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Gegenstand der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelventil und insbesondere
ein Ventil mit Absperrschieber, das eine abdichtende Welle beinhaltet und
das ein System mit zwei Dichtungsschichten umfasst.
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Stand der Technik
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Bei
einer Vielzahl von in der Luft- und insbesondere in der Raumfahrt
verwendeten Geräten
handelt es sich um pneumatische oder hydraulische Systeme, die Regelventile
verwenden, die gegenüber
einem mobilen Träger
dicht abgeschlossen sind. Ein bekanntes Beispiel für solche
Ventile sind Ventile mit einem kugelförmigen Absperrschieber.
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Typischerweise
umfasst ein Ventil mit einem kugelförmigen Absperrschieber einen
Ventilkörper,
in dem eine hauptsächlich
zylindrische Kammer ausgeprägt
ist und der über
einen Ein- und einen Ausgang verfügt. Das Ventil umfasst ferner
einen bedienbaren Verschluss in der Form eines kugelförmigen Deckels (Absperrschieber)
mit einer Öffnung;
die Form des o.g. Deckels ergänzt
im Wesentlichen die Form der Kammer. An diesem bedienbaren Verschluss
befindet sich ferner an einem der äußeren Enden eine Welle bzw.
ein Schaft, die/der mit einem Stellglied verbunden ist und mit dessen/deren
Hilfe er gedreht werden kann, um somit das Ventil zu öffnen oder
zu schließen.
Man definiert für ein
solches Ventil eine vollständig
geöffnete
Stellung, bei der dieser bedienbare Verschluss gegenüber der
Kammer so ausgerichtet ist, dass seine Öffnung sich in einer Linie
mit dem Ein- und Ausgang der Kammer befindet und somit ein Durchfließen der
Flüssigkeit
ermöglicht
wird. Man definiert gleichermaßen
eine geschlossene Stellung für
dieses Ventil, bei der dieser bedienbare Verschluss gegenüber der
Kammer so ausgerichtet ist, dass keine durchgängige Linie zwischen der Öffnung des
bedienbaren Verschlusses und dem Ein- und Ausgang der Kammer vorhanden
ist und der bedienbare Verschluss somit eine Sperre darstellt, die
ein Durchfließen
von Flüssigkeit
durch das Ventil verhindert.
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Üblicherweise
wird in diesen Ventilen ein Dichtungssystem vorgesehen, so dass
der dem Ventil vorgelagerte Bereich gegenüber dem Bereich nach dem Ventil
abgedichtet ist, wenn das Ventil geschlossen ist. Dieses System
spielt in dem Fall eine besonders wichtige Rolle, in dem im vorgelagerten
Bereich eine Flüssigkeit
mit Unterdruck zirkuliert oder für
den Fall, dass in diesem Bereich mit einem Vakuum gearbeitet wird,
während
in dem nachgelagerten Bereich eine Flüssigkeit mit Hochdruck zirkuliert
bzw. umgekehrt. Dieses Dichtungssystem liegt normalerweise in Form
einer Dichtung vor, die als "Hauptdichtung" bezeichnet wird
und die fest auf Höhe
des Absperrschiebers eingebaut wird; sie ermöglicht es, die Dichtheit des
dem Ventil vorgelagerten Bereichs gegenüber einem diesem Ventil nachgelagerten
Bereich sicherzustellen, wenn das Ventil geschlossen ist. Beim Öffnen des
Ventils berührt
die Hauptdichtung die kugelförmige
Kontaktfläche
des Absperrschiebers.
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Das
Dichtungssystem des Ventils umfasst gleichermaßen üblicherweise eine zusätzliche
Dichtung, "statische
Dichtung" genannt,
die sich auf Höhe der
Welle des Ventils mit Absperrschiebers befindet und deren Funktion
darin besteht, sicherzustellen, dass das Ventil gegenüber der
Umgebung dicht abgeschlossen ist.
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Um
die Dichtheit solcher Ventile gegenüber der Umwelt noch weiter
zu verbessern, wurde vorgeschlagen, ein System oder eine Vorrichtung
mit zwei Dichtungsschichten auf der Höhe der Welle zu verwenden.
