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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil bestehend aus einem
Gehäuse, das mit einem Durchlaß eines Schließkörpers versehen ist,
der als Rotationskörper oder Teil eines solchen Körpers
ausgebildet ist und der in das Gehäuse durch eine Öffnung eingesetzt
ist, die in dem Gehäuse vorgesehen ist, und der in dem Durchlaß
drehbar oder rotierbar angeordnet ist; Dichtungsgliedern, die
zwischen dem Verschlußglied und dem Gehäuse angeordnet sind; einem
Hauptdeckel, der die Öffnung in dem Gehäuse druckfest verschließt;
Verriegelungs- und Dichtungselementen zum Verriegeln und Abdichten
des Hauptdeckels in dem Gehäuse; sowie aus Dichtungsgliedern für
die Abdichtung der Drehachse des Schließkörpers, wobei der
Hauptdeckel gegen die Druckkraft mit Hilfe einer Anschlagfläche
abgestützt ist, die am Umfang der Öffnung im Gehäuse angeordnet ist
und gegen das Innere des Gehäuses gerichtet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil anzugeben, das leicht
gewartet und repariert werden kann, ohne das Ventil aus dem
Rohrleitungssystem herauszunehmen. Ein Benutzungsbeispiel sind in
Rohrleitungen eingeschweißte Ventile. In der gegenwärtigen
Technologie werden in zunehmendem Maße Rohrleitungen verwendet, bei
denen die Komponenten der Leitung als integrierte, abgedichtete
Rohrleitung miteinander verschweißt sind. Ein Vorteil dieses
Verfahrens besteht darin, daß ein nach außen abgedichtetes Rohrsystem
geschaffen wird, eine wichtige Eigenschaft im Falle des
Transportes von brennbaren oder anderen gefährlichen Medien. Ein in
üblicher Weise eingeschweißtes Ventil hat den Nachteil, daß die
Wartung und Reparatur des Ventiles schwierig wird. Die
Anforderungen an die Abdichtung der Ventile und die Erosion und
Korrosion, die durch das Medium hervorgerufen werden, machen es
notwendig, Wartung und Reparaturarbeiten an den Ventilen
durchzuführen. Bei Reparaturarbeiten wird normalerweise das ganze Ventil in
der Leitung ersetzt. Das Einschweißen des neuen Ventiles in die
vorhandene Leitung ist ein schwieriger Arbeitsschritt, da
Zugspannungen in der Leitung die Leitungsenden in Längsrichtung
verschoben
haben können. Dasselbe Phänomen tritt auf, wenn ein mit
Flanschverbindungen versehenes Rohrleitungsventil aus der
Rohrleitung herausgenommen wird.
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Um die Wartung und die Reparatur schneller zu machen, wurde eine
sogenannte "Top Entry"-Konstruktion entwickelt. Bei diesem Typ
sind die Komponenten, die den Druck nach außen aufnehmen, ein
Ventilgehäuse, das aus einem Stück besteht und mit einer
Installations- und Wartungsöffnung und mit einem Deckel versehen ist,
der diese Öffnung verschließt, und weiter Dichtungsmittel, wobei
die Betätigungsachse für den Schließkörper durch den Deckel
hindurchgeführt und mit geeigneten Dichtungsmitteln versehen ist.
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Bei einer üblichen Ausführungsform nimmt das Gehäuse die Zug- und
Biegespannungen, die auf das Rohrleitungssystem ausgeübt werden,
allein oder im wesentlichen allein auf, und der Deckel nimmt nur
den auf ihn wirkenden Innendruck auf. Ein Beispiel für eine
derartige Konstruktion ist beschrieben in der DE-A-2 150 628. Für
diese Konstruktion ist es typisch, daß der Deckel gegen die
Druckkräfte mit Hilfe eines Anschlagringes abgestützt ist, und daß
der Deckel gegen das Gehäuse auf dem äußeren Umfang des Deckels
mit Hilfe einer oder mehrerer O-Ringdichtungen abgedichtet wird.
