DE1750863A1

DE1750863A1 - Absperrventil

Info

Publication number: DE1750863A1
Application number: DE19681750863
Authority: DE
Inventors: Giese Elroy Joseph
Original assignee: Tomlinson Industries Inc
Current assignee: Tomlinson Industries Inc
Priority date: 1967-06-12
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1971-02-18
Also published as: NL6808235A; SE356567B; GB1207890A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD ■ Dipi.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 11. Juni 1968 Sch+ Name d. Anm.T OMLINS ON INDUSTRIES, INC.

Absperrventil

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Absperrkolbenventile. Absperrkolbenventile haben in industriellen Flint- und Gassystemen ebenso wie auf dem Gebiet der Abfüllung flüssiger Nahrungsmittel vielfältige Anwendung gefunden. Was das letztere Anwendungsgebiet angeht, so sind die aus Metall hergestellten Absperrkolbenventile besonders zur Abgabe von Kaffee, Tee und dergleichen geeignet. Solche Absperrventile weisen häufig ein mit öffnungen versehenes Metallgehäuse auf, in dem eine sich konisch verjüngende Mittelbon£ung ausgebildet ist, wobei in dieser Bohrung ein konischer Kolben angeordnet ist. Durch eine Drehung des Kolbens im Gehäuse werden diese öffnungen miteinander zur Deckung gebracht, so daß eine Strömung durch das Absperrventil möglich wird. Pur flüssige Nahrungsmittel sind Kolbenventile gut geeignet,' weil die fein bearbeiteten, genau aufeinanderpassenden Wände des Kolbens und des Ventilgehäuses den Einschluß von Nahrungsmitteln innerhalb des Ventils verhindern, so daß die Gefahr von Verunreinigungen sehr gering ist.

Bei einigen Absperrkolbenventilen haben sich jedoch in gewissen, auf dem Gebiet der Abgabe flüssiger Nahrungsmittel sowie auf anderen Gebieten liegenden Anwendungsfällen verschiedene Schwierigkeiten ergeben. Beispielsweise schmieren Flüssigkeiten, die keine öligen Bestandteile enthalten, die aufeinanderpassenden Flächen des Ventils nicht. Die Folge 1st, daß das Ventilgehäuse und der Kolben im Laufe der Benutzung zerkratzt werden. Diese Schwierigkeiten sind besonders dann gradierend, wenn die Absperrventile zur Ausgabe von Flüssigkeiten benutzt werden, deren Druck höher 1st als der durch die Schwerkraft verursachte Druck.

Die Ausgabe von "trüben" Getränken mit Fruchtgeschmack beispiels-

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weise bereitet besondere Schwierigkeiten. Diese Getränke befinden . sich in manchen Fällen vor der Ausgabe in einem gekühlten Druckbehälter. Die Flüssigkeit fließt von diesem Druckbehälter durch das Ausgabeventil in Form einer eisigen, viskosen Masse, die einem Softeisereme sehr gleicht. In anderen Fällen steht der Behälter nicht unter Überdruck und die Flüssigkeit befindet sich vor ihrem Durchgang durch das Ventil in einem kristallinen Zustand.

In der flüssige Nahrungsmittel verarbeitenden Industrie verwendet man gewöhnlich Absperrkolbenventile, bei denen die Abdichtung allein durch die Flächenberührung zwischen den geläppten Wänden des Kolbens und des Ventilgehäuses erreicht wird. Diese Anordnung genügte bei mit Schwerkraft arbeitenden Fördersystemen vollkommen, sie eignet sich jedoch nicht zur Ausgabe von unter Druck stehenden Flüssigkeiten. Im letzteren Falle muß.nämlich zur Erzielung einer Abdichtung gegen den vorhandenen Druck der Kolben fester in die konische Bohrung des Ventilgehäuses gepreßt werden. Die Folge ist, daß die Dichtungsflächen verkratzt und zerfurcht werden und das Ventil dann leckt.

Im Falle der sogenannten "trüben" Fruchtgetränke haufen sich die Probleme, weil diese Getränke im Unterschied von z.B. Kaffee keine öligen Bestandteile haben, die die aufeinanderpassenden Flächen des Ventils schmieren und dadurch die Gefahr vermindern könnten, daß der Kolben und das Gehäuse sich gegenseitig aufrauhen. Viele dieser "trüben" Getränke enthalten außerdem Säuren, die die Metalloberflächen angreifen.

Darüberhinaus neigen diese Ventile, wenn sie nicht dauernd benutzt werden, zum Austrocknen und die dicht aufeinanderpassenden Oberflächen des Kolbens und des Ventilgehäuses haften manchmal aneinander, so daß die spätere öffnung des Ventils ziemlich schwer ist und die aifeinandergleitenden Dichtflächen noch stärker zerkratzt und aufgerauht werden.

Es liegt auf der Hand, daß diese Schwierigkeiten zum großen Teil da her rühren, daß man bei Druckzufuhrleitungen aufeinandergleitende Flächen als Dichtungsanordnung zu verwenden versucht, und zwar bei • . - 2 -

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Flüssigkeiten, die keine Sehmierwirkung ausüben.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Absperrventil vor, das ein Ventilgehäuse mit einer sieh konisch verjüngenden und an beiden Enden offenen Mittelbohrung aufweist. Quer durch das Ventilgehäuse verläuft ein Einlaßkanal., der in die Mittelbohrung mündet und in einer rechtwinklig zu seiner Achse liegenden-Ebene im wesentlichen rund ist. Die Verschneidung des Einlaßkanals mit der konischen Mittelbohrung bildet eine ovale Einlaßöffnung. Die Mittelbohrung ist mit einer Nute versehen, die um die Einlaßöffnung herum läuft und im wesentlichen die Gestalt dieser Einlaßöffnung des Ventilgehäuses hat, wobei ein elastomerer Dichtungsring in dieser Nute angeordnet ist.

