DE2403773C3 - Ablaßventil mit Unterdruckdichtung für Eisenbahnkesselwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ablaßventil mit Unterdruckdichtung für Eisenbahnkesselwagen, wobei eine an einem Ventilteller befestigte kreisringförmige elastische Ventildichtung an einem metallenen Ventilsitz aufliegt.

Bei Ablaßventilen für Eisenbahnkesselwagen sind bisher zwei verschiedene Arten Ventildichtungen verwendet worden. Einerseits sind die sogenannten harten Dichtungen bekannt, bei welchen eine metallische Dichtung mit einem ebenfalls metallischen Ventilsitz zusammenwirkt. Dabei ist eine zuverlässige Dichtung allerdings nur dann gewährleistet, wenn sowohl Ventildichtung als auch Ventilsitz exakt bearbeitet, in der Regel geschliffen sind. Die dabei erhaltenen Flächen sind sehr empfindlich und werden leicht beschädigt.

Bei Verwendung sogenannter weicher Ventildichtungen müssen die einander zugeordneten Ventilflächen ebenfalls bearbeitet und ggf. geschliffen werden. Weiche Ventildichtungen haben aber den Nachteil, daß sie wegen der Übersetzung in der Schließvorrichtung durch einen hohen Anpreßdruck überlastet werden können, so daß ihre Funktionsfähigkeit und Lebensdauer leidet.

Das gilt jedenfalls für elastische Ventildichtungen, deren Arbeitsflächen in unbelastetem Zustand durch gerade Kanten begrenzt siiid, weil dann beim Schließen die Dichtungsfläche auf einmal am Ventilsitz aufliegt und mehr oder weniger auseinander gedrückt wird.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, weiche Ventildichtungen mit erhabenen Dichtungsflächen zu verwenden, wobei dann die Erzeugenden der Schließflächen keine Geraden, sondern Kreisbogen darstellen. Wird das Ventil geschlossen, dann liegt die Dichtung zunächst entlang eines Kreisbogens auf. Mit zunehmender Schließkraft bildet sich eine Kreisringfläche mit zunehmender Breite als Dichtungsfläche aus. Da aber bei Ablaßventilen für Eisenbahnkesselwagen insbesondere der Ventilsitz erheblichen korrosiven Beanspruchungen ausgesetzt ist, und zwar auch und insbesondere dann, wenn der Eisenbahnkesselwagen ausgewaschen worden ist, kommt es leicht zu Beeinträchtigungen der Abdichtung bei Verwendung weicher Ventildichtnngen. Darüber hinaus spielt auch eine Rolle, daß die Ablaßventile von Eisenbahnwagen und deren Ventilteile während des Betriebes Bewegungen ausgesetzt sind, insbesondere dann, wenn der Eisenbahnkesselwagen nicht vollständig gefüllt ist, wobei der Ventilteller infolge der Erschütterungen lose werden kann, mit der Folge, daß Undichtigkeiten entstehen.

Bei einem Rückschlagventil für Rohrleitungen (DE-PS 8 50 102) ist es bekannt, die Ventildichtung mit einem Querschnitt auszubilden, der auf der dem Ventilsitz zugekehrten Seite in unbelastetem Zustand eine Ausnehmung mit einer nach außen spitz zulaufenden und einer nach innen abgerundeten Kante aufweist. Dadurch soll erreicht werden, daß die ausschließlich durch den hydrostatischen Druck belastete Ventildichtung sowohl bei geringen als auch bei höheren Drücken einwandfrei arbeitet. Bei geringen Drücken soll nämlich die nach außen spitz zulaufende Kante mit dem Ventilteller zusammenwirken und bei höheren Drücken soll die innere, abgerundete Kante diese Drücke aufnehmen.

Bei Absperrventilen für Wasserhähne (CH-PS 2 81234, GB-PS 139 362) ist es bekannt, einen Ventilteller zu verwenden, der einen zylindrischen Ansatz mit ringförmigem Querschnitt aufweist, so daß bei geschlossener Ventilanordnung der Ansatz außerhalb der Ventildichtung am Ventilsitz aufliegt.

