DK2369207T3 - Ventil - Google Patents

Description

Beskrivelse Teknisk område

Opfindelsen angår en ventil, især med integreret tilbagestrømningshindring. Teknikkens stade

En ventil med tilbagestrømningshindring omfatter som regel et lukkelegeme i form af en ventiltallerken, der kan forskydes i et ventilsæde langs en spindels spindelakse. Til forskel fra en normal afspærringsventil er ventiltallerkenen hhv. spindelen ikke fast forbundet med et reguleringshjul, men er fri for reguleringshjulet forskydeligt i en styrebøsning, idet styrebøsningen på sin side er fast forbundet med reguleringshjulet. Ved lukket ventil trykker reguleringshjulet via styrebøsningen og spindelen ventiltallerkenen ind i ventilsædet. I åben ventilstilling trykkes ventiltallerkenen ved hjælp af et elastisk element, som regel en trykfjeder, ind i ventilsædet. Hvis fjedertrykket imidlertid overvindes på grund af trykket fra et fluid, åbnes ventilen, og fluidet kan strømme gennem ventilen i en ønsket retning. Strømning af fluidet i en modsat retning umuliggøres, idet ventiltallerkenen ved modtryk presses ind i ventilsædet ved hjælp af trykfjederen (og yderligere ved hjælp af fluidtrykket).

Der stilles forskellige krav til tilbagestrømningshindring: ventilerne skal tætne sikkert ved forholdsmæssige høje modtryk, lukke rettidigt allerede ved små modtryk for at tilbagestrømning er forhindret og møde det gennemstrømmende fluid med en så lille modstand som muligt. Desuden bør det overtryk, som fluidet skal præstere, for at ventilen åbnes for gennemstrømning i den tilladte retning, være lille. Det vil sige, ventilen med tilbagestrømningshindring bør have en stor responsføl-somhed.

Til forskel fra rene tilbagestrømningshindringer, der udelukkende skal optage kræfter, der opstår på grund af modtrykket, opstår der ved ventiler med tilbagestrømningshindring yderligere ved fuldstændig lukning stadig lukkekræfter. På grund af kravene om på den ene side at have en høj responsfølsomhed og på den anden side at kunne optage store lukketryk, får tætningen mellem ventiltallerkenen og ventilsædet en stor betydning, fordi tætningen etablerer en første kontakt for ventiltallerkenen med ventilsædet og dermed påvirker responsføl-somheden væsentligt. DE 33 14 860 A1 (Hansa Metallwerke AG) beskriver en kombineret kontra- og præblokeringsventil til indbygning i et sanitært armatur bestående af en indre bøsning og en ydre bøsning, der i deres mellemrum indeholder et ringformet udført lukkeled til kontraventilen. Sidstnævnte er på den ydre periferi udformet som elastisk tætning og hviler ved lukket ventil på en sædeflade af den indre bøsning. Lukkeleddet indeholder endvidere en yderligere ringtætning, der affjedrer anslaget i forhold til den indre bøsning og i lukket ventiltilstand, hvor ringkraven står i direkte fysisk kontakt med ringtallerkenen, komprimeres i en defineret udstrækning. I lukket position trykkes lukkeleddet ved hjælp af en fjeder. WO 2009/031994 A1 (Hoeptner, Herbert W. Ill) beskriver en afspærringsventil med tilbagestrømningskontrol, som opnås ved indsugning af omgivelsesluft. Den ikke-metalliske prop indeholder på kanten en læbeformet udvidelse: i lukket ventiltilstand trykkes proppen mod ventilsædet, medens læben kommer til at ligge på en støtteflade. Arrangementet af prop og læbe er konstrueret således, at læben, der rager ud over proppen, ved blokade af proppen med et fremmedlegeme (svævepartikel), der indføres med væsken og ligger på ventilsædet, tætner over for støttefladen. I åben ventiltilstand og ved lav strømningshastighed i fremadgående retning trykker en fjeder den indre cylinder med den derpå anbragte prop mod støttefladen. Samtidig muliggør en konstruktion af sammenhængende passager efterstrømning af omgivelsesluft forbi læben både i retning af afstrømningen og i modstrømningsretning. Ved tilstrækkelig stor strømningshastighed derimod trykkes cylinderen i den modsatte retning og umuliggør på grund af tætnin- gerne udstrømning af væske gennem lufttilførselsskakterne. DE 36 10 884 A1 (Korthaus Ernst) beskriver en ventilmembran til væskepumper, der ved hjælp af en læbe, der er anbragt på ydersiden på en vulst, skal muliggøre tætning selv ved en svævepartikel, der er klemt inde på ventilsædet. Denne læbe er vinklet mod ventilsædets plan og indeslutter med dette en vinkel på 0-902. DE 198 33 679 (Metallwerke Neheim Goeke & Co GmbH) beskriver en indledningsvis beskrevet afspærringsventil med integreret tilbagestrømningshindring i form af en skrå sædeventil, der omfatter et hus og en skråt påsat skruestuds, der tjener til at optage en ventiloverdel med en aksialt forskydelig ventilspindel. Ventilspindelen støttes derved på en skålformet muffe, idet ventilspindelen rager ind i muffen med en tap. Endvidere er der udformet et ventilsæde i huset, hvorpå et lukkelegeme støttes på en elastisk tætning, der er udformet som ring med rektangulært tværsnit. Lukkelegemet trykkes derved ind i ventilsædet af en fjeder, der støttes på ventilspindelen. Derved forhindres det, at væske kan strømme mod gennemstrømningsretningen ved en åben ventil. Lukkes ventilen, så presser ventilspindelens muffe lukkelegemet ind i ventilsædet. I den forbindelse findes der en rille på muffen, der ved lukning fatter om lukkelegemet og trykker tætningen ind i ventilsædet frem til et anslag. Derved aflastes lukkelegemet og dettes tætning delvis og beskyttes mod beskadigelser.

