DE2430410A1

DE2430410A1 - Ventil, insbesondere kugelventil

Info

Publication number: DE2430410A1
Application number: DE2430410A
Authority: DE
Inventors: Richard Samuel Digennaro; Dale Norman Drake; Ulr Hubert Koch; Stephen Matousek; Gary Allan Soderlund
Original assignee: WHITEY RESEARCH TOOL CO
Current assignee: WHITEY RESEARCH TOOL CO
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-06-25
Publication date: 1975-04-24
Also published as: SE408461B; HK46278A; NO742637L; SE7409315L; NL7408837A; DK382074A; ATA531774A; ES429343A1; CH568510A5; GB1477929A; BE815583A; AU7033974A; FR2248448A1; ZA742834B; JPS5944541B2; CA1000681A; JPS5066836A; FR2248448B1; AT345046B; NL179157C

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-'ng. H. BfKKENFiLD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen fr H V V 7 I U

zur Eingabe vom Name d. Anm.

Ventil, insbesondere Kugelventil Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Kugelventil.

Die Erfindung ist insbesondere für die Anwendung bei Kugelventilen geeignet und wird auch in Bezug auf Kugelventile beschrieben. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist jedoch breiter und erstreckt sich auch auf Ventile, insbesondere Kugelventile, mit anderen Gehäuseformen als den beschriebenen.

Die ringförmigen Ventilsitze oder Dichtringe bei den typischen, gegenwärtig kommerziell eingesetzten Kugelventilen bestehen aus elastischem und deformierbarem Kunststoff. Es sind jeweils zwei ringförmige Ventilsitze vorgesehen, die die Eingangsöffnung bzw. die Ausgangsöffnung umgeben und auf gegenüberliegenden Seiten gegen die Kugel anliegen. Die Gestaltung der ringförmigen Ventilsitze ist in der Regel so, daß sie die Kugel in einem schmalen Bereich oder linienförmig berühren und sich bei Belastung leicht biegen. Die Kugel selbst ist so angebracht, daß sie axial zu den Ventilsitzen etwas beweglich ist.

Wenn das Ventil in Schließstellung mit Druck beaufschlagt wird, bewegt sich die Kugel in dem Mittelgehäuseteil des Ventils in Richtung auf den der Niedrigdruckseite zugewandten Ventilsitz. Dieser Ventilsitz wird dadurch natürlich leicht abgebogen, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Kugel und dem Ventilsitz größer wird. Der Grad der Abbiegung ändert sich alt dem Druck oder der Sitzkraft, so daß für die bei höherer Ventilsitzkraft größere Abstützung ein zusätzlicher Kontaktbereich bzw. eine zusätzliche Sitzfläche vorgesehen ist.

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Wenn der Druck steigt und sich die Kugel in Richtung auf den der Niedrigseite zugewandten Ventilsitz bewegt, wird die Kugel gleichzeitig von dem der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitz wegbewegt. Jeweils abhängig von dem Druck und/oder der Gestaltung des Ventilsitzes kann der Kontakt der Kugel mit dem der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitz unterbrochen oder nicht unterbrochen werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird bewußt der der Hochdruckseite zugewandte Ventilsitz abgedichtet, während bei anderen Ausführungsformen bewußt eine Abdichtung des der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitzes verhindert wird und die gesamte Abdichtung an dem der Niedrigdruckseite zugewandten Ventilsitz erfolgt.

Derartige Kugelventile arbeiten als einfache Rückschlagventile. Praktisch der gesamte, für die Dichtung erforderliche Kontaktdruck wird von dem abzudichtenden Fluid erzeugt. Der Ventilsitz selbst erzeugt lediglich eine vernachlässigbar kleine Dichtkraft.

Bei der beschriebenen Abdichtart sind Probleme bzw. schwache Punkte vorhanden. Diese Probleme ergeben sich im wesentlichen daraus, daß durch die Werkstoffe der Ventilsitze Grenzen gesetzt werden. Bekanntlich muß ein guter Ventilsitzwerkstoff einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen und chemisch inert gegenüber vielen unterschiedlichen Fluiden sein. Außerdem sollte der Werkstoff relativ weich, biegsam und leicht deformierbar sein. Werkstoffe mit den erforderlichen Eigenschaften weisen ganz allgemein schlechte mechanische Eigenschaften auf, speziell geringe Zugfestigkeit, geringe Biegeelastizität und einen hohen Verformungsgrad.

