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Absperrorgan für Rohrleitungen und Behälter Maßgebend dafür, claß
ein Ventil, eine Klappe oder ein Schieber gut und sicher dichten, ist die Gestaltung
der Schließflächen und Dichtungssitze. Größere Teller, Klappen oder Platten verwerfen
sich leicht und «-erden dann durch kräftiges Anpressen hoch beansprucht; kleine
und starre Ventilkegel dichten schlecht, wenn die Achse des Sitzes im Gehäuse und
die der Spindel und des Kegels nicht mit einer Genauigkeit zusammenfallen, die leider
oft jenseits der Herstellungsmöglichkeit liegt.
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Solchen Mängeln begegnet man am häufigsten durch @riwetidung \-ei-formbarer
und daher anschmiegsamer Sitze aus Gummi oder Leder, die aber leicht verletzbar,
nicht beständig gegen Schlag und Hitze und bei Hochdruck nicht anwendbar sind. Es
ist auch vorgeschlagen worden, als Sitz einen Blechring zu verwenden; der sich im
Innenausschnitt dem Kegel anschmiegt und am etwas entfernteren Außenrand fest im
Gehäuse der Armatur eingespannt ist. Gemäß anderen Vorschlägen bleibt umgekehrt
der Sitz starr, wogegen das draufgepreßte Verschlußstiick als Membran aus Metall
oder als eindruckfähige Gummischeibe ausgebildet ist, wobei deren Schließwirkung
ausschließlich von der inechanischeu
Anpressung eines Gegensitzes
mittels Gewindespindel oder gewundener Feder abhängt.
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Der Nachteil solcher Verschlüsse ist, daß es mit steigendem Druck
einer immer kräftigeren mechanischen Anpressung bedarf, die schließlich die Membran
oder die Gummischeibe ebenso beschädigt bzw. zerquetscht Wie eine zunehmende Anpressung
z. B. eines üblichen Ventilkegels auf den harten Sitz. Dies ist erst recht dann
der Fall, wenn die Verschlußscheibe in einem gewissen Abstand über der Sitzebene
angeordnet wird und am äußeren Rand im Armaturgehäuse fest eingespannt ist, so daß
sie zum Schließen erst im ganzen gegen den Sitz hin durchgewölbt werden muß.
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Die geschilderten Nachteile werden erfindungsgemäß behoben, wenn ein
aus einer dünnen Metallplatte oder Membran bestehendes Verschlußglied so gestützt
wird, daß der Dichtsitz am Gehäuse und der Stützsitz am Verschlußgliedhalter ungleich
weit sind und dadurch das Verschlußglied unter der Einwirkung des abzusperrenden
Drucks elastisch so verformt wird, daß es dichtend gegen den Dichtsitz gepreßt wird.
Gleichzeitig könnenTnechanische Vorkehrungen getroffen sein, die den Hub des Verschlußgliedhalters
zwangsläufig so begrenzen, daß das Verschlußglied am Ende des Hubs fest auf dem
Sitz anliegt, dabei aber ohne Einwirkung des Mediumdrucks nicht bereits verformt
und angepreßt wurde.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen in 16 Abbildungen
bei verschiedenartigen Verschlüssen dargestellt.
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Abb. i zeigt einbekanntes Ventil mit Membranabdichtung. Aus Abb.2
geht die Verformung der Membran unter dem Anpreßdruck hervor.
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In Abb.3 ist ein Klappenverschluß dargestellt. In Abb.4 ist die beim
Abschluß eintretende Verformung der Membran veranschaulicht.
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In Abb.5 ist die Erfindung in einem Schieber festgehalten, dessen
Membran nach den Gesetzen der Festigkeit verschieden stark und nicht eben ausgebildet
ist.
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DieAbb. 6 bis 8 zeigen eine weitereAusführungsform der Erfindung.
