DE3045409A1 - Absperrventil-oberteil - Google Patents

Description

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DR. ULRICH OSTERTAQ DR. REINHARD OSTERTAQ

ElBENWEQ 10, 7000 STUTTGART 70. TELEFON 0711/76 68 48. KABEL.: OSPAT

Absperrventil-Oberteil

Anmelderin: Hansa Metallwerke AG

Sigmaringerstr. 107 7000 Stuttgart 81

Anwaltsakte: 1OO1

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil-Oberteil zum Einbau in ein Norm-Armaturengehäuse, bei dem am Grunde des Aufnahmeraums ein Ventilsitz ausgebildet ist; mit einem Gehäuse, in dem nicht direkt mit dem Ventilsitz zusammenwirkende, regelnde Elemente, z.B. zwei relativ zueinander verdrehbare Steuerscheiben, untergebracht sind; mit einer Dichtung, die an der Unterseite des Oberteils angeordnet ist und nach erfolgter Montage im Armaturengehäuse die Abdichtung gegen den Ventilsitz besorgt.

In jüngster Zeit finden als regelnde Elemente von Sanitärventilen zunehmend sogenannte Steuerscheiben Gebrauch. Dabei handelt es sich zumeist um mindestens zwei Keramikscheiben, deren Berührungsflächen auf hohe Güte poliert sind. Wasserdurchtrittsöffnungen in den Keramikscheiben können durch Relativbewegung, bei Absperrventilen insbesondere durch Verdrehen, mehr oder weniger in Überlappung gebracht werden.

Hierdurch wird der Wasserfluß gesteuert. Derartige Steuerscheibenventile haben den großen Vorteil, daß praktisch kein Verschleiß auftritt und die Bedienungskräfte sehr klein sind. Aus diesem Grunde sind verschiedene Bemühungen im Gange, Absperrventil-Oberteile zu schaffen, die im Aus-5 tausch gegen herkömmliche Oberteile in genormte Armaturengehäuse eingesetzt werden können.

Ein Problem hierbei ist, daß trotz der Normung der Armaturengehäuse weder die axiale Tiefe des Aufnahmeraumes, in dem das Oberteil untergebracht wird, noch der Radius des Ventilsitzes immer gleich ist. Zur Kompensation der unterschiedlichen axialen Tiefe mußte daher bei bekannten Oberteilen der eingangs genannten Art durch konstruktive Maßnahmen Sorge dafür getragen werden, daß die axiale Länge veränderlich und den jeweiligen Gegebenheiten anpaßbar ist.

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Dies hatte nicht nur einen erheblichen konstruktiven Aufwand zur Folge, der mit verhältnismäßig hohen Herstellungskosten verbunden ist, sondern auch die Montage des Ob-rteils an Ort und Stelle war erschwert. Für eine automatische Kompensierung der unterschiedlichen Ventilsitzradien mußte durch gesonderte Maßnahmen gesorgt werden.

Ähnliche Probleme ergeben sich auch dann, wenn andere regelnde Elemente innerhalb des Oberteilgehäuses angeordnet sind, welche den Ventilteller herkömmlicher Oberteile ersetzen sollen, dabei aber nicht direkt mit dem Ventilsitz zusammenwirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Absperrventil-Oberteil der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß es mit geringstmöglichem konstruktivem Aufwand in der Lage ist, Unterschiede sowohl in der axialen Tiefe des Aufnahmeraumes des Armaturengehäuses als auch im Radius des Ventilsitzes zu kompensieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung eine Formdichtung mit den folgenden Merkmalen ist:

a) sie besitzt in dem Bereich, der nach dem Einbau in das Armaturengehäuse dem Ventilsitz benachbart ist, eine radiale Abmessung, welche dem maximal bei verschiedenen Armaturengehäusen anzutreffenden Unterschied der Radien des Ventilsitzes entspricht;

b) oberhalb des unter a) genannten Bereichs weist sie eine Querschnittsprofilierung auf, durch welche die elastischen Eigenschaften einer "weichen Feder" angenähert werden.

Mit dem unter a) geschilderten Merkmal wäre die Aufgaben-

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stellung alleine nicht zu lösen, da eine Dichtung entsprechender radialer Breite, die nicht eine besondere Querschnittsprofilierung nach dem Merkmal b) aufweist, entweder zu schlechte Komprimierbarkeit oder eine ungeeignete "Federkennlinie" aufweisen würde. Es ist daher erforderlich, bei der Querschnittsprofilierung der Dichtung darauf zu achten, daß das elastische Verhalten einer sogenannten "weichen Feder" so gut wie möglich angenähert wird. Hierunter ist eine Feder zu verstehen, bei welcher innerhalb des üblichen Betriebsbereiches unterschiedliche Kompressionen nur wenig unterschiedliche Kräfte erfordern.

