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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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In
Fluidströmungsregelungssystemen,
in denen das Fluid stark ätzend
oder gefährlich
ist, ist es extrem wichtig, dass das Fluid nicht aus seinem Lagerbehälter (oder
aus einer mit dem Lagerbehälter verbundenen
Leitung) austritt, wo es dann in Kontakt mit dem Anwender kommen
kann. Es ist von besonderer Bedeutung, dass die Verbindung zwischen
Lagerbehälter
und Leitung eine gute Abdichtung aufweist, wenn die Leitung von
der Verbindung mit dem Behälter
gelöst
wird. In solchen Fällen
ist es üblich, ein
Strömungsregelventil
im Auslass des Lagerbehälters
vorzusehen, das sich schließt,
wenn die Auslassleitung abgenommen wird. Ein Beispiel einer solchen
Ausführung
ist in der
US-A-6,293,293 beschrieben,
in der die Auslassleitung einen Fitting mit einem Vorsprung aufweist,
der, wenn eine Verbindung mit dem Auslass des Lagerbehälters erfolgt,
Druck nach unten auf den Kopf der Ventilschaftanordnung ausübt, so dass
das Ventil geöffnet
wird und Fluid vom Behälter
zur Leitung (oder umgekehrt) strömen
kann. Der Ventilschaft innerhalb des Ventils beinhaltet einen elastisch
verformbaren Abschnitt, der, wenn der Leitungsverbinder entfernt
wird, die erforderliche Rückstellkraft
bereitstellt, um den Kopf des Ventilschafts zurück gegen den Ventilsitz zu
bewegen, so dass das Ventil geschlossen wird.
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Ventile
in der vorstehend beschriebenen Ausführung werden in der Lagerung
und Strömungsregelung
gefährlicher
und/oder ätzender
Fluide verwendet, die möglicherweise
auf erhöhten
Temperaturen gehalten werden müssen.
Da der Ventilsitz des Ventils häufig
in Fluid eingetaucht ist, können
sich die elastischen Eigenschaften des verformbaren Abschnitts des
Ventilschafts im Laufe der Zeit verschlechtern. Diese Verschlechterung
der elastischen Eigenschaften kann letztendlich zu einem als "bleibende Verformung" bekannten Zustand
führen,
in dem sich der Ventilsitz in seiner normalen, nicht vorgespannten
Position verformt. Anders ausgedrückt: Der elastische Abschnitt
des Ventilschafts geht in eine Verformung über, die derjenigen Form ähnelt, die
er normalerweise während
des offenen Zustands des Ventils ausbilden würde. Sobald die bleibende Verformung
eingetreten ist, dichtet das Ventil in der geschlossenen Position
nicht mehr vollständig
ab, so dass unerwünschte
Leckagen des potentiell schädlichen
Fluids bewirkt werden, wie vorstehend erwähnt.
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Eine
Ventilanordnung in der vorstehend beschriebenen Ausführung und
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist in der
US-A-5,730,418 beschrieben.
Die Ventilanordnung umfasst einen Ventilkörper mit einem einen Ventilauslass
umgebenden Ventilsitz sowie einen hohlen Ventilschaft mit einem Kopfabschnitt,
der so ausgeführt
ist, dass er den Ventilsitz berührt
und damit eine Dichtung bildet, wenn sich das Ventil in einem geschlossenen
Zustand befindet. Der Ventilschaft hat einen elastisch verformbaren
Abschnitt, der verformt wird, wenn sich das Ventil in der offenen
Position befindet, so dass dadurch eine Rückstellkraft bereitgestellt
wird, um den Kopfabschnitt in Richtung auf einen Kontakt mit dem Ventilsitz
vorzuspannen. Zusätzliche
Vorspannmittel sind zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilschaft montiert,
um den Kopfabschnitt in Richtung auf einen Kontakt mit dem Ventilsitz
zu drängen.
Die zusätzlichen
Vorspannmittel umfassen ein innerhalb des hohlen Ventilschafts befindliches
Federmittel. Der Ventilschaft umfasst einen Abschnitt, der an einem Ende
den Ventilkopfabschnitt und am anderen Ende einen aufgeweiteten
Abschnitt hat, der den elastisch verformbaren Abschnitt bildet.
