DE2813129A1

DE2813129A1 - Ventil

Info

Publication number: DE2813129A1
Application number: DE19782813129
Authority: DE
Inventors: Mitsumasa Ishizuka; Makoto Kawai
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-25
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS5741630B2; US4215846A; DE2813129C2; JPS53122937A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Bei einem aus der DE-OS 16 75 549 bekanntgewordenen Ventil ist ein Ventilverschlußstück um eine zur Ventilgehäuseachse quergerichteten und zu dieser versetzt angeordneten Achse schwenkbar angeordnet. Das Verschlußstück weist einen Schließteil mit sphärischer Fläche auf, mit welcher es an einer entsprechenden Sitzfläche im Ventilgehäuse zur Anlage gelangt. Der Schließteil des Verschlußstückes ist über einen elastischen Arm an der genannten quergerichteten Achse gelagert. Der elastische Arm gestattet einen Toleranzausgleich zwischen dem Ventilsitz und dem Verschlußstück und, dadurch bedingt, eine gute Schließfunktion des Ventils. Der elastische Arm des Ventilverschlußstückes bei dem bekannten Regelventil hat sich insofern als nachteilig erwiesen, als diese Elastizität nur durch eine Schwächungsstelle erzielt werden kann, die bei häufigem Arbeitsspiel die Gefahr einer Bruchstelle in sich birgt und zudem fertigungstechnisch schwer herzustellen ist. Weiterhin wirkt der Mediumsdruck der Dichtwirkung des elastischen Armes entgegen, so daß das Ventilverschlußstück vom Ventilsitz weggedrückt werden kann.

Zur Verbesserung dieses bekannten Ventils wurden Maßnahmen im Bereich des Ventilsitzes vorgeschlagen, die auf eine elastische Ausbildung des Ventilsitzes hinauslaufen. So ist durch die DE-PS 23 55 773 ein Regelventil bekanntgeworden, bei dem ein Ventilsitzring als elastisch nachgiebige Balgmembran ausgebildet ist. Bei einer derartigen Anordnung müssen Mittel vorgesehen sein, um den durch das Ventilverschlußstück, hervorgerufenen Verschiebeweg der elastisch nachgiebigen Balgmembran zu begrenzen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß bei der Zustellbewegung des Ventilverschlußstückes die Sitzphase der Balgmembran verformt wird und daß das unter hohem Druck durchfließende Medium an der relativ dünnen Balgmembran eine Erosionswirkung hervorruft.

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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung/ ausgehend von dem vorstehend erwähnten Ventil ein Ventil zu schaffen, bei dem eine Elastizität im Bereich des Ventilsitzes erzielt wird, ohne daß die eigentliche Sitzphase eine Verformung oder eine Erosion erleidet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig..1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ventilsitz zur Veranschaulichung der Stellen, an denen Dehnungs-r meßelemente angeordnet sind;

Fig. 4a eine Darstellung der Meßergebnisse für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2;

Fig. 4b eine Darstellung der Meßergebnisse für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1;

Fig. 4c eine Darstellung der Meßergebnisse für ein dazwischenliegendes Beispiel;

Fig. 5 die Darstellung eines vollständigen Regelventils;

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils; und

Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils.

Gemäß Fig. 1 weist ein Ventilsitz einen ringförmigen Basisteil 1 für den Einbau und einen starren ringförmigen Sitzteil 2 auf, der koaxial zu dem Basisteil ausgerichtet ist und einen vorgegebenen Abstand von diesem aufweist. Der

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Basis- und der Sitzteil sind miteinander über einen nachgiebigen Zwischenteil 3 verbunden, der eine Trichterform aufweist, wobei sich der geringere Durchmesser des Trichters in der Nähe des Basisteiles 1 befindet. Bei diesem Ventilsitz wird bei einer Rotation der Welle 4 im durch den Pfeil angedeuteten Gegenuhrzeigersinn das VentilverSchlußstück 5 gegen den Ventilsitz bewegt. Wenn das Ventilverschlußstück 5 mit dem Ventilsitz in Eingriff gelangt, so kann der Sitzteil 2 auf Grund der Elastizität des Zwischenteiles 3 durch die exzentrische Bewegung des Ventilverschlußstückes 5 verschoben werden. Da der Sitzteil 2 durch einen starren Körper mit ausreichender Materialdicke gebildet wird, Jcann die kreisförmige Sitzphase des Ventilsitzes nicht verändert werden, so daß ein dichter Abschluß mit der spährischen Oberfläche des Ventilverschlußstückes 5 hergestellt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist ein Ventilsitz 20 wiederum einen ringförmigen Basisteil 21, einen ringförmigen Sitzteil 22 und einen beide Teile miteinander verbindenden Zwischenteil 23 auf. Der Basisteil 21 dient auf Grund seiner Ausbildung der Installierung in einem Ventilgehäuse, was noch später erläutert wird. Der ringförmige Sitzteil 22 ist koaxial zu dem ßasisteil 21 angeordnet und weist einen gewissen Abstand von diesem auf. Der Zwischenteil 23 besitzt die Form eines Trichters und besteht aus nachgiebigem Material, über das der Basisteil 21 mit dem Sitzteil 22 verbunden wird. In dem dargestellten Beispiel ,.verjüngt sich das trichterförmige Zwischenstück 23 vom Basisteil 21 in Richtung auf den Sitzteil 22. Die durch den Trichter gebildete Spitze, d. h. der Punkt P befindet sich näher an dem Ventilsitz 20 als der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Oberfläche 31 des Ventilverschlußstückes 30. Bei einem solchen Aufbau sind bei einer Rotation der Welle 40 die auf den Ventilsitz einwirkenden Druckkomponenten F und F. in Richtung der Trichterwand gerichtet, so daß der Trichter in Richtung der zentralen Achse keine Verformung erfährt. Durch

