DE1775606A1

DE1775606A1 - Sitzring fuer Kugelventil

Info

Publication number: DE1775606A1
Application number: DE19681775606
Authority: DE
Inventors: Gordon Jun Bennett Edward
Original assignee: Jamesbury Corp
Current assignee: Neles Jamesbury Inc
Priority date: 1967-09-01
Filing date: 1968-08-31
Publication date: 1971-08-12
Also published as: FR1577185A; CH517908A; GB1209238A; US3486733A; SE347335B

Description

CJamesbury Corporation, 640 Lincoln Street, Worcester, fflassachusetts/USA

Sitzring für Kugelventil.

Die Erfindung betrifft einen Sitzring für Kugelventile und insbesondere einen solchen Sitzring, der eine flexible innere Lippe aufweist, die an der Kugel anliegt und in axialer Richtung des Ringes gegenüber dem auf die Kugel einwirkenden Flüssigkeitsdruck nachgiebig ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Sitzring zu schaffen, der in der Lage ist, auch unter

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höheren Temperaturen und Druckbelastungen einen einwandfreien Sitz der Ventilkugel zu garantieren und bei dem der Kaltfluß des plastischen Kunststoff-Dichtungsmaterials wesentlich verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring aus einem elastischen Kern und aus einem inneren und aus einem äußeren Ringteil aus Dichtungswerkstoff besteht, uiobei der innere Ringteil eine Sitzfläche aufweist, die an der Kugel anliegt und der Kern Profilzweige hat, die den inneren Ringteil einschließen und sich den Enden der Sitzfläche nähern und wobei einer der Profilziueige des Kerns mit dem inneren Ringteil zusammen eine in axialer Richtung nachgiebige Lippe bildet.

Dabei besteht der Kern vorzugsweise aus Metall oder einem ähnlichen elastischen material mit hoher Biegefestigkeit und es werden der innere und äußere Ringteil von diesem Kern getragen. Der innere RingTeil hat eine konische innere Sitzfläche, die an der Kugel anliegt, während der äußere Ringteil dichtend an der Innenseite des Uentilgehäuaes anliegt. Die Profilzweige des Kerns erstrecken sich gegen die innere und äußere Begrenzungskante der schrägen Sitzfläche. In einer Ausführungsform des er-

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findungsgemäßen Sitzringes ist der Kern ganz von Dichtungsmaterial umgeben, während bei ainer anderen Ausführungsform separate innere und äußere Ringsegmente vom Kern getragen werden. Der Kern selber kann aus einem Stück oder aus mehreren Stücken bestehen.

Weitere vorteilhafte merkmale der Erfindung gehen aus |

der nachfolgenden Beispielsbeschreibung hervor, die die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläuterte In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kugelventile;

Figur 2 einen vergrößerten Tailschnitt im Bereich des Sitzringes;

Figur 3 den gleichen Schnittverlauf wie Fig. 2 in einem anderen Kern im Sitzring;

Figur 4 ist eine Draufsicht auf den Sitzring;

Figur 5 und 6 Querschnitte durch andere Ausführungsformen des Sitzringes;

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Figur 7 eine Draufsicht auf einen Sitzring der Figuren und 6;

Figur 8 und 9 schematische Darstellungen der Wirkungsweise des Sitzringes;

Figur 10 einen Querschnitt durch einen Sitzring, in dem die axiale Nachgiebigkeit demonstriert wird;

Figur 11 zeigt einen Teilquerschnitt durch einen Sitzring mit einem anderen Kernprofil;

Figur 12 ©ine Draufsicht auf einen Sitzring gemäß Fig. 11;

Figur 13 einen Querschnitt durch einen Sitzring mit einer anderen Ausführungsform des Kerns;

Figur 14 eins Draufsicht auf einen Sitzring gemäß Fig· 13·

Ein Kugelventil, in dem die erfindungsgemäßen Sitzringe Verwendung finden können, besteht aus einem Gehäuse, das uoη beliebiger Konstruktion sein kann und in dem gewählten Ausführungsbeispiel aus zuiei Teilstücken 10 und 11 besteht. Die Teilstücke 10 und 11 haben zylindrische Durch-

