DE20016361U1

DE20016361U1 - Ventil

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Publication number: DE20016361U1
Application number: DE20016361U
Authority: DE
Original assignee: Xomox International GmbH and Co OHG
Current assignee: Xomox International GmbH and Co OHG
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2010-09-22
Also published as: CN1422370A; CN1230641C; US20030080308A1; US6595489B2; DE50107048D1

Description

REBLE & KLOSE RECHTSANWÄLTE · PATENTANWÄLTE

Patentanwälte	Rechtsanwälte	Telefon	Patente und Marken
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Anmelderin: XOMOX International GmbH & Co. Von-Behring-Straße 15 D-88131 Lindau/Bodensee

Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einer Stopfbuchsdichtung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 an gegebenen Merkmalen.

Aus dem US-Patent 4 886 241 ist ein derartiges Ventil mit einer Stopfbuchsdichtung bekannt, welche zwischen dem Gehäuse und dem mit dem Ventilkörper verbundenen und im Gehäuse axial verschiebbar oder drehbar gelagerten Kolben angeordnet ist. In Ventilen für Medien mit einem hohen Schmelzpunkt, wobei nahe am Schmelzpunkt gearbeitet wird, besteht die Gefahr von Beschädigungen der Stopfbuchse durch &ldquor;gefrierendes" Medium, infolge der Klebeeigenschaften des Mediums in Temperaturbereichen unterhalb des Schmelzpunktes. Grundsätzlich kann diesen Schwierigkeiten durch Beheizen des Gehäuses entgegen gewirkt werden, doch ist der hierfür erforderliche Aufwand bisher recht erheblich.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Ventil mit geringem konstruktiven Aufwand dahingehend auszubilden, daß das Stopfbuchsmaterial zuverlässig im Flüssigbereich des Mediums arbeitet und / oder der Gefrierpunkt vom Stopfbuchsmaterial ferngehalten wird. Die Temperatur der Stopfbuchse soll mit hoher

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Funktionssicherheit und bei einfacher Konstruktion im Flüssigbereich oberhalb des Schmelzpunktes des das Ventil durchströmbaren Mediums liegen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Das vorgeschlagene Ventil mit einer Stopfbuchsdichtung zeichnet sich durch eine funktionssichere Konstruktion aus und gewährleistet mit hoher Sicherheit, daß die Temperatur der Stopfbuchse immer im Flüssigbereich oberhalb des Schmelzpunktes des Mediums liegt. Das Gehäuse enthält im Bereich der Stopfbuchse eine Heizeinrichtung, deren axiale Länge um einen vorgegebenen Betrag größer ist als die Länge der Stopfbuchse, wobei die Heizeinrichtung zumindest an einem Ende, zweckmäßig an beiden Enden, über das bzw. die Stopfbuchsenenden in einem vorgegebenen Bereich hinausragt. In vorteilhafter Weise ragt die Heizeinrichtung in einem Bereich von 30 bis 60 mm über das Stopfbuchsenende hinaus. Die Heizeinrichtung enthält in vorteilhafter Weise einen das Gehäuse außen umgebenden Heizmantel, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Heizmantel ein Zwischenraum für ein Heizmedium, wie insbesondere eine beheizbare Flüssigkeit vorhanden ist. Alternativ kann die Heizeinrichtung im Rahmen der Erfindung von einem Heizmedium durchströmbare Rohre oder eine elektrische Heizwicklung oder dergleichen enthalten, welche insbesondere auf der Außenfläche des Gehäuses im Bereich der Stopfbuchse angeordnet sind.

Ferner ist in vorteilhafter Weise der Kolben im Bereich der Stopfbuchse und einer axial an die Stopfbuchse anschließenden Lagerbuchse mit einem gleichbleibenden Durchmesser ausgebildet, wobei Absätze, Ringschultern oder dergleichen dort nicht vorhanden sind. Die zur Kolbenführung vorgesehene Lagerbuchse ist in besonders zweckmäßiger Weise mit sehr geringer Toleranz einerseits bezüglich des Gehäuses und andererseits bezüglich des Kolbens ausgebildet. Dies ist insbesondere bei sensiblen Medien von Bedeutung, welche infolge der Temperatur und / oder Verweilzeit eine Mediumänderung erfahren, zumal die gewählte Toleranz bei sensiblen Medien die Qualität beeinflußt. Im Hinblick auf die Toleranzen, welche für die geforderte Mediumqualität benötigt werden, weist das Material der Lagerbuchse erfindungsgemäß zumindest näherungsweise die gleiche thermische Ausdehnung auf wie der Werkstoff des Gehäuses und / oder des Kolbens. Darüber hinaus ist in vorteilhafter Weise die Kolbenführung wesentlich härter ausgebildet als der Gehäuse- und /

oder Kolbenwerkstoff, um ein &ldquor;Fressen" in der Kolbenführung zu vermeiden. Im Rahmen der Erfindung liegen die genannten Toleranzen bevorzugt im Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,05 mm.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels angegeben.

