DE1907648A1 - Hochdruck-Ventil - Google Patents

Description

• Hochdruck-Ventil Die Erfindung betrifft ein Hochdruck-Ventil mit kugelförmigem, durchbohrem Schließkörper in einem Ventilgehti,use, das eine innere Ventilkammer und zwei von ihr ausgehende Durchlaßkanäle umschließt sowie Lager aufweist, die den Schließkörper in der Kammer um eine senkrecht zu mindestens einem der Durchlaßkanäle stehende Achse drehbar halten, und weiter mit mindestens einem am Gehäuse vorgesehenen Zwischenring o.dgl., der das innere Ende eines Durchflußkanals umgibt und eine Abstützfläche für einen ringförmigen Ventilsitz aufweist, welcher U-förmigen Querschnitt hat und zwischen kugelförmigem Schließkörper und zwischen Ring o.dgl. das innere Ende des Kanals umgebend angeordnet ist.
• Beim J3au eines Hochdruck-Ventils mit kugelförmigem Schließkörper (Kugelventil), das keine Leckage des unter hohem Druck stehenden Strömungsmittels selbst bei der im geschlossenen Zustand vorhandenen hohen Druckdifferenz abgibt, sind schwierige und ineinander verzahnte Probleme- zu lösen, die noch durch wirt'schaftliche Überlegungen kompliziert werden. Die Herstellungskosten eines derartigen Ventiles können nicht u,nbeg=renzt anwachsen und die beim Betätigen des Ventils zu überwindende Kraft muß in erträglichen Grenzen gehalten werden.
• Zur Lösung dieser Probl-eme wird ein Hochdruck-Ventil mit kugelförmigen, durchbohrtem Schließkörper in einem Ventilgehäuse vorgeschlagen, das eine innere Ventilkammer und zwei von ihr ausgehende Durchflußkanäle umschließt sowie Lager aufweist, die den Schließkörper in der Kammer um eine senkrecht zu mindestens einem der Durchlaßkanäle stehende Achse drehbar halten, und das weiter mit mindestens einem Zwischenring o.dgl.
• am Gehäuse -versehen ist, der das innere Ende eines Durchflußkanals umgibt und eine Abstützfläche für einen ringförmigen Ventilsitz aufweist, welcher U-förmigen Querschnitt-' hat und zwischen kugelförmigem Schließkörper und Zwischennng o.dgl. das innere Ende des Kanals umgebend angeordnet- ist. Erfindungsgemäß wird nun die Abstützfläche am Gehäuse sphäroidisch ausgebildet und der Ventilsitz gegenüber dem Schließkörper und der Abstützfläche schwimmend angeordnet. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weisen die Schenkel des U-förmigen Ventilsitzes an ihren Außenseiten zwei ringförmige Dichtungsflächen mit einer konkaven sphäroidischen Krümmung auf, die sich der konvexen sphäroidischen Krtünmung der Abstützfläche und des Schließkörpers anpassen. Mit Vorteil wird der Ventilsitz so ausgestaltet, daß er einen endlosen Innenring aus flexiblem, polymerem Material und einen diesen von. außen eng umfassenden, endlosen, metallischen Verstärkungsring aufweist, der den Innenring an radialer Ausdehnung hindert. Es erweist sich als zweckmäßig, eine Ringfeder innerhalb des U-förmigen Ventilsitzes vorzusehen, die dessen Schenkel federnd gegen den Sohließkörper und die Abstützfläche drückt.
• Diese Ringfeder kann entweder eine zu einem Ring geschlossene Spiralfeder, eine gewellte Federscheibe oder eine Ringfeder sein, die einen V-förmig radial in das Innere des Ventilsitzes divergierenden Querschnitt besitst und die Schenkel des Sitzes spreizt. In einer anderen erfindungsgemäßen Weiterbildung besteht der U-förmige Ventilsitz aus Federmetall und seine Schenkel tragen Dichtungsringe. aus polymerem Material, die an der sphäroidischen Fläche des Schließkörpers und an der Abstützfläche anliegen. flin derartiger Ventilsitz weist zweckmäßig einen Außenring und eine innere Ringvorrich tung auf, die gegenüber dem Außenring bewegbare, spiegelbildliche Schenkel und eine zwischen den Schenkelnangeordnete, diese axial nach außen gegen den Außenring drückende Feder enthält. Vorteilhafterweise tragen die Schenkel Dichtungen aus polymerem Materials die an dem Schließkörper und der Abstützfläche anliegen. Schließlich sind an dem Gehäuse auf seiner Innenseite Tiderlager angebracht, die den Ventilsitz in geeigneter Stellung halten.
• Das erfindungsgemäße Kugel ventil umfaßt einen einstückig mit dem kugelförmigen Schließkörper ausgebildeten Ventilschaft, der durch Stützlager im Gehause gehalten wird; durch seine neuartige und verbesserte Ausführung wird das Ventil besonders vorteilhaft gegen Leckage an Strömungsmittel längs des Ventilschaftes abgedichtet0 Gleichzeitig wird eine äußerst wirkungsvolleund zuverlässige Abdichtung des geschlossenen Ventils gegen weiter durch dringendes Strömungsmittel selbst dann erreicht, wenn eine hohe Druckdifferenz des Mediums am Ventil besteht.
• Durch die neuartige, erfindungsgemäße Konstruktion des Kugelventils wird die-wirkungsvolle Abdichtung des-geschlossenen Ventils gegen weiterströmendes Medium in keiner Weise dadurch beeinträchtigt, daß der kugelförmige Schließkörper sich innerhalb des Ventilgehäuses längs seiner Drehachse verlagert.-- Die erfindungsgemäße Bauart erweist sich auch insofern als seht vorteilhaft, als die Größe des~Dichtungsdruckes sich dem Ausmaß der das Ventil beaufschlagenden Druckdifferenz des Mediums anpaßt, selbst wenn auch die. durch die Druckdifferenz hervorgerufene Kraft, auf den SchlieBkörper von den Stützlagern des Schließkörpers im Gehäuse aufgenommen wird. Dadurch wird ein übermäßiger Druck des Ventilsitzes auf den Schließkörper vermieden und gleichzeitig bei geschlossenem Ventil sichergestellt, dabei verschieden großen Druckdifferenzen des Mediums stets ein Leckage durch das Ventil verhindernder, den Sitz abdichtender Druck vorhanden ist.
