Manschettenventil für hohen Betriebsdruck Die Erfindung bezieht sich auf ein Manschetten ventil für hohen Betriebsdruck, bei dem die Ring öffnung zwischen dem Ventilgehäuse und einem zen trisch in diesem eingebauten, mindestens angenähert stromlinienförmigen Einsatzkörper von einer hülsen- förmigen Manschette verschlossen wird.
Solche Ventile gibt es in der Ausführung als Rückschlag ventile und als Durchgangsventile. Die Durchgangsventile dieser Bauart sind in der Regel so gestaltet, dass die Manschette in ihrer Ruhestellung an der Innenwand des Gehäuses anliegt und die Ringöffnung zwischen dem Gehäuse und dem Ein satzkörper freilässt. Die Manschette ist an den beiden Enden in dem Gehäuse eingespannt. Zum Ab schliessen des Ventils kann in die Kammer auf der Rückseite der Manschette ein Druckmittel eingefügt werden, welches die Manschette nach innen auf den Einsatzkörper drückt.
Bei Rückschlagventilen dieser Bauart ist die Manschette in der Regel nur an einem Ende im Gehäuse befestigt, ragt mit einem etwa kegelförmig gestalteten Teil in der Ruhelage in die Ringöffnung hinein und liegt mit einer dünnwandigen Verlängerung dieses Endes mit geringer Spannung auf dem Einsatzkörper auf.
Wenn ein solches Manschettenventil zum Ab sperren von Leitungen dienen soll, in welchen ein hoher Betriebsdruck herrscht, so muss die Manschette entsprechend dickwandig gestaltet sein, damit sie diesem Druck widerstehen kann. Es ist bekannt, die Manschette zu diesem Zweck in demjenigen Bereich, der beim Öffnen und Schliessen seinen Umfang ändern muss, zur Erzielung einer faltenbalgartigen Wirkung mit sich in Längsrichtung erstreckenden und abwech selnd aussen und innen angeordneten Schlitzen zu versehen und zur Verbesserung der Verankerungs- wirkuna das bzw. iedes im Gehäuse verankerte Ende von einem sich axial erstreckenden Kragen des.
Ge häuses bzw. einer Gehäuseschulter von innen her zu unterstützen.
Es hat sich nun gezeigt, dass dann, wenn bei sol chen Ventilen die Manschette von aussen her von einem hohen Druck - bei Durchgangsventilen durch einen hohen Steuerdruck für das Abschliessen der Manschette und bei Rückschlagventilen durch einen hohen Rückdruck - belastet wird und auf der Innenseite der Manschette nur ein geringer oder kein Druck herrscht, die Manschette in die Ringöffnung zwischen Gehäusekragen bzw. -schulter und Einsatz körper hineingedrückt wird.
Da die Oberfläche des in die Ringöffnung hineingedrückten Teiles der Man schette durch die Längsschlitze unterbrochen ist; be steht die Gefahr, dass die Manschette durch die Ringöffnung hindurchgedrückt und dabei zerstört wird. Es hat sich dabei gezeigt, dass selbst dann, wenn die Dicke der Manschette so gross gewählt ist, dass sie, wenn sie ungeschlitzt wäre, volumenmässig nicht durch die Ringöffnung hindurchschlüpfen könnte, dennoch bei hohen Drücken die Gefahr der Zerstörung der Manschette vorhanden ist, wenn sich die Schlitze bis zur unterstützenden Schulter des Ge häuses hin erstrecken.
Bei Durchgangsventilen dieser Bauart hat sich bei hohen Drücken noch eine andere nachteilige Er scheinung gezeigt. Die Manschette solcher Ventile ist mit sich in Längsrichtung erstreckenden V-förmigen Schlitzen versehen, wobei der Öffnungswinkel dieser Schlitze so gewählt ist, dass sich die beiden Begren zungswände der Schlitze aneinander anlegen und damit eine vollwandige Manschette ergeben, wenn die Manschette durch einen auf die Aussenseite auf gebrachten Steuerdruck im mittleren Bereich im Um fang so weit verengt ist, dass sie am zentrischen Ein- satzkörper anliegt.
