DE2909972A1

DE2909972A1 - Ventil mit quer beweglichem verschlusskoerper

Info

Publication number: DE2909972A1
Application number: DE19792909972
Authority: DE
Inventors: Werner Klaus Priese
Original assignee: Hills Maccanna Co
Current assignee: Hills Maccanna Co
Priority date: 1978-03-15
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1979-09-27
Also published as: GB2016656A; FR2420065A1; GB2016656B; US4203460A; FR2420065B1; CA1101822A

Description

-/- 2909372

• if.

Beschreibung

Die Erfindung beschäftigt sich mit Ventilen zur Steuerung des Durchflusses strömungsfähiger Medien, insbesondere iiit einem verbesserten Kugelventil, dessen drehbarer Verschlußkörper im wesentlichen die Form einer Kugel hat.

Kugelventile besitzen ein eine Ventilkammer sowie wenigstens zwei mit der Ventilkammer verbundene Kanäle umfassendes Gehäuse sowie einen kugelig geformten Verschlußkörper mit die Kanäle in Offenstellung verbindender Durchgangsbohrung sowie zwei Sitze auf gegenüberliegenden Seiten des Verschlußkörpers zwischen dem Verschlußkörper und den Gehäusekanälen auf, und ergeben eine Sitzwirkung.Derartige Ventile haben Betriebseigenschaften, die denjenigen anderer Ventilformen,wie etwa Hähnen, überlegen sind. Diese Überlegenheit resultiert im wesentlichen aus einer gleichförmigen Lastverteilung über die Dichtfläche. Dadurch ergibt sich nicht nur eine wirksame Dichtung, sondern auch geringere Abnutzung der Dichtungen und eine Verlängerung der Lebensdauer. Ein weiterer Umstand, der zu ihrer überlegenen Eigenschaft beiträgt, ist darin zu sehen, daß der Mediumleitungsdruck über das Kugelventil zunimmt, so daß die Dichtwirkung der Dichtung verstärkt wird. Daher dichten die Kugelventile im allgemeinen besser als andere Ventilformen.

Eine vom Erfinder geschaffene besonders günstige Ausführungsform eines Kugelventils ist in der US-Patentschrift 3 168 beschrieben. Dort sitzt der kugelförmige Verschlußkörper in einer Ventilkammer zwischen einem Paar von Ringdichtungen, die als Dichtkeil ausgebildet sind, in welchem der Verschlußkörper enthalten ist. Durch die Keilwirkung ergibt sich eine besonders wirksame Dichtung zwischen dem Verschlußkörper

§09539/0821

909972

und den Sitzen sowie zwischen den Dichtungssitzen und dem Ventilgehäuse. Diese äußerst wirksame Dichtung blieb über eine sehr lange Lebensdauer unvermindert erhalten, ohne daß Nachstellungen zur Aufrechterhaltung optimalen Eingriffs zwischen Verschlußkugel und ihren Sitzen erforderlich sind.

Dennoch besteht das Bedürfnis nach einer Verbesserung der Kugelventile. Da die Verschiußkörper um etwa 90° zwischen einer Offenstellung und einer geschlossenen Stellung verdreht werden müssen, muß die maximale Dichtwirkung reduziert werden, um eine Betätigung des Ventils zu ermöglichen. Daher ist es möglich, daß das Ventil durchströmende Medium in die Ventilkammer und kritische Dichtflächen zwischen dem Verschlußkörper und den Dichtkomponenten gelangen kann, wenn das Ventil in voll geöffneter oder voll geschlossener Stellung steht. Nach einer gewissen Zeit kann das Medium sich verfestigen und feste Partikai oder Rückstände zurücklassen, die zur Leckage durch Abnutzung_r Erosion und Korrosion von Ventil-Bauteilen in den kritischen Dichtflächen führen, oder die Abscheidungen können überhaupt das öffnen und Schließen des Ventil verhindern. Daher besteht Bedarf an einem Kugelventil, an dem maximale Dichtwirkung zwischen dem Verschlußkörper und den Dichtungen aufrechterhalten bleiben kann, wenn das Ventil in der offenen oder geschlossenen Stellung sich befindet, und bei dem die Dichtwirkung soweit abgesenkt werden kann, daß das Ventil betätigt werden kann, jedoch nicht so weit, daß große Spielräume zwischen dem Verschlußkörper und der Ventildichtung auftreten können.

Ein besonderes Anwendungsfeld für Ventile findet sich in der Lebensmittelindustrie, beispielsweise bei der Herstellung von zuckerhaltigen Produkten. Hierbei muß ein Ventil imstande sein, den Durchsatz relativ heißen Syrups wirksam zu steuern, der beim Abkühlen verfestigt. Daher ergibt sich für jedes Kugelventil das Problem, da während der Schließstellung das flüssige Medium sich im Raum um den

909.839/0*29

Verschlußkörper und in dem Durchgangskanal durch den Verschlußkörper sammelt. Die eingefangenen Stoffe kühlen ab und verfestigen schließlich, so daß die Ventilbetätigung blockiert wird. Daher ist es sehr wichtig, daß ein Kugelventil in solchen Anwendungsfällen mit einer Ausspüleinrichtung zum Herausschwemmen des um den Verschlußkörper herum eingefangenen Produktes ausgerüstet ist, oder eine Einrichtung aufweist, die das Medium in strömungsfähigem Zustand erhält, indem beispielsweise ein Hilfsmedium-Ümlaufsystem vorgesehen wird.

Schließlich ist es oft erwünscht, die Leckage eines Ventils feststellen zu können. Oft ist es notwendig, das Ausmaß der Leckage zu bestimmen, um eine Entscheidung über den Ersatz kritischer Dichtkomponenten zu fällen. Daher sollte ein Kugelventil für zahlreiche Anwendungsfälle mit einer Einrichtung ausgerüstet sein, welche das Ausmaß der Leckage zu bestimmen gestattet.

