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Absperr- und Regelventil mit kegelförmigem Tauchkolben Gegenstand
der Erfindung ist ein Absperr- und Regelventil mit einem kegelförmigen Tauchkolben,
der mit einer Ventilspindel mit axialem Spiel gekuppelt ist und bei offenem Ventil
an einem Anschlag der Ventilspindel aufliegt, wobei zwischen dem Tauchkolben und
einer Scheibe an der Spindel ein axial elastisch zusammenpreßbarer Dichtungsring
angeordnet ist, der in der Anschlaglage des Tauchkolbens bei offenem Ventil axial
vorgespannt ist.
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Bei bisherigen Absperr- und Regelventilen, insbesondere für sanitäre
Installationen, wurde auch für die Regelung heißer Medien meistens eine einfache
Hahnkonstruktion verwendet, bestehend aus einem zylindrischen oder konischen Ventilsitz
und einem in einer Fassung festgehaltenen Gegenstück aus Gummi. Diese Bauweise besitzt
beispielsweise bei Verwendung als Warmwasserregelventil den Nachteil, daß die mittels
des Ventils eingestellte Durchflußmenge nicht konstant bleibt, da der Durchströmquerschnitt
sich infolge Quellens des dem heißen Medium ausgesetzten Gummis nach Öffnen des
Ventils wieder verengt, so daß ein wiederholtes, lästiges Nachregulieren notwendig
wird, um einen konstanten Wasserstrahl von der gewünschten Temperatur zu erhalten.
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Es ist ein Absperrventil mit einem kegelförmigen Tauchkolben bekannt,
der mit der Ventilspindel mit axialem Spiel gekuppelt ist und bei offenem Ventil
an einem Anschlag der Ventilspindel aufliegt, wobei ein axial elastisch zusammenpreßbarer
Dichtungsring zwischen dem Tauchkolben und einer Scheibe an der Ventilspindel angeordnet
und durch ein an der Ventilspindel abgestütztes Tellerfederpaket in seiner Lage
zwischen Tauchkolben und Scheibe vorgespannt ist. Bei dieser Bauweise sind die die
Dichtfläche bildende Mantelfläche des Dichtungsringes und die anschließende Außenfläche
des Tauchkolbens als aneinandergrenzende Teile einer in Schließrichtung des Kolbens
zulaufenden Kegelmantelfläche ausgebildet und wirken mit einer ebenso kegelig geformten,
den Dichtsitz bildenden Gehäusebohrung zusammen. Der Zweck dieser Ausbildung besteht
darin, ein Absperrventil zu schaffen, das erst am Ende der Schließbewegung vollkommen
schließt, um zu vermeiden, insbesondere bei großen Nennwerten des Ventils oder hohen
Drücken des Arbeitsmediums, daß nach der anfänglichen Schließbewegung des Kolbens
große, die Weiterbewegung des Kolbens behindernde Widerstandskräfte auftreten. Mit
dieser Bauweise des Ventils wird jedoch der eingangs erwähnte Nachteil des Quellens
des Gummidichtungsringes durch heiße Medien nicht beseitigt, da der zwischen Tauchkolben
und Scheibe an der Ventilspindel angeordnete, konische Dichtungsring stets einen
größeren Durchmesser besitzt als die konische Mantelfläche des Tauchkolbens und
daher bei geöffnetem Ventil unter der Wirkung des heißen Mediums den Durchflußquerschnitt
des Ventils beeinflußt.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Absperr- und
Regelventil der eingangs erwähnten Bauweise zu schaffen, bei welchem der Durchflußquerschnitt
bei geöffnetem Ventil nicht vom Medium beeinflußt wird, sondern absolut konstant
bleibt, entsprechend dem eingestellten Zwischenraum zwischen der konischen Mantelfläche
des Tauchkolbens und dem konischen Dichtsitz des Ventils. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß der Dichtungsring im nicht eingebauten Zustand axial höher
ist als der Zwischenraum zwischen der Scheibe an der Ventilspindel und dem Auflager
des Tauchkolbens, wobei jedoch seine Dichtfläche bezüglich der Umhüllungsfläche
des Tauchkolbens zurücksteht.