Um ein solches Ventil gegen einen hohen Betriebsdruck abzusperren, ist ein hoher Steuerdruck erforderlich. Zumindest in dem von der Druckseite durch das Ventil abgesperrten Teil des Leitungssystems herrscht nach dem Absperren des Ventils meist der Druck Null. Der für das Absperren erforderliche hohe Steuerdruck wird also zumindest eine starke Auswölbung der Manschette in die die sem Leitungsteil zugekehrte Ringöffnung hinein be wirken. Durch die starke Durchwölbung wird die Manschette gegenüber ihrer ursprünglichen Länge aber stark gedehnt.
Es hat sich nun gezeigt, dass sich bei dieser starken Längsdehnung der Manschette die Schlitze wieder öffnen und damit bei Ventilen dieser Bauart bei hohen Betriebsdrücken ein sicheres und zuverlässiges Absperren des Ventils nicht erreicht wird.
Um diese Nachteile zu vermeiden, besitzt gemäss der Erfindung die Manschette dem Kragen des Ge häuses benachbart eine Verdickung in Form eines in dem -dem Kragen zugewandten Teil ungeschlitzten Ringwulstes, zum Zwecke, bei einem hohen, auf die Aussenseite der Manschette wirkenden Druck, bei gleichzeitiger Stauchung in Umfangsrichtung, die Ringöffnung zwischen Kragen und Einsatzkörper nach Art eines ringförmigen Stopfens zu verschliessen.
Die Erfindung ermöglicht eine Ausbildung, bei der, wenn auf die Aussenfläche der Manschette ein steigender Druck aufgebracht wird, sich zunächst der in Längsrichtung geschlitzte Bereich der Manschette mit einem immer grösser werdenden Teil an den Ein satzkörper anlegt. Steigt der Druck noch weiter, so wird dann der ungeschlitzte Teil der wulstförmi- gen Verdickung nach innen gedrückt, wobei sie eine Druckvorspannung erhält. Dieser ringförmige Wulst wird dann die Ringöffnung zwischen dem Gehäuse kragen und dem Einsatzkörper wie ein Ringstopfen verschliessen.
Da dieser Teil ungeschlitzt ist, besteht dabei nicht die Gefahr, dass sich die Manschette durch die Ringöffnung hindurchstülpen kann. Die dabei auftretende Stauchung in Umfangsrichtung, die zu einer Druckvorspannung in der Manschette führt, kann so gross sein, dass an der sich in die Ringöff nung hineinwölbenden Oberfläche des Ringwulstes keine Zugspannung entsteht, so dass die Gefahr einer Zerstörung der Manschette auf ein Minimum herab gesetzt ist. Bei Versuchen haben Manschetten dieser Bauart Drücken von weit über 100 kg/cm2 stand gehalten.
Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Aus bildung der Manschetten die Grenze des Betriebs druckes tatsächlich nicht mehr durch die Man schette, sondern durch das Gehäuse gegeben ist, wäh rend bei Manschetten mit Längsschlitzen nach der bisherigen Ausführung auch dann, wenn die Man schetten sehr dickwandig ausgeführt waren, der Be triebsdruck mit Rücksicht auf die Manschette nicht höher als 10 kg!cm2 betragen durfte.
Zweckmässig ist die Aussenwand der Manschette im Bereich der Verdickung erhaben gewölbt, damit im Betrieb bei höchstmöglichem Druck auf die Aussenseite der Manschette im Axialschnitt ge sehen eine Wölbung nach aussen erhalten bleibt. Dabei ist vorteilhafterweise die Verdickung nur an der Aussenseite der Manschette vorgesehen.
Dies soll zur Folge haben, dass im normalen Betrieb die wulst artige Verdickung der Manschette mit ihrer Innen wand ausserhalb des Ringquerschnittes liegt, so dass beim Rückschlagventil zum öffnen nur der ge schlitzte und damit faltenbalgartig wirkende Teil der Manschette und die am Einsatzkörper anliegende dünnwandige Lippe aufgeweitet werden müssen. Bei Durchgangsventilen wird dann zum Abschliessen bei einem normalen bzw. geringen Betriebsdruck nur der zwischen den Verdickungen liegende längsgeschlitzte Teil durch den Steuerdruck nach innen gewölbt, bis er sich an den Einsatzkörper anlegt.
