DE2436042A1

DE2436042A1 - Ventilkegeldichtung fuer absperrhaehne

Info

Publication number: DE2436042A1
Application number: DE19742436042
Authority: DE
Inventors: Daniel Dewavrin; Janusz Nitecki
Original assignee: Piel SA Ets P
Current assignee: Piel SA Ets P
Priority date: 1973-08-07
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1975-04-17
Also published as: FR2240390B1; FR2240390A1

Description

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Etablissements P. Piel S.A.

48, ruo du Faubourg Saint-Denis

75010 - Paris (Frankreich)

Ventilkegeldichtung für Absperrhähne

Die Erfindung betrifft eine Ventilkegeldichtung von allgemein zylindrischer Formgebung für Absperrhähne, welche an einem metallischen Ventilkegelträger befestigbar ist.

Die bekannten Ventilkegeldichtungen aus elastomeren Werkstoffen lassen sich allgemein in drei Hauptgruppen einteilen:

1) Zylindrische Ventilkegeldichtungen mit ebener, kreisrunder Außenfläche, welche in einem metallischen Ventilkegelträger gehalten sind und teilweise in eine ebenfalls zylindrische Sitzausnehmung des Ventilkegelträgers eingreifen.

2) Zylindrische Ventilkegeldichtungen mit ebener, kreisförmiger Außenfläche, welche an einem metallischen Ventilkegelträger beispielsweise vermittels einer Befestigungsschraube gehalten sind.

3) Zylindrische Ventilkegeldichtungen mit gewölbter, kreisrunder Außenfläche, welche zur Ventilsitzöffnung hin konvex vorgewölbt ist, wobei die an dem Ventilkegelträger befestigte Dichtung teilweise in eine ebenfalls zylindrische Sitzausnehmung des Ventilkegelträgers eingreift.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß das Absperrglied in

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Absperrhähnen als "Ventilkegel" bezeichnet wird, auch wenn dieser einen Kegelwinkel von 180° auf v/eist, d.h. plattenförmig ausgebildet ist.

Bekanntlich ist mit sämtlichen bekannten Ventilkegeldichtungen für Ab3perrhähne kein geräuschloser Flüssigkeitsdurchtritt möglich. Eine erste Ursache für das Entstehen von Geräuschen ergibt sich durch Kavitation,, welche im Bereich der Ventilkegeldichtung auftritt. Die auf diese Erscheinung zurückzuführenden Geräuschursachen lassen sich durch entsprechende Maßnahmen weitgehend beseitigen, wobei jedoch ein Druckverlust am Auslaß des Absperrhahns in Kauf genommen werden muß.

Die auf Kavitationserscheinungen zurückzuführenden Geräuschursachen lassen sich zwar nicht ganz beseitigen, jedoch weitgehend vermindern. Im Gegensatz dazu sind die Geräusche hydraulischen Ursprungs im Bereich des Engpasses zwischen Ventilsitz und Ventilkegeldichtung stärker in den Vordergrund getreten, und die Behebung dieser Geräuschursachen hat sich bislang als nahezu unmöglich erwiesen.

In einem Aufsatz "Grundlagen zur Geräuschminderung bei Wasserauslaufarmaturen", Gesundheitsingenieur, 1970, haben die Professoren K. Göselle und CA. Voigtsberger eine Pumperscheinung beschrieben, welche die Verfasser vermittels eines mit einem Frequenzanalysator gekoppelten Stroboskops beobachtet haben. Diese Erscheinung wird bei kleinen Öffnungsstellungen durch den Druckabfall hervorgerufen, welcher im Durchlaß am Ventilsitz auftritt und bewirkt, daß der Außenrand der Ventilkegeldichtung angesaugt wird. Der Außenrand verursacht seinerseits eine Durchsatzdrosselung, wodurch wiederum der Druckabfall verringert wird, was zur Folge hat, daß die Ventilkegeldichtung in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt und ein Pumpvorgang wiederum von neuem ausgelöst wird.

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Diese Erscheinung läßt sich jedoch nur für kleine Öffnungsstellungen, d.h. enge Durchlaßquerschnitte, beobachten und verschwindet j ri der voll geöffneten Stellung des Absperrhahns. Daboi ist jedoch zu beachten, daß die Durchflußmengenregelung vermittels Absperrhähnen in der Praxis nahezu ausschließlich in diesen teilweise geöffneten Stellungen erfolgt.

Aufgrund ihres Aufbaus setzen die bekannten Ventilkegeldichtungen diesen Beanspruchungen und Einflüssen einen unzureichenden Widerstand entgegen, und außerdem führt ihre Befestigung zu Spannungen innerhalb der Ventilkegeldichtungen, welche das Entstehen dieses Pumpeffekts noch stärker begünstigen. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß mit ein und derselben Ventilkegeldichtung, welche in einen Absperrhahn eingebaut ist, in Abhängigkeit von der durch die Befestigung bewirkten Zusammendrückung der Dichtung Schalldrücke hervorgerufen werden können, die durch entsprechenden Einspannoder Befestigungsdruck bis auf den doppelten Wert gesteigert sind.

