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Verschluß für Rohrleitungen, Ventile od. dgl, Die Erfindung bezieht
sich auf Verschlüsse, insbesondere für Rohrleitungen u. dgl., die einen dichten
und einwandfreien Abschluß geben, sowie auf ein mit einem derartigen Verschluß versehenes
Ventil.
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Ventile besitzen übli-cherweise einen festen Ventilkörper, das Gehäuse,
und einen beweglichen Ventilkörper, das Verschulußstück, der aufersterern zur Auflage
kommt. Bei Rohrleitungen od. dgl. sind gewöhnlich zwei feste Teile vorhanden, die
durch eine nachgiebige Zwischenlage getrennt sind. Um einen dichten Abschluß zu
erreichen, ist in beiden Fällen eine sorgfältige Bearbeitung erforderlich, die unter
Umständen mit hohen Kosten verbunden ist, insbesondere dort, wo Metall auf Metall
aufliegt. Oder aber es müssen plastische Zwischenlagen benutzt werden. Wegen der
Natur dieser Zwischenlagen müssen diese jedoch nach verhältnismäßig kurzem Gebrauöh
ersetzt werden. Viele im Gebrauch befindliche Ventile haben sich, obgleich sie sehr
teuer sind, im Betrieb nicht bewährt. Infolge von Temperatur- und Druckwechsel u.
dgl. entstanden Undichtheiten und Fehler.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verschluß', der ohne teuere
maschinelle Kosten erstellt werden kann. Grundsätzlich kommen Bauteile einfachster
Formgebung zur Anwendung, die beispielsweise ohne Schwierigkeiten als Drehteile
oder in Spritzgii,ß" gegebenenfalls mit zusätzlicher Oberflächenbehandlung, oder
in einem Präge- oder Zieh-bzw. Stanzvorgang hergestellt werden können. So kann als
Ventilgehäuse beispielsweise ein nahtloses Rohr oder ein Drehteil verwendet werden.
Gehäuse und VerschlußstÜck sind als Prägeteile aus dünnem Blech hergestellt. Zum
Verschluß gehört ein einfadher Ring zylin#drischer oder annähernd zylindrischer
Gestalt,
der lediglich der Anforderung zu genügeh hat, daß er eine. hinreichende Elastizität
und eine hinreichende Steifheit besitzt, ohne im Betrieb bleibende Verformungen
ztf erleiden. So kann dieser Ring ähnlich wie ein Kolbenring-beispielsweise im Schleudergußverfahren
oder als Dr(#hseil auf der Drehbank hergestellt oder vorn Rohr abgestochen werden.
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Damit bringt der Verschluß nach der Erfindung, vor allem was die Einfachheit
und die Kosten der Herstellung anbelangt, einen beachtlichen Fortschritt. Aber auch
in funktioneller Beziehung ergeben sich augenfällige Vorteile, die den Verschluß
nicht nur für Flussigkeiten, sondern grundsätzlich für alle strömenden Medien, wie
Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten, geeignet machen. Dies gilt insbesondere auch für
verschmutzte oder angreifende (ätzen-de) Medien, da die Ausführung, soweit es sich
um Ventile und nicht um feste Verbindungen handelt, so getroffen ist, daß ein Effekt
eintritt, der mit einer selbsttätigen Reinigung zu vergleichen ist. In jedem Falle
ist eine Dichtung zu erreichen, die den Anforderungen auch des rauhesten Betriebs
gerecht wird.
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Die Erfindung verbessert einen Verschluß für ,Rohrleitungen, Ventile
od, dgl., bei dem sich ein loser Dichtkörper zwischen zwei Dichtungsflächen befindet,
dadurch, daß der lose Dichtkörper aus einem #,inreichend steifen, in gewissen Grenzen
jedoch elastisch verforrabmen Ring zylindrischer oder annähernd zylindrischer ;Gestalt
besteht, der mit scharfen Kanten bei ' m Abschlußvorgang- auf zwei kugelig
oder annähernd kugelig gewölbten Dichtungsflächen in der Weise zur Anlage kommt,
daß die Kanten des sich frei und selbstsuchend einstellenden Ringes die Kugelflächen
bei(der Dichtungsflächen jeweils auf einem vollen Kreise berühren und damit den
Abschluß ausschließlich bewirken. Es ist bekannt, - den losen Dichtkörper
als Kugel auszubilden und gegen einen mehr oder weniger scharfkantigen Ring zu pressen,
der den festen Ventilsitz bildet, bei welcher Anordnung die Kugel jedoch von mehreren
federnden, in der Herstellung teuren und daher unvorteilhaften Gliedern gehalten
werden muß. Auch ist es bei-den b,4kannten Ventilen nicht möglich, wie bei der Erfindung
den Ventilsitz nur annähernd kugelig g zu gestalten, was den Vorteil einer geringeren
Genauigkeit bei der Herstellung mit sich bringt oder, je nach Zweckmäßigkeit,
die. konvexe oder konkave Kugelfläche der Dichtungsflächen auszunutzen.
