DE1450512A1 - Hahnventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft korrosionsbeständige Hahnventile mit niedrigem Verstellmoment.

Hahnventile, die zur Steuerung von korrodierenden Flüssigsten oder Gasen verwendet werden sollen, werden berexts aus korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt, wie z. B. Kunststoffen der Epoxyharzgruppe oder der Gruppe der modxfi-_Zierten Epoxyharze, wie sie beispielsweise unter dem Waren-,eichen «Durcon« im Handel erhältlich .Ind. Andere korrosxonsbeständige Werkstoffe, die in gleicher Weise verwendet werden können, umfassen Glas und korrosionsbeständige Metalle oder Metalllegierungen, wie sie beispielsweise unter den Warenzeichen -Doroo-, »Durichlor», -Duri-t-20· und «Duriron» erhaltlich sind, wie auch Metalle, wie z. B. rostfreien Stahl, AIu_minium und Gußeisen, die zwar nicht die Korrosionsbeständigkext der davor genannten Metalle und Legierungen aufweisen, aber doch in bestimmten Anwendungsfällen in befriedigender Weise verwendbar sind. All diese Materialarten sind durch die Tat-. sache gekennzeichnet, daß sie im allgemeinen durch einen Gieß-

8ÖS811/(H2& ORiGINAL INSPECteO

— 2 —

oder Formvorgang hergestellt werden, wobei häufig eine nachfolgende spanabhebende Bearbeitung oder ein Schlexfvorgang erforderlich ist, um die Innenbohrung des Gehäuses fertigzustellen,, Glas und die oben genannten Metall-Legierungen "Duriron" und "Durichlor" sind von etwas spröder Natur, wodurch ein Bearbeitungsvorgang sehr schwierig gemacht"wird, und da die Fertigstellung im allgemeinen ein Schleifen der Oberflächen des Venti!gehäuses umfaßt, bringen diese Arbeitsgänge, insbesondere das Schleifen der Innenfläche des Ventilgehäuses mit verhältnismäßig engen Toleranzen, recht beträchtliche Herstellungskosten mit sich.

Als Versuch zur Vermeidung der mit den vorstehend angegetmen Werkstoffen verbundenen Schwierigkeiten ist eine zweite Gruppe von Ventilen entwickelt worden, bei denen im allgemeinen ein bearbeitbares Ventilgehäuse verwendet wird mit einer Auskleidung zwischen der Bohrung und dem Hahnkörper des Ventils. Für die Auskleidung in solchen Ventilen wird gewöhnlich ein korrosionsbeständiger Kunststoff mit niedrigem Reibungkoeffizient verwendet, wie z» B. die Gruppe der Polyäthylen-Kunststoffe oder ihrer Abkömmlinge, insbesondere Fluorkohlenstoffharze, wie sie unter den Warenzeichen "Teflon", "KeI-F" oder "F.EoP." erhältlich sind. Ventile dieser Art sind unter anderem in den USA-Patentschriften 2 713 987 _f 2 723 550, 2 729 420, 2 776" 104, 2 913 269, 2 96I 2i4 und 2 987 295 beschrieben', deren Inhaberin die Anmelderin ist.

Mit Auskleidungen versehene Ventile, wie sie z, B, in diesen Patentschriften beschrieben sind, arbeiten befriedigend, was die Korrosionsbeständigkeit betrifft; bei der Herstellung und Wartung derartiger Ventile müssen aber gewisse Schwierigkeiten überwunden werden. Beispielsweise muß die Auskleidung in der Bohrung so angebracht sein, daß sie sich nicht verdrehen kann, und sollte auch am besten allseits umschlossen gehalten werden, um die Auswirkungen des sogenannten Kaltfließens möglichst gering zu halten^ Exjji.Fließen oder auch eine Zerstörung der Auskleidung kann auch dann eintreten, wenn derartige,

. - ,_;■■■:. -.■■·'■;■ 8Ö38 11/CU 26 ■' . '

mit Auskleidungen versehene Ventile Temperaturschwankungen

ausgesetzt werden, d. h. wenn die Temperatur auf* einen horn

hen Wert ansteigt und sodann wieder absinkt 5/diesem Falle kann die Expansion und Kontraktion der Ventilauskleidung zu einem Undichtwerden des Ventils führen.

Bezüglich dieser Betrachtungspunkte befriedigende Ergebnisse sind erzielt worden durch einen Maßgebungsvorgang, bei dem die Auskleidung in die Bohrung des Ventils eingesetzt und dort in allseits umschlossenem Zustand gehalten wird, so daß das Kaltfließen oder ein Fließen des Werkstoffes infolge von TemperatürSchwankungen praktisch vollständig ausgeschaltet wird. Ein solcher Maßgebungsvorgang ist beispielsweise in der oben schon erwähnten USA-Patentschrift 2 961 beschrieben; es wird hierbei eine axial gerichtete Kraft angewandt, um die Auskleidung innerhalb der Ventilbohrung an Ort und Stelle zu bringen. Infolge des an der Oberfläche der Bohrung erzeugten Druckes muß hierbei das Ventilgehäuse dazu in der Lage sein, beträchtliche Drucke auszuhälten, und spröde Werkstoffe, wie z. B. Glas oder einige der weiter oben schon erwähnten Metall-Legierungen, können bei einer solchen Konstruktion nicht ohne weiteres verwendet werden. Ein ähnlicher Maß- oder Formgebungsvorgang ist erforderlich, wenn die Auskleidung ersetzt werden muß; hierdurch werden die Wartungskosten solcher Ventile erhöht.

Diese Ventile sind auch durch die Tatsache gekennzeichnet» daß ihre Bohrung und/oder Hahnkörper konisch ist, so daß eine nur geringfügige, in Längsrichtung wirkende Kraft auf den Hahiikferper beträchtliche Radialdrucke erzeugt, durch die eine Abdichtung zwischen dem Hahnkörper, der Auskleidung und der öehäusebohrung hervorgerufen wird und der dazu dient, die Auskleidung in der Bohrung festzuhalten und festzulegen. Im allgemeinen sind diese Ventile derart ausgebildet, daß die relative koiilzität der Bohrung und/oder des. Hähnkörpers In der Größenordnung von etwa 1 bis 5 auf einer Seite liegt, d. h. also im Bereich der sogenannten Morse-Konusse u. dgl.; wodurch

INSPECTED

8 Q S 8 1 1 / 6 4 2 6

-k -

eine Greifwirkung, die eine Verdrehung verhindert, hervorgerufen wird. Der niedrige Reibungskoeffizient der Auskleidung und die polierte Oberfläche des Hahnkörpers gestatten eine Relativbewegung des Hahnkörpers gegenüber der Auskleidung, und das zur Verdrehung des einen Teils gegenüber dem anderen erforderliche Drehmoment ist eine Funktion der Ventilgröße, der Berührungsfläche zwischen den beweglichen Teilen, und der Reibung zwischen ihnen, die abhängig ist von dem Radialdruck, der durch die auf den Hahnkörper ausgeübte Axialkraft erzeugt wird.

Bei ausgekleideten Ventilen oder bei solchen Ventilen, die Dichtungselemente nur im Bereich der Kanäle aufweisen, wie sie z. B, in der USA-Patentanmeldung der Anmelderia Nr. 217 884 vom 2Oo August 1962 beschrieben sind, reicht der Radialdruck aus, um sowohl das Diehtelement in dichtender Berührung mit der beweglichen Oberfläche, im allgemeinen des Hahnkörpers, zu halten, wie auch um das Diehtelement in unmittelbarer und dichter Berührung mit demjenigen Teil zu halten, gegenüber dem es ortsfest ist, also im allgemeinen gegenüber der Ventilgehäusebohrung. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß ein verhältnismäßig hoher Radialdruck erforderlich ist, um diese beiden Abdichtungen herbeizuführen, und die hiermit unbedingt verbundene Verriegelungsoder Klemmwirkung, die mit Konizitäten im Bereich der Morse-Konuswinkel auftritt, führt zu einem verhältnismäßig hohen Verstel!moment, insbesondere im Falle von Hahnventilen größerer Abmessungen, beispielsweise von zwei Zoll bis zwölf Zoll und höher. Ein etwas geringerer Radialdruck kann angewandt werden, wenn eine gegenüber der Flüssigkeit oder dem Gas dichte Abdichtung zwischen dem Dichtungselement und dem Bauteil, das diesem gegenüber beweglich ist, hervorgerufen werden soll, weil es notwendig sein kann, das Dichtungselement zusammenzupressen, um eine Dichtung zwischen ihm und dem Bauteil, gegenüber dem es unbeweglich ist, hervorzurufen»