In der Zeichnung ist das Ventil teilweise in einer axialen Schnittebene dargestellt, und zwar im Bereich der Durchführung eines Kolbens 2 durch ein Gehäuse 4, welches einen Trägerflansch 6 enthält. Der Kolben 2 und ein mit diesem verbundener Ventilkörper 8, welcher beispielsweise als eine Absperr- und / oder Regelklappe ausgebildet ist, sind um eine Längsachse 10 axial verschiebbar oder drehbar gelagert, wobei zwischen der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses 4 und der Außenfläche des Kolbens 2 eine Lagerbuchse 12 vorgesehen ist. Axial anschließend an die Lagerbuchse 12 ist eine Stopfbuchse 14 bzw. Stopfbuchsenpackung mit einer Anzahl von Dichtungsringen vorgesehen. Der Kolben 2 weist zumindest im Bereich der Stopfbuchse 14, bevorzugt auch im Bereich der Lagerbuchse 12, einen in axialer Richtung gleichbleibenden Außendurchmesser auf. Das Material der Stopfbuchse bzw. deren Ringe ist unter Berücksichtigung der thermischen und der mechanischen Belastung gewählt. Die Stopfbuchse ist dahingehend ausgelegt, daß gleitendes und Festigkeit verleihendes Dichtungsmaterial kombiniert sind, wobei entsprechend den mit dem Ventil zu beherrschenden Temperaturen Dichtungsmaterialien mit und / oder ohne Gewebeeinlage zum Einsatz gelangen. Durch die Anzahl der Dichtungsringe erfolgt die Anpassung an den jeweils mit dem Ventil zu beherrschenden Druck. Die Kolbenführung bzw. Lagerbuchse 12 ist mit sehr geringer Toleranz einerseits zum Kolben 2 und andererseits im Gehäuse 4 gefertigt, wobei die Toleranzen insbesondere im Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,05 mm, liegen. Darüber hinaus weist das Material der Lagerbuchse 12 im wesentlichen die gleiche thermische Ausdehnung auf wie der Werkstoff des Kolbens 2 und / oder des Gehäuses 4.

Das die Lagerbuchse 12 und die Stopfbuchse 4 aufnehmende Gehäuse 4 weist erfindungsgemäß eine erhebliche axiale Länge auf und ist mit einer Heizeinrichtung 16 versehen. Die Heizeinrichtung 16 enthält in vorteilhafterweise einen Heizmantel,

welcher das erfindungsgemäß lange Gehäuse 4 umgibt. Wie ersichtlich, ist zwischen der bevorzugt zylindrischen Heizeinrichtung bzw. dem Heizmantel 16 ein insbesondere ringförmiger Zwischenraum 18 vorhanden, welcher von einem beheizbaren Medium durchströmbar ist. Die Stopfbuchse 14 besitzt eine axiale Länge 20. Die Heizeinrichtung 16 besitzt eine gegenüber der Stopfbuchse 14 in besonders zweckmäßiger Weise erheblich größere axiale Länge und ragt zumindest über das eine, gemäß Zeichnung rechte Stopfbuchsenende 22 mit einer vorgegebenen Länge 24 hinaus, welche bevorzugt im Bereich zwischen 30 bis 60 mm groß ist. Auch am zweiten Stopfbuchsenende 26 überragt das Heizelement 16 jenes mit einer vorgegebenen Länge 28. Die Temperatur der Heizeinrichtung bzw. des Heizmediums im Zwischenraum 18 wird erfindungsgemäß derart vorgegeben, daß die Temperatur der Stopfbuchse zuverlässig im Flüssigbereich des das Ventil durchströmbaren Mediums liegt. Der Heizmantel 16 ist mit seinem dem Ventilkörper 8 zugeordneten Ende 30 in besonders zweckmäßiger Weise mittels einer Schweißnaht 32 mit dem Tragerflansch 6 des Gehäuses 4 verbunden. Wie ersichtlich, ist somit auch der Zwischenraum 18 erheblich länger als die Stopfbuchse 14, deren Temperatur somit zuverlässig immer im Flüssigbereich oberhalb des Schmelzpunktes des Mediums liegt.

