DE19818628C2 - Ventil, insbesondere Kugelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere auf ein großes Kugelventil zur Anwendung in Fluggeräten, umfassend ein Ventilgehäuse mit zwei Anschlussöffnungen, von denen zumindest einer ein Dichtelement zugeordnet ist, sowie ein Verschlussorgan mit zu­ mindest einer Dichtfläche, die in zumindest einer Stellung des Verschlussorgans dichtend an dem Dichtelement anliegt, wobei die zumindest eine Dichtfläche als Oberfläche eines mit einem Grundkörper verbundenen Dichtsegmentes ausgebildet ist und wobei die Dichtfläche aus einem ersten Material mit hoher Oberflächengüte besteht.

Ein derartiges Ventil ist aus der EP 0 786 611 A1 bekannt. Dabei ist der Grundkörper als Metallspindel ausgebildet, die ein hohes spezifisches Gewicht aufweist, so dass das Ventil insgesamt ein hohes Gewicht aufweist und für den Einsatz in Fluggeräten ungeeignet ist.

Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Kugelventile zur Anwendung in Fluggeräten bekannt, bei denen aus Gründen der Gewichtsersparnis das als Kugel ausgebildete Ver­ schlussorgan aus einem leichten Material wie zum Beispiel Kunststoff hergestellt ist. Dabei ist die Oberfläche der Kugel zugleich als Dichtfläche ausgebildet. Als nachteilig hat sich erwiesen, dass sich aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten des Kunststoffkörpers und aufgrund von erhöhter Abnutzung der Oberfläche Dichtigkeitsprobleme ergeben, die den hohen Anforderungen an Ventile für den Einsatz in Fluggeräten nicht genügen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein Ventil der oben genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei geringem Gewicht eine verbesserte Dichtigkeit erzielt wird.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Grundkörper aus einem zweiten Material mit geringerem spezifischem Gewicht besteht. Einerseits wird durch die Ausbildung des Grundkörpers aus einem ersten Material mit geringem spezifischem Gewicht das Gewicht des Verschlussorgans und somit des Ventils insgesamt reduziert und andererseits wird durch die Ausbildung nur der Dichtflächen aus einem zweiten Material mit hoher Oberflächengüte eine zuverlässige Abdichtung des Ventils in geschlossenem Zustand erreicht, ohne dass dies Auswirkungen auf das Gesamtgewicht des Verschlussorgans bzw. des Ventils hat. Auch wird durch die Ausbildung der Dichtfläche aus einem Material mit hoher Oberflächengüte die Standzeit des Ventils verlängert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper aus Kunststoff und die Dichtfläche aus Metall besteht. Kunststoff ist ein Material mit geringem spezifischem Gewicht und lässt sich leicht verarbeiten. Die Ausbildung der Dichtfläche aus Metall bietet den Vorteil, dass durch eine entsprechende Behandlung hohe Oberflächengüten erreicht werden können, wodurch einerseits die Dichtigkeit und andererseits auch die Standzeit verbessert wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Grundkörpers zumindest bereichsweise der Oberfläche einer Kugel folgt und dass das die Dichtfläche aufweisende Dichtsegment als Kugelsegment ausgebildet ist, wobei die Dicht­ fläche zusammen mit der Oberfläche des Grundkörpers eine im wesentlichen geschlossene, zumindest bereichsweise einer Kugeloberfläche folgende Oberfläche bildet. Auf diese Weise wird ein Verschlussorgan mit einer im wesentlichen kugelförmigen Oberfläche zur Verfügung gestellt.

Um eine einfache Montage zu gewährleisten und um das Dichtsegment austauschen zu können, ist dieses mit dem Grundkörper verbunden wie verschraubt und weist zentral eine topfförmige Vertiefung zur Aufnahme eines Befestigungselementes wie Schraube auf.

Um ebenfalls des Gewicht des Dichtsegmentes zu reduzieren, ist das Dichtsegment im wesentlichen als dünnwandige Schale ausgebildet, deren Oberfläche die Dichtfläche bildet.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Dichtsegment einen umlaufenden Rand aufweist, der auf einer dem Grundkörper zugeordneten Seite eine umlaufende Nut zur Aufnahme einer Dichtung aufweist. Dadurch wird erreicht, dass ein zu steuerndes Fluid nicht in einen zwi­ schen dem Grundkörper und dem Dichtsegment gebildeten Hohlraum eindringen kann.

Um eine sichere Befestigung des Dichtsegmentes an dem Grundkörper zu gewährleisten ist vorgesehen, dass von einer das Dichtsegment aufnehmenden Seitenfläche des Grundkörpers erste Arretierungsmittel ausgehen, die in zugeordnete, auf einer Innenfläche des Dichtsegmen­ tes angeordnete zweite Arretierungsmittel eingreifen.