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Durch diese besondere Formgebung des Dichtungsringes und durch geeignete
Wahl der Vorspannung des Ringes in der Anschlaglage des Tauchkolbens bei offenem
Ventil kann erreicht werden, daß auch bei geöffnetem Ventil der Dichtungsring unter
dem Einfluß heißer Medien nie so stark quillt, daß seine Dichtfläche über die Umhüllungsfläche
des Tauchkolbens hervorsteht. Der kegelförmige Tauchkolben wird unter allen Betriebsbedingungen
einen durch die Stellung der Ventilspindel genau definierten, von einem möglichen
Quellen des Materials des Dichtungsringes unbeeinflußten Durchströmquerschnitt freigeben.
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Beim Öffnen des Ventils bewegt sich zunächst die Ventilspindel um
das Spiel zwischen Spindel und Tauchkolben nach oben, wobei das Spiel aufgehoben
wird,
bevor der Dichtungsring vom Druck der Spindel ganz entlastet ist, so däß die im
Dichtungsring verbleibende Vorspannung den Tauchkolben gerade noch in Anschlaglage
hält. Durch Verminderung der Vorspannung hat sich der Dichtungsring axial verlängert,
jedoch unter Verminderung seines Durch- -messers, so daß seine Dichtfläche bezüglich
der Umhüllungsfläche des Tauchkolbens zurücksteht. Infolgedessen wird bei weiterer
Bewegung der Spindel in öffnungsrichtung der Durchströmquerschnitt nur noch von
der Größe des Zwischenraumes zwischen dem Tauchkolben und seiner konischen Sitzfläche
bestimmt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils ist
am Tauchkolbenschaft eine Eindrehung vorgesehen, durch deren axiale Länge das Spiel
zwischen Tauchkolben und Ventilspindel derart begrenzt ist, daß beim öffnen des
Ventils, wie schon erwähnt, der Tauchkolben kurz vor der vollkommenen Entlastung
des Dichtungsringes abhebt und im Dichtungsring somit eine geringe Vorspannung verbleibt.
Es wird dadurch verhindert, daß das Ventil beim Öffnen flattert und unerwünschte
Geräusche verursacht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupplung der Ventilspindel
mit dem Tauchkolben in an sich bekannter Weise- über eine durch den Kolben hindurch
in die Ventilspindel eingeschraubte Kopfschraube erfolgen, deren Kopf einen der
Mitnahme des Tauchkolbens dienenden Bund bildet, wobei am inneren Ende der als Sackloch
ausgebildeten, den Schraubenschaft aufnehmenden Bohrung der Ventilspindel eine Scheibe
angeordnet ist, gegen die das Ende des Schraubenschaftes anliegt und durch deren
unterschiedliche, wählbare Materialstärke das Spiel zwischen Ventilspindel und Tauchkolben
veränderbar eingestellt werden kann.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigt F i g.1 die beweglichen Teile und den Ventilsitz des erfindungsgemäßen
Tauchkolbenventils, F i g. 2 einen Schnitt längs der in F i g. 1 dargestellten Linie
1-I, F i g. 3 und 4 jeweils eine besondere Ausführungsform des Dichtringes, F i
g. 5 eine weitere, vereinfachte Ausführungsform des Tauchkolbenventils im senkrechten
Schnitt.
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Bei dem in F i g. 1 dargestellten Tauchkolbenventil nach der Erfindung
dichtet der einteilige elastische Dichtungsring 1, der auf dem Ventilkegel 2 angeordnet
ist, gegen den Ventilsitz 3 ab, dessen bevorzugte Neigung der Kegelmantelfläche
gegen die Bewegungsrichtung des Ventilkegels 12° bis 15° beträgt. Eine ringförmige
Scheibe 4 überträgt die Druckkraft der bei der Ventilbetätigung zu drehenden Ventilspindel
5 auf den Dichtungsring 1.
