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Kugelventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelventil, insbesondere auf einsetzbare
Kunststoffkugelventile.
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Kugelventile bekannter Bauart sind beispielsweise in der US-PS 35
50 902 und in der japanischen Offenlegungsschrift 57-37 160 beschrieben. Solche
Kugelventile weisen zylindrische Ansätze auf, welche Anschlußstücke zur Aufnahme
der Enden von Rohrleitungen aufweisen und an den äußeren Endwänden des Ventilgehäuses
anliegen. An der Außenfläche dieser rohrförmigen Ansätzen sind nach außen gerichtete
Flansche vorgesehen, die an den äußeren Endwänden des Ventilgehäuses anliegen.
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Diese Kugelventile weisen außerdem überwurfmuttern für diese Ansätze
auf, die mit nach innen gerichteten Flanschen und Innengewinden versehen sind. Eine
enge Verbindung zwischen dem Ventil -gehäuse und den rohrförmigen Ansätzen kann
daher erreicht werden, wenn die Teile mit dem Innengewinde der überwurfmuttern auf
mit Außengewinde versehene Teile des Ventilgehäuses aufgeschraubt werden. Das Kugelventil
der US-PS 35 50 902 besitzt aber folgende Nachteile: a) Der Einsatz ist in den Ventilkörper
nur eingeschoben, so daß dann, wenn sich die Kugel in der geschlossenen Stellung
befindet,
der Einsatz und die Kugel dazu neigen, sich aus dem Ventilgehäuse aufgrund eines
von der stromaufwärts liegenden Seite auf die Kugel wirkenden Flüssigkeitsdruckes
zu lösen, wenn der stromabliegende Ansatz vom Ventilgehäuse entfernt wird, d.h.,
wenn beispielsweise der Sitzring oder der in dem Einsatz angeordnete O-Ring ausgetauscht
werden soll.
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b) Die aus Polytetrafluoräthylen bestehenden Sitzringe sind nicht
elastisch, so daß die Kontaktflächen der Sitzringe durch die Drehreibung der Kugel
verschleißen.
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Die Abdichtung zwischen Kugel und den Sitzringen läßt daher bald
nach. Die Sitzringe müssen daher nach einer relativ kurzen Betriebszeit des Ventiles
ersetzt werden.
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c) Die Sitzringe stehen mit den ringförmigen Nuten im Ventilkörper
und im Einsatz auf ihren beiden Seiten in Berührung, so daß eine Wahrscheinlichkeit
besteht, daß diese Sitzringe in den Strömungsweg gezogen werden, wenn der Flüssigkeitsdruck
auf die Sitzringe über die Kugel einwirkt.
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d) Wenn das Kugelventil an die Rohrleitungen angeschlossen ist, können
die Rohrleitungen von der Achse der Durchflußöffnung abweichen, wenn übermäßige
Hitze-einflüsse oder äußere Kräfte auftreten. Diese Abweichung der Rohrleitungen
führt zu einer Beschädigung der überwurfmuttern und dazu, daß die Abdichtuna zwischen
Ventilgehäuse und den rohrförmigen Ansätzen zwischen Ventilgehäuse und dem Einsatz
und Zwischeneinsatz und Kugel beeinträchtigt wird.
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Bei der Konstruktion des Kugelventiles der japanischen Offenlegungsschrift
57-37 160 ist der Einsatz in den Ventilkörper eingeschraubt. Wenn daher die rohrförmigen
Ansätze und die über wurfmuttern vom Ventilgehäuse entfernt werden, wenn sich die
Kugel in der geschlossenen Lage befindet, dann lösen sich Kugel
und
Einsatz nicht aufgrund des anliegenden Druckes des Strömungsmittel aus dem Ventilgehäuse.
Wie im Fall der US-PS 35 50 902 aber, löst sich auch die Kugel aus dem Ventilgehäuse,
wenn der Einsatz aus dem Gehäuse zur Erneuerung der Sitz ringe entfernt wird. Bei
diesem Stand der Technik ist daher eine periodische Erneuerung von verschlissenen
Sitz ringen notwendig.
