DE19745751A1 - Ventil mit Kunststoffspindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit geteilter Absperrspindel.

Gewöhnlich werden bei Gasanwendungen Absperrventile verwendet, wo Handrad und Absperrspindel direkt verbunden sind.

Absperrventile (Gasflaschenventile) werden beispielsweise in "Gasehandbuch, Herausgeber Messer Griesheim GmbH, 3. Auflage, Frankfurt 1989; S. 33-36" be­ schrieben.

Absperrventile mit Absperrspindel aus Kunststoff sind nicht bekannt.

Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gasabsperrventiles für eine Druckgasquelle, wobei Fertigungstoleranzen der Funktionsteile und ein Spiel von Funktionsteilen keine Rolle spielen.

Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Ventil gemäß der Merkmale von Anspruch 1.

Das Ventil gemäß der Erfindung wird zum Beispiel als Absperrventil bei Druck­ gasquellen jeder Art eingesetzt. Druckgasquellen sind beispielsweise Druckgas­ behälter, Druckgasflaschen, Druckdosen, Druckgasleitungen, insbesondere Druckgasflaschen mit einem komprimierten Gas. Die Druckgasquelle liefern Gase oder Gasgemische, z. B. technische Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, synthetische Luft, Edelgase (z. B. Helium, Argon, Krypton, Xenon), Kohlendioxid, Prüfgasgemische oder medizinische Gase wie Sauerstoff, Anästhesiegase, NO, N₂O, Xenon, Helium/Sauerstoff, NO/Stickstoff, insbesondere Sauerstoff.

Der Grundkörper des Ventils besteht vorzugsweise aus Metall, z. B. Messing oder Edelstahl, und weist vorzugsweise an einem Ende einen Anschluß, z. B. Gewin­ deanschluß, zur Befestigung an der Druckgasquelle auf. Der Grundkörper ist vor­ zugsweise zylindrisch und besonders bevorzugt im wesentlichen symmetrisch zur Längsachse aufgebaut. Der Grundkörper enthält Gaskanäle, beispielsweise in Form von Bohrungen.

Das Ventil öffnet im allgemeinen gegen einen Druck im Bereich von 0,01 bis 500 bar. Vorzugsweise ist das Absperrelement hochdruckfest ausgeführt (z. B. bis 350 bar). Das Handrad des Ventils ist nicht direkt mit der Absperrspindel verbunden. Ein Zwischenstück zwischen Handrad und Absperrspindel überträgt die Bewe­ gung des Handrades auf die Absperrspindel. Das Zwischenstück enthält an den Enden ein Koppelelement wie ein Innen- oder Außenvierkant zur Kopplung von Handrad und Absperrspindel. Durch das Zwischenstück werden nur in der Ven­ tillängsachse wirkende Kräfte auf die Absperrspindel übertragen. Dadurch ist die Schließfunktion der Absperrspindel und Dichtheit der Absperrung verbessert und ein Verschleiß der dichtenden Teile des Ventiles verringert. Außerdem werden Fertigungstoleranzen der Ventilteile ausgeglichen.

Gemäß der Erfindung bestehen Absperrspindel und/oder Zwischenstück aus Kunststoff, insbesondere aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststof­ fen. Geeignete Kunststoffe sind Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), flüssigkristallines Polymer (LCP), Polyacetal, Polyamid, fluorhaltiges Polymer, PTFE, Polyphenylensulfid, oberflächenoxidiertes Polyphenylensulfid, Polyphenylensulfoxid, Polyphenylensulfon, Polyetherketon, Polyetheretherketon, Polysulfon, Polyphenylenoxid, Polyphenylenoxid-Polystyrol oder Polyester wie PET (Polyethylentherephthalat) oder PBT (Polybutylen­ therephthalat). Es können auch Gemische (Blends) verschiedener Kunststoffe eingesetzt werden. Die Kunststoffe enthalten die üblichen Zusätze wie Füllstoffe, Additive und Hilfsstoffe, Farbstoffe oder Pigmente.

Besonders bevorzugt werden chemisch widerstandsfähige Kunststoffe für die Ab­ sperrspindel wie fluorhaltige Kunststoffe, z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), Po­ lyethylen-tetrafluorethylen (PETFE), Polytetrafluorethylenpropylen (PFEP), Per­ fluoralkoxy (PFA), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polyvinylfluorid (PVF), Po­ lyvinylidenfluorid (PVDF), Polyethylen-chlortrifluorethylen (PECTFE); wie Fluor­ kautschuk; wie Polyvinylchlorid (PVC), wie Polyethylen mit chemisch modifizierter Oberfläche (z. B. fluorierte Oberfläche), wie Polyarylensulfid, insbesondere Poly­ phenylensulfid (PPS) oder chemisch modifiziertes Polyarylensulfid (z. B. oberflä­ chenoxidiertes PPS).