Das Federmittel hat einen Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser
des hohlen Abschnitts des Ventilschafts ist, und ein Ventilkörper beinhaltet
ein Montagemittel, an dem eine Stützplatte montiert ist, die
den Ventilkörper,
das Federmittel und den aufgeweiteten Abschnitt abstützt. Der
aufgeweitete Abschnitt der bekannten Ventilanordnung ist als eine
faltbare Schürze
ausgeführt,
und das Federmittel hat eine konische Form.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilanordnung
bereitzustellen, die zumindest in gewisser Weise dazu beiträgt, den
vorgenannten Nachteil zu überwinden
oder der Industrie eine nützliche
Wahlmöglichkeit
zu bieten.
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Aspekte
und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung, die lediglich beispielhaften Charakter hat.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung besteht aus einer Ventilanordnung gemäß Anspruch 1.
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Der
aufgeweitete Abschnitt ist vorzugsweise im Wesentlichen tellerförmig oder
halbkugelförmig ausgebildet.
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Der
Ventilschaft hat vorzugsweise ein geschlossenes Ende am Kopfabschnitt.
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Die
Stützplatte
umfasst vorzugsweise eine kreisförmige
Scheibe mit einem ringförmigen
Steg an einer Seitenoberfläche,
wobei die Stützplatte
auch das offene Ende des Ventilschafts abstützt und einen zentralen Ständer beinhaltet, über dem
das Ventilkörperende
des Federmittels positioniert ist.
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Die
Stützplatte
hat vorzugsweise einen Durchmesser, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser
des aufgeweiteten Abschnitts des Ventilschafts entspricht, und ein
ringförmiger
Steg ist an der Ventilschaftseite der Stützplatte vorgesehen, wobei
der ringförmige
Steg einen Außendurchmesser hat,
der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Abschnitts
entspricht, so dass der aufgeweitete Abschnitt an der äußeren Kante
der Stützplatte
abgestützt
wird.
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Der
ringförmige
Steg hat vorzugsweise eine nach außen geneigte äußere Oberfläche.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist ein Auslassleitungsverbinder so ausgeführt, dass
er mit der Auslassöffnung
verbunden werden kann, wobei der Auslassleitungsverbinder ein Eingriffselement beinhaltet,
das in den Ventilschaftkopf eingreift und das Ventil in die offene
Position bewegt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung, die lediglich beispielhaften Charakter hat, sowie
aus den beiliegenden Zeichnungen; dabei sind:
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1 eine
perspektivische Teilschnittansicht der Ventilanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem geschlossenen Zustand;
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2 eine
Querschnittsfrontaufrissansicht der Ventilanordnung von 1 in
einem geschlossenen Zustand;
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3 eine
Querschnittsfrontaufrissansicht der Ventilanordnung von 1 in
einem offenen Zustand;
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4 eine
Querschnittsfrontaufrissansicht der Ventilanordnung von 1 in
einem geschlossenen Zustand, sobald sich eine bleibende Verformung des
Ventilschafts ausgewirkt hat; und
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5 eine
perspektivische Ansicht von unten und von einer Seite der Ventilanordnung
von 1, in der der Lagerbehälterauslassfitting, die Feder
und die Stützscheibe
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt sind.
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BESTE DURCHFÜHRUNGSARTEN
DER ERFINDUNG
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Wie
aus den Zeichnungen und zunächst
insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich,
beinhaltet eine Lagerbehälterauslassöffnung 1 einen Ventilkörper 2 und
einen Lagerbehälterauslassfitting 3.
Der Lagerbehälterauslassfitting 3 beinhaltet
einen im Wesentlichen zylindrischen Auslassöffnungsmontagebereich 4 und
einen Flanschabschnitt 5, der mit einem (nicht dargestellten)
Lagerbehälter,
der für
die Lagerung eines Fluids ausgeführt
ist, thermisch verschweißt,
verklebt oder auf andere Weise damit geformt oder integral ausgebildet
ist. Wie vorstehend erwähnt,
kann das gelagerte Fluid ätzend,
giftig oder allgemein gefährlich
sein und möglicherweise
eine erhöhte
Temperatur aufweisen.
