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Ventil mit hülsenförmiger Membran für hohen Betriebsdruck Die Erfindung
bezieht sich auf ein Rückschlagventil oder Schlauchabsperrventil, bei dem ein Ringkanal
zwischen dem Ventilgehäuse und einem zentrisch in diesem eingebauten, mindestens
angenähert stromlinienförmigen Einsatzkörper von einem hülsenförmigen Verschlußstück
aus elastischem Material verschlossen wird, das mit seinem einen bzw. jedem fianschartigen
Ende im Gehäuse verankert ist und in seinem während des öffnungs- und Schließvorganges
beweglichen Teil zur Erzielung einer faltenbalgartigen Wirkung mit sich in Längsrichtung
erstreckenden, abwechselnd außen und innen angeordneten Schlitten oder Ausnehmungen
versehen ist.
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Bei Rückschlagventilen dieser Bauart hat sich der Nachteil gezeigt,
daß bei hohen Betriebsdrücken die Gefahr besteht, daß das den ringförmigen Durchflußkanal
überbrückende hülsenförmige Verschlußstück nach rückwärts durch die Ringöffnung
hindurchgedrückt wird, so daß dann das Verschlußstück nicht mehr den Rückfluß sperrt
bzw. sogar zerstört wird.
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Es ist bereits ein Rückschlagventil mit einem sehr dickwandigen hülsenförmigen
Verschlußstück bekannt, das mit einem Planschartigen Ende im Gehäuse verankert ist
und bei dem ebenfalls an der Einspannstelle im Gehäuse ein sich axial erstreckender
Kragen vorgesehen ist, der das Verschlußstück an dieser Stelle von innen her unterstützt.
Dieses dickwandige, normalerweise an der Gehäuseinnenwand anliegende Verschlußstück
besitzt jedoch keine innen und außen abwechselnden Längsschlitze, sondern am Ende
nur eine dünnwandige lange Lippe, welche im normalen Betrieb an einer Verdickung
eines langgestreckten, etwa zylindrischen Einsatzkörpers anliegt und bei einem in
der normalen Fließrichtung herrschenden Druckgefälle aufgeweitet wird. In der Beschreibung
dieses bekannten Ventils ist gesagt, daß die Wandstärke des Verschlußstückes gleich
oder größer als die Weite der von dem Absperrventil abzusperrenden ringförmigen
Durchgangsöffnung gewählt sein soll. Bei diesem Ventil besteht jedoch nicht die
Gefahr des Zurückstülpens des Verschlußstückes durch die ringförmige Öffnung, da
sich bei einem erhöhten Druck auf die Außenseite des Verschlußstückes sein dickwandiger
Teil unter Bildung von Längsfalten an den langgestreckten, etwa zylindrischen Teil
des Einsatzkörpers anlegt. Außerdem ist der Einsatzkörper über Rippen in dem Gehäuse
abgestützt, die sich praktisch bis zum Ende des das ; Einspannende des Verschlußstückes
unterstützenden Kragens erstrecken, so daß die dickwandige Membran schon auf Grund
dieser die Ringöffnung überbrückenden Rippen nicht durch die Ringöffnung zurückgestülpt
werden könnte. Bei diesem bekannten Rückschlagventil tritt also das der Erfindung
zugrunde liegende Problem gar nicht auf.
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Wenn ein Durchgangsventil dieser Bauart gegen einen hohen Betriebsdruck
absperren soll, muß auch für das Andrücken des hülsenförmigen Verschlußstückes an
den Einsatzkörper ein hoher Steuerdruck angewendet werden. Herrscht .nun in dem
durch das Ventil abgesperrten Teil des Leitungssystems nach dem Absperren nur ein
geringer Druck oder sogar der Druck Null oder ein Unterdruck, dann besteht die Gefahr,
daß das an den Einsatzkörper angepreßte hülsenförmige bzw. schlauchartige Verschlußstück
in dem diesem Leitungsteil zugekehrten Bereich durch den Steuerdruck, der auf den
im anderen Leitungsteil herrschenden hohen Betriebsdruck abgestellt ist, in die
Ringöffnung hineingepreßt wird. Dabei wird das Verschlußstück gelängt, was zur Folge
hat, daß die an der Innenseite des Verschlußstückes vorgesehenen Längsschlitze sich
wieder etwas aufweiten und dadurch das Schlauchabsperrventil leck wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der obenrgenannten
Art so zu gestalten, daß es für hohen Betriebsdruck geeignet ist.
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Diese Aufgabe soll gemäß der Erfindung dadurch gelöst werden, daß
zur Stützung des Verschlußstückes an der Einspannstelle am Gehäuse ein sich axial
erstreckender Kragen vorgesehen, das Verschlußstück an seiner dem bzw. jedem Kragen
des Gehäuses benachbarten Stelle eine Verdickung in Form eines Ringwulstes zum Verschließen
des Ringkanals
hat und daß der unmittelbar an den Kragen anschließende
Teil der Verdickung des Verschlußstückes von Längsschlitzen unberührt bleibt.
