DE2617721A1

DE2617721A1 - Steuerventil fuer gasfoermige und fluessige medien

Info

Publication number: DE2617721A1
Application number: DE19762617721
Authority: DE
Inventors: Lothar Petzsch; Alfred Rentel
Original assignee: Seitz-Werke GmbH
Current assignee: Seitz-Werke GmbH
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1977-11-03
Also published as: ES457252A1; GB1571324A; DE2617721B2; US4135699A; BR7701858A; FR2349086A1; BE853674A; NL7700740A; IT1086807B; JPS52131215A

Description

Seitz-Werke G.m.b.H., 6559 Bad Kreti-snacb

P 2467 / G 2468 (Pat: Rf/¥ - 22.04.1976) * //21

Steuerventil für gasförmige und flüssige Medien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für gasförmige und flüssige Medien, bei dem die das Medium führenden Kanäle im Ventilgehäuse zu mindestens einer Ventilkammer geführt sind, in der ein den Durchgang für das Medium öffnender und schließender Ventilstift axial beweglich angeordnet ist. Ein solches Steuerventil ist bevorzugt für die Benutzung bei Gefäßfüllmaschinen gedacht, insbesondere zum Absperren der Gasleitungen von Gegendruck-Füllelementen.

Bei bekannten Steuerventilen dieser Art ist der Ventilstift direkt absperrendes Element in der Ventilkammer. Hierzu sind zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilstift wirkende Abdichtungselemente erforderlich, die entweder als O-Ring-Dichtungen in das Ventilgehäuse eingesetzt (DT-OS 20 62 669) oder als Dichtungsringe auf dem Ventilstift befestigt sein können (DT-PS 1 121 495). In beiden Fällen kommt das zu steuernde Medium, sei es Spanngas, Rückgas, das Füllgut oder Reinigungsflüssigkeit, direkt mit der Oberfläche des Ventilstiftes in Berührung, was für das Stiftmaterial, die Leichtgängigkeit des Stiftes oder auch für die Medien nachteilig ist· Außerdem unterliegen die zwischen dem Ventilstift und dem Ventilgehäuse wirksamen Dichtungen erhöhtem Verschleiß, so daß das zu steuernde Medium dazu neigt entweder innerhalb des Steuerventils auch in der Schließstellung in mehr oder weniger großen Mengen von einem Kanal in den anderen überzutreten oder aus dem Ventilgehäuse rings um den Ventilstift auszulecken,

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Steuerventil der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem das zu steuernde Medium in keinerlei Berührung mit der Oberfläche des Ventilstiftes kommt und außerdem die vor-erwähnten Material- und Abdichtungsschwierigkeiten behoben sind. Hierbei soll das Steuerventil einen einfachen Aufbau aufweisen und leicht betätigbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ventilkammer durch mindestens eine Vertiefung in der Umfangswand der Axialführung des Ventilstiftes gebildet ist, in die die das Medium führenden Kanäle münden, daß die Ventilkaimner mittels einer mit Rückstellkraft ausgestatteten Membran unter Einhaltung eines nach den Mündungen der Kanäle hin abgedichteten Hohlraumes abgedeckt ist und daß der Ventilstift an der Membran axial vorbeigleitet und mit Einrichtungen zum Eindrücken der Membran in den Hohlraum in einer Axialstellung sowie zum Freigeben der Membran in anderer axialer Stellung versehen ist»

Bekannt sind bereits Membranschieber und Membranventile, deren Membrane mit einem im wesentlichen rechtwinklig zur Membranfläche verschiebbaren Kolben fest verbunden sind, um so durch die Betätigung des Kolbens entweder in den Durchgang des Schiebers bzw. Ventils eingepreßt oder herausgehoben zu werden. TJm solche bekannten Membranschieber und Membranventile in ihrer Schließstellung zu halten, muß der die Membran tragende Kolben mit selbstsperrender Betätigungseinrichtung ausgestattet sein (vergl. Lueger, Lexikon der Technik, Band 1, Seiten 313 und 31*0. Ein einfaches Betätigen durch axiales Verschieben eines Ventilstiftes

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im wesentlichen parallel zur Membranfläche ist bei diesen bekannten Membranschiebern und Membranventilen nicht möglich.

