DE10312967A1

DE10312967A1 - Ventildichtungsanordnung

Info

Publication number: DE10312967A1
Application number: DE2003112967
Authority: DE
Inventors: Otto Varga; Clive Dingley
Original assignee: Seetru Ltd
Current assignee: Seetru Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2003-11-13
Also published as: GB2388648B; GB2388648A; GB0206767D0; ITMI20030537A1; GB0306351D0

Abstract

Eine Ventildichtungsanordnung umfasst einen mit einerAussparung versehenen Stößel, in welchen eine Elastomerdichtung gegossenund mit welchem sie verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an oder in Bezug auf Ventildichtungsanordnungen und betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Anordnungen zum Einsatz mit Kühlmedien.
Weiche Dichtungsanordnungen zum Einsatz in Sicherheitsventilen sind gut eingeführt und haben bewiesen, dass sie unter hohem Druck eine zuverlässige und leckdichte Leistung bieten. Dieser Anmelder hat über viele Jahre eine beträchtliche Anzahl an Dichtungselementen entwickelt, die alle das Merkmal aufweisen, dass es sich bei dem Dichtungselement um ein separates Elastomerbauteil handelt, welches in den Sicherheitsventilstößel oder -scheibe eingesetzt wird und während des Einsatzes eine hochwirksame Dichtfunktion bei der Wechselwirkung zwischen dem Sicherheitsventilsitz und dem Sicherheitsventilstößel oder -scheibe entwickelt. Die Begriffe 'Stößel' und 'Scheibe' betreffen dasselbe Bauteil, wobei es sich normalerweise um das federbelastete Schließbauteil handelt, welches die Sicherheitsventilwirkung bereitstellt. Die Begriffe sind in ihrer Verwendung in diesem Dokument gegeneinander austauschbar.
Die Konstruktion des Elastomerbauteils ist so ausgestaltet, dass es während der Aktion des Sicherheitsventils nicht aus seiner Stellung gebracht, sondern während der gesamten Ventilaktion fest in seiner Aussparung eingepasst verbleibt.
Beim Einsatz von Kühlmedien wie z. B. Freon R22 und anderen, hauptsächlich auf Fluor basierenden thermodynamischen Kühlflüssigkeiten wurde jedoch ein auftretendes Problem festgestellt. Diese Medien sind sehr flüchtig und neigen dazu, durch die molekulare Struktur des Elastomerdichtungselementes hindurchzudringen. Die Medien können insbesondere während des Hochdruckzyklus in die Elastomermasse eintreten und dann während der in vielen Kühlsystemen auftretenden Niederdruckphase aus der Elastomermasse austreten und darin Risse und starke Leckstellen verursachen. Außerdem kann das Kühlmedium durch die Dichtungen hindurchdringen und sich zwischen ihnen und dem metallischen Ventilstößel oder -scheibenmaterial ansammeln. Wenn dies eintritt, kann die Dichtung aus ihrem Sitz herausgedrückt, oder die Dichtung kann zerrissen werden, wenn das Medium während einer Niederdrucktelis des Kältezyklus in den Ventilraum austritt.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung des Problems und in der Bereitstellung einer verbesserten Dichtungsanordnung, die für stark flüchtige Kühlmedien undurchlässig ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Ventildichtungsanordnung mit der Fähigkeit, eine feinfühlige hydrostatische Selbstabdichtungswirkung an den Tag zu legen.

Gemäß der Erfindung umfasst eine Ventildichtungsanordnung eine chemisch mit einem Ventilstößel verbundene Elastomerdichtung, wobei die Dichtung während des Einsatzes zum Zusammenwirken mit einem Ventilsitz bringbar ist.

Praktischerweise ist der Ventilstößel der Ventildichtungsanordnung so ausgespart, dass er die darin gegossene und damit verbundene Dichtung aufnimmt. Die Aussparung kann eine im Querschnitt geradlinige, krummlinige oder bogenförmige Form aufweisen.

Vorzugsweise ist die Dichtung mit einem Randabschnitt ausgebildet, welcher in einem gewissen Grad von der Fläche des Stößels hervorsteht, um während des Einsatzes mit dem Ventilsitz einen Anfangskontakt herzustellen, wobei die Dichtung umfangsmäßig mit der Aussparung, und auf der Basis der Aussparung verbunden ist.

Die Dichtung kann mit einer Basis mit einem Randabschnitt ausgebildet sein, wobei die Basis aus einem dünnen Film aus sich über die Aussparung erstreckendem, und damit verbundenem Elastomer besteht. Der Randabschnitt ist mit der Aussparung an deren Umfang verbunden. Während des Einsatzes dient der Elastomerfilm der Verhinderung jeden Zugangs des Druckmediums zu der Rückseite der Dichtung an jedem beliebigen Punkt. Der Rand stellt die Dichtfunktion der Anordnung bereit. Diese Ausführung der Dichtungsanordnung ist für Ventile mit relativ kleiner Größe, z. B. von nicht mehr als 2 cm Durchmesser geeignet.