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die relative Steifigkeit in dieser Richtung ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hier die Schließstellung des Ventils sehr genau definiert. Es tritt keine gleitende und reibende Bewegung auf, wodurch die Regelbarkeit des Ventils sehr gut wird.

Zur Analysierung der Ventilfunktion wurden auf der Innenseite des nachgiebigen Zwischenwandteiles 23 acht Dehnungsmeßstreifen A, B, C ..., G und H an gleich weit voneinander entfernten Punkten entlang dem Umfang des Wandteiles angeordnet, und es wurde der Grad der Beanspruchung, hervorgerufen durch die axiale Bewegung des Ventilverschlußstückes, bei verschiedenen Winkeln der Rotationsachse 50 aufgetragen. Die gleiche Analyse wurde hinsichtlich verschiedener Ausbildungen des Ventilsitzes ausgeführt» Folgende drei Arten von Ventilsitzen wurden als typische Beispiele untersucht:

a) Der Ventilsitz, bei dem der Punkt P sich näher an dem Ventilsitz 20 als der Punkt 0 befindet, was dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht.

b) Der Ventilsitz, bei dem der geringere Durchmesser des Zwischenteiles 3 bei dem Basisteil 1 liegt, was dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 entspricht.

c) Ein Ventilsitz, bei dem der geringere Durchmesser des Zwischenstückes sich an dem Sitzteil befindet, wobei jedoch der Punkt P weiter von dem Ventilsitz als der Punkt 0 entfernt ist.

Das Ergebnis der Untersuchungen dieser verschiedenen Ventilarten ist in Fig. 4 dargestellt und kann wie folgt erläutert werden:

Aus Fig. 4a ist erkennbar, daß der Zwischenwandteil des Ventilsitzes von der erhöhten Beanspruchung im gleichen Maße entlastet wird wie die Abdichtkraft bei einer Rotation der Rotationsachse im Öffnungssinne vermindert wird. Aus Fig. 4b ist hingegen ersichtlich, daß an vielen Punkten die Beanspruchung trotz der

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Veränderung der Abdichtkraft nahezu unverändert bleibt, was insbesondere hinsichtlich der Teile X, Y und Z zutrifft. Diese Art der Beanspruchung läßt auf ein gewisses Klemmen zwischen Ventilverschlußstück und Ventilsitz schließen. Aus der Kreuzung der aufgezeichneten Linien kann ferner geschlossen werden, daß die Art der auftretenden Beanspruchung sehr kompliziert ist, wobei teilweise trotz einer Abnahme der Abdichtkraft die Beanspruchung erhöht wird. Dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4c kann die gleiche Tendenz entnommen werden, obgleich diese nicht so ausgeprägt wie im Falle der Fig. 4b ist.

Aus dem Vergleich dieser graphischen Darstellungen kann folgendes entnommen werden. Wenn die Verformung des Zwischenwandteiles so erfolgt, daß das Innere der Wand zusammengedrückt wird, wobei mit anderen Worten die Wand nach außen erweitert wird, so wird die Art der Beanspruchung kompliziert und ruft einen unerwünschten Zustand hervor. Wenn im Gegensatz hierzu die Wand des Zwischenteiles so verformt wird, daß die Innenwand gedehnt wird, so tritt eine normale Beanspruchung auf, wobei ein Klemmen zwischen Ventilverschlußstück und Ventilsitz vermieden wird.

Bei entsprechender Wahl des Ventils ist es unwichtig, welcher Teil des Ventilsitzes zuerst mit dem Ventilverschlußstück in Berührung kommt oder wie die umgekehrte Bewegung des Ventilverschlußstückes ausgeführt wird, insbesondere ob diese umgekehrte Bewegung im Hinblick auf den ersten Kontaktpunkt schwenkend oder gleitend erfolgt. Von Bedeutung ist die Richtung, in der die Wand des Zwischenstückes verformt wird, wenn eine Druckkomponente auf Grund der Bewegung des Ventilverschlußstückes auftritt.