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Zusätzlich weist diese Art eines Kugelventiles auch die gleichen Nachteile
c) und d) - wie das vorher beschriebene Kugelventil - auf.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorlieaenden Erfindung, ein verbessertes
Kugelventil vorzuschlagen, welches die vorher erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelventil zu schaffen, bei dem
die Kugel und der Einsatz sich nicht aus dem Ventilaehäuse unter dem Einfluß des
Strömungsmitteldruckes lösen müssen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelventil vorzusehen,
bei dem die Sitzringe nicht in den Strömungsdurchgang unter dem Strömungsmitteldruck
gedrückt werden, so daß eine ausgezeichnete Abdichtung auch bei längeren Betriebszeiten
des Ventils erreicht werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Kugelventil mit einem Ventilgehäuse und einem
Strömungsweg vorgesehen; in diesem Ventilgehäuse ist ein Kugelverschluß angeordnet,
der zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung hin und her bewegt
werden kann; rohrförmige Ansätze mit Anschlußmitteln für die Enden von Rohrleitungen
sind dabei vorgesehen, die an den äußeren Endwänden des Ventilgehäuses anliegen
und die mit nach außen gerichteten Ringflanschen versehen sind, die von überwurfmuttern
mit nach innen gerichteten Flanschen gehalten werden, welche mit den nach außen
gerichteten Rngflanschen der rohrförmigen Ansätze zusammenwirken und welche eine
Innenverschraubung aufweisen, die mit ciner Außenverschraubung des Ventilgehäuses
zusammenwirken. Durch diese Ausgestaltung wird eine enge Verbindung zwischen Ventilgehäuse
und den rohrförmigen Ansätzen erreicht, wenn die Innenverschraubungender
überwurfmuttern
auf die Außenverschraubung des Ventilgehäuses aufgesetzt sind. Das Ventilgehäuse
selbst weist einen rohrförmigen Ventilkörper auf, der auf einer Seite in einer zylindrischen
Durchgangsöffnung endet und am anderen Ende mit einer größeren zylindrischen Durchgangsöffnung.
Dabei ist in die größere zylindrische Durchgangsöffnung des Ventilgehäuses ein rohrförmiger
Einsatz eingesetzt und befestigt, der ebenfalls eine zylindrische Durchgangsbohrung
aufweist, so daß zwischen dem Ventilgehäuse und dem Einsatz eine Ventilkammer gebildet
wird. Diese Ventilkammer dient dazu, die drehbare Kugel aufzunehmen, die Fenfalls
mit einer zylindrischen Durchgangsbohrung versehen ist. Auf den gegenüberliegenden
Seiten des Ventilgehäuses und des Einsatzes, die jeweils der Kugel zugewandt sind,
sind ringförmige Nuten mit Rechteckquerschnitt vorgesehen. In diesen Ringnuten sind
ringförmige Sitzringe aus hartem Polytetrafluoräthylen angeordnet, die mit nachgiebigen
Ringen aus einem elastischen Gummi hinterlegt sind, so daß sie dicht an der Kugel
anliegen.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die äußeren Endwände
des Ventilgehäuses im wesentlichen in der Form von konvexen Kugelflächen ausgebildet,
die Radien besitzen, die von der Achse der Durchgangsöffnung ausgehen. Die inneren
Endwände der rohrförmigen Ansätze, die mit den äußeren Endwänden des Ventilgehäuses
zusammenwirken, werden entsprechend zu den konvexen Kugelflächen der äußeren Endwände
ausgebildet. Die inneren Endwände der Flansche der Ansätze werden daher im wesentlichen
in der Form von konkaven Kugelflächen ausgebildet, die ebenfalls Radien besitzen,
deren Zentrum auf der Achse der Durchgangsöffnung liegen. Die äußeren Endwände der
Flansche der rohrförmigen Einsätze sind entsprechend zu der konkaven Kugeloberfläche
der inneren Endwände ausgebildet-.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung-gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor, die in den Zeichnungen
dargestellt sind.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines
Kugelventils gemäß der Erfindung und Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, aber in
einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen eines Kugelventils
gezeigt, das beispielsweise aus Polyvinyl-Chlorid hergestellt ist. In Fig. 1 ist
mit dem Bezugszeichen 10 ein Ventilgehäuse bezeichnet, das einen Ventilkörper 11
und einen Einsatz 12 aufweist. Der Ventilkörper 11 besitzt eine zylindrische Durchgangsbohrung
auf einer Seite und eine zylindrische Dur igangsbohrung mit größerem Durchmesser
auf der anderen Seite. Die Bohrungen fluchten zueinander und stehen miteinander
längs der Achse des Ventilgehäuses 10 in Verbindung. Der Einsatz 12 besitzt eine
zylindrische Durchgangsbohrung und ist dicht in die Bohrung mit dem größeren Durchmesser
des Ventilkörpers 11 eingesetzt. Die Außenfläche des Einsatzes 12 ist an der Innenfläche
der größeren Durchlaßbohrung mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes angeklebt, so
daß sich in dem Ventilgehäuse 10 eine zentrale Ventilkammer ergibt.