• Das erfindungsgemäße Kugelventil reduziert in vorteilhafter Weise die Abnutzung des Ventilsitzes und den für das Betätigen des Ventils notwendigen Kraftaufwand.
• Trotzdem ist das geschlossene Ventil auf der stromaufwärtigen Seite in geschlossenem Zustand äußerst wirkungsvoll gegen weiteren Durchfluß des Strömungsmittels durch einen Dichtungsdruck abgedichtet der sich der Größe der Druckdifferenz, der der Schließkörper ausgesetzt ist, anpaßt. Der Schließkörper und der Ventilsitz wirken dabei dynamisch aufeinander eiS,l sodaß der Sitz' einer 11Verhärtung-11, Steifheit oder dem schädigenden Einfluß von Korrosion u.ä. nicht unterworfen ist. Weiterhin wird durch das dynamische Anpassen und die automatische Einstellung des Dichtungsdruckes auf die Größe der Druckdifferenz des Mediuma bei geschlossenem Ventil erreicht, daß ohne wesentliche Herabsetzung der Dichtwirkung das Ventil mit seinem Ventilsitz nur einem äußerst geringen Verschleiß ausgesetzt ist.
• Diese vorteilhafte Abdichtung zwischen der stromaufwärtigen Seite des Schließkörpers und dem Ventilgehäuse wird durch einen "schwimmenden" Ventilsitz erreicht, dessen äußerst wirksamer Dichtungsring an radialer Ausdehnung durch einen ihn umfassenden Außenring gehindert und in axialer Richtung durch die Druckdifferenz des Mediums auf das Ventil hin aufgebläht wird, so daß sich der entsprechende Dichtungsdruck einstellt. SchlieB-lich verdientnoch die geringe Größe und das kleine Gewicht des Ventiles im Vergleich zu bekannten Ventilen ähnlicher Druckleistung hervorgehoben zu werden; dabei kann das erfindungsgemäße Kugelventil sehr hohen Innendrucken wIderstehen, ohne daß es leckt oder gar beschädigt wird.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des erfindungsgemäßen Eugelventils; Fig. 2 die perspektivische Darstellung eines aufgeschnittenen Ventilsitzes aus dem Kugelventil nach Fig. 1; Fig. 3 den teilweisen Querschnitt in stark vergrößertem Maßstab längs der Linie 3-3 aus Fig. 1, in dem die Form des Radialschnittes des Kugelsitzes und der angrenzenden Ventilteile deutlich wird; Fig. 4 bis 7 Radialschnitte in vergrößertem Maßstab von -Weiterbildwgen des Ventilsitzes.
• Nach Fig. 1 umfaßt das erfindungsgemäße Ventil 10 einen kugelförmigen Schließkörper 12, der den Durchfluß des Mediums steuert und dazu in einer von dem Ventilgehäuse 16 umschlossenen Ventilkammer 14 drehbar angeordnet ist.
• An gegenüberliegenden Seiten des Schließkörpers münden zwei von dem Ventilgehäuse 16 gebildete Durchlaßkanäle 18,20 in die Kammer 14. Der Durchfluß des Strömungsmittels durch das Ventil wird durch die Drehung des Schließkörpers 12 dadurch gesteuert, daß ei ein Durchflußkanal bzw. eine Bohrung 22 in dem Schließkörper 12 auf die Gehäusekanäle 18,20 ausgerichtet bzw. dagegen verstellt wird.
• Das Ventil 10 ist besonders gut für die Regelung des Durchflusses eines unter hohem Druck stehenden Strömungsmittels geeignet. Der Schließkörper 12 wird von gegen das Gehäuse abgestützten Lagern 24,26 gehalten; diese nehmen die von der Druckdifferenz des Strösmittels auf den geschlossenen Schließkörper 12 ausgeübte Kraft auf (Fig. 1). Die Zapfen 28,30 als einstückige Verlängerungen des Schließkörpers 12 reichen in entgegengesetzten Richtungen in die gegen das Gehäuse abgestützten Lager 24,26, um den Schließkörper in den lagern drehbar zu halten.
• Der Schließkörper 12 wird mit Hilfe eines drehbaren Einstellschaftes 32 gedreht, der aus einer Schaftbohrung 34 im Gehäuse 16 herausragt. Am äußeren Ende des Schaftes sitzt ein Handgriff 35, mit dem über den Schaft 32 der Schließkörper gedreht werden kann.
• Es ist fertigungstechnisch und auch aus anderen Gründen sehr vorteilhaft, wenn der Stellschaft 32 zusammen mit dem Schließkörper 12 aus einem Stück geformt ist. Sowohl für den Gebrauch des Ventils als auch aus Gründen seiner zweckmäßigen Herstellung ist es von Vorteil, wenn der Schließkörper 12, die Zapfen 28,30 und der Schaft 32 einheitlich bzw. aus einem Stück angefertigt werden.
• Um zu verhindern, daß Strömungsmedium entlang dem Stellschaft 32 insbesondere dann herausleckt, wenn das Ventil hohen inneren Strömunsdrucken ausgesetzt ist, ist es besonders wichtig, daß zwischen dem Schaft 32 und dem ihn umgebenden Teil des Ventilgehäuses 16 eine wirkungsvolle und zuverlässige Dichtung eingebaut wird.Diese Dichtung muß einerseits das Austreten von Leckage zwischen dem Schaft 32 und dem Gehäuse 16 verhindern und darf andererseits die Drehung des Schaftes gegenüber dem Gehäuse nicht in unzulässiger Weise beeinträchtigen.
• Die zur Erfüllung dieser Aufgaben in das Ventil eingesetzte Dichtung arbeitet recht vorteilhaft. Diese Vorrichtung die den Schaft gegen das Austreten von Leckage abdichtet, hat noch die eigentümliche Eigenschaft, daß sie eine gewisse axiale Bewegung des Schaftes bei in Betrieb befindlichem Ventil erlaubt, bzw. erfordert; eine derartige Verlagerung des Schaftes 32 hat notwendig eine axiale Verlagerung des Schließkörpers 12 bezüglich des Schaftes 32- zur Folge mit dem Ergebnis, daß die Stellung des, Schließkörpers 12 längs der Achse des Schaftes 32 und in Relation zu den zusammenwirkenden Kanälen 18, 20 im Ventilgehäuse sich bei im Betrieb befindlichem Ventil notwendigerweise verändert. Das Ventil 10 ist nun so gebaut, daß eine axiale Verlagerung des Schließkorpers 12, wie sie bei der äußert vorteilhaften Dichtung des Schaftes gegen das Gehäuse vorkommt, in keiner Weise die Wirksamkeit der Abdichtung des geschlossenen Ventils gegen leckende Strömungsmittel geschmälert wird.
• Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird der Schaft 32 primär durch eine innere Ringdichtung 36 und eine äußere Dichtung 38, die beide nachgiebig und axial kompressibel sind, abgedichtet. Die innere Dichtung 36-weist drei nachgiebige Dichtungsringe 40 aus nachgiebigem polymerem Material auf, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Polytetrafluoräthylen ist, das kommerziell-unter dem Namen "Teflon" bekannt ist. Andere nachgiebige Materialien für die innere Dichtung enthalten eine Schaftpackung aus verstärktem Polytetrafluoräthylen und Asbest. Die nachgiebigen inneren Dichtungsringe 40 aufeinander gestapelt, umgeben den Schaft 32 und passen in eine ringförmige Ausnehmung 4,2, die in dem Gehäuse 16 um den Schaft 32 herum an der Öffnung axial nach innen vorgesehen ist. Die Ausnehmung 42 ist in einfacher Weise in Form einer gegenläufigen Einsenkung am inneren Ende der Schaftbohrung 34 in das Gehäuse 16 eingelassen (ebenfalls mit 42 bezeichnet).
• Dle nachgievigen Dichtungsringe 40 werden von einem radialen Kranz 44 von im wesentlichen ebener Ringform gegen den Boden cer Ausnehmung 4° gedreht; der Kranz 44 ist dabei ein integraler Bestandteil des Schaftes '. Der Kranz bzw. Absatz 44 weist axial nach außen und bildet eine innere Kappe, die bei Auswärtsbewegung des Schaftes 32 sich ebenfalls nach außen bewegt und--die innere Dichtung 36 zusammendrückt. In einer bevorzugten Bauart wird der Kranz bzw. die Kappe 44 von dem äußeren Ende des Zapfens 38 gebildet, der einen etwas größeren Durchmesser als jener Teil des Schaftes 32 hat, der sich von der Kappe 44 an nach außen erstreckt, und der mit diesem Teil einstückig geformt ist.
• Die äußere Dichtung 38 wird von drei nachgebenden Dichtungsringen 46 gebildet, di-e wiederum aus nachgiebigem polymerem Material wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, verstärkters Polytetrafluoräthylen oder eine Asbestschaftdichtung bestehen. Die nachgiebigen Ringe 46 sind um den Schaft 32 herum aufeinandergelegt und passen in eine nach außen offene ringförmige Ausnehmung, die aus dem Gehäuse 16 am äußeren Ende der Schaftbohrung 34 durch eine Einsenkung 48 gebildet wird.
• Die nachgiebige Dichtung 46 wird durch eine den Schaft 32 umgebende Kappe 50 zusammengepreßt, die in das äußere Ende der Ausnehmung 42 bei bezüglich des Schaftes 32 axialer Bewegung hineinpaßt.
• Die innere Schaftdichtung 36 und die äußere Schaftdichtung 38 werden gleichzeitig in gleichem Umfang zusammengedrückt durch eine einzige Dichtungsmutter 52, die auf den Schaft 32 aufgeschraubt ist. Wenn diese Mutter 52 auf dem Schaft 32 angezogen wird, dann drückt sie axial einwärts auf die in axialer Richtung bewegbare äußere Kappe 50 und drückt damit die äußere Dichtung 38 zusammen. Gleichzeitig zieht die Mutter 52 mit gleicher Kraft den Schaft 32 axial nach außen, wodurch die innere Kappe bzw. der Absatz 44 die innere Dichtung 36 zusammendrückt, und zwar gleichzeitig und im gleichen ausmaß wie die Kompression der äußeren Dichtung 38.
• Eine Anschlagscheibe 54 umgibt den Schaft 32 zwischen, der äußeren Kappe 50 und der Dichtungsmutter 52, ist gegenüber dem Schaft 32 axial bewegbar und dreht sich mit dem Schaft, so daß sie zusammen mit dem Anschlagnippel 56 dazu dienen kann, den Schließkörper 12 in seiner geöffneten und geschlossenen Stellung entsprechend zu lokalisieren. In der -vorliegenden Ausführungsform wird der Schaft 32 durch den Bedienungsgriff 35 gedreht, der über'der Dichtungsmutter 52-am Schaft.
• befestigt ist.
• Es leuchtet nun ein, daß die Stellung des Schließkörpers 12 längs der Achse des Schaftes 32 durch die axiale, variable Dicke der inneren Dichtung 36 bestimmt ist.
• Wie bereits erwähnt, müssen für die zunehmende Abdichtung der inneren Dichtung 36 der Schaft32, die innere Kappe 44 und der Schließkörper 12 längs der Rotationsachse des Schaftes nach außen bewegt werden. Weiterhin nimmt die Verlagerung des Schließkörpers 12 längs der Achse des Schaftes 32 nach außen mit der Zeit in dem Umfange zu wie der Schaft 32 zum Ausgleich der Abnutzung der Dichtung 36 weiter nach außen eingestellt wird.
• Wenn das Ventil in seine wie in Fig. 1 gezeigte geschlo~ssene Einstellung gedreht wird, dann ist das Ventil gegen weiteres Durchströmen von Strömungsmittel durch das Ventil durch zwei schwimmende Ventilsitze 60,62 abgedichtet, die die inneren Enden der entsprechenden Durchlaßkanäle 18,20 im Gehäuse umgeben. Da die be-iden Sitze 60,62 in dem gezeigten Ventil in ihren Strukturmerkmalen identisch sind, wird die Beschreibung zunächst auf den Bau und die Wirkungsweise des Sitzes 60 abgestellt.
• Der Sitz 60 besteht aus einem inneren- Dichtungsring 64, der radial von einem metallischen Außenring 66 umfaßt wird; dieser Metallring kann sich weder radial noch längs seines Umfanges ausdehnen. Der innere Dichtungsring 64 weist zwei koaxiale Ringdichtungen 68,70 auf, die sich in radialer Richtung nach innen vom äußeren Ring 66 ausgehend erstrecken. 8ie haben in axialer Richtung gegeneinander einen Abstand und bilden zwischen ihnen eine ringförmige Expansionskammer 72 aus, die sich radial nach innen zwischen den beiden Dichtungen 68,70 öffnet. Die beiden Ringdichtungen 68,70 sind dichtend innerhalb des äußeren Ringes 66 aber außerhalb der Expansionskammer 72 miteinander verbunden.