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Bei dem Verschluß gemäß der Erfindung werden die Ringabmessungen zweckmäßig
so gewählt, daß die in den Berührungslinien des Ringes an die Kugelflächen der Ventilsitze
gelegten Tangenten gegenüber der Längsachse des losen Ringes um etwa 450 geneigt
sind.
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Um Korrosion zu vermeiden, empfiehlt es sich, zum mindesten den Ring
und die Kugelteile aus dem gleichen Material herzustellen.
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Der Ring braucht nicht unbedingt, über die Ges,atnt'fläche gesdhen,
den gleichen-, Otiersphnitt zu besitzen, er kann vielmehr an den Stirnkanten verhältnismäßig
schwach und im mittleren Teil verstärkt sein. Statt eines Ringes können auch mehrere
Ringe konzentTisch zueinander angeordnet werden, In diesem Falle ist es von Vorteil,
die Elastizität der Ringe unterschiedlidi zu wählen, so daß beispielsweise die inneren
Ringe die größte Elastizität und die äußeren Ringe eine geringere Elastizität, dafür
aber eine größere Festigkeit besitzen. Man kann auch den elastischen Ring innerhalb
eines steifen Ringes unterbringen, dessen Innendurchmesser so gewählt ist, daß der
innere Ring bei der elastischen Verformung an der Innenwandung dieses Ringes ganz
oder teilweise zur Anlage kommt.
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In der Anwendung des Erfindungsgedankens auf ein Ventil kann dem Verschlußstück
neben der Beweglichkeit in Achsridhtung auch eine Beweglichkeit in Seitenrichtung
gegeben werden, da infolge der kugeligen Gestalt der mit dem Ring in Berührung kommenden
Flächen in jedem Falle die Teile sich aufeinander einstellen, so daß ein sicherer
Abschluß gewährleistet ist. Unter Umständen kann in diesem Falle der Ring mit dem
Ventilsitz zu einem einheitlichen Bauteil lose verbunden werden.
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Für die Einstellung des Schließdruckes beispielsweise bei Sicherheitsventilen
kann das Vers#chlußst#iclz mit einer Feder belastet werden, die an einem in der
Höhe verstellbaren Federteller anliegt. Das Versöhlußstück, kann auch mit einer
Spindel versehen - werden,-die eine Betätigung des Ventils von außen zuläßt.
In diesem Falle wird man dem Verschlußstück zwedkmäßigerweise einen zylindrischen
Ansatz geben, -der in einer entsprechenden Bohrung des Ventilsitzes geführt ist.
Zwischen beiden liegt dann der Dichtungsring. Die Bewegung des Ringeskahn hierbei
durcheinen besonderen Kragen begrenzt werden.
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Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten derselben werden im nachfolgenden
an Hand der Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Figuren
sind für gleiche Teilegleiche Bezugszeichen gewählt.
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Fig. i ist ein Schnitt durch ein Fuß- oder Saugventil gemäß der Erfindung,
der das Ventil in geschlossener Stellung darstellt.
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Fig. 2 zeigt das gleiche Ventil in geöffneter Stellung.
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,In einem Teilausschnitt aus der Fig.a zeigt Fig. 3 eine abgeänderte
Form der Ventilkonstruktion.
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Ein Ouerschnitt durch den Ventilsitz und das Verschlißstüdlz ist in
Fig. 4. dar-gestellt. An Stelle des in den Fig. i bis 3 gezeigten findet
hier ein mehrfacher Dichtungsring Verwendung.
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Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Fig. 4 längs der Linie
5-5 in Draufsicht.
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Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstabe den Schnitt durch ein
Sichherheitsventil, welches im Sinne der Erfindung ausgebildet ist.
