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Ventil für Druckgaspackungen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Druckgaspackungen, bei
dem eine Dichtung vorgesehen ist, die mit ihrem Außenrand wenigstens teilweise an
der inneren Umfangsfläche des Ventilträgers oder eines damit verbundenen Teils anliegt,
mit einem Loch zur Aufnahme eines dazwischen liegenden Ventilschaftes versehen und
in einem dazwischen liegenden Einspannbereich von einer Klemmfläche eines Klemmrandes
am Ventilgehäuse gegen eine Klemmfläche an der Stirnwand eines Ventilträgers gedrückt
ist, in dem das Ventilgehäuse unverrückbar gehalten ist, und bei dem das Füllen
durch mindestens eine, innerhalb des Klemmrandes in der Stirnwand angeordnete Füllöffnung
erfolgt.
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Bei den bekannten Ventilen dieser Art sind die Dichtungen aus Bahnmaterial
ausgestanzte Lochscheiben konstanter Dicke. Ihr Außenrand hat die Form eines Kreises,
eines durch Einschnitte unterbrochenen Kreises, eines Sechsecks od. dgl. Die Anlage
des Außenrandes an der Umfangswand des Ventilträgers ist erwünscht, damit die Dichtung
bei der Montage geführt ist. Kreisrunde Dichtungen haben darüber hinaus den Vorteil,
daß sie auch auf der Zuführungsschiene bei der automatischen Montage ohne besondere
Orientierungsmaßnahmen gut geführt werden können. Mit Hilfe einer Sechseck-Dichtung
kann man es erreichen, daß beim Füllen die Sekanten über den Klemmrand nach innen
gezogen werden und dadurch zusätzliche Füllpfade über den Klemmrand hinweg eröffnet
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs
beschriebenen Art anzugeben, dessen Dichtung im Vergleich zu
entsprechenden
Dichtungen mit weniger Material auskommt, ohne daß die Führungseigenschaften beeinträchtigt
werden, und die, sofern ein Füllen über den Klemmrand hinweg erfolgen soll, ein
noch rascheres Füllen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine profilierte Dichtung,
deren Dicke in einem im wesentlichen außerhalb des Klemmrandes liegenden Ringabschnitt
kleiner ist als im unbelasteten Einspannbereich.
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Bei einer solchen Dichtung wird weniger Material benötigt, weil ein
Ringabschnitt kleinerer Dicke vorhanden ist. Dieser befindet sich in einem Bereich,
der für das Einspannen der Dichtung und ate daher für/Abdichtung im Einspannbereich
ohne Bedeutung ist. Um die Dichtung bei der Zuführung und im Ventilträger sicher
zu führen, genügt ein Randbereich kleinerer Dicke. Insbesondere bei Dichtungen mit
kreisförmigem Außenrand ergeben sich völlig symmetrische Verhältnisse.
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Zweckmäßigerweise wird der Ringabschnitt kleinerer Dicke durch den
gesamten Randbereich der Dichtung zwischen Außenumfang und Klemmrand gebildet. Entsprechend
groß ist die Materialersparnis.
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Mit besonderem Vorteil wird die Dichtung in einer Form gespritzt.
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Auf diese Weise lassen sich die gewünschten Profilierungen besonders
sauber erzielen. Darüber hinaus entfällt der gesamte beim Stanzen auftretende Materialabfall.
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Für die Ausbildung des Ringabschnitts kleinerer Dicke gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Beispielsweise kann er über eine Stufe an die restliche Dichtung
anschließen. Dies ergibt die größtmögliche Materialersparnis. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, den Ringabschnitt mindestens auf einer Seite durch eine Konusfläche
zu begrenzen. Dies führt zu einer besonders guten mechanischen Festigkeit des Ringabschnitts.
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Mit besonderem Vorteil ist der Ringabschnitt kleinerer Dicke zur lFIittelebene
der Dichtung symmetrisch. Man braucht dann bei
der' atomatischen
Montage nicht darauf zu achten, mit welcher Seite die Dichtung zugeführt wird.
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Wenn die Dichtung schon aus anderen Gründen profiliert wird, kann
man ihr auch Vorsprünge geben, die seitlich am Klemmrand anliegen. Mit derartigen
Vorsprüngen kann die Lage der Dichtung beim Füllen zusätzlich gesichert werden.
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Auß:erordentlich gute Ergebnisse beim Schnellfüllen ergeben sich,
wenn sich Füllkanäle nahe der Umfangswand des Ventilträgers befinden, daß zwischen
dem Ringabschnitt kleinerer Dicke und den angrenzenden gehäusefesten Teilen ein
Ausweichraum gebildet ist, in den sich die Dichtung bei Belastung durch den Fülldruck
unter Freilassung einer Füllverbindung zu den Füllkanälen ausdehnt, unddaß der Ringabschnitt
so bemessen ist, daß die Dichtung infolge des Zusammendrückens durch den Fülldruck
und der elastischen Rückstellkraft des dabei gedehnten Scheibenrandes eine Lage
einnimmt, in der sie im Einspannbereich einen Abstand von einer der Klemmflächen
hat.
