DE69719204T2

DE69719204T2 - Regenventil mit lagerlos geführter spindel

Info

Publication number: DE69719204T2
Application number: DE69719204T
Authority: DE
Inventors: F. Putman; E. Wears; W. Wood
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: EP0934481B1; JP4175435B2; CA2270253C; AU5194298A; EP0934481A1; CN1236422A; US5791629A; CA2270253A1; BR9712389A; WO1998019088A1; DE69719204D1; JP2001503835A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidsteuerventile und speziell eine Vorrichtung zum Führen eines Ventilbetätigungselements wie etwa eines Ventilschafts.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es wird auf die nachstehenden interessierenden US-Patentschriften Bezug genommen, die sämtlich auf dieselbe Erwerberin wie im vorliegenden Fall übertragen sind: 4 866 241; 5 056 757; 5 129 625 und 5 299 812.
Die vorstehenden Patentschriften zeigen, daß es vorteilhaft ist, Dichtungsmaterial zu verwenden, das aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet ist, und zwar speziell eine Dichtung, die im Handel als eine "PTFE-Dichtung vom V-Typ" bekannt ist. Die vorstehenden Patentschriften zeigen ferner, daß bei einer typischen Konstruktion für ein schaftgeführtes Steuerventil zwei Führungsbuchsen verwendet werden, die auf dem Ventilschaft voneinander beabstandet sind, um den Ventilschaft gegenüber seitlichen Belastungen, die im Betrieb auftreten, zu stabilisieren. Diese Buchsen sind typischerweise aus Metall oder Metall mit einer PTFE-Auskleidung, wobei die Dichtungsringe zwischen ihnen angeordnet sind.
Ein Fluidsteuerventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus EP 422342 A1 bekannt.
Es ist immer wünschenswert, eine neue Vorrichtung mit weniger Komponenten als die derzeit verfügbaren Vorrichtungen zu schaffen, solange die neue Vorrichtung ebenso gut funktioniert und die gleichen Vorteile wie die bekannten Vorrichtungen bietet. Es ist daher erwünscht, ein Fluidsteuerventil anzugeben, bei dem die üblichen Führungsbuchsen, die bisher zur Führung des Ventilschafts vorgesehen sind, entfallen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein Fluidsteuerventil ohne Führungsbuchsen angegeben, wobei die Dichtungsanordnung einer Abdichtkraft ausgesetzt ist, die ausreicht, um nicht nur die gewünschte Abdichtung um den Ventilschaft herum und innerhalb des Außendurchmessers der Bohrung des Ventildeckels zu bieten, sondern die auch einen Schaftführung-Festsitz bietet, der ausreicht, um den Ventilschaft zu führen und den Ventilschaft gegenüber seitlichen Kräften zu stabilisieren.
Es wird ein Fluidsteuerventil gemäß dem Anspruch 1 angegeben. Beim Anziehen der Dichtungsmutter werden die Tellerfedern zusammengedrückt, wodurch das Dichtungsmaterial mit Kraft beaufschlagt und die Dichtungsringe zusammengedrückt werden, um eine Abdichtung um den Ventilschaft herum und auch an dem Innendurchmesser des Deckels zu erzeugen. Die Kompression des Dichtungssatzes beseitigt die Notwendigkeit für die oberen und unteren Führungsbuchsen, die bisher bei solchen vom Ventilschaft geführten Steuerventilen typischerweise verwendet werden. Die Tellerfedern halten die Kraftbeaufschlagung und Kompression des Dichtungssatzes über einen langen Zeitraum aufrecht.