Abb. 6 ist ein senkrechter Querschnitt durch ein Ventil mit über den festen Sitz
hinausragender Membran. Die zugehörige Abb. 7 veranschaulicht die Durchbiegung der
Membran bei geschlossenem Ventil. In Abb. 8 ist der Hebelmechanismus für die Handeinstellung
in Ansicht festgehalten.
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Das in der Abb.9 dargestellte Ventil zeigt in einem senkrechten Querschnitt
eine vom Druck auf den Sitz aufgepreßte Membran als Umkehrung zu den bisherigen
Ausführungen, bei denen die Membran gegen die Stromrichtung auf den Sitz bewegt
wurde. Die bei geschlossenem Ventil eintretende I, Verformung geht aus Abb. io hervor.
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In den Abb. i i bis 13 wird eine gemäß der Erfindung ausgeführte
Klappe in Schnitten im Aufriß, im Seitenriß und in einem Ausschnitt der Verschlußeinrichtung
gezeigt.
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Die Abb..14, 15 und, 16 veransc@aul chen die gemäß der Erfindung vorgenommene
Nembranabdichtung bei einem -Druckminderventil in drei verschiedenen Ausführungen.
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Durchweg sei das Gehäuse des Verschlusses mit a, die Spindel der Schließvorrichtung
mit b, die verformbare Platte oder Membran mit c und das, sie verformende, bewegliche
Anpreßstück mit d bezeichnet. Pfeile deuten die Strömungsrichtung des durchfließenden
Mediums an. Von einer Darstellung von Abdichtvorrichtungen für Antriebsteile, die
das Gehäuse durchdringen, von Befestigungsschrauben oder ähnlichen, selbstverständlichen
Armaturergänzungen ist zugunsten einer deutlicheren Darstellung des Wesentlichen
abgesehen worden.
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Die Abb. 1, 2 stellen eine von der vorliegenden Erfindung nicht berührte
Anwendungsmöglichkeit einer an sich bekannten ':Membran als Verschlußteil dar, damit
an Hand der veranschaulichten Mängel die weit bessere und neuartige Schließwirkung
der in den folgenden Abbildungen dargestellten Verbesserungsvorschläge um so deutlicher
hervortritt. Die Membran c liegt zwischen dem Anpreßstück d und der Kappe e so eingespannt,
daß nur ihr Rand .verformbar bleibt. Bei dieser Anordnung kann sich zwar auch der
dichtende Plattenrand jeder Unebenheit des Sitzes in f, selbst bei außermittigem
Zusammenbau der einzelnen Teile anschmiegen, aber nur in beschränktem Maß, weil
der überstehende Rand klein gehalten werden muß, um mit der elastischer Platte den
zum Dichten nötigen Anpreßdruck zu erzielen.
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Eine weit vollkommenere Lösung ist in der Klappe nach Abb. 3 dargestellt.
Hierbei ist der Halter mit dem Anpreßstück d so ausgespart, daß sich gemäß Abb.4
auch der größere Mittelteil der Platte c unter dem abzudichtenden Druck auswölbt.
Diese Auswölbung bzw. ihre elastische Rückwirkung auf den dichtenden Rand ruft die
eigentliche Dichtkraft hervor, die, wie es sein soll, mit dem abzudichtenden Druck
selbsttätig zunimmt. Man braucht also hier nicht mehr jene recht erhebliche, zusätzliche
Anpreßkraft auszuüben, die bei üblichen Verschlüssen nötig ist, um gewaltsam die
unvermeidlichen, feinen Unebenheiten eines Sitzes oder Verschlußstücks wegzudrücken.
Eine unnütz hohe und womöglich schädlicheAnpressung wird dadurch vermieden, daß
ein Bügel g, der um ein Scharnier h drehbar ist und der das Anpreßstück d in seiner
Mitte mittels des Auges i trägt, mit einem Schlitz versehen ist, in den der im Lager
k dreinbare Hebel 1, in dessen Länge die geforderte Sicherheit liegt, greift.