Det har vist sig, at ved de kendte udførelsesformer lader især responsfølsomhe-den ofte noget tilbage at ønske samt tilbagestrømningshindringen ved små trykforskelle. I de tidligere nævnte eksempler bestemmes responsfølsomheden i det væsentlige af ventiltallerkenens bevægelighed og fjederkraften.

Sammenfatning af opfindelsen

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe en ventil, der hører til det indled- ningsvis nævnte tekniske område, og som selv ved små trykforskelle sikrer gennemstrømning, forhindrer tilbagestrømning og derved har en stor responsfølsom hed.

Opfyldelsen af formålet er defineret af de kendetegnende dele af krav 1. Ifølge opfindelsen omfatter ventilen en ventiltallerken med en fastlegemetætning til komplet tætning og en læbetætning til hindring af tilbagestrømning samt et anslag til ventiltallerkenen til aflastning af fastlegemetætningen. På grund af læbetætningens forholdsvis lille tværsnit er kun en lille trykforskel nødvendig, for at fluidet kan strømme i den ønskede retning. Det vil sige, ved hjælp af læbetætningen opnås en høj responsfølsomhed. Desuden er læbetætningen let bevægelig, således at ventilen lukkes allerede ved lille undertryk. Undertryk betyder i denne sammenhæng, at trykket ved en indgang i ventilen til fluidet, der skal strømme gennem ventilen i den ønskede retning, er mindre end ved en udgang i ventilen. Det vil sige, fluidet ville gerne strømme i den uønskede modsatte retning. En komplet afspærring af ventilen ved hjælp af spindelen opnås da med fastlegemetætningen. Derunder forstås en tætning med et større tværsnit, der er udformet og anbragt således, at den - i modsætning til læbetætningen - til tætning i det væsentlige i sit samlede område deformeres på lignende måde. Med fastlegemetætningen sikres det, at læbetætningen ikke belastes for meget ved et stort lukketryk. Anslaget, der samvirker direkte med ventiltallerkenen (altså ikke med en af tætningerne), støtter igen både fastlegemetætningen og læbetætningen, således at disse selv ved meget højt lukketryk ikke deformeres overmåde og derved beskadiges.

Udformningen ifølge opfindelsen af fastlegeme- og ringtætningen samt anslaget er særligt en fordel i ventiler med integreret tilbagestrømningshindring, men de kan også anvendes i ventiler uden tilbagestrømningshindring, f.eks. i sædvanlige afspærringsventiler.

Med fordel er fastlegemetætningen og læbetætningen udformet på den samme ringtætning. Dette muliggør simpel fremstilling og anbringelse af ventiltallerkenens tætning. Især er det muligt i et arbejdstrin at udforme fastlegemetætningen og læbetætningen på ventiltallerkenen hhv. at anbringe dem som element ud i et på et planlagt sted på ventiltallerkenen.

Alternativt kan læbetætningen og fastlegemetætningen være udformet som individuelle elementer og kan da udformes eller anbringes individuelt på ventiltallerkenen.

Med fordel er ringtætningen indsnævret mellem læbetætningen og fastlegemetætningen. Derved bliver en optimal kraftfordeling mulig i ringtætningen, idet læbetætningen får en tilstrækkelig bevægelighed. På grund af denne geometri kan også trykspidser undgås, som kunne føre til beskadigelse af ringtætningen eller til påvirkning af dennes funktion.

Alternativt kan en indsnævring undværes.

Med fordel er fastlegemetætningen udformet radialt indvendigt og læbetætningen radialt udvendigt. Dette har den fordel, at læbetætningen ikke belastes unødigt ved stor trykforskel i strømningsretningen. Desuden kan der spares tilstrækkeligt fri plads til læbetætningens bevægelser, hvormed en mere kompakt opbygning muliggøres.

Alternativt kan fastlegemetætningen også udformes radialt udvendigt og læbetætningen radialt indvendigt. I en foretrukket udførelsesform er fastlegemetætningen og læbetætningen udformet således, at fastlegemetætningen trykker mod læbetætningen ved komplet tætning. Dette har den fordel, at især ved mindre udførelsesformer, hvor der ikke står meget plads til rådighed til tætningen, kan fastlegemetætningen udformes tæt på læbetætningens læbe. Ved fuldstændig lukning af ventilen trykker fast-legemetætningen da læbetætningen ind i ventilsædet, hvormed der opnås en komplet tætning.

Ved en anden foretrukket udførelsesform er fastlegemetætningen og læbetætningen udformet med afstand, således at fastlegemetætningen ved komplet tætning presses direkte ind i ventilsædet.

Med fordel omfatter ringtætningens fastlegemetætning et i tværsnit i det væsentlige halvcirkelformet område. Særligt når fastlegemetætningen samvirker med en afrundet kant af ventilsædet, har denne formgivning fordelen af en optimal kraft-hhv. trykfordeling ved komplet tætning. Denne fordeling fremkommer som følge af en deformation af fastlegemetætningen, der på grund af lukkekræfterne presses ind i ventilsædet.

Alternativt er også andre tværsnit af fastlegemetætningen mulige, især med rektangulært område.

Med fordel omfatter læbetætningen ved ringtætningen et i tværsnit langstrakt område, hvis fri ende i ubelastet tilstand med en symmetriakse af ringtætningen indeslutter en vinkel på 40Q-60Q. Læbetætningens responsfølsomhed kan indstilles ved valg af vinklen. I den forbindelse skal det påses, at ved en for lille vinkel, det vil sige det langstrakte område er næsten parallelt med ringtætningens symmetriakse, øges deformationen af læbetætningen. Ved en for stor vinkel er der risiko for, at læbetætningen ved små trykforskelle ikke lukker rettidigt til at forhindre en tilbagestrømning. Valget af vinklen i området fra 40Q til 60Q muliggør samtidigt en høj responsfølsomhed og en hurtig lukning.

Alternativt er også vinkler til det langstrakte område af læbetætningen mulige, der ligger uden for det angivne område fra 40Q til 60Q.

