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Spindelabdichtung für Ventile Zum Abdichten von Ventilspindeldurchführungen
werden vielfach Stopfbuchsen verwendet, die jedoch von Zeit zu Zeit nachgezogen
werden müssen, wenn sie vollkommen dicht bleiben sollen. je stärker die Stopfbuchspackung
mittels der Brille zusammen-und damit auch gegen die Ventilspindel gepreßt wird,
desto größer ist zudem der Widerstand gegen (las Betätigen der Spindel. An Stelle
von Stopfbuchspackungen läßt man auch Stulpmanschetten, ,#chlauchstücke o. dgl.
durch eigene Elastizität oder unter dem Einfluß des jeweiligen Betriebsmittels gen
einen bewegten Ventilteil abdichten, wobei ebenfalls ein gewisser Reibungswiderstand
entsteht. Demgegenüber geht die vorliegende Erfindung von einer Anordnung ans, bei
der ein elastischer, leicht verformbarer Körper einerseits an einem abzudichtenden
bewegten Bauteil und andererseits an einem feststehenden Bauteil eingespannt ist.
Solche zweiseitig eingespannten Dichtungskörper hat man z. B. für Kolben, Kolbenstangen,
hin und her schwingende Wellen sowie für 'Ventilspindeln vorgesehen, im letzteren
Falle gewöhnlich als Balginembranen, die einzeln oder auch zu mehreren geineinsam
verwendet werden. Die in Aiesem Zusaminenhange bekannten Abdichtungselemente mit
zylindrischem oder ähnlichem Querschnitt beanspruchen einen verhältnismäßig großen
Raum, der bei Balgmembranen in axialer Richtung durch die Zahl der jeweils erforderlichen
Falten gegeben ist. Dazu kommt die Notwendigkeit einer Abstützung der elastischen
Wandungen gegen größere Drücke, wic sie gerade bei Ventilen vielfach vorkommen.
1)ie gleichmäßige Entlastung der ganzen Innen-Jäche einer Balgmembran ohne Beeinträchtigung
ihrer Beweglichkeit ist zwar mittels einer nicht zusainmendrückbaren Flüssigkeit
möglich, die aber ihrerseits gegenüber derSpindeldurchführung durch Stopfbuchse
abgedichtet werden muß, wodurch wieder die eingangs erwähnten Nachteile entstehen.
Bei vielen Ventilen, wie z. B. Absperrventilen für Heizkörper, ist nicht nur eine
gedrängte Bauart, sondern auch wegen der großen Stückzahlen eine
einfache
Ausführung erwünscht, die sich im Sinne einer leichten und billigen Herstellung
auswirkt. Dabei ist der Ventilhul) oft nicht sehr groß und die \'entilspindel so
kurz, daß die Anordnung einer l',alginembran gar nicht möglich wäre. Die im Innenraum
des Ventils herrschenden Drücke können dagegen sehr erheblich sein, so daß eine
zuverlässige Abdichtung sehr wichtig ist. Um diesen Forderungen und Verhältnissen
Rechnung zu tragen, soll erfindungsgemäß ein an der Ventilspindel oder am Ventilkegel
einerseits und am Ventilgehätise andererseits eingespanntes, elastisches
Ab-
dichtungselement als ringförmige Scheibe ausgebildet sein, deren mittlerer,'
zwischen den beiden 1,-Inspatinstellen liegender Teil von dem Druck des ]'cti-i",1)smittels
durch Widerlagerflächen entlastet ist, die den durch die verschiedenen Ventilstellungen
bedingten Verformungen der Scheibe weitgehend angepaßt sind.
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Es ist zwar die Verwendung einer dünnen, scheibenförmigen, metallischen
Membran für selbsttätige Ventile bekannt. Hierbei ist aber der Ventil-Izegel nicht
mit einer aus dem Gehäuse herausgeführten -Spindel verbunden, so daß der Ventilraum
nicht gegenüber einer Spindeldurchführung abge-(lichtet zu werden braucht. Vielmehr
dient die straff eingespannte Mernbranscheibe zur Führung des von einer Feder in
der Schließrichtung belasteten Ventilkegels, dessen Hub auf das Maß der Membrandelinung
beschränkt und deshalb nur sehr gering ist.