Somit werden zwei Dichtungen, eine primäre und eine sekundäre Dichtung
in einer Reihe, eine oberhalb von der anderen, angeordnet, so dass
sie die Flächen
der Welle abdichten, auf der sie aufliegen. Jede Dichtung hat vorteilhafterweise
die Form einer Dichtung mit U-Profil, d.h. eine Ring- oder O-Ring-Dichtung,
deren Querschnitt ein U-Profil aufweist. Die primäre und die
sekundäre
Dichtung begrenzen somit jeweils einen primären und einen sekundären Hohlraum.
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Gemäß dem Stand
der Technik verfügt
jede dieser primären
und sekundären
Dichtungen über
einen Deckel, der aus einer mechanischen Komponente besteht. Diese
Dichtungen werden somit einzeln von den mechanischen Komponenten,
die über
ein bestimmtes Volumen verfügen,
gestützt
und direkt mit dem Gehäuse
mit Hilfsmitteln verbunden, die an sich bekannt sind, wie z.B. Muttern
mit Schraubengewinde.
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In
besonders vorteilhafter Weise wird jede zwischen den beiden Dichtungen
vorhandene Flüssigkeit über Hilfsmittel,
die entweichende Flüssigkeit aufnehmen,
nach außen
geleitet. Somit wird die Dichtheit des Ventils gegenüber der
Umgebung verbessert.
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Die
Dokumente US-A-5,056,755 und EP-A-1 052 439 beschreiben Ventile
mit Absperrschiebern mit einem System mit zwei Dichtungsschichten
auf Höhe
der Welle, dessen Dichtungen durch einen Deckel in ihrer Position
gehalten werden. Die beiden Dichtungsschichten des Systems befinden
sich eine oberhalb von der anderen Dichtung entlang der Welle. Ferner
umfasst der in dem Dokument US-A-5, 056,758 beschriebene Ventildeckel
einen Kanal, der in der Lage ist, sämtliche entweichende Flüssigkeit aufzunehmen,
die zwischen den Dichtungen des Systems mit zwei Dichtungsschichten
vorhanden ist.
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Weiterhin
beschreibt das Dokument US-A-4, 592,558 die Dichtungen, die die
Dichtheit zwischen der Welle eines Ventils und dem Deckel sicherstellt, der
dazu dient, die besagte Welle aufzunehmen. Dieses Dokument beschreibt
insbesondere Ringdichtungen, die einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Diese
Dichtungen werden mit Hilfe eines Distanzstücks in T-Form separiert.
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Das
Dokument GB-A-2 340 899 beschreibt seinerseits eine Doppeldichtung,
die in Dichtungssystemen zu verwenden ist und einen primären und einen
sekundären
Hohlraum ausbildet. Diese Doppeldichtung verfügt über die Besonderheit, dass
in ihr eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die in Form einer Metallfolie
im Inneren jedes dieser Hohlräume vorhanden
ist.
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Zielsetzungen der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Möglichkeit vorzuschlagen, um
die Konstruktion eines Ventils mit Absperrschieber zur vereinfachen, das über ein
System mit zwei Dichtungsschichten verfügt, um die Dichtheit des Ventils
gegenüber
der Umgebung sicherzustellen; hierbei bleiben sämtliche bereits durch Lösungen nach
dem derzeitigen Stand der Technik vorhandenen Vorteile erhalten.
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Die
vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, eine Lösung vorzuschlagen,
bei der das Aufnehmen und Ableiten entweichender Flüssigkeit weiterhin
gewährleistet
wird.
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Charakteristische Hauptelemente
der vorliegenden Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit Absperrschieber,
das einen Ventilkörper sowie
einen bedienbaren Verschluss umfasst und so gestaltet ist, dass
es über
einen kugelförmigen
Deckel verfügt,
der mit einer drehbaren und/oder verschiebbaren Welle ausgestattet
ist; dieses Ventil umfasst ferner ein System mit zwei Dichtungsschichten auf
der Höhe
der besagten Welle und zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtungen,
die die beiden Dichtungsschichten des Systems bilden, gegenüber der
Welle mit Hilfe eines einzigen Deckels in ihrer Position gehalten
werden, der aus einer einzigen mechanischen Komponente besteht.