Med fordel støder det langstrakte område af læbetætningen op til det halvcirkelformede område af fastlegemetætningen. Derved er en kompakt opbygning mulig, idet det halvcirkelformede område af fastlegemetætningen kan anbringes både radialt udenfor og indenfor det langstrakte område af læbetætningen. Især er det derved muligt at anbringe fastlegemetætningen og læbetætningen i samme ringtætning.

Alternativt kan læbetætningen og fastlegemetætningen være anbragt med afstand.

Radialt udvendigt støder et hulrum med fordel op til det langstrakte område af læbetætningen, som ved lukket ventil berøringsfrit optager det langstrakte område af læbetætningen. Hulrummet kan være udsparet både i ventiltallerkenen og i ventilsædet, især kan det også tilvejebringes ved formgivningen af ringtætningen. Ved lukning af ventilen frem til anslaget kan det langstrakte område af læbetætningen på grund af hulrummet deformeres således, at dette bøjes ind i hulrummet. Ved tilstrækkeligt stort hulrum hviler det langstrakte område af læbetætningen selv ved komplet lukket ventil kun på ventilsædet uden at blive presset sammen mellem bagsiden af hulrummet og ventilsædet. Derved begrænses belastningen af læbetætningen således, at der ikke kan ske en beskadigelse af samme.

Alternativt kan et sådant hulrum undværes. Derved presses det langstrakte område af læbetætningen ved komplet tætning yderligere ind i ventilsædet.

Med fordel er en aksial udstrækning af det langstrakte område af læbetætningen i ventilens lukkeretning større end en aksial udstrækning af det halvcirkelformede område af fastlegemetætningen. Idet der vælges en tilstrækkelig stor aksial udstrækning, opnår man den fordel, at selv ved et simpelt udformet ventilsæde er en klar skelnen mulig mellem ventiltilstandene åben, tilbagestrømningshindring og komplet tætning. Ved åbnet ventil kan kun læbetætningen komme i kontakt med ventiltallerkenen. Først når ventilen lukkes ved aktivering af spindelen, kommer fastlegemetætningen i en aksial position, hvor den samvirker med ventilsædet. Derved kan såvel responsfølsomheden øges, som en hurtig lukning ved lille undertryk forbedres.

Alternativt kan den aksiale udstrækning af det langstrakte område af læbetætningen i ventilens lukkeretning være lig den aksiale udstrækning af det halvcirkelformede område af fastlegemetætningen. I den forbindelse kan ventilsædet være udformet således, at læbetætningen ved lukning af ventilen kommer i kontakt med ventilsædet før fastlegemetætningen.

Med fordel er en udsparing i ventiltallerkenen til optagelse af fastlegemetætningen og læbetætningen i tværsnit i et område trapezformet, indsnævret indad. For at læbetætningen og fastlegemetætningen kan forankres fast i udsparingen, således at der ikke kan finde en delaminering sted, er det nødvendigt, at tilsmudsninger, især fedt- eller olierester, fjernes komplet fra udsparingen inden anbringelse af læbe- og fastlegemetætningen. Idet udsparingen er indsnævret, opnår man den fordel, at tilsmudsningerne lettere lader sig fjerne. Især ved mekanisk fjernelse af tilsmudsningerne, f.eks. ved hjælp af sandblæsning, opstår der takket ved indsnævringen ingen ’’skygger”. Det vil sige, alle områder af udsparingen kan nås godt med sandstrålen.

Alternativt kan indsnævringen af udsparingen undværes, især hvis fjernelse af tilsmudsningen sker kemisk. Man kan ligeledes forestille sig, at udsparingen udvides indadtil, hvorved læbe- hhv. fastlegemetætningen kan holdes formsluttende i ventiltallerkenen.

Med fordel udgør den aksiale udvidelse af fastlegemetætningen ved en fuldstændigt lukket ventil mindre end 60%. Den maksimale udvidelse er et mål for deformationen for fastlegemetætningen ved maksimal belastning. Ved udvidelse forstås sammenligningsudvidelsen ifølge von Mises formændringsenergi hypotese. Værdien på 60% til den maksimale udvidelse henviser til den sande udvidelse, der henviser til den deformerede tilstand.

Er den maksimale udvidelse for stor, belastes læbe- og fastlegemetætningen for stærkt ved fast lukning af ventilen, hvorved disses lange levetid reduceres stærkt. Fra forsøg har det vist sig, at ved en maksimal udvidelse på 60% eller mindre er belastningen af læbe- og fastlegemetætningen tolererbar.

Ved fast lukning af ventilen kommer anslaget i kontakt med ventilsædet, hvorved det sikres, at fastlegemetætningen og læbetætningen ikke undergår nogen yderligere belastning. Derved rammer metal metal ved anslaget. Vælges den maksimale udvidelse for lille, slår ventiltallerkenen for hårdt mod ventilsædet ved lukningen, hvilket kan høres som metallisk banken. Denne metalliske lyd opfattes som generende af en bruger. Følgelig er det en fordel, hvis den maksimale udvidelse er mindst 40%.

Alternativt kan den maksimale udvidelse, afhængigt af materialet af læbe- hhv. fastlegemetætningen, også udgøre mere end 60%. Den maksimale udvidelse kan også udgøre mindre end 40%, især når ventiltallerkenen og ventilsædet i stedet for af metal for eksempel består af kunststof hhv. er overtrukket med et kunststoflag. Derved undgås den metalliske banken.

Med fordel er fastlegemetætningen og læbetætningen indvulkaniseret i ventiltallerkenen. Dette har den fordel, at læbetætningen og fastlegemetætningen kan anbringes på ventiltallerkenen i et arbejdstrin. Derved kan såvel fremgangsmådeomkostningerne sænkes som fejlforekomsten ved montagen reduceres.

Alternativt kan læbetætningen og/eller fastlegemetætningen fremstilles forudgående og derefter indsættes i udsparingen, idet disse f.eks. indklæbes.