Zwischen der Stopfbuchse 14, welche auch als Packung bezeichnet wird, und einer Druckhülse 34 bzw. Packungsdruckhülse ist ein Druckverteilerring 36 angeordnet zur gleichmäßigen Übertragung des Druckes von der Druckhülse auf die Packung. Die Druckhülse oder der Druckring 34 enthält an seinem der Stopfbuchse 14 zugewandten Ende wenigstens eine radiale Entlastungsbohrung 38, durch welche aus der Stopfbuchse austretendes flüssiges Medium auf die Außenseite des Druckringes 34 geführt wird, wobei dort aufgrund der Wirkung der Heizeinrichtung ein frühzeitiges Einfrieren des Mediums verhindert wird. Obgleich der relativ große bzw. lange Kolben 2 viel Wärme abführt, besteht somit am Außenumfang des Druckringes 34 infolge der Beheizung nicht die Gefahr, daß das Medium einfriert. Mittels der Druckhülse 34 wird die Stopfbuchse bzw. Packung 14 gepreßt, und es wird die notwendige Vorspannung aufgebracht, um die Dichtung des Systems zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß ragt die Druckhülse 34 derart weit in den beheizten Bereich und / oder die Heizeinrichtung 22 axial hinein, daß ein Auskühlen der Stopfbuchse 14 vermieden wird. Wie ersichtlich, ragt die Druckhülse 34 mit ihrem der Stopfbuchse 14 zugewandten- Ende entsprechend der oben erläuterten vorgegebenen Länge 24 in

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den beheizten Bereich hinein. Da ein Wärmeverlust maßgeblich durch den Kolben des Ventils verursacht ist, ist das in den Bereich der Beheizung hineinragende Ende 40 der Druckhülse 34 von besonderer Bedeutung zur Aufrechterhaltung des flüssigen Zustandes des Mediums. Es sei an dieser Stelle festgehalten, daß die Haltbarkeit der Stopfbuchspackung maßgeblich vom Flüssigkeitszustand abhängig ist. Daher werden in vorteilhafter Weise für die Druckhülse 34 Toleranzen einerseits zur Gehäuseseite und andererseits zum Kolben vorgegeben. Die Toleranzen zur Gehäuseseite liegen im Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm, und vorzugsweise in der Größenordnung von 0,08 mm, um den Wärmezufluß zu gewährleisten. Die Toleranzen zwischen Druckhülse 34 und dem Kolben 2 müssen zum einen die Bewegbarkeit gewährleisten und zum anderen den Wärmeabfluß über dem Kolben 2 berücksichtigen, und jene liegen insbesondere im Bereich von 0,05 mm bis 0,4 mm, vorzugsweise in der Größenordnung um 0,1 mm.

Ferner sind in bevorzugter Weise an der Außenseite der Druckhülse 34, insbesondere axiale Entlastungsnuten 42 vorgesehen, welche zur Abführung des Mediums in axialer Richtung dienen. Die Anzahl dieser Längsnuten 42 ist im Bereich von 1 bis 8 vorgegeben, vorzugsweise zwischen 2 und 4. Da die Nuten den Wärmetransport von der Heizeinrichtung 16 behindern, ist die notwendige Anzahl zu minimieren. Des weiteren sind an der Druckflanschseite radiale Servicenuten 44 an der Druckhülse 34 vorgesehen, welche zur Überwachung der Stopfbuchspackung 14 und / oder zum Angreifen eines Werkzeuges dienen. Anhand der letzten Nut kann entschieden werden, die Packung nachzuziehen oder zu erneuern. Hierbei sind die radialen Servicenuten von besonderer Bedeutung für die Demontierbarkeit der Druckhülse 34. Die Anzahl der radialen Nuten 44 beträgt insbesondere 2 bis 6, vorzugsweise 2 bis 4. Zur Vermeidung eines unerwünschten Wärmeabfluß ist ferner zwischen der Druckhülse 34 und einer Druckplatte 46 eine Wärmesperre 48 vorgesehen.

In bevorzugter Weise ist eine Isolierung 50 vorgesehen, welche das Ventilgehäuse zumindest im Bereich des Kolbens 2 umgibt und einen Wärmeabfluß verhindert. Damit der Wärmeabfluß über den Kolben 2, die Druckhülse bzw. den Druckring 34 sowie eine hier nicht weiter dargestelltes Haltegestänge eines Getriebes das Medium in der Stopfbuchse nicht einfrieren läßt, ist in vorteilhafter Weise auch der Arbeitsraum des Kotbens 2 mittels der Isolierung 50 umgeben. Somit läßt sich der Gefrier-

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bereich des Mediums soweit reduzieren, daß dieser keinen störenden Einfluß auf die Bewegungskräfte ausüben kann.