Im allgemeinen reicht es aus, wenn die in a) genannte radiale Abmessung der Dichtung etwa3-5 mm beträgt.

Im einfachsten Falle genügt es, wenn die Dichtung zur Erzeugung der unter b) genannten Querschnittsprofilierung an der der Unterseite des Oberteils zugewandten Seite eine geringere radiale Abmessung als an der dem Ventilsitz zugewandten Seite aufweist. Die Kennlinie einer "weichen Feder" läßt sich noch besser dadurch ernähern, daß die Dichtung am Außenumfang eine oder mehrere Kerben aufweist. Dieses Konzept läßt sich so fortsetzen, daß die Dichtung am Außen- und Innenumfang eine oder mehrere Wellungen aufweist.

Ein noch besseres Resultat, allerdings mit groß erem baulichem Aufwand wird erreicht, wenn die Dichtung umfaßt:

a) einen Stützring aus verhältnismäßig starrem Material; 30

b) an der nach dem Einbau dem Ventilsitz zugewandten Seite einen Flachdichtring der erforderlichen Breite (radialen Abmessung);

c) an der dem Oberteil zugewandten Seite einen verglichen

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mit dem Flachdichtring radial schmalen Dichtring. Zweckmäßig wird der in axialer Richtung verhältnismäßig leicht zu komprimierende schmale Dichtring in einer Aufnahmeöffnung des Stützringes geführt. In diesem Falle kann innerhalb der Aufnahmeöffnung ein besonders leicht komprimierbarer Bereich des schmalen Dichtringes angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen: 10

Fig. 1: einen Axialschnitt durch ein vollständiges Absperrventil-Oberteil ;

Fign. 2 und 3: Ausführungsbeispiele weiterer einteiliger Formdichtungen;

Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel für eine mehrteilig ausgeführte Formdichtung.

in Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch ein Absperrventil-Oberteil dargestellt, das zum Einbau in ein Norm-Armaturengehäuse bestimmt ist. Es weist ein Gehäuse 7 auf, in dessen unterem Bereich eine erste, nicht verdrehbare Steuerscheibe (Festscheibe) 8 angeordnet ist. Diese enthält zwei Wasser-Durchtrittsöffnungen 9. Auf der Festscheibe 8 ruht eine zweite Steuerscheibe 21 auf, die in noch zu beschreibender Weise relativ zur Festscheibe 8 verdreht werden kann und nachfolgend Regelscheibe genannt wird. Auch die Regelscheibe 21 ist mit zwei Wasser-Durchtrittsöffnungen 22 versehen, die eben durch Verdrehung der Regelscheibe 21 mehr oder weniger in Überlappung mit den Wasserdurchtrittsöffnungen 9 der Festscheibe 8 gebracht werden können. Die Regelscheibe 21 steht hierzu in formschlüssigem Eingriff mit einem Führungsteil 23, das im Gehäuse 7 verdrehbar angebracht und im oberen Bereich gegen dieses mit einer Dich-

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tung 24 abgedichtet ist. In eine Ausnehmung der in der Zeichnung oberen Stirnseite des Führungsteils 23 greift ein Mehrkantansatz 10a einer Ventilspindel 10 ein, die koaxial und verdrehbar durch das Gehäuse 7 hindurchgeführt ist. Im Betrieb wird auf den oberen Mehrkantkopf 10b der Ventilspindel 10 ein Bedienungsgriff (nicht dargestellt) aufgesetzt.

Oberhalb des Führungsteils 23 ist die Ventilspindel 10 außerdem mit Anschlagflächen 10c versehen, welche zusammen mit entsprechenden Anschlagflächen am Gehäuse 7 den Drehwinkel der Ventilspindel 10 begrenzen.

Das Führungsteil 23 enthält im Innenraum 25 über der Regelscheibe 21 ein geräuschdämpfendes Sieb 26. Radiale Austrittsöffnungen 27 des Führungsteils 23 stehen in Kommunikation mit radialen Austrittsöffnungen 11 des Gehäuses 7.

