DE19646275A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Ventile sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. So kommen sogenannte Klappen-, Schrägsitz- oder Geradsitzventile zum Einsatz.

Dabei ist eine sichere Absperrfunktion vom Zusammenwirken des Verschlußstückes mit dem Ventilsitz abhängig, hier insbesondere von deren Geometrie.

In jedem Fall wird beim Absperren auf das Verschlußstück durchflußseitig ein höhe­ rer Druck wirksam als abflußseitig.

Dieser Druckkraft wird rückseitig eine, beispielsweise durch eine Spindel aufge­ brachte Antriebskraft entgegengesetzt, dieser zur Optimierung der Dichtung das Ver­ schlußstück gleichmäßig auf den Ventilsitz gedrückt.

Prinzipbedingt ist eine solche gleichmäßige Kraftverteilung bei einem Geradsitzventil gewährleistet, da hier die Dichtfläche und die Antriebskraft unter einem Winkel von 90° zueinander stehen, wobei die Antriebskraft zentrisch am Verschlußstück angreift.

Eine recht günstige Kraft- bzw. Druckverteilung ist auch bei Schrägsitzventilen gege­ ben, wobei der Ventilsitz und das daran angepaßte Verschlußstück im gemeinsamen Berührungsbereich kegelförmig ausgebildet sind (EP 0 438 688).

Allerdings weisen sowohl das Geradsitzventil als auch das Schrägsitzventil Nachteile auf.

So sind bei dem Geradsitzventil hohe Widerstandsbeiwerte gegenüber fließenden Medien gegeben, während das Schrägsitzventil mit einem schrägen Kegelschnitt als Geometrie der Ventilabschlußelemente, zwar geringere Widerstandsbeiwerte auf­ weist, jedoch aufwendig in der Herstellung ist.

Weitere Nachteile des bekannten Schrägsitzventiles, bei dem die Mantellinie des kegelförmig ausgebildeten Ventilsitzes in einer gedachten Spitze mündet, wird bei zunehmender Steilheit der Anordnung im Gehäuse der sich ergebende elliptische Querschnitt schlanker.

Um die sich daraus ergebende Verschlechterung der Widerstandsbeiwerte zu mini­ mieren, wird der Kegelöffnungswinkel und einem flacheren Kegelschnitt entgegen­ gewirkt. Da dabei die äußeren Bauabmessungen des Ventiles zunehmen, ist auf­ grund zu beachtender Normen, durch die die Baumaße festgelegt sind, nur eine begrenzte Veränderung möglich. Hinzu kommt die bei einer größeren Abmessung des Ventiles sich zwangsläufig ergebende Kostensteigerung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der gat­ tungsgemäßen Art so zu gestalten, daß relativ unabhängig von der Geometrie des Ventilsitzes bzw. des Verschlußstücks eine Optimierung der Leistungsdaten bezüg­ lich der Durchflußmenge und der Widerstandsbeiwerte möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventil gelöst, das die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Definitionsgemäß ist ein Torus ein ringförmiges Gebilde, das entsteht, wenn eine Kreisfläche um eine außerhalb des Kreises liegende Achse rotiert.

Anstelle einer Kreisfläche kann der torusförmige Ventilsitz im Querschnitt auch an­ dere Geometrien aufweisen, beispielsweise eine Ellipse, Parabel oder Hyperbel (einschaliger Hyperbolid).

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß die Ausbildung als Kreisfläche, insbe­ sondere hinsichtlich der Fertigung ein Optimum darstellt.

Gegenüber einem kegelförmigen Ventilsitz bietet die torusförmige Ausgestaltung zusammen mit dem daran angepaßten Verschlußstück einen wesentlich verbesser­ ten Dichtkraftverlauf, woraus sich sowohl hinsichtlich der Dichtwirkung als auch hin­ sichtlich der konstruktiven Ausgestaltung (Dimensionierung) Vorteile ergeben.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß schräge, ebene Schnitte ellipsen­ förmige oder kreisförmige Innenkonturen ergeben. Hierdurch ist es möglich, in gewünschter Weise Durchflußquerschnitte auszubilden, die durch eine geringe Umlenkung des Durchflußmedium lediglich kleine Strömungswiderstände erzeugen.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Kreisflächendurchmesser sowie den Ringdurchmesser zu variieren, so daß die gesamte Sitzflächengeometrie sehr an die vorhandenen Anforderungen angepaßt werden kann.

Durch die Anordnung des Verschlußstückes, wobei dies in Verschlußstellung schräg zur Ebene des Ventilsitzes verläuft und das Verschlußstück im Berührungsbereich mit dem Ventilsitz dessen Kontur angepaßt ist, ergibt sich ein einseitiges Hintergrei­ fen des Verschlußstückes, das dazu führt, daß durch den durch das Durchflußme­ dium ausgeübten Druck das Verschlußstück an den Ventilsitz angepreßt wird, also dadurch die Dichtwirkung unterstützt wird.

Die im übrigen auf das Verschlußstück aufzubringenden Dichtkräfte werden durch eine an sich bekannte Spindel erzeugt, die jedoch vorteilhafterweise außermittig an dem Verschlußstück angreift, und zwar in dem der Hintergreifung gegenüberliegen­ den Bereich.