Erst bei hohen Betriebsdrücken ist es erforderlich, mittels hoher Steuerdrücke auch die ungeschlitzte wulstförmige Ver dickung im Durchmesser zu verengen. Da eine Ver engung der wulstförmigen Verdickung erst auftritt, wenn der mit Längsschlitzen versehene Teil der Man schette am Einsatzkörper anliegt, besteht keine Gefahr, dass die wulstförmige Verdickung beim Stau chen in Umfangsrichtung ausknickt. Da dabei die aussenliegende Verdickung keinen Einfluss auf die Strömung hat, tritt durch die wulstförmige Verdickung im Betrieb in der mit dem Ventil versehenen Lei tung keine Erhöhung des Druckverlustes auf.
Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungs beispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Rückschlagventil, bei dem die Manschette in ihrer Ruhelage dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt das gleiche Ventil wie Fig. 1 mit der voll geöffneten Manschette.
Fig.3 zeigt das Ventil nach Fig. 1 bei einem grossen Rückdruck.
Fig. 4 zeigt ein Rückschlagventil in gleicher Dar stellung wie in Fig. 1, bei welcher die Manschette eine etwas abgewandelte Gestalt hat, und Fig. 5 zeigt ein Durchgangsventil.
Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Rück schlagventil besteht das eigentliche Gehäuse aus einem vorderen Gehäusekörper 1 und einem hinteren Ge häusekörper 2. In dem vorderen Gehäusekörper 1 ist über vier über den Umfang gleichmässig verteilt angeordnete Rippen 5 ein im Axialsehnitt stromlinien förmig ausgebildeter, insgesamt mit 6 bezeichneter Einsatzkörper abgestützt. Der vordere Teil 7 des Einsatzkörpers 6 besteht mit den Rippen 5 und dem vorderen Gehäusekörper 1 aus einem Stück. Der hin tere Teil 8 des Einsatzkörpers ist mit dem Teil 7 über einen Bolzen 9 und eine Mutter 10 zusammen gehalten. Gehäusekörper 1 und Gehäusekörper 2 sind mittels über den Umfang verteilt angeordneter Schrauben 11 verbunden.
Die ringförmige öffnung 13 zwischen dem Ge häusekörper 1 und dem Einsatzkörper 6 bildet die eigentliche Ventilöffnung. Für den Abschluss der Ventilöffnung 13 dient eine insgesamt mit 14 bezeich nete hülsenförmige Manschette. Die Manschette 14 besteht im wesentlichen aus einem zwischen den bei den Gehäusekörpern 1 und 2 eingeklemmten Be festigungsflansch 15, einem im allgemeinen kegelför migen Mittelteil 16 und einer am freien Ende der Manschette liegenden Lippe 17. Die Manschette 14 ist in Fig. 1 in ihrer Ruhestellung dargestellt, die im allgemeinen der Form der Manschette entspricht, welche sie beim Vulkanisieren erhält.
Nur die Form der Lippe 17 entspricht in Fig. 1 nicht der Form, die sie beim Vulkanisieren erhalten hat. Die letztere Form ist gestrichelt bei 17' dargestellt. Beim Einbau der Manschette in das Ventil wird die Lippe 17 etwas erweitert, so dass sie den Einsatzkörper 6 mit geringer Spannung umschliesst. Das im Gehäuse verankerte Ende der Manschette ist von einer kragenartigen Schulter 21 am Gehäusekörper 1 unterstützt.
Der Mittelteil 16 der Manschette ist mit einer nach aussen weisenden Verdickung 18 versehen. Ausserdem besitzt der Mittelteil, um ein radiales Aufweiten der Manschette unter der Wirkung der durch das Ventil strömenden Flüssigkeit zu ermög lichen, über den ganzen Umfang abwechselnd innen und aussen vorgesehene Schlitze 19 und 20, die in der der Ruhelage entsprechenden, beim Vulkanisieren erhaltenen Form etwa eine Breite von einem Milli meter besitzen.
Der unmittelbar der Schulter 21 be nachbarte Teil 18' der Verdickung 18 ist jedoch un- geschlitzt. Der in Fig. 1 dargestellte Axialschnitt des Ventils ist durch die Mitte eines äusseren Schlitzes 19 der Manschette 14 geführt.
