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Ventil mit einem in der Offenstellung seitlich vom Strömungsweg angeordneten
Verschlußstück Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem in der Offenstellung
seitlich vom Strömungsweg angeordneten Verschlußstück, z. B. einer Kugel, das, wenn
es in den Strömungsweg bewegt wird, vom Leitungsdruck gegen einen im Strömungsweg
vorgesehenen Sitz gepreßt wird, und mit einem dem Verschlußstück auf der anderen
Seite des Strömungsweges gegenüberliegenden Plunger zur Rückführung des Verschlußstückes
von seinem Sitz in seine Offenstellung, der in seiner Ruhelage eine den Sitz umgehende
Umgehungsleitung mit einem vom Druck des Strömungsweges in Schließrichtung beaufschlagten
Absperrkopf verschließt.
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Ein Ventil dieser Gattung ist bekanntgeworden. Hierbei dient das Ventil
zur Steuerung des Wasserstromes einer Wasserklosettanlage od. dgl.
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Ventile der in Rede stehenden Art können aber auch in Gas- und ölleitungen
Anwendung finden, durch die von Zeit zu Zeit zur Reinigung Schaber oder Kratzer
hindurchgeführt werden müssen, die durch das Verschlußstück nicht behindert werden
dürfen. Solche Gas- und ölleitungen stehen unter hohen Drücken von beispielsweise
140 bis 210Atmosphären. Auch ist die Anordnung von Druckausgleichsflächen an Absperrgliedern
an sich bekannt. Dabei handelt es sich aber um einen ausgeglichenen Schieber, der
kein aus dem Strömungsweg verlagerbares Absperrglied hat.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil
der in Rede stehenden Art so auszugestalten, daß die Betätigungsvorrichtung trotz
der bei hohen Drücken auf den Plunger einwirkenden hohenRückstellkräfte möglichstleichtgängig
arbeitet, dabei andererseits aber auch sicherstellt, daß die Ventilkugel nicht von
einer zu leichtgängigen Betätigungsvorrichtung zerhämmert werden kann.
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Um das zu erreichen, wird ein Ventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
so gestaltet, daß der Plunger hinter dem Absperrkopf und der Mündung der Umgehungsleitung
von einer Dichtung umgeben wird, die einen kleineren Bereich abgrenzt als der Absperrkopf
in seiner Absperrlage, und daß der Plunger eine dauernd mit der Hochdruckseite des
Ventils in Verbindung stehende Ausgleichsfläche hat, die kleiner ist als die jeweils
im Absperrsinn auf den Plunger einwirkenden Flächenteile.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet sowohl die Nachteile eines unausgeglichenen
Plungers, auf den erhebliche Rückstellkräfte einwirken würden, als auch die Nachteile
eines voll ausgeglichenen Plungers, der mit hoher Geschwindigkeit gegen die Ventilkugel
hämmern würde. Die nach Ingangsetzen des Umgehungsstromes für die Verschlußkugel
zum Ab-
heben derselben von ihrem Sitz zur Verfügung stehende Restkraft ist
so weit herabgesetzt, daß unbeabsichtigte Beschädigungen der Sitzfläche der Kugel
oder ihres Sitzes unwahrscheinlich werden.
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Vorzugsweise ist die Ausgleichsfläche bei der Erfindung um etwa 15%
kleiner als die im Absperrsinn wirkenden Flächenteile.
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In weiteren Unteransprüchen sind Ausführungsformen der Erfindung gekennzeichnet.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden
Beschreibung.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen
beschrieben. In diesen stellt dar Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch
ein erfindungsgemäßes Absperrventil, F i g. 2 einen senkrechten Querschnitt
einer weiteren Ausführungsform.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsfonn der Erfindung
verläuft durch ein Ventilgehäuse 5 ein Strömungsweg 6. In dem Strömungsweg
ist ein zur Aufnahme einer Ventilkugel 8 bestimmter Sitz 7 befestigt.
Das Gehäuseanschlußstück 5a enthält eine schematisch dargestellte Einrichtung
9 zur Aufnahme der Ventilkugel in der Offenstellung. Wie dargestellt, befindet
sich diese auf der einen Seite des Strömungsweges des Ventils.
Die
öffnungsvorrichtung des Ventils ist an dem Anschlußstück 5 b des Gehäuses
angebracht und wird bei diesem Ausführungsbeispiel von Hand betätigt. Durch den
Anschluß 5 a ist eine Buchse 10 so weit in das Ventil
eingeführt, bis sie an die Schulter 5 c
des Gehäuses anstößt.