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Wenn bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Rückschlagventil
oder Schlauchabsperrventil auf das hülsenförmige Verschlußstück ein großer Rückdruck
bzw. großer Steuerdruck wirkt, wird sich zunächst der in Längsrichtung geschlitzte
Bereich des Verschlußstückes mit einem immer größer werdenden Teil an den Einsatzkörper
anlegen. Steigt der Druck noch weiter, so wird die ungeschlitzte ringwulstförmige
Verdickung nach innen gedrückt, bis sie in ihrer Endstellung die Ringöffnung zwischen
dem Gehäusekragen und dem Einsatzkörper wie ein Ringstopfen verschließt. Da die
Verdickung des Verschlußstückes ungeschlitzt ist, besteht bei einem Rückschlagventil
nicht die Gefahr, daß das Verschlußstück unter der Wirkung eines sehr hohen Gegendrucks
durch die Ringöffnung hindurchgestülpt wird. Bei einem gemäß der Erfindung gestalteten
Schlauchabsperrventil kann zwar infolge eines hohen Steuerdrucks das Verschlußstück
im mittleren Bereich in Längsrichtung gestreckt werden, so daß sich die Längsschlitze
öffnen. Dies hat aber keinen Einfluß auf die Dichtheit des Ventils, da die Abdichtung
bei hohen Drücken von der als Ringstopfen wirkenden ungeschlitzten Verdickung des
Verschlußstücks sichergestellt wird. Die Praxis hat gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung der Ventile der höchstzulässige Betriebsdruck nicht mehr durch das elastische
Verschlußstück, sondern durch die Festigkeit des Gehäuses gegeben ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Außenwand des hülsenförmigen Verschlußstückes
im Bereich der Verdickung derart erhaben gewölbt, daß auch bei dem im Betrieb höchstmöglichen
Druck auf der Außenseite des Verschlußstückes im Axialschnitt gesehen eine Wölbung
erhalten bleibt. Dabei wird vorteilhafterweise die Verdickung nur an der Außenseite
vorgesehen. Dies hat zur Folge, daß im normalen Betrieb die wulstartige Verdickung
des Verschlußstückes mit ihrer Innenwand außerhalb des Ringquerschnittes liegt,
so daß beim Rückschlagventil zum Öffnen nur der geschlitzte und damit faltenbalgartig
wirkende Teil und die am Einsatzkörper an- . liegende dünnwandige Lippe aufgeweitet
werden muß. Bei Durchgangsventilen wird 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 Verdickung im Durchmesser zu verengen. Da eine
Verengung der wulstförmigen Verdickung erst auftritt, wenn der mit Längsschlitzen
versehene Teil der Membran am Einsatzkörper anliegt, besteht keine Gefahr, daß die
wulstförmige Verdickung beim Stauchen in Umfangsrichtung versucht, faltenähnliche
Auswölbungen zu zeigen bzw. an einzelnen Stellen auszuknicken. Da die außenliegende
Verdickung keinen Einfluß auf die Strömung hat, tritt durch die walstförmige Verdickung
im Normalbetrieb in der mit dem Ventil versehenen Leitung auch keine Erhöhung des
Druckverlustes auf.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. F i g. 1 zeigt ein Rückschlagventil
gemäß der Erfindung; die Membran ist in ihrer Ruhelage dargestellt; F i g. 2 zeigt
das gleiche Ventil wie F i g. 1 mit der voll geöffneten Membran; F i g. 3 zeigt
das Ventil nach F i g. 1 bei einem großen Rückdruck: F i g. 4 zeigt ein Rückschlagventil
in gleicher Darstellung wie in F i g. 1, bei welcher die Membran eine etwas abgewandelte
Gestalt hat, und F i g. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Durchgangsventil.
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Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Rückschlagventil hat ein geteiltes
Gehäuse mit den Teilen 1 und 2. In dem vorderen Gehäusekörper 1 ist ein stromlinienförmig
ausgebildeter zweiteiliger, insgesamt mit 6 bezeichneter Einsatzkörper angeordnet.