Somit wird in sinnvoller Weise ermöglicht, die Montage und die
Realisierung dieser Art von Ventil mit Absperrschieber und System
mit zwei Dichtungsschichten zu vereinfachen.
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Bei
diesen Dichtungen handelt es sich vorzugsweise um Dichtungen, die
aus polymerischen oder elastomeren Materialien gefertigt wurden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
besteht das Dichtungssystem mit zwei Dichtungsschichten aus einer
primären
und einer sekundären Dichtung,
die in einer Reihe, eine oberhalb der anderen, entlang der Welle
angeordnet sind.
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Bei
den besagten primären
und sekundären Dichtungen
handelt es sich vorzugsweise um Ringdichtungen mit einem U-förmigen Querschnitt,
die jeweils einen primären
und einen sekundären
Hohlraum ausbilden.
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Die
besagten Primär-
und Sekundärdichtungen
werden vorzugsweise durch ein Distanzstück getrennt, das vorzugsweise
eine T-Form aufweist und dessen Fuß sich im Inneren eines der
besagten Hohlräume
befindet. Dieses Distanzstück
trägt dazu
bei, die Primär-
und Sekundärdichtung
in ihren jeweiligen Positionen zu halten.
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Vorteilhafterweise
befinden sich in der vorliegenden Erfindung die Spannvorrichtungen
zum Andrücken
der Dichtungen, genauer gesagt der Dichtungslippen, an die abzudichtenden
Seiten der Welle im Ventil am Fuß des Distanzstücks.
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Diese
Spannvorrichtungen nutzen die Federwirkung und liegen zum Beispiel
in Form einer Metallfolie vor, die sich im Inneren des zentralen
Hohlraums der Dichtung, insbesondere der Primärdichtung, befindet.
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Diese
Spannvorrichtungen ermöglichen
ferner ein Einwirken für
den Fall, dass die Kontaktspannungen auf Höhe der Sekundärdichtung
zu stark werden, wodurch eine Druckverformung dieser Dichtung verhindert
wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
besteht das System mit Dichtungsschichten aus einer Doppeldichtung,
die vorzugsweise zwei Hohlräume, einen
primären
und einen sekundären
Hohlraum aufweist, die sich vorzugsweise eine oberhalb der anderen
entlang der Welle des Ventils befinden.
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Vorteilhafterweise
nutzt diese Doppeldichtung eine U- bzw. W-Ring Doppeldichtung.
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Bei
dieser Ausführungsform,
gleichermaßen wie
bei der ersten Ausführungsform,
liegen die Spannvorrichtungen vorzugsweise in Form einer Metallfolie
vor, die sich im Inneren mindestens eines der besagten Hohlräume der
Doppeldichtung befinden.
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Bei
den beiden bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, ist in dem Deckel, der das System mit
den beiden Dichtungsschichten schützt, ein Kanal vorhanden, der
in der Lage ist, sämtliche
austretende Flüssigkeit
aufzunehmen und abzuleiten.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform
umfasst das Ventil vorteilhafterweise ferner einen zusätzlichen
Kanal, um austretende Flüssigkeit
aufzunehmen; dieser Kanal ist so ausgeführt, dass er quer durch das
System mit den zwei Dichtungsschichten führt, vorzugsweise auf Höhe der Verbindungsstelle zwischen
dem primären
und dem sekundären
Hohlraum, und dass er mit dem (Haupt-)Kanal verbunden ist, der in
der Lage ist, die entweichende Flüssigkeit aufzunehmen, die sich
auf Höhe
des Deckels befindet.
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Somit
ergibt sich der Vorteil, dass durch die zweite Ausführungsform
die Anzahl der Komponenten reduziert wird, während gleichzeitig die doppelte Dichtheit
und das Aufnehmen der entweichenden Flüssigkeiten weiterhin gewährleistet
wird.