Med fordel dannes anslaget til ventiltallerkenen til aflastning af fastlegemetæt- ningen af en yderkant af ventiltallerkenen, der samvirker med en anslagsflade af ventilsædet. Dette muliggør en simpel udformning af ventiltallerkenen, der ved fremstilling af ventiltallerkenen kan foretages billigt. Desuden opstår den fordel, at der ved fast lukning af ventilen dannes en yderligere tætning mellem anslag og anslagsflade, som ligeledes reducerer trykket mod fastlegemetætningen.

Alternativt kan anslaget for eksempel være udformet som knast på ventiltallerkenen til samvirke med en tilsvarende anslagsflade af et ventilhus, hvorved ventilens spindel hindres i at presse ventiltallerkenen hårdere ind i ventilsædet.

Med fordel er fastlegemetætningen og/eller læbetætningen fremstillet af et gummimateriale, især ethylen-propylen-dien-gummi (EPDM) eller hydreret acryl-nitril-butadien-gummi (NBR) og har en hårdhed på 30 - 95 Shore A, fortrinsvis 70 -90 Shore A, særligt foretrukket 75 - 85 Shore A. I forsøg har gummiblandinger til fastlegemetætninger og/eller læbetætninger af gummimaterialer vist meget gode tætningsegenskaber. Desuden har sammenligningsforsøg vist, at hårdere gummiblandinger er at foretrække både med hensyn til tætningsegenskaben og med hensyn til den lange levetid af fastlegeme- og/eller læbetætningerne. For formtætninger er gummiblandinger med en hårdhed på 70 Shore A sædvanlige. Forsøg har imidlertid vist, at gummiblandinger med en hårdhed op til 90 Shore A, især i området af 75 Shore A til 85 Shore A, viser forbedrede egenskaber.

Alternativt kan der anvendes andre materialer, f.eks. på silikonebasis, til fastlegemetætningen hhv. læbetætningen.

Med fordel består ventiltallerkenen af en kobberlegering med en andel på mere end 80 vægt-% Cu, der desuden indeholder Si og Zn som legeringskomponenter. En sådan legering beskrives for eksempel i EP 2 014 964 (R. Nussbaum AG). Ved hjælp af den nævnte legering er det muligt at fremstille ventiltallerkenen ved varmpresningsmetoden. Især kan anslaget på ventiltallerkenens yderkant fremstilles på simpel måde med denne fremgangsmåde.

Alternativt kan ventiltallerkenen også fremstilles af ædelstål eller rødgods. Desuden er det muligt at fremstille en kerne af ventiltallerkenen af kunststof. De tekniske kunststoffer PPSU, PPA, PVDF, PSU og PPS er særligt egnet dertil. Men også andre kunststoffer kan anvendes, især termoplaster. Kunststofferne kan i den forbindelse være forstærket med langfibrede eller kortfibrede glasfibre eller andre fibermaterialer.

Med fordel udviser ventiltallerkenen på en side, der støder op til en spindel og vender mod ventilsædet, et indstik, der indeholder en spindeltætning, som omfatter et område, der i ubelastet tilstand på siden, der vender mod ventilsædet, rager frem over indstikket. Som regel er ventiltallerkenen anbragt på spindelen, idet spindelen fører gennem en åbning i midten af ventilen og fastgøres på siden, der vender mod ventilsædet, ved hjælp af en fastgørelsesindretning, for eksempel en skrue.

Fra teknikkens stade er det kendt, at der til tætning af ventiltallerkenen over for spindelen i åbningen indsættes en O-ring i en rille. Montagen af en sådan udførelsesform er imidlertid problematisk, da O-ringen kan blive beskadiget ved indsættelse af spindelen.

Idet spindeltætningen anbringes i et indstik på ventiltallerkenen, kan spindeltætningen sammen med læbe- hhv. fastlegemetætningen indvulkaniseres i samme fremgangsmåde. Dette har en forenkling af fremstillingen og montagen af ventilen til følge. Idet spindeltætningen i ubelastet tilstand på siden, der vender mod ventilsædet, rager frem over indstikket, presses spindeltætningen sammen af fastgørelsesindretningen ved montagen af ventiltallerkenen på spindelen. Derved anbringes ventiltallerkenen samtidigt drejningssikret på spindelen.

Den beskrevne spindeltætning og dennes anbringelse kan på fordelagtig måde anvendes også ved ventiltallerkener, der ellers ikke svarer til konstruktionen ifølge opfindelsen, altså især ikke udviser nogen læbetætning og/eller noget anslag.

Alternativt kan spindeltætningen som hidtil ifølge teknikkens stade fremkaldes ved hjælp af en O-ring, der er lejret i rillen i åbningen.

Yderligere fordelagtige udførelsesformer og kendetegnskombinationer af opfindelsen fremgår af den efterfølgende detailbeskrivelse og helheden af patentkravene.

Kort beskrivelse af tegningerne

De til forklaring af udførelseseksemplet anvendte tegninger viser: fig. 1a en opbygning af en ventil ifølge opfindelsen med tilbagestrømningshindring; fig. 1b et tværsnit gennem ventilsædet og ventiltallerkenen med tætning ifølge en første udførelsesform; fig. 2a en detailafbildning af fastlegemetætningen, læbetætningen og anslaget fra den første udførelsesform i åben tilstand; fig. 2b en detailafbildning af den første udførelsesform i en tilstand med tilbagestrømningshindring; fig. 2c en detailafbildning af den første udførelsesform i en tilstand med komplet tætning; fig. 2d en detailafbildning af den første udførelsesform i en tilstand med komplet tætning, hvor anslaget berører ventilsædet; fig. 3a en detailafbildning af en anden udførelsesform for en fastlegeme-tætning og læbetætning med anslag i åben tilstand; fig. 3b en detailafbildning af en anden udførelsesform i en tilstand med tilbagestrømningshindring; og fig. 3c en detailafbildning af en anden udførelsesform i en tilstand med komplet tætning, hvor anslaget berører ventilsædet.

Principielt er ens dele på figurerne forsynet med ens henvisningstegn.

Veje til udøvelse af opfindelsen

Fig. 1a viser et snit gennem en ventil med en tilbagestrømningshindring, der er udført som en skrå sædeventil 1. Den skrå sædeventil omfatter et armaturhus A og en deri indsat ventiloverdel B.