• Nach den Fig. 1, 2 und 3 besteht der inner,e Dichtung ring 64 aus einem Stück eines zähen, nachgiebigen, polymeren Materials, wie etwa Polytetrafluoräthylen ("Teflon"), Nylon oder Polytrifluormonochloräthylen ("Kel-F"). Der äußere Umfang des inneren Dichtungsringes 64 wird von dem äußeren Ring 66 eng umfaßt und in axialer Richtung von zwei nach innen weisenden radialen Flanschen 71,73 des äußeren Ringes 66 umschlossen. Der Radialschnitt des aus derartigem, nachgiebigem Material hergestell,ten inneren Sitzringes 64 ist U-förmig. Daher haut der innere Ring 64 zwei ringförmige Dichtungsschenkel -68,70, die untereinander nahe dem Außenring 66 verbunden sind und radial nach innen mit gegenseitigem axialem Äbstand' weisen, so daß sie zwei ringförmige Sitzdichtungen abgeben, die bereits früher mit 68,70 bezeichnet wurden.
• Der Schenkel 0 paßt gleitend auf und bildet eine Dichtung mit der sphäroidisch gekrümmten Außenfläche 76 des Schließkörpers 12 und der gegen;berliegende Schenkel 68 bildet eine Dichtung mit einer ringförmigen Abstützfläche 78 für den Ventilsitz, die an dem Ventilgehäuse 16 das innere Ende des Kanals 18 umgebend angeformt ist.
• Die radiale Dichtungsfläche 80 des Schenkels 709 die der Schließkörperfläche.76 gegenüberliegt und dichtend mit ihr züsammenwirkt, besitzt über einen ziemlich ausgedehnten Teil der radialen Ausdehnung des Schenkels 70 hinweg eine sphäroidische Krümmung, die sich der sphäroidischen Krümmung der Schließkörperfläche 76 anpaßt, so daß sich ein verhältnismäßig breites-Gebiet gegenseitigen Anliegens zwischen der dichtenden Fläche 80 und der Schließkörperfläche 76 ergibt. Dadurch wird eine äußerst wirksame Dichtung zwischen dem Schenkel 70-und dem Schließkörper erzielt.
• Der andere Schenkel 68 des inneren Sitzringes 64 trägt eine äußere radiale Dichtungsfläche 82 von ringförmiger Gestalt und sphäroidischer Krümmung, so daß die Fläche 82 das Spiegelbild der vorbeschriebenen Fläche 80 des Schenkels 70 darstellt. Die äußere Fläche 82 auf dem Schenkel 68 paßt dichtend 2uf die-vorerwähnte Abstützfläche 78 auf dem Ventilgehause 16, die eine dichtende Fläche für eine lerksame Abdichtung mit dem anliegenden Ventilsitz bildet. Diese Abstützfläche 78 hat nach innen gerichtete, konvexe Gestalt. Insbesondere ist sie ein ringförmiges Segment einer Kugelschale, deren Trimmung im wesentlichen derjenigen der Außenfläche 76 des Schlisßkörpers gleicht. Der Krümmungsmittelpunkt 83 der dichtenden Fläche 78 liegt auXerhalb der Fläche 78 (Fig. 1)o Die Abstutzfläche 78 ist also im wesentlichen ein Spiegelbild des gegenüberliegenden ringförmingen Teiles der Außenfläche 76 des Schließkörpers, so daß bei geschlosse nem Ventil die Dichtung zwischen der Fläche 82 und der Abstützfläche 78 ganz ähnlich wie jene wirkt, die sich zwischen der Fläche 80 und der'angrenzenden Schließkörperfläche 76 einstellt.
• Die Herstellung der Abstütfläche 78 in Form einer genauen sphäroidischen bzw. kugelförmigen Krümmung -wird erleichtert, indem diese Fläche aus einem Hohlzylinderstück 84, das eine vom Gehäuse 16 getrennte Komponente darstellt, gebildet wird. Die Sitzstütze 84 dient zur Herstellung der Fläche 78 und wird dann in abgestufte Ausfräsungen 87 am inneren Ende des Kanals 18 eingepaßt, um selbst den Innenabsohnitt des Kanals 18 zu bilden.
• Leckage von Strömungsmittel zwischen der Sitzstütze 84 und-dem angrenzenden Gehäuseteil 16 wird durch das Anbringen einer 0-Ringdichtung 85 verhindert, die in die Ausfräsung 87 das äußere Ende'der Sitzstütze umgebend hineinpaßt (Fig. 1).
• Wie bereits erwähnt,,ist der Sitz 62 in dem dargestellten Ventil 10 im wesentlichen identisch wie der*Sitz 60 aufgebaut. Er liegt dichtend der gegenüberliegenden Seite des Schließkörpers 12 an und steht auch dichtend mit-einer zweiten Abstützflriche 88 in Eingriff, die auf einer zylindrischen Sitzstütze 89 ausgebildet ist und ein Spiegelbild der Abstützfläche 78 darstellt. Identisch im Aufbau zu der Sitzstütze 84 ist die Sitzstütze 89 in eine abgestufte Ausfräs ung 91 am inneren Ende des Kanals 20 eingepaßt und mit dem umgebenden Teil des Gehäuses durch einen 0-Ring 93 abgedichtet.
• Bei geschlossenem Ventil liegt der Sitz 60 kontinuierlich an der dichtenden Fläche 78 und an dem 8chließ-, körper 12 an und bildet eine wirkungsvolle Dichtung zwischen dem Gehäuse 16 und dem Schließkörper. Gleich-' zeitig steht der Sitz 62 mit dem Schließkörper 12 und der dichtenden Fläche 88 in Eingriff und bildet ebenfalls eine sehr wirksame Dichtung zwischen dem Schließkörper und dem Gehäuse.
• Man nehme nun an, daß der Sitz 60 auf der stromau!wärtigen Seite des Schließkörpers 12 liege, daß ferner bei -geschlossenem Ventil Strömungsmittel aus dem Kanal 18 unter hohem Druck stehend in die Expansionskammer 72 des stromaufwärtigen Sitzes 60 eintritt. Das in der Expansionskammer 72 unter hohem Druck' stehende Strömungsmittel treibt die gegenüberliegenden Schenkel 68,70 auseinander und drückt die Flächen 80,82 der entsprechenden Schenkel 70,68 gegen die gegenüberliegende Schließkörperfläche 76 bzw. Abstützfläche 78 und erzeugt einen dichtenden Druck des Sitzes 60 gegen den Schließkörper -12 bzw. die Abstützfläche ?8; dieser Druck steigt zunehmend an, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Strömungsmittel in dem Kanal 18 und dem Strömungsmittel in der Kammer 14 anwächst.
