DE2852439A1

DE2852439A1 - Kugelventil

Info

Publication number: DE2852439A1
Application number: DE19782852439
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1979-06-07
Also published as: US4226258A; FR2410772B1; JPS5825186B2; CA1104549A; IT1100450B; FR2410772A1; IT7830484A0; DE2852439C2; JPS5478528A

Description

-ι» η bf Patentanwälte:

TlEDTKE - DÜHLING - Ι\Ι^ΝΕ Dipl.-Ing. H.Tiedtke

G_n Dipl.-Chem. G. Bühling

RUPE - Ρ ELLMANN - ο r ο / ο Q ^DiP'-^|n9- ^R· ^Kme

8524Jy Dipl.-Ing. R Grupe

_ 5 _ Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.:089-539653

Telex: 5-24845 ti pat

cable: Germaniapatent München

4· Dezember 1978 B 9344 / case FP-3995

KOBE STEEL, LTD.
Kobe, Japan

Kugelventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelventil gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, bei dem eine Aufnahmehülse für einen Ventilsitz beim öffnen und Schließen einer Kugel zur Lösung des Ventilsitzes von der ümfangsflache der Kugel verschoben wird.

Bei bekannten Kugelventilen ist eine ringförmige Aufnahmehülse 3 für einen Ventilsitz in einem Durchflußkanal 2 eines Ventilgehäuses so angeordnet, daß die Aufnahmehülse 3 stromaufwärts und stromabwärts verschiebbar ist, und ein in der Aufnahmehülse 3 gelagerter Ventilsitz 4 gegen die Ümfangsflache einer Kugel 5

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Deutsche Bank (München) Kto. 61/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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zur Ausbildung einer fluiddichten Dichtung gedrückt wird (siehe Fig. 1). Der Ventilsitz 4 berührt in dieser Anordnung mit seinem gesamten Umfang den Umfang der Kugel 5 in völlig offener und geschlossener Stellung, in den dazwischen liegenden Dreh-Stellungen der Kugel 5 ist dies jedoch nicht der Fall. D.h. , daß ein Teil des Ventilsitzes 4 zwischen der völlig offenen und der völlig geschlossenen Stellung von der Kugel 5 getrennt ist und einer durch die Kugel 5 gebohrten öffnung 6 gegenüberliegt. Während auf diese Weise immer ein Teil des Ventilsitzes 4 mit dem Umfang der Kugel 5 in Berührung steht, trifft dies für den verbleibenden Teil des Ventilsitzes 4 nicht zu, wodurch diese beiden Teile infolge der unterschiedlichen Berührung mit der Umfangsfläche der Kugel 5 in unterschiedlichem Maß verschleissen oder beschädigt werden, was nach einer bestimmten Betriebszeit zu Undichtigkeiten in dieser Zone führen kann. Weiter wird während der Drehung der Kugel 5 ihre Umfangsfläche immer gegen zumindest einen Teil des Ventilsitzes 4 gedrückt, wodurch die Drehung der Kugel 5 ein großes Drehmoment und besonders, wenn der Ventilsitz aus Gummi oder anderem Material mit einem hohen Reibungskoeffizient besteht, ein Bedienungselement mit einer hohen Ausgangskraft für das öffnen und Schließen der Kugel 5 erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Kugelventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die oben erwähnten Nachteile der bekannten Ventile beseitigt werden, und ein Kugelventil geschaffen wird, das eine längere Betriebszeit aufweist und ein vermindertes Drehmoment zur Betätigung erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, d.h. durch ein Kugelventil, bei dem im stromaufwärtigen Durchflußkanal eines Ventilgehäuses eine Aufnahmehülse für einen Ventilsitz innerhalb eines bestimmten Bereichs längs der Bewegungsrichtung des Druckfluids vorwärts und rückwärts beweglich eingepasst ist. In einem Abschnitt eines mit-