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In der Ventilkammer ist eine drehbare Kugel 13 mit einer zylindrischen
Durchlaßbohrung angeordnet, die mit den Bohrungen des Ventilgehäuses 10 fluchtet.
Die Kugel 13 wird drehbar an zwei neue und verbesserte kreisförmigen Ventilsitzringen
und dahinterliegenden Ringen gehalten, die im einzelnen im folgenden beschrieben
werden.
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Die Kugel ist dazu ausgelegt, mit Hilfe eines Ventilzapfens 13a und
eines Hebels 14 verdreht zu werden. Zu bemerken ist, daß die Durchgangsbohrungen
auf der einen Seite des Ventilkörpers 11, in dem Einsatz 12 und in der Kugel 13
zusammen die Durchgangsöffnung des Kugelventiles bilden.
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An den Flächen des Ventilkörpers 11 und des Einsatzes 12, die der
Kugel 13 zugewandt sind, und dieandie Durchgangsöffnung angrenzen, sind zwei ringförmige
Nuten 11D und 12B mit Rechteckquerschnitt vorgesehen. Die Ringnuten 11D und 12B
sind parallel zu einer Normalebene zur Achse des Ventilgehäuses angeordnet.
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Innerhalb der Ringnuten 11D und 12B sind ringförmige Sitzringe 15
und 16 aus Hartpolytetrafluoräthylen eingesetzt, die mit ringförmigen nachgiebigen
Ringen 17 und 18 hinterlegt sind, die aus einem elastischen natürlichen oder synthetischen
Gummi bestehen. Die Seiten der Sitzringe 15 und 16, die an der Kugel 13 anliegen,
sind konisch geformt, so daß eine gute Abdichtung zwischen den Sitzringen 15 und
16 und der Kugel 13 erreicht wird.
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Die elastischen Ringe 17 und 18 besitzen einen rechteckigen Querschnitt
und dienen dazu, die Sitzringe 15 und 16 mit geeigneter Kraft gegen die Kugel 13
zu drücken.
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Wird die Kugel 13 in die geschlossene Stelluna durch Betätigung des
Hebels 14 verdreht, dann wirkt der Strom auf der Durchgangsöffnung anstehende Strömungsmitteldruck
auf die Kugel 13. Dieser Strömungsmitteldruck kann auf die elastischen Ringe 17
und 18 über die Sitzringe 15 und 16 übertragen werden. Da die Sitzringe 15 und 16
und die elastischen Ringe 17 und 18 innerhalb von rechteckigen Nuten 11D und 12B
sitzen, wird der auf die Sitzringe 15 und 16 von der Kugel 13 ausgeübte Strömungsmitteldruck
vollkommen auf die elastischen Ringe 17 und 18 und nicht in Richtung auf die Durchgangsöffnung
übertragen. Da die Dichtringe 15 und 16 außerdem an den Innenflächen der rechteckigen
Nuten 11D und 12B auf drei Seiten anliegen, besteht keine Wahrscheinlichkeit, daß
diese Ringe 15 und 16 in die Durchgangsöffnung herausgedrückt werden. Da die elastischen
Ringe 17 und 18 selbst genügend Elastizität haben, widerstehen sie dem anliegenden
Druck und drücken ihrerseits die Sitzringe 15 und 16 in Richtuna zur Kugel 13 zurück.