Armaturhuset A udviser to ledningstilslutninger 1a, 1b, der er anbragt diametralt, altså langs en fælles akse. Mellem ledningstilslutningerne 1a, 1b afgrenes lateralt i en vinkel på 45s et midterafsnit C, hvis fri ende danner et optageorgan D til ventiloverdelen B. Til dette har den blandt andet i sit ydre område et indvendigt gevind E. Flugtende med ventiloverdelens akse er der inde i armaturhuset A udsparet et cirkulært fluidgennemløb F, hvis kant er udformet som ventilsæde 3. Ventilsædet 3 forløber i et første plan E1, der over for en råakse AA indeslutter en vinkel på cirka 45s. En skulder G til en yderligere studs, f.eks. til en udtømningsstuds, er forberedt på siden af midterafsnittet C.

Ventiloverdelen B er skruet ind i armaturhusets A optageorgan D. Ved hjælp af en cirkulært ventiltallerken 4, der er anbragt koncentrisk i forhold til ventilsædet 3, kan fluidgennemløbet F, der er omgivet af ventilsædet 3, lukkes, idet en radius R1 af ventiltallerkenen 4 er større end en radius R2 af ventilsædet 3 (se fig. 1 b). I den forbindelse samvirker ventiltallerkenen 4 med sin støtteflade 4a på undersiden 4b, der vender mod ventilsædet 3, med en anslagsflade 3a af ventilsædet 3.

Til tætning omfatter ventiltallerkenen 4 i støttefladen 4a en tætning 9, idet tætningens 9 symmetriakse falder sammen med en symmetriakse BB af spindelen 5.

Ventiltallerkenen 4 er anbragt på ventiloverdelens B spindel 5, idet en første, i tværsnit T-formet, ende 5a af spindelen 5 rager gennem åbningen 4c i midten af ventiltallerkenen 4 og tjener som fastgørelsesorgan for ventiltallerkenen 4. Spindelens 5 spindelakse BB står lodret på ventilsædets 3 første plan E1 og indeslut-ter i forhold til råaksen AA ligeledes en vinkel på 45s. Spindelen 5 styres i en styrebøsning 6, idet spindelen 5 langs spindelaksen BB er frit bevægelig i styrebøsningen 6 frem til et anslag 6a i midten af styrebøsningen 6. En trykfjeder 7, der omslutter spindelen 5 og ved en første ende 7a støtter sig på bagsiden af ventiltallerkenen 4 og ved en anden ende 7b på forsiden af ventiloverdelen B, trykker ventiltallerkenen 4 sammen med spindelen 5 i retning af ventilsædet 3. Styrebøsningen 6 igen kan ved hjælp af et reguleringshjul 8 på i og for sig kendt måde forskydes langs spindelaksen BB.

Ventiltallerkenen er fremstillet af en kobberlegering, der består af 86,3% kobber, 3,0% silicium, 10% zink og 0,5% mangan, idet der foreligger uundgåelige urenheder med en andel på 0,2%. Armaturhuset A sammen med ventilsædet er fremstillet af rødgods. I åbnet stilling strømmer et fluid fra den første ende 1a af den skrå sædeventil 1 i retning af den anden ende 1b. På grund af et overtryk i fluidet på siden af den første ende 1a af den skrå sædeventil 1 løftes ventiltallerkenen 4, og fluidet kan strømme i retning af den anden ende 1b. Eksisterer der intet overtryk i fluidet, hhv. hersker der et undertryk, det vil sige trykket i fluidet på siden af den anden ende 1 b er større end på siden af den første ende 1 a, presses ventiltallerkenen 4 på grund af fjederen 7 og undertrykket ind i ventilsædet 3, og en tilbagestrømning af fluidet i den modsatte retning forhindres.

Ved lukket stilling er styrebøsningen 6 ved hjælp af reguleringshjulet 8 forskudt langs spindelaksen i retning af ventilsædet 3. Derved gribes spindelen 5 ved den modsat udvidelsen 5a liggende ende 5b af styrebøsningens 6 anslag 6a således, at ventiltallerkenen 4 derved selv uden støtte fra fjederen 7 presses mod ventilsædet 3. Dermed er en gennemstrømning af fluidet i begge retninger forhindret.

Fig. 1b viser et langs aksen BB forløbende tværsnit gennem ventiltallerkenen 4 og ventilsædet 3. På undersiden 4b af ventiltallerkenen 4, stødende direkte op til åbningen 4c til spindelen 5, befinder der sig et indstik 4d, der tjener til optagelse af en spindeltætning 50. Spindelen 5 er ikke vist på fig. 1b. Spindeltætningen 50 omfatter et langstrakt, nedad i retning af ventilsædet 3 udformet område 50a langs inderkappen. Det langstrakte område 50a rager derved ud over undersiden 4b af ventiltallerkenen 4. Derved komprimeres spindeltætningen 50 ved hjælp af udvidelsen 5a af spindelen 5 ved montagen af spindelen 5, hvorved spindelen 5 tætnes over for ventiltallerkenen.

Endvidere befinder der sig på en modsat undersiden 4b liggende overside distanceret fra åbningen 4c til spindelen 5 et andet, ringformet indstik 4e i ventiltallerkenen 4, der tjener til optagelse af en i og for sig kendt bagtætning, der ikke forklares nøjere her.

Der følger nu en detailbeskrivelse af tætningen 9 ifølge opfindelsen.