Gemäß Fig. 5 ist ein vollständiges Ventil dargestellt, wobei ein Ventilgehäuse 10 eine Durchflußbohrung 11 aufweist. Der Ventilsitz 20 ist in der Nähe des einen Endes der Durchflußbohrung 11 angeordnet. Ein Stützring 12 fixiert den Ventilsitz 20 in der Bohrung 11 des Ventilgehäuses 10. Das Ventil-

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verschlußstück 30 mit seiner sphärischen Oberfläche 31 dient dem Abschluß des Ventilsitzes 20, und es besitzt sich «eitwärts erstreckende Arme 32, wobei die Drehwelle 40 mit einem Ende des Armes 32 über einen Stift 41 verbunden ist. Ein in dem Gehäuse 10 angeordneter Bolzen 42 wirkt mit dem anderen Ende des Armes 32 zusammen. Die Drehwelle 40 ist in einer Führungshülse 50 gelagert. Ferner erstreckt sich die Drehwelle 40 durch eine Abdichteinrichtung 60, die eine weitere Hülse 61, Packungen 62, eine Gruppe von Tellerfedern 63, Packungen 64 und eine Stopfbüchse 65 aufweist, wobei diese Teile in dem Raum zwischen der Drehwelle 40 und einer das Gehäuse des Ventils durchsetzenden Bohrung 13 übereinander angeordnet sind. Die Abdichteinrichtung 60 ist über einen Packungsflansch 70 und Muttern 71 verspannt. Der nachgiebige Wandteil des Zwischenstücks des Ventilsitzes 20 ist mit einer geeigneten Stärke zu versehen, um dem Fluiddruck bei geschlossenem Ventil standzuhalten.

Gemäß Fig. 6 ist die Wand des Zwischenteiles 123 des Ventilsitzes 120 gebogen, wobei sich der Innendurchmesser in Richtung auf das Ventilverschlußstück 30 verjüngt. Bei diesem Aufbau wird die Wand des Zwischenteiles 123 beim Auftritt der Druckkomponenten F und F. senkrecht zu der sphärischen Fläche 31 so verformt, daß die Biegung der Wand verringert wird. Bei einer Einwirkung des Ventilverschlußstückes 30 wird der Wandteil des Zwischenteiles 123 des Ventilsitzes so verformt, daß die Innenseite in axialer Richtung gestreckt wird, wodurch das Problem des Klemmens des VentilverschlußStückes mit dem Ventilsitz vermieden wird.

Gemäß Fig. 7 befindet sich der kleinere Durchmesser des Wandteiles des Zwischenstückes 223 des Ventilsitzes an dem Basisteil 221. Die Fläche des Ventilsitzes, die direkt die von dem Ventilverschlußstück 30 ausgeübte Kraft aufnimmt, weist jedoch einen beträchtlichen Abstand von der zentralen Achse des Ventilsitzes auf. Dementsprechend verläuft die Wand des Zwischenteiles 223 winkelig. Der Knickpunkt s ragt wesentlich nach innen, um

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den Innendurchmesser des Ventilsitzes zu verjüngen, so daß bei einer Verformung des Zwischenteiles 223, dessen Innenwand gestreckt v;ird, wie dies auch in Fig. 6 der Fall war.

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Claims

YAMATAKE-EONEYWELI, CO. LTD. 23.

Tokio, Japan 9803924 Ge

Ventil

Patentansprüche;

Ventil, insbesondere Regulierventil, mit einem in einem
rohrförmigen Gehäuse mittels einer senkrecht zur Gehäuseachse und versetzt gegenüber dieser angeordneten Betätigungswelle schwenkbaren und bei der Schließbewegung gegen die Strömungsrichtung an einen Ventilsita preßbaren, scheibenförmigen Ventilverschlußstück mit sphärisch gekrümmter Dichtungsfläche, wobei der Ventilsitz nachgiebig ausgebildet ist und einen fest eingespannten Easisteil und
einen Sitzteil aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Basisteil (1,21,121,221) und Sitzteil (2,22,122,222) ein nachgiebiger Zwischenteil (3,23,123,223) angeordnet ist, und daß der Sitzteii (2,22, 122,222) starr und unverformbar ausgebildet ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch einen im wesentlichen trichterförmigen Zwischenteil (3,23,123,223) mit gegenüber dem Basis- und Sitzteil verringerter Wandstärke.

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3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich der trichterförmige Zwischenteil (23,123) vom Basisteil (21, 121) zum Sitzteil (22„122) hin verjüngt.
4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich der trichterförmige Zwischenteil (3,223) vom Basisteil (1,221) zum Sitzteil (2,222) hin erweitert.
5. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine gerade Wand des trichterförmigen Teiles (3,23).
6. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine gebogene Wand des trichterförmigen Teiles (123).
7. Ventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen solchen öffnungswinkel ( ) des trichterförmigen Teiles (23), daß die von dem Verschlußstück (30) auf den Sitzteil (22) ausgeübten Kräfte (F .F. ) mit diesem

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Winkel im wesentlichen zusammenfallen.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Mantellinie des trichterförmigen Teiles (23) vorgegebene Schnittpunkt (P) näher an dem Ventilsitz (20) liegt als der Krümmungsmittelpunkt (O) des sphärischen Verschlußstückes (30).

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