Schließlich ist noch ein Ventilteller bekannt (DD-PS 54 848), der einen zylindrischen Ansatz mit ringförmigem Querschnitt aufweist, wobei jedoch der Ansatz von der weichen Ventildichtung überragt wird, so daß bei höheren Drücken der Ansatz sich in die Ventildichtung eingräbt, die dadurch zusätzlich belastet und ggf. sogar zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ablaßventil für Eisenbahnkesselwagen zu schaffen, das auch bei lose gewordener Schließvorrichtung den Eisenbahnkesselwagen zuverlässig abdichtet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ventildichtung einen Querschnitt aufweist, dessen dem Ventilsitz zugekehrte Seite in unbelastetem Zustand durch eine konkave Fläche mit nach außen spitz zulaufenden und nach innen konvex abgerundeten Kanten begrenzt ist, und an der spitz zulaufenden Kante einerseits und an der konvex abgerundeten Kante andererseits aufliegende und die Achse des Ablaßventils in radialen Ebenen schneidenden Geraden eine Kegelfläche bestimmen, deren Kegelwinkel 150° bis 170° beträgt, und daß der Ventilteller einen zylindrischen Ansatz mit ringförmigem Querschnitt aufweist, der auch bei geschlossener Ventilanordnung radial außerhalb der spitz zulaufenden Kante der Ventildichtung am Ventilsitz aufliegt.

Beim Schließen des erfindungsgemäßen Ablaßventils liegt die Ventildichtung zunächst entlang eines Kreises am Ventilsitz auf. Bei fortschreitendem Schließen geht die Kreislinie in einen Kreisring über, dessen radiale Rreite immer größer wird, bis sie die Breite der /entildichtung selbst erreicht. Dann liegt die Dichtungsfläche entlang einer Ebenen am Ventilsitz auf, wobei außerhalb der hydrostatische Druck des Fördergutes

und im Inneren der atmosphärische Druck herrscht. Durch die elastische Verformung der Ventildichtung beim Schließen des Ventils derart, daß auch die konkave Fläche auf den Ventilsitz gedrückt wird, "ntsteht eine Saugwirkung im Bereich der konkaven Fläche, die die Ventildichtung am Ventilsitz hält. Die Ventildichtung wird praktisch auf den Ventilsitz gezogen, so daß beim Öffnen des Ventils eine bestimmte Kraft erforderlich ist Deshalb kann sich das erfindungsgemäße Ablaßventil auch nicht selbsttätig öffnen bzw. kann sich die Ventildichtung nicht vom zugeordneten Ventilsitz abheben, selbst wenn die Schließvorrichtung des Ablaßventils lose geworden ist — Eine Überbelastung der Ventildichtung ist nicht möglich, weil der am Ventilteller angeoidnete zylindrische Ansatz zuverlässig verhindert, daß bei Betätigung der Schließvorrichtung, auch bei vorhandener Übersetzung keine unerwünscht hohen Anpreßdrücke auf die Ventildichtung aufgebracht werden können. — Sollten sich am Ventilsitz bzw. an der Ventildichtung Abnutzungserscheinungen zeigen, dann können Ventilsitz und/oder Ventildichtung ohne besondere Schwierigkeiten nachgearbeitet oder ausgetauscht werden.

Die Erfindung ist anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 bis 4 einen Teil des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 in verschiedenen Betriebslagen,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausfuhrungsbeispiel,

Fig.6 bis 8 wieder verschiedene Betriebslagen des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 5,

F i g. 9 bzw. 10 einen Teilschnitt je eines weiteren Ausführungsbeispieles.

Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen weisen auf ähnliche Einzelheiten hin.

Wie aus Fig.* der Zeichnung hervorgeht, sitzt ein Ventilteller 20 eines Ablaßventils auf einem Ventilsitz 22 auf. Die Achse des Ablaßventils ist durch eine strichpunktierte Linie 24 angedeutet. Der Ventilteller 20 ist mittels Führungsrippen 26 im Ventilsitz 22 geführt. Der Ventilsitz 22 ist mittels Schrauben 28 zwischen einer Behälterwand 30 und einen Ablaßstutzen 32 eines Eisenbahnbehälterwagens eingespannt. Eine Betätigungsstange 34 ist mittels Zapfen 38 und 40 am Schaft 36 des Ventiltelle-s 20 angelenkt.

Zwischen Ventilteller 20 und Ventilsitz 22 ist als Ventildichtung eine Unterdruckdichtung bzw. ein weicher Dichtungsring 42 befestigt. Als Werkstoff wird ein Werkstoff aus Gummi oder Kunststoff gewählt, dessen Shore Härte höchstens 70° bis 80° beträgt. Im Ventilteller 20 ist eine Ringnut 44 ausgebildet, die in eine umlaufende Kante 46 des Dichtungsringes 42 eingreift, wodurch Ventilteller 20 und Ventildichtung 42 miteinander verbunden sind. In radialer Richtung wird die Ventildichtung 42 durch eine Ringeiniage 48 gehalten, die mittels Schrauben 50 am Ventilteller 20 befestigt ist.