In der Mittelbohrung des Ventilgehäuses befindet sich ein Kolben, der entsprechend der Mittelbohrung konisch verjüngt ist und einen Strömungskanal aufweist, dessen Einlaßende an der Seite des Kolbens etwa in halber Höhe liegt. Im Bereich der Längsachse-des Kolbens ist dieser Strömungskanal abgeknickt und folgt anschließend der Längs achse bis auf die Außenseite des Kolbens, wobei dieser Strömungskanal den Auslaß des Ventils bildet. Der Strömungskanal hat einen runden Querschnitt und bildet an seinem in die konische Mantelfläche des Kolbens mündenden Ende eine ovale öffnung, die mit der Einlaßöffnung des Ventilgehäuses zur Deckung gebracht werden kanu. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Zone, wo dieser Strömungskanal in die komische Mantelfläche des Kolbens mündet, ein großzügiger Radius vorgesehen, damit beim Vorbeigang der öffnung im Kolben am Dichtungsring im Ventilgehäuse mögliehst wenig Widerstand entsteht. Es wurde jedoch gefunden, daß bei großen Ventilen gemäß der Erfindung ein großzügiger Radius !-nicht erforderlich ist, um eine Beschädigung des Dichtungsringes zu vermeiden. Die Anordnung einer Abrundung am Kolben ist daher kein notweniges Merkmal im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

In der um die Einlaßöffnung des Ventilgehäuses angeordneten Nute ist ein Dichtungsring aus elastomerem Werkstoff angeordnet. .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Dichtungs ring derart geformt, daß er ohne die Einwirkung äußerer Kräfte die Gestalt der Nute hat. Die entsprechenden Oberflächen des Dichtungs-

ringes passen also sowohl auf den in einer senkrechten Ebene konischen Verlauf des Nutenbodens als auch auf den in einer waagerechten Ebene konkaven Verlauf dieses Nutenbodens. iBei der bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung liegt der Dichtungsring also frei, d.h. ohne die Einwirkung äußerer Kräfte, in der die Einlaßöffnung des Ventilgehäueses umgebenden Nute, wobei er diese Nute im wesentlichen ausfüllt, während ßiev mit der Mantelfläche des Ventilkolbens einen dichten Verschluß bildet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann man einen ebenen, nicht in dieser Weise vorgeformten Dichtungsring verwenden.

Gegenüber dem Auslaßende des Kolbens befindet sich ein Schaft, der aus dem Ventilgehäuse herausragt und mit einem geeigrfiben Ventilbetätigungsmittel, wie etwa einem Handgriff, in Eingriff kommen kann. Eine Feder liegt um diesen Schaft herum und triebt den Kolben elasfetisch in die Mittelbohrung des Ventilgehäuses, so daß der Kolben im Ventilgehäuse schwimmend gelagert ist. Auf diese Weise ist eine begrenzte Längsbewegung des Kolbens im Ventilgehäuse möglich, falls der Druck Im Ventil steigt oder der Dichtungsilng am Kolben zu haften beginnt. Der durch eine solche Haftung erzeugte Widerstand treibt in der Tat den Kolben geringfügig aus der Mittelbohrung des Ventilgehäuses, um einen erheblichen Teil der Beanspruchungen zu beseitigen, die sojhst auf den Dichtungsring wirken. Infolgedessen wird der Dichtungsring bei der Betätigung des Ventils weniger verschlissen oder beschädigt und es besteht nicht mehr die Gefahr, daß der Kolben bei seiner Drehung den Dichtungsring aus der Nute herausrollt. Ferner wirkt das Ventil als Druckbegrenzungsventil für den Fall, daß der Druck im Flüssigkeitsbehälter steigt.

Durch erfolgreiche Anpassungsmaßnahmen bei der Anwendung einer elastomeren Dichtung bei Kolbenventilen kann man eine Reihe von Vorteilen erzielen. Nicht zuletzt ist hier eine Verminderung der Herstellungskosten zu erwähnen. Da man zur verhütung des Leckens nicht mehr großflächige, aufeinanderpassende Dichtungsflächen vorsieht, erspart man sich die bisher notwendige, äußerst sorgfältige Bearbeitung der Sitzflächen. Die aufeinanderpassenden Teile können daher mit größeren Toleranzen und aus den verschiedensten Materialien (wie etwa Kunst-

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stoffen) hergestellt werden, wodurch eine erhebliche Kostenersparnis' erzielt wird.

Das sogenannte "Aufbrechen" zwischen dem Kolben und dem Ventilge-"häuse, das auftritt, wenn" diese Teile nach einer längeren Nichtbenutzung aneinanderhaften, stellt beim Ventil gemäß der Erfindung kein Problem dar, da die Oberflächen des Kolbens und des Ventilgehäuses zur Abdichtung nicht fest genug aneinandergehalten werden müsssen und da die Fläche, auf der die eigentliche Abdichtung erzielt wird, klein ist. Ein Aufreißen- oder Zerfurchen der Teile wird da- " her entweder vollkommen vermeiden oder in erträglichen Grenzen gehalten.

Ein weiterer Vorteil des Ventils gemäß der Erfindung liegt in der Tatsache, daß das Ventil durch die federnde Vorspannung des Kolbens im Gehäuse als Sicherheitsventil wirkt. Bei entsprechender Einstellung der Federvorspannung kann sich der Kolben in der Mittelbohrung des Ventilgehäuses unter der Wirkung eines bestimmten Drukkes in Längsrichtung .bewegen, so daß ein Überdruck im System beseitigt wird.