Fig. 2a til 2d viser en detailafbildning af fastlegemetætningen, læbetætningen og anslaget fra den første udførelsesform, hvor ventiltallerkenens 4 tætning 9 er vist i forskellige tilstande for den skrå sædeventil 1. Tætningen 9 er udformet som en ringtætning 10 ud i et med læbetætning 11 og fastlegemetætning 12, idet ringtætningen 10 mellem fastlegemetætningen 12 og læbetætningen 11 udviseren indsnævring 10a. Ringtætningen 10 blev forformet af en gummiblanding af ethylen-propylen-dien-gummi (EPDM) med en hårdhed på 85 Shore A og indvulkaniseret i en udsparing 13 i ventiltallerkenen 4. Udsparingen 13 er ringformet og er i tværsnit i det væsentlige trapezformet med en bredde, der reduceres indad. Den radialt ydre afgrænsningsvæg er i et op til endefladen stødende afsnit først lodret på denne og går først efterfølgende over i et tilspidsende afsnit. Formen af udsparingen 13 muliggør en pålidelig rengøring af samme, inden ringtætningen indsættes. For at der ved indvulkaniseringen opstår en god adhæsion mellem ringtætningen 10 og ventiltallerkenen 4, og en delami-nering forhindres, skal udsparingen 13 renses for enhver tilsmudsning, især for olie- og fedtrester. Til dette renses udsparingen 13 ved hjælp af sandblæsning. Da udsparingen 13 er indsnævret indad, kan alle områder af udsparingen 13 nås godt af sandstrålen. Læbetætningen 11 omfatter et langstrakt område 11a, hvis fri ende i ubelastet tilstand (fig. 2a) med spindelens 5 symmetriakse BB indeslutter en vinkel på 40Q og udadtil er orienteret i retning af ventilsædet 3. Fastlegemetætningen 12 omfatter et i tværsnit i det væsentlige halvcirkelformet område 12a og er i en første udførelsesvariant af ringtætningen 10 anbragt radialt mellem læbetætningen 11 og spindelaksen BB. I ubelastet tilstand strækker læbetætningen 11 sig i aksial retning ud over den aksiale udstrækning af fastlegemetætningen 12.

Eksisterer der i fluidet ingen trykforskel mellem ind- og udløb, så trykkes ventiltallerkenen 4 på grund af fjederen 7 (ikke synlig på fig. 2a til 2d) let mod ventilsædet 3. Derved berører læbetætningen 11 ventilsædet 3, idet der endnu ikke er nogen kontakt mellem fastlegemetætningen 12 og ventilsædet 3 (fig. 2b). Selv allerede ved et lille overtryk opløses læbetætningens 11 kontakt med ventilsædet 3, og fluidet kan strømme i den ønskede retning. Følgelig er der sikret en høj responsfølsomhed. Ved tiltagende trykforskel deformeres læbetætningen stærkere, og efterfølgende trykkes ventiltallerkenen 4 aksialt bagud mod fjederens 7 kraft. Eksisterer der imidlertid et undertryk, så forbliver gennemstrømningen i den modsatte retning spærret på grund af læbetætningen 11.

Ved tiltagende undertryk hhv. ved lukning af ventilen ved hjælp af reguleringshjulet 8 (fig. 2c) presses ventiltallerkenen 4 endnu hårdere ind i ventilsædet 3, således at det halvcirkelformede område 12a af fastlegemetætningen 12 ligeledes samvirker med ventilsædet 3, hvorved tætningseffekten forstærkes. Samtidigt bøjes det langstrakte område 11a af læbetætningen 11 opadtil, idet dette optages af et derover liggende hulrum 14, der dannes af en del af udsparingen 13, som i ubelastet tilstand ikke blev udfyldt af ringtætningens 10 gummiblanding.

Ved meget højt undertryk hhv. ved fuldstændig lukning af ventilen (fig. 2d) presses ventiltallerkenen 4 ind i ventilsædet 3, således at et anslag 4a på en yderkant af ventiltallerkenen 4 kommer i kontakt med en anslagsflade 3a af ventilsædet 3. Derved trykkes fastlegemetætningen 12 sammen op til en maksimal udvidelse på 60%. Læbetætningen 11 bøjes længere opad og optages fuldstændigt af hulrummet 13, idet hulrummet 13 er tilstrækkeligt stort til, at det langstrakte område 11a ikke kommer i kontakt med ringtætningen 10. På grund af støtten af anslagsfladen 4a på ventilsædet 3 undgås en overbelastning af fastlegemetætningen 12 og læbetætningen 11.

En typisk diameter for en ventiltallerken 4 til et 2-tommers rørsystem udgør 56,7 mm. Udsparingen til ringtætningen 10 ifølge den første udførelsesvariant har derved en omtrentlig bredde på 4,9 mm, der indsnævres til en bredde på 2,59 mm. Dybden af udsparingen 13 udgør 1,8 mm. Det langstrakte område 11a af læbetætningen 11 hari den forbindelse typisk en tykkelse på 0,5 mm. Det halvcirkelformede område 12a af fastlegemetætningen 12 har en radius på typisk 1,2 mm.

Fig. 3a til 3c viser en anden variant af en ringtætning 20, der er anbragt i en udsparing 23 i ventiltallerkenen 4. Denne udførelsesform af ringtætningen 20 ligeledes ud i et omfatter en radialt indad anbragt læbetætning 21. Som ved den første ringtætning 10 kommer et langstrakt område 21a af læbetætningen 21 i kontakt med ventilsædet 4 ved manglende trykforskel i fluidet. En indsnævring 20a og derefter fastlegemetætningen 22 støder radialt udvendigt op til læbetætningen 21. Fastlegemetætningen 22 ligger ved indsat ringtætning 20 an mod den radiale ydervæg af udsparingen 23, den ligger i aksial retning bag det langstrakte område 21a af læbetætningen 21 og strækker sig i det væsentlige over hele bredden af dette område. Den fri ende af fastlegemetætningen 22 ligger omtrent på højde med overgangen mellem afsnittet, der støder op til endefladen og forløber lodret derpå, og det tilspidsende afsnit, idet den fri ende i tværsnit har en omtrent halvrund form.

Trykkes ventiltallerkenen 4 ved undertryk hhv. ved let lukning af ventilen hårdere mod ventilsædet 3 (fig. 3b), bøjes det langstrakte område 21a opad i retning af hulrummet 24. Derved kommer et halvcirkelformet område 22a af fastlegemetætningen 22 i kontakt med det langstrakte område 21a og trykker dette yderligere mod ventilsædet 3, hvorved tætningseffekten forstærkes.

