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Werden bei Ventilen mit gegenüber dem Ventilsitz axial verschiebbarem
Schließkörper hohe Anforderungen an die Dichtheit des Schließkörpers gestellt, so
ist bei metallischen Sitzen eine derart hohe Genauigkeit und Oberflächengüte des
AbschIußorgans erforderlich, daß normale Herstellungsverfahren nicht genügen. Es
sind Ventilverschlußorgane bekannt, die diesen Mangel vermeiden, indem an Stelle
von zwei genau zueinander passenden Metallteilen ein Teil aus einem Material mit
großer Elastizität, z. B. Gummi oder Kunststoff, verwendet wird. Mit diesen Konstruktionen
ist es möglich, die üblichen: Herstel-, lungsverfahren beizubehalten, wobei die
verbleibenden Ungenauigkeiten durch das elastische Material ausgeglichen werden.
Die bekannten Ventile dieser Art haben aber den Nachteil, daß die verwendeten elastischen
Materialien mit einer großen Oberfläche dem mechanischen Angriff durch das strömende
Medium ausgesetzt sind. Dadurch können nur begrenzte Druckabfälle über das Dichtorgan
zugelassen werden, wenn eine hinreichende Lebensdauer erzielt werden soll. Vom Druckabfall,
d. h. von der Differenz zwischen Eintritts- und Austrittsdruck des Ventils, hängt
außerdem bekanntlich die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Ventil ab. Ferner
ist die Stärke der Umlenkung des strömenden Mediums im Bereich der Weichdichtung
für den Angriff auf dieses Material von Bedeutung. Neben der hierfür erforderlichen
mechanischen Festigkeit des Materials wird meistens eine gute chemische Beständigkeit
und Temperaturfestigkeit verlangt.
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Aus der USA.-Patentschrift 1686 849 ist ein Schließventil mit
einem axial verschiebbaren, mehrteiligen Schließkörper bekannt, dessen Schließfläche
kugelig konvex gewölbt ist und mit einer entsprechend kugelig-konkav ausgebildeten
Sitzfläche zusammenwirkt. Zwischen die beiden Teile des Schließkörpers ist ein nur
an der Sitzkante frei liegender, elastischer Dichtungsring mit ebenfalls gewölbter
Außenfläche eingelegt. Ein solcher Aufbau läßt sich bei Regelventilen deshalb nicht
anwenden, weil jegliche bleibende oder im Zuge des Schließvorganges sich ergebende
Formänderung des Dichtungsringes die Regelkennlinie beeinflussen würde. Bei einem
Regelventil wird aber gerade gefordert, daß die Hub-Durchfluß-Kennlinie im Betrieb
unverändert bleibt. Erst am Schluß des Regelvorganges soll die Weichdichtung für
einen leckdichten Abschluß der Durchflußöffnung sorgen.
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Aus der USA.-Patentschrift 2516825 ist ein Regelventil mit Weichdichtung
am Verschlußteil bekannt, bei dem zwischen dem Drosselansatz und der Weichdichtung
ein längerer, zylindrischer Teil des Schließkörpers angeordnet ist, der dazu führt,
daß das Ventil zwischen dem vollen Eintauchen des Drosselansatzes in den Ventilsitz
und dem Aufsetzen der Weichdichtung erst einen längeren Weg in Schließrichtung durchlaufen
muß. Der Dichtring umgibt hier das dem Drosselansatz abgewandte Ende des zylindrischen
Teils des Schließkörpers. Hier wird also die Forderung nach Nichtbeeinflussung der
Regelkennlinie durch die Weichdichtung durch eine Art Leerhub zwischen der Stellung
des Schließkörpers, in welcher der Durchfluß durch das Drosselorgan am stärksten
gedrosselt wird, und der eigentlichen Schließstellung erreicht. Für eine wirkungsvolle
Durchflußregelung wird jedoch gefordert, möglichst den gesamten Hub des Schließkörpers
für den Regelvorgang- auszunutzen.
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Zur Lösung dieser Aufgäbe- geht die Erfindung von einem Ventil mit
axial verschiebbarem, mehrteiligem Schließkörper und einem zwischen die Teile des
Schließkörpers eingelegten, nur an der Sitzkante frei liegenden Dichtungsring aus.
Die Erfindung besteht darin, daß der Schließkörper einen Regelkonus trägt und der
Dichtungsring am Ende des Regelkonus in einer in Achsrichtung offenen Ringnut des
mit der Ventilstange verbundenen Schließkörperteils liegt, mit dem der Regelkonus
in einer durch einen starren `Anschlag definierten Lage fest verbunden ist und die
Ringnut einschließlich des Dichtungsringes bis auf eine am Ende des Schließweges
auf den Ventilsitz aufsetzende, schmale Dichtfläche abdeckt.