Die Erfindung wird nun weiter an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigtί

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ventils gemäß der Erfindung, wobei diese Darstellung die Anordnung einer elastomeren Dichtung in einer Nute im Ventilgehäuse zeigt,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. J5- das Ventilgehäuse und den Kolben auseinandergezogen im Längsschnitt,

Fig. 4 in einem der Fig. j5 ähnlichen Längsschnitt durch das Ventilgehäuse eine bevorzugte Form des Dichtungsringes, der in~einer Nute des Ventilgehäuses angeordnet ist,

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Pig. 5 eine Ansicht der bevorzugten Ausführungsform des Dichtungsringes gemäß der Erfindung,

Pig. 6 einen Querschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5, Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6 und

Pig. 8 in einem Teillängsschnitt durch ein Ventil gemäß der Erfindung eine andere Ausführungsform der Federhaube..

Das in den Zeichnungen dargestellte Absperrkolbenventil ist allgemein mit 10 bezeichnet und weist ein Ventilgehäuse 12 auf, das mit einer in Längsrichtung durch das Ventilgehäuse verlaufenden, sich A .verjüngenden Mittelbohrung 14 versehen ist. Die Bohrung 14 ist an beiden Enden offen und erstreckt sich durch das ganze Ventilgehäuse 12 hindurch. Ein Einlaßkanal 18 verläuft quer zum Ventilgehäuse 12 und mündet in den mittleren Teil der Mittelbohrung 14, während das äußere Ende des Einlaßkanals 18 an eine Flüssigkeitszufuhrquelle angeschlossen werden kann. In einer rechtwinklig zu seiner Längsachse liegenden Ebene ist der Einlaßkanä. 18 im wesentlichen rund, so daß er an seiner Mündung in die konische Mittelbohrung 14 des Ventilgehäuses 12 eine ovale Einlaßöffnung 20 bildet. Bei anderen Ausführung sformen der Erfindung kann der Einlaßkanal in einer rechtwinklig zu seiner Längsachse liegenden Ebene andere Gestalten haben.

In der Mittelbohrung 14 ist umdie Einlaßöffnung 20 herum eine Nute * 22 ausgebildet, deren Gestalt im wesentlichen der Gestalt der Einlaßöffnung 20 entspricht und in die ein Dichtungsring 24 aus elastomerem Werkstoff eingesetzt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der Dichtungsring 24 ein O-Dichtungsring, der in die Nute 22 hineingeformt ist, so daß er die GestaLt der Nute 22 annimmt. Die Bodenecken der Nute 22 sind gemäß der Darstellung bei 23 etwas ausgerundet, um Hohlräume zu vermeiden, in denen Flüssigkeit eingeschlossen werden kann, die dann zu einer Verunreinigung des Ventils führen könnte. Bei anderen AusfUhrungsformen der Erfindung kann der Boden der Nute 22 im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sein.

Der in Pig. 1 dargestellte Dichtungsring 24 kann an Stelle des dargestellten O-Diohturigsringes viele andere Formen haben. Die bevorzug-

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te Ausführungsform der Erfindung mit einem vorgeformten Dichtungsring wird weiter unten erläutert. Im Rahmen der Erfindung ist es ebenso möglich, einen Dichtungsring in Form eines verseilten ■Viererbündels anzuwenden.

In der Mittelbohrung 14 sitzt eine Kolbenanordnung 26. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Kolbenanordnung aus dem eigentlichen Kolben 28, einem Zapfen 36 und einem Schaft 30, der in axialer Richtung aus dem Ventilgehäuse 12 herausragt, wenn das Ventil montiert ist. Ein Ende des Zapfens 36 ist in das den kleineren Durchmesser aufweisende Ende des Kolbens 28 eingebettet und der Zapfen 36 ragt koaxial von diesem Ende weg. Das andere Ende des Zapfens 36 ist mit Längsriefen 38 oder dergleichen versehen. Der Schaft 30 hat an seinem dem Kolben 28 benachbarten Ende einen Außen- M durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Fläche 32 an dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Ende; er ist mit einer in Längsrichtung verlaufenden Sackbohrung 3I versehen, in die das mit Längsriefen 38 versehene Ende des Zapfens 36 eingepreßt ist, um die Teile 28 und 30 sowohl gegen eine Axialbewegung als auch gegen eine Drehbewegung ,fest miteinander zu verbinden.

Man kann, wenn die beabsichtigte Anwendung des Ventils, das Material, aus dem die Teile herzustellen sind und verschiedene andere Gesichtspunktf^szulassen, den Kolben 28 und den Schaft 30 als einstückiges Teil herstellen. Sofern dies möglich ist, erreicht man hierdurch eine Vereinfachung und Verbilligung.

Die Kolbenanordnung 26 ist im mittleren Teil ihrer Länge mit einer konischen Außenfläche 32 versehen, die in die konische Mittelbohrung 14 des Ventilgehäuses 12 paßt. Ein Strömungskanal 40 erstreakt sich durch die Kolbenanordnung 26; er beginnt seitlich im mittleren Teil der konischen Fläche 32 und verläuft dann entlang der Längsachse des Kolbens, um gegebenenfalls einen Auslaß 42 zu bilden. <

Der entlang der Längsachse des Kolbens liegende Teil des Strömungskanals 40 kann sich in manchen Fällen vom Auslaß 42 nach innen etwas verjüngen. In gewissen Anwendungsfällen läuft dann nach dem Schließen des Ventils die im Strömungskanal 40 noch vorhandene Flüssigkeit -besser und schneller ab, um den Strömungskanal zu entleeren. Der