Außerdem entwickeln bekannte Ventilkegeldichtungen in Form eines massiven Körpers im Laufe der Zeit Verschleißerscheinungen an der in Eingriff mit dem Ventilsitz kommenden Fläche, indem diese eingeschnitten oder abgeschert wird. In diesem Bereich werden bei Betätigung des Drehgriffs vermittels der Schraubenspindel sehr hohe Druck- oder Quetschkräfte erzeugt, zu welchen noch örtliche Ermüdungserscheinungen hinzukommen, welche durch die vorstehend beschriebenen Schwingungseffekte bedingt sind. Bei Versuchen zur Ermittlung der Standzeit bekannter Ventilkegeldichtungen wurde ermittelt, daß aufgrund des Verschleisscs Schalldrucksteigerungen um das eins- bis dreifache auftreten können.

Eine solche Qualitätseinbuße der Ventilkegeldichtung läßt sich teilweise durch entsprechende Formgebung des Ventilsitzes odor durch bessere Qualität dos Gummimaterials, aus dem die

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Dichtung hergestellt ist, hinauszögern, jedoch bei den bekannten Ausführungen von Ventilkegeldichtungen trotz Verwendung härterer Gummis nicht ganz ausschalten.

Durch die Erfindung soll nunmehr eine Ventilkegeldichtvmg geschaffen werden, welche nicht mit den vorstehend aufgezeigten Nachteilen behaftet ist, d.h. praktisch keine Geräuschentwicklung hervorruft und eine lange Standzeit aufweist.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Ventilkegeldichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem weichen, elastischen Werkstoff mit einer Formgebung besteht, welche bei geöffnetem Absperrhahn aufgrund der Beaufschlagung durch den Flüssigkeitsdruck eine gegenüber dem Ventilsitz konkav nach innen gewölbte St.irnsei.te aufweist.

Aufgrund der in der Öffnungsstellung erfolgenden Verformung der konkaven Stirnseite der Ventilkegeldichtung werden im Umfangsbereich der Dichtung zur Achse derselben hin gerichtete Radialspannungen erzeugt, welche entgegengesetzt sind den nach außen gerichteten, durch die Ansaugwirkung beim Flüssigkeitsdurchtritt erzeugten Kräften und somit den Pumpeffekt weitgehend unterbinden. Ein mit der erfindungsgemäßen Ventilkegeldichtung ausgestatteter Absperrhahn arbeitet absolut geräuschfrei und behält diese Eigenschaft auch im Laufe -derzeit bei.

Die Ventilkegeldichtung kann aus einem festen oder aus einem zellenförmigen Werkstoff hergestellt sein, welcher jedoch der Bedingung genügen muß, daß er eine ausreichend hoho Elastizität und Weichheit aufweist, welche eine konkave Vor formung der Dichtung gestattet.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung weist die Ventil-]-ogeldichtung wenigstens einen inneren Hohlraum und/oder

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wenigstens eine zu der auf dem Ventilkegelträger abgestützten .Seite, d.h. der dem Ventilsitz zugewandten Stirnseite abgev/nndten Seite hin offene mittige Ausnehmung auf, welche dazu dient, der zu dem Ventilsitz hin weisenden Stirnseite eine bestimmte Elastizität und Weichheit zu verleihen, so daß diese in der öffnungsstellung des Absperrhahns eine konkav nach innen gewölbte Formgebung annehmen kann.

Die erfindungsgemäße Ventilkegeldichtung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figuren 1 und 1A sind Axialquerschnitte durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Ventilkegeldichtung, jeweils in der Schließ- bzw. der Öffnungsstellung.

Figuren 2 , 3, 4 und 5 sind Axialquerschnitte weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilkegeldichtung.

Die in den Figuren 1 und 1A dargestellte Ventilkegeldichtung

1 nach der Erfindung besteht aus einem elastomeren Werkstoff und weist eine allgemein zylindrische Formgebung mit der Achse

2 auf. Die Ventilkegeldichtung 1 ist in einer Sitzausnehmung 4 des Ventilkegelträgers 3 befestigt und wird in der Schließstellung (Fig. 1) vermittels des Ventilkegelträgers 3 gegen einen Ventilsitz 5 angedrückt.