Der Erfindung liegt daher allgemein die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kucrelventil zu schaffen, mit dem der Durchsatz verschiedenartiger Mediumarten in zahlreichen unterschiedlichen A.nwendungsfällen wirksam gesteuert werden kann. Weiter soll mit der Erfindung ein Kugelventil geschaffen werden, das maximale Dichtwirkung in der Offenstellung oder Geschlossenstellung des Ventils aufrecht erhält, und das eine Einrichtung zur Herabsetzung der Dichtwirkung soweit dies zur leichten Betätigung des Ventils zwischen der Offenstellung und der geschlossenen Stellung nötig ist, jedoch nicht soweit, daß große Spielräume zwischen der Ventilkugel und den Ventildichtungen auftreten, aufweist. Insbesondere soll das zu schaffende Kugelventil verhindern, daß Fremdpartikel in kritischen Dichtbereichen eingefangen werden können und dort ihr zerstörerisches Werk an kritischen Dichtkomponenten verbringen können, wie etwa Abrieb, Erosion und Korrosion, so daß schließlich

• ?■·

die nutzbare Lebensdauer des Ventils ohne erforderlichen Ersatz von Dichtungskomponenten oder Nachstelluna vergrößert wird. Weiter soll die Erfindung ein Kugelventil schaffen, das mit einer Ausschwemmeinrichtung für nach dem Abkühlen verfestigtes Medium, oder mit einer Einrichtung ausgerüstet ist, das das in der Ventilkammer und im Verschlußkörper durch den Kanal eingefangene Medium in der Geschlossen-Stellung in fließfähigen Zustand hält. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Kugelventil eine unbeabsichtigte Mischung der Medien auf gegenüberliegenden Seiten des Ventils ausschließen, wobei Leckagen und deren Ausmaß durch eine geeignete Einrichtung festgestellt werden können.

Bei der zu diesem Zweck hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist ein Kugelventil ein Ventilgehäuse auf, das eine Ventilkammer mit einem Paar mit der Ventilkammer über öffnungen in Verbindung stehenden Kanälen sowie Dichtungslager mit um die öffnungen herum angeordneten und in einer ersten Richtuna konvergierenden im wesentlichen ebenen Ringflächen und einen kugelförmigen schwimmend in der Ventilkammer befestigten und eine Durchgangsbohrung für die Verbindung der Kanäle in der Offenstellung aufweisenden Verschlußkörper besitzt. Das Kugelventil weist weiter eine zwischen dem Dichtungslager und dem Verschlußkörper angeordnete Rinadichtung oder einen Ringsitz auf, der eine Mediumdichtung zwischen dem Dichtungssitz und dem Verschlußkörper aufbaut und eine Drehung des Verschlußkörpers zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung ermöglicht. Das Kugelventil weist ferner eine mit dem Verschlußkörper gekoppelte Vorrichtung zur Bewegung des Verschlußkörpers in der ersten Richtung im Sinne einer Erhöhung der Dichtung zwischen dem Verschlußkörper und der Ringdichtung, wenn das Ventil der Offen- oder Geschlossenstellung ist auf, die eine Bewegung des Verschlußkörpers in einer gegen die erste Richtung entgegengesetzt gerichteten zweiten Richtung zur Abnahme der Dichtwirkung ermöglicht, damit

9ÖÖ839/0P29

909S72

der Verschlußkörper zwischen der Offenstellung und der Geschlossenstellung verdreht werden kann.

Die neuen Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile und die ihr zugrundeliegenden Zielvorstellungen können am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und der Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen entnommen werden, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Querschnitts mit weggebrochenen Teilen eines Kugelventils, das mit den Merkmalen der Erfindung ausgestattet ist, sich in der Offenstellung befindet und so eingestellt ist, daß sich maximale Dichtwirkung zwischen den Dichtkomponenten des Ventils ergibt;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 aus Fig.1; Fig. 3 eine Draufsicht auf das Kugelventil aus Fig. 1;

Fig. 4 einen der Fig. 1 ähnlichen Querschnitt mit weggebrochenen Teilen, wobei das Ventil auf erniedrigte Dichtwirkung eingestellt ist, damit das Ventil betätigt v/erden kann;

Fig. 5 einen Teilquerschnitt des Kugelventile in Geschlossenstellung mit erniedrigter Dichtwirkung; und

Fig. 6 ein der Fig. 5 ähnlichen Teilquerschnitt des Kugelventils in maximaler Dichtwirkungs-Einstellung.

Gemäß Fia. 1 v/eist das Kugelventil 10 ein Ventilgehäuse 11, einen kugelförmigen Verschlußkörper 12, einen Deckel oder eine Haube 13, einen Schaft 14, einen allgemein mit 15 bezeichneten Mechanismus zur Bewegung des Verschlußkörpers sowie zwei als Handgriffe dienende Verstellarme 16 und 17.

Das Ventilgehäuse 11 definiert eine Ventilkammer 18, in welcher der Verschlußkörper 12 enthalten ist. Das Gehäuse 11 weist auch zwei Kanäle 19 und 20 auf. Die Kanäle 19 und 20 bilden jeweils mit der Ventilkammer 18 an deren gegenüberliegenden Seiten öffnungen 21 und 22„ Die öffnung 21 besitzt eine im

009839/0829

300972

wesentlichen ebene Ringfläche 23, und in ähnlicher Weise weist die öffnung 22 eine im wesentlichen ebene Ringfläche 24 auf. Die im wesentlichen ebenen Ringflächen 23 und 24 laufen in einer ersten Richtung auf den Boden des in Fig. 1 dargestellten Kugelventils längs einer Linie zu, die von den beiden Flächen gleichen Abstand hat.