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Da der Dichtring am Ende des Regelkonus angeordnet und allseitig weitgehend
abgedeckt ist, kann er die Regelkennlinie nicht beeinflussen. Durch das allseitige
Umschließen des Dichtungsringes wird verhindert, daß dieser beim Anpressen an den
Ventilsitz ausweichen kann. Gleichzeitig sorgt der Anschlag dafür, daß die Weichdichtung
nur bis zu einem bestimmten Maße verformt werden kann und deshalb nach Öffnen des
Ventils keine unzulässige Verformung zurückbleibt. Die Verformung tritt nur an der
Stelle auf, wo der Dichtabschluß verlangt wird. Die Pressung beim Schließen des
Ventils kann bis an die Elastizitätsgrenze des Dichtungsringes erfolgen und diese
bei manchen Materialien sogar etwas überschreiten. In Weiterbildung der Erfindung
wird deshalb als Weichdichtung ein Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen oder Polytrichlorfluoräthylen
mit Glasfasereinlage, verwendet. Diese Kunststoffe sind unter den Markennamen »Teflon«
bzw. »Hostaflon« auf dem Markt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Bewegung des Schließkörpers
in Schließrichtung und damit die Pressung des Dichtungsringes gegen den Ventilsitz
durch einen Anschlag begrenzt.
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Als Anschlag hierfür dient vorteilhaft ein den Dichtungsring am äußeren
Umfang abdeckender Wandteil des mit der Ventilstange verbundenen Schließkörperteils.
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Ist der Dichtring im Bereich der Sitzkante in bekannter Weise abgeschrägt,
so wird hierdurch nicht nur die dem strömenden Medium ausgesetzte Oberfläche verkleinert,
sondern auch eine Umlenkung im Bereich der Dichtzone soweit wie möglich vermieden.
Wenn auf diese Weise beide Berührungskanten eine schmale Dichtfase mit bestimmten
Winkeln von beispielsweise 30° oder 45° gegenüber der Schließkörperachse aufweisen,
erfolgt innerhalb des Spieles der Führung eine Zentrierung, so daß nur noch die
Ungenauigkeiten der sich berührenden Teile durch die Verformung des Weichdichtungsringes
aufgenommen werden müssen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert.
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Mit dem in bekannter Weise in den Durchlaß zwischen Zufluß- und Abflußkanal
eingeschraubten Sitzring 1 arbeitet ein von einer Ventilstange in Achsrichtung bewegter
Schließkörper zusammen, dessen Oberteil 2 zylindrisch ausgebildet ist und als Führung
dient, während der Unterteil 3 ein Ventilkegel mit bestimmter Regelcharakteristik
ist. Beide Teile sind durch eine Schraube 4 miteinander verbunden und
spannen
zwischen sich den Dichtungsring 5 ein. Dieser ist von den Teilen des Schließkörpers
2, 3 bis auf die Sitzkante 6 allseitig umschlossen. Durch Aufsitzen der Stirnfläche
7 des Ventilkegels 3 auf der umlaufenden Fläche 8 des zylindrischen
Teils 2 wird die Lage dieser beiden Teile zueinander und gleichzeitig die Pressung
des dazwischen eingespannten Dichtungsringes 5 genau festgelegt. Am äußeren
Umfang ist der Dichtungsring 5 von einem Wandteil 9 des Kolbens 2 umschlossen. Bei
geschlossenem Ventil sitzt im Extremfall die Stirnfläche 10 des Wandteils 9 auf
der Fläche 11 des Sitzringes 1 auf und begrenzt damit die Bewegung des Schließkörpers
2, 3 in Schließrichtung. Damit wird gleichzeitig die Pressung des Dichtungsringes
5 bei geschlossenem Ventil auf einen bestimmten Wert begrenzt. Die Abschrägung der
Sitzkante 6 des Dichtungsringes 5 und der Sitzkante 12 des Sitzringes bewirkt
eine gewisse Selbstzentrierung des Schließkörpers beim Schließen des Ventils und
sorgt außerdem dafür, daß im geschlossenen Zustand nicht nur eine Linienberührung,
sondern eine Flächenberührung zwischen den beiden Sitzkanten vorhanden ist. Hierdurch
wird die Dichtheit des Abschlusses erhöht und gleichzeitig die Beanspruchung der
Dichtflächen und deren Abrieb vermindert. Der Ventilkegel 3 ist mit Hilfe einer
in das Gewindeloch 13 eingeschraubten Schraube 4 am Kolben 2 befestigt. Zwischen
dem Schraubenkopf und dessen Auflagefläche im Kegel 3 ist eine Federscheibe 14 eingelegt.
Durch Lösen der Schraube 4 kann der Kegel 3 leicht gegen einen anderen mit einer
anderen Regelcharakteristik ausgetauscht werden.
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Ein wesentlicher fertigungstechnischer Vorteil liegt darin, daß trotz
der Verwendung einer Weichdichtung ein Standard-Sitzring verwendet und dadurch das
Ventil in einfacher Weise auf verschiedene Nennweiten und Durchflußmengen umstellbar
ist. Die beiden Schließkörperteile 2 und 3 sind durch ihre umlaufenden
Kanten 15 und 16 in radialer Richtung zentriert und durch ihre aufeinanderliegenden
Stirn-Flächen 8 und 7 in ihrer axialen Lage zueinander definiert.