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Die Erfindung betrifft ein Ventiloberteil mit einem Kopfstück, einer das Kopfstück mittig durchsetzenden Spindel und einem über die Spindel betätigbaren Ventilkörper zur Anlage an einem Ventilsitz eines Gehäuses nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Ein derartiges Ventiloberteil ist aus der
GB 2 137 736 A bekannt. Das Ventiloberteil dient der Steuerung des Austritts von Medien aus Armaturen. Zu diesem Zweck wird das Ventiloberteil mittels seines Kopfstücks in das Gehäuse einer Armatur geschraubt; auf seine Spindel wird ein Drehgriff oder Hebel befestigt. Zur Steuerung des Durchflusses ist ein Ventilstempel vorgesehen, der über die Spindel innerhalb des Kopfstücks linear bewegbar ist. Zur Abdichtung gegen den Ventilsitz nimmt der Ventilstempel eine Scheibe auf, die über eine Mutter oder einen angeformten Pilzkopf an dem Ventilstempel befestigt ist und die mit einer Bohrung versehen ist, welche eine Hinterspülung der Scheibe ermöglicht, wodurch die Scheibe sowie ein diese umgebender Dichtring gegen den Ventilsitz gepresst wird. Dabei ist der Dichtring aufgrund der besonders elastischen Eigenschaften aus Gummi hergestellt.
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Nachteilig an dem vorbekannten Ventiloberteil ist, dass die Herstellung der Scheibe sowie ihre Montage sehr aufwendig ist. Darüber hinaus genügt der zum Einsatz kommende Dichtring zunehmend nicht den immer strenger werdenden Anforderungen in Bezug auf Haltbarkeit und Dichtigkeit. Zur Lösung dieses Problems kommen in neuerer Zeit aus Kunststoff hergestellte Dichtscheiben zum Einsatz. Hierdurch ist eine stabile Anordnung mit einer flächigen Dichtwirkung erzielbar. Nachteilig an diesen Kunststoffdichtscheiben ist jedoch, dass diese nur eine geringe Rückstellkraft aufweisen, welche häufig nicht ausreichend ist. Zudem kann es bei Temperaturschwankungen zu plastischen Verformungen der Dichtscheibe kommen, wodurch die Dichtwirkung weiter beeinträchtigt ist.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventiloberteil der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem die Herstellung vereinfacht ist und dessen Dichtvorrichtung auch den zunehmend strengen Anforderungen hinsichtlich Haltbarkeit und Dichtigkeit genügt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist ein Ventiloberteil geschaffen, bei dem die Herstellung vereinfacht ist und dessen Dichtvorrichtung den zunehmend strengen Anforderungen hinsichtlich Haltbarkeit und Dichtigkeit genügt. Durch den Einsatz einer Dichtung, die aus zwei hintereinander angeordneten aus unterschiedlichen Materialien hergestellten Schichten gebildet ist, wobei die der Spindel zugewandte Schicht aus einem elastischen und die der Spindel abgewandte Schicht aus einem plastischen Material hergestellt ist, ist eine robuste, einfach montierbare Dichtung erzielt, wobei gleichzeitig über die elastische Schicht eine hinreichende Rückstellkraft bewirkt ist. Dabei wurde überraschend gefunden, dass durch die plastische Schicht eine hinreichende Dichtwirkung bei unterschiedlichen Gestaltungen von Ventilsitzen verschiedener Armaturengehäuse erzielt werden kann. Bevorzugt ist die erste Schicht (41) aus Gummi und die zweite Schicht (42) aus Kunststoff hergestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Schicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Dieses Material zeichnet sich durch seine hohe Beständigkeit und Haltbarkeit aus.
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Besonders bevorzugt ist die zweite Schicht aus ultrahochmolekularem Polyethylen (PE-UHMW) hergestellt. Überraschend wurde herausgefunden, dass dieses aus dem Bereich der Förderbandtechnik bekannte Material sich für die Herstellung von Dichtscheiben für Ventiloberteile sehr gut eignet. Aus PE-UHMW hergestellte Dichtscheibenflächen weisen ein gutes Dichtverhalten bei vergleichsweise geringem Anpressdruck auf.
