DE2938315C2

DE2938315C2 - Absperr- und Regelventil mit konischem Dichtelement

Info

Publication number: DE2938315C2
Application number: DE19792938315
Authority: DE
Inventors: Werner Unterkulm Hunziker
Original assignee: Karrer Weber et Cie AG
Current assignee: Franke Technology and Trademark Ltd
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1982-03-18
Also published as: FR2439918B1; FR2439918A1; CH633086A5; DE2938315A1

Description

Federscheibe im entspannten Zustand um einen vorbestimmten Konuswinkel gewölbt ist und mit ihrer Konkavseite auf einer entsprechend konischen Oberfläche des Dichtungsteils 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 Schließen des Ventils im Sinne einer Wölbungsverminderung deformiert und dadurch im Durchmesser etwas größer; 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 öffnen des Ventils das Entspannen der Federscheibe zu einer Durchmesserverminderung dieser Scheibe führt, so daß 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 am einen bestimmten Winkel gewölbt, also nicht eben ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist außerdem die Federscheibe mit ihrem radial inneren Rand auf einer Schulter der das Dichtelement an der Spindel fixierenden Schraube abgestützt, so daß 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

F i g. 1 im Axialschnitt ein erstes Beispiel,

F i g. 2 im Axialschnitt eine Variante zu F i g. 1 und

F i g. 3 im Axialschnitt ein zweites Beispiel.

Das in Fig. 1 gezeigte Absperr- und Regelventil besitzt eine in nicht gezeichneter Weise geradgeführte und mittels Gewinde axial auf und ab bewegbare Spindel 1, die an ihrem unteren Ende ein konisches Dichtelemer,: 2 trägt, das mit einem eine entsprechend konische Kegelfiäche aufweisenden Ventilsitz 3 zusammenwirkt. Das Dichtelement 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 metallischeil Führungskörper 5, einem Dichtungsteil 6 aus gummielastischem Material und einer mit ihrer Konkavseite auf der entsprechend kegelslumpfförmigen Oberseite des Dichtungsteils 6 aufliegenden metallischen Federscheibe 7. Infolge konkav gewölbter Mantellinie des DichtUngsteils 6 ist die im übrigen der Konizität des Ventilsitzes 3 entsprechend konische Mantelfläche des Di^htelementes 2 im Bereich des Dichtungsteils 6 leicht, eingezogen. Der Radial einwärts über den Innenrand d^s Dichtungsteils 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 1'ederscheibe 7 der Innenrand der Konkavseite eines D'uckringes 8 aufliegt, der unter Zwischenlage einer Ausgleichsscheibe 9 am unteren Spindelende angeordnet ist. Im in Fig. I ersichtlichen, entspannten Zustand beträgt, im Axialschnitt gesehen, der Wölbungswiiike! ix der Federscheibe 7 zur Radialebene des Ventils zweckmäßig etwa 7", während der entsprechende Winkel β der konkaven Unterseite des Druckkörpers 8 etwa 3° üeträgt.

In Fig.) ist das Dic'itelement 2 in seiner noch spannungsfreien Schließlage gezeichnet, d. h. der Führungskörper 5 des Dichtelementes hat seine Schließlage im Ventilsitz 3 bereits 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 stillstehendem 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

ίο abstützenden Federscheibe 7 unter entsprechender Wölbungsverminderung der Scheibe so weit nach unten gedrückt, bis die ganze konkave Unterseite des Druckkörpers 8 auf der Federscheibe 7 aufliegL 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 Durchmesservergrcßerung der Federscheibe 7 erhöhte Anpreßdruck der Federscheibe an den Ventilsitz einerseits und die immer noch vorhandene Konizitä» der Federscheibe 7 andp'r.eits wirken dabei einem Austreten von Material des D'chuingsteils 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 Führungskörper 5 und der Federscheibe 7, Dichtungsmaterial am Außenrand der Federscheibe herausgepreßt wird, wenn, wie bei den bekannten Ausführungen, der Außendurchmesser der Federscheibe sich unter

)o dem Schließdruck etwas vermindert, während gleichzeitig die Unterseite der ursprünglich ebenen Federscheibe konvex deformiert wird. Ein solcher Materialaustritt führt durch Quetsch- und Scherwirkung leicht zur örtlichen Zerstörung des Dichtungsteils.