Durch die Erfindung wird die Ausübung einer Axialkraft

aft 6 Ö'i 4 jf Λ / ^f
u y ο ι ι / u 4 ζ b

auf den Hahnkörper zwecks Erzeugung dnes Radialdrucks vorgeschlagen der an sich unzureichend ist, um eine gegenüber der Flüssigkeit oder dem Gas dichte Abdichtung zwischen dem Dientelement und der Oberfläche zu erzeugen, gegenüber der das Dichtelement feststehend ist, jedoch ausreichend ist, um eine Abdichtung zwischen dem Dichtelement und der ihm gegenüber beweglichen Oberfläche hervorzurufen. Die Dichtfläche zwischen der relativ feststehenden Oberfläche und dem Dichtelement wird durch ein korrosionsbeständiges und elastisch kompressibles Dichtmaterial erzeugt, das zwischen diese Flächen eingefügt ist, und infolgedessen braucht der Hahnkörper keinen Druck auszuüben, der ausreicht, um diese Dichtung hervorzurufen? hierdurch wird das Drehmoment zwischen den relativ zueinander beweglichen Teilen herabgesetzt. Beispielsweise kann ein mit Auskleidung versehenes Ventil von h Zoll und 6 Zoll infolgedessen ein Betätigungsmoment von 150 bis 180 Fuß/Pfund bzw. etwa 460 Fuß/Pfund aufweisen, während ein Ventil der gleichen Größe, jedoch mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung, nur noch ein Betätigungsmoment von 25 bis 30 Fuß/Pfund für ein k~Zoll-Ventil und 50 bis 60 Fuß/Pfund für ein 6-Zoll-Ventil benötigt.

Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten, korrosionsbeständigen Hahnventils mit verhältnismäßig geringem Betätigungsmoment, das verhältnismäßig einfach herzustellen und zu reparieren ist·

Das erfindungsgemäße korrosionsbeständige Hahnventil soll ferner zwischen den die Bohrung aufweisenden Teil und dem Hahnkörper ein Spiel aufweisen, und ein korrosionsbeständiges Dichtelement mit geringem Reibungskoeffizient soll feststehend gegenüber einem der beiden Teile und beweglich gegenüber dem anderen Teil angebracht sein, wobei der Hahnkörper des Ventils mit einer Kraft in die Bohrung hineingedrückt wird, die nicht ausreichend ist, um eine Abdichtung zwischen dem Dichtelement und der Oberfläche, gegenüber dem es feststehend ist, herbeizuführen, jedoch ausreichend, um

80901170426 ' ⁶ '

eine Abdichtung zwischen dem beweglichen Teil und. dem Dichtelement herbeizuführen, wodurch das Bötätigungsmoment herabgesetzt wird} die Abdichtung zwischen dem Dichtelement und dem demgegenüber feststehenden Bauteil soll durch ein kornpressibles, korrosionsbeständiges Dichtmittel hervorgerufen werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Hahnventils mit herabgesetztem Betätigungsmoment, bei dem der Hahnkörper des Ventils von unter gegenseitigem Abstand angeordneten, korrosionsbeständigen Elementen erfaßt wird, die einen verhältnismäßig geringen Reibungskoeffizienten gegenüber dem Hahnkörper aufweisen und die vollkommen umschlossen gehalten werden innerhalb der Bohrung des Ventils, um die Kaltfließauswirkungen so gering wie möglich zu halten, wobei zwischen diesen Elementen und der Bohrung ein korrosionsbeständiges Dichtmittel vorgesehen ist, um zwischen diesen Teilen eine Abdichtung hervorzurufen, und wobei der Hahnkörper in der Bohrung derart gehalten wird, daß er eine Radialkraft erzeugt, die ausreichend ist, um eine Abdichtung zwischen der Hahnkörperoberfläche und diesen Dichtelementen hervorzurufen. Dies soll in weiterer Ausbildung der Erfindung verwirklicht werden durch ein Paar von Fluorkohlenstoffharz-Kunststoff-Einsätzen, die in der Weise von einem Paar von Aussparungen in der Bohrung aufgenommen werden, daß der Hahnkörper des Ventils auf Abstand gegenüber der Bohrung gehalten wird, wodurch die spanabhebenden Bearbeitungsvorgänge sowie die Schleifvorgänge an demselben überflüssig gemacht werden} hierdurch wird eine Abdichtung erzeugt zwischen den Einsätzen und der Bohrung durch ein elastisch kompressibles Dichtungsmittel, während durch den durch den Hahnkörper ausgeübten Radialdruck eine Abdichtung zwischen dem Hahnkörper und den Einsätzen hervorgerufen wird, wodurch das Betätigungsdrehmoment des Hahnkörpers gegenüber dem Ventilgehäuse herabgesetzt wird,

80 981 1/(H 26

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Hahnventils mil; niedrigem Betätigungsdrehmoment und mit einem Dichtelement aus Fluorkohlenstoff-Werkstoff in der Bohrung und zwischen der Bohrung und dem Hahnkörper, bei dem das Dichtelement gegenüber der Bohrung feststeht und ihr gegenüber abgedichtet ist durch ein elastisch kompressibles Dichtungsmittel einschließlich eines Fluorkohlenstoffmaterials, wobei das Dichtelement gegenüber dem Ventilgehäuse abgedichtet wird durch den radialen Druck, der durch den Hahnkörper in einer konisch verlaufenden Bohrung erzeugt wird.

Ferner ist eine Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Hahnventils der beschriebenen Type mit einem Dichtelement in Form einer Auskleidung aus Polytetrafluoräthylen, die in der Bohrung, zwischen dieser und dem Hahnkörper, sitzt, und die gegenüber der Bohrung abgedichtet ist durch ein elastisch kompressibles Dichtungsmittel, in dem fein verteiltes PoIytetrafluoräthylenmaterial vorhanden ist, während die Abdichtung zwischen der Auskleidung und dem Hahnkörper erzeugt wird durch den Radialdruck des Hahnkörpers gegen diese Auskleidung, der aber unzureichend ist, um die Auskleidung gegenüber dem Gehäuse bei Fehlen des Dichtungsmittels abzudichten; hierdurch wird eine verhältnismäflg leichte Bewegung des Hahnkörpers gegenüber dar Auskleidung und somit eine Herabsetzung des Betätigangsdr ehm omen ts des Ventils erreicht.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich ais der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und aus den Patentansprüchen.

Fig. 1 zeigt teils einen Schnitt, teils eine Ansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten, verbesserten Hahnventils mit herabgesetztem Betätigungsmoment „ wobei der Hahnkörper in Offen-Steilung dargestellt ist.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und zeigt einen Teil eines Einsatzes in der Boh.-

809811/0426 -β--

rung des Ventils.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 bei Öffnungssteilung des Hahnkörpers, und diese Figur stellt die gegenseitige Anordnung des Hahnkörpers, der Einsätze, des Dichtungsmittels und der Bohrung dar.

Fig. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 3 den Hahnkörper in Schließstellung.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht, die die Einzelheiten zwischen dem Hahnkörper, dem Einsatz, dem Dichtungsmittel und dem Gehäuse eines Ventils gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 6 zeigt teils im Schnitt, teils in Ansicht, eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hahnventils mit herabgesetztem Betätigungsmoment, bei der das Dichtelement die Form einer hülsenförmdg en Auskleidung aufweist.

Fig. 7 ist teils ein Schnitt, teilweise eine Ansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Fig. 8 ist ein Teilschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 6.

Fig. 9 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines Teils des Ventils gemäßFig. 8.

Fig. 10 ist ein Teilschnitt eines Ventils gemäß der Erfindung, bei dem das Prinzip der abströmseitigen Drosselung verwirklicht ist.

Gemäß der Zeichnung, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungfaarsteilt, weist das in den Figuren 1 bis 5 gezeigte Ventil ein Ventilgehäuse 12 mit konischer Bohrung 15 auf, die quer durch das Gehäuse hindurch von der Oberseite zur Unterseite verläuft und vorzugsweise mit einem Konuswinkel von bis 5 auf einer Seite konisch ausgebildet ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Ausdruck "Bohrung" verwendet wird,

809811/0 42R . . " ⁹ ~

tun die Aussparung in dem Gehäuse zu bezeichnen; hierdurch, soll aber nicht unbedingt ausgesagt werden, daß diese Aussparung durch einen Bohrvorgang oder einen anderen spanabhebenden Vorgang erzeugt wird. Die Kanäle 1? und 18 stehen von gegenüberliegenden Selten des Ventilgehäuses her mit der Bohrung 15 in Verbindung, und an den äußeren Enden dieser Kanäle sind Flansche 20 zur üblichen Verbindung des Ventils mit Rohrlei- -feungen o. dgl. vorgesehen.