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In Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Schicht wenigstens einen lippenartigen Abschnitt auf, der in eine innerhalb der umlaufenden Nut eingebrachte innere Nut eingreift, deren Breite die Breite des lippenartigen Abschnitts überragt, wobei in der zweiten Schicht wenigstens eine Bohrung eingebracht ist, die in der umlaufenden Nut dem lippenartigen Abschnitt vorgelagert mündet. Hierdurch ist eine radiale Beaufschlagung des lippenartigen Abschnitts mit Fluid ermöglicht, welches durch die in der zweiten Schicht eingebrachte wenigstens eine Bohrung in die umlaufende Nut gelangt, wodurch eine verbesserte Dichtwirkung erzielt ist. Der lippenartige Abschnitt kann dabei einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Der lippenartige Abschnitt kann entweder als Bestandteil der ersten Schicht ausgebildet sein oder auch selbst die erste Schicht ausbilden. Die erste Schicht ist vorteilhaft mit der zweiten Schicht verbunden, sie kann jedoch auch als separates Element an die zweite Schicht angelegt sein.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die erste Schicht einen kreisförmigen Querschnitt auf, durch den der lippenartige Abschnitt gebildet ist. Hierdurch ist eine große Angriffsfläche für das radial anströmende Fluid gebildet, wodurch die Dichtwirkung erhöht ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Schicht einen U-förmigen Querschnitt auf, deren Schenkel jeweils einen lippenartigen Abschnitt bilden, der in jeweils eine innerhalb der umlaufenden Nut eingebrachte innere Nut mündet, wobei die wenigstens eine Bohrung zwischen den Schenkeln mündet. Hierdurch ist eine radiale Anströmung der beiden lippenartigen Abschnitte ermöglicht, wodurch eine erhöhte zweiseitige Dichtwirkung in Richtung der Spindelachse sowie in Richtung des durch die umlaufende Nut gebildeten umlaufenden Steges bewirkt. Eine gleichmäßige Anströmung der beiden lippenartigen Abschnitte kann dadurch erzielt werden, dass die wenigstens eine Bohrung auf einen zwischen den beiden innerhalb der umlaufenden Nut eingebrachten inneren Nuten gebildeten Mittelsteg gerichtet ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Schicht auf ihrer dem Ventilstempel abgewandten Seite mit einer waffelartigen Mikrostruktur versehen. Hierdurch ist die Elastizität der Oberfläche erhöht, wodurch die Dichtwirkung verbessert ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Schicht auf ihrer dem Ventilstempel abgewandten Seite mit einer ein Rippenmuster aufweisenden Makrostruktur versehen. Hierdurch ist eine weitere elastische Schicht gebildet, wodurch die Dichtwirkung weiter verbessert ist. Dabei ist das Rippenmuster vorteilhaft aus ringförmigen, bevorzugt aus kreisringförmigen Rippen gebildet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Ventiloberteil im Hinblick auf das Armaturengehäuse, in dem es zum Einsatz kommt, derart ausgebildet, dass der Außendurchmesser des Ventilstempels im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Anschlussgewindes des Armaturengehäuses entspricht. Hierdurch ist eine hohe Stabilität des Ventilstempels bewirkt.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die Darstellung eines Ventiloberteils 1 mit zweischichtiger Dichtung und
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2 die Darstellung des Ventiloberteils aus 1 mit einer weiteren Ausführungsform einer zweischichtigen Dichtung.
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Das als Ausführungsbeispiel gewählte Ventiloberteil weist ein Kopfstück 1 auf, das von einer in dieser radial geführten Spindel 2 mittig durchsetzt ist. Über die Spindel 2 ist ein Ventilkörper 3 betätigbar, der mit dem Ventilsitz 61 des Gehäuses 6 zur Anlage kommt. Der Ventilkörper 3 weist einen im wesentlichen zylindrischen Ventilstempel 33 auf, der eine Dichtung 4 aufnimmt, die von dem umlaufenden Rand 35 der die Dichtung 4 aufnehmenden Nut 34 umgeben ist, wobei die Dichtung 4 mit dem Ventilsitz 61 des Gehäuses 6 zur Anlage kommen.
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Das Kopfstück 1 besteht aus einem symmetrischen Hohlkörper, dessen beide Stirnflächen offen sind. Auf seiner dem Gehäuse 6 zugewandten Seite weist das Kopfstück einen hülsenartigen Teil 11 auf. An seinem dem Gehäuse 6 zugewandten Ende ist das Kopfstück 1 außen mit einem Anschlussgewinde 13 versehen. Mit Hilfe des Anschlussgewindes 13 ist das Kopfstück 1 in das Gehäuse 6 der Armatur einschraubbar.