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Der
Ventilkörper 2 beinhaltet
einen im Wesentlichen zylindrischen Wandbereich 6, der
in enger Passung innerhalb des Auslassöffnungsmontagebereichs 4 des
Auslassfittings 3 vorgesehen ist. Der zylindrische Wandbereich 6 kann
als eine "Einschubpassung" innerhalb des Auslassfittings 3 ausgeführt sein,
und an den Berührungsflächen der
beiden Bauteile sind zusammenwirkende Eingriffsmerkmale vorgesehen,
um sicherzustellen, dass eine Abdichtung bereitgestellt wird und
dass der Ventilkörper
in den Auslassfitting leicht eingepasst werden kann, es jedoch relativ
schwierig ist, den Ventilkörper
auszubauen. Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist beispielsweise
die äußere Oberfläche des
zylindrischen Wandbereichs 6 mit einer nach oben aufgeweiteten ringförmigen Rippe 7 und
einer Dichtungsrippe 8 ausgestattet, während die innere Oberfläche des
Auslassöffnungsmontagebereichs 4 mit
entsprechend dazu ausgebildeten Nuten oder Vertiefungen ausgebildet ist.
Alternativ können
der Ventilkörper 2 und
der Lagerbehälterauslassfitting 3 verklebt,
thermisch verschweißt
oder anderweitig verbunden oder sogar integral geformt oder ausgebildet
sein. Der Ventilkörper 2 und
der Lagerbehälterauslassfitting 3 sind
vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise aus linearem
Polyethylen niedriger Dichte, geformt.
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Das
obere Ende des Ventilkörpers 2 ist
mit einem zylindrischen Auslassöffnungsfitting 9 ausgestattet,
der so dimensioniert ist, dass er von einem entsprechend dazu ausgebildeten
Fitting an einem (nicht dargestellten) Aus lass leitungsverbinder
aufgenommen werden kann, der über
die Teilgewindevorsprünge 10 nach
unten in Verbindung mit der Auslassöffnung 1 geschraubt
wird. Das manuell erfolgende Festziehen des Auslassleitungsverbinders
an der Auslassöffnung 1 wird
durch die Bereitstellung eines Flansches 11 unterstützt, der
sich vom Auslassöffnungsfitting 9 aus
erstreckt und um seinen Umfang herum mit Einkerbungen 12 ausgestattet
ist, um von einem Benutzer besser ergriffen werden zu können.
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Wie
nunmehr aus 3 ersichtlich, wird der Ventilkörper 2 von
einer Endplatte oder oberen Platte 12 teilweise verschlossen,
so dass kein Fluid den Auslassöffnungsfitting 9 durchströmen (d.h.
weder ein- noch
ausströmen)
kann. Ein Ventilsitz 13 ist um eine kreisförmige Ventilöffnung 26 in
der Endplatte 12 herum ausgebildet. Die Oberfläche des
Ventilsitzes 13 ist vorzugsweise im Wesentlichen konisch
oder allgemein sich nach innen zum Zentrum der Ventilöffnung hin
sowie nach außen
zur Auslassleitungsverbinderseite des Ventilkörpers hin verjüngend ausgeführt.
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Unterhalb
der Endplatte 12 ist ein Stützrahmen 14 aufgehängt, von
dem der (bald zu beschreibende) Ventilmechanismus abgestützt wird.
Der Stützrahmen
ist konzentrisch mit der Ventilöffnung 26 und
dem Ventilsitz 13 angeordnet und umfasst mindestens drei
Stützelemente
oder Ständer 15 (von
denen vier dargestellt sind), die aus der inneren Oberfläche der
Endplatte 12 herausragen und um die Ventilöffnung 26 mit
gleichem Abstand vorgesehen sind. Würden beispielsweise drei Stützständer vorgesehen,
so würden
sie in einem gleichseitigen Dreiecksmuster beabstandet angeordnet.
Im dargestellten Beispiel sind vier Stützständer 15 vorgesehen,
jeweils einer an der Ecke eines Quadrats. Dies ist am deutlichsten
aus 5 ersichtlich, bei der es sich um eine perspektivische
Ansicht von unten und von einer Seite handelt. Die unteren oder
distalen Enden der angrenzenden Stützständer 15 sind durch
Verbindungselemente 16 verbunden. Demzufolge ergeben sich
rechtwinklig geformte Fenster, die an gegenüberliegenden Seiten durch angrenzende
Stützständer 15,
und zwar oben durch die Endplatte 12 und darunter durch
ein Verbindungselement 16, begrenzt sind. Die Fenster lassen
es zu, dass Fluid leicht durch die Stützkonstruktion strömen kann,
die vorzugsweise integral mit dem Ventilkörper 2 geformt ist.
