DE2609137A1

DE2609137A1 - Selbstschlussarmatur

Info

Publication number: DE2609137A1
Application number: DE19762609137
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl Ing Strangfeld
Original assignee: Rost & Soehne Georg
Current assignee: Rost & Soehne Georg
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1977-09-15
Also published as: FR2343181A1; FR2343181B3

Description

Dr. O. Lon. ~.heck
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Georg Rost & Söhne, Zur Porta 8-12, 4952 Porta Westfalica

Selbstschlußarmatur

Die Erfindung betrifft eine Selbstschlußarmatur mit einem relativ zu einem Ventilsitz bewegbaren, ein mit dem Sitz zusammenwirkendes Dichtelement aufweisenden Schließkörper, wobei eines dieser Teile konisch ausgebildet ist, und einer an den Schließkörper angrenzenden Entlastungskammer, die mit dem Eingangsstutzen der Armatur über eine Ausgleichsdüse in Verbindung steht. Die Abdichtung des Schließkörpers zur Entlastungskammer kann mittels einer Membran oder einer Kolbenmanschette erfolgen. Man spricht dann von Membran- oder von Kolben-Selbstschlußarmaturen.

Bei beiden Ausführungsformen der Selbstschlußarmatur hat es sich herausgestellt, daß insbesondere dann, wenn die Ventilsitze relativ groß sind, im Augenblick der Schließung des Ventils hohe Druckspitzen in der Versorgungsleitung auftreten können, da auf den Schließkörper in der Endphase seiner Schließbewegung in Schließrichtung zusätzliche hydraulische Kräfte angreifen, die darauf gerichtet sind, den SchließkÖrper beschleunigt gegen den Sitz zu drücken. Dies beruht darauf, daß in der Schließphase zwischen dem Eingangsstutzen und dem Entlastungsraum durch die zunehmende Schließung der Ventilöffnung eine relativ hohe Druckdifferenz auftritt, die die Strömung durch die Ausgleichsdüse hindurch in den Entlastungsraum zu verstärken trachtet und somit zu einer solchen Be-

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schleunigung der Schließbewegung des Schließkörpers führt. Um nun diese Schließphase möglichst rückschlagfrei zu halten, hat man die Geometrie zwischen Schließkörper und Ventilsitz so gewählt, daß zum Beispiel durch einen flachen Konus entweder am Ventilsitz oder am Schließkörper die Schließzeit verzögert wird und damit der Rückschlag entscheidend gedämpft wird. Dabei hat es sich dann aber als nachteilig herausgestellt, daß kurz vor Erreichen der Schließstellung der Armatur die für eine Abdichtung erforderlichen, gummielastischen Dichtungselemente, die mit dem Ventilsitz zusammenwirken, durch starke hydraulische Kräfte in Schließrichtung vorfedern und damit dann wieder einen schnellen Ventilschluß bewirken, was dann wieder zu den Rückschlägen in der Versorgungsleitung führt. Die in der Schließphase vorhandenen hydraulischen Kräfte bewirken dabei praktisch ein Herausziehen des Dichtelementes aus seiner aufnehmenden Nut. Es ist bekanntgeworden, dieses Vorfedern durch mechanische Einspannungen zu verhindern. Dies führt aber zu einer starken Einschränkung der Bewegungsfreiheit der Dichtelemente, so daß außerordentliche Toleranzprobleme entstehen oder in manchen Fällen sehr starke Keilkräfte zwischen Schließkörper und Ventilsitz auftreten, die zu einem sehr schnellen Dichtungsverschlexß und zu einem erschwerten Ausheben des Schließkörpers führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Selbstschlußarmatur der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß das Vorfedern des Dichtelementes in der Schließphase auf einfache und die Funktion der Selbstschlußarmatur im übrigen nicht beeinträchtigende Weise verhinfert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht im wensentlichen darin, daß die dem Ventilsitz abgewandte Rückseite des Dichtelementes einen gegenüber der Ventilsitzseite geschlossenen Raum begrenzt, der mit der Entlastungskammer in leitender Verbindung steht.