In der Bohrung 15 ist ein Hahnkörper 25 vorgesehen, der vorzügs-weise die gleiche Konizität wie die Gehäusebohrung aufweist, obgleich natürlich auch die Konuswinkel der Bohrung und des Hahnkörpers voneinander verschieden sein können; die Radialabmessung des Hahns ist nennenswert geringer als die Radialabmessung derBohrung, so daß zwischen dem Hahnkörper und der Bohrung ein kreisringförmiger Zwischenraum frei bleibt. Der Hahnkörper 25 hat einen Durchgangskanal 26, der mit den im Gehäuse vorgesehenen Kanälen 17 und 18 zum Fluchten gebracht werden kann.Das untere Ende des Ventilgehäuses 12 ist mit einer kreisförmigen Schulter 27 zum Aufsetzen einer Kappe 28 versehen, deren vorspringender Teil 29 von der mit einer Aussparung versehenen Schulter 27 aufgenommen wird. Zwischen dam vorspringenden Teil und der Schulter ist ein« Dichtmembran 30 vorgesehen, die amGehäuse 12 mittels mehrerer Schrauben 31 in der üblichen Weise befestigt ist.

Von dem kleineren Ende des Hahnkörpers 25 geht ein Schaft 33 aus, der durch einen Stopfbuchsenring 3^- hindurch nach außen verläuft, der in ähnlicher Feise wie die Kappe 28 an dem Gehäuse 12 befestigt ist, und am äußeren Ende des Schafts 33 sind beiderseits Flachflächen 35 vorgesehen, um in der üblichen Art und ¥eise ein Betätigungswerkzeug ansetzen zu können. Der Stopfbuchsenring 3h trägt einen Dichtungsring36, einen Anpreßring 37 und eine Stopfbuchsenbrille 38, und letztere weist eine Schulter 39 auf, die an den Flachflachen 35 an dem Schaft 33 zur Anlage kommen können, um die Drehbewegung des

- 10 -

809811/0426

-ίο - t4 5 0 51 2

Hahnkörpers 25 auf 90 zu begrenzen, wodurch, die Öffnungsund die Schließ-Stellung des Ventils festgelegt werden. Der Ring 3k bewirkt außerdem im Zusammenwirken mit einer Dichtung kO eine Abdichtung des oberen Endes des Gehäuses 12«

Wie beispielsweise in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, sind in der Ventilbohrung Aussparungen k5 und 50 vorgesehen» die die Hahnkanäle 17 bzw. 18 umgeben und in der Gehäusebohrung Taschen bilden, deren Radialabmessungen größer sind als die Radialabmessungen der nicht mit Aussparungen versehenen Bereiche 51 und 52. Jede der Taschen oder Aussparungen weist eine Expansionskammer 53 auf,„die vorzugsweise mit jeder der Taschen in Verbindung steht, und eine zugehörige, radial verlaufende Umfangswand 5^» deren Wirkung weiter unten noch näher zu beschreiben^ ein wird. In jeder Aussparung sitzt ein Kunststoff-Einsatz 55 niit" einem Kanal 56» der mit dem Gehäusekanal fluchtet, so daß Flüssigkeit oder Gas durch das Ventil hindurchfließen kann, wenn der Hahnkörper sich in der dargestellten Öffnungslage befindet. '

Jeder der Einsätze 55 ha·* eine innen liegende Dichtfläche 57 j die an einem Teil der Außenfläche des Hahnkörpers anliegt und die den Hahnkörper-Durchgangskanal umgibt, wenn sich der Hahnkörper in Offen-Stellung befindet. Diese Einsätze sind gegenüber dem Hahnkörper-Durchgangskanal derart di- ■ mensioniert, daß bei Verdrehung des Hahnkörpers in die Schließlage gemäß Fig. k eine ausreichende Materialmenge vorhanden ist, die an der Oberfläche des Hahnkörpers zwischen dessen Durchgangskanalaündungen dichtend anliegt. Die Dicke der Dichtelemente oder Einsätze 55 ist größer als der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Hahnkörper und der Bohrung, wie sich dies aus Fig. 5 deutlich ergibt, da die Radialabmessung von der Mitte der Bohrung zur inneren Dichtfläche 57 des Einsatzes 55 geringer ist^als das Radialmaß der Außenfläche desselben. In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck "Dicke" zur Identifizierung der Differenz dieser Rädialabmessungen benutzt.

809011/0426

Die Aussparungen k5 und 50 sind nur entlang eines Teils des Umfange der Bohrung 15 und nur entlang eines Teils der Hittellinie der Bohrung vorgesehen, wie die Pig. 1und 2 zeigen, und die Oberfläche des Einsatzes ist derart koordiniert und in Bezug gesetzt, daß sie eine Minimalfläche des Außenumfangs des Hahnkörpers berührt, so daß ein verhältnismäßig geringes Betätigungs-Drehmoment gewährleistet wird, während aber gleichzeitig eine wirksame Abdichtung zwischen den Hahnkörper-Durchgangskanalmündungen und um diese herum erzeugt wird. Vie dargestellt, berührt der Einsatz die Oberfläche des Hahnkörpers nur entlang eines Teils des Umfangs und entlang eines Teils der Längserstreckung desselben. Außerdem ist die Dicke der Einsätze vorzugsweise derart gewählt, daß der Hahnkörper in Abstand von den nicht mit Aussparungen versehenen Abschnitten derBohrung gehalten wird, so daß jegliche spanabhebende Bearbeitung oder Schleifbearbeitung der Bohrungsfläfche überflüssig gemacht wird, worauf weiter unten auch noch näher eingegangen werden soll.

Auf das größere Ende des Hahnkörpers wird an der Unterseite des Ventils über die Membran 30 ein einstellbarer Druck ausgeübt über ein Druckelement 60 und eine Druckschraube 6i, die in die Kappe 28 eingeschraubt ist. Eine Verriegelungsmutter 62 dient zur Verriegelung der Schraube 61, nachdem die richtige Axialkraft auf den Hahnkörper eingestellt worden ist. Die Ausübung einer Axialkraft auf den Hahnkörper bewirkt die Erzeugung eines Kraftvektors, der von der Mittellinie des Hahnkörpers aus radial nach außen gerichtet ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Dichtmittel 65t ⁱⁿ dem in der Zeichnung gepunktet dargestellten Bereich, zwiahen dem Einsatz und demjenigen Bauelement vorgesehen, gegenüber dem , der Einsatz feststehend ist, vorzugsweise also gegenüber der Bohrung. Ein Dichtmittel, das sich als brauchbar erwiesen hat, besteht aus einer Mischung aus fein verteiltem PolytetrafIuoräthylen und einem Oberflächenbehandlungs- oder Benetzungsmittel, wie z. B. Isooctyl-Phenylpolyäthoxy-Äthanol, wobei jeder der

δ o 9 δ 11 /oun

Bestandteile in einer Menge vorhanden ist, die ausreichend ist, um eine pastöse Mischung zu erzeugen. Bei Aufbringung auf die feststehende Oberfläche trocknet diese Mischung und bildet eine Schicht aus thermisch und chemisch stabilem, elastisch kompressiblem und einen niedrigen Reibungskoeffizient aufweisenden Material zwischen dem Einsatz und der Bohrung als Abdichtung zwischen diesen Teilen.

Andere, ebenfalls verwendbare Werkstoffe, enthalten korrosionsbeständige Bestandteile, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen, fluorisierte Elastomere u. dgl., vorzugsweise in feinverteilter und in einem Material suspendierter Form, das ein Anhaften des korrosionsbeständigen Werkstoffes an einer Glas- oder Metall-Oberfläche ermöglicht.

Die Aussparungen, in denen das Dichtungsmittel 65 angebracht wird, haben eine solche Formgebung, daß bei Aufbringung der Axialkraft der Einsatz sich nicht in radialer Richtung bewegt, und zwar infolge der radial verlaufenden Umfangswand 5.4·» die auch eine Axialbewegung in Richtung auf das kleinere Ende der Ventilbohrung verhindert. Eine Axialbewegung der Einsätze in der anderen Richtung, d„ h. also in Richtung auf das größere Ende des Hahnkörpers, wird verhindert durch den vorspringenden Teil 2"9 der Kappe 28, die mit der Membran 30 zusammenarbeitet, um die Einsätze genau axial fluchtend mit der Bohrung, und innerhalb jeder Tasche allseitig umschlossen, zu halten.

: Die Einsätze 55 können aus einem korrosionsbeständigen und chemisch verhältnismäßig inerten Kunststoffmaterial hergestellt werden, das gegenüber der Oberfläche des Hahnkörpers eine Oberfläche mit verhältnismäßig geringer Reibung zu bieten in der Lage ist. Befriedigende Ergebnisse sind gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt worden mit Polyäthylen-Kunstharzen oder Derivaten hiervon, wie z. B. die bereits erwähnten Flüorkohienstoff-Harze. Im Falle der Verwendung von Polytetrafluoräthylen sind überaus befriedigende Ergebnisse erzielt und die

— 13 -

8 0 9 8 11/0426

in Verbindung mit dem Kaltfließen auftretenden Schwierigkeiten vermieden worden, dadurch, daß sämtliche Einsätze in dem Ventil allseitig umschlossen gehalten worden.