Wie bereits mehrfach erwähnt, wird das Ventiloberteil in ein (nicht dargestelltes) Norm-Armaturengehäuse eingeschraubt, dessen Aufnahmeraum am Grunde einen erhabenen Ventilsitz aufweist. Dieser wirkt bei Verwendung herkömmlicher Oberteile mit einem abhebenden Ventilteller zusammen. Das dargestellte Ventiloberteil besitzt zum Einbau in das Armaturengehäuse ein Außengewinde 14 sowie einen Umfangsflansch 28, der als Axialanschlag für die Einschraubbewegung dient. Eine unterhalb des Umfangsflansches 28 angeordnete Dichtung 15 sorgt für eine Abdichtung zwischen Ventiloberteil und Armaturengehäuse. 30

Unterhalb der Festscheibe 8, an dieser angrenzend, befindet sich eine Formdichtung 29, auf deren besondere Ausgestaltung nunmehr ausführlich eingegangen wird.

Die Formdichtung 29 hat die Aufgabe, zwischen dem am

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Grunde des Armaturengehäuse-Aufnahmeraums befindlichen Ventilsitz und der Festscheibe 8 eine Abdichtung herzustellen. Sie hat dabei zwei verschiedene denkbare Maßabweichungen des Armaturengehäuses zu kompensieren, die trotz der Normung auftreten können: zum einen ist der Durchmesser des Ventilsitzes von Armaturengehäuse zu Armaturengehäuse nicht konstant. Zum anderen ist die axiale Einbautiefe für das Ventiloberteil nicht bei allen Armaturengehäusen die gleiche. Als dritte Forderung kommt hinzu, daß ungeachtet der verschiedenen Einbautiefen und der unterschiedlichen Ventilsitzdurchmesser die von der Formdichtung 29 auf die Festscheibe 8 ausgeübte Kraft möglichst immer dieselbe sein sollte, da hierdurch die Gängigkeit der Scheiben 8, 21 und damit die Funktionsfähigkeit des gesamten Ventils betroffen wird.

Zur Kompensation der Unregelmäßigkeiten des Ventilsitzdurchmessers weist die Formdichtung 29 im unteren, also dem Ventilsitz benachbarten Bereich, eine radiale Abmessung auf, die mindestens gleich der maximal von Armaturengehäuse zu Armaturengehäuse auftretenden Radiusdifferenz der Ventilsitze entspricht. Auf diese Weise ist Sorge dafür getragen, daß jeder praktisch vorkommende Ventilsitz tatsächlich in Anlage an die untere Dichtfläche der Formdichtung 29 kommt.

Eine Formdichtung, die über die gesamte Höhe hinweg diese radiale Abmessung aufweisen würde, wäre jedoch nicht in der Lage, gleichzeitig auch axial unterschiedliche Einbautiefen des Ventiloberteils im Armaturengehäuse zufriedenstellend zu kompensieren: entweder würde die Formdichtung überhaupt zu hart,oder die auf die Festscheibe 8 ausgeübte Anpreßkraft würde sehr stark von der Kompression der Formdichtung abhängen. Aus den geschilderten Gründen verjungt sich die dargestellte Formdichtung 29 auf die Fest-

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scheibe 8 zu: ihre radiale Abmessung in der Nähe der Festscheibe 8 ist kleiner als in der Nähe des Ventilsitzes. Auf diese Weise wird die Federkennlinie der Formdichtung so modifiziert, daß die axiale Kompression verhältnismäßig wenig von der Kompressionskraft abhängt und umgekehrt.

Mit der dargestellten Formdichtung 29 ist es offensichtlich möglich, in guter Annäherung alle oben genannten Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen.
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In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Formdichtung dargestellt. Auch diese, mit dem Bezugszeichen 129 gekennzeichnet, besitzt im unteren, nach dem Einbau des Ventiloberteils in das Armaturengehäuse dem Ventilsitz benachbarten Bereich eine größere radiale Abmessung als im oberen, der Festscheibe 8 benachbarten Bereich. Zur Verbesserung der axialen Kompressibilität und zur weiteren Annäherung an die Kennlinie einer "weichen Feder" besitzt die dargestellte Formdichtung 129 am Außenumfang eine zusätzliche Kerbe 130.

Dieses Konzept ist bei der in Fig. 3 dargestellten Formdichtung 229 konsequent fortgesetzt: sie enthält im unteren Bereich eine radial nach innen (ggfs. auch nach unten) ragende Lippe 231, welche für die oben mehrfach erwähnte Grundforderung an die radiale Abmessung in der Nähe des Ventilsitzes sorgt. Im darüberliegenden Bereich besitzt die Formdichtung 229 wellenartige innere und äußere Vertiefungen 231, deren Funktion der Wirkungsweise der Kerbe 130 beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 entspricht.

Während die Formdichtungen 29, 129 und 229 nach den Fign.