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Nach dem Einschrauben liegt ein Einschraubbund 14 des Kopfstücks 1 auf dem Gehäuse 6 der Armatur auf. Der Einschraubbund 14 weist auf seiner dem Anschlussgewinde 13 zugewandten Seite eine Ringnut 15 zur Aufnahme des O-Rings 71 auf. Das Einschrauben in die Armatur erfolgt mittels eines Außenmehrkants 16, der auf der dem Anschlussgewinde 13 abgewandten Seite des Einschraubbundes 14 vorgesehen ist. Dieser Teil des Kopfstücks 1 kann außen – wie dargestellt – mit einem zusätzlichen Gewinde 17 für die Aufnahme einer – nicht dargestellten – Hülse versehen sein. In Höhe des Einschraubbundes 14 und des Gewindes 17 ist der hülsenartige Teil 11 des Kopfstücks 1 innen mit einem Innensechskant 18 versehen.
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Die Spindel 2 ist im Wesentlichen massiv ausgeführt. Sie ist an ihrer dem Kopfstück 1 abgewandten Seite außen als Außenvielkant 21 ausgeführt und innen mit einem Sackloch 22 mit Innengewinde für die Befestigung eines – nicht dargestellten – Drehgriffs versehen. Anschließend ist außen an der Spindel 2 eine Zylinderfläche 23 vorgesehen, mit der die Spindel 2 in dem Kopfstück 1 radial geführt ist. In der Zylinderfläche 23 ist eine Ringnut 24 zur Aufnahme eines O-Rings 72 eingebracht. Der O-Ring 72 dichtet die Spindel 2 gegen das Kopfstück 1 ab. Zwischen der Zylinderfläche 23 und dem Außenvielkant 21 ist ein Einstich 25 vorgesehen, in den eine Wellensicherung 73 in Form eines Sprengrings federnd eingelegt ist. Die Wellensicherung 73 verhindert das Eindringen der Spindel 2 in das Kopfstück 1 über das vorgesehene Maß hinaus.
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Die Spindel 2 ist in dem Kopfstück 1 drehbar. Auf ihrer dem Außenvielkant 21 entgegengerichteten Seite weist die Spindel 2 ein Außengewinde 26 auf. Oberhalb des Außengewindes 26 ist ein Einschraubbund 27 angeformt.
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Der Ventilkörper 3 weist einen hohlzylindrischen Teil 31 auf, der über einen zylindrischen Absatz 32 mit einem Ventilstempel 33 verbunden ist. Konzentrisch zur Rotationsachse der Spindel 2 ist in den Ventilstempel 33 eine Nut 34 zur Aufnahme der Dichtscheibe 4 eingebracht. Die Nut 34 ist nach außen begrenzt durch einen umlaufenden Rand 35. Nach innen ist die Nut 34 begrenzt durch einen auf der Rotationsachse der Spindel 2 an den Ventilstempel 33 angeformten Stift 37 der oberhalb der Nut 34 mit einem Außengewinde versehen ist. In den Grund der Nut 34 ist auf ihrer dem äußeren Steg 35 zugewandten Seite eine weitere, innere Nut 36 eingebracht, an die sich ein stufig in den Grund der Nut 34 mündender Auslauf 361 anschließt. An seinem dem Ventilstempel 33 abgewandten Ende ist an dem hohlzylindrischen Teil 31 ein Außensechskant 38 angeformt. Der Außensechskant 38 dient der Verdrehsicherung des Ventilkörpers 3 innerhalb des Kopfstücks 1. Innen ist der hohlzylindrische Teil 31 mit einem Innengewinde 39 versehen.
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Die Dichtung 4 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 durch zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien, nämlich einem elastischen und einem plastischen Material gebildet. Eine erste, der Spindel 2 zugewandte Schicht 41 ist aus Gummi hergestellt und weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Der Querschnitt der Schicht 41 weist eine geringere Breite als die innere Nut 36 des Ventilstempels 33 auf, in welcher diese anliegt. An diese erste Schicht 41 schließt sich eine zweite, aus PE-UHMW hergestellte Schicht 42 an. Die Schicht 42 ist in Art einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet. Exzentrisch sind in die Schicht 42 Bohrungen 43 eingebracht, die in den stufigen Auslauf 361 der inneren Nut 36 münden. Zur besseren gegenseitigen Anlage der Schichten 41, 42 aneinander kann die erste Schicht auch einen scheibenförmigen Abschnitt aufweisen, an den ein Abschnitt mit kreisförmigem Querschnitt angeformt ist. In diesem Fall sind die Bohrungen 43 auch durch diesen scheibenförmigen Abschnitt geführt.
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Mittig ist in die Dichtung 4 eine Bohrung eingebracht, deren Durchmesser etwas größer gewählt ist als der Außendurchmesser des Stiftes 37 des Ventilstempels 33 im Bereich der Nut 34, welche die Dichtung 4 aufnimmt. Die Dichtung 4 ist über eine Hutmutter 5 innerhalb der Nut 34 fixiert, welche auf das Außengewinde des Stifts 36 aufgeschraubt ist.
