DE2457226A1

DE2457226A1 - Kugelventil

Info

Publication number: DE2457226A1
Application number: DE19742457226
Authority: DE
Inventors: Jose Raichs Mill
Original assignee: Austinox SA
Current assignee: Austinox SA
Priority date: 1973-12-07
Filing date: 1974-12-04
Publication date: 1975-06-12
Also published as: FR2253962A1; FR2253962B1; ES421254A1

Description

2457226. Maxton .- Maxton · Langmaack Patentanwälte

Alfred Maxton sr. Alfred Maxton jr. Jürgen Langmaack

Dlplom-Ingenleure

5 Köln 51

Pferdmengesstraße 50

Taa: 2.12.1974

Anmelder: AÖSTINOX, S.A., Ctra. Calafell, Km. 9,3, SAN BAUDILIO DE LLOBREGAT (Barcelona), Spanien

Bezeichnung: Kugelventil
Unser Zeichen:829 pg 72+1

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen der den Durchfluß regelnden Anordnungen in Kugelventilen, die im wesentlichen aus einem Gehäuse bestehen, das die sphärische Kugel ^aufnimmt, die in ringförmigen Sitzen, die der Eintritts- und Austrittsöffnung entsprechen, mittels einer Welle drehbar ist, die senkrecht zur Äquatorialebene der. Kugel verläuft, während äußere Flansche zur Befestigung des Gehäuses an einer Flüssigkeitsleitung vorgesehen sind.

Diese Verbesserungen sind insbesondere vorgesehen, um eine bessere Regelung der Durchflußmenge zu erhalten, was bei bisher üblichen Kugelventilen nicht oder nur ibis zu einem geringen

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Grad entsprechend der Drehbewegung der Steuerwelle möglich ist.

Das erfindungsgemäße Kugelventil ist daher dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß durch die sphärische Kugel für einen Flüssigkeitsstrom durch das Ventil wenigstens eine Einlaßöffnung besitzt, deren Rand ein sphärisches Polygon ist, so daß alle Punkte auf diesem Rand tangential zu Oberfläche des Kugelsitzes sind, wobei eine maximale Oberflächenberührung zwischen der Kugel und dem festen Gehäuse existiert, so daß der Flüssigkeitsstrom von der Kugel weg oder auf diese ,zu ausschließlich durch die Kugelöffnungen verläuft, die zu irgendeiner bestimmten Zeit ganz oder teilweise in den Öffnungen des Ventilkörpers einbeschrieben sind.

Die Durchflußmengenänderungen durch das Ventil können um so besser geregelt werden, je größer die Öffnungen in Richtung der Äquatorialebene sind, um so die ganze Breite der Gehäuseöffnungen zu umfassen.

Die Durchflußmengenänderungen durch das Ventil sind um so mehr zu dem Winkel proportional, um den die Kugel gedreht wird, je näher seine Durchflußkanten, die in Richtung der Äquatorialebene angeordnet sind, einer gegenseitigen Parallelität sind.

Der Durchlaß durch die Kugel besitzt einen gleichmäßigen Querschnitt über seine gesamte Länge; In anderen Fällen besitzt der Durchlaß Änderungen in seinem Querschnitt in Längsrichtung.

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Bei einer Ausführungsform besizt der Durchlaß durch die Kugel zwei identische, diametral gegenüberliegende, äußere Nuten, in denen die Flüssigkeit nacheinander für den Einlaß bzw. für den Auslaß mit einem dazwischenliegenden Durchlaß durch die innere Kammer des Ventils fließt.

Der Durchlaß für die Flüssigkeiten durch die Kugel kann versetzt sein. Der versetzte Durchlaß ist in bestimmten Fällen' seitlich erweitert und öffnet sich nach einer der beiden Seiten der Kugel, indem er einen Schlitz hierin bildet. In anderen Fällen bildet der versetzte Durchlaß _;.eine periphäre Nut in der Kugel.

Der Flüssigkeitsdurchlaß durch das Ventil kann eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen Durchgangslöchern hab'en, wobei die Summe der Querschnitte der Größe.des gesamten Durchlaßquerschnitts, entspricht.

Der Durchlaß in der Kugel wird durch maschinelle Bearbeitung hergestellt; in anderen Fällen wird der Durchgang durch seitliches oder einfach durch periphäres■Fräsen hergestellt. Es ist ferner möglich, den Durchgang durch einfaches Bohren, durch Bohren und Fräsen und durch Bohren und teilweises Verschließen einer oder beider Öffnungen herzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt einen Schnitt längs der Äquatorialebene eines gewöhnlichen Kugelventils in seiner halb geöffneten Stellung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-II von Fig.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kugel gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. k bis 6 zeigen im Schnitt erfindungsgemäße Ventile mit der Kugel in drei verschiedenen Stellungen.