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Hierdurch ist auf konstruktiv denkbar einfache Weise erreicht, daß die gerade in der Schließphase große Druckdifferenz zwischen dem Eingangsstutzen der Armatur und dem Entlastungsraum auf die Rückseite der Dichtung geleitet wird, wodurch diese während der gesamten Schließphase besonders im kritischen letzten Abschnitt fest in ihrer aufnehmenden Nut gehalten wird. Je größer die Druckdifferenz in der Schließphase wird, umso größer wird auch die hieraus resultierende haltende Kraft für die Dichtung. Außerhalb dieser kritischen Schließphase dagegen behält die Dichtung in vollem Umfang ihre Bewegungsfreiheit. Sämtliche mit einer mechanischen Einspannung verbundenen Nachteile entfallen. Der konstruktive Aufwand, die Druckdifferenz hinter die Rückseite des Dichtelementes zu leiten, ist denkbar gering. Gleichzeitig wird die durch die abzudichtenden Drücke auftretende mechanische Beanspruchung des Dichtelementes verringert.

Weitere besondere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kolben-Selbstschlußarmatur in Form eines Druckspülers in schematisierter Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Dichtungsausgestaltung,

Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der DichtungsausgestAltung,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Membran-Selbstschlußarmatur in schematisierter Schnittdarstellung.

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Die in den Fig. 1 und 4 dargestellten Selbstschlußarmaturen weisen ein Gehäuse 1 auf, das einen Eingangsstutzen 2 und einen Abgangsstutzen 3 hat.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bewegt sich in dem Gehäuse 1 ein Ventilkolben 4, über dem sich eine Entlastungskammer 5 befindet, die über eine Entlastungsleitung 6, in die ein Entlastungsventil 7 eingeschaltet ist, mit dem Abgangsstutzen 3 verbunden ist.

Anstelle des Ventilkolbens 4 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eine Ventilmembran 4' in dem Gehäuse 1 angeordnet. Die Entlastungseinrichtung ist im übrigen genauso wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ausgestaltet.

In beiden Ausgestaltungsfällen steht die Entlastungskammer 5 mit dem Eingangsstutzen 2 über eine Ausgleichsdüse 10 in Verbindung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an seinem unteren Ende in einer Nut 12 ein Dichtungselement in Form einer O-Ringdichtung 8 angeordnet, die außenseitig mit einem Ventilsitz 9, der flach konisch ausgestaltet ist, zusammenwirkt. Die Dichtung 8 wird unter statischer Vorspannung in die Nut 12 eingesetzt und definiert dabei mit ihrer Rückseite, die der Ventilsitzseite abgewandt liegt, zusammen mit den Wandungen der Nut 12 einen Raum 11, der über Bohrungen 13 mit dem offenen Innenraum des Ventilkolbens 4. und damit mit der Entlastungskammer 5 in Verbindung steht.

Ferner sind außenseitig an dem Ventilkolben 4 Stützrippen 14 vorgesehen, die sich auf eine obere Schulter 15 des Ventilsitzes 9 aufsetzen können.

Wird im Betrieb das Entlastungsventil 7 geöffnet, fließt das Wasser aus der Entlastungskammer 5 in den Abgangsstutzen 3 ab, so daß sich aufgrund des sich dann einstellenden Druckver-

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hältnisses der Ventilkolben 4 mit der Dichtung 8 vom Ventilsitz 9 abhebt und bei geöffnetem Ventil die Strömung aus dem Eingangsstutzen 2 in den Abgangsstutzen 3 erfolgt. Nach Schließen des Entlastungsventils 7 wird der Ventilkolben 4 durch angreifende Strömungskräfte und eventuell eine zusätzliche Druckfeder wieder in Schließrichtung bewegt. Es ist dabei darauf zu verweisen, daß die Kolbenfläche des Ventilkolbens 4, die sich der Entlastungskammer 5 darbietet, größer ist als die Querschnittsfläche des Ventilsitzes 9. Die Schließbewegung des Ventilkolbens 4 erfolgt dabei verzögert, da die Ausgleichsdüse 10 nur ein langsames Auffüllen der Entlastungskammer 5 zuläßt.