Mit der Buchse 10 ist eine Hülse 11 verschraubt und klemmt die Schulter
5 c
ein, um die Anordnung in ihrer Lage zu halten. Ein einziehbarer
Stangenmechanismus, zu dem bei diesem Ausführungsbeispiel ein durch die Buchse
10 in die Hülse 11 ragender Plunger 12 gehört, ist durch eine Schlitzverbindung
mit dem inneren Ende einer ein Handrad 14 tragenden Spindel 13 verbunden.
Da die Spindel 13 mit der Hülse 11 durch Gewinde verbunden ist, wird
der Plunger 12 bei Drehung des Handrade,s hin oder her bewegt. Ein Schlitz am Ende
der Spindel 13 ist wenigstens an einer Seite offen, um das mit einem Bund
versehene Ende des Plunger 12 aufnehmen zu können.
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Eine Umgehungsleitung 5 d des Gehäuses dient dazu, die
auf ihrem Sitz befindliche Ventilkugel 8 zu umgehen und die auf beiden Seiten
des Sitzes 7 befindlichen Teile des Strörnungsweges 6 miteinander
in Verbindung zu bringen, wenn der an dem Plunger angebrachte Absperrkopf
15 auf die in Schließstellung befindliche Ventilkugel zu bewegt wird. Die
Dichtungen 16 und 17 und die Dichtungsanordnung 18 dichten
die Umgehungsleitung gegenüber der Außenumgebung des Ventils ab. Ein Stift
19 hält die Anordnung 18 zurück.
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Der Umfang des Schaftes des Absperrkopfes 15
kann Abflachungen.
tragen, die einen Nebendurchlaß bilden, der genügend großen Querschnitt hat, um
einen Fluß der Strömungsmediums zwischen dem Schaft und der zylindrischen öffnung
am Ende der den Schaft aufnehmenden Buchse 10 zu gestatten.
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Der Leitungsdruck preßt den Absperrkopf 15
gegen den Sitz, und
es ist erwünscht, diese Kraft wenigstens zum Teil auszugleichen. Das wird dadurch
erreicht, daß man an dem Plunger 12 eine Druck:Räche 12 a vorsieht, zu welcher der
Leitungsdruck durch den Durchlaß 12 b des Plungers zugelassen wird. Die Dichtungen
20 und 21 dienen zur Abdichtung gegen diesen Druck. Ein Durchlaß 12 c
entlüftet
den Zwischenraum zwischen der die Druckfläche 12a tragenden Plungerverdickung und
der Dichtungsanordnung18. Man sieht, daß der Leitungsdruck bei dieser Anordnung
auf die Fläche 12a einwirkt, um eine Kraft hervorzurufen, die der durch Einwirkung
des Leitungsdruckes auf den Absperrkopf 15 hervorgerufenen Kraft entgegenwirkt.
Das setzt die Größe des Drehmomentes herab, welches am Handrad erforderlich ist,
um den Absperrkopf 15 von seinem Sitz abzuheben. Vorzugsweise ist die Fläche
12 a um etwa 15 11/o kleiner als der von der j
Dichtung 21 eingeschlossene
Bereich. Bei einem Unterschied der Flächen von etwa 15% wird der zum Abheben der
Ventilkugel von ihrem Sitz dienenden Drehung des Handrades 14 genügend Widerstand
entgegengesetzt, um die Wahrscheinlichkeit herabzusetzen, daß schlagartige Stöße
auf die auf ihrem Sitz befindliche Ventilkugel 8 ausgeübt werden. Derartige
Beanspruchungen können zur Zerstörung des Sitzes 7 oder der Sitzflächen der
Kugel führen.
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Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispieles der Erfindung ergibt
sich an Hand der vorstehenden Beschreibung. Wenn sich die Ventilkugel
8 auf ihrem Sitz befindet (gestrichelte Lage), dann kann die Bedienungsperson
den Plunger 12 und den Absperrkopf 15 durch Drehen des Handrades 14 nach
oben bewegen. Da die Fläche 12 a und der den Leitungsdruck auf diese Fläche einwirken
lassende Durchlaß 12b vorgesehen sind, ist die zum Abheben des
Ab-
sperrkopfes 15 von seinem Sitz erforderliche Kraft nicht übermäßig
groß. Nach bloßem Anrucken des Absperrkopfes 15 wird die auf ihrem Sitz befindliche
Ventilkugel automatisch umgangen, und das an dem geschlossenen Kugelventil anliegende
Druckgefälle beginnt sich zu vermindern. Weitere Drehung des Handrades 14 bringt
den Absperrkopf 15 in Berührung mit dem Kugelventil, und bei noch weiterer
Drehung des Handrades wird die Ventilkugel von ihrem Sitz abgehoben und in ihre
offene Stellung gebracht, wo sie von der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung
9 gehalten wird.