Die öffnungen 21 und 22 sind so dimensioniert, daß sie Dichtungslager 25 und 26 aufnehmen können. Die Dichtungslager 25 und 26 haben die Form von Kreisringen 27 und 28. Ring 27 weist einen ersten im Kanal 21 aufgenommenen Abschnitt auf, und in ähnlicher Weise besitzt der Ring 28 einen im Kanal 22 aufgenommenen ersten Abschnitt 30. Ring 27 besitzt ferner eine im wesentlichen ebene Dichtringlagerfläche 31 und in ähnlicher Weise besitzt Ring 28 eine im wesentlichen ebene Dichtrinqlagerflache 32. Da die Ringflächen 23 und der öffnungen 21 und 22 auf den Boden des in Fig. 1 dargestellten Kugelventils in einer ersten Richtung längs einer von den beiden Ringflächen gleichen Abstand haltenden Linie zulaufen, konvergieren die Ringdichtungslagerflachen 31 und 32 in ähnlicher Weise. Die Dichtungslager 25 und 26 können in die Kanäle 21 und 22 lose eingesetzt oder eingepreßt werden, oder können an dem Ventilgehäuse befestigt werden, entweder durch Befestigunaselemente oder durch Verschrauben oder Verschweißen oder auf andere an sich bekannte Weise.

Die Dichtlager 25 und 26 können natürlich auch als integrale Bestandteile des Gehäuses 11 ausgebildet sein oder können aus einem härteren oder stärker korrosionsfestem Material bestehen, das auf das Gehäuse 11 durch Schweißen oder andere Abscheidungsmethoden aufgebracht worden ist.

Zwischen dem kugelförmigen Verschlußkörper 12 und den Ringdichtungslagerflachen 31 und 32 sind zwei kreisförmige Ringdichtungen oder Sitze 33 und 34 angeordnet. Jeder der

908839/0829

2309972

Dichtringe oder Sitze 33 und 34 weist eine im wesentlichen ebene hintere Ringfläche 35 und 36 auf, welche gegen die Ringdichtungslagerflächen 31 und 32 anliegen. Die Dichtringe 33 und 34 besitzen ferner jeweils eine innere im wesentlichen entsprechend einer Kugeloberfläche gestaltete Dichtfläche 37 und 38, die an die Außenfläche des Verschlußkörpers 12 um dessen Durchgangsbohrung 40 hindurch anliegen, wenn der Verschlußkörper 12 in der Offenstellung steht. In dieser Stellung stellt der Verschlußkörper 12 eine Mediumverbindung zwischen den Kanälen 19 und 20 her.

Das Gehäuse 11, der kugelförmige Verschlußkörper 12 und die soweit beschriebenen Dichtungen ergeben eine Kugelventilstruktur, die in ähnlicher Form in der bereits erwähnten US-Patentschrift 3 168 279 beschrieben ist. Da die Ringdichtungslager flächen 31 und 32 längs einer zu den beiden Flächen äquüistanten Linie in einer ersten Richtung (Pfeil A) auf dem Boden des in Fig. 1 dargestellten Kugelventils zu konvergieren, erzeugt eine auf den Verschlußkörper 12 in Richtung "A" ausgeübte Kraft eine durch Keilwirkung verstärkte Dichtung, wobei die Dichtringe 33 und 34 in feste dichte Anlage gegen die Oberfläche des Verschlußkörpers 12 gezwungen werden. Wie in der erwähnten Patentschrift erläutert können die Dichtringe aus etwas nachgiebigem Material, zweckmäßig jedoch von nichtnachgiebigen Materialien, wie etwa Kohlenstoffgraphit, Keramik oder Metallen gefertigt sein. Wenn der Verschlußkörper 12 in die erste Richtung Λ auf dem Boden des Ventils aemäß Fia. 1 bewegt wird, erhöht sich die Dichtung zwischen dem Verschlußkörper und den Dichtringen sowie zwischen den Dichtringen und den Dichtlagerringen. Wenn der Verschlußkörper 12 andererseits in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung CPfeil B), oder mit anderen Worten auf das obere Ende des inFig. 1 dargestellten Ventils zu bewegt wird, erniedrigt sich die Dichtkraft zwischen den erwähnten Bauteilen.

909839/08.23

909972

Es hat sich ergeben, daß durch Bewegung des Verschlußkörpers in Richtung A um einen vorbestimmten Betrag, eine maximale Dichtung zwischen dem Verschlußkörper und den verschiedenen Dichtkomponenten erreicht werden kann. Im Hinblick auf die sich ergebende starke Dichtung zwischen diesen Bauteilen wird es schwierig, wenn nicht unmöglich werden, den Verschlußkörper 12 zwischen seiner Offenstellung (wie in Fig. 1 dargestellt) in seine Geschlossenstellung gemäß Fig. 5 zu verstellen. Dazu sieht wie nachfolgend noch deutlicher ausgeführt wird, die Erfindung eine Einrichtung vor, mittels der der Verschlußkörper 12 in die zweite Richtung bis zu einer Stelle bewegt werden kann, die eine Betätigung des Verschlußkörpers 12 ermöglicht, wobei die Bewegung jedoch nicht solches Ausmaß hat, daß große Zwischenräume zwischen dem Verschlußkörper und den anderen Dichtkomponenten auftreten. Wie nachstehend weiter deutlich werden wird, kann der Verschlußkörper 12 so bewegt werden, daß sich eine extrem enge Dichtung mit den Dichtringen 33 und 34 und den anderen dichtenden Komponenten ergibt, wenn das Ventil entweder in der Offenstellung oder in der Geschlossenstellung sich befindet. Dadurch wird grundsätzlich die Möglichkeit, daß Rückstände oder überhaupt Teile des durch das Ventil im Durchsatz gesteuerten Mediums in ilie Ventilkammer gelangen oder zwischen den verschiedenen kritischen Dichtflächen eingefangen werden, wenn das Ventil in der vollen Offenstellung oder in der vollen Geschlossenstellung ist, ausgeschlossen. Um die Stellung des Ventils entweder von der Offenstellung in die Geschlossenstellung oder von der geschlossenen Stellung in die Offenstellung zu verändern, dann muß lediglich das Verschlußelement 12 um eine vorbestimmte Strecke in die zweite Richtung B angehoben werden und dabei die Dichtung etwas gelockert werden, was ermöglicht, daß der Verschlußkörper 12 ganz leicht in die gewünschte Stellung verdreht werden kann. Weiter braucht ein leichter Kontakt zwischen dem Verschlußkörper und den anderen dichtenden Komponenten

90983 9/0829

■43-

während der Verstellung des Verschlußkörpers nicht verloren zu gehen, wodurch verhindert wird, daß Fremdstoffe, die etwa in dem strömenden Medium enthalten sein könnten, zwischen den Ventilsitzen eingefangen werden könnten.