In der Schließphase bildet sich infolge der sich schließenden Ventilöffnung eine zunehmend hohe Druckdifferenz zwischen dem Eingangsstutzen 2 und der Entlastungskammer 5 aus und es treten hydraulische Kräfte auf, die die Dichtung 8 aus der Nut 12 herausziehen wollen, praktisch in Art eines Vorfederns gegen den Ventilsitz 9. Die mit zunehmender Schließung größer werdende Druckdifferenz ist nunmehr aber durch die Bohrungen 13 in den Raum 11 auf die Rückseite der Dichtung 8 geleitet. Die Druckdifferenz bewirkt somit ein Festhalten der Dichtung 8 in der Nut 12, und zwar umso stärker, je höher die Druckdifferenz wird. In der Schließphase wird also die Dichtung 8 besonders fest in der Nut 12 gehalten und es kommt zu dem gewünschten rückschlagfreien Schließen der Armatur.

Der Durchfluß durch die Armatur ist beendet, wenn die Dichtung 8 am Ventilsitz 9 zur Anlage kommt. Die Stützrippen 14 verhindern dabei ein zu tiefes Eintauchen in den konischen Ventilsitz 9, so daß in vorteilhafter Weise die Pressung der Dichtung 8 begrenzt bleibt. Nach Aufsetzen der Stützrippen baut sich in der Entlastungskammer 5 über die Ausgleichsdüse 10 ebenfalls der volle Druck auf, so daß nunmehr die Dichtung 8 zusätzlich auch noch hydraulisch gegen den Ventilsitz 9

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gedrückt wird. In dieser Phase bewirken somit die Bohrungen 13 eine besonders gute Andrückung an den Ventilsitz. Diese hydraulische Pressung tritt aber erst nach der Gleitbewegung der Dichtung auf, so daß der Verschleiß der Dichtung 8 minimal bleibt.

Wenn durch Betätigung des Entlastungsventils 7 der Ventilkolben 4 abhebt, herrschen in der Armatur ähnliche Druckverhältnisse wie beim SchließVorgang, so daß auch in dieser Betriebsphase die Dichtung 8 hydraulisch sicher in der Nut 12 gehalten wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen vorteilhafte weitere Ausgestaltungen möglicher Dichtungselemente. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die einfache O-Ringdichtung 8 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 durch zwei im Durchmesser unterschiedliche Dichtungsringe 8a und 8b ersetzt, die aufeinanderl.iegen und sich bei entsprechender hydraulischer Beanspruchung gegeneinander in der Nut 12 verspannen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Dichtungsringe 8a und 8b auch über längere Zeit hinaus ohne statische Vorspannung in axialer Richtung in der Nut 12 dichtend anliegen. Das Erfordernis einer statischen Vorspannung erschwert nämlich die Montage des Dichtelementes und läßt im Laufe der Zeit durch die Alterung des gummielastischen Materials auch etwas nach.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist als Dichtelement ein Formring 8¹ aus gummielastischem Material vorgesehen, der eine Dichtkante 16 aufweist, die die eigentliche Ventilabsperrung bildet, und der eine obere Lippe 17 hat, die an der oberen Flanke der Nut 12 für die erforderliche Abdichtung insbesondere während der Schließ- und Öffnungsphasen des Ventils sorgt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels läßt sich besonders gut ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zeigen. Es ist nämlich nunmehr die Dichtungspressung auch bei größeren Ventilsitzen nur noch abhängig