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sichtanzeige der richtigen Dichtungsbelastung erhalten durch Anziehen der Dichtungsmutter, bis die Dichtungsmuttergewindegänge mit den Gewindegängen an der Oberseite des Deckeis bündig werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neu angesehen werden, sind speziell in den anhängenden Ansprüchen aufgeführt. Das Verständnis der Erfindung ergibt sich am besten unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den jeweiligen Figuren gleiche Elemente bezeichnen; dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht, die ein Fluidsteuerventil ohne die üblichen Führungsbuchsen aus Metall zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt ein Fluidsteuerventil 10, das einen Ventilkörper 12 mit gegenüberliegenden Anbringflanschen 14, 16 zur Anbringung des Ventils 10 beispielsweise in einem Rohrleitungssystem hat. Der Ventilkörper 12 umfaßt ferner einen Fluideinlaß 18 und einen Fluidauslaß 20 und einen Kanal 22, der eine Verbindung zwischen ihnen herstellt.
Ein Ventilsitz 24 ist in dem Kanal vorgesehen, um den Fluiddurchfluß durch das Ventil in Abhängigkeit von der Position eines Ventilbetätigungselements wie etwa eines Ventilschafts 26 zusteuern, der an einem Ende einen Ventilstopfen 28 zum abdichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz 24 hat.
Ein Ventildeckel 30 hat eine zentrale Bohrung 32 und ist an dem Ventilkörper 12 über eine Reihe von Gewindestiften 34 und Befestigungsmuttern 36 sicher angebracht.
Im Inneren der zentralen Bohrung 32 sind zwei Dichtungseinheiten vorgesehen, und zwar eine obere Einheit 38 und eine untere Einheit 40. Jede der Dichtungssatzeinheiten 38, 40 weist die gleichen Komponenten auf, und zwar einen Dichtungssatz vom V-Typ mit einem mittleren PTFE-Dichtungsring 42, der zwischen einem gefüllten inneren PTFE-Ring 44 und einem äußeren gefüllten PTFE-Ring 46 eingeschlossen ist, und einen Antiextrusionsring 48 an jedem Ende des Dichtungssatzes. Es wird bevorzugt, daß die gefüllten äußeren und inneren PTFE-Ringe aus kohlenstoff- oder glasgefülltem PTFE gebildet sind, wogegen der mittlere Dichtungsring 42 aus reinem PTFE gebildet ist. Es versteht sich, daß die Dichtungssatzeinheit 40 die gleichen Komponenten aufweist, die vorstehend als in der Dichtungssatzeinheit 38 vorhanden beschrieben werden. Zur richtigen Beabstandung der Komponenten ist ein Paar Abstandsringe 50 vorgesehen, die jeweils aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl gebildet sind.
Über dem oberen Abstandsring 50 ist ein Satz von Tellerfedern wie etwa Belleville- Tellerfedern 52 angeordnet. Wie Fig. 1 zeigt, hat das obere Ende des Ventildeckels 30 ein Innengewinde zum Schraubeingriff mit dem Gewinde 54 an einer Dichtungsmutter 56.
Wie Fig. 1 ferner zeigt, ist eine obere Spielbohrung 58 innerhalb der Dichtungsmutter 56 vorgesehen, so daß der Innendurchmesser der Bohrung 58 größer als der Außendurchmesser des Ventilschafts 26 ist. Dadurch wird sichergestellt, daß beim Betrieb des Ventilschafts innerhalb des Ventils kein Eingriff zwischen dem Ventilschaft 26 und der Dichtungsmutter 56 stattfindet.