Entsprechend der Erfindung ist die Ventilkegeldichtung aus einem weichen, elastischen Werkstoff mit einer Formgebung hergestellt, welche aufgrund des in der Schließstellung (Fig. 1) herrschenden statischen Flüssigkeitsdrucks oder aufgrund des in der Öffnungsstellung (Fig. 1A) herrschenden dynamischen Flüssigkeitsdrucks eine Verformung der Ventilkegeldichtung gestattet. Zu diesem Zweck kann die Ventil-

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kegeldichtung 1 durchgehend aus einem massiven Körper von ausreichend hoher Weichheit und Elastizität hergestellt 3ein, welche aufgrund der Beaufschlagung durch den Flüssigkeitsdruck eine Verformung der zum Ventilsitz hin weisenden Stirnseite 1a nach innen gestatten, so daß diese gegenüber dem Ventilsitz 5 konkav nach innen gewölbt ist.

Die Verformung der Stirnseite 1a kann auch dadurch bewirkt werden, daß die Ventilkegeldichtung auf der zum Ventilkegelträger 3 hin weisenden Seite eine mittige Ausnehmung 6 aufweist, wobei in diesem Falle die Ventilkegeldichtung aus einem seitlichen Mantel besteht, welcher auf der Seite des Ventilsitzes 5 mit der Stirnseite 1a verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Ventilkegeldichtung bietet mehrere Vorteile. Aufgrund ihrer Formgebung verhält sie sich wie ein hydropneumatischer Stoßdämpfer, welcher Schwingungen gedämpft auf die verschiedenen mechanischen Elemente überträgt. In der Öffnungsstellung des Absperrhahns (Fig. 1A) führt die Verformung der zum Ventilsitz 5 weisenden Stirnseite 1a der Ventilkegeldichtung zur Ausbildung von zur Achse 2 hin weisenden Radialspannungen im Umfangsbereich der Ventilkegeldichtung, welche durch die Pfeile f angedeutet sind. Diese radialen Zugspannungen sind entgegengesetzt den durch die Pfeile f₁ und f₂ angedeuteten Kräften, welche aufgrund der beim Flüssigkeitsdurchtritt auftretenden Saugwirkung an der Außenseite'der Ventilkegeldichtung angreifen. Die Kraft f^ entsteht aufgrund des Druckabfalls im Durchlaß zwischen Ventilsitz 5 und Ventilkegeldichtung 1, während die Kraft f^ auf den Druckabfall zurückzuführen ist, welcher im hinter der Seitenfläche der Ventilkegeldichtung befindlichen Bereich herrscht. Die in der Ventilkegeldichtung erzeugten radialen Zugspannungen f bewirken daher eine Verringerung des Pumpeneffekts .

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Ein weiterer Vorteil der Ventilkegeldichtung besteht darin, daß die Verformung, welche die Dichtung beim Schließen erfährt, aufgrund des Vorhandenseins der zur Achse 2 hin gerichteten radialen Zugspannungen f stets zum Inneren des Ventilkegelträgers 3 hin gerichtet ist. Aus diesem Grunde ist die Seitenfläche der Ventilkegeldichtung 1 leicht nach innen, d.h. zur Achse 2 hin gewölbt, so daß beim Schließen des Ventils das Auftreten von Scherbeanspruchungen am Ventilsitzrand und Quetschungen der Ventilkegeldichtungslippe vermieden werden, da sich die Ventilkegeldichtung unter dem Anpreßdruck ungehindert zum Inneren des Ventilkegelträgers hin verformen kann. Diese Eigenschaft ist besonders interessant im Hinblick auf die Vermeidung von Geräuschentwicklung und die Standzeit der Ventilkegeldichtung, welche weit über der bekannter Ventilkegeldichtungen liegt. Versuche haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Ventilkegeldichtung auch nach 200 000 Betätigungsversuchen, welche entsprechend Norm NFD 18.201 ausgeführt wurden, keine Spuren von Verschleiß zeigt und gegenüber einer neuen Ventilkegeldichtung kein Auftreten einer Geräuschentwicklung zu beobachten ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform v/eist die Ventilkegeldichtung im Axialquerschnitt eine allgemein U-förmige Formgebung auf, wobei die Basis des "U" die zum Ventilsitz 5 hin weisende Stirnseite bildet, und die Schenkel des "U" gegen die Seitenwände der ebenfalls im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Sitzausnehmung 4 im Ventilkegelträger 3 gehalten sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Ventilkegeldichtung 7 ist im Axialquerschnitt allgemein H-förmig, wobei die Pfeiler 7a des "H" gegen die Seitenwände der Sitzausnehmung 4 im Ventilkegelträger 3 anliegen lind der Querbalken 7b des "H" die zum Ventilsitz 5 weisende Stirnseite bildet, welche unter Druckbeaufschlagung eine konkave Formgebung annimmt.