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In einer Verlängerung der Lagerwelle von k ist außerhalb des Gehäuses
a der Bedienungsgriff m befestigt. Die Endlagen von in und von g im
geöffneten Zustand sind punktiert angedeutet. An Stelle einer Schraubverbindung
-zwischen der Platte oder Membran c und dem Anpreßstück d sind einige verformungsfähige
Mitnehmerbügel dl vorgesehen; die spielfrei über c hinweggreifen.
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Im geöffneten Zustand des Verschlusses herrscht zwischen c und d derselbe
Druck wie außerhalb dieser beiden Teile und wie im vorbeiströmenden Medium. Die
Membran oder Platte c ist dann also
nicht verformt und bleibt praktisch
unverformt bis zur Auflage auf den Sitz von a, der ja nur wenig größer als der Rand
von d zu sein braucht.
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Der untere Rand von d liegt dann also bereits so tief, wie er endgültig
zu liegen braucht, und gelangt in diese Endlage, ohne daß mit dem Bedienungsgriff
eine besondere Anpreßkraft ausgeübt zu werden brauchte.
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Je nach der unvermeidbaren oder vielleicht künstlich herzustellenden
Undichtigkeit zwischen c und d wird es ein Weilchen dauern, bis der Druck aus dem
umschlossenen Raum verschwunden ist. Während dieser Weile wölbt der abzusperrende
Druck allmählich die Scheibe oder Membran in der Mitte aus und bewirkt eine dementsprechende
Spannung, die dann die tatsächlich gewünschte, automatisch mit dem Druck wachsende
Dichtungskraft hervorruft. Diese Wirkung tritt auch bei den weiter zu beschreibenden
Ausführungsbeispielen zutage und soll daher dort nicht erneut erwähnt werden.
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Einen weiteren Schritt zur Vermeidung, daß der abzudichtende Druck
den Plattenrand etwas lüften kann, zeigt die Abb. 5, die einen Schieber darstellt.
Hier ist im Bereich der Aufsitzstelle von d, also am Ort, wo der Biegungspfeil sein
Vorzeichen wechselt, die Membran verstärkt. Es ist für die Erfindung überhaupt unwesentlich,
daß die Platte oder Membran unbedingt plan sei. Ferner zeigt diese Abbildung eine
andere Möglichkeit, die Schließkraft den Erfordernissen anzupassen. Das Anpreßstück
d ist in seiner Grundform nach wie vor ein Rotationskörper; aus seiner oberen Fläche
werden aber ein oder mehrere, beispielsweise zwei in einem Durchmesser fluchtende
Nuten ausgespart, und zwar in einer solchen Grölte, daß hintereinander je eine Doppelschneide
o und ein Vorsprung einer Zahnstange p Platz finden. Mittels eines Zahnrads q, dessen
Welle außerhalb des Gehäuses a eine Kurbel r trägt, können die Zahnstange
p, das Anpreßstück d und die mit einem Mittelzapfen gehaltene Platte c auf öffnungs-
oder auf Schließstellung geschoben werden. Wenn beim Schließen d gegen a stößt,
bewirkt eine geringe Weiterdrehung von r und q ein Nachgleiten der Zahnstange
p; weil sich diese kurz vor ihrer Endlage unter den Gehäusevorsprung s schiebt,
drücken die hochkippenden Doppelschneiden o das Anpreßstück d samt der Platte c
gegen den Sitz im Deckel t. In der Bemessung der Schneidenhöhe o liegt darin die
geforderte Sicherheit gegen eine Überbeanspruchung der Platte bzw. Membran c.