Unter der Wirkung einer von links nach rechts durch das Ventil strömenden Flüssigkeit weitet sich der Mittelteil 16 der Manschette 14 auf und nimmt dann eine Gestalt an, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Da das Material, aus welchem die Manschette besteht, verhältnismässig weich ist und die Lippe 17 nur ge ringe Wandstärke besitzt, kann diese ohne nach teiligen Druckverlust im Ventil ausreichend auf geweitet werden.
Sobald die Strömung von links nach rechts auf hört, nimmt die Manschette 14 wieder die in Fig. 1 dargestellte Ruhelage ein, bei welcher die Lippe 17 mit geringer Spannung am Einsatzkörper 6 anliegt. Tritt nun an der Austrittsseite des Ventils ein gegen über dem Druck an der Eintrittsseite erhöhter Druck auf, so wird der Mittelteil der Manschette 14 in die Öffnung des Ventils hineingedrückt. Die Schulter 21 am Gehäusekörper 1 stützt den Anfang des Mittelteils 16 der Manschette ab. Der ungeschlitzte Teil 18' der Verdickung 18 verhindert, dass der Mittelteil der Manschette mit der Lippe 17 unter der Wirkung eines erhöhten Rückdruckes rückwärts durch die Ventil öffnung 13 hindurchgestülpt werden könnte.
In Fig. 3 ist die Gestalt der Manschette dargestellt, die sie einnimmt, wenn der Rückdruck ganz beträchtliche Werte annimmt. Bei einer Versuchsanlage, die über 100 kg(cm2 erzeugen kann, hat die Manschette etwa eine Gestalt gezeigt, wie dies in Fig.3 dargestellt ist. Bei einer zur Erprobung der Betriebssicherheit vorgenommenen sehr häufigen Betätigung mit einem Rückdruck, wie er maximal in der Anlage zu er zeugen war, wurde keine Zerstörung der Man schette festgestellt.
Die bei Ruhelage der Manschette nach aussen weisende Wölbung der Verdickung 18 war dabei, wie in Fig. 1 gezeigt, so gestaltet, dass bei der in Fig. 3 dargestellten Lage noch eine leichte Wölbung nach aussen vorhanden ist. Die Versuche haben gezeigt, dass bei dieser Gestaltung der Man schette der zulässige Betriebsdruck für die Ventile nicht mehr durch die Manschette, sondern durch die Festigkeit des Gehäuses begrenzt ist.
Die Verdickung 18 der Manschette wirkt sozu sagen als Stöpsel für die ringförmige Öffnung 13. Das Hindurchpressen der Verdickung 18 durch die öff- nung 13 unter der Wirkung eines erhöhten Gegen druckes wird also einmal durch die Grösse des Vo lumens der Verdickung 18 in bezug auf den Quer schnitt der Öffnung 13 verhindert. Weiterhin er schwert die Schulter 21 eine Verformung des die Ver dickung 18 aufweisenden Mittelteils in die Öffnung 13 hinein, und endlich erschweren auch die Nuten 22 in der Oberfläche des Einsatzkörpers 6 eine Relativ bewegung zwischen der Innenfläche der Manschette 14 und der Oberfläche des Einsatzkörpers 6.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist an der Innenseite der Manschette eine Schulter 23 vorgesehen, die bei einem erhöhten Rückdruck mit der Schulter 21 des Gehäuses zusammenwirkt. Diese Ausführungsform der Manschette ist besonders für grössere Ventile mit einer grösseren Weite der Öffnung 13 geeignet.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Durchgangsventil be steht das Ventilgehäuse aus den Endteilen 31 und 32 sowie dem Mittelteil 33, welche durch Schrauben 34 miteinander verbunden sind. Der stromlinienför mige Einsatzkörper 35 ist über gleichmässig über den Umfang verteilt angeordnete Rippen 36 in dem Ge häuseteil 31 abgestützt. Die zwischen dem Einsatz körper 35 und den Gehäuseteilen 31 und 32 be stehende Ringöffnung stellt die eigentliche Ventil öffnung dar, welche von der hülsenförmigen Man schette 37 verschlossen werden kann.