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Der Ringkanal 13 zwischen dem Gehäuseteil 1 und dem Einsatzkörper
6 bildet die eigentliche Ventilöffnung. Für den Abschluß der Ventilöffnung
13 dient ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnetes hülsenförmiges
elastisches Verschlußstück. Dieses besteht im wesentlichen aus einem zwischen den
beiden Gehäusekörpern 1 und 2 eingeklemmten Befestigungsflansch 15, einem im allgemeinen
kegelförmigen Mittelteil 16 und einer am freien Ende der Membran liegenden Lippe
17. Das Verschlußstück 14 ist in F i g. 1 in Ruhestellung dargestellt, die der Form
entspricht, welche es beim Vulkanisieren erhält. Nur die Lippe 17 entspricht in
F i g. 1 nicht der Form, die sie beim Vulkanisieren erhalten hat. Die letztere ist
gestrichelt bei 17' dargestellt. Beim Einbau des Verschlußstückes in das Ventil
ist die Lippe 17 etwas erweitert, so daß sie den Einsatzkörper 6 mit geringer Spannung
umschließt. Das im Gehäuse verankerte Ende des Verschlußstückes ist von einer kragenartigen
Schulter 21 am Gehäuseteil 1
unterstützt. Der Mittelteil
16 des Verschlußstückes ist mit einer nach außen weisenden Verdickung 18
versehen. Außerdem hat der Mittelteil 16, um ein radiales Aufweiten des Verschlußstückes
unter der Wirkung der durch das Ventil strömenden Flüssigkeit zu ermöglichen, über
den ganzen Umfang abwechselnd innen und außen vorgesehene Schlitze oder Ausnehmungen,
die in der der Ruhelage entsprechenden, beim Vulkanisieren erhaltenen Form etwa
eine Breite von 1 mm besitzen. Der unmittelbar der Schulter 21 benachbarte Teil
16 a der Verdickung 16 ist jedoch ungeschlitzt. Der in F i g. 1 dargestellte
Axialschnitt des Ventils ist durch die Mitte eines äußeren Schlitzes des Verschlußstückes
14 geführt. Der Grund des. äußeren Schlitzes ist mit 19 bezeichnet. Die Tiefe
des inneren Schlitzes ist durch den gestrichelt dargestellten Grund 20 kenntlich
gemacht.
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Unter der Wirkung einer von links nach rechts durch das Ventil strömenden
Flüssigkeit weitet sich der Mittelteil 16 des Verschlußstückes
14 auf und nimmt dann eine Gestalt an, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist.
Da das Material des Verschlußstückes verhältnismäßig weich ist und dessen Lippe
17 nur geringe Wandstärke besitzt, kann dieses ohne nachteiligen Druckverlust im
Ventil ausreichend aufgeweitet werden.
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Sobald die Strömung von links nach rechts aufhört, nimmt das Verschlußstück
14 wieder die in F i g. 1 dargestellte Ruhelage ein, bei welcher die Lippe
17 mit geringer Spannung am Einsatzkörper 6
anliegt.
Tritt nun an der Austrittsseite des Ventils ein gegenüber dem Druck an der Eintrittsseite
erhöhter Druck auf, so wird der Mittelteil des Verschlußstückes 14 gegen den Einsatzkörper
gedrückt. Die Schulter 21 am Gehäuseteil 1 stützt dabei das Verschlußstück ab. Die
Verdickung 18 verhindert, daß der Mittelteil des Verschlußstückes mit der Lippe
17 unter der Wirkung eines stark erhöhten Rückdruckes rückwärts durch die Ventilöffnung
13 hindurchgestülpt werden könnte.
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In F i g. 3 ist die Gestalt des Verschlußstückes dargestellt, die
es einnimmt, wenn der Rückdruck ganz beträchtliche Werte annimmt. Bei einer Versuchsanlage,
die über 100 kg/cm2 erzeugen kann, hat das Verschlußstück etwa eine Gestalt
gezeigt, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Bei einer zur Erprobung der Betriebssicherheit
vorgenommenen sehr häufigen Betätigung mit einem Rückdruck, wie er maximal in der
Anlage zu erzeugen war, blieb das Verschlußstück intakt. Die bei Ruhelage des Verschlußstückes
nach außen weisende Wölbung der Verdickung 18 war bei dem Versuch, wie in F i g.
1 gezeigt, so gestaltet, daß bei der in F i g. 3 dargestellten Lage noch eine leichte
Wölbung vorhanden blieb.
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Die Verdickung 18 des Verschlußstückes wirkt sozusagen als Stöpsel
auf den Ringkanal 13. Das Hindurchpressen der Verdickung 18 durch diesen
Kanal 13 unter der Wirkung eines stark erhöhten Gegendruckes wird also einmal
durch die Größe des Volumens der Verdickung 18 in bezug auf den Querschnitt des
Kanals 13 verhindert. Weiterhin erschwert die Schulter 21 eine Verformung des Mittelteils
16 in die Öffnung 13 hinein, und endlich erschweren auch die Nuten 22 in der Oberfläche
des Einsatzkörpers 6 das Gleiten des Verschlußstückes auf der Oberfläche des Einsatzkörpers
6.