• Der Umstirid, daß der Dichtungsdruck sowohl auf die Abstützfläche 78 als auch auf den Schließkörper 12 sich in kontinuierlicher Weise an die Größe der Druckdifferenz des Strömungsmittels anpaßt, und Strömungsmittel in den Sitz drückt, macht den schwimmenden Sitz außerordentlich wirksam im Hinblick auf das Abhalten von Leckage des Strömungsmittels aus dem Sitz selbst dann, wenn die auf den Sitz wirkende Druckdifferenz des Strömungsmittels beträchtlich ansteigt. Weiterhin hat dieser Sitz die angenehme Eigenschaft, daß sich die Anwendung eines zu großen Dichtungsdruckes zwischen dem Sitz und der Fläche 78 einerseits bzw. zwischen dem Sitz und dem Schließkörper 12 andererseitæ vermeiden läßt, wenn die von dem Sitz aufgenommene Druckdifferenz des Strömungsmittels geringer ist.
• Weiterhin ist es besonders schätzenswert, daß bei voll geöffnetem oder nur teilsweise geöffnetem Ventil die auch beispielsweise auf den Sitz 60 wirkende Druckdifferenz des Strbmungsmittels entweder Null oder aber außerordentlich reduziert ist in bezug auf die volle Druckdifferenz, die von dem Sitz bei voll geschlossenem Ventil aufgenommen wird. Der Umstand, daß der Dichtungsdruck auf einen relativ geringen Restwert solange reduziert bleibt wie das Ventil nicht in voll geschlossenem Zustand steht, bringt in äußerst vorteilhafter Weise eine' Reduzierung der Sitzabnutzung und des zur Betätigung des Ventils benötigten Kraftaufwandes mit sich.
• Die Arbeitsweisen der beiden strukturell identischen Sitze 60,62 sind gleich. Es wird noch einmal auf die Art der Abdichtung des Schaftes 32 gegen leckendes Strömungsmittel von hohem Druck bezug genommen, insbesondere darauf, daß die die Lage des Schließkörpers 12 längs seiner Rotationsachse bestimmende Dichtung 36 so nachgiebig wie auch dickenvariabel ist, so daß die axiale Lage des Schzießkörpers 12 bei in Betrieb befindlichem Ventil Änderungen unterworfen sein kann.
• Aufgrund der sphäroidischen Krümmung der Flächen 78,88 und der entsprechenden sphäroidischen Krümmung der Sitzflächen, die an den Abstützflächen 78,88 und der sphäroidischen Fläche 76 des Schließkörpers 12 anliegen, beein trächtigt eine Verlagerung des Schließkörpers 12 längs seiner Rotationsachse in keiner Weise den erzielten Sitz der Flachen des Ventilsitzes gegen den Schließkörper 12 bzw. die Flächen 78,88, so daß di Abdichtung des geschlossenen Ventils gegen leckendes Strömungsmittel wirkungsvoll erhalten bl bleibt.
• Die Verlagerung des Schließkörpers 12 längs seiner Rotationsachse als Folge der Dickenve,ränderung der nachgiebigen inneren Schaftdichtung 36 verändert Jedoch den räumlichen Abstand des Krümmungsmittelpunktes 90 (Fig. 1) der Außenfläche 76 des Schließkörpers von dem Krümmungsmittelpunkt 83 der Abstützfläche 78. Eine derartige Veränderung des räumlichen Abstandes der Krümmungsmittelpunkte 90 und 83 voneinander verändert den Abstand der dichtenden Fläche 78 und der Schließkörperfläche 76 in axialer Richtung, der von dem Sitz 60 überspannt oder überbrückt werden muß.
• In dem Ventil 10 bewegen sich jedoch die dichtenden-Schenkel 68,70 des Sitzes 60 beispielsweise aufeinander zu unter Einwirkung einer äußeren Last und bewegen sich voneinander weg unter dem Einfluß der von dem Druck des Strömungsmittels in der Expansionskammer 72 ausgeübten Kraft, so daß sich die wirksare axiale Dicke des Sitzes den Änderungen des räumlichen Abstandes zwischen den beiden Krümmungsmittelpunkten 90 und 83 kontinuierlich anpaßt. Der Sitz 62 arbeitet auf ähnliche Weise und hält somit eine Dichtung zwischen der Fläche 88 und dem Schließkörper 12 aufrecht; auch diese Dichtungswir kung wird von Verlagerungen des Schließkörpers längs seiner Rotationsachse nicht nachträglich beeinflußt.
• Die Sitze 60,62 besitzen genügende individuelle Freiheit, um gegenüber den Kanälen 18,20 in jeder radialen RIchtung bewegbar zu sein. Jeder Sitz wird auf dynamische Weise durch das Zusammenpassen der Sitze mit dem kugelförmigen Schließkörper und den kugelförmigen Abstützflächen 78,88 in der richtigen Lage gehalten. Eine Verschiebung der Sitze 60,62 aus diesen Lagen als Folge einer Drehung'des Schließkörpers wird wirksam durch ein Paar Widerlager 95 verhindert, die die Bewegungsmöglichkeit begrenzen und einander und dem peripheren Rand des Sitzes 60 gegenüberliegend als Teil des Gehäuses 16 mit Abstand gegen die Peripherie des Sitzes 60 geformt sind. Für den Sitz 62 sind ein ahnliches Paar von Widerlagern 97 einander und der Peripherie des Sitzes gegenüberliegend als Teil des Gehäuses 16 ausgebildet. Die beiden Paare von widerlagern 95 und 97 geben den Sitzen 60,62 genügend Spielraum zu schwlmmen oder in irgendeiner Richtung sich zu bewegen, während sie andererseits dazu dienen, die Sitze ständig in der gewünschten, für das Abdichten benötigten Lage zu halten; insbesondere verhindern sie, daß die Sitze im Falle eines anfEnglichen Festsitzens auf der Schließkörperfläche bei dessen Drehung mitgenommen werden.
• Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung eines Ventilsitzes. Diejenigen Teile dieses modifizierten Sitzes, die die Gegenstücke des vorbeschriebenen Sitzes 60 sind, sind mit der gleichen Bezugszahl und mit dem Index "a" versehen. Der Sitz 60a aus Fig.4 ist im allgemeinen lihnlich in der Bauart dem vorbeschriebenen Sitz 6Ö und arbeitet in dem Ventil 10 in gleicher Weise ie der Sitz 60.
• Der Sitz 60a unterscheidet sich von dem beschriebenen Sitz 60 dadurch, daß eine Ringfeder 92 in dem Sitz 60a eingeschlossen ist, die die abdichtenden Schenkelteile 68a,70a des inneren Sitzringes 64a federnd auseinandertreibt, um den dichtenden Restdruck der Sitzflächen 80a, 82a gegen die Schließkörperfläche 76 und die Stützfläche 78 zu vergrößern. Die Feder 92 ist ringförmig und dehnt sich radial in die Expansionskammer 72a des -in Fig. 4 dargestellten Sitzes aus. Wie aus dem Radialschnitt der Fig. 4 zu erkennen, hat die Feder 92 V-Form, die von zwei miteinander verbundenen Federschenkeln 94, die radial nach innen divergieren, gebildet wird. Ringförmige Flansche 96 an dem inneren Rand der Federschen kel 94 passen gegen den inneren Rand der Dichtung schenkel 68a,70a und halten die Feder 92 konzentrisch mit dem Sitz 60a in diesem, so daß die Feder längs des Umfanges eine gleichförmige Spreizwirkung auf die Dichtungsschenkel 68a,70a ausübt.
• Diejenigen Teile eines zweiten abgewandelten Sitzes 60b (Fig. 5), die den Teilen aus dem Sitz 60 entsprechen sind mit der gleichen Zahl und dem Index "b" bezeichnet0 In dem Sitz 60b werden die dichtenden Schenkel 68b, 70b federnd von einer endlosen Schraubenfeder 98 auseinanier gedrückt, die in die Ausdehnungskammer 7?b des Sitzes hineinpaßt und so dimensioniert ist, daß die Feder 98 lurch den Eingriff mit den beiden Dichtungsschenkeln 68b, nOb in seitlicher Richtung etwas abgeflacht ist; dadurch iibt sie eine Restkraft kontinuierlich auf-die Schenkel 68b,70b aus und vergrößert damit die dichtenue Restkraft des Sitzes 60b auf dem Schließkörper 12 und die Abstützfläche 78.
• Diejenigen Teile des in Fig. 6 dargestellten weitergebildeten Sitzes 60c, die den Teilen des Sitzes 60 entsprechen, sind wiederum mit gleicher Bezugszahl und dem Index "c" bezeichnet. Der innere Dichtungsring 64c des Sitzes 60c wird von zwei spiegelbildlichen, ruckseitig gegeneinander liegenden Ringhälften 100,102 gebildet Die beiden Hälften 100,102 des innerenRin-ges 64c sind in einer relativ flachen, in axialer Richtung Jedoch breiten Einsenkung 104 axial beweglich, die an der inneren Peripherie des äußeren Sitzringes 66c ausgebildet ist.
• Die beiden inneren Ringabschnitte 100,102 sind gleitend gegen den umfassenden Ring 66c über zwei 0-Ringe 106, 108 abgedichtet, die in den äußeren Rand des entsprechenden Innenringabschnittes passen und gleitend an dem Boden der relativ flachen Ausnehmung 104 anliegen. Die Dichtungsringe 68c,70c bestehen vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen oder anderen geeigneten Dichtung materialien' und passen in zwei ringförmige Ausnehmungen 110,112 der Innenringabschnitte 100,102, die sich in axialer Richtung auswärts öffnen. Ein gewelltes bzw.
• sinusförmiges Ringfederblatt 114 paßt zwischen die beiden Innenringabschnitte 100,102 und drücken sie axial auseinander, bis die Abschnitte 100,102 an den Flanschen ?1c,73c des Außenringes 66c anliegen, die sich radial nach innen erstrecken und die äußere Peripherie des inneren Dichtungsringes 6Xc umfassen.
• Die beiden inneren Ringabschnitte 100,102, die die Dichtungen 68c,70c tragen, besitzen zusammengenommen eine axiale Dicke zwischen den äußeren Flanchen 71c,73c, die etwas geringer ist als der axiale Abstand der beiden Flansche 71c,73c, -so daß die inneren Ringabschnitte 100,102, die von der zwischen ihnen liegenden Feder 114 auseinandergedrückt werden, etwas gegeneinander gegen den Widerstand der Feder bewegbar sind. Die Innenringabschnitte 100,102, die die Dichtungen 68c-,70c wie beschrieben aufnehmen, sind aus Metall oder anderem' geeigneten Material. Die Dichtungs,flächen 80c,82c werden durch die Feder 114 federnd gegen-die Schließkörperfläche 76 und die Abstützfläche 78 gedrückt.
• Bei einer weiteren,-in Fig. 7 erläuterten,Ausführungsform 60d des Sitzes 60c sind die entsprechenden Teile mit der gleichen Bezugszahl und dem Index "d"-versehen.
• In dem Sitz 60d werden die Sitzdichtungen 68d,70d von zwei Innenringabsohnitten 116,11-8 aufgenommen, die-atlàlen Abstand voneinander haben, integrale Teile des Außenringes 66d sind und sich von dem Hauptkörper des äußeren Ringes 66d radial nach innen erstrecken, wobei dieser Hauptkörper radial außerhalb der Expansionskammer 72d angeordnet ist. Der äußere Ring 66d und die sich nach innen erstreckenden ringförmigen Schenkel sind einstückig aus Federmetall hergestellt, das nach dem Einbringen des Sitzes 66d in die Ventilkammer noch eine Restkraft besitzt, die die inneren Teile 116,118 auseinanderdrückt und einen dichtenden Restdruck erzeugt, der in der beschriebenen Weise mit dem Druck des Strömungsmittels, das in die Expansionskammer 72d eintritt, anwächst.
• Der Zutritt zu der Ventilkammer 14 und zu den in ihr enthaltenen Teilen ist möglich, wenn die kreisförmige Ventilkappe 120 entfernt wird, die einen Teil des Gehauses 46 bildet und in eine entsprechende öffnung 122 paßt (Fig. 1). Diese Ventilkappe 120 kann zwar entfernt werden, ist in ihrer normalen Stellung in der Öffnung 120 des Gehäuses 16 aber so gesichert, daß die von dem inneren Druck des Strömungsmittels auf die Ventilkappe -ausgeübte Kraft die Wirksamkeit einer schon bestehenden wirksamen Dichtung zwischen der Ventilkappe und dem sie umgebenden Teil des Gehäuses noch vergrößert.