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flußbohrungen 12 und 13 und umschließen eine zylindrische Ventilkammer 14 mit den Seitenwänden 10a und 11a. In der Ventilkammer 14 ist eine Kugel 15 gelagert, die eine Durchlaßbohrung 16 aufweist. Die Kugel 15 ist mit einem Stiel 17 verbunden, durch welchen sie um 90° von einer ^llOffen"-Stellung in eine ^tlGeschlo8sen^ll-Stellung gedreht werden kann; in der ¹¹Offen"-Stellung fluchtet die Durch- f laßbohrung 16 mit den Durchlaßbohrungen 12 und 13 während in der ^llGe8chlo8sen"-Stellung die Kugel den Durchfluß durch das Kugelventil sperrt· Der Stiel 17 ist in einem Kappenaufsatz 18 gelagert und kann von üblicher Konstruktion sein.

Sitzringe 20, gleicher Form sind mit einander zugekehrten Innenflächen um die Durchlaßbohrungen 12 und 13 auf den gegenüberliegenden Seiten der Kugel 15 angeordnet. Die Sitzringe 20 dienen als Dichtungen zwischen der Kugel 15 und den Teilstücken 10 und 11 des Ventilgehäuses. Es ist auch möglich, nur auf der einen Seite der Kugel 15 einen solchen Sitzring 20 zu verwenden und die Dichtung auf der anderen Seite durch andere Mittel zu bewerkstelligen.

Der Sitzring 20 hat gemäß Fig. 2 einen dünnen einatückigen Kern 21 mit T-förmiger Querschnittsform aus einem elasti-

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sehen material, das nicht dem Kaltfluß unterworfen iäb, beispielsweise aus Rietall. Die Profilzweige 21a und 21c des Kerns verlaufen zueinander fluchtend im wesentlichen in radialer Richtung des Sitzringes und der Profilzweig 21b in axialer Richtung. Der Kern 21 ist ganz eingebettet in einen gegossenen Körper 22, der eine Stirnfläche 22a aufweist, welche an der Seitenwand 10a der l/entilkam«er anliegt, und eine Außenfläche 22b, die an der Seitenwand 10b der Ventilkammer anliegt.

Der innere Ringteil des Ringkörpers 22 ist auf der Stirnfläche 22a mit einer ringförmigen axialen Aussparung versehen und bildet eine Lippe 22c, die eine Sitzfläche 22d aufweist, welche an der Kugel 15 anliegt. Die Sitzfläche 22 ist von Anfang an im wesentlichen konisch gestaltet, und die Längsausdehnung der Uentilkanmer von der Seitenwand 10a zu der Seitenwand 11a ist etwas kleiner gehalten als die Gesamtlänge, die sich aus den beiden Sitzringen 20 und der Kugel 15 ergibt. Dadurch wird eine gewisse Vorspannung der Lippen 22c beim Zusammensetzen der Gehäuseteil 10 und 11 erreicht. In Fig. 8 ist der Sitzring 20 in seiner unbelasteten Form dargestellt und die strichpunktierten Linien 23 zeigen die relative Position, die die Kugel einnimmt, wenn das Ventil zusammengesetzt wird·

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Die Überschneidung zwischen der Kugel und der Lippe liegt prinzipiell im Bereich 24 des inneren Teiles der Lippe 22c. Wenn die Kugel und der Sitzring zusammengesetzt werden, wie das in Fig. 9 dargestellt ist, biegt sich die Lippe 22c nach außen und die Kugel liegt nahezu auf der ganzen Sitzfläche 22d auf. Nach einer verhältnismäßig kurzen Einsatzdauer des Ventils nimmt die Sitzfläche 22 im wesentlichen die Form der Kugeloberfläche an. Um dies besser zu demonstrieren sind die Figuren 6 und 9 etwas übertrieben dargestellt. Der Betrag der Überschneidung und Ausbiegung der Lippen liegt normalerweise zwischen 0,025 und 0,25 mm. Wenn das Ventil im Eineatz ist, wird die auf der stromabwärts liegenden Seite der Kugel im geschlossenen Zustand des Ventils etwas mehr durchgebogen aufgrund des FlÜ88igkeit8drucke8, der auf die Kugel einwirkt. Der Ringkörper 22 kann bestehen aus Gummi verschiedener Härtegrade, aus starrem material wie Cheramik oder Graphit j oder aus irgendeinem synthetischen Plastikmaterial, das gewöhnlich für Dichtungesitze verwendet wird, wie z. B. Tetrafluoräthylen.