Als Absperrspindel (Schließkörper) dienende Kunststoffteile können zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit oberflächlich chemisch modifiziert werden. Vorteil­ haft wird ein Formteil aus einem Polyolefin, insbesondere Polyethylen (hochmolekular und ultrahochmolekular), oberflächlich halogeniert, vorzugsweise fluoriert. Verfahren zur Umwandlung einer Polyethylenoberfläche in eine Oberflä­ che aus fluoriertem Polymer, insbesondere PTFE, sind bekannt. Die Halogenie­ rung von Polyolefinoberflächen wird beispielsweise in DE 195 14 924-A1 be­ schrieben, worauf hiermit Bezug genommen wird.

Hohe chemische Beständigkeit weisen auch Formteile aus Polyphenylensulfid (PPS), oberflächenoxidiertes PPS, Polyphenylensulfoxid und Polyphenylensulfon auf. Polyphenylensulfoxid und Polyphenylensulfon sind durch Oxidation von PPS z. B. mit Ozon, Wasserstoffperoxid, vorzugsweise in Gegenwart von Schwefelsäu­ re, oder Peroxomonoschwefelsäure (Carosche Säure) erhältlich. Zum Beispiel wird das Formteil in eine wäßrige Lösung von Peroxodisulfat in Schwefelsäure (z. B. 60 Gew.-% H₂SO₄) bei Raumtemperatur getaucht und anschließend gut mit Wasser gespült.

Das Ventil eignet sich zur Verwendung als Absperrventil für Druckgasbehälter, insbesondere als Flaschenventil für Druckgasflaschen, und als Durchgangsventil in Leitungen. Das Gasabsperrventil wird vorteilhaft bei Reinstgasanwendungen und im medizinischen Bereich verwendet.

Der Schließkörper aus Kunststoff enthält vorzugsweise ein Gewinde (Außengewinde), das sich in einem Gewinde (z. B. des Grundkörpers des Ventils) bewegt und bei Drehung des Betätigungselements des Ventils (Handrad) zu einer Hubbewegung des Schließkörpers führt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Ventil (insbesondere Absperrventil) eine selbstnachstellende Stellungsanzeige (Anzeige von geöffnetem oder geschlossenem Zustand, d. h. Auf/Zu), die sich bei Ver­ schleiß der Dichtteile selbsttätig nachstellt. Bei üblichen Absperrventilen ist die Stellungsanzeige fest mit dem Handrad verbunden. Bei einer selbstnachstellen­ den Stellungsanzeige ist eine zylindrische Kappe mit zentraler Öffnung auf die Kopfschraube des Ventiles gesteckt, wobei die Kappe auf der Kopfschraube frik­ tionsgekoppelt sitzt, aber durch Krafteinwirkung bewegt werden kann. Die Kappe der Stellungsanzeige verfügt auf der Oberseite einen Zapfen als Mitnehmer, der als Gegenstück einen Anschlag (Nase) am Handrad findet. Der Anschlag am Handrad greift den Mitnehmer nur bei verschließender Drehbewegung des Hand­ rades und erst in unmittelbarer Schließstellung. Bei Veränderung der Schließstel­ lung durch Abnutzung der Dichtelemente wird bei Zudrehen des Ventiles die Stellungsanzeige mitgenommen. Für ein Öffnen und Schließen des Ventiles ge­ nügt eine Drehung um einen Winkel von maximal 180°. Beim Öffnen des Ventiles verbleibt die Stellungsanzeige in der beim Schließen eingenommenen Stellung. Das Prinzip der selbsteinstellenden Stellungsanzeige bei Absperrventilen ist in DE 43 09 753 A1 beschrieben, worauf hiermit bezug genommen wird.

Bezüglich Gleiteigenschaften sind Formteile (Schließkörper, Zwischenstück) aus Polyoxymethylen, PPS, oberflächenoxidiertem PPS, Polyphenylensulfoxid, Poly­ phenylensulfon, PTFE oder ultrahochmolekularem Polyethylen (z. B. Hostalen® GUR; Hersteller Hoechst AG) besonders vorteilhaft. Der Schließkörper ist z. B. ein Formteil aus oberflächenfluoriertem Polyethylen oder oberflächenfluoriertem ultrahochmolekularem Polyethylen.

Der besondere Vorteil von Schließkörpern aus Kunststoff ist, daß ein zusätzliches Dichtelement (z. B. aus Elastomer) nicht erforderlich ist. Die Dichtung von einem Schließkörper aus Kunststoff gegen einen Ventilsitz aus Metall ist sehr vorteilhaft.