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Die Tatsache, daß der Leitungsdruck eine der Betätigung des Handrades
in öffnungsrichtung des Ventils entgegenwirkende Restkraft ausübt, setzt die Wahrscheinlichkeit
herab, daß der Absperrkopf auf das geschlossene Ventil eine Hammerwirkung ausübt,
bevor das an dem geschlossenen Ventil anliegende Druckgefälle wesentlich herabgemindert
ist. Diese Restkraft, die dem öffnen des Ventils entgegenwirkt, subtrahiert sich
von der auf das Handrad ausgeübten Kraft, um die zum öffnen zur Verfügung stehende
Kraft zu vermindern, und setzt so das Risiko -einer unbeabsichtigten Beschädigung
der Sitzflächen der Kugel und ihres Sitzes durch unachtsames Bedienungspersonal
herab.
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Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform verwendet eine Einrichtung,
die zum Einleiten der in der öffnungsrichtung der Kugel erfolgenden Bewegung des
einziehbaren Stangenmechanismus eine sehr große Kraft zur Verfügung stellt, die
aber den genannten Vorgang nur so weit betreibt, bis die Umgehungsleitung geöffnet
ist. Im Anschluß daran wird eine kleinere, in öffnungsrichtung der Kugel wirkende
Restkraft ausgeübt, die nicht ausreicht, um die auf ihrem Sitz befindliche Kugel
oder deren Sitz zu beschädigen. In diesem Fall ist das Ventilgehäuse das gleiche
wie in den anderen Figuren, und die Buchse 36 ist im Anschlußstück
5 b in der gleichen Weise befestigt, wie die Buchse 10 in F
i g. 1 darin angebracht ist. Anders ist nur, daß die Hülse 37 dazu
dient, die Buchse 36 in ihrer Lage an dem mit der Schulter 5
c versehenen Ende des Gehäuses festzuklemmen. Die Hülse 37 trägt das
Gehäuse 38 der auf Druck ansprechenden Einrichtung.
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Die Buchse 36 stellt eine Verbindung zwischen der Umgehungsleitung
5d und dem stromaufwärts von dem Kugelsitz befindlichen Strömungsweg des
Ventils her. Sie besitzt Dichtungen 39, 40 und 41, die den Leitungsdruck
von der Umgebung des Ventils abschließen.
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Ein Stangenglied 43 stellt eine Kraftübertragungsverbindung zwischen
dem Plunger 42 und der auf Druck ansprechenden Einrichtung her. Dieses Glied besitzt
einen Kopf, der in einen am äußeren Ende des Plungers 42 angebrachten Schlitz hineinragt,
und eine Dichtungsanordnung 44 dichtet zwischen dem Ende des Plungers 42 und der
Bohrung der Buchse 36 ab. Ein Schnappring 45 hält die Dichtungsanordnung
in ihrer Lage. Der Durchmesser des Teiles der Bohrung in der Buchse 36, in
den die Dichtungsanordnung 44 eingepaßt ist, ist größer als die Fläche
innerhalb
des Sitzes, den der Absperrkopf 42 a berührt, um die Umgehungsleitung zu regulieren.
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Eine Dichtungsanordnung 46 und eine Dichtung 47 schließen den in der
Bohrung 42 b des Plungers herrschenden Leitungsdruck von der Umgebung des
Ventils ab. Eine Filteranordnung schützt das obere Ende der Bohrung 42
b, und der Schnappring 62 ist in F i g. 2 gezeigt, um die Lage
des Filters anzudeuten. Die Bohrung der Buchse 36 weist zwischen der Dichtung
41 und der Dichtungsanordnung 44 bei 36c eine Entlüftung auf. Bei dieser Anordnung
der Flächen und wenn der Absperrkopf 42a auf seinem Sitz aufsitzt, schafft der Leitungsdruck
eine der öffnungsbewegung des einziehbaren Stangenmechanismus entgegenwirkende Restkraft,
die bestimmt ist durch die Einwirkung des Leitungsdruckes auf die Fläche des durch
die Dichtungsanordnung 46 hindurchragenden Gliedes 43 abzüglich der Ringfläche,
die von der äußeren Dichtung der Dichtungsanordnung 44 begrenzt wird, vermindert
um die in Schließrichtung wirksame Fläche des Absperrkopfes 42a. Sobald der Absperrkopf
42a von seinem Sitz abgehoben wird, wird die der öffnungsbewegung entgegenwirkende
Kraft vermindert, weil der Durchmesser der Dichtung 41 etwas kleiner ist als der
Durchmesser des Sitzes des Absperrkopfes 42a. Das ist wegen des Spieles der Fall.