Darüber hinaus ist ein Kolbenschutz 52 vorgesehen, welcher zum einen als Schmutzabweiser dient und zum anderen zur Minimierung von Wärmeverlusten vorgesehen ist. Insoweit ist bei der Fertigung auf die Vermeidung einer Kaminwirkung zu achten. Darüber hinaus ist der Kolbenschutz 52 derart ausgebildet, daß der Bewegungsteil vorauslaufendem Medium aus der Stopfbuchse geschützt wird. Ferner ist der Kolbenschutz dahingehend ausgelegt, daß der durchlaufende Mediumteil nach unten ablaufen kann. Weiterhin wird mittels des Kolbenschutzes 52 ein Berührungsschutz gewährleistet, damit sich niemand im Bewegungsteil einklemmen kann. Schließlich ist noch ein Mediumsauslauf 54 vorgesehen, welcher aus dem Bereich der Stopfbuchse 14 nach unten gerichtet angeordnet ist. Es sei festgehalten, daß in der Einbaulage des Ventils die Längsachse 10 im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, wobei der Mediumsauslauf 54 sich unterhalb der Stopfbuchse 14 befindet. Mittels des nach unten gerichteten Mediumsauslaufes 54 wird eine Verschmutzung des darunter liegenden Teiles der Isolierung 50 verhindert.

• ·

• &diams; &diams;

Bezugszeichen

2	Kolben
4	Gehäuse
6	Trägerflansch
8	Ventilkörper
10	Längsachse
12	Lagerbuchse
14	Stopfbuchse
16	Heizeinrichtung / Heizmantel
18	Zwischenraum
20	Länge von 14
22	erstes Stopfbuchsenende
24	vorgegebene Länge von 16
26	zweites Stopfbuchsenende
28	vorgegebene Länge von 16
30	Ende von 16
32	Schweißnaht
34	Druckhülse / Druckring
36	Druckverteilerring
38	Entlastungsbohrung
40	Ende von 34
42	Entlastungsnut
44	radiale Servicenut
46	Druckplatte
48	Wärmesperre
50	Isolierung
52	Kolbenschutz
54	Mediumsauslauf

Claims

1. Ventil, enthaltend einen mit einem Ventilkörper (8) verbundenen und in einem Gehäuse (4) gelagerten Kolben (2) sowie eine zwischen dem Kolben (2) und dem Gehäuse (4) angeordnete Stopfbuchse (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) im Bereich der Stopfbuchse (14) eine Heizeinrichtung (16) aufweist, deren axiale Länge größer ist als die axiale Länge der Stopfbuchse (14), und daß die Heizeinrichtung (16) zumindest über ein axiales Ende (22) der Stopfbuchse (14) in einer vorgegebenen Länge (24, 28) axial hinausragt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des die Stopfbuchse (14) aufnehmenden Gehäuses (4) um einen vorgegebenen Betrag länger ist als die Länge (20) der Stopfbuchse (14).

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Stopfbuchse (14) zugeordneter und den Kolben (4) umgebender Druckring (34) mit einem Ende (40) axial in den Bereich der Heizeinrichtung (16) hineinragt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) einen Heizmantel enthält, welcher unter Bildung eines Zwischenraumes (18) das Gehäuse (4) umgibt, wobei der Zwischenraum (18) von einem beheizbaren Medium durchströmbar ist, und/oder daß der Heizmantel (16) mit dem Gehäuse, insbesondere einem Trägerflansch (6) desselben, bevorzugt mittels einer Schweißnaht (32) verbunden ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (12) bezüglich des Kolbens (2) und/oder bezüglich des Gehäuses (4) sehr geringe Toleranzen aufweist, und/oder daß die Toleranzen im Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,05 mm, vorgegeben sind.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Lagerbuchse (12) im wesentlichen die gleiche thermische Ausdehnung wie der Kolben (2) und/oder das Gehäuse (4) aufweist, und/oder daß die Lagerbuchse (12) zumindest in ihren Grenzflächen zum Kolben (2) und/oder dem Gehäuse (4) wesentlich härter als jene ausgebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckring bzw. eine Packungsdruckhülse (34), welche der Packung bzw. Stopfbuchse (14) zugeordnet sind, bezüglich des Gehäuses (4) Toleranzen im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,08 mm, aufweisen, und/oder bezüglich des Kolbens (2) Toleranzen im Bereich von 0,05 bis 0,4 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,1 mm, aufweisen.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring bzw. die Packungshülse (34) an der Außenfläche wenigstens eine, insbesondere bis zu 8, vorzugsweise zwischen 2 und 4, insbesondere axiale Entlastungsnuten (42) aufweisen.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring bzw. die Packungsdruckhülse (34) an der der Stopfbuchse (14) abgewandten Seite wenigstens eine im wesentlichen radial angeordnete Servicenut (44) aufweist, wobei insbesondere 2 bis 6, vorzugsweise 2 bis 4, Servicenuten (44) vorgesehen sind.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) zumindest im Bereich der Stopfbuchse (14) und/oder der Heizeinrichtung (16) außen mit einer Isolierung (50) versehen ist, welche vorzugsweise ferner im Bereich des Arbeitsraumes des Kolbens (2) vorgesehen ist und/oder diesen Arbeitsraum außen umgibt.