DE1929241C - Absperrventil mit einem Tauch kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil mit einem Tauchkolben, der zur Abdichtung gegen das Gehäuse in Schließstellung mindestens einen axial zusammenpreßbaren Dichtungsring trägt, der zwischen zwei Teilen des Kolbens axial unter elastischer Pressung eingespannt ist, wobei in Schließstellung des Kolbens nach Anschlag des einen Kolbenteiles an einem gehäusefesten Anschlag die Betätigungsspindel in Schließrichtung weiterbewegbar ist, wodurch sich die axiale elastische Pressung des Dichtungsringes erhöht.

Derartige Ventile haben den Vorteil, daß sie praktisch wartungsfrei sind, weil der Dichtungsring in jeder Kolbenstellung unter elastischer Pressung steht und auch nach eventuellen, thermisch oder chemisch bedingten Volumsänderungen elastisch eingespannt bleibt. In Schließstellung wird der Dichtungsring zusätzlich elastisch zusammengepreßt, so daß eine sichere Abdichtung gegeben ist, insbesondere auch dann, wenn das Ventil unter höherer Temperaturbe-. anspruchung steht und Wärmedehnungen auftreten, die bei Betriebsbeginn und bei Betriebsende zwangläufig ungleichmäßig sind.

Die bekannten Ventile der eingangs geschilderten Art haben aber den Nachteil, daß sie konstruktiv relativ aufwendig sind. Sie weisen zwei mit axialem Spiel auf der Betätigungsspindd angeordnete Kolbenteile auf, welche den Dichtungsring aufnehmen, wobei der eine Kolbenleil zum Zusammenwirken mit dem gehäusefesten Anschlag bestimmt ist und der andere Kolbenteil unter Einfluß einer sich über eine Mutter an der Spindel abstützenden Feder steht.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, die Ventile der eingangs geschilderten Art, welche rein funktionell eine bedeutende Verbesserung auf dem Gebiet der Kolbenschiebervcntile darstellt, in ihrer Funktionssicherheil zu verbessern und konstruktiv zu vereinfachen. Sie geht dabei von dem Gedanken aus, die beim bekannten Ventil getrennten Funktionen der auf der Spindel beweglichen Kolbenteile und der sich auf der Spindel abstützenden Feder zu kombinieren, indem die beiden Kolbenteile selbst unter Betätiyungskraft elastisch verformbar vorgesehen werden.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Absperr-

ventil der eingangs geschilderten Art ist demgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenteile relativ zueinander axial unverschiebbar mit der Spindel in Verbindung stehen und selbst als unter der Spindelkraft elastisch verformbare Teile ausgebildet sind, die bei Aufnahme des dazwischenliegenden Dichtungsringes unter gegenseitiger axialer Vorspannung mittels eines Spanngliedes zusammengespannt sind.

Auf diese Weise ergibt sich ein Ventil, das einen zweiteiligen, unverschiebbar mit der Spindel verbundenen Kolben aufweist und trotzdem die oben geschilderten Funktionen der bekannten vielteiligen Kolben mit verschiebbaren Kolbenteilen erfüllt. Der Dichtungsring ist also in jeder Stellung unter axialer elastischer Pressung, weil beide Kolbenteile bei der Montage elastisch verformt werden. Eventuelle Schrumpfungen des Dichtungsringes können daher ohne wesentliche Verminderung der axialen Pressung aufgenommen werden. In Schließstellung ist eire zu-.a/liehe axiale Pressung des Dichtringes möglich, indem die Spindel in Schließrichtuug axiai weiterbewegt wird Dabei liegt der eine Kolbenteil am Rand an dem gehäusefesten Anschlag auf. Bei Weiterbeweiien der Spindel in axialer Richtung wird der andere Kolbenteil zusätzlich elastisch verlormt, so daß sich ein zusätzlicher elastischer Druck auf den Dichtungsring ergibt: der andere mit dem Gehauseanschlag in Verbindung stehende Kolbenteil wird bei dieser Weiterbewegung zunächst entlastet und dann im entgegengesetzten Sinn elastisch verformt. Beim Öffnen des Ventils kehren die beiden Kolbenteile elastisch in ihre Ausgangslagcn zurück, wobei der Dichtungsring unter der durch das Zusammenspannen der beiden Kolbenleile resultierenden Druckspannung verbleibt.