In der bisher beschriebenen Aueführungeform des Sitzringes bilden die Profilzweige 21a und 21b und die Sitzfläche 22d einen Teil A von im wesentlichen dreieckigem

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Querschnitt, während der Übrige Teil des Sitzringes dan Außenring darstellt. KaltfluB des Plastikmaterials im ■> Teil A, der dem größten Druck der Kugel ausgesetzt ist, uiird durch die Profilzweige 21s und 21b des. Kernes 21 wesentlich verringert und kann nur entlang an den Endbereichen dieser Profilzuteige auftreten, wie dies durch die Pfeile 25 und 26 angedeutet ist. Die Dicke des Plastikmaterials in den Bereichen der Pfeile 25 und 26 ist in den Zeichnungen absichtlich etwas übertrieben dargestellt, während sie in Wirklichkeit etwa 0,5 bis 2 mm beträgt. Der Kaltfluß des Plsstikmsteriale im Bereich der Sitzfläche des Teiles A wird auf diese Weise auf sin minimum reduziert.

Der elastische Kern befähigt den Sitzring insgesamt einer höheren Belastung standzuhalten als ein Sitzring ähnlicher Form und aus ähnlichem material, der ganz aus Plastik hergestellt ist und gewährleistet eine vollkommene Zurückformung des Ringsitzes bsi nachlassender Belastung. Die Kraft der Vorspannung zwischen der Kugel und dsm Sitzring ist so gehalten, daß auch bei niedrigem Anpreßdruck eine absolute Dichtigkeit erzielt wird. Der Kern beschränkt auch das Rlaß des ffistsrislschwundss der Plastikteile des Ringsitzes unter Kälteeinw-irkung.

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Der Sitzring der Fig. 3 besitzt einen Kern, der aus zwei getrennten Teilen hergestellt ist, und zwar aus einem flachen, ringförmigen Teil 30 und aus einem rohrförmigen Teil 31, die beide in einem Plastikkörper 32 eingebettet sind. Die Eigensachften dieses Sitzringes sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen des in der Fig. 2 dargestellten Sitzringes· Sein Hauptvorteil gegenüber dem g zuerst beschriebenen Sitzring der Fig* 2 besteht darin, daß der Kern leichter herzustellen ist. Der Teil 30 besteht aus elastischem material und uiirkt wie eine Feder. Der Teil 31 kann aus hartem nicht federndem material bestehen·

Der Sitzring der Fig. 5 besitzt einen einstückigen metallkern 35 von T-förmigem Querschnitt und trägt separate innere und äußere Ringteile 36 und 37. Das Ringteil 36 hat ein im wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit einer auf der Kugelfläche aufliegenden Sitzfläche 36a. Der äuß/θΓβ Ringteil 37 liegt an den Wandungen der Ventilkammer an. Der Profilzweig 35a des Kerns 35 hat von der Gehäusewand einen gewissen Abstand und ist in axialer Richtung biegsam, wenn eine entsprechende Kraftwirkung auf das Segment 36 einwirkt. Auf diese Weise wirkt der Profilzweig 35s zusammen mit dem Ringteil 36 als flexible

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Dichtungslippe.

Die Ringteile 36 und 37 können am Kern angeklebt sein· Dies ist jedoch nicht wesentlich, da die Teile des Sitzringes in montierten Zustand durch das Gehäuse und die Kugel in ihrer Lage gehalten werden.