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In der älteren Patentanmeldung P 25 03 626.4-27 ist es bereits vorgeschlagen
worden, einen Ausweichraum für den Dichtungsrand vorzusehen, so daß beim Auftreten
des Fülldrucks die Dichtung im Einspannbereich zusammengedrückt werden kann, bis
die elastischen Rückstellkräfte des gedehnten Scheibenrandes ein weiteres Zusammendrücken
verhindern. Da der Ringabschnitt wegen der kleineren Dicke auch nur kleinere Rückstellkräfte
erzeugt, kann die Dichtung unter sonst gleichen Umständen stärker zusammengepreßt
werden, so daß sich ein großerer Füllspalt im Einspannbereich ergibt. Der Ringabschnitt
kleinerer Dicke nimmt auch weniger Platz ein, so daß ein entsprechend kleinerer
Ausweichraum genügt. Häufig wird überhaupt kein zusätzlicher Ausweichraum benötigt,
weil der im Bereich des Ringabschnitts kleinerer Dicke gegenüber einer gleichmäßig
dicken Dichtscheibe ausgesparte Raum einen Ausweichraum bildet. Schließlich legt
sich ein Ringabschnitt kleinerer Dicke unter dem Einfluß des Füllmediums auch leichter
um, so daß sich auch aus diesem Grund beim Füllen ein geringerer Widerstand ergibt.
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Zweckmäßigerweise ist der Ringabschnitt kleinerer Dicke von der durch
den Fülldruck belasteten Seite der Dichtung versetzt angeordnet. Auf diese Weise
ergibt sich für das aus dem Fiillspalt im Einspannbereich austretende Füllmedium
der größtmögliche Durchflußquerschnitt.
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Ferner sollte die Dichtung zumindest im Einspannbereich und im Ringabschnitt
auf der vom Fülldruck unbelasteten Seite durch eine ebene Fläche begrenzt sein.
Bei dieser Ausgestaltung ist der Ausweichraum, der durch den im Dichtungsbereich
ausgesparten Raum entsteht, am größten.
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Bei Zufuhr des Fülldrucks auf der der Stirnwand zugewandten Seite
der Dichtung kann der Klemmrand außen durch eine Schrägschulter begrenzt sein. Der
dadurch gebildete Raum reicht aus, um den Ringabschnitt geringer Dicke aufzunehmen.
Man kann daher die üblichen Ventilgehäuse verwenden.
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Einen noch größeren Durchtrittsquerschnitt erreicht man, wenn bei
Zufuhr des Fülldrucks auf der der Stirnwand zugewandten Seite der Dichtung das Ventilgehäuse
außerhalb des Klemmrandes eine Stufe aufweist.
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Umgekehrt kann bei Zufuhr des Fülldrucks auf der der Stirnwand abgewandten
Seite der Dichtung in der Stirnwand außerhalb des Klemmrandes eine Ringnut vorgesehen
sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
ein erfindungsgemäßes Ventil, das in der linken Hälfte in der Normalbetriebsstellung
und in der rechten Hälfte in der Filllbetriebsstellung gezeigt ist, Fig. 2 im Querschnitt
eine andere Ausführungsform der Dichtung, Fig. 3 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform
der Dichtung,
Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch eine andere Ausführungsform
des Ventils, Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform des
Ventils und Fig. 6 eine Abwandlung des Ventils nach Fig. 5.
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Ein Ventilgehäuse 1 ist in einem Ventilträger 2, der den oberen Teil
eines eine Druckgaspackung verschließenden Deckels bildet, fest eingesetzt. Dies
geschieht dadurch, daß die Umfangswand 4 des Ventilträgers 2 an mehreren Umfangsstellen
nach innen gerichtete Einbuchtungen 5 aufweist, die unter einen Flansch 6 des Ventilgehäuses
greifen. Hierdurch drückt eine an der Oberseite des Ventilgehäuses 1 ausgebildete
Klemmfläche eines Klemm randes 7 eine Dichtung 8 gegen eine entsprechende Klemmfläche
der Stirnwand 9 des Ventilträgers. Damit ergibt sich ein definierter Einspannbereich
a. Ein hohler Ventilschaft 10 greift durch ein Loch 11 der Dichtung 8. Der innere
Lochumfang liegt an einer Einschnürung 12 des Ventilschafts an, an der sich auch
ein Querloch 13 befindet, das mit dem inneren Hohlraum des Ventilschafts 10 in Verbindung
steht. Auf diesen Ventilschaft kann in üblicher Weise ein Ventilbetätigungskopf
mit Sprühdüse o. dgl. aufgesetzt werden. Der Ventilschaft 10 wird durch eine Feder
14 nach oben gedrückt. Der die Feder aufnehmende Hohlraum 15 steht über einen Kanal
16, der durch einen Stutzen 17 zum Aufsetzen eines Tauchrohres verläuft, mit dem
Innenraum der Druckgaspackung in Verbindung.