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Züm Untersch;ed davon hat die im vorliegenden Zusammenhang verwendete
Dichtungsscheibe zweckmäßig im nicht eingespannten Zustande einen größeren Außendurchmesser
als im eingespannten Zustande. Dadurch kann die Scheibe sich bei den verschiedenen
Ventilstellungen durch entsprechende Faltenbildung oder Stauchung verformen, während
über den ganien Querschnitt sich erstreckende Dehiii.ingen vermieden werden.
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Als Widerlager für die Abdichtungsscheibe dient die hohlgewölbte,
vorzugsweise kugelabschnittförmige Innenfläche des Ventildeckels. Außerdem ist für
den vom Ventildeckel nicht abgestützten Teil der Dichtungsscheibe ein bewegliches
Widerlager vorgesehen, d#s den Ventilhub ganz oder teilweise mitmacht. Ein solches
bewegliches Widerlager ist z. B. in Form einer zusammen mit der Dichtungsscheibe
an der '\,'entilspindel oder am Ventilkegel eingespannten Hülse möglich, die gegebenenfalls
von einer zweiten, im Ventildeckel frei beweglich geführten Hülse konzentrisch umgeben
ist. Diese zweite Hülse'wird in der einen Richtung nach einem Teilhub des Ventils
von der ersten Hülse mitgenommen, mit der sie während ihrer eigenen Bev,egung durch
den Gegendruck der Dichtungsscheibe in kraftschlüssiger Verbindung bleibt.
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Das bewegliche Widerlager läßt sich der jeweiligen Verformung der
Dichtungsscheibe durch eine weitere stufenförmigeUnterteilung sogar noch mehr annähern,
indem mehrere zueinander konzentrisch angeordnete, im Ventildeckel frei beweglich
geführte Hülsen vorgesehen sind, die teleskopartig in der einen Richtung von innen
nach außen der Reihe nach von der jeweils vorhergehenden Hülse nach einem Teilhub
derselben mitgenommen werden.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispie1 der Erfindung ein von
Hand betätigtes Eckventil für Heizkörper dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch das Ventil in geöffneter Stellung,
Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt bei geschlossener Ventilstellung; Fig.
3 läßt einen Teil der Fig. i im größeren Maßstabe erkennen.
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Das auf der Zeichnung dargestellte Heizkörperventil besteht im wesentlichen
aus dem Ventilgehäuse i, dem mit diesem verschraubten Ventildeckel 2, der '%"etitilspindel
3, dein Handrad 4, der Spindelmutter 5 und ihrer Gegenmutter
6. Der Ventilkegel 7 setzt sich aus einem Oberteil und einem Unterteil
zusammen, zwischen denen eine ringförinige Gummischeibe 8 an ihrem Innenrande
fest eingespannt ist. Der Außenrand dieser Scheibe ist zwischen dein Ventilgehätise
i und dem Ventildeckel 2 fest eingespannt. Die Ventilspindel 3 ist in bekannter
Weise mit dem Ventilkegel 7 derart verbunden, daß zwischen beiden eine Drehbewegung
möglich ist, während die Ventilspindel 3 den Ventilkegel 7 in axialer
Richtung mitnimmt. Der Ventilhub wird durch Einstellen der mit dem Ventildeckel
2 verschraubten und in ihrer jeweiligen Lage durch die Gegenmutter 6 gesicherten
Spindelmutter 5
begrenzt, gegen deren untere Stirnfläche der Ventilkegel
7 in seiner oberen Endlage zum Anschlag kommt.
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Unmittelbar oberhall) der Dichtungsscheibe 8 ist zwischen den
beiden Ventilkegelteilen eine Hülse 9
eingespannt, die mit ihrem äußeren Rand
in eine Ringnut io des VentildeckelS 2 hineinragt. In dieser Ringnut io ist eine
zweite Hülse ii mit winkelförmigem Querschnitt frei beweglich geführt, deren Unterseite
in gleicher Höhe wie der Innenrand der gewölbten Ventildeckelfläche liegt.