• Nach Fig. 1 ist eine Ringdichtung 124 aus relativ weichem Metall oder verstärktem Plastik in die Ventilkappenöffnung 122 die .Ventilkappe 120 umgebend eingefügt und gegen axiale Auswärtsverlagerungen durch einen Ring 126 abgesichert. Dieser Ring 126 liegt ZRischen der Dichtung und einem Sprengring 128, der herausnehmbar in eine in die Ventilkappenöffnung 122 geschnittene ringförmige Einsenkung paßt. Die in axialer Richtung nach innen weisende Seite der Ringdichtung 124 besitzt eine nach innen divergierende, abgestumpfte, konisuche Form, die auf eine ähnlich geformte ringförmige Schulter bzw. sich über die Dichtung erstreckende Fläche 134 der Ventilkappe 120 paßt. Die relativ weiche Dichtung 124, die also in axialer Richtung zwischen dem Ring 126 und der konischen Dichtungsfläche 134 liegt, ist von einer Zylinderfläche 136 des Gehäuses 16 umgeben.
• Um schwerwiegenden Wartungsproblemen zu entgehen, kann die relativ weiche Dichtung 124 aus Metall bestehen und das Gehäuse 16 kann an der Fläche 136 im Verhältnis zu den übrigen Gehäuseteilen besonders gehärtet sein.
• Die Dichtung 124. wird in axialer Richtung zwischen dem Ring 126 und der Fläche 134 zusammengedrückt, wodurch sich die Dichtung 124 unter Bildung einer wirksamen Dichtung gegen die sie umgebende gehärtete Fläche 136 ausdehnt. Dies wird dadurch erreicht, daß eine einzige Dichtungsmutter 138 am äußeren Ende der Ventilkáppe 120 (Fig. 1) angezogen wird. Anziehen der Mutter 138 bewirkt, daß eine axial nach außen, gerichtete Kraft über die Ventilkappe 120 auf die die Dichtung auseinanderdrückende Fläche bzw. Schulter 1,34 übertragen wird.
• Gleichzeitig überträgt die Mutter eine nach innen gerichtete Axialkraft gleicher Größe auf den Ring 126, der nach innen auf die Dichtung 124 einwirkt. Eine derartige nach innen gerichtete Kraft wird von der Mutter 138 auf den Ring 126 über den vorers,xJähnten Sprengring 128, einen dicken, die Ventilkappe 120, umgebenden und an den Sprengring 128 anliegenden, Axialdruck übertragenden Ring 140 und eine zwischen dem Druckring 140 und der Mutter 138 liegende Druckscheibe 142 übertragen. Der Druckring 140 und die Druckscheibe 142 sind gegenüber der Ventilkappe 120 axial. beweglich.
• Die Druckscheibe 142 dient zur Verankerung der Ventil kappe 120 gegen Verdrehung in dem Gehäuse 16, und gestattet, axiale Verlagerung der Ventilkappe gegenüber dem Gehäuse. Dazu ragt ein innerer Dorn 144 auf der Scheibe 142 in eine axiale Kerbe 146 in der Ventilkappe und zwei äußere Dorne 148,150 auf der Scheibe reichen in Einschnitte 152,154 in der Ventilkappe.
• Ein auf die Dichtungsmutter 138 ausgeübtes Drehmoment wird auf das Gehäuse 16 durch die verankernde Druck scheibe 142 übertragen, so daß die Ventilkappe 120 nicht gedreht wird. Die Mutter 138 wird so weist wie nötig angezogen, um auf die Ringdichtung 124 gleiche und axial gegeneinander weisende Kräfte auszuüben, die ausreichen, um eine hinreichende Dichtwirkung durch die Dichtung 124 zu erzielen. Die Dichtungsmutter 138 wirktauf den Sprengring 128 lediglich komprimierend, wodurch kein bemerkenswerter Scherungsdruck auf ihn ausgeübt wird.
• Die nach außen gerichtete Axialkraft des Innendruckes des Mediums auf die Ventilkappe vermindert die Wirksamkeit der Dichtung zwischen Ventilkappe und Gehäuse in keiner Weise, sie Vergrößert sie tatsächlich, indem die Axialkraft auf die konsche dichtungsverbreiternde Pläche - 134, die auf die Dichtung einwirkt, vergrößert wird. Diese zusätzliche Axialkraft des Flüssigkeitsdruckes auf die Ventilkappe 120 wirkt zusammen mit einer entsprechenden einwärts gerichteten Kraft, die von dem, in der Einsenkung 130 verankerten Sprengring 128 auf die Dichtung 124 ausgeübt wird.
• Diese Bauweise führt zu einer äußerst robusten und leckfreien sowie abnehmbaren Befestigung der Ventilkappe 120 in dem Gehäuse 16, während gleichzeitig Form und Gewicht des gesamten Aufbaus, für einen leckagefreien hohen Innendruck aus Strömungsmittels fühlbar gering bleiben.
• Es-wird noch bemerkt, daß die verankernde Druckscheibe 142 außerdem zur terankerungt,der Ventilkappe 120 gegen Drehung dient, die durch das beim öffnen und Schließen des Ventils auf den Schaft 32 einwirkende Drehmoment hervorgerufen werden kann; auf diese Weise wird die Ventilkappe 120 stationär gehalten, während der Schaft 32, Zapfen 28 und andere drehbare Teile bei den Einstellungen des Ventils betätigt sveeden.
• Die beiden Sitze 60, 62 sind im wesentlichen gleich wirksam in der Unterbrechung des Weiterflusses von Strömungsmittel durch das Ventil. Die Wirksamkeit der beiden Sitze 60,62 kann sofort geprüft werden, indem eine Ablaßschraube 160 am Boden des Ventilkörpers 16 entfernt wird, so daß die Flüssigkeit aus der'Ventilkammer 14 ablaufen kann. Die Tatsache, daß der Ablauf von Strömungsmittel aus der Kammer 14 nach geleerter Kammer bei entfernter Ablaßschraube 160 aufhört, zeigt daß beide Sitze 60,62 wirkungävoll arbeite'-n, wobei der Schließkörper 12 in seiner geschlossenen Stellung steht und der Strömungsdruck in den Kanä'len 18,20 entweder gleichzeitig oder-abwechselnd während der Prufung angewandt wird.