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tels der hinteren Stirnfläche der Aufnahmehülse für den Ventilsitz und der inneren Wand des Ventilgehäuses gebildeten Raums ist eine abgedichtete Kammer ausgebildet. Das Ventilgehäuse ist mit einem Kanal versehen, der die abgedichtete Kammer und den stromaufwärtigen Durchflußkanal verbindet. Der Kanal wird mittels eines Steuerventils, das einen Fluidstrom vom stromaufwärtigen Durchflußkanal in Richtung der abgedichteten Kammer ermöglicht oder verhindert, geöffnet oder geschlossen, wodurch die auf die Aufnahmehülse für den Ventilsitz in Bewegungsrichtung des Druckfluids aufgebrachte Druckkraft des Druckfluids verändert wird. Wenn das Druckfluid in die abgedichtete Kammer eintreten kann, wird die Aufnahmehülse für den Ventilsitz und der Ventilsitz in der Bewegungsrichtung des Fluids verschoben, wodurch er mit dem Umfang der Kugel in Berührung kommt. Wenn andererseits das Druckfluid abgesperrt ist, werden die Äufnahmehülse für den Ventilsitz und der Ventilsitz in die der Fluidbewegung entgegengesetzten Richtung verschoben, wodurch sie vom Umfang der Kugel gelöst werden. Man sieht, daß die Bewegungsrichtung der Aufnahmehülse für den Ventilsitz nicht nur von der Fläche, sondern auch von der Richtung abhängig ist, in der der Druck des Druckfluids auf die Aufnahmehülse wirke, wenn das Druckfluid in dem stromaufwärtigen Durchflußkanal sowohl vorwärts und rückwärts in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fluids auf die Aufnahmehülse für den Ventilsitz wirkt.

Die abgedichtete Kammer des Kugelventils, die einen Teil der wirksamen Druckfläche darstellt, kann mittels des Steuerventils mit dem Druck des Druckfluids beaufschlagt oder nicht beaufschlagt werden. D.h., daß die Fläche, auf die der Druck des Fluids in Bewegungsrichtung des Fluids oder gegen die Kugel wirkt, wenn das Druckfluid in die abgedichtete Kammer fließt, so vergrößert wird, daß die die Aufnahmehülse für den Ventilsitz gegen die Kugel drückende Kraft insgesamt gesteigert wird und mit der in Gegenrichtung wirkenden Kraft nicht

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mehr im Gleichgewicht steht,so daß die Aufnahmehülse für den Ventilsitz in Richtung der Kugel verschoben wird. Andererseits wird, wenn das Druckfluid von der abgedichteten Kammer abgesperrt ist, die Druckfläche, auf die der Fluiddruck in Richtung der Kugel wirkt, entsprechend begrenzt, so daß die die Aufnahmehülse für den Ventilsitz in Richtung der Kugel drükkende Kraft insgesamt vermindert wird. Entsprechend wird der gegenüberliegende Druck größer, so daß die Aufnahmehülse für den Ventilsitz sich von der Kugel wegbewegt.

Ein Ventil mit der beschriebenen Konstruktion kann die Aufnahmehülse für den Ventilsitz vom umfang der Kugel beim öffnen und Schließen der Kugel wegbewegen. Das Öffnen und Schliessen kann daher mit einem äußerst geringen Drehmoment durchgeführt werden, da der Ventilsitz und die Aufnahmehülse für den Ventilsitz die Kugeloberfläche nicht berühren. Der Ventilsitz unterliegt während des Betriebs kaum einem Verschleiß. Weiter wird in vorteilhafter Weise der Ventilsitz äußerst gering an örtlich begrenzten Stellen verschlissen oder beschädigt, da der Ventilsitz in gleichmäßiger Berührung mit dem Umfang der Kugel unter gleichen Bedingungen steht, wodurch ein Undichtwerden verhindert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar- z5 gestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Teilansicht eines Kugelventils nach

dem Stand der Technik;
Fig. 2

und 4 geschnittene Teilansichten des erfindungsgemäßen Kugelventils;

Fig. 3A ein Schaltbild für den Antrieb einer Steuerventileinrichtung 41 und eines Bedienungselements 52;

