
mittels einer Schraube 20 auswechselbar gehaltenes, plattenförmiges Abdichtstück
22 anliegt und die gewünschte Dichtung herbeiführt. Die Innenringschulter 18 bildet
zugleich die Mündung eines im Gehäuse 10 vorgesehenen, mit der zylindrischen Führung
14 fluchtenden Verbindungskanales 24, in dessen inneres, unteres Ende ein im Gehäuse
sich schräg von außen oben nach innen und unten erstreckender Hauptzuflußkanal26
mündet, der mit einer entsprechenden Hochdrucksauerstoffanlage in an sich bekannter
Weise in Verbindung steht. Gegenüber der Mündung des Hauptzuflußkanales 26 ist im
Verbindungskanal 24 in an sich bekannter Weise eine sogenannte Abfangglocke 28 vorgesehen.
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Ungefähr parallel zum Hauptzuflußkanal26 und vorzugsweise diesem gegenüberliegend
ist im Gehäuse 10 ein in die zylindrische Führung 14 mündender Austrittskanal 30
angeordnet, durch welchen bei geöffnetem Ventil der Sauerstoff ausströmen kann.
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An der dem Ventilsitz abgekehrten Stirnseite des als Kolben ausgebildeten
Verschlußteils ist eine mit 32 bezeichnete, zylindrische Betätigungsstange angeformt,
die in ihrer Länge so ausgelegt ist, daß sie in der Schließstellung des Verschlußteils
mit ihrem Endstück aus dem Ringbund 12 des Gehäuses herausragt. An dem aus dem Gehäuse
herausragenden Endstück ist in an sich bekannter Weise ein seitlich abgeflachtes
Kopfstück 34 angeformt, das zur drehsicheren Verbindung dieser Betätigungsstange
mit einer Gewindespindel 36 dient. Die Gewindespindel ist in einer Spindelmutter
38 drehbar angeordnet, die ihrerseits in einer auf dem Ringbund 12 des Gehäuses
aufgeschraubten Gewindemuffe 40 untergebracht ist. Aus der Zeichnung ist zu entnehmen,
daß die Betätigungsstange 32 druckdicht aus dem eigentlichen Gehäuse herausgeführt
-ist, und zu diesem Zweck weist der Ringbund 12 an seinem Innenumfang eine Ringschulter
42 auf, auf welcher ein Ringstück 44 aufliegt, das zur Abstützung einer Ringdichtung
46 einen sich senkrecht von dem Ringstück wegerstreckenden Ringbund45--aufweist.
Diese-Ringdichtung-liegt--sowohl am Umfang der Betätigungsstange als auch am Innenumfang
des Ringbundes 12 an. Mit Hilfe eines einen in den- Ringbund 12 eingreifenden, ringzylindrischen
Bund 48 aufweisendes und mit einem Flansch 50 auf der Strinseite des Ringbundes
12 aufliegenden Druckübertragungsstückes, dessen Flansch 50 mit einer Innenringschulter
52 der Gewindemuffe 40 zusammenwirkt, wird beim Aufschrauben der Ge= windemuffe
40 die Ringdichtung gegen das als Abstützglied dienende Ringstück 45 an das Gehäuse
angepreßt, so daß sich die Ringdichtung unter Druck sowohl am Umfang der Betätigungsstange
als auch am Innenumfang des Ringbundes 12- anschmiegt. Wie aus der Zeichnung zu
ersehen ist, greift das Kopfstück 34 in eine am inneren Ende der Gewindespindel
vorgesehene Ausnehmung 54 ein, und diese Ausnehmung ist von der Stirnseite .der
Gewindespindel. aus durch einen Schlitz 56 zugänglich, welcher von einem das Kopfstück
34 tragenden, einen entsprechend kleineren Durchmesser aufweisenden Teil 58 der
Betätigungsstange durchgriffen wird.
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Die Gewindespindel 36 durchgreift die Gewinde= muffe 40 und
trägt an -ihrem zugänglichen Endstück ein Handrad 60 zur Verstellung.
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Erfindungsgemäß ist die Gewindemutter 38 aus einem vorzugsweise schwer
brennbaren Kunststoff, wie beispielsweise Fluortetraäthylen gefertigt, wodurch bei
Verstellung der Gewindespindel, die zwischen den Gewindegängen der Gewindespindel
und der Kunststoffmutter wirksam werdende Reibung erheblich herabgesetzt wird, und
sich das Verdrehen der Gewindespindel entsprechend leicht durchführen läßt. Die
Anordnung der Kunststoffmutter 38 vermeidet auch einen sich auf die Dichtung der
Betätigungsstange 32 des Verschlußteils 16 zerstörend wirkenden.Metallabrieb, so
daß die Dichtung als solche lediglich die normale Abnützung erfährt und damit "eine
außerordentlich lange Lebensdauer hat.
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Dadurch, daß der erfindungsgemäß verwendete Kunststoff zur Herstellung
der Gewindemutter 38 im Vergleich zu der üblicherweise zur Verwendung kommenden
Metallgewindehülse eine wesentlich geringere Festigkeit aufweist, ist die Gewindeführung
der Kunststoffmutter in bezug auf die durch die Gewindespindel bewirkte Belastung
so ausgelegt, daß deren Gewindegänge -nicht abscheren. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß
die Gangbreite der Gewindegänge am Außendurchmesser der Kunststoffmutter wesentlich
größer als die Gangbreite des Spindelgewindes an dessen Kerndurchmesser.
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Um nun sicherzustellen, daß ein sich im Laufe der Zeit einstellendes
Spiel zwischen den Kunststoff- und Metallgewindegängen nicht zu einem Ausbrechen
der
Gewindegänge der Kunststoffmutter führt, ist erfindungsgemäß
Vorsorge getroffen, daß bei einem entsprechend großen Gewindespiel eine Betätigung
der Gewindespindel nicht mehr möglich ist und zu diesem Zweck ist neben, d. h. in
der Zeichnung oberhalb der Kunststoffgewindemutter in der Gewindemuffe 40 eine Gewindemutter
41 aus Metall untergebracht. Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß die Gangbreite
der Gewindegänge am Außendurchmesser der Mutter 41 wesentlich kleiner ist als die
entsprechende Gangbreite der Gewindegänge der Kunststoffgewindemutter und vorzugsweise
die gleiche Gangbreite wie die Gewindegänge am Kerndurchmesser der Gewindespindel
haben, so daß also zwischen den Gewindegängen von Spindel und Metallmutter ein entsprechend
großes Spiel vorhanden ist. Der Abstand a zwischen den Gewindeflanken der Spindel
und Metallmutter entsprechen hierbei dem höchstzulässigen Spiel zwischen den Gewindegängen
der Gewindespindel und der Kunststoffmutter, so daß also bei Erreichen dieses Spiels
die normalerweise im Abstand einander gegenüberliegenden Gewindeflanken des Spindel-
und Metallmuttergewindes nach einer vorbestimmten Abnützung aneinander zur Anlage
kommen. Auf Grund des sehr hohen Anpreßdruckes entsteht hierbei zwischen diesen
miteinander in Berührung kommenden Gewindeflanken eine solche Reibung, daß innerhalb
kurzer Zeit diese Gewinde fressen und damit die Gewindespindel blockiert wird. Eine
weitere Betätigung des Ventils wird somit unmöglich.