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Falls eine örtliche Verdickung oder eine Absteifung von c aus Herstellungsgründen
unerwünscht ist, hat auch ein etwas weiter über den Sitz hinausreichender Plattenrand
gemäß Abb. 6 dieselbe Wirkung, das Aufwölben der Randzone durch den abzudichtenden
Druck zu vermeiden oder zu verringern, weil der von diesem Druck nicht mehr betroffene,
überstehende Rand bestrebt ist, seine entspannte Lage beizubehalten, wie es die
Abb.7 veranschaulicht. In der Abb.6, die wieder ein Ventil mit bekannter Verbindung
zwischen Spindel und Teller darstellt, ist eine weitere Abart einer Schließvorrichtung
mit vorbedachter Anpressung gezeigt. Die Spindel b wird nicht eingeschraubt, sondern
ohne Drehung gehoben und gesenkt. Ihr oberes Ende trägt, wie die Abb.8 zeigt, einen
Querbolzen u, so daß sich mittels der Gabel v, die mit Handgriff zu versehen ist,
die Verschlußteile heben und senken lassen. In Abb. 6 ist die Lage gezeichnet, in
der die Verschlußteile gerade eben auf den Ventilsitz von f, der aus gleichem Grund
wie in Abb. i abnehmbar ist, gelegt sind. Dreht man die Gabel v bzw. deren Griff
zu um den Drehpunkt u innerhalb der Kreisbahn x senkrecht nach oben,
dann kann der abzudichtende Druck die Versehlußteile c, d nicht mehr anheben. Wenn
die Bahn x an ihrem oberen Ende etwas abgeflacht oder eingezogen wird, läßt sich
auch noch eine entsprechende Vorspannung der Platte c gewinnen. Zum öffnen des Ventils
drückt man umgekehrt den Griff zu wieder nach unten, bis er gegen den Vorsprung
y schlägt, und dann um diesen Vorsprung als Drehpunkt weiter, bis die Gabel
v den Zapfen u und die daranhängenden Verschlußteile zum Anschlag
gegen x gebracht hat.
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Im wieder abweichenden Ventilvorschlag nach Abb. 9 erfüllt der,überstehendeRand
den neuartigen Zweck, zum selbsttätigen Dichten der Platte c in Abhängigkeit vom
abzudichtenden Druck wesentlich beizutragen. Durch Umkehr des Ventilsitzes in a
preßt der abzudichtende Druck, wie Abb. io veranschaulicht, die Platte c um so kräftiger
gegen den Ventilsitz, je höher der Druck ist. Die Spindel b braucht nur noch unmittelbar
hochgezogen oder niedergedrückt zu werden, Es ist aber zweckmäßig, sie am oberen
Hubende mit wenigen Gewindegängen c zu fixieren, hauptsächlich damit die in Schließstellung
fest angepreßte Platte c wieder vom Sitz in a abgedrückt werden kann, wenn man das
Ventil öffnen will.
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Die Abb. i i und 12 zeigen im Aufriß und im Seitenriß einer Klappe
abermals andere Ausführungsmöglichkeiten sowohl der Art wie der nötigen Begrenzung
der Plattenanpressung. Das Anpreßstück d ist mit zwei Anpreßwulsten versehen, die
beiderseits des Klappensitzes in f die Platte c so durchwölben, wie durch Abb. 13
veranschaulicht wird. Das vollkommene und elastische Anschmiegen des Plattenrands
an den Sitz wird also dadurch sichergestellt, daß der äußerste Wulst von d den Plattenrand
noch einmal zurückbiegt. Der Drehpunkt der Platte liegt in h. Unweit davon ist das
Aripreßstück d mit einem geschlitzten Fortsatz .A und beiderseits eines Querdurchmessers
mit je einer Gleitfläche B, die gegenüber der Plattenebene etwas Anzug hat, versehen.
Zum öffnen der Klappe legt man den Bügel C nach unten; die fest damit verbundenen
Hebel D drücken .den Bügel E, .der in den Schlitz des Fortsatzes A hineingreift,
so weg, daß die Klappe in die punktiert dargestellte Lage gedreht wird. Beim Schließen
spielt sich alles umgekehrt ab, und weil am Ende des Schließvorgangs das untere
Auge eines jeden Hebels D auf den schrägen Flächen B längsgleitet, wird in vorbedachtem
Maß der Verschluß gegen den Klappensitz gepreßt.