Diese Lösung ist vorteilhaft und wirksam bei kleinen Ventilen. Bei
großen Ventilen und hohen Drücken wird die Fähigkeit des Gehäuses,
den Verformungen standzuhalten, die durch Spannungen in dem
Rohrleitungssystem auftreten, erheblich herabgesetzt. Als Ergebnis
wird die Öffnung in dem Ventilgehäuse oval, und diese Verformung
kann eine sogenannte permanente Verformung sein. Bei der
Betätigung und Wartung des Ventiles hat dieses den Nachteil, daß das
Spiel zwischen dem Gehäuse und dem Deckel, das bei der
ursprünglichen Montage des Ventils passend war, auf der einen Seite
klemmend werden kann und auf der anderen Seite übertrieben groß im
Hinblick auf die weiche Dichtung, so daß die Dichtung unter der
Druckeinwirkung nach außen gedrückt werden kann. Bei
Wartungsarbeiten wird die Dichtungsfläche leicht beschädigt, wenn ein
Deckel mit Übermaß in ein ovales Gehäuse eingesetzt wird. Diese
Lösung ist auch nicht für hohe Temperaturen geeignet oder wenn
Brand- oder Explosionssicherheit vom Ventil gefordert wird.
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Eine andere Ausführungsform, die vielfach verwendet wird,
verwendet einen Deckel, der mit Hilfe von Schrauben zu befestigen ist,
wobei ein Beispiel hiervon die in der U.S.-A-3 920 036
beschriebene ist. Bei dieser Konstruktion nehmen die Befestigungsschrauben
des Deckels die Druckkraft auf, die auf den Deckel ausgeübt wird,
ebenso wie irgendwelche Vorspannkräfte, die bei ebenen Dichtungen
erforderlich sind, falls solche verwendet werden. Diese
Konstruktion ist nicht so empfindlich gegen Verformungen der Öffnung, da
durch die Wirkung der Reibkraft der Deckel einen Teil der
Spannungen aufnimmt, die von dem Rohrsystem eingeleitet werden, und
weil die Konstruktion des Gehäuses sehr viel massiver im Bereich
der Öffnung ausgebildet sein muß, um die Möglichkeit zu schaffen,
die notwendigen Befestigungsschrauben an dem Gehäuse anzubringen.
Bei dieser Konstruktion findet die Abdichtung des Deckels entweder
in der Ebene des Deckels oder auf dem Umfang einer zylindrischen
Schulter statt. Ein Nachteil dieser Konstruktion sind ihre hohen
Kosten. Für den Schraubenkreis muß zusätzlich ringförmig Material
dem Gehäuse und Deckel zugefügt werden, wobei der Anteil dieses
Zusatzes zum Gesamtgewicht erheblich ist. Wenn der
Befestigungspunkt des Deckels weiter zu dem äußeren Umfang versetzt wird, muß
die zusätzliche Biegekraft kompensiert werden durch eine
Vergrößerung der Dicke des Deckels. Die Biegekraft wird durch die
Druckkraft erzeugt, die auf den Deckel wirkt. Ein vergrößerter
Durchmesser des Deckels führt zu einer Vergrößerung der
Konstruktionslänge des Ventiles, und als Ergebnis davon ist es schwierig, die
Anforderungen an die Ventillänge durch Normen zu erfüllen, die für
die Herstellung von und den Handel mit Ventilen aufgestellt sind.
Der Zusammenbau des Ventiles ist langsam, insbesondere wenn die
Deckeldichtung eben ist. Damit eine dichte Verbindung erzielt
wird, müssen die Schrauben des Deckels sorgfältig und systematisch
Schritt für Schritt angezogen werden, und diese Arbeit wird noch
länger, wenn die Schrauben größer werden.
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Eine weitere Ventilkonstruktion ist beschrieben in der GB-A-1 216
354. In dieser Patentschrift ist eine Lösung des Problems der
Korrosion von Gewindeelementen wie Schrauben und Bolzen
beschrieben, die für die Befestigung eines abnehmbaren Deckels in einer
korrosiven Umgebung verwendet werden. Die Dichtung zwischen der
Öffnung und dem Deckel wird mit Hilfe einer Dichtungsanordnung
erzielt, die zwischen dem Deckel und dem Ventilgehäuse angeordnet
ist. Diese Dichtungsanordnung schließt die Verwendung eines
Hilfsdeckels ein.