Gemäß der Erfindung ist die Membran an ihren Außenkanten mit sich am Boden der Ventilkammer abstützenden Widerlager- und Abdichtleisten und im mittleren Bereich ihrer dem Ventilstift zugewandten Seite mit einem an der Umfangsfläche des Ventilstiftes angreifenden Vorsprung versehen. Auf diese Weise bildet die Membran selbst eine besonders vorteilhafte Abdichtung der Ventilkammer und des von ihr in Verbindung mit der Ventilkammer gebildeten Hohlraumes gegenüber dem Bewegungsraum des Ventilstiftes. Außerdem kann auf diese ¥eise die Rückstellkraft der Membran auf einfachem Wege verbessert und verstärkt werden. Gemäß weitergehender Erfindung können die einander zugeordneten Ein- und Auslaßkanäle im Ventilgehäuse jeweils in Nachbarsclrft zu den gegenüberliegenden Seitenbegrenzungen der Ventilkammer in die Ventilkammer münden, wobei die Membran eine mittige, gegen den Boden der Ventilkammer zu drückende Abdichtleiste aufweisen kann. Auf diese Weise wird eine sichere Abdichtung zwischen den Ein- und Auslaßkanälen gewährleistet, ohne allzu große Betätigungsdrücke auf die Membran ausüben zu müssen. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann zwischen den einander zugeordneten Ein- und Auslaßkanälen im Boden der Ventilkammer eine Ringnut eingelassen sein, in die die Membran in Schließstellung des Ventils teilweise eindrückbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die die Ventilkammer bildende Vertiefung in der Umfangswand der Axialführung des Ventilstiftes im wesentlichen als Ringnut und die Membran als den Ventilstift in dem einen oder anderen Steuerbe-

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reich umgreifender elastischer Ring ausgebildet. Der Ventilstift selbst kann hierbei ein rotationssymmetrischer Körper sein. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Aufbau des Ventils besonders einfach, so daß bei Wartung des Ventils der Austausch der Membran leicht durchzuführen ist. Hierzu kann die ringförmige Membran durch mindestens eine in die die Ventilkammer bildende Gehäusebohrung eingesetzte, den Ventilstift führende Buchse gehalten werden, wobei die Buchse eine Fettkammer aufweisen kann. Auch der Ventilstift selbst kann bei dieser von der Erfindung bevorzugten Ausführungsform besonders einfach ausgebildet sein und einen verdünnten Steuerungsbereich für die OECensteuerung des Ventils aufweisen. Außerdem kann der Ventilstift benachbart zum verdünnten Offensteuerungsbereich mit einem etwas dickeren SchließSteuerungsbereich versehen werden. Zwischen beiden Steuerungsbereichen kann ferner eine zusätzliche Verdickung am Ventilstift vorgenommen werden, die dazu dient, den Ventilstift gegen unbeabsichtigtes Verstellen von der einen Steuerstellung zur anderen zu sichern. Ist hierbei der Ventilstift an beiden Enden verdickt ausgebildet, bilden vorzugsweise O-Ringe, die an beiden Stiftenden in £e eine angebrachte Nut eingesetzt sind, nachgiebige Endanschläge für den Ventilstift.

Einige Ausftihrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsforin des Steuerventils

gemäß der Erfindung in vertikalem Schnitt in Offenstellung;

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Fig. 2 das Steuerventil gemäß Fig. 1 in Schließstellung;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Steuerventils gemäß der Erfindung in vertikalem Schnitt;

Fig. h eine weitere Ausführungsform des Steuerventils in Verbindung mit einem Gegendruck-Füllelement im teilweisen vertikalen Schnitt.

Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 besitzt das Steuerventil ein Ventilgehäuse 10, das Kanäle 11 und 12 zum Einlaß und Auslaß eines zu steuernden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit, aufweist. Im Gehäuse 10 ist außerdem eine Ftihrungsbohrung 13 für das untere Ende eines Ventilstiftes 14 vorhanden, die im oberen Teil über eine hinterschnittene Schulter 15 in eine erweiterte Bohrung 16 übergeht. Im oberen Teil der erweiterten Bohrung 16 ist eine Buchse 17 eingesetzt und mittels eines in der Bohrung 16 angebrachten Innengewindes 18 mit dem Gehäuse 10 verschraubt. Die Buchse 17 dient als Führung für das obere Ende des Ventilstiftes und besitzt an ihrem in das Gehäuse 10 ragenden unteren Ende ebenfalls eine hinterschnittene Schulter 19· Beide Schultern 15 und 19 bilden zusammen mit der Umfangswand im unteren Bereich der erweiterten Bohrung 16 innerhalb des Gehäuses 10 eine Vertiefung gegenüber der Axialführung des Ventilstiftes 14, die eine Ventilkammer 20 ergibt. In die Ventilkammer 20, in die die Ein- und Auslaßkanäle 11 und 12 münden, ist eine ringförmige Membran 21 unter Einhaltung eines Hohlraumes 22 gegenüber den Mündungen der Kanäle 11 und 12 derart ein-