Als Folge davon bleibt ein dichter Kontakt zwischen den Sitzringen 15 und 16 und
der Kugel 13 aufrechterhalten. Diese Abdichtwirkung der Dichtringe wird durch die
Elastizität
der elastischen Ringe 17 und 18 auch aufrechterhalten, wenn die Polytetrafluoräthylenschicht
der Sitzringe 15 und 16 durch die Drehreibung der Kugel 13 beträchtlich verringert
wurde.
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Die- elastischen Ringe 17 und 18 dienen außerdem dazu, die Kugel 13
auszurichten. Wird die Kugel 13 durch den Strömungsmitteldruck beaufschlagt und
aus ihrer ursprünglichen Lage, d.h. aus der Lage auf der Achse der Durchflußöffnung
herausgedrückt, dann bewirken die elastischen Ringe 17 und 18, daß die Kugel 13
über die Sitzringe 15 und 16 zurück in ihre exakte Ausgangslage gedrückt wird. Auf
diese Weise kann die Kugel 13 ständig auf der Achse der Durchgangsöffnung gehalten
werden.
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Der Endteil des Ventilkörpers 11 ist mit einer äußeren Endwand 11a
versehen, die an der inneren Endwand 19a eines rohrförmigen Ansatzes 19 anliegt.
Der Endabschnitt des Einsatzes 12 ist mit einer äußeren Endwand 12a versehen, die
an einer inneren Endwand 20a eines rohrförmigen Ansatzes 20 anliegt. Der Ansatz
19 ist der stromaufgelegene Ansatz und der Ansatz 20 der stromabgelegene. Diese
rohrförmigen Ansätze 19 und 20 besitzen Durchgangsöffnungen mit dem gleichen Durchmesser
wie jene der Durchaangsöffnung des Ventilgehäuses 10. Diese Ansätze weisen Aufnahmeabschnitte
zum Anbringen von nicht gezeigten Rohrleitungen am Kugelventil auf. O-Ringe 27 und
28 sind zwischen dem Ventilkörper 11 und dem rohrförmigen Ansatz 19 und zwischen
dem Einsatz 12 und dem rohrförmigen Ansatz 20 jeweils vorgesehen, um Strömungsmittelverluste
am Kugelventil zu verhindern.
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Die äußeren Endteile des Ventilkörpers 11 sind mit Außengewinden 11b
und 11c an ihren äußeren Umfangsflächen versehen, die jeweils mit einem Innengewinde
23a und 24a von überwurfmuttern 23 und 24 zusammenwirken. Die überwurfmuttern 23
und 24 besitzen nach innen gerichtete Flansche 25 und 26, die mit nach außen gerichteten
Ringflanschen 21 und 22 der rohrförmigen Ansätze 19 und 20 zusammenwirken. W die
mit 1nngenden versehenen Teile der über wurfmuttern 23 und 24 auf die mit Außengewinde
versehcnen 'I'eilc!
des Ventilkörpers 11 aufgeschraubt werden,
kann daher eine feste Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 10 und den rohrförmigen
Ansätzen 19 und 20 erreicht werden, wobei jeweils die Flansche 25 und 26 in Kontakt
mit den Flanschen 21 und 22 kommen.
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Wie oben beschrieben, kann die Kugel 13 und der Einsatz 12 sich nicht
durch den Druck des Strömungsmitls aus dem Ventilkörper 11 lösen, auch nicht, wenn
der stromabliegende Ansatz 20 bei geschlossener Lage des Kugelventils gelöst wird,
weil der Einsatz 12 und der Ventilkörper 11 miteinander verklebt sind. Es ist daher
einfach zu verstehen, daß eine Reparatur und Erneuerung des Ventilgehäuses 10 oder
ein Ersatz der O-Ringe 27 und 28 leicht durch das Lösen der Überwurfmutter 23 und
24 und durch das Abnehmen derselben vom Ventilgehäuse 10 erreicht werden können.