Fig. 7 bis 9 zeigen Vorderansichten von drei verschiedenen Ausführungsformen der Kugeln gemäß der Erfindung mit verschiedenen Formen für den Durchlaß, während Fig. 7 a bis 9a Schnitte längs den Linien VIIa-VIIa, VIIIa-VIIIa bzw. IXa-IXa von Fig. 7 bis 9 sind.

Fig. 10 ist eine' Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer Kugel mit zwei symuetrischen Durchlässen, während Fig.. 10a und 10b Schnitte der Kugel von Fig. 10 in offener bzw. geschlossener Stellung zeigen.

Fig. 11' zeigt einen Schnitt einer Kugel mit sich erweiterndem Durchlaß längs ihrer Äquatorialebene.

Fig. 12 zeigt einen vertikalen Schnitt einer Kugel, deren

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Durchlaß eine mit einer Öffnung versehene Abdeckung aufweist.

Fig. 13 zeigt eine ähnliche Ansicht wie die Vorhergehende Fig. 12 von einer Kugel, deren Durchlaß einen rechteckigen Querschnitt mit einer Ausfräsung zur Bildung der Eingangsöffnung aufweist.

Fig. Ik zeigt einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV von Fig.

Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Kugelventils teilweise im Schnitt.

Fig. 16 zeigt eine Vorderansicht des Ventils von Fig. 15·

Fig. 17 und 18 zeigen Längsschnitte von. anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kugelventils.

Das in Fig. 15 und 16 dargestellte Kugelventil besteht aus einem Gehäuse 1, das eine Kugel Z aufnimmt' und einen Halsteil 3 zum Montieren eines Einstellorgans 1+ durch eine Stopfbüchsenpackung 5 besitzt, die auf eine Dichtung 6 wirkt. Der Hand- . griff hf ist mit der Kugel 2 über eine' Welle 7 verbunden, die an dem ersteren -befestigt ist und mit einer Nut 8 der letzte-. ren in Eingriff steht. Die Welle 7 ist mittels einer Mutter 9 · an dem Handgriff 4 befestigt. Das Gehäuse 1 ist mit Flanschen 11 zur beidseitigen Verbindung mit einer Flüssigkeitsleitung über Ansätze 12 an den Flanschen 11 verbunden. Das Gehäuse 1 wird zwischen den Flanschen 11 durch Gegenlagerung des augkra-

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genden Teils 17 der Flansche 11 gegen das Gehäuse 1 und die Verwendung von mit Gewinde versehenen Stiften .15 und Muttern 16 gehalten, durch die die Flansche 11 von beiden Seiten gegen das Gehäuse 1 gedrückt werden.

Flüssigkeitslecks zwischen dem Gehäuse 1 und den Flanschteilen 11 werden durch elastische Dichtungsmittel 25 verhindert, die in dem Gehäuse 1 angeordnet sind.

Die Kugel 2 befindet sich in dem mittleren Hohlraum des Gehäuses 1 in ringförmigen Sitzen 22, die eine flache Stirnfläche 23 und eine konkave sphärische Fläche 21+ für den Eingriff mit der · Kugel 2 aufweist.

Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kugelventils gemäß der Erfindung, bei dem der Handgriff 1+ mittels eines Stiftes 10 an der Welle 7 befestigt ist. Hierbei sind ferner die Flansche 11 durch einen einstückig mit dem Gehäuse 1 verbundenen Ansatz 13 und einen ringförmigen Teil 19 ersetzt, in dem eine Verlängerung 18» einer Büchse 18 mittels Gewinde befestigt ist.

Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugelventils, bei dem das Gehäuse 1 einen einstückig damit verbundenen sphärischen Sitz 21 für die Kugel 2 an einer Seite hiervon und einen ringförmigen Sitz 22 auf der anderen Seite hiervon aufweist. Ein einziger Flansch 11 ist an dem Ge-

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häuse 1 mittels Schrauben lh befestigt, wobei sowohx der Flansch 11 als auch das Gehäuse 1 mit einem Flanschring 20 zur Befestigung an einer Flüssigkeitsleitung versehen sein kann, die entsprechende Elemente aufweist.

Bei diesen Ventilen wird die Kugel 2 durch einen Handgriff l± ader ein Handrad um ein Viertel einer Umdrehung gedreht, zu welchem Zweck ein Anschlag 26 an dem Handgriff k- vorhanden· ist, der sich gegen eine Schulter 27 des Halsteils 3 nach dieser Umdrehung legt.