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Strömungskanal 4O hat einen im wesentlichen runden Querschnitt und mündet daher in die konische Oberfläche J>2 mit einer ovalen Eintrittsöffnung 46, die etwa die gleiche Größe und GestaLt wie die Einlaßöffnung 20 im Ventilgehäuse 12 hat. Die Eintrittsöffnung 46 des Strömungskanals 40 liegt etwa in Höhe der Einlaßöffnung 20 des Ventilgehäuses 12, so daß in der richtigen Dreheinstellung des Kolbens im Gehäuse die öffnung 46 mit der öffnung 20 fluchtet und folglich ein Fluidum ganz durch das Ventil hindurchtreten kann. Der Strömungskanal 40 kann an seinem Übergang in die konische Mantelfläche 32.gemäß der Darstellung bei 41 abgekantet oder abgerundet sein. Dadurch vermeidet man, daß der Dichtungsring 24 beim Vorbeistreichen der Kanten der Eintrittsöffnung 46 am Dichtungsring während des öffnens und Schließens des Ventils übermäßig abgerieben wird; dies gilt insbesondere für kleinere Ventile gemäß der Erfindung. Scharfe Katten der öffnung 46 können bei kleineren Ventilen entweder den Dichtungsring aus seiner Nute ziehen oder ihn zerreißen, zerschneiden oder abschürfen, so daß dieser voreitig ausfällt. Bei größeren Ventilen ist die Abrundung bei 41 nicht so kritisch.

Im mittleren Teil des Schaftes JO ist ein im Querschnitt vieleckiger Teil 52 vorgesehen, der drehfest in einer entsprechenden öffnung in einem Handgriff 56 sitzt. Auf diese Weise kann man Drehbewegungen des Handgriffes um die Längsachse des Ventils auf die Kolbenanordnung übertragen.

Eine Druckfeder 58, die zur Lieferung der richtigen Vorspannung sorgfältig ausgewählt ist, ist über den Schaft J>0 geschoben, so daß ein Ende der Feder gegen die Oberseite eines Unterlegringes 59 anliegt, der wiederum auf dem oberen Ende des Ventilgehäuses 12 liegt. Bei anderen Ausführungsformen kann die Feder 58 unmittelbar auf dem Ventilgehäuse 12 liegen, ohne daß die Anordnung eines Unterlegringes 59 erforderlich wäre. Eine schalenförmige Federhaube 60 weist eine öffnung 61 in ihrem Boden auf, die so groß und so gestaltet ist, daß die Federhaube 60 mit der offenen Seite nach unten über den vieleckigen Abschnitt 52 des Schaftes 30 gestülpt werden kann wobei die Unterkante der Federhaube 60 um den oberen Rand des Ventilgehäuses herum liegt. Bei der AusfUhrungsform gemäß Fig. 1 ist die öffnung

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der Pederhaube βθ im wesentlichen kreisförmig und hat einen Durchmesser, der etwas größer ist als dieferößte Breite des vieleckigen - Abschnittes 52. Eine Mutter 62 oder ein anderes geeignetes Befestigungsmittel ist abschraubbar auf ein Gewinde 64 aufgeschraubt, das .am freien Ende des Schaftes 30 vorgesehen ist, so daß man durch Aufschrauben der Mutter 62 die Feder zusammendrücken und die Kolbenanordnung und den Handgriff an Ort und Stelle halten kann. Bei der größten Zusammendrückung der Feder kommt die Federhaube 60 mit einer Schulter 63 auf dem Schaft JO in Eingriff.

Eine andere Ausführungsform des vieleckigen Abschnittes 52 des Schaftes 30 und der Federhaube 60 ist in Fig. 8 dargestellt. Soweit möglich sind in Fig. 8 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden. Diejenigen Elemente, die sich von der in Fig. 1 darge- Λ stellten Ausführungsform geringfügig unterscheiden, sind mit dem gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Apostrophs versehen. Gemäß der Darstellung in Fig. 8 ist eine Druckfeder 58 über den Schaft 30 geschoben, so daß ein Ende der Druckfeder gegen die Oberseite eines Unterlegringes 59 anliegt, der wiederum gegen die Oberseite des Ventilgehäuses 12 anliegt. Das betreffende Ende der Feder 58 könnte jedoch auch unmittelbar gegen die Oberseite des Gehäuses anliegen. Der Schaft 30 ist durch einen Zapfen 36 drehfest mit dem Kolben 28 verbunden, wobei der Zapfen 36 mit Längsrippen 38 oder dergleichen versehen ist. Eine schalenförmige Federhaube 60^f ist mit einer vieleckigen öffnung 61' versehen, deren Gestalt der Querschnittsform des Abschnittes 52' des Schaftes 30 entspricht. Eine Ringnute 70 ist in der Außenseite des Abschnittes 52^! an einer Schul- I ter 6^> ausgebildet. Da die die öffnung 61' in Fi&. 8 bildenden Wände und die Außenseite des Abschnittes 52* gleiche Gestalt haben, kann man die Federhaube 60^! mit der öffnung nach unten über den Abschnitt 52^! schieben, bis ein Flansch 72 vor der Ringnute 70 liegt. Eine kleine Drehung der Federhaube 60^! gegenüber dem Abschnitt 52^! bewirkt dann eine Verriegelung der Federhaube 60¹ in der- Ringnute 70, da die öffnung 61^! dann nicht mehr passend zum Abschnitt 52¹ ausgerichtet ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 wird durch die in der Ringnute 70 verriegelte Federhaube 60' eine bestimmte Druckkraft auf die Feder 58 ausgeübt, und zwar unabhängig davon, vie weit die Schraube 62 auf das Gewinde 64 aufgesohraubt ist. Der Hauptvorteil

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der Ausführungsform gemäß Fig. 8 besteht darin, daß man den Handgriff 56 vom Ventilschaft J>0 nach dem Abschrauben der Mutter 62 leicht abnehmen kann, ohne daß die Feder 58 und die Federhaube 6O^f sich ablösen. Die Feder 58 wird vielmehr von der Federhaube 6O^f, die in der Ringnute 70 des Abschnittes 52' sitzt, an Ort und Stelle festgehalten. Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 der Handgriff 56 ausgetauscht werden soll, braucht man daher die Feder 58 nicht wieder zusammenzupressen und auch nicht das ganze obere Ende des Ventils neu zusammenzubauen.