Aus Fig. 1 nochmal erkennt man, daß der Verschlußkörper an dem Schaft 14 anhängt oder mit dem Schaft 14.gekoppelt ist. Während eine integrale Verbindung dargestellt ist, liegt es natürlich im Rahmen der Erfindung, daß die Verbindung zwischen Verschlußkammer 12 und Schaft 14 durch ein Gelenk, etwa ein Kugelgelenk oder dergleichen verwirklicht sein kann. Der Schaft 14 erstreckt sich durch den Deckel 13 nach oben. Der Schaft 14 und somit der Verschlußkörper 12 werden in die erste oder zweite Richtung durch den Mechanismus 15 bewegt, der in Verbindung mit dem Deckel 13 arbeitet.

Im einzelnen ist zu erkennen, daß der Deckel 13 an dem Gehäuse 11 durch mehrere Muttern 41 (Fig. 1,2) befestigt ist, die auf geeignete im Gehäuse 11 vorgesehene Befestigungselemente 42 aufgeschraubt sind. Die Schnittstelle zwischen Gehäuse 11 und Deckel 13 ist mit einer Ringdichtungspackung 43 abgedichtet. Eine Mediumdichtung zwischen Schaft 14 und Deckel 13 ist in Form einer Dichtpackung 44 vorgesehen. Die Dichtpackung 44 ist von an sich bekannter Art und ist in einer Umfanqsnut 4 5 des Deckels 13 um den Schaft 14 herum vorgesehen und kann somit die vorstehend erwähnte Linearbewegung des Schaftes 14 gestatten. Die Dichtpackung

45 wird relativ zum Schaft 14 durch einen Sicherungsring

46 axial festgehalten, der mittels mehrerer Muttern 47 am Deckel 13 verbolzt ist, welche auf eine entsprechende Viezahl von Gewindebolzen 48 am Deckel 13 aufgeschraubt sind (Fig. 1,2). Die Sicherungsringe 46 weisen eine Ringnut 49 auf, die einen Sprengring 50 aufnimmt, der so vorgespannt ist, daß er die Dichtpackung 44 gegen die ringförmige Lager-

909839/0829

fläche 51 im Deckel 13 belastet.

Als bevorzugte Ausführungsform für den Verschließkörper-Bewegungsmechanismus 15 ist am Deckel 13 ein Abschnitt mit Innengewinde 52 ausgebildet, in den eine mit Außen-* gewinde versehene Stoppbuchsenmutter 53 eingreifen kann. Ferner gehören zu dem Mechanismus zwei geschlitzte Ringe 54 und 54a, die den Schaft 14 an der Stoppbuchsenmutter 53 festsetzen, sowie ein Betätigungsarm 16, der mit der Stoppbuchsenmutter 53 zu deren Betätigung gekoppelt ist. Die Stoppbuchsenmutter 53 weist einen Außengewindeabschnitt 55 auf, der in den Abschnitt 52 mit Innengewinde des Deckels eingeschraubt werden kann. Der Betätigungsarm 16 weist, wie man am besten aus Fig. 3 erkennt, einen segmentierten Ring auf, bestehend aus einem ersten Ringelement 56, das integral mit dem Arm 16 ausgebildet ist, und einem zweiten Ringsement 57, das mittels eines Paares Bolzen 58 am ersten Ringsegment 56 befestigt ist. Die verbundenen Ringsegmente definieren eine innere hexagonale öffnung 59, die die hexagonale äußere Peripherie 60 der Stoppbuchsenmutter 53 aufnehmen kann und auf diese Weise eine relative Positionierung des Handgriffs 16 je nach Wunsch gestattet. Wenn daher der Betätigungsarm gedreht wird, wird auf die Stoppbuchsenmutter 53 eine rotatorische Bewegung aufgeprägt. Die auf die Stoppbuchsenmutter 53 aufgeprägte Rotation läßt sie in die erste oder zweite Richtung A oder B durch kooperierenden Eingriff des Außengewindeabschnittes 55 der Stoppbuchsenmutter mit dem Innengewindeabschnitt 52 des Deckels bewegen. Die Stoppbuchsenmutter 53 ist mittels zweier geschlitzter Ringe 54 und 54a am Schaft 14 festgelegt. Der Schaft 14 weist Umfangsschlitze 61 und 61a auf, und die Stoppbuchsenmutter 53 weist eine Ringnut 62 auf, die einen so dimensionierten Ringraum definiert, daß darin der erste geschlitzte Ring 54 aufgenommen werden kann. Ein Führungsring 66 weist eine Ringnut 62a auf, die einen so dimensionierten Ringraum definiert, daß darin der zweite geschlitzte Ring 54a aufgenommen werden

909839/082^

ORIGINAL INSPECTED

kann. Diese Struktur ermöglicht also im Ergebnis, daß der Schaft 14, die Stoppbuchsenmutter 53 miteinander axial verbunden sind, jedoch unabhängig voneinander gedreht werden können.