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Ein
Ventilschaft 17 ist innerhalb des Ventilkörpers vorgesehen,
um die Fluidströmung
durch das Ventil wahlweise abschalten oder zulassen zu können. Der
Ventilschaft besteht aus einem elastomeren Material, beispielsweise
aus einem Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren
(EVA), so dass er elastisch verformbar ist. Der Ventilschaft 17 beinhaltet
einen im Wesentlichen zylindrischen oberen Abschnitt 18 sowie
einen aufgeweiteten oder im Wesentlichen tellerförmigen oder halbkugelförmigen unteren
Abschnitt 19. Der im Wesentlichen zylindrische obere Abschnitt 18 des
Ventilschafts ist mit einer ringförmigen Ventilsitzfläche 20 ausgestattet,
die passend zur Form des Ventilsitzes 13 ausgebildet ist,
so dass sich eine gute Abdichtung ergibt, wenn sich die Ventilanordnung
in ihrer geschlossenen Position befindet. Aus 3 ist
ersichtlich, dass sich die Ventilanordnung in einem offenen Zustand
befindet, wenn der obere Abschnitt des Ventilschafts nach unten
verschoben wird, wodurch die Ventilsitzfläche 20 vom Ventilsitz 13 getrennt
wird, so dass Fluid durch die Ventilöffnung 26 strömen kann.
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Der
Ventilschaft 17 hat, wie erkennbar, einen massiven Kopfbereich 29,
obwohl große
Teile des im Wesentlichen zylindrischen Abschnitts 18 und
des aufgeweiteten unteren Abschnitts 19 von unten offen sind
und demzufolge ein großer
Teil des Ventilschafts hohl ist. Da der Ventilschaft aus einem elastisch
verformbaren Material besteht, wird durch Ausübung einer externen Kraft auf
den Kopf 29 des Ventilschafts bewirkt, dass sich der Ventilschaft
an der Verbindung zwischen dem zylindrischen und dem aufgeweiteten Abschnitt
oder um diese Verbindung herum (wie aus 3 ersichtlich)
verformt. Der zentrale Abschnitt des Ventilsitzes wirkt daher als
eine Membrane, wodurch sich die Ventilsitzfläche 20 aufgrund der
Verformung des Ventilschafts aus dem Ventilsitz 13 lösen kann,
so dass Fluid durch die Ventilöffnung 26 strömen kann.
Da der Ventilschaft elastisch verformbar ist, stellt seine Verformung
eine Rückstellkraft
für den Ventilkopf
bereit, wodurch die Ventilsitzfläche
in Eingriff mit dem Ventilsitz gedrängt wird. Das heißt, die Ventilanordnung
zählt zu
den "normalerweise
geschlossenen" Ausführungen.
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Eine
Stützplatte
oder kreisförmige
Scheibe 21 ist im Wesentlichen parallel zur Endplatte 12 vorgesehen,
wird aber an Verbindungselementen 16 des Stützrahmens 14 abgestützt. In
der dargestellten Ausführungsform
hat die Scheibe 21 einen Durchmesser, der im Wesentlichen
der Diagonale des durch die Stützständer 15 gebildeten
Quadrats entspricht, so dass Segmente der Scheibe auf den Verbindungselementen 16 ruhen
und von diesen abgestützt
werden.
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Wie
aus den 2 bis 4 ersichtlich,
ist der Außendurchmesser
des aufgeweiteten Abschnitts 19 des Ventilschafts 17 an
den Durchmesser der Scheibe 21 angepasst. Um die Positionierung des
unteren Endes des Ventilschafts an der Scheibe zu erleichtern, kann
ein ringförmiger
Steg 22 mit einer geneigten äußeren Kante an der oberen Oberfläche der
Scheibe vorgesehen werden. Damit innerhalb des hohlen Inneren des
Ventilschafts befindliches Fluid bei einer Verformung ausgetragen
werden kann, ist die Scheibe mit einer Fluidströmungsöffnung oder einem Fluidströmungsloch 23 ausgestattet.