1 bis 3 einstückig waren, ist die Formdichtung 329 nach

Fig. 4 mehrteilig aufgebaut. Sie umfaßt einen Stützring

332 aus verhältnismäßig starrem Material, in dessen Unter-

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seite eine erste Gummidichtung 333 in Form eines flachen Ringes eingelegt ist. Diese weist die radiale Breite auf, die zur Kompensation der verschiedenen Ventilsitzdurchmesser erforderlich ist.
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Auf der der Gummidichtung 333 gegenüber liegenden Seite ist in eine Aufnahmeöffnung 334 des Stützringes 332 eine zweite, radial verhältnismäßig schmale Gummidichtung eingesetzt, welche nach der Montage an der Festscheibe anliegt. Der innerhalb der Aufnahmeöffnung 334 liegende Bereich 335a der Gummidichtung 335 ist besonders schmal ausgebildet, um so eine besonders gute axiale Kompressibilität und Annäherung an das Verhalten einer "weichen Feder" zu erzielen. Die seitlichen Wände der Aufnahmeöffnung 334 wirken mit den seitlichen Wänden des breiteren Bereichs 335b der Dichtung 335 führungsartig zusammen, wenn letztere, insbesondere in ihrem Bereich 335a, komprimiert wird.

Bei der zuletzt anhand der Fig. 4 beschriebenen Ausführungsform der Formdichtung 329 sind die Funktionen des axialen und radialen Toleranzausgleichs entkoppelt. Auf diese Weise läßt sich - unter etwas höherem Aufwand als bei den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 1 bis 3 5 ein besonders gutes Resultat erzielen.

Das geschilderte Konzept des Toleranzausgleiches läßt sich nicht nur bei sogenannten Steuerscheiben-Oberteilen verwenden, wie sie beschrieben wurden.Es ist vielmehr überall dort einsetzbar, wo innerhalb des Oberteilgehäuses regelnde Elemente untergebracht sind, welche den herkömmlichen Ventilteller ersetzen, aber nicht direkt mit dem Ventilsitz zusammenwirken, und wo die Kompressionskraft der Dichtung die Funktionsfähigkeit des Ventils mit bestimmt.

Claims (8)

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Patentansprüche

y Absperrventil-Oberteil zum Einbau in ein Norm-Armaturengehäuse, bei dem am Grunde des Aufnahmeraums ein Ventilsitz ausgebildet ist, mit einem Gehäuse, in dem nicht direkt mit dem Ve itilsitz zusammenwirkende regelnde Elemente, z.B. zwei relativ zueinander verdrehbare Steuerscheiben, untergebracht sind; mit einer Dichtung, die an der Unterseite des Oberteils angeordnet ist und nach erfolgter Montage im Armaturengehäuse die Abdichtung gegen den Ventilsitz besorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (29; 129; 229; 329) eine Formdichtung mit den folgenden Merkmalen ist:

a) sie besitzt in dem Bereich, der nach dem Einbau in das Armaturengehäuse dem Ventilsitz benachbart ist, eine radiale Abmessung, welche dem maximalen, bei verschiedenen Armaturengehäusen anzutreffenden Unterschied der Radien des Ventilsitzes entspricht;

b) oberhalb des unter a) genannten Bereichs weist sie eine Querschnittsprofilierung auf, durch welche die elastischen Eigenschaften einer "weichen Feder" angenähert werden.

2. Oberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in a) genannte radiale Abmessung der Dichtung (29; 129; 229; 329) etwa 3 - 5 mm beträgt.

3. Oberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (29) zur Erzielung der unter b) genannten Querschnittsprofilierung an der der Unterseite des Oberteils zugewandten Seite eine geringere radiale Abmessung als an der dem Ventilsitz zugewandten Seite aufweist.

4. Oberteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (129) am Außenumfang eine oder mehrere

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Kerben (130) aufweist.

5. Oberteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (229) am Außen- und Innenumfang eine oder mehrere Wellungen (231) aufweist.

6. Oberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (329) umfaßt:

a) einen Stützring (332) aus verhältnismäßig starrem Material;

b) an der nach dem Einbau dem Ventilsitz zugewandten Seite einen Flachdichtring (333) der erforderlichen Breite (radialen Abmessung);

15c) an der dem Oberteil zugewandten Seite einen verglichen mit dem Flachdichtring (333) radial schmalen Dichtring (335).

7. Oberteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der schmale Dichtring (335) in einer Aufnahmeöffnung

(334) des Stützrings (332) geführt ist.

8. Oberteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der schmale Dichtring (335) innerhalb der Aufnahmeöffnung (334) einen besonders leicht komprimierbaren Bereich (335a) aufweist.