Gemäß der Erfindung ist die Kugel 2 fast vollständig sphärisch und abgesehen von der Nut β nur durch die Einlaß- und Auslaßöffnungen 30 für den Flüssigkeitsdurchgang 31 durchbrochen mit der Besonderheit, daß dieser Durchgang und die Öffnungen 30 die gleichen oder einen unterschiedlichen Querschnitt besitzenkönnen, wobei die Berührung zwischen der Kugel und der Sitzfläche 2If des Sitzes 22 oder des Sitzes .21 des Gehäuses 1 praktisch konstant ist, was -das wesentliche der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Möglichkeit der vollständigen Regelung des Flüssigkeitsstroms über die gesamte Winkeldrehung der Kugel 2 mittels des Handgriffs i+ darstellt.

Die geeignete Form der Öffnung für eine fehlerfreie Durchfluß-· regelung besteht in einem sphärischen Polygon 32 (Fig. 3) , das durch zwei zum Äquator parallele Ebenen und zwei weitere.,·.' senkrecht dazu verlaufende Ebenen gebildet wird. Dies ver-

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meidet die charakteristischen Abflachungen 33 (Fig. 1) von bekannten Kugelventilen, d.h. ohne Durchflußregulierung.

Der Durchlaß 31 der Kugel 2 kann einen starken Querschnitt besitzen, der äquivalent zum Querschnitt der Öffnungen 12 des Flansches 11 oder des Ansatzes 13 des Gehäuses 1 ist, oder einen reduzierten Querschnitt aufweisen, der gleich demjenigen der Öffnungen 30 ist.

Die Öffnungen 30 der Kugel 2 können die Form eines sphärischen Polygons 32 besitzen oder gemäß anderen Ausführungsformen rechteckig, trapezförmig, spitzbogenförmig, elliptisch in einer Vielzahl von parallelen Öffnungen sein oder andere nicht in den Figuren, dargestellte Formen haben. Eine weitere Lösung besteht in der Anordnung von einer mit einem Durchlaß versehenenKappe 3k zum Schließen eines großen Durchlasses 31.

Der innere Durchlaß 31 der Kugel kann ferner die Form eines offenen Schlitzes 35* der eine besondere Form besitzt (Fig.8), einer einfachen periphären Nut 36 (Fig. 9) annehmen oder, aus einem Paar vonsymmetrischen Schlitzen 37 (Fig. 10) bestehen.

Beim Herstellen der Öffnungen 30 sollten diese zweckmäßigerweise zwischen Meridianen breiter ausgebildet werden, um im wesentlichen die Größe der Öffnung 38 der Sitze 22 zu umfassen, Auf diese Weise liefert die Öffnung einen größeren Spielraum für die Durchflußregulierung. Im Falle der einzelnen Öffnungen

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30,35 "und 36 wird die Kugel um 1/ij. einer vollen Umdrehung und im Falle von zwei Öffnungen 37 um 1/8 einer vollen Umdrehung gedreht. Im letzteren Fall fließt die Flüssigkeit durch eine zentrale Kammer 39 des Ventils, wie durch die Pfeile in Fig. 10a dargestellt ist.

Fig. 1 und 2 zeigen vergleichsweise die Ausführung einer gewöhnlichen Kugel 2A im Gegensatz zu einer Kugel 2 gemäß der Erfindung, wobei die erstere einen zylindrischen Durchlaß 31A mit öffnungen aufweist, die .denselben Querschnitt wie der Durchlaß besitzen, wodurch Abflachungen 33 entstehen, so daß in der halb geöffnenten, dargestellten Stellung eine Durchflußregulierung nicht durchführbar ist, da die volle Breite der Öffnung.mit der Öffnung .38 in Verbindung steht.

Im Gegensatz hierzu bleibt, wie in Fig. k bis 6 gezeigt- ist, die Öffnung 30 in Berührung mit der sphärischen Fläche Zl± des Sitzrings 22 sowohl in der vollkommen als auch in einer teilweise geschlossenen Stellung, wobei nur der Teil, der der

Öffnung 38 gegenüberliegt, offen bleibt. Daher ist es möglich, den Durchfluß entsprechend der Drehung der Kugel 2 mittels des Handgriffs k zu regulieren.

Falls es erforderlich ist, einen regelmäßig ansteigenden oder abnehmenden Durchfluß im arithmetischen Verhältnis zum Drehwinkel der Kugel 2 in der entsprechenden Richtung zu erhalten, sollte die Öffnungsgröße in Richtung der Äquatorialebene

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E-E* konstant sein. Andere Öffnungsformen liefern anwachsende oder abnehmende Durchflußmengen in unterschiedlichen Verhältnissen, in welchen Fällen sie einen bestimmten Querschnitt, beispielsweise einen solchen gemäß einer der dargestellten Ausführungsformen· besitzen. Jedoch wird in allen diesen Fällen eine gesteuerte Regulierung erreicht. Das gleiche Ergebnis wird mit dem Schlitz 35 oder der Nut 36 erreicht.