Der Sitzring der Fig. 6 hat im wesentlichen die gleiche Form wie derjenige der Fig. 5, nur besteht hier der Kern aus zwei Stücken, nämlich aus einem ringförmigen Teil und aus einem rohrförmigen Teil 39· Dieselben Ringteile 36 und 37 können zusammen mit dem zweistückigen Kern 38, 39 verwendet werden, wobei sie auf die Kernteile aufgeleimt sein können oder nicht· -

Bei den AusfUhrungsformen gemäß den Figuren S und 6 können die Ri ng tail β 36 und 37 aus beliebigem, für die Ventilsitze geeignetem material hergestellt sein. Diese Konstruktion ist insbesondere vorteilhaft, u/enn es notwendig ist, die Ringteile, die die Dichtungsflächen bilden, aus nicht

elastischem oder sprödem oder schwer formbarem Material wie z. B. Kohle, Asbest oder ähnlichem, das eine hohe Hitzebeständigkeit aufweist, herzustellen» Die Figuren 5 und 6 zeigen noch ein anderes merkmal des Ringaitzes.

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Dar innere Profilzweig 35a bzuj. der flache Ringtail 38 erstrecken sich im wesentlichen bis zur inneren Begrenzungskanta 36a des Ringteiles 36. Diese innere Kante 36a ist sehr schmal. Wenn die Kugel gedreht wird, schabt die Innenkante des IYIa ta like r ns auf der Oberfläche der Kugel angesetztes material ab und hält somit die Kugaloberflache

rein und frei υοη Schmutzablagerungen, die Ursache für eine Undichtigkeit sein könnten.

Die Figur 10 zeigt eine weitere Form der Ausbiegung des Kerns, die unter axialer Belastung stattfinden kann, insbesondere bei einem zweiteiligen Kern. Hier schwenkt der flache Ringteil 30 als Ganzes aus seiner zentrischen Lage. Die Bewegung ist sehr gering und in der Zeichnung übertrieben dargestallt. In den meisten Fällen wird die Form der Ausbiegung unter Lasteinwirkung eine Kombination zwischen der Art der Fig. 10 und der Art der Fig. 9 darstellen.

Figur 11 zeigt einen Kern, der beispielsweise aus einem Metallgespinst bestehen kann. Der Kern, der als Ganzes mit 40 bezeichnet ist, hat einen flachen ringförmigen Teil 40a, einen Teil 40b, der schräg nach außen läuft und einen Teil 40c, der schräg gegen die Kugeloberflache gebogen ist.

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Der Kern ist vollkommen in einen Ringkörper 41 eingebettet, der eine stark konische Sitzfläche 41a und eine konische Fläche 41b auf der von der Kugel abgekehrten Seite besitzt. Der Teil dieses Sitzringes zwischen diesen beiden Flächen stellt die flexible Lippe dar. Die Teile 40b und 40c des Kerns bilden zusammen mit der Sitzfläche 41a einen im wesentlichen dreieckförmigen Lagerteil G. , An der Übergangsstelle 4Od der Teile 40a und 40b des Kerns ist die IKlaterialdicke des Ringkörpers verhältnismäßig gering und ebenso am Ende des Teilstückes 40c, so daß an diesen Stellen auch der Kaltfluß merklich geringer ist als in den Sitzringen, die zuvor beschrieben wurden..

In der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform besteht der Kern 42 aus einem flachen Ringteil 43 und zu/ei rohrförmigen Teilen 44 und 45, die auf verschiedenen Seiten des Ringteiles 43 angeordnet sind. Der KeTn ist vollkommen eingebettet in einen Plastikkörper 46, der eine innere Lippe 46a aufweist, in welcher der Ringteil 43 eintaucht. Das innere Ende des Ring teil es 43 und das Ende des rohrförmigen Teiles 44 liegen knapp unter der Oberfläche des Ringkörpers und bilden ein im Querschnitt dreieckigen Ringteil D, auf dem die Kugel aufliegt. Diese Teile bewirken ebenfalls eine Verminderung des Kaltflusses

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in dem tragenden Bereich des Sitzringes in der gleichen Illeise, wie die Teile 30 und 31 in dem Sitzring der Fig. 3 beispielsweise.