Aufgrund der schlechten mechanischen Eigenschaften der meisten für Ventilsitze geeigneten Werkstoffe ergeben sich erhebliche Probleme. Zur Erläuterung «ei darauf hingewiesen, daß die Ventilsitze bei frisch montierten Ventilen «ine leichte, zum Ab-

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dichten bei geringen Drücken ausreichende Ventilsitz-Kontaktkraft aufweisen. Im Vergleich zu der durch den vollen Druck des Fluids bei geschlossenem Ventil ausgeübten Kraft ist diese Kraft jedoch vernachlässigbar klein. Wenn das Ventil einmal für eine Abdichtung gegenüber einem hohen Fluiddruck eingesetzt wird, verformt sich der Ventilsitz in einer den mechanischen Eigenschaften des Ventilsitzwerkstoffes typischen Weise, dehnt sich, und nimmt nach dem Entfernen der Belastung seine ursprüngliche Gestalt nicht mehr an. Dies hat zur Folge, daß die. ursprünglich vorhandene, leichte Kontaktkraft verloren geht und das Ventil bei geringem Druck leckt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Ventilsitze derart zu verbessern, daß sie stets mit einer vorherbestimmten Minimalkraft gegen das Ventilschließglied anliegen. Die Vorrichtung soll leicht montierbar sein. Weiterhin soll erreicht werden, daß die permanente, unabhängig von der Druckkraft des Fluids wirkende Andruckkraft zwischen dem Ventilschließglied und dem Ventilsitz auch unabhängig von dem Werkstoff des Ventilsitzes konstant gehalten wird. Weiterhin wird angestrebt, daß die im Laufe der Zeit auftretende mechanische Abnutzung der Ventilsitze kompensiert wird.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Lösung der obengenannten Probleme erreicht. Durch die Erfindung wird eine Ventilsitzanordnung für ein Kugelventil geschaffen, bei der es möglich ist, die Yentilsitze aus einer großen Vielzahl von fast für jeden Anwendungsfall geeigneten Werkstoffen herzustellen. Darüber hinaus wird eine Abnutzung, eine plastische Deformation oder eine Dehnung infolge von Alterungs- und Temperatureinflüssen ausgeglichen.

Das erfindungsgemäße Ventil weist in bekannter Weise ein Mittelgehäuseteil mit einer Mitteldurchgangsöffnung auf. Innerhalb der Mitteldurchgangsöffnung ist eine Ventilkugel angeordnet, die selektiv drehbar ist und innerhalb der Mitteldurchgangsöffnung eine

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axial begrenzte Bewegung ausführen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil sind in der Mitteldurchgangsöffnung an gegenüberliegenden Seiten der Kugel in gleichen Abständen von jeder Seite sich radial nach innen erstreckende Schultern angeordnet. Zwischen der Kugel und den Schultern ist jeweils ein ringförmiger, elastischer Ventilsitz angeordnet. Zusätzlich dazu ist eine konische Scheibenfeder vorgesehen, die eine Mittelöffnung von größerem Durchmesser als die entsprechende Mitteldurchgangsöffnung aufweist und die zwischen der Schulter und dem jeweiligen Endflansch angeordnet ist. Die Scheibenfeder und der Ventilsitz weisen eine solche Größe und eine solche Gestaltung auf, daß beide Federn bei der Montage des Ventils flach zusammengedrückt gegen die die Schultern bildenden Seitenflächen der Endflansche anliegen, und die ringförmigen Ventilsitze mit schmalen, ringförmigen Berührungsflächen gegen die Kugel anliegen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die ringförmigen Ventilsitze eine sich in axialer Richtung erstreckende, umlaufende Lippe aufweisen, die zur Fixierung der Lage der zugeordneten Scheibenfedern vorgesehen sind. Jeweils abhängig von dem Werkstoff, aus dem der ringförmige Ventilsitz hergestellt ist, kann sich die Lippe um den inneren oder äußeren Umfang erstrecken.

Infolge der Wirkung der konischen Scheibenfedern liegen die ringförmigen Ventilsitze unter einer vorherbestimmten Minimalkraft gegen die Kugel an.

Infolge der um den inneren oder äußeren Umfang der Ventilsitze vorgesehenen Lippen können die konischen Scheibenfedern während der Montage fixiert werden, so daß die Anordnung leicht montierbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kugelventilanordnung ist es möglich, die Ventilsitze aus einer Vielzahl von Ventilsitzwerkstoffen her-

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zustellen, einschließlich Werkstoffen, die bisher als für Kugelventilsitze ungeeignet angesehen wurden.

Infolge der Wirkung der konischen Scheibenfeder wird außerdem die Abnutzung der ringförmigen Ventilsitze selbsttätig kompensiert.