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Infolgedessen ergibt sich im Normalbetrieb beim Niederdrücken des
Ventilschafts 10 ein Austrittspfad, der über den Kanal 16, den Hohlraum 15, das
Querloch 13 und den Hohlraum des Ventilschafts 10 nach außen führt.
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Der außerhalb des Klemmrandes 7 befindliche Dichtscheibenrand besteht
aus einem Ringabschnitt 18, der an der Unterseite durch eine ebene Fläche 19 und
an der Oberseite durch eine Konusfläche 20 begrenzt ist. Infolgedessen hat der Ringabschnitt
18 eine
nach außen hin abnehmende Dicke. Diese Dicke ist überall
kleiner als die Dicke der Dichtung im unbelasteten Einspannbereich a.
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Mit dem äußeren Umfang 21 ist die Dichtung an der Umfangswand 4 geführt.
Eine Zylinderwand 22 und eine Ringfläche 23 bilden eine Stufe, die zusammen mit
der Umfangswand 4 und der ebenen Fläche 19 der Dichtung 8 einen ringförmigen Ausweichraum
24 begrenzt.
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Von diesem führen Eitllkanäle 25 längs der Umfangswand 4 nach unten.
Das Füllmedium wird nicht nur durch den Ventilschaft 10, sondern auch durch eine
Füllöffnung 26 in der Stirnwand 9 mittels eines außen aufgesetzten Filllkopfes zugeführt.
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Der Querschnitt der Dichtung 8 ist im Ringabschnitt 18 gegenüber einer
Scheibe gleichmäßiger Dicke um die Hälfte verringert. Dies führt bei üblichen Dichtungen
mit einer Dicke von 1 mm, einem Außendurchmesser von rund 9 mm und einem Klemmrand-Außendurchmesser
von 8,1 mm zu einer Materialeinsparung von 12 bis 16 %.
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Dabei ist von dem beim bisher üblichen Stanzen auftretenden Materialabfall
ganz abgesehen. Daß die kreisrunde Dichtung eine gute Führung vor und während der
Montage erlaubt, wurde bereits erwähnt. Sie ergibt aber außerdem einen sehr raschen
Füllvorgang.
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Beim Füllen drückt der hohe Fülldruck von beispielsweise 40 bis 120
bar die Dichtung im Einspannbereich a zusammen. Hierdurch wird Material der Dichtung
8 nach außen verdrängt. Die dabei auftretende Dehnung führt zu elastischen Riickstellkräften.
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Schließlich ergibt sich ein Gleichgewichtszustand, bei dem die Rückstellkräfte
einer weiteren Zusammendrückung entgegenstehen.
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Die Ausdehnung der Dichtung 8 wird vom Ausweichraum 24 aufgenommen.
Dabei legt sich ein Randteil 27 der Dichtscheibe nach unten um. Infolgedessen ergibt
sich zwischen Dichtung 8 und Stirnwand 9 ein Flillspalt 28 sowie zwischen Randteil
27 und Umfangswand 4 ein Verbindungskanal 29, über den Füllmedium zu den Füllkanälen
25 und weiter in das Behälterinnere strömen kann.
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Da der Scheibenrand aus einem Ringabschnitt 18 kleinerer Dicke besteht,
sind die beim Zusammendrücken auftretenden elastischen Rückstellkräfte vergleichsweise
klein. Infolgedessen ergibt sich eine starke Zusammendrückung und ein entsprechend
großer Füllspalt 28. Darüber hinaus legt sich dieser Ringabschnitt 18 wegen
seiner
geringeren Dicke verhältnismäßig leicht nach unten um, so daß auch der Verbindungskanal
29 relativ groß wird. Bei alledem kann der Ausweichraum 24 kleiner sein als bei
einer Dichtscheibe mit gleichbleibender Dicke, da der Ringabschnitt 18 weniger Material
aufweist. Gleichzeitig legt sich auch noch ein innerer Teil 30 der Dichtung 8 nach
unten um, so daß F'üllmedium auch noch über einen zweiten Pfad 31 in das Behälterinnere
gelangen kann.