Fig. 3B eine vergrößerte Schnittansicht der Steuerventileinrichtung 41; und

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Fig. 5

und 6 eine schematische und eine geschnittene Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Das in Figur 2 zum Teil im Schnitt dargestellte Kugelventil zeigt eine in einem Ventilgehäuse 10 drehbar gelagerte Kugel 11. In das Ventilgehäuse 10 ist eine ringförmige Aufnahmehülse 1 3 für den Ventilsitz rings um einen stromaufwärtigen Durchflußkanal 12 des Ventils eingepaßt. Die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz ist über einen bestimmten Bereich IL· in Längsrichtung X des Ventils frei verschiebbar und weist einen an ihrem vorderen Ende befestigten Ventilsitz 14 auf, der mit der ümfangsflache der Kugel 11 in Berührung kommt, wenn die Aufnahmehülse 13 wie in Fig. 2 nach links verschoben ist. Die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz umfaßt einen inneren Ring 13a, einen an die Außenfläche des inneren Rings 13a angepaßten äußeren Ring 13b und einen in eine am vorderen Ende der in der beschriebenen Weise angeordneten Ringe 13a und 13b befindlichen Rille eingepaßten Ventilsitz

14. Für Berührung mit der Ümfangsflache der Kugel 11 und zur Ausbildung einer Dichtung für das Fluid erstreckt sich der Ventilsitz 14 über die Rille 15 hinaus. Die vorderen Enden des inneren Rings 13a und des äußeren Rings 13b sind ebenfalls zur Anpassung an die ümfangsflache der Kugel 11 zu einer gleichflächigen Berührung gekrümmt.

Der äußere Ring 13b ist mit dem inneren Ring 13a mittels Schrauben verbunden. Am Umfang des inneren Rings 13a sind dazu entsprechende Sacklöcher 17 und im äußeren Ring 13b entsprechende Bohrungen 18 vorgesehen, in die die Schrauben 16 zur Befestigung der zwei Ringelemente miteinander eingeschraubt werden.

Der Teil des Ventilgehäuses 10, in dem die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz eingepaßt ist, ist in der dargestellten

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Weise abgestuft und die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz ist in entsprechender Weise abgestuft, so daß die äußeren Flächen der Aufnahmehülse mit entsprechenden abgestuften Flächen des Gehäuses in gleichflächiger Beziehung zueinander stehen. In den ümfangsflachen 13a-I und 13a-II des inneren Rings 13a sind O-Ringe 19a und 19b vorgesehen. Die O-Ringe 19a und 19b stehen mit den Ümfangsflachen 10b und 10c des Ventilgehäuses 10 in Berührung, die den äußeren ümfangsf lachen 13a-I und 13a-II entsprechen, wodurch eine Fluiddichtung ausgebildet wird, während eine hintere Stirnfläche 13a-III des inneren Rings 13a und eine innere ümfangsf lache 1Od des Ventilgehäuses 10 einen Ringraum begrenzen, der als abgedichtete Kammer 20 ausgebildet ist. Die Abmessung H₁ in Längsrichtung X der Kammer 20 entspricht dem Verschiebebetrag der Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz. Die Abmessung U des Spiels zwischen einer hinteren Stirnfläche 13a-IV des inneren Rings 13a und einer inneren ümfangsflache 10c des Ventilgehäuses 10,die der ersten Fläche entspricht weist die Beziehung H„> H₁ auf, während die Abmessung H_ des Spiels zwischen einer hinteren Stirnfläche 13b-I des äußeren Rings 13b und einer inneren Ümfangsflache 10a des Ventilgehäuses, die der ersten Fläche entspricht, die Beziehung H₃> H₂ auf. Der äußere Ring 13b ist in Bezug auf den inneren Ring^-13a um einen Betrag H. in Strömungsrich-

-5 tung des Fluids X verschiebbar, wobei H.4. H₁ ist.