Die erforderlichen, elastischen Verformungswege der beider. Kolbenteile sind von der Verformungscharakteristik des dazwischen angeordneten Dichtungsringes abhängig. Für Dichtungsringe, die für hohe Temperaturen geeignet sind und zum Großteil aus Asbest (mit einem organischen Bindemittel) bestehen, beträgt der weitere Verschiebeweg der Spindel mit der Spannstelle der Kolbenteile in Schließrichtung rehuiv zu dem in Schließstellung am Gehäuse angeschlagenen Rand des einen Kolbcnteiies unter normaler Betätigungskraft vorteilhaft 2 bis 12⁰Zo, vorzugsweise 5 bis 10 °,η der ursprünglichen Ringhöh^. Unter Annahme des gleichen üichtungsringmaterials beträgt vorteilhaft der Vorspannungsweg der elastischen Kolbenleile beim axialen Zusammenspannen reiativ zur Spannkeile der Kolbenteile 5 bis 25 ¹Vo, vorzugsweise 15 bis 2O¹Vu der ursprünglichen Höhe des Dichtungsringes.

Eine besonders einfache, damit auch betriebssichere und kostenspari'iide Konstruktion ergibt sich, wenn der eine mit dem gehäusefesten Anschlag in Verbindung tretende Kolbenteil durch Ziehen oder Pressen geformt ist. Wenn dieser durch Ziehen oder Pressen geformte Kolbenteil ringförmig ausgebildet ist, muß das Spannglied zum Zusammenspannen der beiden elastischen Kolbentcilc in die Innenbohrung dieses Ringteils pausen und eine Abdichtung zwischen dem Ringteil und dem Spannglied hergestellt werden. Diese Pichtstelle kann vorteilhaft dadurch vermieden werden, c.'.jß der eine mit dem Anschlag in Verbindung tretende Kolbenteil aus Blech eine geschlossene Fläche bildet.

Zur Vermeidung von aufwendigen lösbaren Verbindungen kann der eine mit dem Anschlag in Verbindung tretende Kolbenteil mit dem Spannglied zum Zusammenspannen der beiden elastischen Teile unlösbar verbunden sein. Die vorteilhaftesten Konstruktionen ergeben sich dann, wenn die unlösbare Verbindung entweder durch Schweißen, Löten oder Formschluß hergestellt ist.

Die bei geschlossenem Ventil den Dichtungsring zusammenpressenden elastischen Kräfte müssen vom anderen nicht mit dem gehäusefesten Anschlag in Verbindung stehenden Kolbenteil aufgenommen werden. Dieser wird deshalb vorteilhaft tellerfederförmig ausgebildet.

Die konstruktiv einfachste Konstruktion ergibt sich dann, wenn das Spannglied zum Zusammenspannen der beiden elastischen. Kolbenteile als Verbindungsglied zur Betätigungsspindel ausgebildet ist; wenn dabei das Spannglied relativ zur Betäügungsspindel drehbar ist, kann die _:>esarnie Betätigungsspindel einstückig ausgebildet verden, ohne daß die bei der bisher bekannten Konstruktion erforderliche Trennstelle zwischen einem unverdrehbaren Schaft und einem verdrehbaren Gewindeteil erforderlich war·-. Besonders vorteilhaft ist es, das Spannglied al·, eine Schraubverbindung auszubilden, weil auf diese Weise das Zusammenspannen der beiden Kolbenteile bei der Montage sehr einfach durchführbar ist.

Zur Verminderung der erforderlichen Betätigungbkraft bei großen Nennweiten und oder hohen Drükken kann das Spannglied im Zusammenwirken mit dem Ende der Betätigungsspindel als Druckausgleichsventil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Ausgleichsventil als Kolbenschieber ausgebildet, wobei im Spannglied ein Dichtungsring vorgesehen ist und das Spindelende als Kolben ausgebildet i->t. Wenn die Anordnung so gewäh't wird, daß die Schließbewegung und die Durchströmung durch den Ventilsitz in gleicher Richtung verläuft, ergibt sich eine sehr einfache Konstruktion, weil die richtige Reihenfolge der öffnungs- und Schließbewegungen des Hauptventils und des Ausgleichsventils \on selbst erfolgt.