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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Ventilkegeldichtung 8 weist im Ruhezustand im Axialquerschnitt eine allgemein U-förmige Formgebung auf, wobei die Schenkel 8a des "U" in die Sitzausnehmung 4 eingreifen, und die Basis 8b des "U" eine gegenüber dem Ventilsitz konkave Kalotte bildet.

Die in Fig. 4 dargestellte Ventilkegeldichtung 9 ist im Axialquerschnitt ebenfalls U-förmig, wobei der seitliche Mantel 9a einen Ringwulst 9c aufweist, der in eine Ringnut 3a an der Sitzausnehmung 4 des Ventilkegelträgers 3 eingreift, welche nach außen hin durch eine Ringschulter 3b begrenzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Ventilkegeldichtung 9 formschlüssig in dem Ventilkegelträger 3 gehalten, und die Verbindungsstelle zwischen Ventilkegeldichtung und Ventilkegelträger befindet sich außerhalb des Durchflußbereichs .

Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist die Ventilkegeldichtung eine zum Boden der Sitzausnehmung 4 im Ventilkegelträger 3 hin weisende Ausnehmung 6 auf.

Selbstverständlich können die Außenseite der Ventilkegeldichtung und die Ausnehmung auch eine andere als die hier dargestellte Formgebung aufweisen.

So besteht beispielsweise die in Fig. 5 dargestellte Ventilkegeldichtung 10 aus einem elastischen Hohlkörper mit einem Innenhohlraum 11. Die Ventilkegeldichtung 10 kann auch mehrere, voneinander unabhängige oder in gegenseitiger Verbindung stehende innere Hohlräume von beliebiger Formgebung aufweisen und ggf. aus einem zellenförmigen Werkstoff hergestellt sein.

Sämtliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilkegeldichtung, unabhängig davon, ob diese einen inneren

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Hohlraum oder eine innere Ausnehmung aufweisen, sind hinter der Außenseite mit einem Hohlraum wie z.B. die Ausnehmung 6 oder dem Hohlraum 11 versehen.

Außerdem weist die Außenseite der Ventilkegeldichtung eine wesentlich geringere Dicke als die dünnsten bekannten Ventilkegeldichtungen auf. Daraus ergeben sich die Weichheit und Elastizität der zum Ventilsitz hin weisenden Außenseite der Ventilkegeldichtung, so daß sich diese aufgrund der Beaufschlagung durch den Flüssigkeitsdruck nach innen wölben und eine entsprechend konkave Formgebung annehmen kann.

- Patentansprüche: 509816/0673

Claims

Patentansprüche :

Π.J Ventilkegeldichtung von allgemein zylindrischer Form-• gebung für Absperrhähne, welche an einem metallischen Ventilkegelträger befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß diese Dichtung (1, 7, 8, 9, 10) aus einem weichen, elastischen Werkstoff mit einer Formgebung besteht, welche bei geöffnetem Absperrhahn aufgrund der Beaufschlagung durch den Flüssigkeitsdruck eine gegenüber dem Ventilsitz (5) konkav nach innen gewölbte Stirnseite (1a) aufweist.
2. Ventilkegeldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem einzigen, weichen, elastischen Körper, insbesondere aus einem zellenförmigen Werkstoff besteht, dessen zum Ventilsitz (5) hin weisende Stirnseite (1a) unter Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung nach innen einwölbbar ausgebildet ist.
3. Ventilkegeldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Innenhohlraum (11) und/ oder wenigstens eine zu der auf dem Ventilkegelträger (3) abgestützten Seite hin offene mittige Ausnehmung (6) aufweist,, welche dazu dient, der zum Ventilsitz (5) hin weisenden Stirnseite (1a) eine bestimmte Elastizität und Weichheit zu verleihen.
4. Ventilkegeldichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Axialquerschnitt eine allgemein ü-förmige Formgebung aufweist, wobei die Basis (8b) des "ü" die weiche, elastisch verformbare Stirnseite bildet und die beiden Schenkel (8a) des "U" wenigstens teilweise in eine

. Sitzausnehmung (4) des Ventilkegelträgers (3) eingreifen und in dieser gehalten sind.

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5. Ventilkegeldichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (8b) der im Querschnitt U-förmigen Ventilkegeldichtung gegenüber dem Ventilsitz (5) konkav zum Ventilkegelträger (3) hin gewölbt ist.
6. Ventilkegeldichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß sie formschlüssig im Ventilkegelträger (3) gehalten ist (Fig. 4).
7. Ventilkegeldichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie im Axialquerschnitt eine allgemein H-förmige Formgebung aufweist, wobei der Querbalken (7b) des "H" die weiche, elastisch verformbare Stirnseite bildet und die beiden Pfeiler (7a) des "H" wenigstens teilweise in eine Sitzausnehmung (4) des Ventilkegelträgers (3) eingreifen und in dieser gehalten sind.

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