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Die ringförmige Gummischeibe 8 hat in nicht eingespanntem Zustande
eine ebene Form und einen größeren Außendurchmesser als im eingespannten Zustande.
Dadurch wird beim Einspannen des äußeren Scheibenrandes zwischen dem Ventilgehäuse
i und dem Ventildeckel 2 eine Wölbung der mittleren, nicht eingespannten Scheibenringfläche
verursacht. Diese Wölbung ermöglicht es, daß die Scheibe sich einerseits entsprechend
dem Veritilhul) ohne eine über ihren ganzen Querschnitt sich erstreckende Dehnung
verformt, andererseits unter der Einwirkung des Betriebsmitteldruckes ohne eigene
Beanspruchung gegen die gewölbte Innenfläche 12 des VentildeckelS 2 und die beiden
Hülsen 9, 11 abstützt. Letztere bilden ein bewegliches Widerlager, dessen
Lage bei ganz geöffnetem Ventil aus Fig. i und besonders deutlich aus Fig.
3, bei geschlossenem Ventil aus Fig. 2 ersichtlich ist. In den Zwischenstellungen
des Ventils hat die Gummischeibe eine mehr oder weniger ausgeprägte Ringfalte.
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Wenn der Schließhub des Ventils beginnt, wird zunächst nur die innere,
eingespannte Hülse 9 bewegt, während die äußere Hülse i i noch von der
Dichtungsscheibe
8 in ihrer oberen Endlage gehalten wird. Sobald die sich überdeckenden, waagerechten
Flächen der beiden Hülsen zum gegenseitigen Anschlag kommen, wird auch die äußere
Hülse mitgenommen. Diese Mitnahme muß erfolgen, bevor die Dichtungsscheibe
8 durch die Abwärtsbewegung ihrer inneren Einspannstelle sich von der frei
beweglichen Hülse abhebt. Beim Öffnungshub des Ventils wird die äußere Hülse durch
den Gegendruck der Dichtungsscheibe 8 nach oben verschoben, bis sie ihre
Endlage wieder erreicht hat und die kraftschlüssige Verbindung mit der inneren Hülse
wieder aufgehoben wird.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der Innenraum des Ventilgehäuses
nach der Spindelseite hin zuverlässig abgedichtet, ohne daß Stopfbuchspackungen
oder andere, einen Reibungswiderstand an der Spindel verursachende Abdichtungselernente
vorgesehen zu werden brauchen. Auch ist es mit Rücksicht auf den elastischen Werkstoff
der Dichtungsscheibe wesentlich für ihre Haltbarkeit und die Festigkeit ihrer Einspannung,
daß ihr Querschnitt nur auf Biegung, aber nicht auf Zug beansprucht wird. Letzteres
wird einerseits durch eine für alle Ventilstellungen ausreichende Oberfläche, andererseits
durch die Anpassung der Widerlagerflächen an die jeweilige Verformung der Dichtungsscheibe
erreicht.
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Die Form dieses Widerlagers wird deshalb zweckmäßig unter Berücksichtigung
der auf dem ganzen Ventilhub eintretenden Verformung der Dichtungsscheibe festgelegt.
So kann es angebracht sein, durch Anordnung mehrerer beweglicher Hülsen, die nacheinander
teleskopartig an dem Ventilhub teilnehmen, eine sehr weitgehende Abstufung des veränderlichen
Widerlagers vorzunehmen, die theoretisch bis zu einer beliebigen Annäherung an die
Krümmung der Dichtungsscheibe durchgeführt werden kann. Praktisch wird man allerdings
im allgemeinen mit einer oder zwei beweglichen Hülsen auskommen, zumal wenn ihre
Widerlagerflächen dem Verlauf der Dichtungsscheibe an den betreffenden Stellen angepaßt
sind.
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Die Wahl eines geeigneten Werkstoffes für die Dichtungsscheibe hängt
von der Art und Temperatur des Betriebsmittels ab; außer Gummi kommen vor allem
Kunststoffe oder sonstige elastische oder leicht verformbare '#N'erkstoffe in Betracht.