DE2938315A1

DE2938315A1 - Absperr- und regelventil mit konischem dichtelement

Info

Publication number: DE2938315A1
Application number: DE19792938315
Authority: DE
Inventors: Werner Hunziker
Original assignee: KWC AG
Current assignee: Franke Technology and Trademark Ltd
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2938315C2; FR2439918B1; FR2439918A1; CH633086A5

Description

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Dlpl.-Ino. H. eohmltt - 2938315

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Absperr- und Regelventil mit konischem Dichtelement

Gegenstand der Erfindung 1st ein Abaperr- und Regelventil mit konischem Dichtelement, das am freien Ende der Ventilspindel befestigt ist und dessen gummielastischer Dichtungsteil zwischen einem unteren starren Führungsteil und einer oberen Federscheibe angeordnet ist.

Bei einer bekannten Ausführungsform eines solchen Ventils ist die Federscheibe als Im entspannten Zustand ebene Metallscheibe ausgebildet, die beim Schliessen des Ventils durch eine Kegelstumpffläche am unteren Spindelende radial innen derart axial belastet wird, dass sie, sich der Kegelstumpffläche anpassend, konkav elastisch deformiert. Insbesondere dann, wenn, wie bei der genannten bekannten Ausführung, die Federscheibe auf ihrer ganzen Fläche ausschliesslich auf dem gummielastischen Dichtungsteil aufliegt, wird die Federscheibe beim Schliessen des Ventils bis zum Anliegen an der konischen Sitzfläche (unter des gummielastischen Dichtungsteils) praktisch undeformiert nach unten bewegt. Erst auf dem letzten Abschnitt des Schliessweges wird die metallische Federscheibe konkav deformiert, wodurch ihr Auseendurchmesser zwangsläufig etwas kleiner wird, was ein entsprechendes Abheben von der Sitzfläche und entsprechend axial tieferes Eindringen der Federscheibe bis zum Wiederanliegen an der Sitzfläche zur Folge hat. Beim plötzlichen Entlasten der Federscheibe (Oeffnen des Ventils) kann dies dazu führen, dass die sich im Durchmesser wieder zu vergrössern suchende Federscheibe sich an der Sitzfläche festklemmt. Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Zu diesem

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Zweck 1st das erfindungsgemässe Absperr- und Regelventil dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe Im entspannten Zustand um einen vorbestimmten Konuswinkel gewölbt 1st und mit Ihrer Konkavseite auf einer entsprechend konischen Oberfläche des Dlchttungstells aufliegt, während der am Spindelende angeordnete Druckkörper mit dem radial inneren Randbereich seiner Unterseite auf der Konvexseite der Federscheibe aufliegt.

Dank dieser Ausbildung wird die konische Federscheibe beim Schllessen des Ventils im Sinne einer Wölbungsverminderung deformiert und dadurch im Durchmesser etwas grosser; dies beschleunigt einerseits den SchliessVorgang und gewährleistet ein festes Anliegen der Scheibe an der Sitzfläche, was besonders im letzten Abschnitt des Schliesshubes ein Flattern der Federscheibe verhindert, während anderseits beim Oeffnen des Ventils das Entspannen der Federscheibe zu einer Durchmesserverminderung dieser Scheibe führt, sodass ein Verklemmen praktisch unmöglich ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Konizität der Federscheibe so mit dem relativ kleinen Schliesshub des Ventils abzustimmen, dass bei geschlossenem Ventil die Federscheibe Immer noch um einen bestimmten Winkel gewölbt, also nicht eben ist·

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ausserdem dfeFederscheibe mit ihrem radial inneren Rand auf einer Schulter der das Dichtelement an der Spindel fixierenden Schraube abgestützt, sodass dieser innere Scheibenrand dauernd zwischen Schraube und Druckkörper eingespannt und somit mit diesen Elementen bewegungsverbunden ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; darin zeigt:

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Flg. 1 im Axialschnitt ein erstes Beispiel, Flg. 2 im Axialschnitt eine Variante zu Flg. 1, und Flg. 3 im Axialschnitt ein zweites Beispiel.