Die durch die Erfindung gewährleisteten Vorteile ergeben sich insbesondere aus der im folgenden zu beschreibenden Herstellung und Zusammensetzung der Ventilteile. Das Ventilgehäuse kann durch einen Guß-' oder Formvorgang erzeugt werden in der Weise, daß es die Gehäusekanäle umgebende und eine radial verlaufende Umfangswand aufweisende Aussparungen aufweist, und außerdem natürlich, wie bereits beschrieben, einen Einlaß- und einen Auslaßkanal. Für das Ventilgehäuse sollen vorzugsweise die bereits weiter oben erwähnten korrosionsbeständigen ¥erkstoffe verwendet werden. Ein sehr wichtiger Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß für das Ventilgehäuse verhältnismäßig spröde Legierungen oder sonstige ¥erkstoffe verwendet werden können, da ja die Notwendigkeit einer spanabhebenden oder schleifenden Bearbeitung ausgeschaltet wird, die anderenfalls notwendig sein könnte, um eine verhältnismäßig glatte Bohrung zur Aufnahme einer Auskleidung zu erzeugen.

Nach der Herstellung des Ventilgehäuses wird das Dichtmittel auf diejenigen Teile dieses Gehäuses aufgebracht, die die Taschen bilden, und das Dichtmittel kann durch Bürsten u. dgl. aufgebracht werden und so weit ausgetrocknet werden, bis es vollkommen trocken oder aber klebrig geworden ist. Je nach den Erfordernissen können ein oder mehrere Überzüge aus dem Dichtmittel aufgebracht werden, und im Falle von "grob gegossenen" Gehäusen wird bevorzugt, einen Überzug in der Grössenordnung von 2 bis 30 Tausendstel Zoll Dicke aufzubringen, um genügend Material vorzusehen, das, falls erforderlich, anschließend an andere Stellen bewegt werden kann, um den gesamten Raum zwischen der feststehenden Oberfläche und der dazu passenden Oberfläche des Dichtungselements auszufüllen.

Der Einsatzrohling kann von Hand ausreichend verformt werden, damit er sich der Formgebung der Aussparungen im we-

609811/042G

sentlichen anpaßt. Anschließend wird der Einsatzrohling in die Aussparung gegen das Dichtungsmittel und gegen einen in die Bohrung eingesetzten Hahnkörper eingebracht. Wie bereits' erwähnt, ist der Hahnkörper gegenüber der Bohrung derart dimensioniert, daß zwischen dem Hahnkörper und der Bohrung ein ringförmiger Zwischenraum frei bleibt, und die Einsätze sind gegenüber dem Ventilgehäuse und dem Hahnkörper derart dimensioniert, daß ihre Dicke größer ist als die Abmessung des ringförmigen Zwischenraums, so daß also der Hahnkörper außer Berührung mit den nicht mit Aussparungen versehenen Bereichen der Bohrung gehalten wird. Auf diese ¥eise wird eine spanabhebende Bearbeitung oder ein Sohleifvorgang, im Falle der spröderen Materialien, überflüssig gemacht, weil die Bohrungsfläche des Gehäuses und der Hahnkörper nicht in gegenseitige Berührung gelangen.

Nachdem der Hahnkörper sich an Ort und Stelle befindet, können die verbleibenden Zusatzteile an dem Ventilgehäuse befestigt werden, einschließlich der Stopfbuchseneinheit und der zugehörigen Stopfbuchse, wie auch die untere Kappe und die Druckelemente,. Das Druckelement 60 wird dann derart eingestellt, daß es auf den Hahnkörper eine Axialkraft ausübt, die zu einer auf die Einsätze ausgeübten Radialkraft führt, die ein richtiges Einlegen der Einsätze in die zugehörigen Aussparungen und gegen das Dichtmittel und somit eine Abdichtung zwischen jedem Einsatz und dem Hahnkörper bewirkt,, Nach diesem Arbeitsgang wird der Durchgangskanal .56 durch jeden der Einsätze hindurchgeschnitten, um eine Verbinduqpmöglichkeit zwischen dem Hahnkörper-Durchgangskanal und jedem der Gehäusekanäle zu ermöglichenο

Zu den durch die vorliegende Erfindung geschaffenen wesentlichen Vorteilen gehört eine Vereinfachung der Herstellung des Ventils durch die Überflüssigmachung einer teueren, spanabhebenden oder schleifenden Bearbeitung, so daß nunmehr die Ventilgehäuse durch einen verhältnismäßig einfachen Gußoder sonstigen Formgebungsvorgang hergestellt werden können.

S0 9S 1 170426"

Auf diese Veise ist es möglich, das Ventilgehäuse aus korrosionsbeständigen Verkstoffen herzustellen, die zwangsläufig ziemlich spröde sind, z. 8. aus den erwähnten Metall-Legierungen, wie aber auch aus spröden Kunststoff- und Glas-Werkstoffen· Da die Einsatzelemente die Hahnkörper-Oberfläche nur in unter gegenseitigen Abständen liegenden Bereichen berühren, ergibt sich, daß eine geringere Oberfläche des Hahnkörpers mit dem Harzmaterial in Berührung ist, und die Folge ist eine beträchtliche 'Herabsetzung des zur Verdrehung des Ventils aus dar einen in die andere Lage erforderlichen Betätigungs-Drehmoments.

Da die auf den Hahnkörper ausgeübte Axialkraft nicht so hoch sein muß, um eine Abdichtung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse zu erzeugen, oder zwischen dem Dichtungselement und der diesem gegenüber feststehenden Oberfläche, da diese Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen durch das Dichtungsmittel 65 hervorgerufen wird, ist die erzeugte Radialkraft nur ausreichend, um den Hahnkörper gegenüber den Einsätzen abzudichten. Dementsprechend ist die auf den Hahnkörper ausgeübte Axialkraft, die als Radialkraft auf das Gehäuse ausgeübt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich geringer als die Kraft, die. benötigt würde, wenn kein Dichtungsmittel verwendet würde. Durch diese beträchtlich herabgesetzte Kraft wird auch die Reibung zwischen den zueinander relativ beweglichen Teilen, d» h. also zwischen dem Hahnkörper und den Einsätzen, und damit auch das Drehmoment, das erforderlich ist, um den Hahnkörper gegenüber dem Gehäuse zu verdrehen, erheblich herabgesetzt. So benötigt beispielsweise ein 2-Zoll-Ventil 30 Fuß/Pfund Drehmoment, um das Ventil aus dem Ruhezustand herauszubewegen, und 23 Fuß/Pfund, um den Hahnkörper zu verdrehen, während bei gleicher Größe und sonstiger Gestaltung des Ventils unter Verwendung eines Dichtungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung nur 12 Fuß/Pfund zur anfänglichen Bewegung und 10 Fuß/Pfund zur Verdrehung des Ventils benötigt werden. Das dem Versuch zu Grunde liegende 2-Zoll-

- 16 -

809811/0426

Ventil hatte eine Dichtungsgrenze einer Oberfläche von 3,9 Quadratzoll und konnte gegenüber einem Druck von ungefähr 14O Fuß pro Quadratzoll verwendet werden. Im Falle von 3-Zoll-Ventilen wurden drei Versüchsventile zusammengesetzt, eines mit Einsätzen, ein zweites mit einem Dichtmifcfcel und ein drittes mit einem Dichtmittel, wobei der Einsatz und das Dich-_ tungsmittel durch Hitze an Ort und Stelle gebracht wurden unter Verwendung eines Blind-Zapfens und Erhitzung des auf diese Weise zusammengebauten Ventils auf einer Temperatur von etwa 325 F. Nach diesem Hitze-Maßgebungsvorgang wurde in das Ventil Nr. 3 ein normaler Hahnkörper eingesetzt. Alle drei Ventile wurden so eingestellt, daß sie gegenüber einem Druck von 300 Pfund pro Quadratzoll abdichteten, und das erste Ventil hätte ein Löse-Drehmoment von 75 Fuß/Pfund und ein Verstelldrehmoment von 60 Fuß/Pfund,\ wogegen das zweite und das dritte Ventil ein Versteil-Drehmoment von 5 bis 10 Fuß/Pfund \aufwiesen. Zusätzlich wurden die Ventile 2 und 3 auf eine Temperatur von 450 F aufgeheizt, bevor irgendwelche Einstellung erforderlich war, um das Ventil lecksicher zu machen. Durch dieses geringe Verstell-Drehmoment können die Ventile gemäß der Erfindung auch in Verbindung mit Glas-Rohrleitungen verwendet werden, und auf diese ¥eise wird die Möglichkeit eines Zerbrechens oder Beschädigens der Rohrleitung bei Verstellung des Ventils aus der einen in die andere Stellung auf ein G-eringstmaß herabgesetzt. Außerdem gestattet das niedrige Verstelldrehmoment die Verwendung von automatischen Betätigungseinrichtungen zur Verdrehung des Hahnkörpers von der einen in die andere Lage. Dies stellt einen ganz eindeutigen Vorteil dar für den Fall von Ventilen größerer Abmessungen, z. B. von einer Durchgahgsgröße von 12 oder 10 Zoll.