Wie aus dem Vorstehenden sich ohne weiteres ergibt, spricht der den Verschlußkörper bewegenden Mechanismus 15 auf eine rotatorisch wirkende Kraft oder ein Drehmoment an und prägt eine axiale Bewegung in der ersten oder zweiten Richtung A oder B dem Schaft 14 und damit demVerschlußkörper auf. Durch eine dem Wunsche entsprechende Bewegung des Mechanismus 15 kann die Dichtkraft, die durch die Keilwirkung der Flächen 31 und 32 geschaffen ist, erhöht oder erniedrigt werden, und kann besonders vorteilhafterweise zur Vereinfachung der Verstellung erniedrigt und erhöht werden, wenn maximale Dichtwirkung gewünscht wird. Wie Fig. 1 zeigt, wird daraufhin der Verschlußkörper 12 in die erste Richtung A so bewegt, daß der Verschlußkörper 12 in engem Dichteingriff mit den Dichtringen 33 und 34 gelangt. Fig. 4 zeigt das Kugelventil, nachdem der Verschlußkörper in die zweite Richtung B zur Erniedrigung des Dichteingriffs des Verschlußkörpers 12 mit den Dichtringen 33,34 soweit bewegt worden ist, daß das Ventil betätigt werden kann, jedoch nicht soweit bewegt worden ist, daß große Zwischenräume zwischen dem Verschlußteil 12 und den Dichtringen oder Sitzen 33 und 34 aufgetreten sind. Um sicherzustellen, daß der VerschJußkörper in die zweite Richtung nicht weiter als nötig bewegt werden kann, weist der Deckel 13 eine ringförmige Anschlagschulter 63 auf, die gegen eine aufwärtsweisende Flanschfläche 64 des Schaftes 14 anliegen kann. Während daher der enge Dichteingriff zwischen Verschlußkörper 12 und den Dichtringen eine erste Begrenzung der Bewegung des Verschlußkörpers in der ersten Richtung A definiert, definieren die Stoppschulter 63 des Deckels 13 und die Flanschfläche des Schaftes 14 eine zweite Bewegungsgrenze für den Ver-

©09839/0829
ORIGINAL INSPECTED

•/15.

schlußkörper in der zweiten Richtung B. Die zweite Bewegungsgrenze in der zweiten Richtung B kann natürlich auch durch andere außerhalb der Mediumkammer des Ventils vorgesehenen Mittel erreicht werden, worauf noch eingegangen wird. Fig. 3 zeigt die Drehstellungen, die der Betätigungsarm 16 bei jeder der Bewegungsgrenzen in der ersten und zweiten Richtung für den Verschlußkörper 12 annehmen kann. Der Betätigungsarm 16 nimmt die in Fig. 3 ausgezogen dargestellte Stellung ein, wenn der Verschlußkörper 12 seine erste Bewegungsgrenze einnimmt und demzufolge in starkem Dichteingriff mit den Ringdichtungen 33 und 34 gemäß Fig.1 gelangt ist. Der Betätigungsarm 16 nimmt die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Stellung ein, wenn der Verschlußkörper 12 seine zweite Bewegungsgrenze in der zweiten Richtung gemäß Fig. 4 bei erniedrigter Dichtwirkung mit den Dichtringen 33 und 34 einnimmt, so daß das Ventil ohne Schaffung großer Zwischenräume zwischen dem Verschlußkörper 12 und den Dichtringen betätigt werden kann.

Zur Verstellung des Kugelventils zwischen seiner Offenstellung gemäß Fig. 1 und 4 und seiner Geschlossenstellung gemäß Fig. 5 und 6 weist das Kugelventil einen Betätigungsarm 17 auf, der an dem Schaft 14 durch geeignete Bolzen 65 und einen quadratischen Abschnitt am Schaft oder eine andere geeignete drehmomentübertragende Ausgestaltung befestigt ist. Ein Führungsring 66 ist zwischen Betätigungsarm 17 und Stoppbuchsenmutter 53 vorgesehen, um den zweiten Schlitzring 54a an Ort und Stelle zu halten. Der Führungsring ist teilweise in einem kreisförmigen Ausschnitt 67 der Stoppbuchsenmutter 53 eingefangen. Angenommen,- daß der Verschlußkörper 12 sich an seiner zweiten Bewegungsgrenze für erniedrigten Dichtungseingriff mit den Dichtringen 33 und 34 befindet, dann wird auf ihn und den Schaft 14 durch Drehen des Betätigungsarms 17 eine sanfte Drehbewegung ausgeübt. Man sieht, daß der Arm 17 nur zur Betätigung des Ventils gedreht werden kann, wenn der Arm 16 die in Fig. 3 gestrichelt angegebene Position eingenommen hat. Wie oben

909839/0829

2909872

erwähnt,befindet sich der Verschlußkörper 12, wenn der Arm 16 der in Fig. 3 voll ausgezogen dargestellten Position steht,, in seiner ersten Bewegungsgrenze und in engstem Dichteingriff mit den Dichtringen 33 und 34.

Das Kugelventil nach Fig. 1 weist einen Anschlag gegenüber weiteren Drehbewegungen auf, zu dem ein erster und ein zweiter seitlicher Anschlag für den Verschlußkörper 12 gehört, welche sicherstellen, daß am ersten seitlichen Anschlag der Verschlußkörper geöffnet urid am zweiten seitlichen Anschlag der Verschlußkörper vollständig geschlossen ist. Die seitlichen Anschläge können einen vom Schaft 14 getragenen Kragen 68, einen Stift 69 und zwei geschlitzte Abschnitte 70 innerhalb des Deckels 13 aufweisen. Der Stift 69 erstreckt sich vom Schaft 14 radial nach außen und sitzt am Kragen 68. Die geschlitzten Ausschnitte 70 des Deckels 13 sind am besten aus Fig. 2 zu erkennen und arbeiten mit dem Stift 69 so zusammen, daß die Drehung des Schaftes und des Verschlußkörpers auf 90° beschränkt ist. Bei der in Fig. 2 gewählten Darstellung liegt der Stift 69 an einem ersten Flächenpaar 71 am geschlitzten Ausschnitt 70 an, welches den ersten seitlichen Anschlag für den Schaft 14 und den Verschlußkörper '12 darstellen. An diesem seitlichen Anschlag ist der Verschlußkörper 12 geöffnet (Fig.1,4).

