DE2309495C3 - Absperrventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil nach

dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Absperrventil dieser Art (CH-PS 3 81 488) ist notwendig ein dreiteiliger Kolben erforderlich. Dieser besteht nämlich aus Kolbenteil, Stützring und Kolbenkappe. Kolbenteil und Stützring sind miteinander verschraubt, um zwischen sich einen Bund am Ende der Ventilspindel zu erfassen. Der Kolbenleil hat überdies noch eine weitere Funktion:

2j Zwischen einer an ihm ausgebildeten Schulter und der Kolbenkappe wird der Dichtungsring axial verspannt. Dabei ist es für die ordnungsgemäße Funktion des Absperrventils unbedingt erforderlich, daß die Einheit aus Kolbenteil und Stützring einerseits und die Kolbenkappe andererseits auf der Ventilspindel axial verschieblich sind. Schließlich muß an der Ventilspindel auch ein Widerlager für eine Feder geschaffen werden, die zwischen der Kolbenkappe und einer Mutter eingesetzt wird. Bei der Feder handelt es sich um eine Tellerfeder. Um die Mutter überhaupt auf die Ventilspindel aufbringen zu können, ist diese mit einem Gewinde versehen. Auch ist es erforderlich, die Ventilspindel im Oberteil unverdrehbar zu führen, was zusätzlichen technischen Aufwand bedeutet. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, daß Tellerfedern bei langdauernder Wechselbelastung brechen können. Ein Bruch der Tellerfeder würde jedoch den Dichtungsring völlig entlasten und ihm eine große axiale Beweglichkeit relativ zum dreiteiligen Kolben geben. Das Absperrventil wäre damit völlig außer Funktion.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber ein Absperrventil der eingangs genannten Bauart und Funktion ohne Aufgabe seiner funktionellen Vorteile und unter Erhöhung der Betriebssicherheit konstruktiv einfacher auszubilden, um es wirtschaftlicher herstellen zu können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

S5 Man erkennt, daß hier nicht mehr ein dreiteiliger, sondern nur noch ein zweiteiliger Kolben erforderlich ist. Die bei der bisherigen Konstruktion auf der Ventilspindel axial verschieblich zu führenden Teile, die sich nur über den Dichtungsring aneinander abstützen, sin/ nunmehr fest miteinander verbunden und gegeneinander sowie auf der Ventilspindel axial unverschieblich festgelegt. Neben der Verminderung der Anzahl erforderlicher Bauteile ergibt das auch e ne erheblich robustere und im Betrieb zuverlässigere Konstruktion.

Auch muß die Ventilspindel nicht mit einem Gewinde versehen werden. Die beiden Kolbenteile können vielmehr durch Schrauben miteinander verbunden werden. Die Verwendung von Schrauben ist konstruktiv

einfach. Auch die Verwendung einer Ringfeder stellt eine Vereinfachung dar, da es sich bei einer solchen Ringfeder um ein kompaktes, robustes Bauteil handelt. Dieses kann überdies ohne weiteres aus austeniiischen Stählen gefertigt werden, wie sie heute von der chemischen Industrie für derartige Absperrventile gefordert werden. Die Fertigung erfolgt durch Kaltverformen. Man erhält Ringfedern der benötigten Qualität, insbesondere mit den benötigten Festigkeitswerten. Die Robustheit der Ringfedern vermindert überdies die Bruchgefaftr erheblich. Ein sicherer Dauerbetrieb ist damit garantiert. Selbst wenn es einmal zn einem Bruch kommen sollte, wird dadurch nur eine Verminderung der Axialpressung des Dichtungsringes eintreten, der Dichtungsring aber keineswegs ganz freigegeben. Weiter ergeben sich ebenso, wie bei der bekannten Konstruktion eines Absperrventils, die axiale elastische Pressung des Dichtungsringes in allen Betätigungsstellungen und die Erhöhung dieser axialen Pressung in Schließstellung bei Weiterbewegung der Ventilspindel. Diese Vorteile werden hier jedoch mit einer Bauweise erzielt, die mit einer verminderten Anzahl von Bauteilen auskommt und einfacher herzustellen ist.