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Wird die Dichtung 4 gegen den Ventilsitz 61 eines Armaturengehäuses 6 gepresst, so wird die erste elastische Schicht 41 an den Grund der inneren Nut 36 gedrückt, wodurch eine Vorspannung bewirkt ist. Das an dem Ventilsitz anliegende Fluid durchströmt die Bohrungen 43 sowie den Auslauf 361 und die erste Schicht 41 wird durch den Fluiddruck nach außen gedrückt, wodurch die Dichtwirkung verstärkt wird. Durch den kreisförmigen Querschnitt der ersten Schicht 41 ist eine große Angriffsfläche für das Fluid vorhanden, wodurch ein hoher Anpressdruck erzielt wird. Die Schicht 41 kann auch einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Hierdurch ist die Oberfläche etwas kleiner, jedoch gestaltet sich eine Verbindung zwischen der ersten Schicht 41 und der zweiten Schicht 42 aufgrund der ebenen Anlagefläche einfacher.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind in den Grund der Nut 34 des Ventilstempels 33 konzentrisch zwei innere Nuten 36 eingebracht, zwischen denen ein Mittelsteg 362 gebildet ist. Die erste Schicht 41 der Dichtung 4 ist aus Gummi hergestellt und weist einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, wodurch zwei gegenüberliegende Schenkel 44 gebildet sind, welche in jeweils eine der inneren Nuten 36 anliegen. Die zweite Schicht 42 der Dichtung 4 ist aus PTFE hergestellt und ist in Art einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet. Exzentrisch sind in die zweite Schicht 42 Bohrungen 43 eingebracht, welche ebenfalls durch die erste Schicht 41 geführt sind und zwischen den Schenkeln 44 münden und auf den Mittelsteg 362 gerichtet sind.
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Wird die Dichtung 4 gegen den Ventilsitz 61 eines Armaturengehäuses 6 gepresst, so werden die Schenkel der ersten, elastischen Schicht 41 an den Grund der inneren Nuten 36 gedrückt, wodurch eine Vorspannung bewirkt ist. Das an dem Ventilsitz anliegende Fluid durchströmt die Bohrungen 43, und die Schenkel 44 der ersten Schicht 41 werden durch den Fluiddruck nach außen gedrückt, wodurch die Dichtwirkung verstärkt wird.
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Der Ventilkörper 3 ist derart in das Kopfstück 1 eingebracht, dass der Außensechskant 38 des Ventilkörpers 3 an dem Innensechskant 18 des Kopfstücks 1 anliegt, wodurch der Ventilkörper 3 in dem Kopfstück 1 verdrehsicher gehalten ist. In das Innengewinde 39 des Ventilkörpers 3 ist das Außengewinde 26 der Spindel 2 eingeschraubt, wobei die Spindel 2 über die Wellensicherung 73 innerhalb des Kopfstücks 1 axial fixiert ist. Eine Drehung der Spindel 2 bewirkt somit eine axiale Bewegung des Ventilkörpers 3 innerhalb des Kopfstücks 1. Diese axiale Bewegung des Ventilkörpers 3 ist begrenzt durch den Anschlag 12 des Kopfstücks 1. Unterhalb des Innengewindes 39 ist in dem hohlzylindrischen Teil 31 eine Fettkammer 311 angeordnet. Die Fettkammer 311 dient der Sicherstellung des Gewindelaufs zwischen Innengewinde 39 des hohlzylindrischen Teils und Außengewinde 26 der Spindel 2.
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In montiertem Zustand des Ventiloberteils liegt in der entgegengesetzten Endstellung des Ventilkörpers 3 die an dem Ventilstempel 33 angeordnete Dichtung 4 am Ventilsitz 61 des Gehäuses 6 an. Dabei ist die Dichtwirkung durch die im Ausführungsbeispiel sehr schmale Gestaltung des Ventilsitzes 61 aufgrund der aus Kunststoff hergestellten zweiten Schicht 42 der Dichtung 4 nicht gefährdet. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten homogenen Gummidichtungen, bei denen sich derartige Gestaltungen des Ventilsitzes aufgrund ihrer geringen Formstabilität als sehr problematisch erweisen, wird die in der Nut 34 angeordnete Dichtung 4 vorliegend – wenn überhaupt – nur geringfügig verformt; die flächige Abdichtung des Ventilsitzes 61 ist weiterhin gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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