Die Erfindung wird nun an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein sehr einfaches und unempfindliches Ventil gemäß der Erfindung; in

F i g. 2 ist ein Federdiagramm zum Kolben dieses Ventils dargestellt; und

F i g. ? zeigt den Kolben eines erfindungsgemäßen Ventils mit Ausgleichsventil.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten TauchKolbenventil nach der Erfindung dichtet der im Kolben 1 angeordnete einteilige Dichtungsring 2 gegen ein Gehäuse 3 ab, das dur^h ein Gehäuseoberteil 4 verschlossen ist, in dem >nne mit dem Kolben verbundene Ventilspindel 5 durch Verdrehen mittels Handrad 6 in einer Gewindemutter7 axial verschiebbar ist. Der mit der Ventilspindel S über einen zweiteiligen Ring 8 und eine Überwurfmutter 9 verbundene Kolben 1 besteht im wescntliciien aus den beiden Kolbenteilen 10. 11 und dem Dichtungsring 2. Der mit einem gehäusefesten Anschlag 12 zusammenwirkende Kolbenteil 10 ist aus Blech gefertigt und bildet eine geschlossene Fläche, so daß keine Abdichtung an der Verbindungsstelle zur Ventilspindel erforderlich ist. Auf dem zylindrischen Teil dieses Kolbenteiles ist der Dichtungsring aufgeschoben. Dieser aus Blech gefer-