Angesichts der Kosten von Elastomeren wird für größere Ventile insbesondere bei Vorhandensein fluorierter Zusammensetzungen eine alternative Ausgestaltung mit kreisförmiger Form bereitgestellt, die innerhalb der Aussparung eingepasst und damit verbunden ist, welche eine kreisförmige Nut in der Fläche des Stößels aufweist. Die relativ innere Fläche des Stößels, die sich von der Nut nach innen erstreckt, kann mit dem Niveau der Außenfläche zusammenfallen, die sich außerhalb der Nut erstreckt. Alternativ kann die Innenfläche in Abhängigkeit von der erforderlichen Flüssigkeitswirkung, die sie während des Betriebes des Ventilstößels erzeugen soll, niedriger oder höher als die Außenfläche liegen.

Die kreisförmige Nut kann die Radialabmessung der Elastomerdichtung überschreiten, welche einen L- förmigen Schnitt mit einem relativ breiten und etwas wulstförmigen Rand aufweist, der so angepasst ist, dass er auf die in diesem Dokument zuvor beschriebene Art und Weise wirkt. Der Fuß der Dichtung kann einen relativ dünnen Querschnitt an Elastomer aufweisen, welches die Basis der Nut bedeckt. Bei dieser Ausführung kann das Druckmedium während des Einsatzes in den Nutraum eintreten, wenn sich der Stößel im Verhältnis zu dem Ventilsitz, mit welchem er in Kontakt steht, in geschlossener Position befindet. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit einen Radialdruck auf den Dichtungsrand ausüben, wie zuvor in Verbindung mit bei Ventilen mit kleineren Durchmessern verwendeten Dichtungsanordnungen beschrieben wurde.

Die Fläche des Stößels soll einen Metall- Metall-Kontakt mit dem Ventilsitz herstellen, wobei die Dichtung in der Praxis genügend zusammengedrückt wird, um einen solchen Kontakt im Allgemeinen unter der Wirkung einer Feder insbesondere bei Sicherheitsventilen zu ermöglichen.

Die in die Aussparung des Ventilstößels gegossene und damit verbundene Dichtung der vorliegenden Erfindung ist radial nach außen, jedoch nicht in einer Richtung nach innen eingeschränkt und somit in der Lage, sich bis zu einem gewissen Grad ein wenig in den Hohlraum der Aussparung hinein auszudehnen. Dementsprechend füllt das Druckmedium während des Einsatzes den von dem Dichtungsrand begrenzten Hohlraum und wirkt radial nach außen gegen den Rand, um eine hydrostatische Selbstabdichtungskraft auf der Dichtungskrone gegen die Fläche des Stößels bereitzustellen. Obgleich die Dichtungskrone in der Aussparung mit derselben verbunden ist, wirkt sie als Teil eines 'O'-Ringes und stellt die gut bekannte, mit 'O'-Ringen in Zusammenhang stehende Selbstabdichtungswirkung bereit.

Bei alternativen Ausführungen kann der dünne Film so verteilt sein, dass die Basis der Aussparung oder der Nut unbedeckt ist. In diesem Fall ist die Dichtung in Form eines Ringspaltes mit einem gegen die Basis der Aussparung oder Nut in einer relativ kleinen Distanz von dem Dichtungsrand oder -wulst abgedichteten Federkantenfuß vorhanden. Bei diesen Ausführungen ist es der Federkantenfuß, der das Einströmen von Druckmedium auf die Rückseite der Dichtung verhindert. In jeglicher Hinsicht funktioniert der Rand oder der Wulst auf die zuvor beschriebene Art und Weise und basiert auf der hydrostatischen Wirkung oder dem Wulst, auf welchen das Druckmedium einwirkt.

Als Supra-Element mit sehr gutem Kontakt erfordert die Dichtungsanordnung einen Metall-Metall- Kontakt wie zwischen dem Stößel und dem um die verbundene Dichtung herum liegenden Sitz. In diesem Zusammenhang kann der Stößel auf jede praktische Art und Weise so ausgestaltet werden, dass er den Betrieb des Ventils in Bezug auf dessen Öffnen und Schließen innerhalb der von den Sicherheitsventilnormen vorgeschriebenen Druckgrenzwerte unterstützt. Eine solche Ausgestaltung außerhalb des Dichtungsbereiches des Stößels hät eine aerodynamische und/oder hydrodynamische Bedeutung für die Durchflussmerkmale des Druckmediums durch das Ventil, wodurch es wirksam arbeitet und innerhalb der von den Normen vorgeschriebenen Zeitgrenzwerte wirksam ist.