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gesetzt, daß der Hohlraum 22 gegenüber dem Bewegungsraum des Ventilstiftes 14 abgedichtet ist. Hierbei wird die Membran 21 weitestgehend von beiden Schultern 15 und 19 gehalten, zwischen denen sie unter leichter Verformung der gegenüberliegenden Ringflächen eingespannt ist. Versehen ist die Ventilkammer 20 ferner mit einer Ringnut 23, die zwischen den Mündungen der Ein- und Auslaßkanäle 11 und 12 in der Umfangswand der erweiterten Bohrung 16 eingelassen ist. Der Ventilstift 14 weist in Form einer die Membran 21 zentrisch durchsetzenden Einschnürung zwischen dem oberen und unteren Ende einen verdünnten Steuerungsbereich 2k und einen unmittelbar benachbarten kugelförmig ausgebildeten, im Durchmesser etwas größeren Steuerungsbereich 25 auf.

Fig. 1 zeigt das Ventil in Offenstellung, bei dem der Offensteuerungsbereich Zk des Ventilstiftes lh von der Membran 21 umgeben ist. Die hierbei weitestgehend unverformte Membran 21 läßt die Mündungen der Kanäle 11 und 12 offen, so daß das zu steuernde Medium vom Kanal 11 über den aufrechterhaltenen Hohlraum 22 in den Kanal 12 gelangen kann. Durch Eindrücken des Ventilstiftes I^ in Richtung des Pfeiles Z6 bis zum Anschlag des oberen Teiles des Ventilstiftes 14 an eine in der Buchse gebildete Innenschulter 27 nimmt das Ventil die in Fig. 2 gezeigte Schließstellung ein, wobei der kugelförmige Schließsteuerungsbereich 25 in das Innere der Membran 21 gelangt und diese verformt. Hierdurch wird die Membran 21 unter Aufhebung des die Verbindung zwischen den Kanälen 11 und 12 bewirkenden Hohlraumes 22 an die Umfangswand der Ventilkammer 20 gedrückt und im mittleren Bereich in die Ringnut 23 eingepreßt, so daß der Fluß des Mediums zwischen den Kanälen 11 und 12 unterbunden

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ist. In keiner Ventilstellung gelangt das Medium an den Ventilstift 14 und an dessen Führungen. Durch erneutes Eindrücken des Ventilstiftes 14 in Pfeilrichtung 28 gelangt anschließend der Offensteuerungsbereich 24 in die Offenstellung nach Fig. 1 zurück, wodurch der Fluß des Mediums hergestellt ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besitzt das Ventilgehäuse 10 ebenfalls Kanäle 11 und 12 zum Einlaß und Auslaß des zu steuernden Mediums. Wie angedeutet, können diese Kanäle 11 und 12 auch radial oder tangential in die Ventilkammer 20 münden. Bei der gezeigten Ausführung ist die Führungsbohrung 13 im Ventilgehäuse 10 an beiden Seiten mit einer erweiterten Bohrung 16 versehen, in die jeweils eine Buchse 17 eingesetzt ist. Die Schultern 15 der in der Gehäusemitte verlaufenden Führungsbohrung 13 sowie die Schultern 19 der Buchsen 17 sind ebenfalls hinterschnitten und bilden zusammen mit der Umfangswand jeweils einer erweiterten Bohrung 16 zwei übereinanderliegende Ventilkammern 20, in die je eine von den Schultern 15 und 19 gehaltene ringförmige Membran 21 mit Hohlraum 22 gegenüber den Mündungen der Kanäle 11 und 12 eingesetzt ist« Wie aus dem oberen Teil der Figur 3 ersichtlich, besitzt jede Membran 21 an ihren äußeren Umfangskanten je eine sich auf dem Boden der Ventilkammer/abstützende Widerlager- und Abdichtleiste 29 und im mittleren Teil ihrer Außenfläche eine weitere Abdichtleiste 30. Außerdem trägt jede Membran 21 an der dem Ventilstift 14 zugewandten Innenfläche einen an der Umfangsflache des Ventilstiftes 14 angreifenden Vorsprung 31 in Form eines Wulstes. Der Ventilstift 14 weist bei dieser Ventilausführung für die obere und untere Membran 21 nur einen verdünnten Offensteuerungsbereich 24 auf, der in der

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in Fig. 3 gezeigten Stellung mit der oberen Membran 21 zusammenwirkt, während die untere Membran 21 an einem vollen Bereich des Ventilstiftes 14 anliegt und sich dadurch in Schließstellung befinde t.