Es liegt auf der Hand, daß man das Ventil gemäß der Erfindung weiter dahingehend abwandeln kann, daß die Feder 58 unmittelbar gegen den Handgriff 56 anliegt und sich die Federhaube 60 erübrigt.

Es soll nun kurz die Feder 58 mit Bezug auf die Funktion des Ventils als Sicherheitsbventil beschrieben werden. Die Feder 58 dient einerseits zur Vorspannung des Kolbens 28 in dichtem Eingriff mit dem Dichtungsring 24 und erlaubt andererseits eine gesteuerte Ablösung oder ein gesteuertes "Wegbrechen" des Kolbens vom Gehäuse, falls ein hoher Druck im System auftritt oder der Kolben während der Drehung am Gehäuse klebt. Die Federspannung muß daher derart gewählt werden, daß sie den Kolben zur Abdichtung ausreichend fest in das Gehäuse hinein vorspannt und zugleich dem Kolben die Möglichkeit beläßt, die beschriebene "Aufbrechbewegung" durchzuführen und im Falle eines Überdrucks im System als Druckbegrenzungsventil zu wirken.

Zum Zusammenbau des Ventils 10 wird der Kolben 28 in die Mittelbohrung 14 des Gehäuses 12 eingeführt und fest eingesetzt. Vor der Anordnung des Federspannmechanismusses auf dem oberen Ende des Kolbens 28 fluchten die Eintrittsöffnung 46 und die Gehäuseeinlaßöffnung 20 nicht vollkommen miteinander. Die Eintrittsöffnung 46 ist vielmehr in diesem Zustand gegenüber der Gehäusodnlaßöffnung 20 noch etwas versetzt, weil der Dichtungsring 24, solange kdne Druckkraft ausgeübt wird, noch nicht ganz in der Nute 22 sitzt. Durch die Anordnung des Federspannmechanismusses wird jedoch die Kolbenanordnung 26 fest in die Mittelbohrung 14 gezogen, so daß der Dichtungsring zusammengedrückt wird und die Eintrittsöffnung 46 mit der Einlaflöffnung 20 zum Fluchten kommt. Das Ventil ist dann einsatzbereit. Man beachte, daß beim Zusammenbau keinerlei Werkzeuge oder Spezialin-

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strumente erforderlich sind.

Da die Mittelbohrung 14, in der der Dichtungsring angeordnet ist, sich konisch verjüngt, kann man den Dichtungsring zur Reinigung oder zum Ersatz durch einen neuen Dichtungsring leicht herausnehmen. Es liegt auf der Hand, daß bei der beschriebenen konischen Ausbildung der Mittelbohrung 14 der Dichtungsring leichter zugänglich ist als bei einer zylindrischen Mittelbohrung 14.

Die Verwendung des um die Einlaßöffnung 20 angeordneten Dichtungsringes 24 mindert auch die Probleme hinsichtlich des Aufreißens und "Wegbrechens", wenn "trübe" oder Schwebstoffe enthaltende Substanzen oder Substanzen eäer ohne ölige Bestandteile durch das Ventil geleitet werden. Da die Nute 22 eng um die Einlaßöffnung 20 herum angeordnet ist, kommt außerdem nur eine kleine Zone der KoI-benanordnung 26 und der Mittelbohrung 14 mit der durch das Ventil geleiteten Flüssigkeit in Berührung. Hierdurch wird selbstverständlich die Gefahr einer Verunreinigung durch Einschluß von Flüssigkeit zwischen dem Kolben und der Mittelbohrung 14 verringert. Bei der Drehung der Eintrittsöffnung 46 vor die Gehäuseeinlaßöffnung 20 und von dieser vqg wirkt der Dichtungsring 24 außerdem wie ein Abstreifer auf die Außenseite des Kolbens 32, d.h. er streift die mit dieser Außenseite 32 des Kolbens in Berührung g4commene Flüssigkeit ab, was wiederum dazu beiträgt, daß das Ventil im Gebrauch lange Zeit in einem hygienischen Zustand bleibt.

Von großer Wichtigkeit für die richtige Funktionsweise des Ventils ist die Verwendung eines Federspannmechanismusses, mit dem die Kolbenanordnung 26 in dichten Eingriff mit der konischen Mittelbohrung 14 vorgespannt wird. Die Gefahr, daß bei der Drehung des Kolbens der Dichtungsring eingequetscht, zerrissen oder abgerieben oder aus seiner Nute herausgerollt wird, wenn die Kolbenöffnung sich beim öffnen oder Schließen des Ventils an der Dichtung vorbeibewegt, kann man dadurch verringern oder im wesentlichen ganz beseitigen, daß man die Kanten der Kolbenöffnung abrundet oder den Kolben elastisch vorspannt. Wenn die Kante der öffnung 46 den Dichtungsring 24 einzuquetschen beginnt, entstehen KräYte, die die Kolbenanordnung 26 in axialer Richtung aus der Mittelbohrung 14 herausdrücken, so daß die auf den Dichtungsring wirkende Druckkraft bis zu einem gewissen Um-

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fang beseitigt wird uncftiie auf die Dichtung wirkenden Spannungen vermindert werden. Wenn der Kolben sich nicht axial zum Gehäuse bewegen könnte, würden diese Beanspruchungen nicht beseitigt und es könnte zu einer Beschädigung oder vollständigen Zerstörung des' Dichtungsringes kommen.