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Eine Rohrverbindung mit den Merkmalen der Erfindung, teilweise im
Schnitt, wird in Fig. 7.#gezeigt-
E, ine ab 'gewandelte Form des
Dichtungsringes, teilweise ist in Fig. 8 dargestellt. Der Ring ist einteilig,
hat verhältnismäßig schmale Kanten und ist in der Mitte verstärkt.
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Fig. 9 zeigt den.Ring von oben gesehen.
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In der Fig. #io ist in einem Teilaussühnitt: ein nachgiebiger, federnder
Dichtungsring gezeichnet, der durch einen verhältnismäßig steifen und schweren Ring
verstärkt ist. Das Verschlußstück befindet sich hier in einer Stellung kurz vor
dem Schließen, während die geschlossene Stellung die Fig. i i bringt.
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Fig. #i2 ist ein Querschnitt durch den Dichtungsring, auf das Veischlußstück
gesehen, kurz vor der Schließstellung. Der Dichtungsring ist hier nicht völlig zylindrisch,
aber biegsam und federnd aus-Csebildet.
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Ensprecliend zeigt die Fig,- 13 den geschlossenen Zustand, in dem
der Ring die Kreisform angenommen, d. 11. sich der Form des Verschlußstückes
angepaßt hat.
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Wie aus iden Fig. i bis 5 ersichtlich ist, besteht das Ventil
im wesentlichen aus einem Gehäuse:2o, welches gegebenenfalls mit Ansätzen für die
Montage versehen ist. Das Gehäuse ist oben bei 22 mit Gewinde für den Anschluß beispielsweise
des Sangstutzens einer Flüssigkeitspumpe versehen.
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Das Gehäuse besitzt bei 24 eine Eindrehung, in die die nach außen
umgebogenen Halterungen.2,6 des VerschlußstückeS 28 hineinragen. Das Verschlußstück
ist im vorliegenden Falle ein Prägeteil. Die Tiefe der Eindrehung 2#4 ist so beniessen,
daß eine ausreichende Beweglichkeit für das Öffnen und Schließen des Ventils zur
Verfügung steht, Unten ist das Verschlußstück 28 geschlossen. Vorzugsweise
besitzt dieser Teil die Gestalt eines Kugelabschnittes mit Ansätzen, die sich nach
oben erstrecken und in die erwähnten Halterungen:26 auslaufen.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
ist ein besonderer Federteller 34 vorgesehen, der in den Rohrstutzen:22 eingeschraubt
ist und das Gegenlager für die Feder 36
bildet. Das untere Ende der Feder
36 lastet auf dem VerschlulÜstück 28 und hält dieses in geschlossener
Stellung.
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Das Gehäuse 2o ist an seinem unteren Ende gleichfalls bei
38 mit Gewinde versehen, in welches die untere Ventilfassung40 eingeschraubt
ist. Die Fassung 4o besitzt Ansätze 42 zur Erleichterung der Montage und enthält
zusätzlich ein Sieb oder Filter 44.
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Fassung 40 und Gehäuse 20 sind an den Stoßstellen bei 46 bzw. 48 so
ausgebildet, daß durch sie der Ventilsitz 52 mit seinem Rand 5o gehalten
wird. Der Ventilsitz 52 hat, in Richtung auf das Verschlußstück 30 gesehen,
gleichfalls die Gestalt eines Kugelabschnittes 54. Eine Öffnung bei 56
gestattet
den Durchtritt des Flüssiglkeitsstromes, der von hier zwischen den Ansätzen
32 hindurch ,veiterhin nach oben in den Saugstutzen tritt. F Ür den Abschluß
des Ventils wird ein nachgiebiger' im wesentlichen zylindrischer Ring oder eine
Hülse 58
benutzt, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie Ventilsitz
und besteht. Die HÜlse muß federnd oder nachgiebig sein. (In den Figuren ist der
Ring 58, ebenso die weiter unten erwähntenRinge übertrieben dickdargestellt.
Natürlich sind die Ringe nur so stark und auch nur so breit und in ihren sonstigen
Eigenschaften so gewählt, daß der gewünschte Zweck erfüllt wird). Der Ring
58 besitzt eine Breite, die es ihm gestattet, sich der Gestalt der Teile
5u bzw. 28 anzupassen. Er besitzt hinreichende Festigkeit, um die mechanischen
und 'hydraulischen Kräfte zwischen dem Verschlußstück und dem Ventilsitz auszuhalten.