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Wie
vorstehend erwähnt,
sind die internen Bauteile der Ventilanordnung gelegentlich oder
dauerhaft in potentiell ätzendes
Fluid eingetaucht, das eine erhöhte
Temperatur aufweisen kann. Unter diesen Bedingungen können sich
die elastischen Eigenschaften des Ventilsitzes ändern, und im Laufe der Zeit
kann eine bleibende Verformung auftreten, so dass sich der Ventilsitz
im geschlossenen Zustand des Ventils (wie in 1 dargestellt)
so verformen kann, dass diese Form seiner "normalen", nicht vorgespannten Konfiguration
entspricht. Wenn durch die Verformung des Ventilsitzes seine effektive
Länge verringert
wird, hat dies zur Folge, dass die Ventilsitzfläche weg vom Ventilsitz verschoben
wird, so dass Fluid selbst dann aus der Ventilöffnung 26 austreten kann,
wenn keine externe Kraft auf den Kopf des Ventilschafts ausgeübt wird.
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Um
diese Schwierigkeit zu überwinden,
beinhaltet die Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
auch ein zusätzliches
Vorspannmittel 24 zwischen der Scheibe 21 und
dem Kopf des Ventilschafts 17. Das zusätzliche Vorspannmittel kann
ein Federmittel, beispielsweise eine zylindrisch geformte Schraubendruckfeder,
sein, wie in den Zeichnungen dargestellt. Die zylindrische Feder
kann dadurch, dass ihr unteres Ende über einem Montagemittel, beispielsweise über dem
Ständer 25,
der aus der oberen Oberfläche
der Scheibe 21 herausragt, montiert ist und dass ihr oberes
Ende einen kreisförmigen Vorsprung
aus der Unterseite des Ventilschaftkopfes umgibt, in ihrer Position
gehalten werden. Alternativ kann das Federmittel 24 eine
konisch ausgebildete Schraubendruckfeder umfassen, deren Durchmesser
an der Basis größer als
derjenige an der Spitze ist. Der Durchmesser des Basisendes der
konisch ausgebildeten Feder kann passend zum ringförmigen Steg 22 der
Scheibe 21 ausgeführt
sein oder dem Innendurchmesser der Basis des aufgeweiteten Abschnitts
des Ventilschafts entsprechen. Alternativ kann das zusätzliche
Vorspannmittel aus einer beliebigen, elastisch verformbaren Substanz
bestehen, vorausgesetzt, dass es keiner bleibenden Verformung unterliegt.
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4 zeigt
die Ventilanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung in ihrem geschlossenen Zustand nach Beginn der bleibenden
Verformung im Ventilschaft. Es ist erkennbar, dass die Feder 24 eine unterstützende Schließkraft für die Rückstellschließkraft bereitstellt,
die üblicherweise
durch den elastisch verformbaren Ventilschaft ausgeübt wird,
so dass die Ventilöffnung 26 abgedichtet
wird, obwohl der Ventilsitz einer permanenten Formänderung
unterliegt. Aufgrund des Vorhandenseins des zusätzlichen Vorspannmittels 24 sind
darüber
hinaus fortgesetzte Öffnungs-
und Schließzyklen
der Ventilanordnung möglich,
wobei dennoch jedes Mal, wenn das Ventil in seine geschlossene Position
geht, eine fluiddichte Abdichtung der Ventilöffnung sichergestellt wird.
Der Ventilschaft kann letztendlich ersetzt werden, aber dank der
vorliegenden Erfindung kann ein solcher Ersatz erst nach einer längeren Zeitspanne erfolgen
oder ganz vermieden werden.
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Es
wurde festgestellt, dass, sobald eine bleibende Verformung des Ventilschafts
erfolgt ist, lediglich eine geringe Schließkraft benötigt wird, um die Ventilöffnung 26 abzudichten,
und daher kann eine relativ kleine Schraubenfeder mit geringen Kosten als
das zusätzliche
Vorspannmittel 24 verwendet werden.
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft beschrieben
worden, und es versteht sich, dass Modifizierungen und Hinzufügungen vorgenommen
werden können,
ohne damit vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert,
abzuweichen.