Außerdem sind gemäß der Erfindung Maßnahmen vorgesehen, durch die eine Überlastung der konischen Scheibenfedern durch zu hohe Fluiddrucke verhindert wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Kugelventil entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung des umkreisten Bereiches in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab vor Anbringung der Endflansche;

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, wobei jedoch die Kugel und die Abdientanordnung oder der Ventilsitz nach der Anbringung der Endflansche dargestellt ist;

Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, bei der jedoch die Kugel und die Abdichtanordnung oder der Ventilsitz nach Anbringung der Endflansche dargestellt sind, wobei die Kugel in Schließstellung ist und unter Druck steht j

Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, jedoch für ein anderes Ausführungsbeispiel der Abdichtanordnung oder des ringförmigen Ventilsitzes;

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Fig. 7 eine Darstellung des in Fig. 6 gezeigten Ventilsitzes nach der Montage im Ventil;

Fig. 8 eine Darstellung des in Fig. 6 gezeigten Ventilsitzes, jedoch bei geschlossenem Ventil und unter Druckbeaufschlagung eines Fluids;

Fig. 9 eine Darstellung des in Fig. 6 gezeigten Ventilsitzes nach einem nennenswerten Verschleiß des Ventilsitzes.

Unter spezieller Bezugnahme auf die Zeichnungen, die lediglich zur Erläuterung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung ohne einschränkende Wirkung dargestellt sind, ist am besten aus den Fig. 1 und 2 die Gesamtanordnung eines Kugelventils 10 ersichtlich, welches einen Ventilkörper oder ein Gehäuse 12 mit einem Hauptteil oder Mittelgehäuseteil 14 und an den Enden vorgesehenen Endflanschen 16 und 18 aufweist. Etwa in der Mitte des Mittelgehäuseteils 14 ist eine eine Kugel und einen ringförmigen Ventilsitz aufweisende Anordnung 20 angebracht, die so angeordnet ist, daß sie wahlweise über eine Betätigungshebelanordnung gedreht werden kann.

Die Einzelheiten aller in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ventilteile, ausgenommen die aus der Kugel und dem Ventilsitz bestehenden Anordnung, sind in der am gleichen Anmeldetag eingereichten Patentanmeldung "Bauelement für Fluid-Leitungsanordnungen, insbesondere Kugelventil" erläutert, worauf hier Bezug genommen wird. Ganz allgemein gesehen weist der Ventilkörper des bevorzugten Ausführungsbeispiels eine im wesentlichen zylindrische Mitteldurchgangsöffnung oder sich axial erstreckende Öffnung 24 auf, dessen Durchmesser lediglich etwas größer ist, als der des Kugelelementes. Die Endflansche 16 und 13 sind mittels sich in Längsrichtung erstreckender Ankerbolzen 26 lösbar mit dem Mittelgehäuseteil 14 verbunden. Eine Verbindung des Ventils mit einer zugeordneten Leitungsanordnung wird dadurch ermöglicht, daß die Endflansche 16 und 18 Innengewinde 32 und 34 aufweisen. Wie

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detailliert in der vorgenannten Patentanmeldung erläutert und beschrieben, ist das Hittelgehäuseteil derart angeordnet, daß es zum Entfernen und Austauschen der Ventilkugel und der Ventilsitzelemente nach Entfernung des Ankerbolzens 26a aus den Endflanschen 14 und 16 herausgeschwenkt werden kann.

Die zur Betätigung vorgesehene büchsenförmige Dichtanordnung 22 weist, wie dargestellt, eine Büchse 36 mit einem unteren Ende 38 auf, welches in einem.in einer Kugel 40 gebildeten Schlitz 39 aufgenommen ist. Infolge dieser Anordnung kann die Kugel gedreht werden, während gleichzeitig die Kugel in Schließstellung axial etwas bewegbar ist.

Die Büchse 36 erstreckt sich durch eine in dem Mittelgehäuseteil 14 vorgesehene Öffnung 42 nach außen. In der Öffnung 42 sind dichtend gegen die liiände der Öffnung 42 und der Büchse 36 anliegende ringförmige Dichtelemente 43, 44 und 45 vorgesehen. Das untere ringförmige.Dichtelement 45 liegt, wie ersichtlich, auf einem sich innerhalb der Öffnung 42 nach innen erstreckenden Flansch 46 auf. Unterhalb des Flansche 46 ist eine geteilt ausgebildete Druckscheibe 48 angeordnet, die mittels eines an -der Büchse 36 angeformten Flansches 50 gegen den Flansch 46 anliegt. Die Büchse 36 wird durch eine Büchse 52 und eine Mutter 53 in ihrer Lage gehalten. Wie ersichtlich, hat ein Festziehen bzw. Anziehen der Mutter 53 einen Druck auf die ringförmigen Dichtelemente 43 bis 45 zur Folge, wodurch eine gegenüber einem Fluid dichte Abdichtung rings um die Büchse erzielt wird.

Obwohl es möglich ist, die Büchse durch viele unterschiedliche Betätigungseinrichtungen zu bedienen, und zwar entweder manuell oder automatisch, ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Handgriff 54 vorgesehen, der über eine Mutter.55, mittels derer der Handgriff oben auf der Mutter 53 verspannt ist, lösbar mit der Büchse 36 verbunden ist. In der Schrauböffnung des Handgriffes 54 und außen auf den Gewindeenden der Büchse sind

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einander zugeordnete Abflachungen 56 und 58 vorgesehen.