Die Tendenz der Fluorkohlenstoff-Kunstharzwerkstoff« zum Kaltfließen oder zur Deformierung bei Aufbringung einer Belastung wird gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich herabgesetzt und praktisch ausgeschaltet durch Verwendung eines Einsatzes, der zwischen dem Ventilgehäuse, der Umfangswand und dem Hahnkörper in allseits umschlossenem Zustand ge-

8098 11/0426 ■ , " ¹⁷ "

halten wird. Hierdurch, wird eine dauernde Deformierung des
Kunststoffmaterials bei hohen Temperaturen vermieden. Zusätzlich dient die Bildung der Expansionskammer 53 der Verhinderung einer Extrusion des Kunststoff-Materials entlang der Längsachse des Ventils bei TemperaturSchwankungen, und infolge der Umschließung des Einsatzes innerhalb der Aussparung und zwischen der Ventilbohrung und dem Hahnkörper bewirken gemeinsam die
Schaffung eines Einsatzes, der für relativ lange Zeitspannen
dimensionsstabil ist, so daß die Häufigkeit der Notwendigkeit einer ¥artung sowie die Gefahr des Leckens erheblich herabgesetzt werden. Falls ein Ersetzen oder Reparieren von Einsatzelementen erforderlich ist, so kann dies in leichter Weise
durch Auseinanderbau des Ventils, Herausnehmen der alten Einsätze und Eindringen des Dichtungsmittels und Einsetzen neuer Einsätze erfolgen.

Die Grundsätze der Erfindung können auch auf solche Ventile mit voller Auskleidung angewandt werden, bei denen das
Ventilgehäuse aus einem verhältnismäßig kräftigen Material
hergestellt ist, das. aber nur begrenzten Korrosionswiderstand hat. In den Fig. 6 bis 9 ist ein Ventil 70 dargestellt, durch dessen Ventilgehäuse 72 quer hindurch eine konische Bohrung
73 verläuft, und zwar von der Oberseite des Gehäuses aus, während das untere Ende dieser Bohrung durch einen mit dem Gehäuse eLns tückigen Teil 7^ verschlossen ist« Die Kanäle 75 und 76 laufen von einander gegenüberliegenden Sextendes Gehäuses in die Bohrung 73 hinein, und an den äußeren Enden dieser Kanäle sind Flansche 77 zur Befestigung des Ventils an Rohrleitungen in
der üblichen Art und Weise vorgesehen.

Wie insbesondere Fig. 7 zeigt, ist am unteren Ende der Bohrung 73 eine Ringschulter 80 vorgesehen, die vorzugsweise
um das bereits beschriebene Maß konisch verläuft, und der
Innendurchmesser dieser Schulter ist beträchtlich kleiner als der geringste Durchmesser des konischen Teils der Bohrung.
Oberhalb dieser Schulter 80 ist die Bohrungsfläche mit einer

- 18 -

809811/0426

Nut 81 versehen, die vorzugsweise durchgehend ist und einen nennenswert größeren Durchmesser als der Bohrungsteil unmittelbar oberhalb der Nut ist, und es wird sich zeigen, daß diese Ausbildung der Nut 81 zur Bildung eines durchgehenden, vorstehenden Teils 82 führt, der sich um das untere Ende der konischen Bohrungsoberfläche herum erstreckt. Es sind beispielsweise befriedigende Ergebnisse erzielt worden, wenn die Nut 81 eine TMe von 0,125 Zoll hatte.

An der Oberseite des Ventilgehäuses 72 ist eine Ansenkung 8k vorgesehen, die in Form einer Ringschulter 85 endet, und unterhalb dieser Schulter liegt eine zweite Umfangsnut 86, ähnlich der Nut 81.. Unmittelbar unterhalb dieser Nut 86 ist ein sich in Umfangsrichtung erstreckender, vorstehender Teil 87 der Bohrung vorgesehen, ähnlich dem vorstehenden Teil 82 neben dem unteren Ende der Bohrung, der sich in ähnlicher Feise ebenfalls rings um die Bohrung herum erstreckt. Die Nut dient als Verriegelungseinrichtung, die eine Axialbewegung der Auskleidung infolge Temperaturschwankungen verhindert, während die in Umfangsrichtung vorstehenden Teile mit der Auskleidung und dem Hahnkörper zusammenwirken, um die unter gegenseitigem Abstand befindlichen, unter hohem Drück stehenden Dichtungsbereiche oberhalb und unterhalb der Gehäusekanäle zu bilden.

Der Oberflächenbereich der Bohrung zwischen den vorstehenden Teilen 82 und 87 und zwischen deren Kanälen ist mit einer Mehrzahl von Vertiefungen oder Taschen 90 und 91 versehen, die die gleiche Tiefe wie die Nuten 81 und 86 gegenüber dan benachbarten Oberflächenteilen der Bohrung aufweisen können. Die Taschen 90 und 91 werden begrenzt durch die vorstehenden Teile 82 und 87, zusätzliche vorstehende Teile 92 und 93» die die Kanäle 75 und 76 umpben, und Rippen 9k der Bohrungsoberfläche, die ein Gitter oder Netz bilden und die zusammenwirken, um Taschen in der Bohrung zwischen deren Kanälen und den Hochdruck-Dichtungsflächen, die die Kanäle umgeben, bilden, wobei diese Taschen außerdem dazu dienen, eine

80 98 1 1 / 0Λ2 β ■ " -¹⁹ -

Bewegung der Auskleidung gegenüber derjenigen Oberfläche zu verhindern, in der die Taschen vorgesehen sind.

Der konische Hahhkörper 100, s. Fig. 6 und 7» ist von so weit kleineren Radialabmessungen als die Bohrung 73» daß zwischen diesen Teilen ein ringförmiger Zwischenraum frei bleibt, der von einer Auskleidung 105 ausgefüllt ist, die eine Abdichtung zwischen den einander zugekehrten Flächen der Auskleidung und des Hahnkörpers erzeugt, und der Hahnkörper hat einen Durchgangskanal 106, der mit den Gehäusekanälen 75 und 76 und den damit fluchtenden Auskleidungs-Durchgangskanälen 107 und 108 zum Fluchten gebracht werden kann. Das obere Ende des Ventilgehäuses 72 ist mittels einer Kappe 109 verschlossen, die, an dem Gehäuse durch Schrauben befestigt ist, und der innere Teil dieser Kappe ist auf der Schulter 85 über eine ringförmige Druckmembran 112 abgedichtet. Der Hahnkörper 100 weist einen Zapfen 114 auf, der sich durch die Kappe 109 hindurch erstreckt und mit beiderseitigen Abflachungen 116 zum Aufsetzen eines Betätigungswerkzeugs in der üblichen Art und Yeise versehen ist. Der Dichtungsdruck des Hahnkörpers gegenüber der Auskleidung 105 wird durch eine Stopfbuchse 117 erzeugt, die über die Membran 110 an der Oberseite des Hahnkörpers anliegt und mittels der Stopfbuchsenbrille, die in einstellbarer Art und Weise mittels Schrauben 121 an der Kappe 109 befestigt ist, gegen den Hahnkörper gedrückt wird.