Ferner ist eine untere Spielbohrung 60 zwischen dem Ventilschaft 26 und dem Ventildeckel 30 vorgesehen, so daß der Innendurchmesser der Bohrung 60 größer als der Außendurchmesser des Ventilschafts 26 ist, um einen Eingriff des Ventilschafts mit dem Ventildeckel zu verhindern.
Gleichermaßen ist zwischen dem Ventilschaft 26 und dem Innendurchmesser der Abstandsringe 50 ein ausreichender Spielraum vorgesehen, so daß kein Eingriff des Ventilschafts mit den Abstandsringen erfolgt. Somit bewirken weder die Dichtungsmutter 56 noch der Ventildeckel 30 noch die Abstandsringe 50 eine Führung des Ventilschafts 26. Die Belleville-Tellerfedern 52 sind zwar an ihrem Außendurchmesser genau passend mit der zentralen Dichtungsbohrung 32 innerhalb des Ventilkörpers 30 ausgebildet, aber der Innendurchmesser der Tellerfedern ist ausreichend größer als der Außendurchmesser des Ventilschafts, um jeden Eingriff zwischen ihnen zu verhindern. Die Antiextrusionsringe 48 haben an ihrem Außendurchmesser angrenzend an den Ventildeckel und auch an dem Innendurchmesser nächst dem Ventilschaft nur geringes oder kein Spiel. Die kohlenstoff- oder glasgefüllten äußeren und inneren Dichtungsringe 46, 44 sind vorgesehen, um den reinen PTFE-Dichtungsring 42 zu stützen und in seiner Lage zu halten.
Beim Zusammenbau der Ventilteile zeigt Fig. 1 eine lastfreie Ansicht, die vom Bediener beim Betrachten des Dichtungsgewindes 54, das über der Oberseite 62 des Ventildeckels 30 sichtbar ist, ohne weiteres feststellbar ist. In diesem lastfreien Zustand befinden sich sämtliche Dichtungsringe 42, 44, 46 in jeder der Dichtungssatzeinheiten 38, 40 in Spielpassung, d. h. außer Eingriff mit dem Ventilschaft 26. Wenn die Dichtungsmutter 56 in den Ventildeckel 30 geschraubt wird, wird auf die Tellerfedern 52 eine Kompression durch aktive Belastung aufgebracht, wodurch der Dichtungsringsatz mit einer aktiven Belastung beaufschlagt wird. Der Bediener fährt fort, die Dichtungsmutter 56 in den Deckel 30 zu schrauben, bis oberhalb der Deckeloberseite 62 keine Gewindegänge 54 sichtbar sind. In diesem belasteten Zustand der Dichtung werden nicht nur die Dichtungsringe hinreichend zusammengedrückt, um eine Abdichtung um den Schaft 26 herum und auch an dem Innendurchmesser der Dichtungsbohrung 38 in dem Deckei zu schaffen, sondern es besteht auch eine ausreichende Führung des Ventilschafts 26, die durch die lastbeaufschlagten Dichtungssatzeinheiten 38, 40 erhalten wird, so daß keine Notwendigkeit für die in bekannten Ventilen verwendeten üblichen oberen und unteren Metallführungshülsen besteht. Bei richtiger Lastbeaufschlagung der Dichtungssatzeinheiten 38, 40 wird ein Schaftführungs-Festsitz der Dichtungsringe 42, 44, 46 in jedem Dichtungssatz mit dem Ventilschaft 26 erhalten. Die Funktion der Antiextrusionsringe besteht darin, einen Materialverlust der äußeren und inneren Dichtringe infolge der Bewegung des Ventilschafts zu verhindern und dadurch ihre Standzeit zu verlängern.
Die Antiextrusionsringe 48 können aus der Dichtungssatzeinheit weggelassen werden, dadurch kann jedoch die zuverlässige Betriebsdauer des Dichtungssatzes verkürzt werden.
Die vorstehende genaue Beschreibung dient nur dem guten Verständnis, und es sollten daraus keine unnötigen Einschränkungen abgeleitet werden, da Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sind.