Wenn der Arm 17 im Sinne des Uhrzeigers über einen Bogen von etwa 90° gedreht wird, greift der Stift 69 gegen Flächen 72 und der Verschlußkörper wird geschlossen (Fig.5,6). In der dargestellten geschlossenen Stellung liegt die·Durchgangsbohrung 40 des Verschlußkörpers 12 etwa rechtwinklig zum ersten und zweiten Kanal 19 bzw. 20 des Ventilgehäuses Der Kragen 68 mit Stift 69 gibt dem Stift verstärkten Halt, so daß der Stift selbst bei Anwendung außerordentlich großen Drehmoments auf den Schaft 14 durch den Betätigungsarm nicht beschädigt wird. Der Stift 69 oder ein ähnlicher Stopper kann natürlich in einer alternativen Ausführungsform auch

§09639/08 29 ' ORIGINAL INSPECTED

dazu verwendet werden, die Linearbewegung in der zweiten Richtung B des Schafts 14 in Fällen zu beschränken, in denen es nicht erwünscht ist, die Schulter 63 und die Fläche innerhalb der Ventilkaminer als Bewegungsgrenze vorsehen zu müssen. In diesem Fall untergreift der Stift 69 eine Schulter im oberen Abschnitt des Deckels 13 und bildet auf diese Weise eine Bewegungsbegrenzung in Richtung B.

Nach Fig. 5 ist der Verschlußkörper 12 an seiner zweiten Bewegungsgrenze in der zweiten Richtung und steht in vermindertem Dichtungseingriff mit den Dichtringen 33 und In dieser Stellung liegt die Stoppschulter 63 des Deckels gegen die Flanschfläche 64 des Schaftes 14.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Stellung befindet sich der Verschlußkörper 12 an seiner untersten Bewegungsgrenze, wobei der Verschlußkörper 12 sich in stark dichtendem Eingriff mit den Dichtringen 33 und 34 befindet. Wie ebenfalls bereits erwähnt, befinden sich die Dichtringe 3 3 und 34 in stark dichtendem Eingriff mit den Dichtungsunterstützungsringen 27 und 28.

Wenn im Betrieb des erfindungsgemäßen Ventils der Verschlußkörper geöffnet und in fest dichtendem Eingriff mit den Dichtringen gemäß Fig. 1 gebracht werden soll, wird der Betätigungsarm 16 zunächst im Gegensinn des Uhrzeigers aus der in Fig. 3 ausgezogen dargestellten Stellung in die cjestrichelt dargestellte Stellung verdreht. Jetzt nimmt der Verschlußkörper 12 im Ventilgehäuse die in Fig. 4 dargestellte Stellung ein. Dann wird der Betätigungsarm 17 im Uhrzeigersinn von dem ersten seitlichen Anschlag gemäß Fig. 2 zum zweiten seitlichen-Anschlag gedreht, so daß der Verschlußkörper 12 die in Fig. 5 dargestellte Stellung innerhalb des Ventilgehäuses 11 annimmt. Da der Verschlußkörper 12 in die zweite Richtung bewegt und der dichtende Eingriff mit den Dichtringen 33 und 34 vermindert wurde, war der Betätigungsarm 17 zwischen der Offenstellung des Verschluß-

909839/0829

2309S72

körpers 12 gemäß Fig. 4 in seiner Geschlossenstellung gemäß Fig. 5 drehbar. Nachdem der Verschlußkörper verschlossen ist, wird der Betätigungsarm 16 in Uhrzeigerrxchtung von der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Stellung in die ausgezogen dargestellte Stellung gedreht. Das Drehen des Betätigungsarmes 16 in Uhrzeigerrichtung läßt den Verschlußkörper 12 in die erste Richtung bewegen und erneut festen dichtenden Eingriff mit den Dichtringen 33 und 34 gemäß Fig. 6 annehmen.

Zur Verstellung des Ventils von der in Fig. 6 dargestellten Geschlossenstellung in die in Fig. 1 dargestellte Offenstellung wird das vorstehend erläuterte Verfahren in umgekehrter Richtung durchlaufen. Zunächst wird der Betätigungsarm 16 im Gegensinn des Uhrzeigers soweit gedreht, bis der Verschlußkörper 12 in die zweite Richtung gegen seinen zweiten Bewegungsanschlag gemäß Fig. 5 bewegt ist. Danach wird der Betätigungsarm 17 im Gegensinn des Uhrzeigers gedreht, bis der Stift 69 gegen die Flächen 71 im geschlitzten Ausschnitt 70 des Deckels 13 anliegt. Jetzt befindet sich der Verschlußkörper in seiner Offenstellung und in vermindertem Dichtungseingriff mit den Dichtringen 33 und 34. Schließlich wird der Betätigungsarm 16 wieder im Uhrzeigersinn von der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Stellung in die ausgezogen dargestellte Stellung gedreht, um eine linearbewegung des Verschlußkörpers in der ersten Richtung solange zu erzeugen, bis er seine erste Bewegungsgrenze erreicht, bei der der Verschlußkörper 12 erneut in festem dichtendem Eingriff mit den Dichtringen 33 und 34 sich befindet.