¥ie auch bei der Ventilkonstruktion nach den Fig, 1 bis 5» ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Dichtmittel 125 zwischen der .Auskleidung und der Gehäusebohrungsfläche vorgesehen, um zwischen diesen beiden Teilen eine Abdichtung zu erzeugen, während die Radialkraft des Hahnkörpers ausreichend ist, um eine AbdichtungÄwisehen dem Hahnkörper und der Auskleidung zu erzielen, jedoch nicht ausreichend, um die Auskleidung radial zu dehnen, und um bei Fehlen des Dichtmittels die Auskleidung in dichtende Berührung mit der Bohrungsfläche

- 20 -

80981170426

zu drücken. Da der Radialdruck durch entsprechende Verstellung der Stopfbuchse erhöht wird, bewegt sich der Hahnkörper in der Bohrung axial nach unten, wobei er die Auskleidung gegen das elastisch kompressible Dichtmittel drückt, welches zwecks Erzielung einer Abdichtung leichter zusammengedrückt werden kann, als dies durch radiale Dehnung der Auskleidung und Zusammen- ' drücken eier selben zwischen der Bohrungsfläche und dem Hahnkörper möglich ist. Dieser beträchtliche Unterschied des ftadialdruckes zwischen einem Hahnventil, das gemäß der vorliegenden Erfindung ein zusätzliches Dichtmittel enthält, und einem Hahnventil ohne ein solches DicHmittel, führt zu einem beträchtlichen Unterschied im Betätiguhgsdrehmoment des Ventils. Beispielsweise benötigt ein 6-Zoll-Ventil mit Auskleidung ohne zusätzliches Dichtmittel zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse ein Betätigungsdrehmoment von ungefähr 400 Fuß/Pfund,_a so daß man eine Zahnradkonstruktion benötigt, um den. Hahnkör-r per aus der einen in die andere Stellung zu verdrehen; hierdurch wird es gleichzeitig recht schwierig, das Ventil mit einer verhältnismäßig einfachen automatischen Betätigungseinrichtung zu versehen. Ein gleich großes Ventil, bei dem gemäß der Erfindung ein zusätzliches Dichtmittel vorgesehen ist, hat ein Betätigungsdrehmoment zwischen 50 und, 60 Fuß/Pfund und behält ein verhältnismäßig niedriges Drehmoment bei Drucken bis über 300 Pfund pro Quadratzoll bei, .-,-.■■-·.-.'-..-

Durch diese sehr erhebliche Herabsetzung des Betäti-gungsdrehmoments werden Zahnradkonstruktionen auch bei Ventilen höherer Größen überflüssig gemacht, und infolge des niedrigen Drehmoments ist es nun auch möglich geworden,. automatische Betätigungseinrichtungen zu Verwenden, so daß man Fernsteuerungen des Ventils benutzen kann. Außerdem bewirkt. das zusätzliche Dichtmittel außer einer Herabsetzung des Betäi?igung-sdrehmöments auch Verringerungen und prakti'schV eine ö Ausschaltung eines Hindurchleckehs, das sonst auftreten könnte . Das Vorhanderiseiri des Dichtmittels verhindert praktisch vollständig ein Einfangen von korrodierendem Material zwischen

- 21 -

80 98 1 1 / 04 2 6 : .· / - ν ■

der Rückseite der Auskleidung und der ihr zugekehrten Bohrung soberfläche, und dies stellt einen recht wesentlichen Vorteil dar im Falle von Ventilen, die für verschiedene Arbeiten verwendet werden, beispielsweise zum Steuern von organischen ¥erkstoffen am einen Tag und zum Steuern von stark oxydierenden ¥erkstoffen am nächstenTag. Gemäß der Erfindung verhindert das zusätzliche Dichtmittel einen Durchgang von Flüssigkeit oder Gas zwischen dem Dichtelement und der feststehenden Oberfläche, während gleichzeitig das Bdtätigungsdrehmoment durch Herabsetzung der Reibung zwischen der Dichtfläche und dem beweglichen Ventilelement verringert wird.

Bei der Herstellung von Ventilen, die ganäß den Fig. 6 bis 9 ausgebildet sind, wurden befriedigende Ergebnisse erzielt durch Grobguß des Gehäuses einschließlich der Bohrung mit den beschriebenen Oberflächeneigenschaften, aber ohne ein anschließendes Schleifen, mit Ausnahme der Schulter 85· Die Auskleidung 105 wird in etwa mit den Abmessungen hergestellt, die im fertigen Ventil vorliegen sollen, jedoch mit einer etwas größeren Materialdicke, die in der weiter unten noch zu beschreibenden Art und ¥eise wieder ausgeschaltet wird. Wie bereits erwähnt, werden besonders befriedigende Ergebnisse erzielt bei Herstellung der Auskleidung aus Polytetrafluöräthylen in Form von granuliertem Formpulver durch Vorformung, Sinterung bei einer Temperatur in der Größenordnung von 700 F und anschließend Prägung zwecks Festlegung der vorgeformten Formgebung.

Die durch die Erfindung in dem fertigen Ventil erzielten Vorteile werden erreicht durch Zusammensetzen und Fertigstellen der Ventilteile nach den folgenden Verfahrenesehrittent

1.) Die Bohrung des Gehäuses wird mit einem Dichtmittel überzogen, vorzugsweise der beschriebenen Art, um auf der Berührung sober fläche einen elastisch-kompressiblen Überzug zu erzeugen. ,

809811/0426

2.) Die geprägte Auskleidung wird in das Ventilgehäuse eingepreßt, bis sein unteres Ende an der Schulter 80 zur Anlage kommt.

3.) Das Ventil wird sodann bei Raumtemperatur einem MaßgebungsarbeitsVorgang unterzogen, in-dem in das Gehäuse ein Hahnkörper derselben Formgebung wie derjenigen des Hahns 100 eingepreßt wird, der aber vorzugsweise keinen Durchgangskanal aufweist, so daß es also in Wirklichkeit ein Hahnkörperrohling ist, und zwar wird dieser Körper bis zu einer vorbestimmten Lage in das Gehäuse eingepreßt, die kurz vor der Endstellung des Hahnkörpers 100 liegt, in der sein Kanal 106 mit den Gehäusekanälen fluchtet. Während dieser Verfahrensstufe wird ein Teil des Materials der Auskleidung infolge Kaltflusses in die Nuten 82 und 87, die Taschen und 91 und auch in die Gehäusekanäle 75 und 7"6* hineingedrückt, und es kann auch ein gewisses Fließen des Dichtmittels 125 eintreten.

4.) Es wird nun der Rohling ersetzt durch den Hahnkörper 100, der in dem fertigen Ventil verwendet werden soll. Dieser Schritt ist nur wahlweise insofern, als die beiden aufeinanderfolgenden Schritte in vorteilhafter ¥eise auch mit dem eingebauten Hahnkörperrohling durchgeführt werden können, jedoch kann es zur Erleichterung der Massenproduktion wirtschaftlich unzweckmäßig seih, so viele Hahnkörperrohlinge zu verwenden, wie sich gleichzeitig Ventile in der ■ Produktion befinden.

5.) Sodann werden das zusammengebaute Gehäuse, der Hahnkörper und die Auskleidung, nach Befestigung der Kappe zwecks Festhaltung des Hahnkörpers in der beschriebenen, vorbestimmten Lage, auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bis sämtliche Teile· diese Temperatur erreicht haben. Die in dieser Stufe erreichte Temperatur liegt vorzugsweise beträdifclich niedriger atls-die 'Sintertemperatur für das Auskleidung smaterial·,- jedoch ^beträchtlich höher als die Maximaltemper ä tür jde^ das för%i^^en%£3. voraussichtlich im präk-

8 0 981 1 /0426

tischen Betrieb ausgesetzt sein wird. Während dieser Stufe wird infolge' des beträchtlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Teflon-Werkstoffes die Auskleidung so unter Druck gesetzt, daß sie in jegliche mögliche Richtung fließty um eine Entlastung des durch die allseitige· Umschließung der Auskleidung zwischen dem Hahnkörper und dem Gehäuse hervorgerufenen übermäßigen Druckes herbeizuführen, und infolgedessen fließt der Auskleidungswerkstoff in allen Uuten und Vertiefungen in der Bohrung wie auch in die Gehäusekanäle und,, in begrenztem Maße, auch über die Schultern 80 und 85. Dieser Zustand ist in Fig. 6 durch die rippenförmigen Teile 126 und 127 in den Nuten '81 und 86 dargestellt, ferner durch die Teile 129 in Fig. 7 und die in Fig* 6. in gestrichelten Linien dargestellten Teile 130.

6.) Die Gesamtheit der Teile wird nun aus dem Ofen herausgenommen und ohne Einstellung des Hahnkörpers auf Raumtemperatur abgekühlt. Während dieser Verfahrensstufe ist die Auskleidung bestrebt, sich auf ihre ursprünglichen Abmessungen zusammenzuziehen, wird aber gegenüber einer solchen Zusammenziehung in überwiegendem Maße gehalten durch ihre rippenförmigen Abschnitte 126 und 127, die in den Nuten und 86 festgehalten sind, und auch durch die. Teile 130, die in die Gehäusekanäle und in die Taschen 90 und 9.1. hineinexpandiert sind.

7.) Der Hahnkörper wird nun au· dem Gehäuse herausgenommen, und dieser Schritt ist, wenn er auch einfacher wäre, wenn während der Verfahrensstufe 5 ein glatter Hahnkörperrohling verwendet würde, auch bei Verwendung des richtigen Hahnkörpers während dieser Verfahrensstufe verhältnismäßig einfach, und zwar infolge der Tatsache, daß der Hauptfluß des Auskleidungsmaterials I30 nach außen in die Gehäusekanäle 75 und 76 hinein erfolgt, statt in den Hahnkörper-Durchgangskanal hinein. Dieses Auskleidungsmaterial wird sodann aus den Gehäusekanälen herausgeschnitten, ebenso überschüssiges Material, das über die Schulter .85 hinausgeflossen sein sollte., o.