Claims (11)

A n s p r ü c h e

1. Hochdruck-Ventil mit kugelförmigem, durchbohrtem Schließkörper in einem Ventilgehäuse, das eine innere Ventilkammer und zwei von ihr ausgehende Durchflußkanäle umschließt sowie Lager aufweist, die den Schließkörper in der Kammer um eine senkrecht zu mindestens einem der Durchlaßkanäle stehende Achse drehbar halten, und weiter mit mindestens einem am Gehäuse vorgesehenen Zwischenring o.dgl., der das innere Ende eines DurchSlußkanals umgibt und eine Abstützfläche für einen ringförmigen Ventilsitz aufweist, welcher U-förmigen Querschnitt hat und zwischen kugelförmigem Schließkörper und Zwischen ring o.dgl. das innere Ende des Kanals umgebend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfläche (78) am Gehäuse (16) sphäroidische Gestalt hat und der Ventilsitz (60) gegenüber dem Schließkörper (12) und der Abstützfläche (78) schwimmend angeordnet ist.

2. Hochdruck-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (68,70) des U-förmigen Ventilsitzes (60) an ihren Außenseiten zwei ringförmige Dichtungsflächen (80,82) mit einer konkaven sphäroidischen Krümmung aufweisen, die sich der konvexen sphäroidischen Krümmung der Abstützfläche (78) und des Schließkörpers (12) anpassen.

5 ochdruck-Ventil nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (60) einen endlosen Innenring (64) aus flexiblem, polymerem Material und einen diesen Ring von außen eng umfassenden, endlosen, -metallischen Verstärkungsring (66) aufweist, der den Innenring an radialer Ausdehnung hindert.

4. -Hochdruck-Ventil nach einem der Ansprüche 1 -dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringfeder (92,98,114) innerhalb des U-förmigen Ventilsitzes (60a,60b,60c) angeordnet ist und seine Schenkel (68a,68b,68c) federnd gegen den Schließkörper (12) und die Abstützfläche (78) drückt.

5. 'Hochdruck-Ventil nach Anspruch 4, dadurch ge,kennzeichnet, daß die Ringfeder eine Spiralfeder (98 ist.

6. Hochdruck-Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder eine sinusförmig gewellte Federscheibe (114) ist.

7. Hochdruck-Ventil nach Anspruch 4, dadurch-gekennzeichnet, d die Ringfeder (92) einen V-förmig in das Innere des Ventilsitzes (60a) divergierenden Radialschnitt besitzt und die Schenkel (68a,70a) des Sitzes spreizt,

8. Hochdruck-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da der U-förmige Ventilsitz (60d) aus Federmetall besteht und seine Schenkel (68d,70d) Dichtungsringe (80d, 82d) aus polymerem Material tragen, die an der sphäroidischen Fläche (76) des Schließkörper' (12) und an der Abstützfläche (78) anliegen.

9. Hochdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicht, daß der U-förmige Ventilsitz (60c) einen Außenring (66c) und eine innere Ringvorrichtung (64c) aufweist, die gegenüber dem Außenring (66c) bewegbare, spielgelbildliche Schenkel (100,102) und eine zwischen den Schenkeln (100,102) angeordnete, diese axial nach außen gegen den Außenring (66c) drückende Feder enthält.

10. Hochdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (100,102) Dichtungen (80c,82c) nus polymerem Material aufweisen,, die an den Schließkörper (12) und der Abstützfläche (78) anliegen.

11. Hochdruck-Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) mindestens ein Paar, den Ventilsitz (60) in geeigneter Stellung haltender Widerlager (95) aufweist.