Die Abb. 14,
15 und 16 zeigen, wie sich durch Anwendung desselben Plattendichtverfahrens
ein einfaches und betriebssicheres, selbsttätiges Druckminderventit füg Gase schaffen
läßt. Zur Erfüllung der Forderung der Selbststeuerung ist hierbei die Platte c wesentlich
über die Dichtungsränder des Hochdruckteils hinaus erweitert. Der Hochdruckstrom
kann entweder nach Abb. 14 in einem Kopf F finit Einsatzstück G, also in einem Träger
von zwei Plattensitzen enden, oder nach Abb. 15, die nur einen Ausschnitt desselben
Ventils darstellt, an einem einfachen Ventilsitz. Sinngemäß erhält dann das Anpreßstück
d nur einen bzw. zwei Gegensitze. Das Anpreßstück d kann in einer Hülse 1, dem Widerlager
der Schließfeder N, frei gleiten und wird von ihr niedergedrückt. Die Hülse I wird
von der Spindel b, die am oberen Ende ein nicht dargestelltes Handrad trägt, gehoben
und gesenkt. Der Kopf F, G bzw. H wird von einem Deckel K, in dem
dank der Bohrung L atmosphärische Spannung herrscht und der mit dem Gehäuse a den
äußeren Rand der Platte c festklemmt, getragen. Ein leicht federnder Mantel, z.
B. ein Faltenrohr M, dessen Enden einerseits mit der Platte c und andererseits mit
dem Kopfstück F bzw. H verlötet oder verschweißt sind, verhindert einen Gasaustritt
ins Freie bei gelüfteter Platte c.
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Mittels der Feder N stellt man die Anpreßkraft entsprechend dem Sollwert
der Druckminderung her, nachdem durch Anheben der Spindel b das Ventil überhaupt
zur Wirkung gebracht ist. Das hochgespannte Gas tritt nun bei Ausführung nach Abb.
14 durch Bohrungen O im Einsatzstück G und durch eine Öffnung in der Mitte der Platte
c, bei Ausführung nach Abb. 15 durch einige Plattenbohrungen im Ringraum zwischen
H und M in den darüberliegenden Entspannungsraum, von dem es entspannt
durch eine bei P anzuschließende Leitung abströmt.
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Während, wie schon dargelegt, ein Sollwert der Druckminderung mittels
der Spannung der Feder N eingestellt wird, werden Schwankungen um diesen Sollwert
empfindlich dadurch geregelt, daß der Niederdruck im oberen Gehäuse a die große
Plattenfläche c mehr oder weniger verformt, wodurch auch entsprechend den Schwankungen
der Austritt von Hochdruckgas gedrosselt wird.
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Die Platte c hat also in ihrem Mittelteil die Aufgabe eines Plattenverschlusses,
ähnlich wie in den übrigen Abbildungen, zu erfüllen, während der erheblich erweiterte
Randteil nur die Verschlußwirkung des Mittelteils steuert. Die Plattenabmessungen,
ihre Durchbiegungs- und Beanspruchungsgrößen in Abhängigkeit von der geforderten
Grenze der Druckminderung lassen sich nach bekannten Verfahren leicht berechnen.
Je nach den Betriebserfordernissen kann es sich, hierbei als zweckmäßig herausstellen,
dem mittleren Schließteil eine andere Dicke als dem äußeren Steuerteil zu geben,
damit sich der Mittelteil innerhalb der Grenzen des Faltenrohrs M gut gegen die
Ventilsitze anschmiegt, während das Randgebiet möglicherweise dicker oder steifer
ausgeführt werden muß, um passendere Abmessungen des Ganzen zu gewinnen. Wenn in
besonders gearteten Belastungsfällen ein Loslösen des -Schließplattenteils c1 voni
abweichend dicken Steuerplattenteil c zweckmäßig erscheinen sollte, kann man nach
Abb, 16, die aus der Abb. 15 hervorgeht, die beiden Plattenteile c und cl über ein
Einschraubstück Q aufeinander wirken lassen.