Γ—ι 1-1· λ

80981.1/042 6. - \ '

8.) Es Wird nun der normale Hahnkörper 100 in das Gehäuse eingesetzt, die obere Kappe angebracht, und derHähnkörper in seine Endstellung im Gehäuse hineingedrückt, d.h. " also in dichtende Berührung mit der Auskleidung 105 unter leichtem Zusammendrücken des Dichtungsmittels 125» zwecks Erzielung einer Abdichtung zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse. '

Ein Hauptvorteil des Verfahrens und des Erzeugnisses nach der vorliegenden Erfindung ist die Bildung von durchlaufenden Bändern mit einer Hochdruck-Abdichtungswirkung, die jeden der Gehäusekanäle und außerdem auch jedes Ende der Bohrung umgeben und die mit dem Dichtraittel zusammenwirken, um ein niedriges Betätigungsdrehmoment des Hahnkörpers gegenüber der Auskleidung zu bewirken. Mehr im einzelnen ges.ehen ist offensichtlich, daß die Dicke der Auskleidung in denjenigen Teilen, die über den vorstehenden Bereichen 82, 87, 92 und 93

liegen, ein/Geringstwert erreicht, und daß die darin erzeugten Spannungen daher bei niedrigeren Temperatüren einen Maximalwert erreichen. Außerdem wird, da diese vorstehenden Teile an jedem Ende der Bohrung durch die Nuten 81 und; 86 vollständig unterbrochen werden, das Auskleidungsmaterial gegen Axial— bewegung durch diese Bereiche gehalten, wenn sich die Temperatur ändert, so daß an allen Stellen in dem gewünschten Be'triebsbereich und Temperaturbereich eine vollkommene Abdichtung gewährleistet wird. "\

Das Muster der Vertiefungen 90 und 91 und die Rippen 9k ist in verschiedener Beziehung zur Erzielung der durch die Er— findungangestrebten Ergebnisse wesentlich. In eister Linie unterstützen sie die Wirkung der Nuten 81 und 86 bezüglich der Halterung der Auskleidung gegen Expandieren und Zusammenziehen, und außerdem verriegeln sie die Auskleidung gegenüber einer ümfangsbewegung, in der Bohrung bei Verdrehung des Hahnkörpers, ' So steht bei Raumtemperatur das Auskleidungsmaterial, das über diesen Vertiefungen liegt und in diese hinein vorsteht, unter

8 09811/0Λ2 6 - -

beträchtlich, geringerer Spannung als das Material über den voräenenden Abschnitten 82, 87» 92 und 93, und absorbiert einen Teil der Spannungen, die in diesen Bereichen der Auskleidung bei Ansteigen der Temperatur wirksam werden. Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieses Zustande ist die Herabsetzung des zur Verdrehung des H_ahnlcörpers erforderlichen Drehmoments, da der Dichtungsdruck an den verschiedenen Vertiefungen beträchtlich geringer ist als in den anderen Abschnitten der Bohrung, so daß im Zusammenwirken mit dem Dichtmittel und dem herabgesetzten Druck auf den Hahnkörper eine Halmventilkonstruktion mit Auskleidung geschaffen wird, die ein wesentlich herabgesetztes Betätigungsdrehmoment benötigt.

Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ventil 130 ist das Prinzip der abflußseitigen Drosselung verwirklicht, das im einzelnen in der USA-Patentschrift 2 987 295 beschrieben ist, deren Inhaberin die Anmelderin ist; bei diesem Ventil ist ein Gehäuse 131, eine Auskleidung 132 und ein Hahnkörper 135 vorgesehen, die in der gleichen grundsätzlichen Art und ¥eise zusammengesetzt sind, wie sie bereits in Verbindung mit dem Ventil nach den Figuren 6 bis 9 beschrieben wurden. Der Hahnkörper und das Ventilgehäuse sind derart ausgebildet, daß bei der

B ·*

ewegung aus der Offnungs- in die Schließ-Lage der Hahnkörper-Durchgangskanal 136 in unmittelbarer Verbindung mit dem Einlaßkanal 137 des Ventilgehäuses, und unter dessen Druck, gehalten wird, so daß die Auskleidung in Berührung mit dein Gehäuse gehalten bleibt, um ein Einklemmen und/oder Abschnüren der Auskleidung bei der Bewegung des Hahnkörpers in seine Schließlage zu. verhindern.

Zwischen der Auskleidung 132 und dem Gehäuse 131 ist ein Dichtungsmittel 1^0 der bereits weiter oben beschriebenen Art vorgesehen, durch das eine Abdichtung zwischen der Auskleidung und der Bohrung geschaffen wird, so daß zur Halterung des Hahnkörpers und der Auskleidung in gegenseitiger Abdichtung eine geringere Axialkraft und ein geringerer Radialdruck benötigt werden; Das Gehäuse hat außerdem die Taschen 141 sowie

809811/0426 - 26 -

Nuten und vorstehende Teile, die nicht dargestellt sind, jedoch vorzugsweise der in Verbindung mit dem Ventil nach den Fig. 6 bis 9 beschriebenen Art und Weise entsprechen.

Gemäß der Erfindung ausgebildete Ventile haben den Vorteil eines niedrigen Betätigungsdrehmoments bei praktisch vollständiger Ausschaltung eines Hindurchleckens zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse durch die Verwendung eines zusätzlichen Dichtmittels , das ein elastisch-lcompressibles Polster zwischen der Gehäusebohrung und dem Dichtelement bildet. Eine Ventilkonstruktion mit Einsätzen der beschriebenen Art ist verhältnismäßig einfach herzustelleniaid zu warten, weil die Einsätze in die in der Bohrung "vorgesehenen Aussparungen ohne irgendwelche Maßgebungsvorgänge eingebracht werden können. Auf diese Weise wird eine ganze Reihe von fertigungstechnischen Vorteilen erzielt, darunter die Möglichkeit einer Heisfcellung der Ventilgehäuse aus verhältnismäßig spröden Werkstoffen, die aber einen hohen Korrosionswiderstand haben, und den Wegfall der Notwendigkeit einer genauen Bearbeitung oder eines Schleifens der Innenteile der Bohrung des Ventils, wie es bei bisher bekannten Ventilen erforderlich ist. Die Verwendung eines Dichtmittels gewährleistet außer den vorstehend geschilderten Vorteilen auch eine vollständige Ausfüllung der Vertiefungen und Eindrücke der Bohrung bei einem gegossenen Ventilgehäuse, so daß es überflüssig wird, das Dichtelement seir fest in Berührung mit der Bohrungsfläche zu drücken. Durch die Aufbringung eines einfachen oder mehrfachen Überzugs aus einem Dichtmittel wird die Bohrung wirksam geglättet, und bei Zusammendrücken durch das Dichtelement entsteht eine Komprimierung des Dichtmittels, so daß dieses so kräftig fließt, daß eine Abdichtung hervorgerufen wird, wobei die. Radialkraft, die erforderlich ist, um das Dichtelement flüssigkeitsdicht gegen die Bohrungsfläche zu drücken, herabgesetzt wird.

Ventile gemäß der Erfindung können auch, ohne an Abdicht· wirkung zxl verlieren, Temp eratur Schwankungen ausgesetzt werden, wie sie z. B. bei einem Reinigungsvorgang auftreten können, bei

- 27 -

80981 1/042 6 ^: "^!>

dem Dampf unter hohem Druck aus Reinigungsgründen durch das Ventil hindurchgeleitet wird. Da das Dichtelement, ob es nun ein Einsatz oder eine vollständige Auskleidung ist, in der beschriebenen ¥eise allseits geschlossen gehalten wird, werden die Auswirkungen des Kaltfließens oder der Deformierung unter Last auf einen Geringstwert herabgesetzt, und die Lebensdauer des Ventils wird erhöht.

Die beschriebenen Vorrichtungen und das beschriebene Verfahren stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, auf die die Erfindung aber nicht beschränkt sein soll; es sind vielmehr Abweichungen hiervon möglich, ohne daß dabei der in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindungsgedanke verlassen wird.