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Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform ist an der Innenseite
des Verschlußstückes eine Schulter 23 vorgesehen, die bei einem erhöhten Rückdruck
mit der Schulter 21 des Gehäuses zusammenwirkt. Diese Ausführungsform des Verschlußstückes
ist besonders für größere Nennweiten mit einer größeren Weite der Öffnung 13 geeignet.
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Bei dem in F i g. 5 gezeigten, gemäß der Erfindung ausgebildeten Schlauchabsperrventil
besteht das Ventilgehäuse aus den Endteilen 31 und 32 sowie dem Mittelteil
33. Der zwischen einem stromlinienförmigen Einsatzkörper 35 und den Gehäuseteilen
31 und 32 bestehende Ringraum stellt die eigentliche Ventilöffnung dar, welche von
dem hülsenförmigen oder schlauchförmigen Verschlußstück 37 verschlossen werden kann.
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In dem Oberteil der F i g. 5 ist das Verschlußstück 37 in seinem Ruhezustand
dargestellt, d. h. in der Lage, welche es einnimmt, wenn die Drücke auf allen Seiten
gleich sind. Diese Gestalt entspricht derjenigen Gestalt, die das Verschlußstück
beim Vulkanisieren erhält. An seinen Enden hat es radial gerichtete Teile 38, die
an ihrem Umfang einen Bund 39 aufweisen. Die Bunde 39 sitzen in entsprechenden Vertiefungen
der Gehäuseteile 31 und 32 und dienen zur Verankerung des Verschlußstückes im Gehäuse.
Außerdem ist es an beiden Enden durch Gehäuseschultern 40 abgestützt. Der Mittelteil
des Verschlußstückes 37 dient für den Abschluß der ringförmigen Öffnung zwischen
Einsatzkörper 5 und dem umgebenden Gehäuse. Um eine Verringerung des Durchmessers
des Mittelteiles 42 des Verschlußstückes unter Wirkung eines in die Kammer 43 auf
der Rückseite des Verschlußstückes eingeführten Druckmittels zu ermöglichen, ist
dieser Teil des Verschlußstückes mit über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten,
abwechselnd innen und außen vorgesehenen Schlitzen versehen. Der in F i g. 5 dargestellte
Axialschnitt ist durch die Mitte eines außenliegenden Schlitzes geführt. Die Linie
44 stellt den Grund des äußeren Schlitzes dar, während die gestrichelt gezeichnete
Linie 45 den Grund eines inneren Schlitzes wiedergibt. Bei der von äußeren Kräften
unbeeinflußten Gestalt des Verschlußstückes haben die Schlitze, im Querschnitt gesehen,
nach außen divergierende Wände, und zwar ist die Divergenz derart gewählt, daß bei
einer radialen "Verengung des Mittelteils 42 des Verschlußstückes unter der Wirkung
eines in die Kammer 43 eingeführten hydraulischen Druckes bei Anlage des Mittelteiles
an den Einsatzkörper 35 die Wände der inneren und äußeren Schlitze zur gegenseitigen
Anlage kommen.
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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 des Verschlußstückes zum Absperren der Ventilöffnung
an den Einsatzkörper 35 zur Anlage gebracht wird. Wenn im Leitungssystem hohe Betriebsdrücke
vorhanden sind, muß auch ein entsprechend hoher Druck in die Kammer 43 eingeführt
werden. Die Gefahr, daß hierbei das Verschlußstück im Bereich seiner Enden durch
eine oder beide ringförmigen Öffnungen zwischen Einsatzkörper 35 und Gehäuseteil
31 bzw. 32 hindurchgepreßt wird, ist bei der Gestaltung gemäß der Erfindung dadurch
wirksam verhindert, daß die den Abschluß dieser ringförmigen Öffnungen bewirkenden
Teile des Verschlußstückes jeweils mit einer ungeschlitzten Verdickung 46 versehen
sind, deren Abmessung derart gewählt ist, daß sie die Wirkung eines Stöpsels hat,
der auch unter der im Betrieb möglichen größten Druckdifferenz zwischen Kammer 43
und Ventilgehäuse-Innenraum nicht durch die Ringöffnung hindurchgepreßt werden kann.
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Die Verdickung 46 ist an der Außenwand des Verschlußstückes vorgesehen
und ist derart erhaben ausgebildet, daß sie auch in der der größtmöglichen Druckbelastung
entsprechenden Stellung des Verschlußstückes, wie in F i g. 5 in der unteren Hälfte
wiedergegeben, leicht erhaben bleibt. Dadurch ist sichergestellt, daß in der Oberfläche
des Verschlußstückes keine Zugspannungen auftreten, welche seine Lebensdauer herabsetzen
würden. Wirksam unterstützt wird die Stöpselwirkung dieses verdickten Teiles 46
des Verschlußstückes 37 durch die an seiner Innenseite vorgesehene Schulter 47,
die mit der Gehäuseschulter 40 zusammenwirkt.