DE2428242C2

DE2428242C2 - Absperr- und Regelventil

Info

Publication number: DE2428242C2
Application number: DE19742428242
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing.-Tech. HTL 8610 Uster Achermann
Original assignee: Armaturenfabrik Wallisellen AG
Current assignee: Armaturenfabrik Wallisellen AG
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-06-11
Publication date: 1982-11-25
Also published as: GB1409700A; DE2428242A1; NL178621B; CH566503A5; NL7407994A; NL178621C; SE7407764L; SE401864B

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperr- und Regelventil für Auslauf- und Durchgangsarmaturen von sanitären Installationen mit einem konischen Dichtelement, das am unteren Ende des Ventilkegels angeordnet ist, dessen Stirnfläche zugleich Auflagefläche für das Dichtelement ist, wobei das Dichtelement aus einer oberen und einer unteren Scheibe und dazwischenliegender elastischer Dichtung besteht, welche Teile untrennbar miteinander verbunden sind.

Auslaufarmaturen mit Kegelventilen sind seit langer Zeit bekannt, so z. B. aus der US-PS 75 670 aus dem Jahre 1868. Diesem bekannten Ventil haften verschiedene Nachteile an:

— Aufquellen der Gummi-Dichtung infolge Heißwassereinfluß und Dekompression beim offenen Ventil

— Schlechte Reguliercharakteristik

— Verschleißprobleme des Gummis, insbesondere durch Übertragung der Gewindekraft via Dichtung auf den Ventilsitz (Kompression bei geschlossenem Ventil)

— Schlechtes Geräuschverhalten.

Der lästige praktische Effekt dieser Probleme ist

dem Benutzer konventioneller Miseharmatiiren hinreichend bekannt:

— Mühsames Einstellen der gewünschten Mischung

— Die mühsam eingestellte Mischung verändert sich wegen der Gummi-Quellung

— Tropfender Wasserhahn infolge von Verschleißproblemen und Gummikontraktion durch Abkühlung

to — Starke Fließgeräusche.

Ein gewisser Fortschritt konnte erzielt werden durch das in der US-PS 24 57 492 beschriebene Kegelventil. Dieses weist ein Dichtungselement auf, das mittels einer Haltescheibe und einer Schraube am unteren Ende der Spindel befestigt ist Das Dichtelement besteht aus zwei ungleich großen Ringen, zwischen denen eine Gummidichtung angeordnet ist Der Gummi ist in der Schließstellung des Ventils völlig eingeschlossen und kann daher nicht ausweichen. Der durch die beiden Ringe gebildete Kegelmantel ist identisch mit dem Kegelwinkel des Ventilsitzes.

Damit wird erreicht, daß beim Schließen des bekannten Ventils beide Ringe gleichzeitig auf dem Ventilsitz aufsitzen und bei einer Weiterbewegung der Spindel den Gummidichtring komprimieren. Auf diese Weise wird eine Trennung der Regelfunktion von der Dichtfunktion erzielt
Beide Ringe weisen mindestens einen radialen Schlitz auf, damit sie sich frei dehnen und zusammenziehen können. Da die Ringe mit dem Gummi eine vulkanisierte

Einheit bilden, können auch mehrere Schlitze vorhanden

sein, ohne daß die Ringe auseinanderfallen.

Der innere Rand des oberen Ringes ist gegenüber der

Achse des unteren Spindelteils etwas zurückversetzt, währenddem der innere Rand des unteren Ringes die Achse berührt

Wenn nun das Ventil geschlossen wird, sitzen die konischen Randbereiche der beiden R-rige zuerst leicht auf dem Ventilsitz auf. Beim Weiterdrehen der Spindel bleibt der untere Ring stehen, da sein innerer Rand mit der Achse in Kontakt steht und er sich nicht radial verkleinern kann. Demgegenüber wird der obere Ring radial nach innen und gleichzeitig axial nach unten verschoben, wobei sich sein Durchmesser soweit reduziert bis der innere Rand ebenfalls an der Achse anliegt

Sowohl beim Ventil gemäß der US-PS 75 670, wie auch bei demjenigen nach der US-PS 24 57 492, muß die obere Scheibe nach dem Aufsitzen der unteren Scheibe

so auf dem Ventilsitz noch etwas axial nachbewegt werden, um den Gummi zu komprimieren. Um diese axiale Nachbewegung zu gewährleisten, muß entweder der Rand der oberen Scheibe zurückstehen (z. B. US-PS 75 670), oder die obere Scheibe muß sich zusammenziehen können (geschlitzte Scheibe, US-PS 24 57 492). Beide Varianten haben sich in der Praxis nicht bewährt (Nachteile: axiales Ausweichen und Zerquetschen des Gummis an den Scheibenkanten, großer Verschleiß, ungenügende Lebensdauer der Dichtung, schlechte Reguliercharakteristik, usw.)

Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden. Es soll also ein Absperr- und Regelventil der eingangs definierten Gattung geschaffen werden, dessen Dichtelement auch nach langjährigern Gebrauch nicht zerstört werden kann und dessen Regulierfähigkeit und Quellverhalten gegenüber gewöhnlichen Kegelventilen ganz entschieden verbessert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß bei offenem Ventil durch die obere Scheibe des Dichtelementes und die Stirnfläche des Ventilkegels in radialer Richtung ein Winkel gebildet ist und bei geschlossenem Ventil sich die obere Scheibe um diesen Winkel durchbiegt

Beim Schließen des Ventils kommen die obere und die untere Scheibe praktisch gleichzeitig auf dem Ventilsitz zum Anliegen. Die scharfkantigen unteren Ränder der Scheiben berühren den geschliffenen Ventilsitz längs einer geschlossenen Linie. Wird nun die Spindel weitergpdreht, so biegt sich die obere Scheibe um den vorbestimmten Winkel durch, so daß der Gummi dicht an die Ventilsitzfläche gedrückt wird. Durch den Winkel wird eine Hubbegrenzung des Ventils bestimmt und gleichzeitig die maximale Kompression des Gummis festgelegt, was die Lebensdauer des Ventils ganz wesentlich erhöht Die Spindelkraft kann nicht beliebig auf den Gummi übertragen werden, um diesen zu zerstören.

Zu beachten ist, daß die beiden Berührungslinien der Scheiben sich während dieses Schließvorganges nicht verändern, d. h. die metallischen Dichtzonen sird stationär und völlig verschleißfrei. Die obere Scheibe hebt sich erst wieder vom Sitz ab, wenn der Gummi beim Zurückdrehen der Spindel entlastet ist und die untere Scheibe sich gleichzeitig abhebt

Bei der Biegung der oberen Scheibe entsteht eine Relatiwerschwenkung der Berührungslinie gegenüber dem Drehpunkt, welcher sich etwa in der Mitte des Scheibenquerschnittes befindet Die Berührungsiinie bewegt sich auf einer Kugel um diesen Drehpunkt In bezug auf eine Horizontalebene durch den Drehpunkt findet bei einer freien nicht eingespannten Scheibe eine geringe Durchmessererweiterung statt

In der Praxis kann sich die Scheibe im Durchmesser jedoch nicht vergrößern, weil ja die Berührungslinie am Ventilsitz anliegt Bei der Biegung der Scheibe entsteht dadurch eine Kraftkomponente, welche die Scheibenkante fest gegen den Ventilsitz preßt und eine einwandfreie metallische Dichtung gewährleistet Vom ersten Moment des Aufsitzens des Dichtungselementes an ist der Gummi im Dichtraum völlig eingeschlossen und kann nicht entweichen. Bei zunehmender Kompression des Gummis werden auch die metallischen Dichtkanten der Scheiben fester gegen den Ventilsitz gepreßt und bilden selber eine Abdichtung gegen den Wasserdruck, wodurch der Gummi weiter geschont wird.

Zusammenfassend werden die verschiedenen Funktionen der Scheibe in Kombination mit den anderen Elementen des Ventils ncrhmals aufgeführt: so

— Die Scheibe ist fester Bestandteil des Dichtelementes, und ihre untere Kante wirkt unmittelbar selber als metallische Dichtung (geschlossene Dichtlinie).

— Das Streben der Scheibe, sich bei der Biegung zu spreizen, wird benützt, um die Anpreßkraft ihrer Dichtlinie an den Ventilsitz zu erhöhen.

— Die Scheibe wirkt sodann als Anschlag, um den Spindelhub zu begrenzen, damit der Gummi nicht zerquetscht werden kann.