Er braucht im übrigen nicht genau zylindrisch zu sein, weil se#ine Berührung mit
den Kugelfläche1130 bzw. 54 stets in einem Kreis erfolgt. Sein Durchmesser ist so
gewählt daß im Berührungspunkt zwischen den Ringkanten und den Flächen
30
bzw. 54 die Tangente etwa unter 45' zur Längsachse der Ventilkörper verläuft.
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Der in Fig. 4 dargestellte Ring 58 kann durch einen oder mehrere
zusätzliche Ringe 6,o, bzw. 62
ergänzt werden, die. eine Mehrfachdichtung
und Druckhaltung für das Ventil bilden. Zweckmäßigerweise werden diese Ringe so
angeordnet, daß- die inneren Ringe die höchste Nachgiebigkeit besitzen und damit
den höchsten Dichtheitsgrad ergeben. Die äußere Ringdichtung wird daher vollständig
wirksam erst kurz nachdem die inneren Ringe zur Wirkung -gekommen sind. Da aber
der äußere Ring verhältnismäßig kräftig ausgeführt ist, kann e-r praktisch den gesamten
Druck aufnehmen, nachdem die inneren Ringe ihre Funktion er-füllt haben.
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Der Ring 58 kann durch den in Fig. 8 und 9 dargestellten
Ring ersetzt werden. Die oberen und unteren StiriiI<:ant#en-66 dieses Ringes
sind verhältnismäßig schmal und daher sehr biegsam, so daß sie sich den Kugelflächen
3o bzw. 54 sehr gut anzupassen vermögen. Die Mitte 68 des Ringes 64 ist verstärkt,
um die genügende mechanische Festigkeit zu geben. Der Ring kann neben der dargestellten
Gestalt auch eine abgestufte, paraboli#sche oder allmählich sich verjüngende Form
erhalten, je nach der gerade in Frage kommenden Beanspruchung.
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Wie inden Fig. io und,ia dargestellt ist, ist der Ring 7o, der dem
Ring, 58 ähnelt und im übrigen biegsam und nachgiebig ist wie dieser, durch
einen schweren Drudkring 72 verstärkt. Die Bohrung des Ringes 72,
der in den Fig. io und iii übertrieben dick dargestellt ist, ist so gewählt, daß
sie eine Verformung des kinges70 gestattet, wenn das Ventil sich in geschlossener
Stellung befindet. In Fig. ii ist dies angedeutet. Die Verformung bewirkt, daß der
Ring 7o die Abdichtung zwischen dem Verschlußstück und dem Ventilsitz übernimmt,
während der äußere Ring die Druckbeanspruchungen aufnimmt.
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Wie in denFig.ii(2 und v3 dargestellt ist, braucht der Ring 74 ebenso
wie der Ring 58 nicht genau zyllindriech zu sein, weil dieser infolge seiner
Nachgiebigkeit und Biegsamkeit bei einer Bewegung des Verschlußstückes :28 von der
Offenstellung
(Fig. i?) in die geschlossene Stellung (Fi-g. 11.3)
sich der Gestalt der Dichtungsflächen anpassen wird.
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Im Betrieb des in Fig. i bis 4 dargestellten Ventils wird daher das
Verschlußstück:28 in der geschlossenen Stellung (Fig. i) mit der Oberkante des Ringes
58 über einen Kreis eine linienförmige Berührung erhalten. Da die Fläche
3o kugelige Gestalt besitzt, ist es demzufolge nicht nötig, das Verschluß,stüCk28
besonders zu führen oder die Achse des Ringes genau senkrecht auf die Längsachse
des Ventils auszurichten. Ebenso ist es auch nicht nötig, daß der Ring
58 genau zylind:risch ist. Der Ring wird in jedem Falle über einen Kreis
mit der Kugelfläche 54 des festen Ventilsitzes 52# in Berührung 'kommen. Wenn das
Ventil offen ist, wie in Fig. 2 dargestellt, geht der Flüssigkeitsstrom aufwärts
durch das Filter 44, durch den Ventilsitz 52, den Ring 58 und das
Verschlußstuck :28 und von hier nach draußen in die Rohrleitung. In Fig.
3 ist das Ventil durch die Feder 36 in Schließstellung gehalten; in
den Fig. 4 und 5 sind Vielfachringe für den beschriebenen Zweck benutzt,
die gleichzeitig Kammern bilden, die den einwand.-freien Betrieb des Ventils unterstützen.