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Beschreibung der Abbildungen
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1 zeigt
eine allgemeine Darstellung eines Ventils mit Absperrschieber gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
eine Detailansicht der Dichtungsvorrichtung des Ventils mit Absperrschieber
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3.
zeigt eine Detailansicht der Dichtungsvorrichtung des Ventils mit
Absperrschieber gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der verschiedenen Ausführungsformen
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1 zeigt
ein Ventil mit Absperrschieber gemäß der Erfindung. Dieses Ventil 1 umfasst
typischerweise einen Ventilkörper 2,
in dem eine hauptsächlich
zylindrische Kammer 3 mit einem Eingang 4 und
einem Ausgang 5 ausgebildet ist. Das Ventil 1 umfasst ferner
einen bedienbaren Verschluss 6, der sich im Ventilkörper 2 befindet
und in Form eines kugelförmigen
Deckels (Absperrschieber) mit einer Öffnung 7 vorliegt
die Form des o.g. Deckels ergänzt
im Wesentlichen die Form der Kammer 3. An diesem bedienbaren
Verschluss 6 befindet sich ferner an einem der äußeren Enden
eine Welle bzw. ein Schaft 8, die/der mit einem Stellglied
verbunden ist und mit dessen/deren Hilfe er gedreht werden kann,
um somit das Ventil zu öffnen
oder zu schließen.
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Man
definiert für
ein solches Ventil eine vollständig
geöffnete
Stellung, bei der dieser bedienbare Verschluss 6 gegenüber der
Kammer so ausgerichtet ist, dass seine Öffnung sich in einer Linie
mit dem Ein- und Ausgang der Kammer befindet und somit ein Durchfließen der
Flüssigkeit
ermöglicht
wird.
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Man
definiert gleichermaßen
eine geschlossene Stellung für
dieses Ventil 1, bei der dieser bedienbare Verschluss gegenüber der
Kammer so ausgerichtet ist, dass keine durchgängige Linie zwischen der Öffnung 5 des
bedienbaren Verschlusses 6 und dem Eingang 4 und
Ausgang 5 der Kammer 3 vorhanden ist und der bedienbare
Verschluss 6 somit eine Sperre darstellt, die ein Durchfließen von
Flüssigkeit
durch das Ventil 1 verhindert.
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Das
Ventil 1 gemäß der Erfindung
umfasst auf Höhe
der Welle 8 ein Dichtungssystem, dessen Funktion darin
besteht, die Dichtheit des Ventils gegenüber der Umwelt sicherzustellen.
Es handelt sich um genau dieses Dichtungssystem, das aus einem System
mit zwei Dichtungsschichten auf Höhe der Welle 8 besteht,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Ventil ferner ein zusätzliches Dichtungssystem, das
dazu dient, die Dichtheit zwischen einem dem Ventil vorgelagerten Bereich
und einem dem Ventil nachgelagerten Bereich sicherzustellen, wenn
das Ventil geschlossen ist.
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Das
System mit zwei Dichtungsschichten von Ventil 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Baugruppe mit zwei Dichtungen 10, 10', die starr
auf der Welle bzw. dem Schaft des Stellglieds 8 des bedienbaren
Verschlusses 6 befestigt sind.
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Genauer
gesagt definiert man eine primäre Dichtung 10 und
eine sekundäre
Dichtung 10'.
Zur Verdeutlichung ist nur eine dieser beiden Dichtungen, die primäre Dichtung
mit der Bezeichnung 10 in der 1 dargestellt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform,
die in 2 detailliert dargestellt wird, entsprechen die primäre Dichtung 10 und
die sekundäre
Dichtung 10' den
beiden unterschiedlichen Dichtungen, die entlang der Welle 8 angeordnet
sind.
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Jede
Dichtung 10, 10' hat
vorteilhafterweise die Form einer Dichtung mit U-Profil, d.h. eine
Ring- oder O-Ring-Dichtung, deren Querschnitt ein U-Profil aufweist.
Die primäre
und die sekundäre
Dichtung begrenzen somit jeweils einen primären Hohlraum 20 und
einen sekundären
Hohlraum 20'.
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Gemäß dem Stand
der Technik ist jede dieser primären
Dichtungen 10 und sekundären Dichtungen 10' in einem "Deckel" angeordnet, der
aus einem mechanischen Werkstück
besteht. Diese Deckel sind direkt mit dem Gehäuse mit Hilfsmitteln verbunden,
die an sich bekannt sind, wie. z.B. Muttern mit Schraubengewinde.