Aus dem Vorstehenden sieht man, daß mit der Erfindung ein neues und verbessertes Kugelventil mit kugelförmigem ("schwimmendem") Verschlußkörper geschaffen ist. Da der feste dichtende Eingriff zwischen dem Verschlußkörper und den anderen dichtenden Komponenten sichergestellt bleibt, ob der Verschlußkörper nun in der Offen- oder in der Geschlossenstellung sich befindet, wird ein Einströmen von Medium oder

909839/0829

von mit diesem mitgeführten Feststoffen in die Ventilkammer oder zwischen kritische Dichtflächen ausgeschlossen. Im Ergebnis wird die Erosion, der Abrieb und die Korrosion, die sonst eintreten würde, verhindert, so daß die nutzbare Lebensdauer des Kugelventils gemäß der Erfindung gegenüber derjenigen herkömmlicher Kugelventile erheblich verlängert ist. Auch kann die Beweguncr des Verschlußkörpers in der zweiten Richtung so begrenzt sein, daß ein Eingriff zwischen dem Verschlußkörper und den Dichtringen und den anderen dichtenden Komponenten während der Betätigung des Ventils aufrechterhalten bleiben.

Das erfindungsgemäße Kugelventil ist außerdem mit einer Einrichtung ausgerüstet, die ein Auswaschen von Feststoffen aus der Ventilkairaner um den Verschlußkörper herum sowie aus der Durchgangsbohrung des Verschlußkörpers heraus in der Geschlossenstellung ermöglicht. Dazu weist gemäß Fig. 1 der Deckel 13 eine öffnung 73 auf',"die mit einer Ausnehmung 74 im Deckel in Verbindung steht. Die Ausnehmung 74 ihrerseits steht mit der Ventilkairaner 18 des Ventilgehäuses in Verbindung. Das Ventilgehäuse besitzt ferner eine äußere öffnung 75, die zudem allgemein als Außenkammer bezeichneten Bodenabschnitt der Ventilkairaner führt, in den Fällen, bei denen das erfindungsgemäße Kugelventil zur Steuerung eines Mediumflusses verwendet wird, der bei Abkühlung verfestigt, kann Dampf oder ein anderes Medium von erhöhter Temperatur in die öffnung 73 dazu eingeführt werden, in dem Verschlußkörper oder in dessen Durchgangsbohrung in der Geschlossenstellung angesammelten Mediumrückstände auszuwaschen. Daher wird ein Blockieren des Mediumkanals im Kugelventil wegen Abkühlens des Mediums ausgeschlossen und die Bedienbarkeit des Ventils aufrechterhalten.

909839/082 9

./ ' 2309972 * 40-

Die Öffnung 75 im Gehäuse 11 verwirklicht ferner die Feststellung von Dichtungsleckagen. Dazu ist es lediglich nötig, die Öffnung 75 zu öffnen und zu beobachten, ob Medium aus der Öffnung heraus tropft. Letzteres würde anzeigen, daß wenigstens eine der Dichtungen leckt. Das Aufsammeln des ausgeflossenen Mediums und Messen seines Volumens über- eine bestimmte Zeitspanne kann zur Bestimmung der Leckgröße führen, welche als Entscheidungsbasis dafür benutzt werden kann, ob eines oder mehrere der Dichtungen ersetzt werden müssen.

Schließlich kann mittels der Außenkammer und der Öffnung 75 ein Vermischen von den vom Ventil gesteuerten Medienströmen ausgeschlossen werden. Wenn beispielsweise auf einer Seite des Ventils Benzin und auf der anderen Seite des Ventils Kerosin in einem Rohrsystem von zweien oder mehreren Tanks vorhanden sind, und wenn ein Leck in einer der Dichtungen in der Geschlossenstellung des Verschlußkörpers vorhanden wäre, kann die Öffnung 75 geöffnet werden, und das fleckende Medium aus dem Ventil ausgewaschen und auf diese Weise ein unbeabsichtigtes Mischen der beiden Medien vermieden werden.

Man sieht also, daß die Erfindung ein Kugelventil schafft, das in zahlreichen verschiedenartigen Anwendungsfällen zur Steuerung verschiedenartiger Medienströme verwendet werden kann. Das dargestellte Ventil ist von der Art der Befestigung mit einem einzigen Zapfen ("schwimmend"), was für viele Vorgänge ausreicht. Wenn das Ventil jedoch groß ist und hohen Drücken standhalten muß, wird ein zweiter Schaft vorgeschlagen und eine Dichtungspackung kann für den Boden der Verschlußkugel vorgesehen werden, so daß eine an zwei Schäften befestigte Verschlußkugel geschaffen ist. Das erfindungsgemäße Ventil besitzt nicht nur eine Mediumdichtung maximaler Dichtigkeit zwischen dem Verschlußkörper und den anderen Dichtkomponenten, sondern schafft außerdem

909039/0829
ORIGINAL INSPECTED

eine Einrichtung, mittels der Mediumrückstände aus der Ventilkammer entweder in der offenen oder geschlossenen Stellung des Ventils herausgeschwemmt oder gespült werden können. Weiter können sich wegen Abkühlung verfestigte Rückstände in flüssigem Zustand gehalten werden, während das Ventil in seiner Geschlossenstellung steht, indem ein Umlaufsystem unter Verwendung der öffnungen 73 und 75 geschaffen wird. Weiter wird das Vermischen zweier unterschiedlicher Mediumströme ausgeschlossen, die sonst aufgrund einer Leckage in einer der Dichtungen auftreten könnte, indem die öffnung 75 als Abfluß benutzt wird.

Die Erfindung ist indes auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen nicht beschränkt. Insgesamt wurde ein Kugelventil mit einer mediumdichten Dichtung zwischen einem drehbaren Verschlußkörper und seinen Dichtkomponenten in einer Offen- und einer Geschlossenstellung beschrieben, das imstande ist, die Dicht,kraft zu erniedrigen, damit das Ventil zwischen der Offen- und der Geschlossenstellung verstellt werden kann. Das erfindungsgemäße Ventil weist ein Gehäuse auf, das eine Ventilkammer und zwei mit der Ventilkammer über öffnungen in Verbindung stehende Kanäle besitzt. Eine ringförmige Dichtungsauflage erstreckt sich um jede öffnung und umfaßt eine im wesentlichen ebene Ringdichtungslagerflache. Die Ringdichtungslagerflachen laufen längs einer Linie, die von den Flächen gleichen Abstand hält, in einer ersten Richtung zusammen. Ein kugelförmiges Verschlußteil mit einer Durchgangsbohrung, die die beiden Kanäle in der Offenstellung verbindet, ist in der Ventilkammer enthalten. Ein Paar Dichtringe sind zwischen dem Verschlußkörper und jeweiligen Dichtungslagern vorgesehen und weisen eine im wesentlichen ebene äußere Oberfläche auf, die gegen die Dichtungslagerflächen anliegt und eine innere ringförmige Dichtfläche, die in engem Kontakt mit dem Verschlußkörper um dessen jeweilige Enden der Durchgangsbohrung anliegen.