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von der Art der Dichtungsausführung, nicht mehr jedoch von einem eventuell ungünstigen Verhältnis von Ventilsitzfläche zu Ventilsitzumfang. Tatsächlich angepreßt an den Ventilsitz 9 wird nämlich in jedem Fall nur noch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 beispielsweise der Dichtungsabschnitt, der sich zwischen der Dichtkante 16 und dem unteren, auf der unteren Flanke der Nut 12 aufsitzenden Teil des Formringes 8· erstreckt. Man kann diese Strecke dann den jeweiligen Anforderungen entsprechend groß oder klein gestalten. Die Größe dieser Fläche ist jedoch völlig unabhängig von der Größe des Si tzdurchmessers.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat die Ventilmembran 4¹ eine in dem Gehäuse 1 fest eingespannte Schulter 18. In die Ventilmembran 4· ist ein Kolbenstück 19 eingesetzt. Außerdem weist sie im Bereich des Ventilsitzes 9· eine in das Kolbenstück 19 einknöpfbare, das Dichtelement bildende Verstärkung 8" auf. Das von dieser Verstärkung gebildete Dichtelement 8" wirkt außenseitig mit dem Ventilsitz 9¹ zusammen und definiert mit der Nut 12· des Kolbenstückes 19 wieder den rückseitigen Raum 11, der über die Bohrungen 13 mit der Entlastungskammer verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Kolbenstück 19 unterseitig Stützrippen 14· auf, die mit einer Schulter 15· im unteren Bereich des Ventilsitzes 9' zusammenwirken. Die Funktion dieser Selbstschlußarmatur entspricht derjenigen nach Fig. 1.

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Claims

Paten tansprüche

1. ■'Selbstschlußarmatur, mit einem relativ zu einem Ventilsitz

bewegbaren, ein mit dem Sitz zusammenwirkendes Dichtelement aufweisenden Schließkörper, wobei eines dieser Teile konisch ausgebildet ist, und einer an den Schließkörper angrenzenden Entlastungskammer, die mit dem Eingangsstutzen der Armatur über eine Ausgleichsdüse in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilsitz (9,9·) abgewandte Rückseite des Dichtelementes (8,8',8",8a,8b) einen gegenüber der Ventilsitzseite geschlossenen Raum (11) begrenzt, der mit der Entlastungskammer (5) in leitender Verbindung steht.

2. Selbstschlußarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schließkörper (4,4·) Stützrippen (14,14·) vorgesehen sind, für die am Ventilsitz (9,9·) als Anschlag eine Schulter (15,15·) vorgesehen ist.

3. Selbstschlußarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Ventilkolbens (4) eines Kolbenventils in einer Nut (12) eine O-Ringdichtung (8) eingesetzt ist, die rückseitig mit dem Nutgrund den gegenüber der Ventilsitzseite geschlossenen Raum (11) bildet, der durch Bohrungen (13) mit dem freien Innenraum des Kolbens (4) und damit mit der Entlastungskammer (5) verbunden ist.

4. Selbstschlußarmatur nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nut (12) zwei Dichtringe (8a und 8b) dichtend eingesetzt sind.

5. Selbstschlußarmatur nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nut (12) eine Formringdichtung (8·) eingesetzt ist, die eine auf den Ventilsitz (8) weisende Dichtkante (16) hat und die mit einer Dichtlippe (17) versehen ist, die an der Seitenwand der Nut (12) anliegt.

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6. Selbstschlußarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmembran (4¹) an ihrem unteren Ende als Dichtung eine in ein Kolbenstück (19) einknöpfbare Verstärkung (8") aufweist, die mit einer Nut (12·) des Kolbenstückes (19) den gegenüber der Ventilsitzseite geschlossenen Raum (11) definiert, der über Bohrungen (13) mit dem freien Innenraum des Membranventils (4¹) und über diesen mit der Entlastungskammer (5) in leitender Verbindung steht.

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