Ved lukket ventil hhv. ved meget højt undertryk kommer ventiltallerkenens 4 anslag 4a i kontakt med ventilsædets 3 anslagsflade 3a, og fastlegemetætningen 22 trykker læbetætningen 21 mod ventilsædet 3 op til en maksimal udvidelse på 60%. På grund af anslaget 4a forhindres det også i denne udførelsesform, at ringtætningen 20 hhv. fastlegemetætningen 22 og læbetætningen 21 komprime-res for stærkt og derved beskadiges.

En typisk diameter for en ventiltallerken 4 til et 1-tommers rørsystem udgør 30,2 mm. Udsparingen til ringtætningen 20 ifølge den anden udførelsesvariant har derved en omtrentlig bredde på 3 mm, der derefter indsnævres til 2,1 mm. Dybden af udsparingen 4a udgør 1,5 mm. Det langstrakte område 21a af læbetætningen 21 har i den forbindelse typisk en tykkelse på 0,5 mm. Det halvcirkelformede område 22a af fastlegemetætningen 22 har en radius på typisk 0,25 mm.

Som materiale til ringtætningerne blev der anvendt en gummiblanding af ethylen-propylen-dien-gummi (EPDM), der blev indvulkaniseret. Andre gummiblandinger kan ligeledes godt tænkes, især andre gummimaterialer, såsom hydreret acryl-nitril-butadien-gummi (NBR).

Idet både ringtætningen og spindeltætningen indvulkaniseres i en udsparing hhv. et indstik på undersiden af ventiltallerkenen, kan begge tætninger fremstilles i et arbejdstrin. Dette betyder en betydelig forenkling af fremstillingsmetoden. Desuden kan også bagtætningen fremstilles i samme anlæg.

Den her beskrevne spindeltætning har i forhold til den traditionelle spindeltætning ved hjælp af en O-ring væsentlige fordele. Traditionelt blev O-ringen indsat i en rille i åbningen i ventiltallerkenen til spindelen. For at en tilstrækkelig stor tætningseffekt kunne opnås, skulle O-ringen overdimensioneres. Dette medførte vanskeligheder ved montage af ventiltallerkenen på spindelen. Der var risiko for, at O-ringen blev beskadiget ved indsættelse af spindelen. Ved anvendelse af meget smøremiddel kunne denne risiko reduceres noget.

Idet spindeltætningen, som dette blev vist på fig. 1b, analogt med ringtætningen indvulkaniseres i et indstik, er der ved montagen af ventiltallerkenen på spindelen ingen risiko for, at spindeltætningen beskadiges.

Ventiltallerkenen ifølge opfindelsen kan anvendes til rørsystemer af forskellig størrelse. Særligt velegnet er ventilerne ifølge opfindelsen til rørsystemer med rørdiametre i området fra 0,5 tommer til 4 tommer, idet også andre større henholdsvis mindre rørdiametre er tænkelige.

Den anden udførelsesvariant på fig. 3a til 3c er mere pladsbesparende end den første udførelsesvariant på fig. 2a til 2d. Derfor er den anden udførelsesvariant særligt velegnet til rørdiametre fra 0,5 tommer til 1,25 tommer. Den første udførelsesvariant viser en noget bedre tætningseffekt, og den er følgelig ved rørdiametre mellem 1,5 tommer og 4 tommer at foretrække i forhold til den anden udførelsesform. Naturligvis kan både den første og den anden udførelsesform for tætningen kombineres med den påfig. 1b viste spindeltætning og bagtætning.

Selvom ventiltallerkenen ifølge opfindelsen er særligt velegnet til afspærringsventiler med tilbagestrømningshindring, er det også muligt at anvende den beskrevne ventiltallerken andre steder. Især kan ventiltallerkenen også anvendes i afspærringsventiler uden tilbagestrømningshindring eller rene tilbagestrømningshindringer uden afspærringsfunktion. I de to udførelsesformer er fastlegemetætningen og læbetætningen udformet som ringtætning ud i et. Det er imidlertid ligeledes muligt at fremstille fastlegemetætningen og læbetætningen som enkeltelementer, idet der ikke er nogen forbindelse mellem de to. I stedet for indvulkanisering af fastlegemetætningen og læbetætningen kan de to tætninger også fremstilles uden for ventiltallerkenen, for eksempel ved ekstrude-ring. Dette kan igen ske som enkeltelementer eller tilsammen som ringtætning ud i et. Efterfølgende lægges fastlegemetætningen og læbetætningen hhv. ringtætningen ind i udsparingen i ventiltallerkenen og fastgøres for eksempel ved hjælp af et klæbemiddel.

Indsnævringen af udsparingen sker i begge udførelsesformer på begge sider. Man kan imidlertid også forestille sig, at der kun indsnævres på en side af udsparingen, og den anden side forløber retvinklet i forhold til undersiden af ventiltallerkenen. Generelt kan der vælges de mest forskellige tværsnitsformer af udsparingen til tætningen. Afhængig af tværsnitsform opstår en forskellig belastning af materialet i tætningen. Den i udførelseseksemplerne viste trapezformede tværsnitsform, der udviser en indsnævring på begge sider, genererer ifølge FE-simuleringer en foretrukket trykfordeling i tætningen, som undgår høje belastninger.

Det samme gælder også for udformningen af fastlegemetætningen og læbetæt- ningen. På grundlag af FE-simuleringer har det halvcirkelformede område af fast-legemetætningen og formen af det langstrakte område af læbetætningen vist sig at være særligt fordelagtigt med hensyn til trykfordelingen og deformationen af ringtætningen. I den anden udførelsesform befinder fastlegemetætningen sig radialt uden for læbetætningen og trykker ved lukning af ventilen indirekte via læbetætningen mod ventilsædet. Man kan imidlertid ligeledes forestille sig, at fastlegemetætningen ganske vist er anbragt radialt uden for læbetætningen, men trykker direkte mod ventilsædet uden derved at berøre læbetætningen.