Vorteilhaft sind die beiden Kolbenteile unter axial unverschieblicher Lagerung des Endes der Ventilspindel, durch eine Schraubverbindung miteinander verbunden, wobei sich bei eingesetztem Dichtungsring durch die Schraubverbindung die Spannung der R.ngfeder ergibt. Die Spannung der Ringfeder erfolgt bei der Montage bzw. Pressung des Dichtungsringes durch diese Ringfeder, so daß die Montage des Dichtungsringes bei dem Absperrventil nicht mehr Aufwand mit sich bringt, als bei gewöhnlichen Kolbenschieberventilen.

eine besonders einfache Bauweise ergibt sich dann, wenn die Ringfeder aus dem zweiten Kolbenteil und einem ringförmigen Außenelement gebildet ist, das in Schließstellung des Kolbens an dem gehäusefesten Anschlag anliegt und über seine innere Kegelfläche mit einer am zweiten Kolbenteil vorgesehenen Kegelfläche zusammenwirkt, die in Schließrichtung im Durchmesser zunimmt. Die Ringfeder bildet dann direkt die Abstützung für den Dichtungsring und ihre Durchmesser stimmen praktisch mit den Dimensionen des Dichtungsringes überein.

Vorteilhafterweise beträgt der Kegelwinkel am zweiten Kolbenteil 7° bis 20°, vorzugsweise 9° bis 16°. Die genaue Abstimmung des Kegelwinkels hängt davon ab, wie die Elasiizitätseigenschaften des Dichtungsringes sind, weil die Abstimmung zwischen der Federkraft, die beim Spannen der Ringfeder zu überwinden ist, der Rückstellkraft, die ständig auf den Dichtungsring einwirkt, und dem erforderlichen Federweg erfolgen muß.

Um dem Dichtungsring eine zusätzliche Sicherheit gegen Erosion zu erteilen, kann er unter einer zusätzlichen, vom Außenumfang nach innen abnehmenden axialen Pressung stehen, die sich bei eingesetztem Dichtungsring durch eine Stülpung der Ringfeder um maximal 5° bei Verbindung der beiden Kolbenteile ergibt. Der Ring ist infolgedessen nur am Außenumfang besonders fest eingespannt, wobei infolge der Abnahme der Preßkräfte gegen die Achse hin und bei der Stülpung der Ringfeder jede Komponente im Sinne eines Herauspressens des Dichtungsringes aus seiner Einspannung vermieden ist.

Wenn dabei der Unterschied der Kegelwinkel zwischen der Stirnfläche des Dichtungsringes und der Gegenfläche an der Ringfeder einerseits und zwischen der Kegelfläche am zweiten Kolbentcil und der Gegenfläche an der Ringfeder andererseits gleich groß ist und zwischen 1/2° und 4° beträgt, ist eine gute Abstützung der Ringfeder im gespannten Zustand

S gegeben, weil dann nach Einspannen des Dichtungsringes in den Kolben die Ringfeder an der Kegelfläche anliegt.

Da in diesem Fall sowohl bei der Montage des Dichtungsringes als auch während des Betriebes des

ίο Absperrventils Verschiebungen und Siülpungen der Ringfeder auftreten, ist vorteilhaft die zwischen der Gegenfläche zum Dichtungsring und der Gegenfläche zur am Kolbenteil vorgesehenen Kegelfläche an der Ringfeder vorhandene Kante gerundet, weil diese Kante ja ständig mit dem Kolbenteil in Berührung steht. Dev einfachste Aufbau des Kolbens ergibt sich, wenn der Kegel am zweiten Kolbenteil in eine zylindrische Aufnahmefläche für den Dichtungsring übergeht. Es kann dann auf einfachste Weise die Ringfeder eingesetzt werden, so dal!' sich dann eine aus Radialfläche und zylindrischer Fläche bestehende Aufnahmefläche für den Dichtungsring bildet.

Sofern für die Ringfederkonstruktion Korrosionsfestigkeit verlangt ist, kann die Ringfeder vorteilhaft aus durch Kaltverformung verfestigtem austenitischem Stahl hergestellt sein. Um die Gleitverhältnisse zwischen dem zweiten KolbenteiJ und der Ringfeder zu verbessern, sind in vielen Fällen auch Oberflächenbehandlungen empfehlenswert. Am Kolben, der vielfach aus gewöhnlichem Kohlenstoffstahl bestehen kann, empfiehlt sich in diesen Fällen eine Hariverchromung, wogegen die Ringfeder noch weich nitriert sein kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Kolbenschieberventil im Aufrißschnitt, und Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt von Fi g. 1.