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Die Anordnung, die in der GB-A-1 216 344 beschrieben ist,
eliminiert jedoch nicht die Montage- und Dichtungsprobleme, die durch
Deformation verursacht werden. Das Material des Hilfsdeckels muß
steif sein, was wiederum eine große Anzugskraft erfordert, um
Verformungen aufzunehmen. Im Hinblick auf diese Situation können
in dem Ventilkörper keine Deformationen zugelassen werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilausbildung, die die
vorstehenden Nachteile minimiert. Nach der vorliegenden Erfindung
wird die Abstützfunktion des Hauptdeckels von seiner
Dichtungsfunktion getrennt. Die Abstützfunktion wird ausgeübt durch
Abstützmittel und die Dichtungsfunktion durch die Verwendung eines
Hilfsdichtungsdeckels. Ein derartiger Hilfsdichtungsdeckel ist
dabei sowohl mit dem Gehäuse als auch mit dem Hauptdeckel
verbunden, wobei die Dichtungsfunktion durch Anziehen des
Hilfsdichtungsdeckels sowohl gegen das Gehäuse als auch den Deckel
vorgenommen wird. Auf diese Weise hat der Hilfsdichtungsdeckel neben
seiner Dichtungsfunktion den Vorteil, daß er bei hohen Drücken
zusätzlich den Innendruck aufnimmt. Das Ventil nach der GB-A-1 216
354 ist von dem nach der vorliegenden Erfindung darin
unterschiedlich, daß bei dem bekannten Ventil der Hilfsdeckel nicht abnehmbar
an dem Gehäuse befestigt ist, der Hilfsdeckel ist vielmehr nur
abnehmbar an dem Hauptdeckel befestigt.
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Gemäß der Erfindung ist ein Ventil vorgesehen bestehend aus einem
Gehäuse, das mit einem Durchlaß eines Schließkörpers versehen ist,
der als Rotationskörper oder Teil eines solchen Körpers
ausgebildet ist und der in das Gehäuse durch eine Öffnung eingesetzt
ist, die in dem Gehäuse vorgesehen ist, und der in dem Durchlaß
drehbar oder rotierbar angeordnet ist; Dichtungsgliedern, die
zwischen dem Verschlußglied und dem Gehäuse angeordnet sind; einem
Hauptdeckel, der die Öffnung in dem Gehäuse druckfest verschließt;
Verriegelungs- und Dichtungselementen zum Verriegeln und Abdichten
des Hauptdeckels in dem Gehäuse; sowie aus Dichtungsgliedern für
die Abdichtung der Drehachse des Schließkörpers, wobei der
Hauptdeckel gegen die Druckkraft mit Hilfe einer Anschlagfläche
abgestützt ist, die am Umfang der Öffnung im Gehäuse angeordnet ist
und gegen das Innere des Gehäuses gerichtet ist, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Hauptdeckel auf dem Gehäuse mit Hilfe
eines ringförmigen Hilfsdichtungsdeckels abgedichtet ist, der auf
der Außenseite des Hauptdeckels angeordnet ist, wobei der
Hilfsdichtungsdeckel sowohl an dem Gehäuse als auch an dem Hauptdeckel
lösbar befestigt und gegen diese verspannt ist, und weiter mit
Dichtungsgliedern, sowohl zwischen dem Hilfsdichtungsdeckel und
dem Gehäuse als auch zwischen dem Hilfsdichtungsdeckel und dem
Hauptdeckel versehen ist.
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Vorzugsweise sind die Flächen, die durch die Dichtungsglieder des
Hilfsdichtungsdeckels abgedichtet sind, in einer oder zwei Ebenen
parallel zum Hauptdeckel angeordnet.
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Vorzugsweise sind weiter auf dem Umfang des Hauptdeckels
Vorsprünge angeordnet, die gegen Vorsprünge anliegen, die auf dem
Umfang der Öffnung angeordnet sind, wenn der Hauptdeckel in seiner
Position verriegelt ist.
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Bei der Konstruktion gemäß der Erfindung ist es möglich, die guten
Eigenschaften beider bekannten Ventiltypen zu kombinieren und
dabei gleichzeitig die meisten der Nachteile der bekannten Ventile
zu vermeiden. Bei dieser Konstruktion ist es aufgrund des
drucksicheren Hauptdeckels möglich, einen Hauptdeckel zu verwenden,
dessen äußerer Durchmesser nur etwas größer ist als der des
Schließkörpers. Im Hinblick auf die Montage des Schließkörpers ist
die Öffnung vorzugsweise 2 - 30 mm größer als der äußere
Durchmesser des Schließkörpers abhängig von der Größe des Ventils. Der
Hauptdeckel wird gegen den Innendruck mit Hilfe einer
vorteilhaften, raumsparenden Schutzringanordnung abgestützt. Das Spiel
zwischen dem Hauptdeckel und dem Gehäuse kann so festgelegt
werden, daß eine mögliche Verformung die Wartung nicht
beeinträchtigt, da Änderungen des Spiels die Abdichtung nicht beeinflussen.