Natürlich kann die in Fig. 3 dargestellte Feder auch bei der E onstruktion
gemäß Fig. 4 benutzt werden. Mit solchen Ventilen kann ein sicheres Schließen des
Ventils ohne Klappern bewirkt werden.
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Die in den Fig. 8 bis a(3 beschriebenen 1#inge arbeiten in
der oben beschriebenen Weise mit den Dichtungsflächen zusammen.
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Das in Fig. 6 gezeigte Sicherheitsventil besteht aus einem
Gehäuse 76, daß an seinem oberen Ende mit Gewinde versehen ist, in das die
Führungsbüchse So eingeschraubt ist. Eine Kappe 82, die gegebenenfalls auch
als Führung für eine Spindel benutzt werden kann, ist ihrerseits mit der Führungsbüchse
So verschraubt.
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Die Ventilspindel 84 reicht über die Kappe 8:2 hinaus, so daß das
Ventil zusätzlich von Hand zu betätigen ist. Die Spindel ist hierbei durch entsprechende
Bohrungen 86 bzw. 88 in der Kappe bzw. der Führungsbüchse hindurchgeführt.
An ihrem unteren Ende trägt die Spindel das Verschlußstück go. Zwischen der Führungsbüchse
So und dem Verschlußstüd,# go befindet sich eine Feder 92, die das Verschlußstüzk,
go normalerweise in geschlossener Stellung hält. Das Gehäuse 76 ist mit Öffnungen
94 versehen und besitzt bei 916 Gewinde zurVerbin#dung mit demAnschlußstutzen
98.
Dex Stutzen 98 besitzt Ansätze ioo, um die Montage zu erleichtern,
und einen Gewindeansatz io#2 für die Befestigung.
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Der Stutzen 98 besitzt eine durchgehende Bohrun,-#104, die
gleichzeitig die Führung für den Bund io6 des Verschlußstückes go bildet. An sich
ist eine solche Führung und ein solcher Bund nicht notwendig. Wenn jedoch ein solcher
Bund benutzt wird, sind Öffnungen io8 VOTZUSehen, um den Durchtritt des Flüssigkeitsstromes
durch die Bohrung 104 bzw.- die Öffnungen 94 zu - ermöglichen. Der Stutzen
98 und das Verschluß-stück go können Verkleidungen besitzen, wie bei iio
bzw. vi-, angedeutet; im übrigen sind ihre Oberflächen IJ4 bzw. 111"6 kugelig geformt,
die mit den Kanten des Ringes ia8 zusammenarbeiten, der gleich den vorerwähnten
Ringen ausgebildet ist, auch ein #Mehrfachring sein kann. Der Ring 118 ist federnd,
biegsam und nachgiebig und schmiegt sich elastisch den Kugelflächen über einen Kreis
an. Der Ring 118 besitzt vorzugsweise einen solchen Durchmesser, daß die Tangente
im Berührungspunkt etwa 45' gegenüberder Längsachse des Ventils geneigt ist.
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Im Betrieb eines derartigen Ventils zeigt es sich, daß die Kammern
i2o bzw. #i22, die die Beweglichkeit des Ringes begrenzen, das einwandfreie Arbeiten
des Ventils insofern begünstigen, als diese beim Öffnen und Schließtn des Ventils
ein Klappern und plötzliches Öffnen verhindern.
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In der Fig. 7 ist eine Rohrverbindung dargestellt, bei der
ein oberes und ein unteres Rohrstück 124 bzw. 12,6 mit Flanschen 1:28 bzw. 130 versehen
sind, die durch Schrauben, J32 zusammengehalten werden. Die Enden der Rohrleitung
besitzen kugelige Nippel 134 bzw. 1316, die Dichtung wird durch einen Ring
r38 hergestellt, der den vorbeschriebenen Ringen gleicht. Der Ring ist ausreichend
elastisch, um sich den Kugelflächen der Nippel 134 bzw. 136 anzuschmiegen,
ohne hierbei eine bleibende Verformung zu erleiden, er ist hinreichend fest, um
die Druckkräfte aufzunehmen, die bei derartigen Verbindungen auftreten.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, ist es
für den Fachmann ohne weiteres möglich, andere Formen über das bildlich Dargestellte
hinaus zu entwickeln.