809811/0426

Claims (12)

1. Patentansprüche

   Iy Hahnventil für korrodierende Flüssigkeiten oder Gase mit einem Ventilgehäuse, das eine Bohrung und in ,die-, se einmündende, in Umfangsrichtung zueinander versetzte Kanäle aufweist, einem in der Bohrung drehbar gelagerten Hahnkörper, der einen mit den Gehäusekanälen zum Fluchten zu bringenden Durchgangskanal aufweist, Betätigungseinrichtungen zur wahlweisen Verdrehung des Hahnkörpers zwischen der Öffnungs- und der Schließlage, wobei der Hahnkörper in einem solchen Maße geringere Radialabmessungen als die Bohrung aufweist, daß zwischen den einander zugekehrten Oberflächen des Hahnkörpers und der Bohrung ein ringförmiger Zwischenraum frei bleibt, und zumindest eine dieser einander zugekehrten Oberflächen in der Größenordnung von 1 bis 5° konisch verläuft, so daß eine Längsbewegung des HahnkÖrpers in der Bohrung eine Veränderung dieses Zwischenraums hervorruft, und wobei auf einer dieser einander zugekehrten Oberflächen, zur anderen dieser Oberflächen relativ beweglich, Einrichtungen zur Erzielung einer flüssigkeits- bzw. gasdichten Abdichtungpzwischen dem Hahnkörper und dem Gehäuse in Schließstellung des Hahnkörpers und zur Umschließung der Anschlußstellen des Durchgangskanals und der Kanäle in Öffnungslage des Hahnkörpers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Abdichtungseinrichtung ein korrosionsbeständiges Material eines veihältnismäßig geringen Reibungskoeffizienten gegenüber dem Hahnkörper und dem Gehäuse in einer Dicke, die ausreichend ist,· um die einander zugekehrten Oberflächen im Abstand voneinander zu halten, und ein zwischen dieser Abdichteinrichtung und der einen der einander Zugekehrten Oberflächen vorgesehenes, elastisch-kompressibies Dichtmittel umfaßt, das eine flüssigkeits- bzw, gasdichte Abdichtung zwischen der Abdichteinrichtung und der einen Oberfläche

   - 29 -

   80 981 T/ 042 6- ^{; r ;}

   erzeugt, und ferner gekennzeichnet durch, auf den Hahnkörper einwirkende Einrichtungen, um diesen in Längsrichtung zu drücken, wobei eine radial gerichtete Kraft erzeugt wird, die ausreichend ist, um eine Abdichtung zwischen der Abdichteinrichtung und der anderen Oberfläche zu erzeugen, jedoch unzureichend um eine Abdichtung zwischen der Abdichteinrichtung und der anderen Oberfläche bei Fehlen des zwischengeschal^eten Dichtmittels zu erzeugen, wodurch die Reibung zwischen der Abdichteinrichtung und der anderen Oberfläche und damit das zur Betätigung des Ventils erforderliche Betätigungsdrehmoment herabgesetzt werden.
2. 2. Hahnventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtelement eine Dicke aufweist, die mindestens gleich der Dicke des ringförmigen Zwischenraums zwischen den einander zugekehrten Oberflächen des Hahnkörpers und der Bohrung ist.
3. 3. Hahnventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichteinrichtung zwischen dem Hahnkörper und der Ventilgehäusebohrung gegenüber dieser Bohrung feststeht und das korrosionsbeständige, elastisch-kompressible Dichtmittel zwischen dieser Abdichteinrichtung und der Bohrungsfläche vorgesehen ist, um hierzwischen eine flüssigkeits- bzw. gasdichte Abdichtung hervorzurufen.
4. h» Hahnventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungselement dem Leitungsdruck entgegenwirkende Kantenabschnitte aufweist und der Hahnkörper, das Abdichtelement und das Gehäuse derart ausgebildet sind, daß bei Bewegung des Hahnkörpers in die Schließstellung das Innere das Hahnkörper-Durchgangskanals in unmittelbarer Verbindung und unter demselben Druck wie der Einlaßkanal des Gehäuses gehalten wird.
5. 5· Hahnventil nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Metall bestehende Gehäuse eine quer durchgehende, konische Bohrung aufweist und- der von dieser

   - 30 -

   809811/042 6 "■■■"-·

   - 50 -

   aufgenommene Hahnkörper ebenfalls aus Metall bestellt, und daß an einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen des Hahnkörpers und der Gehäusebohrung ein Paar von Taschen vorgesehen ist, in denen die Gehäusekanäle in Öffnungslage des Ventils umgebende Einsätze vorgesehen sind, die in Schließlage des Ventils eine Abdichtung hervorrufen, die einen ^urchfluß durch das Ventil verhindert, wobei dieser Einsätze, die aus dem korrosionsbeständigen Werkstoff mit einem verhältnismäßig geringen Reibungskoeffizienten gegenüber den Hahnkörper oder dem Gehäuse bestehen, gegenüber entweder dem Hahnkörper oder derBohrungsfläche feststehen und jeweils gegenüber dem anderen Element beweglich sind.
6. 6. Hahnventil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Flächen der Gehäusebohrung und des Hahnkörpers beide in gleichem Maße zwischen 1 und 5 auf jeder Seite konisch ausgebildet sind und jede der Taschen eine damit in Verbindung stehende Expansionskammer und eine zugehörige, radial verlaufende Umfangswand aufweist.
7. 7. Hahnventil nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze aus Polytetrafluoräthylen bestehen und das elästisch-kompressible Dichtmittel feinverteiltes Polytetrafluoräthylen enthält.
8. 8. Hahnvöntil nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Abdichteinrichtung eine in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den einander zugekehrten Flächen der Gehäusebohrung und des Hahnkörpers angeordnete Auskleidung vorgesehen ist, die unter hohem Druck stehende Bereiche aufweist, welche die Gehäusekanäle in Öffnungsiage des Ventils umgeben und den Hähnkörper-Durchgangskanal in Schließstellung des Ventils umgeben, wobei diese Auskleidung gegenüber entweder der Hahnkörper- oder der Bohrungs-Oberfläche feststehend, und gegenüber ^ewseiljS der anderen Oberfläche beweglich .ist. . _iV,_v. ,*:>-..-_■ _Fe- -;>.·>-*■«■ ,;- .-, _ .. ■■■-: - - λ \

   00 9811/0426
9. 9, Hahnventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungselement dem Leitung$druck entgegenwirkende Kantenabschnitte aufweist und der Hahnkörper, das Abdichtelement und das Gehäuse derart ausgebildet sind, daß bei Bewegung des Hahnkörpers in die Schließstellung das Innere des Hahnkörper-Durchgangskanals in unmittelbarer Verbindung und unter demselben Druck wie der Einlaßkanal des Gehäuses gehalten wird.
10. 10. Hahnventil nach einem der Ansprüche 1 bis 91 dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung ein Muster von die Gehäusekanäle umgebenden, vorstehenden Flächen und ein Paar von im gegenseitigen Abstand angeordneten, in Umfangsrichtung oberhalb und unterhalb dieser Gehäusekanäle verlaufenden, vorstehenden Flächen vorgesehen ist, und daß die gegenüber der Bohrung sflache feststehende Auskleidung mit diesen vorstehenden Flächen und dem Hahnkörper zusammenwirkend unter hohem Druck stehende Dichtungsbereiche bildet, welche die Gehäusekanäle umgeben und von denen andere in "Umf angsrichtung oberhalb und unterhalb der Gehäusekanäle verlaufen.
11. 11. Hahnventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch zwischen den Gehäusekanälen vorgesehene, unter gegenseitigem Abstand liegende Taschen sowie ein Paar von unter gegenseitigem Abstand liegenden Umfangsnuten oberld.b und unterhalb der Gehäusekanäle, wobei die in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den einander zugekehrten Oberflächen der Gehäusebohrung und des Hahnkörpers vorgesehene Auskleidung mit bestimmten Teilen in diese Taschen und in diese Nuten hineinragt und gemeinsam mit dem Hahnkörper und dem Gehäuse unter niedrigem Anpreßdruck stehende Dichtflächen und gleichzeitig Einrichtungen zur Verhinderung einer Bewegung der Auskleidung bei Temperaturschwankungen des Ventils bildet«
12. 12. Hahnventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse aus Metall besteht und der Ventilkörper £in aus Metall bestehender, polierter Körper ist, und

    809 8 1 1/0426 '■ - 32 -

    daß in der Ventilgehäusebohrung ein Muster von die Gehäusekanäle umgebenden Vorsprüngen und ein Paar von im Abstand zueinander angeordneten, in Umfangsrichtung oberhalb und unterhalb dieser Taschen verlaufenden Vorsprüngen sowie Taschen zwischen den die Gehäusebohrungen umgebenden Vorsprüngen und den Gehäusekanälen und ein Paar von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten in der Bohrung derart, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprünge dazwischen liegen, vorgesehen sind, so daß die mit dem Muster von Vorsprüngen und den im Abstand voneinander vorgesehenen Vorsprüngen und mit dem Hahnkörper zusammenarbeitende Auskleidung die Gehäusekanäle umgebende Hochdruckdichtungsbereiche und oberhalb und unterhalb der Gehäusekanäle liegende, in Umfangsrichtung verlaufende Hochdruck-Dichtungsbereiche bildet.

    11/0426