Um eine besonders gute Abdichtung zwischen der Dichtfläche und der dem Aus- und/oder Einlass zugeordneten Dichtung zu gewährleisten ist vorgesehen, dass die dem Aus- und/oder Einlass zugeordnete Dichtung federvorgespannt an der Dichtfläche des Verschlussorgans anliegt. Dabei weist die Dichtung eine kegelförmige oder kalottenförmige an der Dichtfläche anliegende Gegenfläche auf.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung eines der Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbei­ spiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kugelventils, teilweise in Schnittdarstellung und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines an einer Dichtfläche des Verschlussorgans anliegenden Dichtelements.

Fig. 1 zeigt ein Kugelventil 10 in Schnittdarstellung, das ein Ventilgehäuse 12 mit Ein- und Auslassöffnungen 14, 16 aufweist. Die Ein- und Auslassöffnungen 14, 16 weisen jeweils umfangsseitig einen Flansch 18, 20 zur Befestigung von Zu- bzw. Abflussleitungen auf. Das Ventilgehäuse 12 ist im wesentlichen kugelförmig ausgebildet und besteht aus zwei Teilele­ menten 22, 24, die mittels eines Verbindungselementes wie Schraube 26 miteinander verbunden sind. Zwischen den Teilelementen 22, 24 ist eine umlaufende Dichtung 28 angeordnet.

Im Inneren 30 des Kugelventils 10 ist ein Verschlussorgan 32 um eine Achse 34 drehbar angeordnet. Dabei weist das im wesentlichen kugelförmige Verschlussorgan 32 einen Zapfen 36 auf, an dem über ein Koppelelement 38 eine Antriebswelle 40 befestigt ist. Die An­ triebswelle 40 ist dabei in einer Führung 42 gelagert und weist eine Nut 44 zur Aufnahme einer Dichtung 46 auf, die an einer Innenfläche der Führung 42 anliegt.

Erfindungsgemäß besteht das Verschlussorgan 32 aus einem Grundkörper 48, der vorzugs­ weise aus einem leichten Material wie Kunststoff besteht. Zentral ist in dem Grundkörper 48 eine Druchbrechung 50 vorgesehen, die im geöffneten Zustand des Ventils 10 einen Strö­ mungskanal mit den Ein- und Auslassöffnungen 16, 14 bildet.

Eine an die Durchbrechung 50 angrenzende Oberfläche 52 des Grundkörpers 48 folgt im wesentlichen der Oberfläche eine Kugel.

Des Weiteren sind an dem Grundkörper 48 Dichtsegmente 54, 56 angeordnet, die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als metallische Kugelsegmente ausgebildet sind. Die Oberflächen der Dichtsegmente 54, 56 sind als Dichtflächen 57, 59 ausgebildet. Das Dicht­ segment 54 weist zentral eine topfförmige Vertiefung 58 zur Aufnahme eines Befestigungs­ elementes 60 wie Schraube auf, das in den Grundkörper 48 eingreift. Ferner weist das Dicht­ segment 54 einen umlaufenden Rand 62 mit einer ebenen, an einer Seitenfläche 64 des Grundkörpers 58 anliegenden Fläche 66 auf, in die eine Nut 68 zur Aufnahme einer Dichtung 70 eingebracht ist.

Um eine Arretierung des Dichtsegements 54 an dem Grundkörper 48 zu erreichen, erstrecken sich von der Seitenfläche 64 des Grundkörpers erste Arretierungsmittel 72, die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als umlaufende Wandung ausgebildet sind. Gleichfalls erstrecken sich von einer Innenfläche 74 des Dichtsegments 54 zweite Arretierungsmittel 76, 78, die als stegförmige Elemente ausgebildet sind und an der umlaufenden Wandung 72 anliegen und somit ein Verrutschen bzw. Verdrehen des Dichtsegments 54 verhindern.

Es ist vorgesehen, dass die Dichtflächen 57, 59 nahezu übergangslos in die Oberfläche 52 des Grundkörpers 48 übergehen, um somit eine gute Abdichtung und ein ruckfreies Drehen des Verschlussorgans 32 zu ermöglichen.

Jeder Auslass-/Einlassöffnung 14, 16 ist jeweils ein Dichtelement 80, 82 zugeordnet, die an den Dichtflächen 57, 59 der Dichtsegmente 54, 56 dichtend anliegen.