Die Stellung des Handgriffes und dementsprechend die Lage der Kugel 40 sind durch an dem Handgriff 54 nach unten weisend angebrachte Anschläge 60 und 62 begrenzt. Den Anschlägen sind entsprechende Anschlagflächen auf dem Mittelgehäuseteil zugeordnet, so daß für das Ventil in der voll geöffneten und voll geschlossenen Stellung feste Endlagen gebildet werden.

Die gesamte soweit bisher beschriebene Anordnung ist in der vorerwähnten Patentanmeldung beschrieben und beansprucht. Für die vorliegende Erfindung ist jedoch die aus der Kugel und dem ringförmigen Ventilsitz bestehende Anordnung 20 von Bedeutung. Diese weist neben der Kugel 40 ein Paar ringförmiger Ventilsitze oder Ventildichtungselemente 70 auf. Die ringförmigen Sitzelemente 70 liegen unter Vorspannung an gegenüberliegenden Enden der Mitteldurchgangsöffnung 24 gegen gegenüberliegende Seiten der Kugel 40 an. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die ringförmigen Ventilsitze im wesentlichen in gleichen Abständen auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Drehachse der Kugel 40 angeordnet. Obgleich die Halterung der ringförmigen Ventilsitze durch viele unterschiedliche Anordnungen bewirkt werden könnte, ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß sie von an Seitenflächen 74 und 76 der Endflansche 16 und 18 vorgesehenen Ansätzen 72 in ihrer Lage gehalten werden. Darüber hinaus ist eine Bewegung der ringförmigen Ventilsitze nach innen durch je eine Schulter 78 begrenzt, die jeweils durch sich zur Innenseite der Mitteldurchgangsöffnung 24 erstreckende Ansenkungen gebildet sind. Zusätzlich dazu sind zwischen dem Mittelgehäuseteil und den Endflanschen 16 und 18 aus 0-Ringelementen 80 gebildete Dichtungen vorgesehen, die in zweiten Ansenkungen 82 aufgenommen sind, und die die ringförmigen Ventilsitze 70 an ihrem Außenumfang 84 dicht umschließen. Die ringförmigen Ventilsitze 70 weisen jeweils einen Hauptkörper 86 auf, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus elastischem Kunst-

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stoff, wie beispielsweise Nylon, Delrin oder Teflon bestehen kann. Natürlich können auch andere Werkstoffarten zur Herstellung des Hauptkörpers des Ventilsitzes verwendet werden. Die spezielle Werkstoffauswahl hängt von den Arbeitsbedingungen ab, für die das Ventil bestimmt ist. Der Hauptkörper 86 weist eine erste Innenfläche 88 auf, die, wie ersichtlich, vorzugsweise eine konkave, sphärische Gestaltung aufweist. Die Oberfläche 88 weist einen Radius R auf, der etwas größer als der Radius der Kugel 40 ist. Außerdem weist der Hauptkörper eine zweite, sich im wesentlichen parallel zu den zugeordneten Seitenflächen 74 und 76 erstreckende Fläche 90 auf. Die beiden Flächen 88 und 90 sind über eine vergleichsweise kurze Fläche 92 verbunden, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel lediglich als ebene Zylinderfläche dargestellt ist. Zwischen der Zylinderfläche 90 und den Seitenflächen 74 und 76 ist ein als konische Scheibenfeder ausgebildetes Element 94 vorgesehen, welches vorzugsweise einen Innendurchmesser D aufweist, der im wesentlichen dem Durchmesser der Innenöffnung des ringförmigen Ventilsitzes entspricht.

In Fig. 3 ist die Zuordnung des Hauptkörpers 86, des als Scheibenfeder ausgebildeten Elementes 94 und der Kugel 40 vor der Anbringung der Endflansche an ihren vorgesehenen Lagen dargestellt. Wie ersichtlich, ist das Ende mit kleinerem Durchmesser des als Scheibenfeder ausgebildeten Elementes bei normaler, unbespannter Lage zu der Kugel hin gerichtet. Somit wird die durch die Scheibenfeder auf den Ventilsitz aufgebrachte Belastung im wesentlichen auf den radial am weitesten nach innen liegenden Teil des,Ventilsitzes gerichtet. Dies hat zur Folge, daß der ringförmige Ventilsitz durchgehend über einen ersten Kontaktbereich A gegen die Kugel anliegt. Die Feder wird vorzugsweise so gewählt, daß bei Maximalablenkung infolge ihrer Federkraft ein gemäßigt niedriger Abdichtdruck erzeugt wird, etwa von der Größe, wie dieser bei dem Leitungsdruck eines Fluids in der Grössenordnung von 7 bis 14 kp/cm vorliegt. Das Ventil ist folglich permanent mit einer relativ geringen Kontaktkraft abgedichtet, und zwar unabhängig von dem tatsächlich wirkenden, von dem