Formteile aus einem thermoplastischen Kunststoff (Schließkörper, Zwischen­ stück) werden in der Regel aus der Kunststoffschmelze hergestellt, z. B. durch Spritzguß oder Extrusion.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils mit einem Schließkörper aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß das der Schließkörper aus einer Kunststoffschmelze geformt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen mit einem Beispiel er­ läutert.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Ventils mit Stellungsanzeige (Längsschnitt entlang Achse A-A). Der Grundkörper 1 des Ventils enthält den Ventilsitz 2, ein Gewinde 3 zur Führung des Schließkörpers (Absperrspindel) 4 und ein Gewinde 5 zur Befestigung der Kopfschraube 6. Die Kappe 7 in Verbin­ dung mit Handrad 8 bilden die Stellungsanzeige (Auf/Zu). Die Kappe 7 sitzt auf der Kopfschraube 6 friktionsgekoppelt und drehbar auf. Die Kappe 7 enthält einen Mitnehmer (Zapfen) 9 (gezeigt in Fig. 2) auf, an den bei Drehung in Schließrich­ tung der Mitnehmer (Nase) 10 (gezeigt in Fig. 2) des Handrades angreift. Auf der Oberseite der Kappe 7 ist eine ringförmige zweifarbige Markierung (grüner und roter Bereich) für die Stellungsanzeige angebracht. Ein Fensterausbruch 11 (Sichtfenster, gezeigt in Fig. 2) am Handrad 8 gestattet Sicht auf einen Teil der Markierung, d. h. Rot- oder Grünanzeige, je nach Ventilstellung. Die Bewegung des Handrades 8 wird über ein Zwischenstück 12 mit Außen-Vierkant an beiden Enden auf den Schließkörper (Absperrspindel) 4 übertragen. Der Schließkörper 4 hat ein Außengewinde, das sich im Gewinde 3 des Grundkörpers bewegt. Das zylindrische Zwischenstück 12 gleitet in dem zylindrischen freien Raum im Zen­ trum der Kopfschraube 6.

Kopfschraube 6 ist vorzugsweise aus Messing oder Edelstahl. Zwischenstück 12 ist aus Kunststoff, z. B. Polyoxymethylen. Schließkörper 4 ist vorzugsweise aus oberflächenfluoriertem Polyethylen. Handrad 8 und Kappe 7 sind vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyamid (z. B. Polyamid 6 mit 30-35 Gew.-% Glasfaserfüllung). Das Handrad 8 enthält vorzugsweise eine transparente oder im Bereich des Sichtfensters transparente Kunststoffabdec­ kung.

Fig. 2 zeigt das Handrad des Absperrelementes von Fig. 1 im Querschnitt durch B-B. Der Pfeil in der Abbildung markiert die Schließrichtung des Gasabsperrven­ tils. Das Handrad 8 enthält an der Unterseite eine Vierkant-Öffnung zur Befesti­ gung am oberen Vierkant des Zwischenstückes 12. Der runde Bereich um die Vierkantöffnung trägt den Mitnehmer 10 (nasenförmiger Anschlag). Zur Verdeutli­ chung der Funktionsweise der Stellungsanzeige ist der zapfenförmige Mitnehmer 9 der Kappe 7 flächig schwarz eingezeichnet. Der Fensterausbruch 11 gestattet Sicht auf die farbige Markierung auf der Kappe 7.

Claims (11)

1. Ventil mit Schließkörper 4 aus Kunststoff.

2. Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper 4 über ein Zwischen­ stück 12 mit dem Handrad 8 verbunden ist und Schließkörper 4 und/oder Zwi­ schenstück 12 aus Kunststoff bestehen.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff oder ein teilweise oder vollständig chemisch modifi­ zierter thermoplastischer Kunststoff ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Polye­ thylen, Polypropylen, Polystyrol, PVC, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), flüssigkristallines Polymer (LCP), Polyacetal, Polyamid, fluorhaltiges Po­ lymer, PTFE, Polyphenylensulfid, oberflächenoxidiertes Polyphenylensulfid, Poly­ phenylensulfoxid, Polyphenylensulfon, Polyetherketon, Polyetheretherketon, Po­ lysulfon, Polyphenylenoxid, Polyphenylenoxid-Polystyrol oder Polyester, PET, PBT als Kunststoff für Absperrspindel 4 oder Zwischenstück 12 verwendet wird.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine selbstnachstellende Stellungsanzeige enthält.

6. Druckgasbehälter mit Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Verfahren zur Herstellung eines Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das der Schließkörper aus einer Kunststoffschmelze geformt wird.

8. Verwendung eines Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Gasabsperr­ ventil.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasabsperr­ ventil bei Druckgasbehältern, Druckgasflaschen, Druckdosen oder Druckgaslei­ tungen eingesetzt wird.

10. Verwendung eines Ventils einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Schließ­ körper 4 aus einem fluorhaltigen Kunststoff oder aus einem Kunststoff mit che­ misch modifizierter Oberfläche für korrosive oder reaktive Gase.

11. Verwendung eines Ventils einem der Ansprüche 1 bis 5 für Reinstgase, me­ dizinische Gase oder im medizinischen Bereich.