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Um diesen Kräften entgegenzuwirken und für das Öffnen des Kugelventils
zu sorgen, ist die auf Druck ansprechende Einrichtung vorgesehen, die eine Kraftübertragungsverbindung
mit der Stange 43 hat. Beispielsweise besteht die die große Kraft zum Abheben des
Absperrkopfes 42a von seinem Sitz zur Verfügung stellende Einrichtung aus einem
besonderen, druckmittelbetätigten Motor, der ein auf Druck ansprechendes Glied oder
eine Membran 48 von großem Durchmesser besitzt. Zu der Verbindung zwischen diesem
auf Druck ansprechenden Glied und dem einziehbaren Stangenmechanismus gehört eine
Platte 49, welche Mittel besitzt, um die Bewegung des auf Druck ansprechenden Gliedes
gerade so zu begrenzen, daß sie ausreicht, um den Absperrkopf 42a von seinem Sitz
abzuheben und die Umgehungsleitung zu öffnen, andererseits aber nicht ausreicht,
um die Ventilkugel von ihrem Sitz zu entfernen oder überhaupt den Plunger in Berührung
mit der Ventilkugel zu bringen. Diesem Zweck kann ein Beilagering 50
dienen.
Das Druckmittel wird der Membran durch eine Leitung 51 zugeführt, und auf
Grund der Fläche der Membran kann dieser Druck verhältnismäßig klein sein, also
beispielsweise als Druckluft für Werkzeuge Verwendung finden.
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Augenscheinlich begrenzt der Beilagering 50 bei Berührung des
Gehäuses den Hub des einziehbaren Plungers 42. Es sind aber Mittel vorgesehen, um
dann eine geringere Kraft auf den Plunger 42 einwirken zu lassen, die ausreicht,
um die Ventilkugel von ihrem Sitz abzuheben, wenn das an ihr anliegende Druckgefälle
genügend vermindert worden ist. Diese auf den Plunger 42 einwirkende kleine Kraft
reicht nicht aus, um die Ventilkugel oder ihren Sitz zu beschädigen. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel der Erfindung dient diesem Zweck ein zweiter druckmittelbetätigter
Motor, der aus einem zwischen den Plunger 42 und den Zapfen der Platte 49 eingeschalteten
Kolben 52 besteht. Die Verbindung mit dem Zapfen der Platte 49 ist lösbar,
so daß der Kolben 52 die einziehbare Stange unter dem Einfluß des durch die
Leitung 53 zugeführten Druckmittels in der Richtung bewegen kann, um das
Ventil zu öffnen.
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Im Betrieb wird, wenn der Absperrkopf 42a sich auf seinem Sitz befindet,
die größte Kraft gebraucht, um den Plunger 42 den Absperrkopf 42a von seinem Sitz
abheben zu lassen. Diese Kraft liefert der Motor mit dem großen Durchmesser so lange,
bis der Beilagering 50 das Membrangehäuse berührt und somit diesen Teil der
auf Druck ansprechenden Einrichtung an weiterer Bewegung hindert. Die Größe dieser
Bewegung hat jedoch den Absperrkopf 42a von seinem Sitz abgehoben und dabei
die Umgehung geöffnet, um das an der auf ihrem Sitz befindlichen Ventilkugel anliegende
Druckgefälle zu vermindern. Die Umgehungsleitung braucht nicht verengt zu sein.
Das Abheben des Absperrkopfes 42a von seinem Sitz hat auch auf Grund des Leitungsdruckes
die Restkraft vermindert, die auf den einziehbaren Stangenmechanismus in einer Richtung
einwirkt, um das Abschlußglied 42a auf seinen Sitz zu drücken. Die durch Druckeinwirkuno,
auf den Kolben 52 hervorgerufene Kraft ergibt so eine Restkraft, um den Plunger
42 in Berührung mit der auf ihrem Sitz befindlichen Kugel zu bringen. Dabei reicht
diese Kraft aus, um die Kugel von ihrem Sitz abzuheben, wenn das an ihr anliegende
Druckgefälle genügend vermindert ist; die auf die Kugel einwirkende Kraft ist aber
nicht groß genug, um die Sitzflächen der Kugel oder ihres Sitzes in irgendeiner
Weise zu beschädigen.