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auf die Kugel wirkenden Fluid herrührenden Dichtdruck, durch den die Kugel gegen den Ventilsitz auf der der Niedrigdruckseite zugewandten Seite gedrückt wird. Wenn die Kugel in Schließstellung ist und höhere Fluiddrücke auf die Kugel einwirken, wird die Kugel stärker gegen den der Niedrigdruckseite zugewandten Ventilsitz angedrückt, was eine elastische (oder sogar plastische) Deformation des Ventilsitzes bewirkt, was wiederum eine Vergrößerung der Kontaktfläche und eine Verteilung der Belastung über eine größere Sitzfläche zur Folge hat, wie in Fig. 5 dargestellt. Bei diesen höheren Drücken tritt die Scheibenfeder nicht in Tätigkeit, weil sie mit ihrer gesamten Breite gegen die Seitenfläche 74 anliegt und eine weitere Belastung über die der Maximalabbiegung zugeordnete Belastung hinaus nicht möglich ist.

Wenn bei Benutzung des Ventils der Werkstoff des ringförmigen Ventilsitzes verschleißt, plastisch deformiert oder infolge von Alterung und Temperaturwechsel verformt wird, wird dies durch die Scheibenfeder innerhalb ihres Federbereiches ausgeglichen, wie durch strichpunktierte Linien in Fig. 9 dargestellt. Die Scheibenfeder wirkt jeweils derart, daß die Ventilsitze bis zur völligen Federauslenkung mit einer vorherbestimmten Minimalkraft gegen die Kugel anliegen. In Abhängigkeit von der Wahl der Parameter kann der Ventilsitz so lange einen geeigneten Dichtdruck zwischen der Kugel und dem Ventilsitz aufrecht erhalten, bis zwischen der Kugel und dem wirksamen Federteil praktisch kein Ventilsitzmaterial mehr vorhanden ist. Infolge der zusätzlichen Anordnung der mechanisch wirkenden Feder an dem Ventilsitz und ihrer Zuordnung zu der Kugel und der zugeordneten Schulter, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung den Einsatz eines extrem weiten Auswahlbereiches von Ventilsitzwerkstoffen. Da die überlicherweise verwendeten Werkstoffe für Ventilsitze im allgemeinen auf die Anwendung bei massig hohen Drücken und niedrigen Temperaturen beschränkt sind, stellt dies einen besonderen Vorteil dar. Materialien, die von

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solcher Festigkeit sind, daß sie bei höheren Drücken verwendet werden können und auch ihre Festigkeit bzw. Widerstandfähigkeit auch bei hohen Temperaturen behalten, sind im allgemeinen für einen guten Ventilsitz zu steif und zu fest. Durch die Kombination der Scheibenfeder und der formschlüssig wirkenden Abdichtkraft wird die Verwendung derartiger Werkstoffe für eine solche Anordnung ermöglicht. Durch Ergänzung der Anordnung um eine starr wirkende Dichtkraft können nunmehr Werkstoffe bei einem Ventil eingesetzt werden, welche bisher nicht für Ventilsitze verwendet werden konnten. Mit der Erfindung wird außerdem die Lebensdauer eines Ventils erheblich verlängert. Ein geringer Verschleiß des Ventilsitzes hatte bisher zur Folge, daß der Sitz locker wurde und die Dichtwirkung nachließ. Durch die Federablenkung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein wesentlich größerer Wegbereich geschaffen, durch den ein Verschleiß ausgeglichen werden kann. Die durch die Scheibenfeder erzeugte Abdichtkraft ist außerdem immun gegenüber der Wirkung von Chemikalien, Lösemitteln und Temperatureinflüssen, die sehr starke Einwirkungen auf typische, üblicherweise verwendete Ventilsitzmaterialien haben.

Wie aus Fig. 3 weiterhin ersichtlich, ist eine sich axial von der Oberfläche 90 erstreckende und eine abgeschrägte Außenfläche 98 aufweisende Lippe 96 vorgesehen. Die Lippe 96 erstreckt sich vorzugsweise gleichmäßig über den Hauptkörper des ringförmigen Ventilsitzes und ist so angeordnet, daß ihre radiale Innenfläche 100 einen dem Außendurchmesser des als Scheibenfeder ausgebildeten Elementes entsprechenden Innendurchmesser aufweist. Während der Montage dient die Lippe 96 dazu, das Federelement relativ zu dem ringförmigen Ventilsitz zu fixieren. Wie ersichtlich, ist die Lippe 96 darüber hinaus geneigt ausgebildet, wodurch die Scheibenfeder in einer eine leichte Handhabung und Montage ermöglichenden Stellung festgehalten werden kann. Bei Bewegung der Endflansche 16 und 18 in ihre richtige Endlage (wie in Fig. 4 und 5 dargestellt), wird die Lippe 96 über die