Die Abdichtung des Hauptdeckels wird mit Hilfe eines gesonderten
Hilfsdichtungsdeckels vorgenommen, der gleichzeitig gegen das
Gehäuse und gegen den Hauptdeckel abgedichtet ist. Die Druckkraft,
die auf den Hilfsdichtungsdeckel ausgeübt wird, bleibt klein wegen
der schmalen, ringförmigen druckbeauftragten Fläche und erlaubt
damit gleichzeitig die Verwendung kleiner Schrauben und ebener
Dichtungen. Die Auswahl ebener Dichtungsqualitäten ist groß, und
die Konstruktion ist geeignet für einen großen Temperaturbereich
von cryo-Bedingungen bis Hochtemperaturbedingungen durch einfache
Änderung der Qualität der Dichtungen.
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Die Erfindung und ihre Einzelheiten werden in der folgenden
Beschreibung im einzelnen besprochen, und zwar unter Bezug auf die
Zeichnung, in der sie dargestellt sind und in der
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Figur 1 ein Teilschnitt einer Dichtungsanordnung gemäß der
Erfindung ist;
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Figur 2 ein Detail einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
in einem größeren Maßstab zeigt, und
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Figur 3 ebenfalls ein Detail einer dritten Ausführungsform
zeigt.
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Das Ventil gemäß der Erfindung weist, wie in Figur 1 dargestellt,
ein Gehäuse 1 auf, das mit einem Durchflußkanal 2 versehen ist.
Die Querschnittsform des Durchflußkanals variiert abhängig von der
Form des Schließkörpers. In der Zeichnung ist ein Ventil
dargestellt, das einen kugelförmigen Schließkörper 3 aufweist. Hierbei
ist der Durchflußkanal 2 zweckmäßig kreisförmig. In dem
Durchflußkanal in dein Gehäuse 1 ist in einer abgestuften Ausnehmung 4,
die in einer Ebene quer zum Durchflußkanal liegt, eine
Schließkörperdichtung 5 angeordnet, die den Durchfluß in der
Schließstellung des Ventiles dicht abblockt und die relativ zum Gehäuse
mit einer Dichtung 6 abgedichtet ist.
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In die Installations- oder Wartungsöffnung 7 an der oberen Seite
des Gehäuses 1 ist ein Hauptdeckel 8 eingesetzt, der die Öffnung
schließt und der druckübertragend über eine Nut 9 abgestützt ist,
die in die Öffnung 7 eingearbeitet ist, und zwar mit Hilfe eines
Mehrkomponentenstützringes 10, der in einer Ebene parallel zum
Deckel eingepaßt ist. Die Druckbelastung im Bereich der Öffnung 7
wird hauptsächlich über eine Schulter 11 am Deckel 8 auf die
untere Fläche 12 des Stützringes 12 übertragen, und weiter über die
Oberfläche 13 des in die Nut 9 eingreifenden Stützringes 10 auf
das Gehäuse 1.
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Rechnerisch ist es schwierig, den Anteil der Last, der über den
Stützring übertragen wird, an der Gesamtlast zu bestimmen, da die
Befestigungsschrauben 19 des Hilfsdichtungsdeckels 14, mit dem
schließlich die Öffnung 7, die in dem Gehäuse vorgesehen ist,
abdichtet, einen kleineren Teil der Last tragen. Wegen der hohen
Belastung muß der Stützring 10 starr ausgebildet sein, und daraus
folgt, daß der Stützring aus mehreren Teilen besteht, da er sonst
nicht in die Nut 9 eingesetzt werden kann. Der Stützring ist in
mehrere Teile geschnitten, so daß die Gesamtlänge der Teile
kleiner ist als die gesamte Umfangslänge eines Ganzringes. Das Spiel
erlaubt es, den letzten Teil des Stützringes in seine Lage
einzupassen. Auf der anderen Seite ist die Schulter 11 so breit, daß
der Teil des Stützringes auf die Schulter 11 auf dem Deckel in der
Öffnung 7 aufgelegt werden kann, bevor der Teil des Stützringes in
die Nut 9 eingeführt wird. Der Stützring wird in der Nut gehalten
mit einem ringförmigen Nocken 15, der an dem Hilfsdichtungsdeckel
14 angeordnet ist und sich von dem Hilfsdichtungsdeckel nach unten
erstreckt. Der Nocken paßt mit seinem äußeren Durchmesser mit
einem geeigneten Spiel in die innere Ringfläche des Stützringes
und verhindert, daß die Teile des Stützringes aus der Nut
herausgelangen. Mit seinem inneren Durchmesser liegt der Nockenring
gegen einen zylindrischen Teil 16 an, der zur Schulter 11 des
Hauptdeckels gehört.