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In Fig. 2 ist eine Dichtung 108 dargestellt, bei der ein ttingabschnitt
118 beidseitig durch ebene Ringflächen 119 und 120 begrenzt ist, welche über ie
eine Stufe 132, 133 an den Einspannbereich a der Dichtscheibe 108 anschließen. Dieser
Ringabschnitt 118 ist zur Mittelebene M der Dichtung 108 symmetrisch. Wenn diese
Dichtung 108 anstelle der Dichtung 8 in Fig. 1 verwendet wird, dient der ausgesparte
Raum 134 bereits als Teil des Ausweichraumes 24. Dieser kann daher noch kleiner
ausgeführt werden.
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In Fig. 3 ist eine Dichtscheibe 208 veranschaulicht, deren r1iPfl
Ringabschnitt 218 kleinerer Dicke7zwei Konusflächen 219 und 220 begrenzt ist. Auch
dieser Ringabschnitt ist symmetrisch zur Mittelebene M der Dichtung 208.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden dieselben Bezugszeichen
wie in Fig. 1 verwendet, soweit es sich um gleiche Teile handelt. Bezüglich des
Ventilgehäuses 1 besteht lediglich der Unterschied, daß der Klemmrand 7 an der Außenseite
durch eine Schrägschulter 322 begrenzt ist und daher der verbleibende Ausweichraum
324 kleiner ist. Die Dichtung 308 weist einen Ringabschnitt 318 auf, der auf der
Unterseite eine ebene Fläche 19 besitzt, die glatt in die benachbarte Oberfläche
der Dichtung übergeht, und auf der anderen Seite eine ebene Fläche 320, die mittels
einer Stufe 332 in die Oberfläche der Dichtung übergeht. Außerdem hat die Dichtung
an der Unterseite einige Vorsprünge 335, die an der Innenseite des Klemmrandes 7
anliegen.
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Beim Füllen ergeben sich daher die rechts in Fig. 4 dargestellten
Verhältnisse, aus denen ersichtlich ist, daß ein kleiner
Ausweichraum
324 ausreichend ist, einerseits weil der Ringabschnitt 318 einen kleinen Querschnitt
hat und andererseits, weil sich Dichtungsmaterial auch in den ausgesparten Raum
334 ausdehnen kann. Die Vorsprünge 335 verhindern, daß die Dichtung 308 sich unter
dem Einfluß des durch den Füllspalt 28 strömenden Füllmediums zu weit nach außen
verschiebt, so daß für die Rückstellung in die Ursprungslage definierte Verhältnisse
vorgegeben sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 hat das Ventil einen nachträglich
aufsteckbaren Ventilschaft 410, der fest mit einem angedeuteten Betätigungsknopf
verbunden ist und am unteren Ende Schlitze 413 aufweist. Dieser Ventilschaft 410
ist in einen Ventilkörper 412 gesteckt, an welchem die Feder 14 angreift.
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Bei dieser Konstruktion erfolgt das Füllen mittels einer Füllen nadel
436, die das Füllmedium über Öffnungen 437 in den Raum 15 unterhalb der Dichtung
408 einführt. Die Dichtung hat einen Ringabschnitt 418 verminderter Dicke, der unten
durch eine Konusfläche 419 und oben durch eine ebene Fläche 420 begrenzt ist. Sein
Außenrand liegt an einem Radius 438 des Ventilträgers 2 an. Unterhalb der Konusfläche
419 ergibt sich ein Ausweichraum 424.
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Beim Füllen wird die Dichtung 408 nach oben gegen die Stirnwand 9
gepreßt, dabei zusammengedrückt und gleichzeitig gedehnt.
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Infolgedessen wandert ein Randteil 427, geführt durch den Radius 438
des Ventilträgers 2 nach außen, bis die durch die Dehnung hervorgerufenen elastischen
Rückstellkräfte ein weiteres Zusammendrücken verhindern. Auf diese Weise entsteht
ein verhältnismäßig großer Fülispalt 428, über den Füllmedium den Füllkanälen 25
zugeführt wird. Ein zweiter Teil des Füllmediums gelangt über den Raum 15 und den
Kanal 16 in das Behälterinnere.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 werden dieselben Teile wie in
Fig. 5 benutzt. Unterschieblich ist lediglich, daß in der Stirnwand 9 des Ventilträgers
2 außerhalb des Klemmrandes 7 eine als Ausweichraum dienende Ringnut 439 vorgesehen
ist, in die sich der Randteil 427 besonders leicht ausdehnen kann,
wobei
gleichzeitig der Verbindungsraum zu den Füllkanälen 25 vergrößert wird.
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Vorsprünge, welche den Vorsprüngen 335 entsprechen, können auch an
der Außenseite des Klemmrandes 7 vorgesehen werden. Die Klemmfläche kann auch auf
eine Klemmlinie reduziert werden.
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