In dem Oberteil der Fig.5 ist die Manschette 37 in ihrem Ruhestand dargestellt, das heisst in der Lage, welche die Manschette einnimmt, wenn die Drücke auf allen Seiten gleich sind. Diese Gestalt ent spricht derjenigen Gestalt, die diä Manschette beim Vulkanisieren erhält. An ihren Enden besitzt die Manschette radial gerichtete Teile<B>38,</B> die an ihrem Umfang einen Bund 39 aufweisen. Die Bunde 39 sitzen in entsprechenden Vertiefungen der Gehäuse teile 31 und 32 und dienen zur Verankerung der En den der Manschette im Gehäuse. Ausserdem sind die Enden der Manschette durch Gehäuseschultern 40 abgestützt.
Der Mittelteil der Manschette dient für den Abschluss der ringförmigen Öffnung zwischen Einsatzkörper 35 und dem umgebenden Gehäuse. Um eine Verringerung des Durchmessers des Mittel teiles 42 der Manschette unter Wirkung eines in die Kammer 43 auf der Rückseite der Manschette ein- geführten Druckmittels zu ermöglichen, ist dieser Teil der Manschette mit über den Umfang gleichmässig verteilt angeordneten, abwechselnd innen und aussen vorgesehenen Schlitzen 44 und 45 versehen. Der in Fig. 5 dargestellte Axialschnitt ist durch die Mitte eines aussen liegenden Schlitzes 44 geführt.
Bei der von äusseren Kräften unbeeinflussten Gestalt der Man schette haben die Schlitze, im Querschnitt gesehen, nach aussen divergierende Wände, und zwar ist die Divergenz derart gewählt, dass bei einer radialen Ver engung des Mittelteils 42 der Manschette unter der Wirkung eines in die Kammer 43 eingeführten hydraulischen Druckes bei Anlage des Mittelteils an den Einsatzkörper 35 die Wände der inneren und äusseren Schlitze zur gegenseitigen Anlage kommen.
Wenn das Ventil geschlossen werden soll, wird in die Kammer 43 ein Druckmittel eingeführt. Der dabei aufgewendete Druck muss höher sein als der Betriebsdruck in der Leitung, so dass der Mittelteil zum Absperren der Ventilöffnung an den Einsatz körper 35 zur Anlage gebracht wird. Wenn im Lei tungssystem hohe Betriebsdrücke vorhanden sind, muss auch ein entsprechend hoher Druck in die Kam mer 43 eingeführt werden.
Bei den bekannten Ven tilen besteht nun die Gefahr, dass bei einer Druck entlastung im Leitungssystem ein von einer fremden Druckquelle gebildeter Druck in der Kammer 43 wegen der nunmehr herrschenden grösseren Druck differenz zwischen der Kammer 43 und dem Lei tungssystem - die Manschette im Bereich ihrer Enden durch eine oder beide ringförmigen Öff nungen zwischen Einsatzkörper 35 und Gehäuseteil 31 bzw.
32 hindurchpresst. Dies ist bei der vorlie genden Gestaltung dadurch wirksam verhindert, dass die den Abschluss dieser ringförmigen Öffnungen bewirkenden Teile der Manschette jeweils mit einer ungeschlitzten Verdickung 46 versehen sind, welche im Volumen im Verhältnis zu der Ringöffnung derart gewählt ist, dass sie die Wirkung eines Stöpsels hat, der auch unter der im Betrieb möglichen grössten Druckdifferenz zwischen Kammer 43 und Ventil gehäuse-Innenraum nicht durch die Ringöffnung hin durchgepresst werden kann.
Die Verdickung 46 ist an der Aussenwand der Membran vorgesehen und ist derart erhaben, dass die Aussenwand in diesem Bereich in der Stellung der Manschette bei. grösstmöglicher Druckdifferenz, wie sie in Fig. 5 in der unteren Hälfte wiedergegeben ist, im Axialschnitt noch eine leichte Wölbung nach aussen hat. Durch diese Gestaltung ist sichergestellt, dass in der Oberfläche der Manschette keine Zugspan nungen auftreten, welche die Lebensdauer der Man schette herabsetzen würden. Wirksam unterstützt wird die Stöpselwirkung dieser Verdickung 46 der Man schette 37 durch die an der Innenseite der Man schette vorgesehene Schulter 47, die mit der Ge häuseschulter 40 zusammenwirkt.