Das in Fig. 1 gezeigte Abeperr- und Regelventil besitzt eine in nicht gezeichneter Weise geradgeführte und mittels Gewinde axial auf- und abbewegbare Spindel 1, die an ihrem unteren Ende ein konisches Dichtelement 2 trägt, das mit einem eine entsprechend konische Kegelfläche aufweisenden Ventilsitz 3 zusammenwirkt. Das Dichttement 2 ist auf den abgesetzten Schaft einer von unten her in die Spindel 1 eingeschraubten Kopfschraube 4 aufgeschoben. Es besteht aus einem am Schraubenkopf abgestützten metallischen Führungskörper 5, einem Dichtungsteil 6 aus gummielastischem Material und einer mit ihrer Konkavseite auf der entsprechend kegelstumpfförmlgen Oberseite des Dichtungsteils 6 aufliegenden metallischen Federscheibe Infolge konkav gewölbter Hantellinie des Dichtungsteils 6 ist die im übrigen der Konizität des Ventilsitzes 3 entsprechend konische Mantelfläche des Dichtelementes 2 im Bereich des Dichtungsteils 6 leicht eingezogen. Der radial einwärts über den Innenrand des Djdvtungsteils 6 vorspringende Innenrand der Federscheibe 7 liegt auf der durch die Schaftabsetzung geschaffenen Schulter 4a der Schraube 4 auf, während anderseits auf der konvexen Oberseite des Innenrandes der Federscheibe 7 der Innenrand der Konkavseite eines Druckringes 8 aufliegt, der unter Zwischenlage einer Ausgleichsscheibe 9 am unteren Spindelende angeordnet ist. Im in Fig. 1 ersichtlichen, entspannten Zustand beträgt, im Axialschnitt gesehen, der Wölbungswinkel OC der Federscheibe 7 zur Radialebene des Ventils zweckmässig etwa 7°, während der entsprechende Winkel β der konkaven Unterseite des Druckkörpers 8 etwa 3° beträgt.

In Fig. 1 ist das Dichtelement 2 in seiner noch spannungsfreien Schliesslage gezeichnet, d.h. der Führungskörper 5 des Dichtelementes hat seine Schliesslage im Ventilsitz 3 bereits

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erreicht, während die Teile 6, 7 noch nicht unter Spannung stehen. Wird nun die Spindel 1 zur Erzeugung des Schliessdruckes noch geringfügig nach unten bewegt, so bewegt sich, bei stillstehenden Führungskörper 5, auch der Druckkörper 8 und die Schraube 4 nach unten. Dadurch wird auch der Innenrand der sich mit ihrem Aussenrand am Ventilsitz 3 abstützenden Federscheibe 7 unter entsprechender Wölbungsverminderung der Scheibe soweit nach unten gedrückt, bis die ganze konkave Unterseite des Druckkörpers 8 auf der Federscheibe 7 aufliegt. Dies hat eine entsprechende Deformation des Dichtungsteils 6 zur Folge, der infolge axialer Kompression radial nach aussen gegen den Ventilsitz 3 gepresst wird. Der durch die geringfügige Durchmesservergrösserung der Federscheibe 7 erhöhte Anpressdruck der Federscheibe an den Ventilsitz einerseits und die immer noch vorhandene Koribität der Federscheibe 7 anderseits wirken dabei einem Austreten von Material des Dichtungsteils 6 im Bereich der Federscheibe 7 nach oben entgegen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass trotz der üblichen, zweckmässig auch hier vorgesehenen festen Verbindung, z.B. durch Vulkanisation des Dichtungsteils 6 mit dem FUhrungskörper 5 und der Federscheibe 7, Dichtungsmaterial am Aussenrand der Federscheibe herausgepresst wird, wenn, wie bei den bekannten Ausführungen, der Aussendurchmesser der Federscheibe sich unter dem Schliessdruck etwas vermindert, während gleichzeitig die Unterseite der ursprünglich ebenen Federscheibe konvex deformiert wird. Ein solcher Materialaustritt führt duroh Quetsch- und Scherwirkung leicht zur örtlichen Zerstörung des Dichtungsteils.

Beim Zurückbewegen der Spindel 1 im Sinne des Oeffnens des Ventile wird der zwischen Schraubenrad 4a und Drückkörper 8 eingespannte Innenrand der Federscheibe 7 unter gleichzeitiger Entspannung der Federscheibe 7 und des Dichtungsteils 6 zwangsläufig mitgenommen. Damit ist eine automatische Rückstellung der Ventilteile aus ihrer Spannungslage in die entspannte Ruhelage jederzeit gewährleistet, und zwar auch dann, wenn

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nach längerem Gebrauch der Dichtungsteil 6 etwas an Eigenelastizität verliert.