Es wird nun auf die Figuren 4-7 Bezug genommen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform des Dichtungsringes dargestellt ist. Soweit es möglich ist, werden bei der Beschreibung der Fig. 4 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 verwendet. Wenn die in beiden Figuren vorhandenen Teile ähnlich aber nicht identisch sind, wird das entsprechende Bezugszeichen mit einem Apostroph verwendet. In Fig. 4 ist ein Ventilgehäuse 12' dargestellt, das mit einer konischen Längsmittelbohrung 14 versehen ist, deren Achse mit A-A bezeichnet ist. Die Bohrung 14 ist an beiden Enden offen und erstreckt sich durch das ganze Gehäuse 12' hindurch. Ein Einlaßkanal 18 verläuft quer zum Gehäuse 12' um eine Achse B-B herum. Der Einlaßkanal 18 hat in einer zu seiner Längsachse rechtwinkligen Ebene im wesentlichen runden Querschnitt, so daß er in die konische Mittelbohrung 14 mit einer ovalen Einlaßöffnung 20 mündet.

In der die Mittelbohrung 14 bildenden Wand ist um die Einlaßöffnung 20 herum eine Nute 22' ausgebildet, in die ein Dichtungsring 74 aus elastomerem Werkstoff eingesetzt ist.

Bevor der Dichtungsring 74 im einzelnen beschrieben wird, soll hier kurz auf die Nute 22' eingegangen werden. Da die Nute 22' in der konischen Wand der Bohrung 14 angeordnet ist, bildet der Boden 75 der Nute 22^f eine gekrümmte Fläche, deren Form im wesentlichen der Form der die Bohrung 14 bildenden Wand entspricht. So liegt in dem in Fig. 4 dargestellten senkrechten Schnitt der Boden 75 der Nute 22* unter einem bestimmten Winkel alpha zur Achse B-B des Einlaßkanals 18.

Die Gestalt des Nutenbodens entspricht nicht nur in der senkrechten Ebene der Gestalt der die Mittelbohrung 14 bildenden Wand, sondern die Nute 22' ist auch in der horizontalen Ebene entsprechend der die Mittelbohrung 14 bildenden Wand konkav gestaltet. Da die die Mittelbohrung 14 bildende Wand in einer senkrechten Ebene konisch verläuft,

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ändert sich der Krümmungsradius der Nute 22' in der horizontalen Ebene je nach der Lage des betrachteten Horizontalschnittes in Längsrichtung der Achse A-A (Pig. 4).

- Zur Beschreibung der Nute 22' kann man daher feststellen, daß diese im wesentlichen ringförmige Gestalt hat und daß die Gestalt des Nutenbodens im wesentlichen der Gestalt der die Mittelbohrung bildenden Wand entspricht, in der die Nute angeordnet ist. Die Nute 22* hat daher in waagerechter Ebene wechselnde Krümmungsradien, die von einem verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius R₁ bis zu einem verhältnismäßig großen Krümmungsradius Rp gehen (Fig. 4). Diese Gestalt der Nute 22^f machtidie Abdichtung der Kolbenanordnung schwierig, da man glatte Dichtungsringe strecken oder verformen muß, um sie in die Nute 22' einzupassen. Ein glatter, auf diese Weise verformter Dichtungsring hat natürlich das Bestreben, in seinen unverformten, spannungslosen Zustand zurückzukehren und folglich aus der Nute 22' auszutreten.

Bei der bevorzugten Ausführnngsform der vorliegenden Erfindung ist der Dichtungsring derart gestaltet, daß er im spannungsfreien Zustand im wesentlichen die Gestalt der Nute hat, in die er eingelegt werden soll.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht des derart^formten Dichtungsringes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 ist nicht im eigentlichen Sinne eine Ansicht des Dichtungsringes sondern vielmehr eine Projektion desselben auf eine Ebene, die rechtwinklig zur Darstellungsebene der Fig. 4 durch die Achse A-A verläuft. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt des Dichtungsringes 74, der eine Rückseite 76, eine Vorderseite 78, eine Innenseite 80 und eine Außenseite 82 aufweist. Die Darstellung in Fig. 6 entspricht im wesentlichen der Darstellung in Fig. 4 ln-sofern, als der Dichtungsring in Fig. 6 in der 3tellung dargestellt ist, in die er gebracht werden muß, um in die Nute 22* gemäß Fig. 4 eingesetzt Z. zu werden. Die Rückseite 76 des Dichtungsringes 74 ist derart gestaltet, daß sie im wesentlichen dem Boden 75 der Nute 22' entspricht. Gemäß der Darstellung in Fig. 7 liegt die Rückseite 76 auf einem Krümmungsradius R, der dem Krümmungs radius des Nutenbodens 75 in den verschiedenen Horizontalebenen ent spricht. Es wurde oben bereits ausgeführt, daß der Krümmungsradius R

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in Pig. 7 tnicht konstant ist sondern sich in Richtung der Achse A-A in Fig. 4 ändert. Man erkennt aus Fig. 6, daß der Radus von einem verhältnismäßig kleinen Wert R₁ am oberen Ende des Dichtungsringes bis zu einem verhältnismäßig großen Wert R₂ am unteren Ende des Dichtungsringes kontinuierliche größer wird. Die Werte R₁ und R₂ in Fig. 6 sind im wesentlichen gleich den Werten R₁ und R₂ in Fig.