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tigte Kolbenteil 10 ist formschlir >ig mit einem Ge- dene Eigenelastizität des Dichtungsringes verbessert windering 13 verbunden, der im Zusammenwirken dieses Verhalten. S₁' kann bei Dichtungsringen mit mit der Überwurfmutter 9 eine unverschiebbare, aber hohem Asbestgehalt 5 bis 25°/o, vorzugsweise 15 bis verdrehbare Verbindung zur Spindel S herstellt. Auf 20% der Ringhöhe betragen. Beim Anschlag des undem Ventilring 2 ist zur Gewährleistung einer ein- 5 teren Kolbenteils an den gehäusefesten Anschlag und wandfreien Pressung ein Zwischenring 14 vorgesehen, Weiterbewegung der Betätigungsspindel in Schließauf den der zweite Kolbenteil 11 einwirkt, der sich richtung steigt dann der auf den Dichtungsring wirseineiseits an seinem Innenumfang gegen die Über- kende Preßdruck weiter an, so daß das Ventil sicher wurfmutter 9 abstützt. abdichtet und ungleichförmige Wärmedehnungen Die Funktion des Kolbens nach der Erfindung ge- ίο von Gehäuse und Betätigungsspindel sicher aufgemäß F i g. 1 ist aus F i g. 2 ersichtlich, in der eine nommen werden können. Dabei tritt zusätzlich noch Hälfte dieses Kolbens schematisch dargestellt ist. Die eine gewisse radiale Dehnung des Kolbenteils 10 im vollen Linien zeigen die beiden Kolbenteile 10, 11 Bereich des Dichtungsringes auf.
und den dazwischen angeordneten Dichtungsring2 Der in Fig.3 dargestellte Kolben eines erfinvor dem Zusammenspannen der beiden Teile. Wenn 15 dungsgemäßen Ventils weist ein Ausgleichsventtl auf, man annimmt, daß diese konischen Blechteile einen um die Betätigung bei großen Nennweiten oder hogeschlossenen Kegel bilden, liegen die Kegelspitzen hen Drücken zu erleichtern. Dieser Kolben weist jn den Punkten A und B. Sobald durch die obener- einen Ausgleichskolben 20 auf, der über eine Überwähnte Schraubverbindung die beiden Kolbenteile wurfmutter 21 und einen zweiteiligen Ring 22 mit im Bereich der Achse zusammengespannt werden, ao der Spindel 23 verbunden ist. Die beiden elastisch treffen sie sich dort auf Punkt C (Kolhentetle punk- verformbaren Kolbenteile 24, 25 sind in einem Ringtiert eingezeichnet). Es wirkt dann laut dem daneben körper 26 mittels einer Überwurfmutter 27 befestigt angeordneten Federdiagramm die Kraft P₁ auf den und tragen am Außenumfang den Dichtungsring 28 Dichtungsring ein, sofern man annimmt, daß sich eingespannt. Unter dem Innenrand des unteren KoI-dieser unter dieser Kraft nicht verformt. Die beiden 35 benteils 24 ist eine metallische Dichtung 29 vorgeseauf der Achse liegenden Punkte A und B wurden da- hen, weil dieser Kolbenteil keine geschlossene Fläche bei um den Weg S₁ zusammengespannt. Wenn nun bildet. Im Ringkörper 26 ist ein Dichtungsring 30 im Lauf der Schließbewegung des Ventils der untere vorgesehen, der ständig unter der Pressung einer TeI-Kölbcüieii mit seinem Aüßcnrand an den gehäusefe- !erfeder 31 steht, die sich an der Überwurfmutter 27 sten Anschlag aufliegt und die Spannstelle durch die 30 des Ringkörpers abstützt. Dieser Dichtungsring führt Betätigungsspindel in Schließrichtung von C nach D den Ausgleichskolben 20. Der Ausgleichskolben ist (Weg S₃) weiterbewegt wird, erhöht sich die Preß- ferner mit einer Endverdickung direkt im Ringkörper kraft auf den Ventilring auf die Größe P₂. S₃ kann geführt, so daß der Ausgleichskolben gegen Desaxiebei Dichtungsringen mit hohem Asbestgenalt 2 bis rung bei Verschieben gesichert ist. Unter der Vorausl2°/o, vorzugsweise 5 bis 10% der Ringhöhe betra- 35 setzung, daß die Durchströmung (Druck p) durch gen. Die Hypotenuse des Dreiecks BDE stellt daher den Ventilsitz und die Schließbewegung in gleicher den Verlauf der auf den Dichtungsring einwirkenden Richtung verläuft, ist die Funktion dieses Ausgleichs-Preßkraft in Abhängigkeit vom Verformungsgrad der Ventils in jeder Kolbenstellung zwangläufig gesichert, beiden Kolbenteile dar. Die ferner noch eingezeich- In F i g. 3 ist dieser Kolben auf der linken Hälfte in nete Kraft P₃ gibt die nötige Betätigungskraft zur Er- 40 Schließstellung dargestellt, wobei die Schließkraft reichung der Preßkraft P₂ an, sofern man von der über die Spindel 23, die beiden Überwurfmuttern 21, Kraft zur Überwindung des Mediumdruckes und der 27 und den oberen Kolbenteil 25 axial auf den Reibung bei der Schließbewegung absieht. Falls man Dichtungsring wirkt. Bei öffnen des Ventils wird zunun die Verformung des Dichtungsringes unter Ein- nächst der Hauptkolben durch den Druck ρ und die Muß der elastischen Kräfte berücksichtigen will, ergibt 45 Reibungskraft festgehalten, wogegen der Ausgleichssich dabei ein Federungsdiagramm, wie es in F i g. 2 kolben 20 angehoben wird, bis er mit seiner ^verdikin strichlierten Linien dargestellt ist. Die beim Zu- kung am Ringkörper anschlägt. In dieser Stellung sammenspannen der beiden Kolbenteile auftretenden (vgl. die rechte Hälfte der Zeichnung) ist über die Preßkräfte pressen den Dichtungsring plastisch zu- Bohrung 32 im Ausgleichskolben 20 eine Verbindung sammen, so daß sich kleinere Federkonstanten und 50 zwischen dem hoch- und niederdruckseitigen Teil des demgemäß auch eine kleinere Vorspannkraft P₁' er- Ventils hergestellt, so daß ein Druckausgleich erfolgibt. Ebenso ist die bei Erreichen des Punktes D auf gen kann. Bei Weiterbewegung der Spindel in Öffden Ring in Schließstellung einwirkende Kraft P₂' nungsrichtung wird dann der Hauptkolben unter kleiner als bei der Annahme eines unverformbaren formschlüssiger Kraftübertragung aus dem Ventilsitz Dichtungsringes. Ebenso hat sich die zum Erreichen 55 gezogen. Bei dem Schließvorgang verläuft der Vordes Punktes D nötige Betätigungskraft auf P₃' geän- gang in umgekehrter Reihenfolge. Es werden also dert. Aus diesem Diagramm ist zu ersehen, daß der zuerst die Bohrungen 32 des Ausgleichskolbens 20 Dichtungsring ständig in der Kolbenstellung unter durch seine Verschiebung relativ zum Ringkörper 26 der Preßkraft P₁' steht, wobei eine Schrumpfung um verschlossen und sodann der gesamte Kolben in seidas Maß S₁' möglich ist, bevor der Dichtungsring €0 nen Ringsitz geschoben, wobei der Innendruck ρ gänzlich ohne Pressung ist. Die geringe, aber vornan- noch eine zusätzliche Hilfe darstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Absperrventil mit einem Tauchkolben, der zur Abdichtung gegen das Gehäuse in Schließstellung mindestens einen axial zusammenpreßbaren Dichtungsring trägt, Jer zwischen zwei Teilen des Kolbens axial unter elastischer Pressung eingespannt ist, wobei in Schließstellung des Kolbens nach Anschlag des einen Kolbenteiles an einem gehäusefesten Anschlag die Betätigungsspindel in Schließrichtung weiterbewegbar ist, wodurch sich die axiale elastische Pressung des Dichtungsringes erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenteile (10, 11) relativ zueinandc axial unverschiebbar mit der Spindel (5) in Verbindung stehen und selbst als unie 1 der Spindelkraft elastisch verformbare Teile ausgebilc¹:'. sind, die bei Aufnahme des dazwischenliegenden Dichtungsringes (2) unter gegenseitiger axialer Vorspannung mittels Spannglieder (9, 13) zusammengespannt sind.

2. Absptrrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weiten Verschiebeweg dei Spindel (5) mit der Spannstelle der Kolbenteile (10, 11) in Schließrichtung relativ zu dem in Schließstellung am Gehäuse angeschlagenen Rand des einen Kolbenteiles (10) unter normaler Betätigungskraft zwei bis zwölf Prozent, \orzugsweise fünf bis zehn Prozent, der ursprünglichen Höhe des Dichtungsringe: (2) bt Vägt.

3. Absperrventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der V- rspannungsweg der elastischen Kolbenteile (10, 11) beim axialen Zusammenspannen relativ zur Spannstelle der Kolbenteile 5 bis 25°'u, vorzugsweise 15 b:s 20° 0, der ursprünglichen Höhe des Dichtungsringes (2) beträgt.

4. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine mit dem gehäusefesten Anschlag (12) in Verbindung tretende Kolbenteil (10) durch Ziehen oder Pressen geformt ist.

5. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine mit dem Anschlag (12) in Verbindung tretende KoI-benteil (10) eine geschlossene Fläche bildet.

6. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine mit dem Anschlag (12) in Verbindung tretende Kolbenteil (10) mit dem Spannglied (13) zum Zusammenspannen der beiden elastischen Teile unlösbar verbunden ist.

7. Absperrventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, c'aß die unlösbare Verbindurg durch Schweißen oder Löten hergestellt ist.

8. Absperrventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unlösbare Verbindung formschlüssig ist.

9. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere nicht mit dein gehäusefesten Anschlag (12) in Verbindung tretende Kolbenteil (11) im wesentlichen tellerfederförmig ausgebildet ist.

10. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (9) zum Zusammenspannen der beiden elastischen Kolbentcile (10, 11) als Verbindungsglied zur Betätigungsspindel ausgebildet ist.

11. Absperrventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spindelglied (9) relativ zur Betätigungsspindel drehbar ist.

12. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (9, 13) als eine Schraubverbindung ausgebildet shid.

13. Absperrventil nach einem der Ansprüche i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (26) im Zusammenwirken mit dem Ende der Betätigungsspindel (23) in an sich bekannter Weise ein DruckauFgleichsventil bildet, das bei großen Nennweiten und/oder hohen Drücken die Betätigung erleichtert.

14. Absperrventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsventil ein Kolbenschieber (20) ist, wobei im Spannglied (26) ein Dichtungsring (30) vorgesehen ist und das Spindelende als Kolben ausgebildet ist.