Beim vorangehend beschriebenen Beispiel steht die Umfangsfläche der Federscheibe 7 senkrecht zur konkaven bzw. konvexen Stirnfläche der Scheibe. Der Kegelwinkel dieser Umfangsflache ist damit, wie aus Fig. 1 ersichtlich, etwas grosser als jener des Ventilsitzes 3. Dies kann in gewissen Fällen dazu führen, dass sich die dem Dichtungsteil 6 zugekehrte, meist scharfe Auseenkante 7a der Federscheibe 7 beim Spannen der letzteren zu stark gegen die Sitzfläche presst, was zu unerwünschten Markierungen in dieser Fläche führen kann. Dies kann durch leichtes Brechen dieser Aussenkante der Federscheibe 7 vermieden werden. Eine andere, vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, den Kegelwinkel der Umfangsfläche der Federscheibe grosser zu wählen als jenen des Ventilsitzes. Eine solche Variante ist in Fig. 2 gezeigt. Die Federscheibe 17 des im übrigen analog dem Beispiel nach Fig. 1 ausgebildeten Absperr- und Regelventils nach Flg. 2 liegt in ihrer entspannten Schliesslage nicht mit ihrer dem Dichtungsteil 6 benachbarten, sondern mit ihrer freien oberen Aussenkante 17a gegen die Sitzfläche an. Dabei ist darauf zu achten, dass der Kegelwinkel der Scheibenumfangsfläche im gespannten Zustand der Federscheibe 17 mindestens gleich, zweckmässig aber noch etwas grosser ist als der Kegelwinkel der Sitzfläche. Damit ist auch in diesem Fall ein einwandfreies Abrollen dieser Dichtungskante beim Spannen und Entspannen der Federscheibe 17 auf der Ventilsitzfläche gewährleistet. Selbstverständlich kann auch hier diese Dichtungskante 17a leicht gebrochen sein.

Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 3 gezeigt. In diesem Fall ist das untere Ende der Spindel 21 als Druckkörper ausgebildet und besitzt zu diesem Zweck eine Druckschalter 26, die gegen den Innenrand der oberen Konvexseite derFederscheibe 27 des Dichtelementes 22 anliegt. Das zwischen Druckschulter 28 und

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Kopf der Befestigungsschraube 24 liegende konische Dichtelement 22 besitzt auch hler ausser der genannten Federscheibe 27 einen metallischen FUhrungskörper 25 und einen die Endpartie 21a der Spindel 21 umschliessenden Dichtungsteil 26 aus gummielastischem Material, der zweckmässig, z.B. durch Vulkanisation, mit der Federscheibe 27 und dem Führungskörper 25 fest verbunden ist. Im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Ausführungen ist hler die Federscheibe 27 ausschliesslich auf dem Dichtungsteil 26 abgestützt; sie kann somit nicht, wie bei den vorangehenden Beispielen, durch axial starre Verbindung mit der Spindel die zwangsläufige Rückführung der deformierten Teile in ihre Ruhelage übernehmen.Dagegen ist im vorliegenden Fall zwischen einem Innenflansch 25a des FUhrungskörpers 25 und der Endpartie 21a der Spindel 21 auf dem Schraubenschaft eine Schraubenfeder 30 angeordnet. Die dem Aussendurchmesser des Spindelteils 21a angepasste Bohrung des Druckkörpers 25 ist zur Aufnahme dieser Feder 3o etwas verengt, wobei die so geschaffene Innenschulter 25b der Spindel 21 genügend Hubweg lässt, um die auch hier nur wenige, z.B. wie bei den vorangehenden Beispielen etwa 4° °^βΐΓβ~ gende Wölbungsverminderung der Federscheibe 27 beim Schliessen des Ventils zu gestatten. Die Feder 30 gewährleistet ihrerseits, dass das aus den Teilen 25, 26, 27 gebildete Dichtelement 22 in Offenlage des Ventils stets die durch Anschlag am Schraubenkopf festgelegte Ausgangslage einnimmt. Diese Lagesicherung durch die Feder 30 gewährleistet auch, dass z.B. durch Alterung eventuell auftretendes geringfügiges Schrumpfen des Dichtungsteils 26 den FUhrungskörper 25 bei noch nicht komprimiertem Dichtungsteil nicht vom Sitz anzuheben vermag, d.h. der FUhrungskörper 25 wird schon zu Beginn des Schllessens einwandfrei gegen den Sitz gepresst.