Aufgrund der veränderten Hebelwirkung sind geringere Spindelkräfte erforderlich als bei den bekannten Ventilen.

Ferner bringt die Erfindung mit sich, daß sich das Verschlußstück beim Verschließen selbsttätig zentriert. Naturgemäß kann dadurch auf eine aufwendige Führung des Verschlußstückes bzw. der Spindel verzichtet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Ventils in einer Seitenansicht.

In der Figur ist eine Zuflußleitung 1 sowie eine Abflußleitung 2 gezeigt, die in einem nicht näher dargestellten Gehäuse eines Ventils angeordnet sind und durch die ein Medium führbar ist.

Die Zuflußleitung 1 und die Abflußleitung 2 sind durch ein Verschlußstück 4 vonein­ ander trennbar, das im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 3 einen Durchfluß des Mediums verhindert.

Dabei ist das Verschlußstück 4 an einer Spindel 5 befestigt, durch die das Ver­ schlußstück 4 auf und nieder bewegbar ist.

Bei dem in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Ventil handelt es sich um ein Schrägsitzventil, bei dem der Ventilsitz 3 schräg zur Durchströmrichtung des Medi­ ums angeordnet ist. Die Spindel 5 verläuft senkrecht zur Durchflußrichtung.

Erfindungsgemäß ist der Ventilsitz 3 torusförmig ausgebildet, wobei er im Ausfüh­ rungsbeispiel durch einen Dichtring gebildet wird, dessen um laufender Ringkörper im Querschnitt die Form einer Kreisfläche 6 einnimmt.

Anstelle eines separaten Dichtrings, der vorzugsweise aus einem geeigneten Dicht­ material besteht, ist auch eine entsprechende Ausformung aus dem Gehäusematerial denkbar.

Gegenüber der Flächenebene des Ventilsitzes 3 ist die Flächenebene des Ver­ schlußstückes 4 schrägverlaufend, und zwar zur außermittig angeordneten Spindel 5 hin ansteigend.

Im Berührungsbereich mit dem Ventilsitz 3 ist das Verschlußstück 4 der Kontur des Ventilsitzes 4 angepaßt.

Aufgrund der torusförmigen Ausbildung des Ventilsitzes 3 einerseits und der Anord­ nung des Verschlußstückes 4 andererseits hintergreift das Verschlußstück 4 den Ventilsitz im unteren Bereich.

Dabei ergibt sich eine optimale Anlage in Verschlußstellung des Verschlußstückes dann, wenn dessen unterste Kante auf der Mittelachse der Kreisfläche 6 aufliegt, die parallel zur Längsachse der Zuflußleitung 1 verläuft.

Der durch das abgesperrte Druckmedium auf das Verschlußstück einwirkende Druck preßt das Verschlußstück 4 in unterstützender Weise selbstdichtend an den Ventilsitz 3.

Im oberen Bereich liegt die dem Innenraum des Ventilsitzes zugewandte Berüh­ rungskante des Verschlußstückes 4 gleichfalls auf einer Mittelachse der oberen Kreisfläche 6, die parallel zur Längsachse der Zuflußleitung 1 verläuft.

Selbst bei geringen, durch die Spindel aufgebrachten Gegenkräften wird eine opti­ male Dichtung zwischen dem Ventilsitz und dem Verschlußstück 4 erreicht.

Die sich ergebende konkave Ausformung des Verschlußstückes 4 im Anlagebereich mit dem Ventilsitz 3 und die gegenüber diesem schräge Stellung wird eine über den gesamten Umfang sich verändernde Form des Anlagebereiches des Verschlußstüc­ kes 4 erreicht, die dazu führt, daß das Verschlußstück 4 auch bei nicht exakter Füh­ rung immer die bestmögliche Dichtposition einnimmt.

Bezugszeichenliste

1

Zuflußleitung

2

Abflußleitung

3

Ventilkörper

4

Verschlußstück

5

Spindel

6

Kreisfläche.

Claims (5)

1. Ventil mit einem Gehäuse, das eine Zufluß- und eine Abflußleitung aufweist, die durch ein verstellbares Verschlußstück voneinander trennbar sind, wobei dies dann an einem Ventilsitz dichtend an liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (3) torusförmig ausgebildet ist und daß das im Berührungs­ bereich der Kontur des Ventilsitzes (3) angepaßte Verschlußstück (4) in Ver­ schlußstellung schräg zur Ebene des Ventilsitzes (3) verläuft.

2. Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Verschlußstück mittels einer Spindel auf und nieder bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (5) außermittel am Verschlußstück (4) befestigt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (3) auf seiner dem Verschlußstück (4) zugewandten Seite im Berührungsbereich mit diesem kreisbogenförmig ausgebildet ist.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiter in den Ventilsitz (3) ragende, an diesem anliegende Außenkante des Verschlußstüc­ kes (4) in Schließstellung auf der parallel zur Längsachse der Zuflußleitung verlaufenden Mittelachse der zugeordneten Querschnittsfläche des Ventilsit­ zes (3) aufliegt.

5. Ventil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geringer in den Ventilsitz hineinragende Außenkante des Verschlußstückes (4) auf der Mittelachse des zugeordneten Ventilsitzquerschnitts aufliegt, die parallel zur Längsachse der Zuflußleitung (1) verläuft.