Beim Zurückbewegen der Spindel 1 im Sinne des Öffnens des Ventils wird der zwischen Schraubenbund 4a und Druckkörper 8 eingespannte Innenrand der Federscheibe 7 unter gleichzeitiger Entspannung der Federscheibe 7 und des Dichtungstei's 6 zwangsläufig mitgenommen. Damit ist eine automatische Rückstellung der Ventilteile aus ihrer Spannungslage in die entspannte Ruhelage jederzeit gewährleistet, und zwar auch dann, wenn nach längerem Gebrauch der Dichtungsteil 6 etwas an Eigenelastizität verliert.

Beim vorangehend beschriebenen Beispiel sieht die Umfangsfläche der Federscheibe 7 senkrecht zur konkaven bzw. konvexen Stirnfläche der Scheibe. Der Kegelwinkel dieser Umfangsfläche ist damit, wie aus Fig. 1 ersichtlich, etwas größer als jener des Ventilsitzes 3. Dies kann in gewissen Fällen dazu führen, daß sich die dem Dichtungsteil 6 zugekehrte, meist scharfe Außenkante 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 größer zu wählen „Is jenen des Ventilsitzes. Eine solche Variante ist in F i g. 2 gezeigt. Die Federscheibe 17 des im übrigen analog dem Beispiel nach Fig. 1 ausgebildeten Absperr- und Regelventils nach Fig..': 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 größer

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 Druckschulter 28, die gegen den Innenrand der oberen Konvexseite der Federscheibe 27 des Dichtelementes 22 anliegt. Das zwischen Dmckschiilter 28 und Kopf der Befestigungsschraube 24 liegende konische Dichtelement 22 besitzt auch hier außer der genannten Federscheibe 27 einen metallischen Führungskörper 25 und einen die Endpartie 2lader Spindel 21 umschließenden Dichtungsteil 26 aus gummielastischem Material, der /weckmäßig, z. B. durch Vulkanisation, mit der Federscheibe 27 und der™ Führun^skör^^r ^5 f^s! verbunden ist. Im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Ausführungen ist hier 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 Führungskorpers 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 /ur Aufnahme dieser Feder 30 etwas verengt, wobei die so geschaffene Innenschulter 25f> der Spindel 21 genügend Hubweg läßt, um die auch hier nur wenige. /B. wie bei den vorangehenden Beispielen etwa 4 betragende Wolbungsverminderung der Federscheibe 27 beim Schließen des Ventils zu gestatten. Die Feder 30 gewährleistet ihrerseits, daß das aus den Teilen 25, 26. 27 gebildeie 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 Führungskörper 25 bei noch nicht komprimiertem Dichtungsteil nicht vom Sitz anzuheben vermag, d. h. der Führiingskörper 25 wird schon zu Beginn des Schiießens 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. t und 2 gemachten Angaben Gültigkeit haben. Es hat sich im übrigen gezeigt, daß eine im vorstehenden Sinne vorgewölbte Federscheibe, deren Wölbung beim Spannen um wenige Grade vermindert

r, 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 Kamtnrinstiillnlionen: sie sind wenie störanfällig, ge-

2n rauscharm und dichten auch nach vielfacher Betätigung noch einwandfrei.

Zusammenfassung

Das Dichtelement (2) ist am freien Ende der Spindel

.ν-, (1) von unten her mit einer Kopfschraube (4) befestigt und wirkt mit einem entsprechend konischen Ventilsit/ (3) zusammen. Das dreiteilige Dichtelement (2) besitzt einen metallischen Führungskörper (5), ein auf dem letzteren angeordneten Dichtungsteil (26) aus gummi-

1" elastischem Material, das seinerseits von einer metallischen Federscheibe (7) abgedeck' ist. Die Federscheibe (7) ist im entspannten Zustand um einen vorbestimmten Winkel («) von etwa 7^C gewölbt; sie liegt mit der Konkavseite auf dem Dichtungsteil (6). während am

ji Innenrand ihrer oberen Konvexseite ein am Spindelende vorgesehener Druckkörper (8) anliegt. Beim Schließen des Ventils wird die Wölbung der Federscheibe (7) um einen kleinen Winkel von etwa 4" vermindert. Das Ventil eignet sich besonders für Sanitärinstallatio-

jo nen(F i g. I).