Es wird davon ausgegangen, dass bei der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung die Positionierung des Ventilstößels in der Form erforderlich ist, in welcher das Elastomermaterial gehärtet und verbunden wird. Da bei manchen Ventilgrößen die Stößel ziemlich tief sind, liegt die Bereitstellung eines separaten Scheibenelementes aus geeignetem Material, z. B. aus Metall- oder Kunststoffmaterial, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wobei das Element bedeutend flacher ist als der Stößel an sich. Das Element trägt die verbundene Dichtung und wird dann an dem Stößel befestigt. Dementsprechend muss ein relativ kleines oder dünneres Element in eine Elastomerform eingesetzt werden, wodurch dementsprechend die Herstellung des Dichtungselementes verbessert wird.

Die Befestigung des die Dichtung tragenden Scheibenelementes kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Das Scheibenelement kann z. B. mittels Schrauben an dem Stößel befestigt, mit Schiebepassung oder Presspassung, oder durch einen Metallring oder Abdeckelement auf dem Stößel befestigt sein. Da das Scheibenelement in der Praxis als solches durch den Flüssigkeitsdruck immer gegen den Stößel gedrückt wird, besteht eine besonders einfache Ärt der Befestigung in der Bereitstellung eines mittigen Stiftes oder Zapfens für den Stößel, auf welchen das Scheibenelement aufgeschoben werden kann, wobei die Elemente durch eine einfache Presspassung zusammengehalten werden. Der Stift oder Zapfen kann zur festen Positionierung in dem Stößel und dem Scheibenelement die Form eines geschützten, gerollten Federelementes aufweisen. Durch diese Baugruppe wird die Montage erleichtert und Kosten verringert. Darüber hinaus ergeben sich durch die Leichtigkeit, mit welcher die ganzzahligen Einheiten voneinander demontierbar sind, Austauschmöglichkeiten, wodurch das die Dichtung tragende Scheibenelement je nach Notwendigkeit, oder wenn es gemäß den Wartungsverfahren erforderlich ist, nach Einsatz gegen ein neues ausgetauscht werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Sicherheitsventil, welches die in diesem Dokument offenbarte Ventildichtungsanordnung umfasst.

Nachfolgend sind ausschließlich beispielhaft zwei Ausführungen der Ventildichtungsanordnung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführung in einer ersten Anfangsdichtungsposition ist;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 dargestellten Ausführung in einer Enddichtungsposition ist;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführung in einer ersten Anfangsdichtungsposition ist; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der in Fig. 3 dargestellten Ausführung in einer Enddichtungsposition ist.
Unter zunächst erfolgender Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist eine Ventildichtungsanordnung im Allgemeinen mit 1 bezeichnet und umfasst einen an seinem Dichtungsende 4 mit einer im Querschnitt geradlinigen Aussparung 6 versehenen Stößel 2. Eine ringförmige Elastomerdichtung 8 ist in die Aussparung 6 an deren Basis und deren Umfangswand gegossen und damit verbunden, und die Dichtung 8 ragt bis zu einem gewissen Grad über die Dichtfläche 10 des Stößels 2 in Form eines Wulstes 9 hinaus. An der Verbindungsstelle zwischen der Aussparung 6 und der Dichtung 8 ist ein Federkantenfuß 12 vorgesehen, der das Hindurchsickern der über die Ventilfläche 10 hinter der Dichtung 8 laufenden Flüssigkeit wirksam verhindert. Die Dichtfläche 10 des Stößels 2 ist durch eine die Aussparung 6 begrenzende Schulter 14 festgelegt.
Der Stößel 2 ist im Verhältnis zu dem Körper eines Sicherheitsventils (nicht dargestellt) axial angeordnet und seine Dichtfläche 10 ist mit dem Ventilsitz 16 ausgerichtet, der auf einem mittigen Nabenstück 18 ausgebildet ist, das ein Durchgangsloch 20 für den Durchgang eines Druckmediums aufweist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, berührt die Dichtung 8 leicht den Sitz 16, wenn sich der Ventilstößel 2 nähert und sich in Anfangsdichtungskontakt mit dem Sitz 16 befindet, wobei die Dichtung beginnt, sich nach innen in die Aussparung 6 hinein zu verformen, wodurch sie eine feinfühlige hydrostatische Selbstabdichtungswirkung bereitstellt. Nach Vollendung seines Schließhubes bewegt sich der Stößel 2 so, dass sich seine Dichtfläche 10 in sehr gutem Metall- Metall-Kontakt mit dem Sitz 16 befindet, wobei die Dichtung 8 weiter in die Aussparung 6 hinein verformt wird, um eine sehr gute Dichtung zu ergeben, die im Wesentlichen für flüchtige Flüssigkeiten wie z. B. die in einem Kühlkreislauf verwendeten, undurchdringbar ist. Durch diese Kombination von Undurchlässigkeit und feinfühligem Kontakt wie zwischen der Dichtung und dem Ventilsitz werden die mit herkömmlichen Sicherheitsventilen in Zusammenhang stehenden Probleme beseitigt.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 erhielten ähnliche Teile ähnliche Bezugszeichen. Es wird auffallen, dass die Dichtung 8 der zweiten Ausführung dahingehend eine andere Form aufweist, dass zusätzlich zu dem Wulst 9 ein sich über die Basis der Aussparung 6 erstreckender, und damit verbundener Elastomerfilm 22 vorhanden ist, wobei der Film 22 mit dem Wulst 9 der Dichtung einstückig ausgebildet ist, jedoch eine geringere Dicke aufweist.
Die Bereitstellung dieses Filmes 22 ist insbesondere nützlich bei Sicherheitsventilen kleinerer Größe und dient der Verhinderung des Eindringens von Druckmedium hinter die Dichtung. Die Erfindung betrifft