Fig. I zeigt ein Absperrventil dessen Gehäuse 1 eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung sowie eine Öffnung für den Bewegungsraum des Kolbens aufweist. Diese Öffnung ist durch ein Oberteil 2 mittels Stiftschrauben 3 bei zwischengelegter Dichtung 4 verschlossen. In dem Oberteil 2 ist eine Ventilspindel 5 über eine Gewindeverbindung axial verschiebbar gelagert. Durch ein Handrad 6 an einem Ende der Ventilspindel 5 kann so ein an ihrem anderen Ende befestigter Tauchkolben 7 axial verschoben werden. Die Abdichtung der Ventilspindel 5 erfolgt mit Hilfe von Stopfbüchsen 8.

Die Ventilspindel 5 weist an ihrem Ende einen Bund 9 auf, der die axiale Unverschieölichkeit des aus einem ersten Kolbenteil T und einem zweiten Kolbenteil 7" bestehenden und mittels Schraubenverbindung 20 vorgespannten Tauchkolbens 7 sichert. Der obere erste Kolbenteil T ist drehbar auf dem Ende der Ventilspindel gelagert und weist eine Stirnfläche 10 zur Abstützung eines Dichtungsringes 11 auf. Eine zweite Stirnfläche 12 zur Einspannung des Dichtungsringes ist durch eine Fläche des Außenelementes 13 einer Ringfeder gebildet, welche sich an einer Kegelflachs 14 des zweiten unteren Kolbenteils 7" abstützt. Die Dimensionen der Kolbenteile T, 7", des Dichtungsringes 11 und des Außenelementes 13 der Ringfeder sind m> gewählt, daß sich beim Zusammenspannen der beiden Kolbenteile mittels der Schraubenverbindung 20 bis zum Anschlag 16 der beiden Kolbenteile aneinander die Ringfeder soweit gespannt hat, daß die erforderliche axiale Pressung des Dichtungsringes 11 erfolgt. Das Außenelement 13 hatte ursprünglich die strichliert eingezeichnete Lage und

Form. Beim Zusammenspannen der Kolbenteile erfolgt unter Stülpung und Vergrößerung des Durchmessers des Außenelementes 13 der Ringfeder der Übergang in die in F i g. 2 voll ausgezeichnete Lage. Die dem Dichtungsring 11 zugewandte Stirnfläche 12 des Außenelements 13 der Ringfeder ist also ursprünglich gegen die Achse hin geneigt und weist selbst Kegelform auf. Beim Zusammenspannen wird das Außenelement 13 nach unten verschoben, wobei sich die Ringfeder im Durchmesser vergrößert und die dem Dichtungsring zugewandte Stirnfläche 12, die ursprünglich eine Kegelfläche war, sich zu einer ebenen Fläche verformt. Dabei legen die Teile des Außenelementes 13, die radial außen liegen, einen größeren axialen Weg zurück als die weiter innenliegenden Teile. Die weiter außen liegenden Teile üben deshalb eine größere Reaktionskraft in Richtung auf die ursprüngliche Lage auf den Dichtungsring aus. Durch diese zusätzliche Stülpung der Ringfeder ergibt sich noch eine zusätzliche Pressung in den Bereichen des Außenmantels des Dichtungsringes 11. Dieser steht dadurch ständig unter einer in axialer Richtung wirkenden Kraft.

Sobald durch Drehen des Handrades 6 der Tauchkolben 7 von der Ventilspindel 5 in seine untere Endstellung gebracht wird, liegt die Ringfeder mit dem Außcnelemeni 13 bzw. seiner in Fig. 2 deutlich zu erkennender Abschrägung an einem als Schulter ausgebildeten gehäusefesten Anschlag 15 des Gehäuses 1 an. Sobald die Ventilspindel mittels des Handrades 6 den Tauchkolben 7 im Sinne einer weiteren Schließbewegung zu bewegen trachtet, wird der Dichtungsring U weiter axial zusammengepreßt, wobei sich das Außen· element 13 der Ringfeder relativ zum unterer