Hierzu 3 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche;

1. Absperr- 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, 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 Kegelftäche ist, die senkrecht auf der konkaven bzw. konvexen Stirnfläche der Scheibe steht und deren Kegelwinkel kleiner ist als jener 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 größer ist als der Kegelwinkel der Sitzfläche des Ventils, um den die Wölbung der Federscheibe beim Schließen des Ventils vermindert wird.

4. Ventil fach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Ventilsitz (3, 23) zusammenwirkende Dichtkante (7a, 17a,} der Federscheibe (7,17) gebrochen is·.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß, im Axialschnitt gesehen, der Wölbungswinkel (λ) 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 (8) festgehalten ist.

7. Ventil nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Druckkörpers (8) eine Kegelstumpffläche ist, deren Wölbungswinkel (/?), im Axialschnitt gesehein, zur Radialebene etwa 3° beträgt.

8. Ventil nach einem der Ansprüche I —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 (2IaJ der Spindel (21) und einem Innenflansch (25a; des Führungskörpers (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.

Die Erfindung betrifft ein Absperr- 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 Ein derartiges Ventil ist aus der US-PS 24 57 492

bekannt Vor allem bei einem starken Axialdruck auf die Gummidichtung besteht dabei die Gefahr, daß der obere Metallring konkav eingedrückt wird, so daß seine

ίο äußeren Ränder und das Dichtungsgummi nach oben ausweichen können.

Aus der DE-OS 24 28 242 ist ein Absperr- und Regelventil mit in entspanntem Zustand ebener oberer Metallscheibe bekannt die beim Schließen des Ventiles i!urch eine Kegelstumpf fläche am unteren Spindelende bewußt konkav elastisch deformiert wird. Diese Deformation erfolgt bei einer entsprechend großen axialen Kraft im letzten Abschnitt des Schließweges. Dabei wird der Außendurchmesser der Federscheibe zwangsläufig etwas kleiner, was wiederum ein Abheben von der Sitzfläche zur Folge hat. Entsprechend tiefer kann die Federscheibe in die konische Sitzbohrung eindringen. Beim plötzlichen Entlasten der Federscheibe beim öffnen des Ventiles kann dies dazu führen, daß die sich im Durchmesser wieder zu vergrößern suchende Federscheibe sich an der Sitzfläche verklemmt

Aus DE-Gm 75 13 453 ist ein Ganzmetallventil insbesondere für korrosive Medien bekannt bei welchem am unteren Ende der Spindel eine schräg von innen nach außen nach unten vorgeformte Dichtungsscheibe aus Metall vorgesehen ist, die bei entsprechendem axialem Druck innerhalb ihres Sitzes mit den Rändern nach außen gedrückt wird. Ein gummielastischer Dichtungsteil zwischen einem unteren starren Führungsteil und einer oberen Federscheibe ist nicht vorgesehen.

Aus DE-Gm 73 45 743 ist ein Absperrorgan bekannt, bei welchem ein Federring mi; winkelförmigem

«ο Querschnitt auf einen Dichtungsring gepreßt wird. Bei geöffnetem Schließorgan steht der elastische Ring etwas über die untere Stirnseite der ihn aufnehmenden Ausnehmung vor, so daß beim Schließen ein entsprechender Dichtungsdruck entsteht. Der untere starre Führungsteil greift dabei ohne Berührung in die zu verschließende Öffnung ein, so daß die Dichtung die zwischen diesem Führungsteil und dem Rand der öffnung entstehende Fuge überbrücken muß und dabei Scherkräften ausgesetzt sein kann. Eine flächige Anpressung eines elastischen Dichtungsteiles gegen eine konische Innenwand einer Sitzbohrung ist nicht vergesehen.

Aus der AT-PS 2 85 265 ist ein Absperrventil mit zylindrischer Sitzbohrung bekannt, in welche eine elastische Dichtung eingeführt und durch Spreizkräfte an der Wandung der Sitzbohrung angepreßt wird. Dazu muß innerhalb der Sitzbohrung ein Absatz vorhanden sein, um einen entsprechenden axialen Widerstand zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absperr- und Regelventil mit konischem Dichtelement gemäß der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem ein Verklemmen der oberen Federscheibe insbesondere beim öffnen des Ventiles oder ein Aufbiegen des Randes der Federscheibe mit der Gefahr eines Durchtretens des Dichtungsgummis vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die