Claims

1. Fluidsteuerventil (10), das folgendes aufweist:

einen Ventilkörper (12), mit: einem Fluideinlaß (18), einem Fluidauslaß (20); einem dazwischen eine Verbindung herstellenden Kanal (22) und einem Ventilsitz (24) in dem Kanal (22) zur Steuerung des Fluiddurchflusses;

einen Ventildeckel (30), der an dem Ventilkörper (12) angebracht ist und eine zentrale Bohrung (32) hat;

ein langgestrecktes Ventilbetätigungselement (26), das sich durch die zentrale Bohrung (32) des Ventildeckels erstreckt und ein Stopfenende (28) zum abdichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz (24) hat, wobei eine untere Spielbohrung (60) zwischen dem Ventildeckel (30) und dem langgestreckten Ventilbetätigungselement (26) vorgesehen ist, so daß kein Eingriff dazwischen erfolgt;

mindestens zwei Dichtungssätze (38, 40), die in der zentralen Bohrung (32) des Ventildeckels angeordnet sind und das Ventilbetätigungselement (26) umgeben,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine langgestreckte Dichtungsmutter (56) mit dem Ventildeckel (3) in Gewindeeingriff steht, wobei eine obere Spielbohrung (58) jederzeit entlang der Gesamtlänge der Dichtungsmutter (56) zwischen der Dichtungsmutter (56) und dem Ventilbetätigungselement (26) definiert ist, so daß kein Eingriff dazwischen erfolgt;

jeder der Dichtungssätze (38, 40) aus PTFE-Dichtungsringen (42, 44, 46) vom V- Typ gebildet ist, die einen PTFE-Dichtungsring (42) zwischen einem aufzunehmenden (46) und einem aufnehmenden (44) gefüllten PTFE-Dichtungsring aufweisen, die einander gegenüberliegen;

Tellerfedern (52), die das Ventilbetätigungselement (26) jederzeit mit einem Zwischenraum entlang seiner Gesamtlänge umgeben, so daß kein Eingriff dazwischen erfolgt;

ein erster Abstandsring (50), der zwischen den Tellerfedern (52) und einem der Dichtungssätze (38) angeordnet ist, und ein zweiter Abstandsring (50), der zwischen den zwei Dichtungssätzen (38, 40) angeordnet ist, wobei ein Zwischenraum jederzeit zwischen dem Ventilbetätigungselement (26) und jedem Abstandsring (50) entlang deren Gesamtlänge definiert ist, so daß kein Eingriff dazwischen erfolgt;

und daß

die Tellerfedern (52) zwischen der Dichtungsmutter (56) und dem ersten Abstandsring (50) angebracht sind, wodurch bei nicht komprimierten Tellerfedern (52) zwischen den zwei Dichtungssätzen (38, 40) und dem Ventilbetätigungselement (26) eine Spielpassung vorliegt und beim Anziehen der Dichtungsmutter (56) die Tellerfedern (52) zusammengedrückt werden und eine Abdichtkraft auf die zwei Dichtungssätze (38, 40) aufbringen, um

(i) das Ventilbetätigungselement (26) in der zentralen Bohrung (32) des Ventildeckels und der oberen Spielbohrung (58) der Dichtungsmutter zu führen und darin gegenüber seitlichen Belastungen zu stabilisieren, die auf das Ventilbetätigungselement durch Vorsehen eines Führungspassungseingriffs zwischen den zwei lastbeaufschlagten Dichtungssätzen (38, 40) und dem Ventilbetätigungselement (26) aufgebracht werden, und um

(ii) zwischen dem Ventilbetätigungselement (26) und dem Außendurchmesser der zentralen Bohrung (32) des Ventildeckels (30) durch Vorsehen eines abdichtenden Passungseingriffs zwischen den zwei variabel lastbeaufschlagten Dichtungssätzen (38, 40) und dem Ventilbetätigungselement (26) abzudichten.

2. Fluidsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufzunehmende (46) und der aufnehmende (44) gefüllte PTFE-Dichtungsring aus einem von einem kohlenstoffgefüllten und einem glasgefüllten Dichtungsring gebildet sind.

3. Fluidsteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anti-Extrusionsringe (48) an jedem gegenüberliegenden Ende der zwei Dichtungssätze (38, 40) vorgesehen sind und das Ventilbetätigungselement (26) im Festsitz zwischen dem Ventilbetätigungselement (26) und dem Außendurchmesser der zentralen Bohrung (32) des Ventildeckels (30) umgeben.