909839/08

909972

JS-

Ein Bewegungsmechanismus für den Verschlußkörper kann den Verschlußkörper in der ersten Richtung zur Herstellung eines festen dichtenden Eingriffs mit den Dichtringen bei geöffneter oder geschlossener Stellung des Ventils bewegen und den Verschlußkörper in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zur Erniedrigung der Dichtwirkung bewegen, damit der Verschlußkörper zwischen der Offen und der Geschlossenstellung verstellt werden kann.

909839/0829

ι &>

Leerseite

Claims

EISENFÜHR & SPEISER Patentanwälte
DlPU-INQ.
GÜNTHER EISENFÜHR DlPl—lNS DIETER K. SPEISER
BREMEN DaRERNAT. hörst zinngrebe
Da-INGL.
W ERN EH W. RABUS
UNS ZEICHEN _: H 661
Anmelder/.NH
AKTENZEICHEN
DATUM
Hills-McCanna Company
12. März 1979

Hills-McCanna Company, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 400 Maple Avenue, Carpentersville, Illinois 60110, V. St. A.

Ventil mit quer beweglichem Verschlußkörper

Ansprüche

.1. Kugelventil mit einem eine Ventilkammer definierenden Gehäuse mit zwei mit der Ventilkammer jeweils durch Kanalöffnungen in Verbindung stehenden Kanälen, mit Dichtungslagern, die im wesentlichen ebene, in einer ersten Richtung konvergierende Ringflächen um die Kanalöffnungen aufweisen, mit einem drehbar befestigten, etwa kugelförmigen, in der Ventilkammer beherbergten Verschlußkörper, der zur Mediumdurchsatz steuerung eine Durchgangsbohrung zur Verbindung der Kanäle in der Offenstellung aufweist, mit zwischen den Dichtungslagern und dem Verschlußkörper angeordneten, ringförmigen Mediumdichtungen, sowie mit einer Stellvorrichtung zum Verdrehen des Verschlußkörpers zwischen einer Offen- und einer Geschlossen-Stellung, dadurch gekennzeichnet, daß

HZ/gs

TELEFON (04 21) *7 20 48 · EDUARD-GRUNOW-STRASSE 27 · D 2800 BREMEN 1 TELEGRAMME FERROPAT - TELEX 02 44 020 FEPAT · BREMER BANK 100 9072 - POSTSCHECK HAMBURG 25 57 67-209

■a-

mit dem Verschlußkörper (12) ein Mechanismus (15) gekoppelt ist, der zur Erhöhung der Dichtung zwischen dem Verschlußkörper (12) und den Ringdichtungen (33,34) in einer offenen oder geschlossenen Stellung des Ventils (10) eine Bewegung des Verschlußkörpers (12) in der ersten Richtung. (A) und eine Bewegung des Verschlußkörpers (12) im Sinne einer Erniedrigung der Dichtwirkung zur Erleichterung des Versteilens des Ventils (10) zwischen der offenen Stellung und der geschlossenen Stellung in einer zweiten Richtung (B) ermöglicht, welche zur ersten Richtung

(A) entgegengesetzt ist.

2.Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (15) ein auf eine Drehkraft ansprechendes Bauteil (53) aufweist, mit dem der Verschlußkörper (12) linear in der ersten oder zweiten Richtung bewegbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) zwei mit der Ventilkammer (18) in Verbindung stehende öffnungen (73,75) aufweist, durch die Medium durch die Ventilkammer (18) um den Verschlußkörper (12) herumgeführt werden kann.

4. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stoppvorrichtung (63) zur Begrenzung des vom Verschlußkörper (12) in der zweiten Richtung

(B) zurücklegbaren Weges vorgesehen ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppvorrichtung eine Anlageschulter (63) auf dem Ventildeckel (13) sowie einen Ringschulterabschnitt (64) auf dem Verschlußkörper-Stellschaft aufweist, wobei die Schulterabschnitte (63,64) bei der größten Auslenkung des Verschlußkörpers (12) in der zweiten Richtung (B) in Eingriff gelangen.

2909372

6. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) einen Deckel (13) mit einem Innengewindeabschnitt (52) , einen mit dem Verschlußkörper (12) verbundenen und sich durch den Deckel (13) erstreckenden Verstellschaft sowie ein axial relativ zum Schaft festes und relativ zum Schaft drehbares Schraubteil (53) aufweist, dessen äußerer Gewindeabschnitt (55) mit dem Innengewindeabschnitt (52)

des Deckels zur Verstellung des Verschlußkörpers (12) in der ersten und zweiten Richtung je nach der auf das Schraubteil (53) einwirkenden Drehkraft eingreift.

7. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster mit dem Verschlußkörper (12) gekoppelter Stellarm (17) und ein zweiter mit dem Schraubteil (53) gekoppelter Verstellarm (16) vorgesehen sind.

8. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Schaft zur Begrenzung der Drehung des Verschlußkörpers (12) an einer voll geöffneten Stellung sowie an einer voll geschlossenen Stellung eine Anschlageinrichtung (69) "ausgebildet ist.

9. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der De ekel (13) ein Paar Schlitze

(70) aufweist, in welche die Anschlageinrichtung (69) sich radial vom Schaft ausgehend erstreckt und gegen den Deckel (13) an den Endstellen anschlägt.

909839/0879