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Der Hilfsdichtungsdeckel 14 schließt den Zugang des Mediums durch
den Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Hauptdeckel ab und bildet
einen festen Dichtungskreis zwischen dem Gehäuse und dem
Hilfsdichtungsdeckel mit Hilfe der Dichtung 17 einerseits und zwischen
dem Hauptdeckel und dem Hilfsdeckel mit Hilfe der Dichtung 18
andererseits. Die Dichtungen 17 und 18 können elastische profilierte
Dichtungen, beispielsweise O-Ringdichtungen oder ebene Dichtungen,
beispielsweise ebene Graphitdichtungen, sein. Der
Hilfsdichtungsdeckel ist gegen das Gehäuse mit Hilfe von Schrauben 19 und gegen
den Hauptdeckel mit Hilfe von Schrauben 20 verspannt. Die Last,
die auf die Schrauben wirkt, wird von der ringförmigen Druckfläche
her, deren innerer Durchmesser etwa gleich dem mittleren
Durchmesser der Dichtung 18 und deren äußerer Durchmesser etwa gleich
dem mittleren Durchmesser der Dichtung 17 ist sowie von
Vorspannkräften, die für die Dichtungen erforderlich sein können. Die
Drehachse 21 des Schließkörpers ist durch den Hauptdeckel 8
geführt und mit Hilfe der Dichtungselemente 22 abgedichtet.
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Die Erfindung ist nicht allein beschränkt auf die Ausführungsform,
wie sie oben beschrieben ist, sondern kann auf verschiedene Weise
innerhalb des Umfangs der Patentansprüche verändert werden.
Beispielsweise kann anstelle eines kreisförmigen Hauptdeckels und
einer kreisförmigen Öffnung und entsprechendem Stützring ein
Dekkel und eine Öffnung verwendet werden, deren Radius nicht über den
gesamten Umfang gleich ist. In einem solchen Fall wird der Deckel,
nachdem er eingesetzt ist, gedreht, wobei Deckelteile mit größerem
Radius in Öffnungsteile mit kleinerem Radius eingebracht werden.
Ein derartiger sogenannter Bajonettverschluß ermöglicht eine
Konstruktion, in der der Hilfsdichtungsdeckel 14 und die Schrauben 19
und 20 eine vorteilhaftere Größe haben können. Eine solche
Ausführungsform ist in Figur 2 dargestellt. Der Hauptdeckel 8 hat
radiale Vorsprünge 23 auf seinem Umfang, die in entsprechende
Ausnehmungen
passen, die auf dem Umfang der Wartungsöffnung 7
abgeordnet sind. Zwischen den Ausnehmungen in der Wartungsöffnung 7
verbleiben nach einwärts gerichtete Vorsprünge 24. Nachdem der
Primärdeckel in seine Verriegelungsstellung gedreht ist, liegen
die Oberflächen der Vorsprunge 23 des Hauptdeckels gegen die
Flächen an der Unterseite der Vorsprünge 24 in der Öffnung an, und
damit ist der Hauptdeckel abgestützt oder verriegelt.
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Eine andere von der Ausführungsform nach Figur 1 unterschiedliche
Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt. Bei dieser
Konstruktion ist die Dichtung 18 auf einer Schulter 11 des Hauptdeckels 8
angeordnet. Diese Anordnung reduziert die druckbeauftragte Fläche
des Hilfsdichtungsdeckels 14 und macht die Konstruktionseinheit
bestehend aus dem Hilfsdichtungsdeckel 14 und den Schrauben 19, 20
kleiner. Der ringförmige Vorsprung 15 des Dichtungsdeckel 14, der
den Stützring 10 in seiner Nut hält, erstreckt sich weiter unten
bis auf die Schulter 11 des Hauptdeckels.
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Außer kugelförmig kann der Schließkörper auch beispielsweise als
Segment einer Kugel oder als Zylinder ausgebildet sein.