— Die Scheibe wirkt im letzten Teil der Schließphase begrenzt als Federelement, utn dem Ventil eine günstige Schließcharakteristik zu geben. Infolge der Federkraft wird das Schließdrehmoment progressiv stärker. Sobald die Scheibe vollständig um den gegebenen Winkel durchgebogen ist, kann sie nicht mehr federn, weil sie an der Stirnfläche des Ventilkegels anliegt

— Die metallische Dichtzone der Scheibe bleibt nach dem Aufsitzen stationär (kein Verschleiß, kein Entweichen des Gummis). Der innere Bereich der Scheibe wird hingegen federnd durchgebogen, wodurch der Gummi radial von innen nach außen elastisch komprimiert und gegen die Ventilsitzfläche gedrückt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei die linke Seite das Ventil in offener Stellung, die rechte Seite das Ventil in geschlossener Stellung zeigt

Der Ventilkegel i, der am oberen, nieh* gezeichneten Ende eine Geradführung aufweist, wird durch eine ebenfalls nicht gezeichnete Spindel mit einem Hubgewinde in axialer Richtung bewegt Am unteren Ende weist der Ventilkegel eine als Kegelstumpf ausgebildete Stirnfläche 2 auf. Mit Hilfe einer Schraube 3 wird das Dichtelement 4 mit dem Ventilkegel verbunden. Das Dichtelement besteht aus drei Teilen, nämlich oberer Scheibe 5, unterer Scheibe 6 und einem elastischen Dichtring 7. Die drei Teile 5,6 und 7 sind, z. B. durch Vulkanisation, untrennbar miteinander verbunden. Zwischen der Stirnfläche 2 und der oberen Scheibe 5 wird bei offener Ventilstellung ein Winkel 8 gebildet Die Höhe des nicht eingebauten Dichtelementes 4 ist etwas größer als die Schaftlänge der Schraube 3, damit sich beim Einbau eine gewisse axiale Vorspannung des Dichtringes 7 ergibt

Der durch die beiden ungleich großen Scheiben ,5 und 6 gebildete Kegelmantel 9 schließt in eingebautem Zustand ein Winkel ein, der identisch ist mit dem Kegelwinkel 10 des Ventilsitzes 11. Das hat zur Folge, daß beim Schließen des Ventils die beiden Scheiben 5 und 6 gleichzeitig zum Aufliegen kommen. Dadurch wird verhindert, daß bei größerem Schließdruck der elastische Dichtring nach oben oder unten entweichen kann und dadurch zerstört wird. Beim weiteren Zudrehen des Ventils biegt sich die obere Scheibe 5 um den Winkel 8 konkav durch und schmiegt sich zuletzt an die Stirnfläche 2 des Ventilkegels an. Dadurch wird der Dichtring 7 axial zusammengepreßt und schließt einerseits mit der kegeligen Partie 14 des Ventilsitzes 11 und andererseits mit dem Schaft 12 der Schraube 3 vollständig ab. Ui'.j eine gute Federwirkung der oberen Scheibe zu gewährleisten, kann diese beispielsweise aus Federbronze hergestellt «erden.

Um den Einfluß der Quellung des Dichtringes auf die durchfließende Wassermenge auszuschließen, steht der Dichtring 7 am Umfang gegenüber dem Kegelmantel 9 um den Betrag 13 zurück.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Absperr- and Regelventil für Auslauf- und Durchgangsarmaturen von sanitären Installationen mit einem konischen Dichtelement, das am unteren Ende des Ventilkegels angeordnet ist, dessen Stirnfläche zugleich Auflagefläche für das Dichtelement ist, wobei das Dichtelement aus einer oberen und einer unteren Scheibe und dazwischenliegender elastischer Dichtung besteht, welche Teile untrennbar miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei offenem Ventil durch die obere Scheibe (5) des Dichtelementes (4) und die Stirnfläche (2) des Ventilkegels (9) in radialer Richtung ein Winkel (8) gebildet ist und bei geschlossenem Ventil sich die obere Scheibe (5) um diesen Winkel (8) durchbiegt

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die beiden ungleich großen Scheiben (5, §) gebildete Kegelmantel im eingebauten Zustand einen Winkel einschließt, der identisch ist mit dem Kegelwinkel des Ventilsitzes.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im eingebauten Zustand der Dichtring (7) am Umfang gegenüber dem durch die beiden Scheiben (5,6) gebildeten Kegelmantel zurücksteht

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (2) des Ventilkegels (9) als Kegelstumpf ausgebildet ist

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (2) eine Anschlagfläche für das Dichtelement (4) bildet zwt jks Begrenzung des Ventilhubes bei vollständig durchgebogener Scheibe (5).

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die obere Scheibe (5) als flache Federscheibe ausgebildet ist die bei geschlossenem Ventil konkav durchgebogen ist