Es versteht sich, dass auch bei diesem Beispiel die bezüglich Formgebung und Deformation der Federscheibe bei den vorangehend beschriebenen Ausführungen nach Fig. 1 und 2 gemachten Angaben Gültigkeit haben. Es hat sich im übrigen gezeigt, dass eine im

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vorstehenden Sinne vorgewölbte Federscheibe, deren Wölbung beim Spannen um wenige Grade vermindert wird, eine grössere Lebensdauer als eine ebene Federscheibe, die beim Spannen um die gleiche Gradzahl gewölbt werden muss, zeigt.

Die beschriebenen Ventile eignen sich besonders für Sanitärinstallationen? sie sind wenig störanfällig, geräuscharm und dichten auch nach vielfacher Betätigung noch einwandfrei.

(W. Maucher) 'Patentanwalt

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Claims

Patentanwälte M 7 9 445

Dlpl.-lng. H. Schmitt

Dipl.-ing. W. Meuoher

Drelkflnlgatraße 13 -, λ -,-.*■»♦ r·

Freiburg L Br. 2 S J 8

Aktiengesellschaft Karrer, Weber & Cie Unterkulm

PATENTANSPRÜCHE

·,' Absperr- und Regelventil mit konischem Dicht element, das am freien Ende der Ventilspindel befestigt ist und dessen gummielastischer Dichtungsteil zwischen einem unteren starren FUhrungsteil und einer oberen Federscheibe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe (7, 17, 27) im entspannten Zustand um einen vorbestimmten Konuswinkel gewölbt ist und mit ihrer Konkavseite auf einer entsprechend konischen Oberfläche des Dichtungsteils (6, 26) aufliegt, während der am Spindelende angeordnete Druckkörper (8, 28) mit dem radial inneren Randbereich seiner Unterseite auf der Konvexseite der Federscheibe (7, 17, 27) aufliegt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche der Federscheibe (7, 27) eine Kege]£äche ist, die senkrecht auf der konkaven bzw. konvexen Stirnfläche der Scheibe steht und deren Kegelwinkel kleiner ist als$ner der Sitzfläche des Ventils.

3· Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche der Federscheibe (17) eine Kegelfläche ist, deren Kegelwinkel um wenigstens Jenen Gradbetrag grosser ist als der Kegelwinkel der Sitzfläche des Ventils, um den die Wölbung der Federscheibe beim Schliessen des Ventils vermindert wird.

4. 9. 1979/Vo - 1 - A 3328

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4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Ventilsitz (3, 23) zusammenwirkende Dichtkante (7a, 17a) der Federscheibe (7» 17) gebrochen ist.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass, im Axialschnitt gesehen, der Wölbungswinkel (OC) der entspannten Federscheibe (7, 17» 27) zur Radialebene der Scheibe etwa 7° und der Winkel, um den die Scheibenwölbung beim Schliessen des Ventils vermindert wird, etwa 4° beträgt.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Dichtelement (2) von unten her am Spindelende fixierende Kopfschraube (4) einen abgesetzten Schaft aufweist, wobei der Innenrand der Federscheibe (7, 17) zwischen der so geschaffenen Schaftschulter (4a) und dem Druckkörper (β) festgehalten ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Druckkörpers (8) eine Kegelstumpffläche ist, deren Wölbungswinkel iß'), im Axialschnitt gesehen, zur Radialebene etwa 3° beträgt.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckkörper an der Spindel (21) eine Schulter (28) vorgesehen ist, und dass zwischen dem Stirnende eines von der Federscheibe (27) und dem Dichtungsteil (26) umschlossenen Endabschnitts (21a) der Spindel (21) und einem Innenflansch (25a) des FOhrungskörpers (25) eine Schraubenfeder (30) angeordnet ist, die das aus den unter sich verbundenen Teilen (25, 26, 27) gebildete Dichtelement (22) gegen den Kopf der Befestigungsschraube (24) drückt, die von unten her das Dichtelement mit der Spindel (21) verbindet.

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