Wie mit Bezug zu Fig. 2 deutlich wird, weisen die Dichtelemente 80, 82 kegelförmige bzw. kalottenförmige Gegenflächen 84 auf, die an den Dichtflächen 57, 59 anliegen. Dabei ist das Dichtelement 80 in einer Führung 86 des Ventilgehäuses 12 verschiebbar gelagert und über ein Federelement 88 federvorgespannt, so dass es mit einer Kraft gegen die Dichtfläche 57 anliegt. Zur Abdichtung gegenüber dem Ventilgehäuse 12 weist das Dichtelement 80 randseitig eine Nut 90 auf, in der eine Dichtung 92 angeordnet ist, die an einer Innenfläche der Führung 86 anliegt. Zwischen dem Dichtelement 80 und einer Berandung 94 der Einlass- bzw. Auslassöffnung 14 ist ein im Querschnitt L-förmiger umlaufender Ring 96 angeordnet, der über das Federelement 88 mit einem Schenkel gegen das Dichtelement 80 anliegt. An einer Innenseite der umlaufenden Berandung 94 ist ebenfalls eine Dichtung 98 zur Ab­ dichtung vorgesehen.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verschlussorgans 32, nämlich einen Grundkörper 48 aus einem leichten Material wie Kunst­ stoff mit Dichtflächen 54, 56 aus einem metallischen Material zu versehen, einerseits der Vorteil erreicht wird, dass das Ventil insgesamt ein geringes Gewicht aufweist und anderer­ seits die Dichtflächen eine derart genaue Fertigungstoleranz aufweisen, dass eine zuverlässige Abdichtung zwischen Dichtflächen und den Aus-/Einlassöffnungen zugeordneten Dichtungen gewährleistet ist. Auch besteht vorteilhaft die Möglichkeit, die Dichtflächen bei Verschleiß auszutauschen, ohne jedoch das gesamte Verschlussorgan 32 austauschen zu müssen, wodurch insgesamt Kosten reduziert werden können.

Claims (9)

1. Ventil (10), insbesondere großes Kugelventil zur Anwendung in Fluggeräten, um­ fassend ein Ventilgehäuse (12) mit zwei Anschlussöffnungen (14, 16), wobei zu­ mindest einer Anschlussöffnung (14, 16) ein Dichtelement (80, 82) zugeordnet ist, sowie ein Verschlussorgan (32) mit zumindest einer Dichtfläche (57, 59), die in zumindest einer Stellung des Verschlussorgans (32) dichtend an dem Dichtelement (80, 82) anliegt, wobei die zumindest eine Dichtfläche (57, 59) als Oberfläche eines mit einem Grundkörper (48) verbundenen Dichtsegmentes (54, 56) ausgebildet ist und wobei die Dichtfläche (57, 59) aus einem ersten Material mit hoher Oberflächengüte besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (48) aus einem zweiten Material mit geringem spezifischem Gewicht besteht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (48) aus Kunststoff und die Dichtfläche (57, 59) aus Metall besteht.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (52) des Grundkörpers (48) zumindest bereichsweise der Ober­ fläche einer Kugel folgt und dass das die Dichtfläche (57, 59) aufweisende Dicht­ segment (54, 56) als Kugelsegment ausgebildet ist, wobei die Dichtfläche (57, 59) zusammen mit der Oberfläche (52) des Grundkörpers eine im wesentlichen geschlos­ sene, zumindest bereichsweise einer Kugeloberfläche folgende Oberfläche bildet.

4. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtsegment (54, 56) mit dem Grundkörper (48) verbunden wie verschraubt ist und dass das Dichtsegment (54, 56) zentral eine topfförmige Vertiefung (58) zur Aufnahme eines Befestigungselementes (60) wie Schraube aufweist.

5. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtsegment (54, 56) im wesentlichen als dünnwandige Schale ausgebildet ist.

6. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtsegment (54, 56) einen umlaufenden Rand (62) aufweist, der auf einer dem Grundkörper (48) zugeordneten Seite (64) eine umlaufende Nut (68) zur Auf­ nahme einer Dichtung (70) aufweist.

7. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einer das Dichtsegment (54, 56) aufnehmenden Seitenfläche (64) des Grundkörpers (48) erste Arretierungsmittel (72) ausgehen, die in zugeordnete, auf einer Innenfläche des Dichtsegmentes (54, 56) angeordnete zweite Arretierungsmittel (76) eingreifen.

8. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Aus- und/oder Einlass (14, 16) zugeordnete Dichtung (80, 82) feder­ vorgespannt an der Dichtfläche (57, 59) des Verschlussorgans (32) anliegt.

9. Ventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente eine kegelförmige oder kalottenförmige, an der Dichtfläche (57, 59) anliegende Gegenfläche (84) aufweisen.