ίο Kolbenteil 7" im Sinne einer Federentspannung bewegt Beim öffnen des Absperrventils bleibt die Ringfeder

mit ihrem Außenelcment 13 praktisch in der verschöbe nen Lage. Sie wirkt dann immer noch im Sinne einei federnden axialen Pressung mit der ihr verbliebener Rückstellkraft auf den Dichtungsring 11 ein. Dei Dichtungsring steht also ständig unter axial gerichtete! Pressung, die bei Schließlage des Tauchkolbens durcr weiteres Aufbringen einer in Schließrichtung wirkender Kraft der Ventilspindel 5 noch vergrößert werden kann so daß sich der Dichtungsring 11 einwandfrei abdich tend an die Bohrung im Gehäuse 1 anlegen kann. Dies( Gehäusebohrung kann im Bedarfsfall zur Sicheruni gegen Korrosionen noch mit einer Auskleidung au: einem korrosionsfesten Stahl versehen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Paten tansprücbe:

1. Absperrventil mit einem über eine Ventilspindel betätigten mehrteiligen Tauchkolben, der zur Abdichtung gegen das Gehäuse mindestens einen zwischen Kolbenteilen axial zusammenpreßbaren Dichtungsring trägt, der in jeder Betätigungsstellung unter einer, von einer Feder ausgehenden, axial gerichteten, elastischen Pressung steht und in Schließstellung bei Weiterbewegung der den Tauchkolben tragenden Ventilspindel in Schließrichtung eine zusätzliche axial gerichtete Pressung erhält, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (11) zwischen einem Kolbenteil (7') und einer mit einem zweiten Kolbenteil (7") zusammenwirkenden Ringfeder eingespannt ist, daß die beiden Kolbenteile (7', 7") gegeneinander und auf der Ventilspindel (5) axial unverschieblich angeordnet sind, daß in Schließstellung des Tauchkolbens (7) ein Außenelement (13) der Ringfeder an einem gehäusefesten Anschlag (15) anliegt, und daß dieses Außenelement (13) der Ringfeder in Schließstellung bei Weiterbewegung der Ventilspindel (5) in Schließrichtung im Sinne einer zusätzlichen axialen Pressung des Dichtungsringes (11) relativ zu den beiden miteinander fest verbundenen Kolbenteilen (7', 7") verschieblich ist.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenteile (7',7") durch eine Schraubverbindung (20) miteinander verbunden sind.

3. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder aus dem zweiten Kolbenteil (7") und einem ringförmigen Außenelement (13) gebildet ist, das in Schließstellung des Kolbens an dem gehäusefesten Anschlag (15) anliegt und über seine innere Kegelfläche mit einer am zweiten Kolbcnteil (7") vorgesehenen Kegelfläche (14) zusammenwirkt, die in Schließrichtung im Durchmesser zunimmt.

4. Absperrventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel am zweiten Kolbenteil (7") 7° bis 20°, vorzugsweise 9° bis i6° beträgt.

5. Absperrventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (11) unter einer durch Stülpen der Ringfeder um maximal 5° beim Verbinden der beiden Kolbenteile (T, 7") und die dabei auftretende Verformung der dem Dichtungsring zugewandten ursprünglich kegeligen Stirnfläche (12) der Ringfeder in eine ebene Fläche erzielten zusätzlichen, vom Außenumfang nach innen abnehmenden axialen Pressung steht.

6. Absperrventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Kegelwinkel zwischen der Stirnfläche des Dichtungsringes (11) und der als Gegenfläche dienenden Stirnfläche (12) an der Ringfeder maximal 5° beträgt und gleich dem Unterschied zwischen der Kegelfläche am zweiten Kolbenteil (7") und der Gegenfläche ander Ringfeder ist.

7. Absperrventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelflächc (14) am zweiten Kolbenteil (7") in eine zylindrische Aufnahmefläche für den Dichtungsring (11) übergeht.

8. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder aus einem durch Kaltverformung verfestigten austenitischen Stahl besteht.

9. Absperrventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (14) am zweiten Kolbenteil (7") hart verchromt und die Ringfeder mit einer Weichnitrierung versehen ist.

10. Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenelement (13) der Ringfeder am Außenumfang eine Abschrägung zum Zusammenwirken mit dem gehäusefesten Anschlag aufweist.