Die Kugeln 2 können nur ein Ende aufweisen, das mit einer Öffnung zur Durchflußregulierung gemäß den vorstehenden Beispielen versehen ist, und zwar ist dies vorzugsweise die Einlaßöffnung, während die.Kugel 2 einen Durchlaß 31 mit einer Öffnung 30 und einer weiteren kreisförmigen Öffnung in einer Anflachung 33 ^wi^e bei einer gewöhnlichen Ausführungsform aufweisen.

Der Durchfluß 31 kann einen anwachsenden oder abnehmenden Querschnitt 2+0 besitzen, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Der Durchlaß durch die Kugel 2 kann auch zylindrisch ausgebildet sein wie bei 31A, ohne daß er durch ein Ende hindurchgeht, wobei die Öffnung eine gefräste Öffnung 2+1 sein kann.

Der Durchlaß durch die Kugel 2· kann durch Herstellen von polygonalen Öffnungen 32, durch Seitenfräsen zum Herstellen von Schlitzen 35, durch periphäres Fräsen zum Herstellen von Nuten 36 und durch Bohren alleine oder durch Bohren und Fräsen von Öffnungen 2+1 und durch Bohren und Einsetzen von Kappen 3h hergestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Kugelventil mit einem stationären Gehäuse zur Aufnahme einer sphärischen Kugel, die in ringförmigen Sitzen, die mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen in Eingriff stehen> mittels einer Welle senkrecht zur Äquatorialebene der Kugel drehbar ist, und mit äußeren Flanschen zur Befestigung des Gehäuses an einer Flüssigkeitsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) durch die Kugel (2) für den Flüssigkeitsstrom durch das Ventil wenigstens eine Einlaßöffnung (31) aufweist, deren Rand durch ein sphärisches Polygon gebildet wird, so daß alle Punkte auf dem Rand tangential zur Oberfläche des- Kugelsitzes (.22) sind, wobei ein maximaler Oberflächenkontakt zwischen der Kugel (2) und dem Gehäuse (1) existiert, während der Flüssigkeitsstrom zu der Kugel (2) oder von dieser weg ausschließlich durch die Öffnungen des Durchlasses (31) der Kugel (2) erfolgt, wobei diese Öffnungen zu jeder vorgegebenen Zeit

ganz oder teilweise in den Öffnungen des Gehäuses (1) einbeschrieben sind.

'2. Kugelventile nach Anspruch 1,' dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge durch das Ventil um so empfindlicher regulierbar ist, je größer die Ausdehnung der Öffnungen in

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Richtung der Aquatorialebene ist, um die gesamte Weite
der Ventilöffnungen zu überdecken.

3. Kugelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge durch das Ventil um so proportionaler zu dem Winkel ist, um den die Kugel (2) gedreht wird, je mehr sich die Öffnungsränder, die in der Aquatorialebene angeordnet sind, einer gegenseitigen Parallelität nähern.

if. Kugelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) für den Flüssigkeitsstrom durch die Kugel (2) einen gleichmäßigen Querschnitt über seine gesamte Länge aufweist.

5· Kugelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) für den Flüssigkeitsstrom durch die Kugel (2) einen veränderlichen Querschnitt ■ über seine Länge aufweist.

6. Kugelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) für den Flüssigkeitsstrom durch die Kugel (2) zwei äußere, identische, diametral gegenüberliegende Schlitze (37) aufweist, wobei die
Flüssigkeit aufeinanderfolgend für den Einlaß bzw. Auslaß mit einem dazwischen liegenden Durchgang (39) durch die
innere Kammer des Gehäuses (1) fließt, die die Schlitze (37)

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in der offenen Stellung hiervon verbindet.

7. Kugelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) für den Flüssigkeitsstrom durch die Kugel (2) aus der Mitte versetzt ist.

8. oKugeüyentil nach Anspruch 1 oder 7> dadurch gekennzeichnet,

daß der versetzte Durchlaß (31) eine seitliche Erstreckung aufweist, die auf einer Seite der Kugel (2) offen ist und einen Schlitz (35) hierin bildet.

9. "'Eugelventil nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß der

versetzte Durchlaß (31) eine Nut (36) im' Umfang der Kugel (2) bildet.

10. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) für den Flüssigkeitsstrom in der Kugel (2) eine Vielzahl .von '.durchgehenden, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Löchern aufweist, wobei die Summe ihrer Querschnitte den Gesamtquerschnitt des Durchlasses
der Kugel (2) bildet.

11. Kugelventil nach einem der Anspfcüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) durch maschinelle Bearbeitung hergestellt ist.

12. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Durchlaß (31) durch seitliches oder einfaches periphäres Fräsen hergestellt ist.

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13. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) durch einfaches Bohren oder in Kombination mit Fräsen zum Öffnen der Eintrittsöffnung hergestellt ist.

lif. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (31) durch Bohren und durch Anbringung einer mit einer Öffnung versehenen Kappe (3k) wenigstens an' der Eintrittsöffnung hergestellt ist*

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