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radialen äußeren Kanten der Scheibenfeder gerollt. Vorzugsweise ist die Dicke des Hauptkörpers 86 in axialer Richtung so gewählt, daß bei einem Festziehen der Endflansche die beiden ringförmigen Ventilsitze fest in ihren Lagen in den Ansenkungen verspannt werden. Um die ringförmigen Ventilsitze zusätzlich dazu in ihrer richtigen Lage zu halten, ist auch zwischen den ringförmigen Ventilsitzen und dem Mittelgehäuseteil eine Dichtung vorgesehen.

Die Scheibenfeder und die ringförmigen Ventilsitze können hinsichtlich ihrer Gestaltung in vielen Details anders ausgebildet werden, da die Gestaltung der Federn und der Ventilsitze entsprechend den jeweilig geforderten mechanischen Eigenschaften erfolgen muß. So kann beispielsweise die Dicke und der Kegelwinkel der Scheibenfeder verändert werden, um dadurch unabhängig von dem für die Scheibenfeder verwendeten Werkstoff jeweils gleiche Federeigenschaften zu erreichen. Im allgemeinen sind jedoch nur kleine Änderungen erforderlich, da die Federeigenschaften der meisten Metalle enge Toleranzbreiten aufweisen. Die Gestaltung des ringförmigen Ventilsitzes selbst ist werkstoffabhängig. Der Querschnitt des Ventilsitzes kann in Abhängigkeit von der Festigkeit und Steifigkeit des Sitzwerkstoffes variieren. Die erforderliche Federkraft, die für die Erzeugung einer vorherbestimmten Anfangskontaktdichtung erforderlich ist, wird durch die Eigenschaften des Ventilsitzwerkstoffes, insbesondere die Härte und den Elastizitätsmodul, bestimmt. Je nach den verwendeten Ventilsitzwerkstoffen ändert sich diese Kraft oft wesentlich, und die Federkraft muß auf diese Erfordernisse abgestimmt werden.

Die in den Fig. 6 bis 9 dargestellte Anordnung arbeitet im wesentlichen nach dem gleichen Prinzip, wie das in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Ausführungsbeispiel. Es werden daher für die Bezeichnung gleicher oder entsprechender Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ein Unterschied zu den Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß das Suffix (')

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angefügt wurde. Falls nicht besonders erwähnt, kann die Beschreibung eines derartigen Elementes auf die des entsprechenden Elementes angewendet werden. Bei dem in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die ringförmigen Ventilsitze 86' im großen und ganzen die gleiche Gestaltung wie die ringförmigen Ventilsitze 86 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bis 5 auf. An Stelle der vorerwähnten Lippe 96 ist jedoch um den inneren Teil eines jeden ringförmigen Ventilsitzes eine innere Lippe 104 angeformt, wie ersichtlich. Diese Lippe dient ebenfalls zur Fixierung der Scheibenfeder 94'. Die Lippe 104 ist kurz ausgebildet und weist eine solche Größe auf, daß sie in den Zwischenraum rings um die Durchflußöffnungen paßt. Es ist nicht erforderlich, daß die Lippe 104 deformiert werden kann, wie es bei der vorerwähnten Lippe 96 der Fall ist. Ventilsitze mit einer Gestaltung entsprechend Fig. 6 bis 9 sind insbesondere für eine Verwendung von harten Ventilsitzwerkstoffen geeignet, bei denen eine äußere Lippe des Typs 96 zwar nicht zerdrückt oder deformiert würde, bei denen aber die äußere Lippe den Ventilsitz in die Mittelöffnung des Mittelgehäuseteils stoßen und den Sitz aus seiner gewünschten Gestaltung deformieren würde. Die nach innen gerichtete Lippenanordnung gemäß den Fig. 6 bis 9 ist andererseits für eine Verwendung weicher Ventilsitzwerkstoffe nicht sonderlich geeignet. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß bei einem Öffnen des Ventils unter hohem Druck infolge der hohen Durchflußgeschwindigkeit die Lippe abgerissen werden kann. Wenn für die nach innen gerichtete Lippe härtere Materialien höherer Festigkeit verwendet werden, kann dies jedoch nicht vorkommen.