Die Ventildichtung 42 ist in der in F i g. 2 dargestellten eo Weise ausgebildet. Sie weist einen Querschnitt auf, dessen dem Ventilsitz 22 zugekehrte Seite in unbelastetem Zustand durch eine konkave Fläche 52 mit dem Radius R und mit nach außen spitz zulaufenden und nach innen konvex abgerundeten Kanten begrenzt ist. Eine spitze Kante 54 und eine abgerundete Kante 56 begrenzen die Dichtung. Werden durch die spitz zulaufende Kante 54 und die konvex abgerundete Kante 56 Geraden 58 gelegt, die die Achse 24 des Ablaßventils in radialen Ebenen schneiden, so entsteht eine Kegelfläche, deren Kegelwinkel in bezug auf die Ebene der Auflagefläche 22a am Ventilsitz 22 150° bis 170° beträgt

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Auflagefläche 22a für die Ventildichtung 42 aus rostfreiem Werkstoff, der in der Form einer ringförmigen Platte am Ventilsitz 22 aufgetragen ist

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist ferner der Ventilteller 20 einen zylindrischen Ansatz 60 mit ringförmigem Querschnitt auf, der bei geschlossenem Ablaßventil radial außerhalb der spitz zulaufenden Kante 54 der Ventildichtung 42 auf dem Ventilsitz 22 aufliegt.

Durch die Ausiaßöffnung 62 des Ablaßstutzens 22 fließt der Inhalt aus dem Behälter 30 bei geöffnetem Ablaßventil aus.

Das dargestellte Ablaßventil arbeitet wie folgt: Ist das Ablaßventil offen, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, dann kann eine Flüssigkeit aus dem Behälter 30 über die Öffnung 62 des Ablaßstutzens 32 ausströmen und z. B. verladen werden.

Soll die Entladung unterbrochen, oder der Behälter 30 in nicht dargestellter Weise von oben wieder gefüllt werden, dann muß das Ablaßventil geschlossen werden. Mittels der Betätigungsstange 34 wird dann der Ventilteller 20 in Richtung des Pfeiles 64 nach unten bewegt, wobei dann zunächst die Kantenspitze 54 der Ventildichtung 42 an der rostfreien Platte 22a aufliegt und dadurch bereits den Raum im Behälter 30 vom Raum 62 im Ablaßstutzen 32 trennt.

Bei weiterer Abwärtsbewegung wird die durch die Kantenspitze 54 bestimmte Kreislinie in einen Kreisring übergehen (Fig.3). Dann nähert sich die abgerundete Kante 56 der Auflagefläche 22a, wobei die Tangente der konkaven Fläche 58 an der abgerundeten Kante 56 mit der Ebene der Auflagefläche 22a einen Winke! β einschließt, der zweckmäßig etwa 5° beträgt. Dies bedeutet, daß bei weiterer Abwärtsbewegung des Ventiltellers 20 in der Richtung des Pfeiles 64 die abgerundete Kante 56 die Auflagefläche 22a bereits erreichen wird, wenn zwischen den beiden Kanten 54 und 56 noch eine Kreisfläche ohne Aufliegen verbleibt. Wenn demnach bei weiterer Abwärtsbewegung des Ventiltellers 20 in der Richtung des Pfeiles 64 die Auflage der weichen Ventildichtung 42 an der Auflagefläche 22a vollständig wird, ist aus dem Raum zwischen den beiden Kanten 54 und 56 alles verdrängt worden, so daß die weiche Ventildichtung 42 bereits unter dem hydrostatischen Druck des flüssigen Behältergutes an der Auflagefläche 22a haftet (F i g. 4). Der zylindrische Ansatz 60 des Ventiltellers 20 liegt dabei radial außerhalb der spitz zulaufenden Kante 54 an der Auflagefläche 28 auf, wodurch die weiche Ventildichtung 42 vor Überlastung geschützt ist. Übrigens ist die Auflagefläche des zylindrischen Ansatzes 60 nicht geschliffen bzw. touchiert, so daß der im Behälter 30 herrschende Druck unterhalb des zylindrischen Ansatzes 60 sich fortpflanzen und auf die weiche Ventildichtung einwirken kann. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Schließkraft erreicht, durch welche das Vakuum unterhalb der weichen Ventildichtung 42 zuvl. lässig aufrechterhalten werden kann.