¥ie in Fig. 3 gezeigt, münden die Ein- und Auslaßkanäle 11 und 12 für das Medium einander gegenüberliegend jeweils an den Seitenbegrenzungen der Ventilkammern 20, so daß bei der im unteren Teil der.Fig. 3 gezeigten Schließstellung der Membran 21 durch die Abdichtleiste 30 ein vollständiger Abschluß zwischen den beiden einander zugeordneten Kanälen 11 und 12 besteht.

Fig. -4 zeigt als praktischen Anwendungsfall mehrere zu einer Ventilgruppe zusammengefaßte Ventile gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem teilweise dargestellten Gegendruckfüllelement für Gefäß-Füllmaschinen, von dem das Elementengehäuse mit 4o, das unter Federeinwirkung stehende und im Gehäuse 4o höhenbeweglich gelagerte Flüssigkeitsventil mit 41, das Füllrohr mit 42 und die von einer Spanngasquelle kommende und über eine Gefäßzentrierung 43 in ein angepreßtes Gefäß mündende Spanngasleitung mit 44 bezeichnet ist. Hierbei ist die Spanngasleitung 44 an die Ein- und Auslaßkanäle 11 und 12 des linksseitig angeordneten Ventils angeschlossen, das axial geschnitten ist und in der Schließstellung steht. Das dem linksseitigen Ventil entsprechende, ebenfalls axial geschnittene mittlere Ventil sowie das mit teilweise weggebrochener Gehäusewand dargestellte rechtsseitige Ventil stehen jeweils in Offenstellung und sind ebenfalls mit zugeordneten Ein- und Auslaßbohrungen an nicht gezeigte Gasleitungen des Füllelements angeschlossen. Die die Ventilkammer 20 aufnehmende erweiterte Bohrung 16 ist bei jedem Ventil der Ventilgruppe von durchgehend gleicher Weite.

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Sie besitzt lediglich zwei Ringnuten jeweils zur Aufnahme eines an den Widerlagerleisten 29 der jeweiligen Membran 21 angebrachten Dichtungswulst 32. In die Bohrung 16 ist ebenfalls von jeder Seite des Gehäuses 10 her eine Buchse 17 eingesetzt und mittels Schrauben 33 gehalten. Jede Buchse 17 besitzt im Inneren eine Kammer 3k mit Fettfüllung zur Schmierung des Ventilstiftes 14. Die Länge der Buchsen 17 ist derart bemessen, daß ihre im Gehäuse 10 befindlichen Stirnseiten mit einem Zwischenabstand einander gegenüberstehen. Außerdem ist der äußere Buchsenumfang im Bereich der Stirnseiten abgesetzt und in Richtung der Stirnseiten zu konisch verjüngt. Der abgesetzte und verjüngte Teil der sich gegenüberstehenden Buchsen 17 bilden zusammen mit der Umfangswand der Bohrung 16 die Ventilkammer 20 im mittleren Bereich des Ventilgehäuses 10, in die die ringförmige Membran 21 unter Bildung des Hohlraumes 22 eingesetzt ist und von den Buchsen 17 gehalten wird.