Ventile der hier in Rede stehenden Art können, wie bereits erwähnt, so gestaltet werden, daß über den gesamten Fluiddruckbereich auf beiden ringförmigen Ventilsitzen eine Dichtwirkung vorhanden ist. Alternativ kann die Anordnung so getroffen sein, daß die größte Dichtwirkung auf dem der Niedrigdruckseite zugewandten

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Ventilsitz auftritt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß während des niedrigeren Teils des Arbeitsdruckbereiches eine Dichtwirkung an dem der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitz vorhanden ist, und daß danach der der Niedrigdruckseite zugewandte Ventilsitz die Dichtfunktionen übernimmt. Zur Erläuterung dessen sei auf Fig. 5 Bezug genommen. Es sei angenommen, Fig. 5 zeige das Ventil in der Schließstellung. Bei niedrigen Drücken wird durch die Vorspannwirkung des als Scheibenfeder ausgebildeten Elementes 94 der ringförmige Ventilsitz dichtend' gegen die Kugel anliegen, und zwar auch dann, wenn die Kugel infolge eines gegen die der Hochdruckseite zugewandten Kugelseite wirkenden Druckes P etwas in Richtung auf die Niedrigdruckseite bewegt wurde. Bei steigendem Fluiddruck wird die Kugel weiter in Richtung des Niedrigdruckes bewegt, was eine Vergrößerung des gegen die Kugel anliegenden Bereiches der Innenfläche 88 an der Niederdruckseite und gleichzeitig eine Erhöhung der Abstützfläche für den höheren Druck zur Folge hat. Eine weitere Bewegung der Kugel von dem der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitz weg hat eine Verringerung des Kontaktdruckes zwischen dem der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitz und der Kugel zur Folge, und schließlich hört die Dichtwirkung auf. In diesem Augenblick ist jedoch der gegen den der Niedrigdruckseite zugewandten Ventilsitz wirkende Dichtdruck auf einem Maximum. Normalerweise wäre zu erwarten, daß infolge der verstärkten, zwischen der Kugel und dem der Niedrigseite zugewandten Ventilsitz auftretenden Kraft auch eine verstärkte Verformung des der Niedrigdruckseite zugewandten Ventilsitzes auftreten würde. Infolge der Gestaltung des der Niedrigdruckseite zugewandten Ventilsitzes und infolge des üastandes, daß der Ventilsitz infolge der Wirkung der Feder 94 und des Flansches bzw. der Schulter über seine Außenfläche 90 vollständig abgestützt wird, wird der Ventilsitz jedoch nicht wesentlich verformt. Niamt der gegen die Kugel wirkende Fluiddruck ab, so hält die Scheibenfeder 94 des der Hochdruckseite zugewandten Ventilsitzes

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zwischen dem Ventilsitz und der Kugel eine vorherbestimmte Kontaktkraft aufrecht. Da die Schulter vorgesehen ist, kann die Scheibenfeder selbst nicht überlastet werden. Dies hat zur Folge, daß ein ^werkstoff mit niedriger Zugfestigkeit und von niedriger Biegeelastizität bei gleichzeitig hohem Verformungsgrad als Ventilsitzwerkstoff verwendet werden kann.

Die Erfindung wurde so detailliert beschrieben, daß danach Fachleuten die Herstellung des erfindungsgemäßen Gegenstandes und dessen Verwendung möglich ist. Während des Lesens und Durchdenkens der Beschreibung ergeben sich für den Fachmann zweifellos andere Ausführungsmöglichkeiten und Abwandlungen. Alle diese weiteren Ausführungsmöglichkeiten und Abwandlungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als geschützt beansprucht.

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Claims

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zur Eingabe vom Name d. Anm.

Patentansprüche

Ventil, insbesondere Kugelventil, mit in einem Mittelgehäuseteil mit Mitteldurchgangsöffnung angeordnetem Ventilschließglied und gegen das Ventilschließglied anliegenden, ringförmigen Ventilsitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Ventilsitze (70) unter Vorspannung mechanischer Federeleaente (92, 94) gegen das Ventilschließglied (40) anliegen.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitteldurchgangsöffnung (24) im wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist, und das Ventilschließglied als Kugel (40) ausgebildet ist, die um eine quer zur Längsrichtung der Mitteldurchgangsöffnung (24) liegende Achse selektiv schwenkbar 1st, und die Kugel (40) in Längsrichtung der Mitteldurchgangsöffnung (24) begrenzt bewegbar angeordnet ist, und in der Mitteldurchgangsöffnung (24) ein Paar von sich radial nach innen erstreckenden und an gegenüberliegenden Seiten in Jeweils gleichen Abständen von der Kugel (40) angeordneten Schultern (72) vorgesehen ist, die über ihren Umfang gleichmäßig ausgebildet sind und an ihrer jeweils der Kugel (40) zugewandten Seite eine quer zur Längsrichtung der Mitteldurchgangsöffnung (24) liegende Fläche (84) aufweisen und zwischen den Schultern (72) und der Kugel (40) jeweils ein ringförmiger Ventilsitz (70) aus elastischem Werkstoff angeordnet ist, und äle Ventilsitze (70) jeweils eine Mittelöffnung und eine erste, der Kugel (40) zugewandte Innenfläche (88) und eine zweite, der Schulter (78) zugewandte Fläche (90) aufweisen, und die erste Innenfläche (88) konkav sphärisch mit einea größeren Radius (R) als dem Radius der Kugel