Der rohrförmige Teil 45 in dem Sitzring der Fig. 13 stellt ein Sicherheitselement dar für den Fall, daß der Plastikköcper des Sitzringes durch Feuer zerstört wird. In diesem Falle wird die Kugel von den Teilen 43 und 44 getragen und der Teil 45 am Gehäuse anliegen. Der Dichtungsring wird dann immer noch die genügende Dichtigkeit aufbringen, um zu verhindern, daß ein beträchtlicher Betrag von Flüssigkeit aus dem Ventil entweicht·

Bei allen hier gezeigten Ausführungsformen bringt der metallische Kern den Hauptanteil des Biegetuiderstandes auf und ist das Dichtungsmaterial selbst im wesentlichen einem kompressiven Druck ausgesetzt» Auf diese Weise wird der übliche Druck-, Last- und Temperaturbereich,in dem sich Dichtungsuierkstoffe mit niedriger Zugfestigkeit und solcher Ulerkstoffe, die bei hohen Temperaturen niedrige Zugfestigkeit aufweisen, erheblich erweitert. Diese Konstruktion ist auch geeignet für die Verwendung von Dichtungsmaterial, das bei Gefriertemperaturen spröde und brüchig wird. Der elastische Kern garantiert die vollständige Rückverformung des Sitzringes in seine nor-

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male Form, u/enn die Druckbslastung endet, so daß keine bleibende Verformung stattfindet und immer eine gute und dichte Flächenberührung zwischen der Kugel und der Sitzfläche erhalten bleibt.

Obwohl in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Sitzringe nur im Zusammenwirken mit einer Woll-Kugel gezeigt wurden, können solche Sitzringe selbstverständlich auch im Zusammenwirken mit Halbkugeln oder kalottenförmigen Schließelementen oder mit sonstigen drehbaren Stöpseln Verwendung finden, die eine kugelförmig gewölbte Dichtungsfläche aufweisen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Sitzring für Kugelventile, insbesondere mit einer flexiblen, an der Kugel anliegenden inneren Lippe, die in axialer Richtung des Sitzringes gegenüber dem auf die Kugel einwirkenden Flüssigkeitsdruck nachgiebig ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Sitzring (20) aus einem elastischen Kern (21, 35, 40) und aus einem inneren (A, 36, C, D) und einem äußeren Ringteil (22, 37, 41, 46) aus Dichtungsuierkstoff besteht, wobei der innere Ringteil (A, 36, C, D) eine Sitzfläche (22d, 36a, 4te) aufweist, die an der Kugel (15) anliegt und der Kern (21, 35, 40) Profilzweige (21a, 21b, 21c; 35 und 35a; 38, 39; 40a, 40b, 40c; 43,

44, 45; 30 und 31) hat, die den inneren Ringteil ein- I

schließen und sich den Enden der Sitzfläche nähern und uiobei einer der Prof ilzuieige (21a, 30, 35a, 40a, 42) des Kerns mit dem inneren Ringteil zusammen eine in axialer Richtung nachgiebige Lippe bildet.

2. Sitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (21, 35, 40)

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vollständig von den inneren und äußeren Ringteilen umschlossen ist (Fig. 2, 3, 8, 9, 10, 11 und 12).

3. Sitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (35) einen inneren Ringteil (36) und einen äußeren Ringtail (37) trägt.

4. Sitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Ringteil
(A, 36, C und D) ein im wesentlichen dreieckförmigan Querschnitt hat.

5. Sitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern aus einem
Ringstück von T-förmigem Profilquerschnitt besteht,
dessen Profilzuieige sich in axialer und radialer Richtung erstrecken.

6. Sitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern (Fig. 3, 6, und 13) mit T-förmigem Profilquerschnitt von einem flachen im Querschnitt radial verlaufenden Ringteil (30, 38, 43) und aus einem rohrförmigen im Profil sich in axialer

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Richtung erstreckenden Teil (31, 39, 44 oder 45) besteht·

7· Sitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (40) drei Teilstücke aufmeist, von denen das erste Teilstück (40a) im Querschnitt in radialer Richtung, das ztveits Teilstück (40b) von innen schräg nach außen und das dritte Teilstück (40c) am äußeren Ende des Teilstückes (40b) schräg nach innen verläuft.

8. Sitzring nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichne t , daß der Kern (42) aus einem flachen im Querschnitt radial verlaufenden Ringteil, ein erstes rohrförmiges Teil (44), das sich im Querschnitt in axialer Richtung erstreckt und einen Profilziueig bildet sowie aus einem zweiten rohrförmigen Teil (45) auf der anderen Seite des flachen Ringteilss (43) besteht.

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