Aus Fig. 6 erkennt man, daß die Rückseite 76 des Dichtungsringes 74 in der durch die Achsen A-A und B-B verlaufende Ebene zwei Linien bildet. Fig. 6 zeigt, daß die Rückseite 76 somit einen- Winkel alpha mit der Achse B-B bildet, der im wesentlichen dem Winkel alpha des Bodens 75 der Nute 22' in Fig. 4 gleieh ist.

Im unverformten, spannungsfreien Zustand entspricht die Gestalt des Dichtungsringes 7^ gemäß Fig. 6 im wesentlichen der Gestalt der Nute 22^f, in die er eingesetzt werden soll. Ferner entspricht der Que-r schnitt des Dichtungsringes im wesentlichen dem Querschnitt der Nute 22^!, so daß Hohlräume vermieden werden, in denen die durch das Ventil hindurchtretende Flüssigkeit eingeschlossen werden könnte. Gemäß der Darstellung in Fig. 6 sind daher die Innenseite 8O und die Außenseite 82 in der senkrechten Ebene parallel und bilden jeweils eine verhältnismäßig scharfe Kante mit der Rückseite 76. Die Vorderseite 78 ist mit einem Radius R, (Fig. 6) ausgebildet und bildet die Dichtungsoberfläche .

In dem in Fig. 7 dargestellten Schnitt hat die Vorderseite 78 des Dichtungsringes 74 einen Radius R^. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Dichtungsringes ist R₅ (Fig. 6) etwas größer als R^ (Fig. 7) und die von der Innenseite 80 und von der Außenseite 82 gebildeten Übergänge sind glatt und kontinuierlich ohne Störungen, die ein Lecken der Flüssigkeit verursachen könnten.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ändert sich auch die Dicke des Dichtungsringes in der senkrechten und waagerechten Ebene. So ist in der senkrechten Ebene gemäß Fig. 6 die Dicke d₁ zwischen der Innen seite 80 und der Außenseite 82 g etwas größer als die Dicke d-, in Fig. 7 in der horizontalen Ebene zwischen den Seiten 80 und 82. Desgleichen ist die Dicke d_g in Fig. 6 zwischen der Rüokseite 7*> und derVorderseite 78 des Dichtungsringes etwas Größe als die Dioke d^

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in der horizontalen Ebene gemäß Fig. 7.Man beachte, daß, während hier im Zusammenhang mit Fig. 7 von einer horizontalen Ebene die Rede ist, die in Fig. 6 dargestellte Schnittlinie 7-7 zur Fig. 7 nicht im eigentlichen Sinne horizontal sondern unter einem Winkel alpha (Fig. 6) zur Horizontalen Verläuft. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird jedoch die Schnittebene der Fig. 7 hier als eine waagerechte Ebene bezeichnet.

Zur Erläuterung seien an einem Beispiel die Beziehungen der verschiedenen Oberflächen des Dichtungsringes zueinander angegeben. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Dichtungsringes mit einem lichten Durchmesser von 10,54 mm hat der Winkel alpha die Größe von etwa 102°. R₁ ist dann 11,43 mm und R_g 14,61 mm groß. Ö3?e8 R ist 1,422 mm groß, während R^ 1,3208 mm groß ist. d., ist 2,794 mm groß, während d-* 2,5908 mm groß ist. d₂ 1st 2,6162 mm groß, während dh 2,3622 mm groß ist. Die angegebenen Verhältnisse sind für die dargestellten Schnitte typisch und die außerhalb der dargestellten Schnitte vorhandenen Abmessungen sollen entsprechend angeglichen sein, so daß sich glatte Übergänge zwischen den Oberflächen der Teile ergeben.

Wenn die bevorzugte Ausführungsform des Dichtungsringes gemäß Fig. in der Nute 22' gemäß Fig. 4 angeordnet ist, wird durch die Anordnung des Federspannmechanismusses des Ventils die Kolbenanordnung 26 in engen Eingriff in die Mittelbohrung 14 gezogen, so daß der Dichtungsring 74 ganz in die Nute 22^! eingedrückt wird. Da der Dichtungsring 74 die in Fig. 6 dargestellte Gestalt hat, wird er beim Eindrücken in die Nute 22* nicht unzulässig stark aus seiner unverformten spannungsfreien Form heraus verformt. Es sind daher im Dichtungsring keine Kräfte vorhanden, die den Dichtungsring aus der Nute heraustreiben wollen, in der der Dichtungsring angeordnet ist. Infolgedessen besteht kaum die Gefihr, daß der Dichtungsring bei der Drehung des Kolbens eingequetscht, zerrissen oder abgerieben wird, so daß der Dichtungsring eine lange Lebensdauer hat.

Die Neigung oder Verjüngung der die Mittelbohrung 14 bildenden Wand kann im Rahmen der vorliegendererfindung verschieden sein. Bei der in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Winkel alpha eine Größe von etwa 102°. Die die Mittelbohrung 14 bildende Wand umschließt daher mit der senkrechten Achse A-A ei-

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nen Halbwinkel von 12°. Andere Verjüngungswinkel der Mittelbohrung sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Im weitesten Sinne kann man im Rahmen der Erfindung auch eine nicht verjüngte oder zylindrische Mittelbohrung 14 im Ventilgehäuse 12 anwenden, in der ein im wesentlichen zylindrischer Kolben angeordnet ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Pig. 1 verjüngen sich die Mittelbohrung 14 und der Kolben 28 zum Handgriff 56 hin. Bei einer anderen Ausführungsform können das Ventilgehäuse und der Kolben sich umgekehrt zum Austrittsende des Kolbens hin verjüngen.