Beim öffnen des Ablaßventils spielt sich der eben beschriebene Vorgang in umgekehrter Richtung ab:

Der Ventilteller 20 wird mittels der Stange 34 in einer dem Pfeil 64 entgegengesetzten Richtung bewegt,

wordurch der Ventilteller 20 mit seinem zylindrischen Ansatz 60 die Auflagefläche 22a verläßt. Die weiche Ventildichtung 42 bleibt dabei noch innerhalb der durch ihre Verformungsfähigkeit bestimmten Grenzen auf der Auflagefläche 22a haften. Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Ventiltellers 20 scheidet aber auch die abgerundete 't ante 56 von der Auflagefläche 22a, wobei dann die weiche Ventildichtung 42 radial von innen nach außen von der Auflagefläche 22a gleichsam abgerollt wird und ihre von unten konkave Gestalt gemäß F i g. 2 wieder annimmt. Durch die hindurchströmende Flüssigkeit wird zwar die spitze Kante 54 nach unten abgebogen, aber die Auflagefläche 22a nicht mehr erreichen, so daß weder das Ablassen des Behälterinhaltes gehindert, noch die weiche Ventildichtung 42 durch übermäßige Beanspruchungen gefährdet wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F ι g. 5 unterscheidet sich vom vorherigen insofern, als der Ventilsitz 22 mit konischer Auflagefläche 22a ausgebildet ist.

In den F i g. 6 bis 8 ist das Schließen eines derartigen Ablaßventils in Anlehnung an die Fig.2 bis 4 des vorherigen Ausführungsbeispiels dargestellt. Wie ersichtlich, ist auch hier die der Auflagefläche 22a zugekehrte Fläche 52 der weichen Ventildichtung 42 konkav mit einem Radius R ausgebildet. Ferner bestimmen die durch die spitze Kante 54 und die abgerundete Kante 56 gelegten und die Achse 24 schneidenden Geraden 58 eine Kegelfläche mit einem Kegel winkel λ, der ebenfalls etwa 150° bis 170° beträgt. Schließlich besteht auch hier der Winkel β (Fig. 7) zwischen der gemeinsamen Tangente der spitzen Kante 54 und der abgerundeten Kante 56 bzw. der Ebene der Fläche 22a mit seinem Wert von etwa 5°.

In den F i g. 9 und 10 sind die beiden Ausführungsbeispiele gemäß den F i g. 1 bis 5 bzw. 6 bis 8 mit Einlagen

ίο 66 aus rostfreiem Stahl versehen dargestellt. Die Einlagen 66 sind in Ausschnitten 68 im Ventilsitz 22 gelagert, wobei sie in diesen Ausschnitten durch Anschweißen gesichert werden können, wie dies z. B. an den Stellen 70 angedeutet ist.

Durch die Schweißstelle bzw. die Schweißnaht 70 bilden die Einlagen 66 zugleich Abdichtungen zwischen den beiden Räumen im Behälter 30 und im hier nicht dargestellten Ablaßstutzen.

Die oben beschriebenen Vorgänge beim öffnen bzw. Schließen gehen selbsttätig vor sich, so daß im Betrieb keine besondere Sorgfalt ausgeübt werden muß. Das erfindungsgemäße Ablaßventil und insbesondere die weiche Ventildichtung 42 weist bei richtigem Zusammenbau und bei richtiger Wahl der Werkstoffe eine sehr lange Lebensdauer auf, wobei sie sich im Betrieb gemäß Versuchen, praktisch unzerstörbar erweist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ablaßventil mit Unterdruckdichtung für Eisenbahnkesselwagen, wobei eine an einem Ventilteller befestigte kreisringfönriige elastische Ventildichtung an einem metallenen Ventilsitz aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtung (42) einen Querschnitt aufweist, dessen dem Ventilsitz (22) zugekehrte· Seite (52) in unbelastetem Zustand durch eine konkave Fläche (R) mit nach to außen spitz zulaufenden und nach innen konvex abgerundeten Kanten (54, 56) begrenzt ist, und an der spitz zulaufenden Kante (54) einerseits und an der konvex abgerundeten Kante (56) andererseits aufliegende und die Achse (24) des Ablaßventils in radialen Ebenen schneidenden Geraden eine Kegelfläche bestimmen, deren Kegelwinkel 150° b)s 170° beträgt, und daß der Ventilteller (20) einen zylindrischen Ansatz (60) mit ringförmigem Querschnitt aufweist, der auch bei geschlossener Ventilanordnung radial außerhalb der spitz zulaufenden Kante (54) der Ventildichtung (42) am Ventilsitz (22) aufliegt.

2. Ablaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (22) eine Auflagefläche 2^r> (22ajaus rostfreiem Werkstoff aufweist.

3. Ablaßventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtung (42) aus Gummi oder Kunststoff besteht, dessen Shore-Härte geringer ist als 70° bis 80°.