Unterschiedlich zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 ist beim Ventilstift Ik der Fig. k der zur Offensteuerung des Ventils dienende Bereich Zk zylindrisch verdünnt und der für die Schließstellungssteuerung des Ventils bestimmte Bereich 25 ebenfalls im wesentlichen zylindrisch, jedoch mit größerem Durchmesser ausgebildet. Zwischen beiden Bereichen Zk und 25 ist ein zusätzlicher Wulst 35 angeordnet, der verhindert, daß der Ventilstift 14 ungewollt aus der einen Steuerstellung in die andere gelangt, insbesondere von der Schließstellung in die Offenstellung. Außerhalb des eigentlichen Steuerbereiches Zk, 25» 35 sind die freien^im Durchmesser vergrößerten Enden der Ventilstifte Ik bei den Ventilausführungen der Fig. 3 und k mit je einem in einer Nut 36 ein-

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sitzenden O-Ring 37 versehen. Die O-Ringe 37 bilden zusammen mit dem über den Ventilstift 14 gleitenden ¥ulst 31 der Membran 21 einen nachgiebigen Endanschlag für die jeweilige Steuerstellung des Ventilstiftes 14. Bei allen drei Ausführungsformen wird eine sichere Ventilsteuerung, leichte Betätigbarkeit des Ventils und geringer Verschleiß an den Ventilteilen erreicht. Das vom Ventil gesteuerte Medium gelangt nicht an den Ventilstift und kannteshalb auch nicht längs des Ventilstiftes auslecken.

Die Membranen 21 können aus einem dem jeweiligen Medium angepaßten elastischen Material, vorzugsweise aus Kunststoff oder Gummi, bestehen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche;

. )J Steuerventil für gasförmige und flüssige Medien, bei dem die das Medium führenden Kanäle im Ventilgehäuse zu mindest einer Ventilkammer geführt sind, in der ein den Durchgang für das Medium öffnender und schließender Ventilstift axial beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammer (20) durch mindestens eine Vertiefung in der Umfangswand der Axialführung des Ventilstiftes (i4) gebildet ist, in die die das Medium führenden Kanäle (11, 12) münden, daß die Ventilkammer mittels einer mit Rückstellkraft ausgestatteten Membran (21) unter Einhaltung eines nach den Mündungen der Kanäle hin abgedichteten Hohlraumes (22) abgedeckt ist und daß der Ventilstift an der Membran axial vorbeigleitet und mit Einrichtungen (17» 25) zum Eindrücken der Membran in den Hohlraum in einer Axialstellung und Einrichtungen (16, Zh) zum Freigeben der Membran in anderer axialer Stellung versehen ist.

2.) Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (21) an ihren Außenkanten mit sich am Boden der Ventilkammer (20) abstützenden ¥iderlager- und Abdichtleisten (29) und im mittleren Bereich ihrer dem Ventilstift (14) zugewandten Seite mit einem an der Umfangsfläche des Ventilstiftes angreifenden Vorsprung (31) versehen ist.

3.) Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugeordneten Ein- und Auslaßkanäle (11, 12) jeweils in Nachbarschaft zu den gegenüberliegenden Seitenbegrenzungen der Ventilkanuner (20) in die Ventilkammer münden und die Membran (21) eine mittige, gegen den Boden der Ventil-

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kammer andrückbare Abdichtleiste (30) aufweist.

h.) Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander zugeordneten.Ein- und Auslaßkanälen (11, 12) im Boden der Ventilkammer (20) eine Ringnut (23) eingelassen ist, in die die Membran (21) in Schließstellung des Ventils teilweise eindrückbar ist.

5.) Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurcfygekennzeichnet, daß die die Ventilkammer (20) bildende Vertiefung in der Umfangswand der Axialführung des Ventilstiftes (14) im wesentlichen als Ringnut und die Membran (21) als elastischer Ring ausgebildet sind, die den Ventil«tift in dem einen oder anderen Steuerbereich umgibt.

6.)Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Membran (21) durch mindestens eine den Ventilstift (14) führende Buchse (17) gehalten ist, die in die die Ventilkammer (20) bildende Gehäusebohrung (16) eingesetzt ist.

7*) Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (17) mit einer Fettkammer (34) versehen ist.

8.) Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstift (i4) einen verdünnten Steuerungebereich (24) für die Offensteuerung des Ventils aufweist.

9·) Steuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ■r Ventilstift (14) benachbart zum verdünnten OfTeneteuerungsbereich (24) einen im Durchmesser größeren Schli«ßet*u·- rungeber«*1ch \i5^ aufweist.

10.) Steuerventil nach Anspruch 9f dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstift (14) zwischen beiden Steuerungsbereichen (2k₃Z5) einen zusätzlichen Wulst (35) aufweist.

11.) Steuerventil nach einem der Ansprüche 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstift (i*l·) an beiden Enden mit vergrößertem Durchmesser ausgebildet ist und an den Enden je einen in eine Nut (36) eingesetzten O-Ring (37) als Endanschlag aufweist.

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