Zur Erleichterung der Beschreibung wurde die Erfindung an einem einzigen bevorzugten Ausführungsbeispiel und einer Abwandlung desselben beschrieben. Es liegt jedoch auf der Hand, daß andere Abwandlungen dieser Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Die Einzelheiten der dargestellten Ausführungsbeispiele sollen daher nur zur Erläuterung und nicht zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens dienen.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. B ERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom U. JUUX 1968 Sch+ Name d. Anm. TOMLINSON INDUSTRIES, INC.

P a t e η t a η s ρ r ό ü c h e

1. Absperrventil, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (12) mit einer um eine erste Achse (A-A) angeordneten Mittelbohrung (14), die an einem Ende zur Gehäuseaußenseite offen ist, durch einen in dieser Mittelbohrung (14), drehbar abgeordneten Kolben (26,28), wobei Λ en Teil de^Außenkontur dieses Kolbens der Gestalt der Mittelbohrung entspricht und ein Ende des Kolbens am offenen Ende der Mittelbohrung angeordnet ist, durch einen durch das Ventilgehäuse (12) um eine zweite Achse (B-B) angeordneten, mit einem Ende in die Mittelbohrung (14) mündenden und eine Einlaßöffnung (20) bildenden Quereinlaßkanal (18), dessen anderes Ende an eine Flüssigkeitszufuhrquelle anschließbar ist, durch einen durch den Kolben (28) verlaufenden Strömungskanai (440), der in der Seitenfläche des Kolbens beginnt und an dem genanntentende des Kolbens entlang der Längsachse desselben mündet, um einen Ventilauslaß (42) zu bilden, durch eine Eintrittsöffnung (46) am in der Seitenfläche des Kolbens (28) liegenden Anfang des Strömungskanals (40), wobei diese Eintrittsö'ffnung (46) und die Gehäuseeinlaßöffnung (20) in Längsrichtung des Ventils (10) derart an- " geordnet sind, daß sie in einer bestimmten Drehstellung des Kolbens im Ventilgehäuse miteinander fluchten, durch eine in der Mittelbohruni (14) um die Einlaßöffnung (20) angeordnete Ringnute (22), die so groß ist, daß sie bei mit der Einlaßöffnung (20) fluchtender Eintritts-Öffnung (46) diese umringt, durch einen elastomeren Dichtungsring (24) in dieser Ringnute (22), der zwischen dem Ventilgehäuse (12) und dem Kolben (28) zusammengerückt ist, durch Federyorrichtungen (58) zur elastischen Vorspannung des Kolbens (28) in das Ventilgehäuse (1.2) hinein und durch Einrichtungen (56) zum Drehen des Kolbens (28) im Gehäuse (12).

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelbohrung (14) und der entsprechende Teil des Kolbens (28)

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konische Gestalt haben.

5· Absperrventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pedervorrichtungen aus einer am Kolben (28) iund am Ventilgehäuse (12) angreifenden Feder (58) bestehen.

4. Absperrventil nach Anspruch J), gekennzeichnet durch eine Federhaube (6O) und Mittel zum Befestigen derselben am Kolben (-28).

5« Absperrventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnete, daß die Befestigungsmittel aus einer Ringnute (70) im Kolben (28) (30) und einem von der Federhaube (60¹) in diese Ringnute ragenden Flansch (72) bestehen.

6. Absperrventil nach änem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch das andere Ende der Mittelbohrung (14) auf die Außenseite des Ventilgehäuses (12) mündet und daß das andere Ende des Kolbens (28) einen durch die Mittelbohrung aus dem Ventilgehäuse (12) herausgragenden Schaft (j50) aufweist, der mit Mitteln zum Angriff der Dreheinrichtung (56) versehen ist.

7. Absperrventil nach den Ansprüchen J>, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (58) den Schaft (JQ) umgreift und eine axiale Kraft mit einem Ende auf das Ventilgehäuse und mit dem anderen Ende auf den Kolben (28) ausübt.

ψ 8. Absperrventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang der Längsachse (A-A) des Kolbens (28) verlaufende Teil des Strömungskanals (40) sich von dem Auslaßende (42) nach innen verjüngt, um die Entleerung des Strömungskanals (40) nach dem Schließen des Ventils (10) zu erleichtern.

9. Absperrventil nach einem' der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (24) eine elastomere Dichtung ist.

10. Absperrventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (41) der Eintrittsöffnung (46) des StrnSmungskanals (40) abgerundet ist.

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11. Absperrventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite (76) des Dichtungsringes in der durch die beiden Achsen (A-A und B-B) verlaufende Ebene mit der zweiten Achse (B-B) einen Winkel alpha bildet, der dem Verjüngungswinkel der Mittelbohrung (1.4) entspricht, und daß die Krümmungsradien der Rückseite (76) entlang der ersten Achse (A-A) entsprechend den Krümmungsradien der Wand der Mittelbohrung (14) sind.

12. Absperrventil nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche J-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (24) im unverformten Zustand eine im wesentlichen entsprechend der Verjüngung der Mittelbohrung (i4) konisch verlaufende Rückseite und Krümmungsradien entlang der ersten Achse (A-A) hat, die im wesentlichen den Krümmungs radien der Wand der Mittelbohrung (14) entsprechen.

!^. Absperrventil nach einem der vorangehenden Ansprüchej dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Dichtungsring (24) derart gestaltet ist, daß er im ungespannten Zustand die Ringnute (22) im wesentlichen ausfüllt.

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