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Der Ventilkegel 2 ist mit einem Ventilschaft 6 verbunden bzw. verschraubt,
der sich innerhalb der den Schaft in Form einer Hülse umschließenden Ventilspindel
befindet. Der Ventilschaft 6 besitzt an seinem oberen Ende eine Eindrehung 7, in
die ein Bügel 8 eingreift, der an der Ventilspindel 5 mittels einer Einfräsung 9
befestigt ist.
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über den Bügel 8 ist der den Dichtungsring 1 tragende Ventilkegel
2 mit der Ventilspindel 5 mit einem bestimmten axialen Spiel a gekoppelt.
Dieses Spiel a
zwischen dem Bügel 8 und dem an die Eindrehung 7 nach oben
anschließenden Bund des Ventilschaftes ist so bemessen, daß es beim öffnen des Ventils
zu Null wird, vorzugsweise dann bevor der Dichtungsring von dem Druck der Ventilspindel
ganz entlastet ist, d. h., daß der im Dichtungsring verbleibende Druck den Ventilkegel
gerade noch geschlossen hält-.
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Der in Schließstellung zusammengepreßte, aus elastischem Material
bestehende Dichtungsring hat sich dabei in seine annähernde Ursprungsform zusammengezogen
und ermöglicht, wenn beim weiteren Hochdrehen der Ventilspindel 5 der Ventilkegel
vom Sitz abhebt und das Ventil öffnet, und zwar durch den Wasserdruck von unten
bzw. bei einem möglichen Verklemmen durch Mitnahme des Ventilschaftes über den am
Bügel 8 anliegenden Bund, daß der Ventilkegel sodann einen durch die Spindelstellung
genau definierten, von einem möglichen Quellen des Dichtungsmaterials durch heiße
Medien unbeeinflußten Durchströmquerschnitt freigibt.
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In F i g. 3 und 4 sind besondere Formgebungen des elastischen Dichtungsringes
dargestellt, die in Anpassung an die speziellen Verhältnisse, wie Art des durchströmenden
Mediums, Druck usw., verwendet werden sollen.
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Die dargestellten Ausbildungen des Dichtungsringes zielen auf ein
absolut sicheres Abdichten des zusammengepreßten Ringes, beispielsweise durch die
nach F i g. 3 abgeänderte, als Normale auf der Kegelmantellinie verlaufende untere
Begrenzungsfläche des Dichtungsringes oder durch die in F i g. 4 dargestellte Lippe,
die sich durch das Zusammenpressen am Sitz derart anlegt, daß sie auch durch mögliches
Leckwasser angepreßt bleibt, selbst wenn sich der Dichtungsring in Schließstellung
nach Ventilbetätigung infolge Abkühlung etwas zusammenziehen sollte.
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F i g. 5 zeigt eine durch Verwendung ausschließlicher Drehteile besonders
bevorzugte Ausführungsform. Der einteilige, elastische Dichtungsring 1, der auf
dem Ventilkegel 2 angeordnet ist, dichtet gegen den Ventilsitz 3 ab und wird mittels
einer ringförmigen Scheibe 4 von der Ventilspindel 5 in den Sitz gepreßt. In die
Ventilspindel 5 ist durch den Ventilkegel hindurchführend eine Zylinderkopfschraube
10 hineingedreht, deren mit Gewinde versehenes Ende gegen eine in der Sackbohrung
der Ventilspindel befindliche Scheibe 11 anliegt, durch deren Stärke das zwischen
Schraubenkopf und Ventilkegelunterseite vorhandene Spiel a bestimmt ist, welches
demnach durch Auswechseln dieser Distanzscheibe gegen eine anders dimensionierte
verändert werden kann.
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Dieses Spiel ist vorteilhaft so bemessen, daß es beim öffnen des Ventils
zu Null wird, bevor der Dichtungsring von dem Druck der Ventilspindel ganz entlastet
ist.