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Die Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung bezüglich
der Ve-rbindung zwischen Ventilkörper und den rohrförmigen Ansätzen. Das Kugelventil
110 der Fig. 2 besteht aus vielen ähnlichen Teilen, wie das Kugelventil 10 der Fig.
1. Alle diese Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen, die .jedoch die Zahl
1 vorangestellt erhalten haben. Alle diese Teile unterscheiden sich von ihren korrespondierenden
Teilen nur in dem im folgenden erwähnten Umfang.
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Bei der alternativen Ausführungsform sind die äußeren Endwände 111a
und 112a des Ventilkörpers 111 und eines Einsatzes 112 im wesentlichen in der Form
von konvexen Kugelflächen ausgebildet, welche Radien besitzen, deren Mittelpunkt
auf der Achse der Durchgangsöffnung liegen. Die einander zugeordneten inneren Endwände
119a und 120a der rohrförmigen Ansätze 119 und 120 sind in der Form konkaver Kugelflächen
ausgebildet, d.h., die Form der inneren Endwände 119a und 120a ist komplementär
zu den äußeren Endwänden 111a und 112a ausgebildet. Natürlich ist es auch möglich,
daß die Mittelpunkte der oben erwähnten Radien auch von der Achse der Durchgangsöffnung
abweichen können.
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Die inneren Endwände 125a und 126a der Flanschteile 125 und 126 der
Überwurfmuttern 123 und 124 sind ebenfalls in der Form konkaver Kugelflächen ausgebildet,
deren Radien auf der Achse der Durchgangsöffnung liegen. Die zugeordneten äußeren
Endwände 121a und 122a der Flanschteile 121 und 122 der rohrförmigen Ansätze 119
und 120 sind in der Form von komplementären konvexen Kugeloberflächen ausgebildet.
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Die inneren Wände 125a und 126a könnten auch als flache Ebenen senkrecht
zu der Achse der Durchgangsöffnung ausgebildet sein.
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Wie vorher aber erwähnt wurde,können dma wenn die inneren Endwände
125a und 126a in der Form von konkaven Kugelflächen ausgebildet werden, die komplementären
konvexen äußeren Endwände 121a und 122a der Flanschteile mit dazu beitragen, eine
dichtere Verbindung zwischen den überwurfmuttern 123 und 124 und den rohrförmigen
Ansätzen 119 und 120 zu erreichen.
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Die äußeren Endwände 111a und 112a des Ventilkörpers 111 und des
Einsatzes 112 sind vorzugsweise in der Form von Kugeloberflächen mit großen Radien
ausgebildet. Vorzugsweise werden sie mit Radien ausgestattet, die vier- bis zwanzigmal
dem Durchmesser D der Durchgangsöffnung entsprechen. Sie werden vorzugsweisezehn-bis
zwanzigmal so groß ausgestaltet.
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Nachdem das Kugelventil fest mit den (nicht gezeigten) RohrXitungen
verbunden ist, kann die stromabliegende Rohrleitung von der Achse der Durchgangsöffnung
abweichen, wenn eine übermäßige Wärme-entwicklung auftritt oder wenn äußere Kräfte
durch irgendwelche Umweltbedingungen auftreten. Als Folge davon wird der rohrförmige
Ansatz 120 mit der Rohrleitung aus der Fluchtlinie abweichen.
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In diesem Fall kann der rohrförmige Ansatz 120 sich gleitend längs
der kugelförmigen äußeren Endwand 112a des Einsatzes 112 verschieben, d.h., daß
die überwurfmutter 124 und der Einsatz 112 können nicht mit übermäßigen Kräften
beeinflußt werden. Die Dichtwirkung
zwischen der Uberwurfmutter
124 und dem Einsatz 112 wird nicht beeinträchtigt.
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Diese Beschreibung läßt sich auch auf die stromaufgelegene Rohrleitung
und den rohrförmigen Ansatz 119 anwenden.
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Die Erfindung wurde im einzelnen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben. Es versteht sich aber, daß gewisse Variationen und Modifikationen im
Rahmen und im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich sind.
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