Claims

1. Ventildichtungsanordnung, gekennzeichnet durch eine mit einem Ventilstößel (2) chemisch verbundene Elastomerdichtung (8), wobei die Dichtung (8) während des Einsatzes zum Zusammenwirken mit einem Ventilsitz (16) bringbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (2) der Ventildichtungsanordnung (1) so ausgespart (6) ist, dass er die darin gegossene und damit verbundene Dichtung (8) aufnimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8) mit einem Randabschnitt (9) ausgebildet ist, welcher zu einem gewissen Grad von der Dichtfläche (10) des Stößels (2) hervorsteht, um während des Einsatzes mit dem Ventilsitz (16) einen Anfangskontakt herzustellen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelfläche (10) während des Einsatzes nach dem Anfangskontakt in gegenseitigen metallischen Kontakt mit dem um die Dichtung (8) herum liegenden Ventilsitz (16) gelangt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung während des Einsatzes bei vollständiger Schließung des Ventils nach innen ausgedehnt wird und das flüssige Druckmedium eine nach außen gerichtete Kraft ausübt, wodurch in Kombination eine wirksame, ein Hindurchsickern verhindernde hydrostatische Dichtung bereitgestellt wird.

6. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8) mit einer Basis (22) mit einem Randabschnitt (9) ausgebildet ist, wobei die Basis aus einem dünnen Film (22) aus sich über die Aussparung (6) erstreckendem und damit verbundenem Elastomer besteht.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt einen Wulst (9) aufweist.

8. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, dass die Aussparung (6) in Form einer kreisförinigen Nut in der Dichtfläche (10) des Stößels ausgebildet ist, wobei die Dichtung (8) in die Nut hinein gegossen und mit ihr verbunden ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8) in die Nut hinein gegossen und mit ihr verbunden ist, wobei ein Randabschnitt derselben mit der Umfangswand der Nut verbunden ist und ein Fußabschnitt derselben mit der Basis der Nut verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt von der anderen Begrenzungswand der Nut beabstandet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß eine Federkante aufweist, um eine Dichtung bereitzustellen, um das Hindurchsickern von Druckmedium hinter die Dichtung zwischen der Dichtung und der Nut zu verhindern.

12. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (6) eine geradlinige, krummlinige oder bogenförmige Form aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 8 und jedem der davon abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des Stößels innerhalb des von der Nut begrenzten Bereiches mit der Fläche des Stößels außerhalb des Bereiches in einer Ebene liegt.

14. Anordnung nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 9 bis 11, der von Anspruch 8 abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des Stößels innerhalb des von der Nut begrenzten Bereiches über die Fläche des Stößels außerhalb des Bereiches hinausragt.

15. Anordnung nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 9 bis 11, der von Anspruch 8 abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche des Stößels innerhalb des von der Nut begrenzten Bereiches unter demjenigen der Fläche außerhalb des Bereiches liegt.

16. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel mit einem daran befestigbaren Scheibenelement versehen ist, welches die darin gegossene und damit verbundene Dichtung trägt.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement eine Aussparung aufweist und die Dichtung darin aufgenommen ist.

16. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement abnehmbar an dem Stößel befestigbar ist.

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement mit einer Schraubenbefestigung versehen ist.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement und der Stößel mittels eines Stiftes befestigbar sind, wobei das Element in Schiebepassung auf den Stift aufgeschoben ist.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift hohl und gefedert ist.

22. Sicherheitsventil, gekennzeichnet durch eine Ventildichtungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, und dadurch, dass es dieselbe umfasst.