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(40) ausgebildet ist, und die zweite Fläche (90) im wesentlichen eben ausgebildet ist und sich im wesentlichen parallel zu der entsprechenden Schulter (72) erstreckt, und zwischen den Flächen (90) der ringförmigen Ventilsitze (70) und den zugeordneten Schultern (72) Scheibenfedern (94) angeordnet sind, und die Scheibenfedern Jeweils eine Mittelöffnung und in ungespannter Lage eine kegelstumpfförmige, konische Gestaltung aufweisen, und die Scheibenfedern (94) so angeordnet sind, daß jeweils ihr Ende mit kleinerem Durchmesser zur Kugel (40) weist, und die Gestaltung so ist, daß die Scheibenfedern (94) bei Montage der Kugel (40), der ringförmigen Ventilsitze (70) und der Scheibenfedern (94) zwischen den Schultern (72) derartig zusammengedrückt werden, daß sie flach gegen die Schultern (72) anliegen, und die radialen Bereiche der Innenflächen (88) der ringförmigen Ventilsitze (70) mit einer vorherbestimmten Vorspannkraft gegen die Kugel (40) anliegen.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Mittelgehäuseteils (4p) die Schultern (72) bildende Endflansche (16, 18) angebracht sind.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen, ringförmigen Ventilsitze (70) mit einer sich axial erstreckenden, umlaufenden Lippe (96 bzw. 104) versehen sind, gegen die die Jeweils zugeordnete Scheibenfeder (94 bzw. 94·) anliegt.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (104) so ausgebildet ist, daß sie die Öffnung der Scheibenfeder (94·) durchfaßt.
6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (96) so ausgebildet ist, daß sie den Außenumfang der Scheibenfeder (94) umfaßt.

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7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in den Scheibenfedern (94) in ihrer Größe im wesentlichen den Öffnungen der ringförmigen Ventilsitze (70) entsprechen.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7_f dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen (96) der nachgiebigen ringförmigen Ventilsitze (70) so ausgebildet sind, daß sie gegen den Außenumfang der jeweils zugeordneten Scheibenfeder (94) anliegen.
9. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen (104) der ringförmigen Ventilsitze (86^f) gegen den Innenumfang der zugeordneten Scheibenfeder (94·) anliegen.
10» Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Ventilsitze (70) mit einer jeweils radial ausgebildeten Innenfläche (88) mit erheblichem Druck gegen die Kugel (40) anliegen.
11. Ventil nach einem der Ansprüche. 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Ventilsitze (70) mit einer jeweils radial ausgebildeten Innenfläche (88) mit erheblichem Druck gegen die Kugel (40) anliegen.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse eine Mitteldurchgangsöffnung (24) und in der Mitteldurchgangsöffnung eine selektiv drehbare, in Längsrichtung der Mitteldurchgangsöffnung (24) begrenzt bewegbare Kugel (40) angeordnet ist, und in der Mitteldurchgangsöffnung (24) ein Paar von radial nach innen ragenden und an gegenüberliegenden Seiten in jeweils gleichen Abständen von der Kugel (40) angeordneten Schultern (72) vorgesehen ist, und zwischen jeder Schulter (72) und der Kugel (40) als ringförmige, elastische Dichtelemente ausgebildete Ventilsitze (70) mit einer ersten, konkav

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sphärisch ausgebildeten Innenfläche (88) über je eine kontinuierliche, in der Nähe der Öffnung liegende Berührungsfläche gegen die Kugel anliegen, und ein Paar als Scheibenfedern (94 bzw. 94') ausgebildeter Federelemente vorgesehen ist, die jeweils eine im wesentlichen der öffnung in den ringförmigen Ventilsitzen (70) entsprechende Öffnung aufweisen und in ungespannter Lage eine kegelstumpfförmige, konische Gestaltung aufweisen, und zwischen jedem ringförmigen Ventilsitz (70) und der zugeordneten Schulter (72) eines dieser scheibenförmigen Federelemente angeordnet ist, derart, daß das jeweilige Ende mit kleinerem Durchmesser der Kugel (40) zugewandt ist, und die Kugel (40), die scheibenförmigen Federelemente und die ringförmigen Ventilsitze (70) in Bezug auf den Zwischenraum zwischen den Schultern eine solche Größe aufweisen, daß die Scheibenfedern (94 bzw. 94') bei der Montage zwischen den Schultern (72) derart flach gegen die Schultern (72) angedrückt werden, daß die kontinuierlichen Berührungsflächen unter Vorspannung gegen die Kugel (40) anliegen.
13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schultern (72) bildenden Endflansche (16, 18) abnehnbar angebracht sind.

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