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So
wie in 2 dargestellt, werden bei der vorliegenden Erfindung
im Gegensatz zum Stand der Technik die primäre Dichtung 10 und
die sekundäre Dichtung 10' durch den gleichen
mit der Nummer 50 bezeichneten Deckel gestützt und
in ihrer Position gehalten und nicht mehr länger durch zwei unterschiedliche
Deckel, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Somit wird
in sinnvoller Weise ermöglicht, die
Montage und die Realisierung dieser Art von Ventil mit Absperrschieber
und System mit zwei Dichtungsschichten zu vereinfachen.
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Bei
diesen Dichtungen 10, 10' handelt es sich vorzugsweise um
O-Ring-Dichtungen als polymerischen oder elastomeren Materialien.
Gemäß einer
gesonderten Ausführungsform
kann es sich bei diesen Dichtungen um Ringdichtungen handeln, die einen
U-förmigen
Querschnitt aufweisen.
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In
besonders vorteilhafter Weise verfügt dieser Deckel 50 über einen
Kanal 30, der dazu dient, sämtliche entweichende Flüssigkeit
aufzunehmen. Dieser Kanal 30 befindet sich vorzugsweise
auf Höhe der
Primär- und Sekundärdichtung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
zwischen den beiden Dichtungen 10 und 10' ein Distanzstück 60 angeordnet,
das z.B. in T-Form ausgebildet ist und das dazu beiträgt, die
Primär-
und die Sekundärdichtung
in ihrer Position zu halten.
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Vorteilhafterweise
verfügt
man bei einer darüber
hinaus noch weiterhin bevorzugten Ausführungsform am Fuße 61 des
Distanzstücks 60 um Spannvorrichtungen,
die zum Beispiel in Form einer Metallfolie 62 vorliegen.
Diese Spannvorrichtungen 62 nutzen die Federwirkung und
wirken ein, indem sie die Dichtungslippen gegen die abzudichtenden Seiten
der Welle des Ventils drücken.
Ferner sind Spannvorrichtungen in der Lage als Spannungsverteiler
für den
Fall einzuwirken, in dem die Kontaktspannungen auf Höhe der sekundären Dichtung 10' zu stark sind,
wodurch eine Druckverformung dieser Dichtung vermieden wird.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung, die in 3 dargestellt wird, schlägt die vorliegende
Erfindung vor, ein System mit Doppeldichtung zu verwenden, das mit
einem einzigen Deckel 50 und/oder einer einzigen Doppeldichtung 10 ausgestattet
ist, die die Funktion der zwei Dichtungsschichten gewährleistet.
Bei dieser Ausführungsform
bestehen die Primärdichtung 10 und
die Sekundärdichtung 10' somit aus einer
einzigen Doppeldichtung 10.
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Vorteilhafterweise
verfügte
diese Doppeldichtung 10 über zwei Hohlräume, einen
primären Hohlraum 20 und
einen sekundären
Hohlraum 20' und
ist als doppelte U-Dichtung oder als W-Dichtung ausgefertigt.
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Ferner,
wie bei der ersten Ausführungsform, verfügt das Ventil
im Deckel 50 über
einen Kanal 30, um eventuell austretende Flüssigkeitsmengen
aufzunehmen.
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In
besonders vorteilhafter Weise verfügt die Doppeldichtung 10 als
solche über
einen Kanal 30', um
sämtliche
austretende Flüssigkeit
aufzunehmen. Dieser Kanal 30' befindet
sich vorzugsweise auf Höhe
der Verbindungsstelle zwischen dem primären Hohlraum 20 und
dem sekundären
Hohlraum 20'.
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Die
relative Anordnung der Kanäle 30 und 30' ist vorzugsweise
so, dass der Kanal 30' sich
ausdehnt und quer durch den Deckel 50 führt.
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Es
sind vorzugsweise Spannvorrichtungen vorzusehen, die in Form einer
Metallfolie 62 vorliegen und sich im Inneren des Hohlraums 20 der
Doppeldichtung 10 (zentraler Hohlraum) befinden.
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Diese
zweite Ausführungsform
bietet den Vorteil, die Zahl der Komponenten weiterhin zu verringern,
während
gleichzeitig die doppelte Dichtheit auf Höhe der Welle des Ventils und
ein Aufnehmen von entweichender Flüssigkeit gewährleistet
wird.