Begrebet udvidelse hhv. sammenligningsudvidelse bruges i beskrivelsen ifølge von Mises formændringsenergi-hypotese, kort FEH, af Richard Edler von Mises. FEH kendes også under begreberne formændringshypotese eller Mises sammenligningsspænding. Sammenligningsudvidelser er fiktive enaksede udvidelser, der udgør samme materialebelastninger som en reel, flerakset udvidelsestilstand. Dermed kan den virkelige tredimensionelle belastningstilstand i komponenten, bestående af normaludvidelser og forskydningsforvridninger i alle tre retninger, sammenlignes direkte med de karakteristiske værdier fra det enaksede trækforsøg (f.eks. brudforlængelse). De i beskrivelsen angivne og i kravene definerede udvidelsesværdier udgør såkaldte ’’sande udvidelser”, der adskiller sig fra de såkaldte ’’tekniske udvidelser” ved, at de henviser til den deformerede tilstand og ikke til den ikke-deformerede udgangstilstand.

Sammenfattende skal det konstateres, at der blev tilvejebragt en ventil, især en ventil med tilbagestrømningshindring, der selv ved små trykforskelle sikrer gennemstrømning, forhindrer tilbagestrømning og i den forbindelse udviser stor re-sponsfølsomhed.

Claims (17)

1. Ventil (1), især med integreret tilbagestrømningshindring, omfattende a) en ventiltallerken (4) med en fastlegemetætning (12; 22) til komplet tætning og en læbetætning (11; 21) til forhindring af tilbagestrømning; samt b) et anslag (4a) til ventiltallerkenen (4) til aflastning af fastlegemetætnin-gen (12; 22).

2. Ventil (1) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fastlegemetætningen (12; 22) og læbetætningen (11; 21) er udformet på den samme ringtætning (10; 20).

3. Ventil (1) ifølge krav 2, kendetegnet ved, at ringtætningen (10; 20) er indsnævret mellem læbetætningen (11; 21) og fastlegemetætningen (12; 22).

4. Ventil (1) ifølge et af kravene 2 eller 3, kendetegnet ved, at fastlegemetætningen (12) er udformet radialt indvendigt og læbetætningen (11) radialt udvendigt.

5. Ventil (1) ifølge et af kravene 2 eller 3, kendetegnet ved, at fastlegemetætningen (22) og læbetætningen (21) er udformet således, at fastlegemetætningen (22) trykker mod læbetætningen (21) ved komplet tætning.

6. Ventil (1) ifølge et af kravene 2 til 5, kendetegnet ved, at ved ringtætningen (10; 20) omfatter fastlegemetætningen (12; 22) et i tværsnit i det væsentlige halvcirkelformet område.

7. Ventil (1) ifølge et af kravene 2 til 6, kendetegnet ved, at ved ringtætningen (10; 20) omfatter læbetætningen (11; 21) et i tværsnit langstrakt område (11a; 12a), hvis fri ende i ubelastet tilstand med en symmetriakse BB af ringtætningen (10; 20) indeslutter en vinkel på 40Q-60Q.

8. Ventil (1) ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det langstrakte område (11a; 21a) af læbetætningen (11; 12) støder op til det halvcirkelformede område (12a, 22a) af fastlegemetætningen (12; 22).

9. Ventil (1) ifølge et af kravene 7 eller 8, kendetegnet ved, at et hulrum (14; 24), der ved lukket ventil (1) optager det langstrakte område (11a; 21a) af læbetætningen (11; 21) berøringsfrit, radialt udvendigt støder op til det langstrakte område område (11 a; 21 a) af læbetætningen (11; 21).

10. Ventil (1) ifølge et af kravene 2 til 9, kendetegnet ved, at en aksial udstrækning af det langstrakte område (11 a; 21 a) af læbetætningen (11; 21) i ventilens lukkeretning er større end en aksial udstrækning af det halvcirkelformede område (12a; 22a) af fastlegemetætningen (12; 22).

11. Ventil (1) ifølge et af kravene 1 til 10, kendetegnet ved, at en udsparing (13; 23) i ventiltallerkenen til optagelse af fastlegemetætningen (12; 22) og læbetætningen (11; 21) i tværsnit i et område er trapezformet, indsnævret indad.

12. Ventil (1) ifølge et af kravene 1 til 11, kendetegnet ved, at den maksimale udvidelse af fastlegemetætningen (12; 22) ved en fuldstændigt lukket ventil (1) udgør mindre end 60%.

13. Ventil (1) ifølge et af kravene 1 til 12, kendetegnet ved, at fastlegemetætningen (12; 22) og læbetætningen (11; 21) er indvulkaniseret i ventiltallerkenen (4)·

14. Ventil ifølge et af kravene 1 til 13, kendetegnet ved, at anslaget (4a) til ventiltallerkenen (4) til aflastning af fastlegemetætningen (12; 22) dannes af en yderkant af ventiltallerkenen (4), der samvirker med en anslagsflade (3a) af et ventilsæde (3).

15. Ventil (1) ifølge et af kravene 1 til 14, kendetegnet ved, at fastlegemetæt-ningen (12; 22) og/eller læbetætningen (11; 21) er fremstillet af et gummimateriale, især ethylen-propylen-dien-gummi eller hydreret acryl-nitril-butadien-gummi og har en hårdhed på 30 - 95 Shore A, fortrinsvis 70 - 90 Shore A, særligt foretrukket 75 - 85 Shore A.

16. Ventil (1) ifølge et af kravene 1 til 15, kendetegnet ved, at ventiltallerkenen (4) består af en kobberlegering med en andel på mere end 80 vægt-% Cu, der desuden indeholder Si og Zn som legeringskomponenter.

17. Ventil (1) ifølge et af kravene 1 til 16, kendetegnet ved, at ventiltallerkenen (4) på en side (4b), der støder op til en spindel (5) og vender mod ventilsædet (3), udviser et indstik (4d), der indeholder en spindeltætning (50), som omfatter et område (50a), der i ubelastet tilstand på siden (4b), der vender mod ventilsædet (3), rager frem over indstikket (4d).