An entsprechenden Stellen am äußeren umfang des inneren Rings 13a sind Aussparungen 21 vorgesehen, in denen eine Schraubenfeder 22 vorgespannt ist, wobei ein Ende der Federn an der inneren ümfangsflache 10a des Ventilgehäuses 10 anliegt. Der innere Ring 13a und der äußere Ring 13b werden auf diese Weise mittels der Schraubenfedern konstant gegen die Kugel 11 vorgespannt. Die Abmessung D₁ der Berührungsfläche des Ventilsitzes 14 mit der Ümfangsflache der Kugel 11, die Abmessung D„ der äußeren ümfangsflache 13a-I des Innenrings 13a

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und die Abmessung D₃ der äußeren Umfangsflache 13a-II erfüllen die Beziehung D„> D.. > D . Der Innendurchmesser des Innenrings 13a weist die Abmessung D, auf.

Das Ventilgehäuse 1O ist mit einem Steuerventil 24 zur Steuerung der Verschiebung der Aufnahmehlilse für den Ventilsitz der oben beschriebenen Konstruktion versehen. Das Steuerventil 24 steuert den Zufluß oder die Absperrung des Druckfluids von dem stromaufwärtigen Fluiddurchflußkanal 12 in die abgedichtete Kammer 20.

Von einer Umschaltkammer 26, in der eine Nadel 25 zum öffnen und Schließen des Steuerventils 24 betätigt wird, erstreckt sich ein Kanal 23b in Fig. 2 nach unten, und verbindet die Steuerkammer mit dem stromaufwärtigen Durchflußkanal 12. Von der Umschältkammer 26 erstreckt sich in Fig. 2 nach links ein weiterer Kanal· 23a, der wiederum mit einem, mit der Kammet 20 in Verbindung stehenden Kanal 27, in Verbindung steht. Die oben erwähnte Nadel 25 wird mittels eines Kolbenelements betätigt. Ein Steuerventilgehäuse 28 umfaßt einen Hohlraum 29, in dem das Kolbeneleinent 30. bestehend aus einem Paar Kolben 3-Oa und 30c für eine gleitende Bewegung in dem Gehäuse aufgenommen wird. Das Kolbenelement 30 umfaßt eine Kolbenstange 31, die an ihrem vorderen Ende die Nadel 25 aufweist, so daß die Nadel 25 längs eines Kanals 32 in dem Gehäuse 28 gleiten kann.

Der Kanal 32 steht an einem Ende mit der Umschaltkammer und mit dem gegenüberliegenden Ende mit dem Hohlraum 29 in Verbindung. Der Kanal 32 führt weiter zu einem Kanal 33,

. der mit einem Ende mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht. Das Gehäuse ist weiter mit einem Paar Druckaustrittsöffnungen 34a,34b einem Paar Druckeintrittsöffnungen 35a,35b, einer Schraubenfeder 36 und einer Trennwand 30b versehen. Die Schraubenfeder 36 ist in dem unter-

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halb des Kolbens 30c ausgebildeten Hohlraum 29d angeordnet und drückt das Kolbenelement 30 nach oben. Eine der Druckaustrittsöffnungen 34b ist mit dem Hohlraum 29c verbunden, und die andere Druckaustrittsöffnung 34b steht mit einem mittels des Kolbens 30a und der in der Mitte des Hohlraums 29 angeordneten Trennwand 30b gebildeten Hohlraum 29b in Verbindung. Die eine Druckeintrittsöffnung 35a ist ebenfalls mit einer oberhalb des Kolbens 30a ausgebildeten Druckkammer 29a verbunden und die andere Druckeintrittsöffnung 35b steht mit einer mittels der Trennwand 30b und dem Kolben 30c gebildeten Druckkammer 29c in Verbindung. Durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Kolbenelements 30 wird mit der Nadel 25 die Verbindung des Kanals 27 zum Kanal 32 oder zum Kanal 23b geschaltet. Wenn die Nadel 25 angehoben ist,schließt sie, wie man aus Fig. 2 sieht, das offene Ende des Kanals und öffnet das offene Ende des Kanals 23b,so daß das Druckfluid im Fluiddurchflußkanal 12 durch den Kanal 23b, die Umschaltkammer 26, den Kanal 23a und den Kanal 27 in der vorher beschriebenen Reihenfolge in die abgedichtete Kammer 20 eintreten kann. Wenn die Nadel 25 sich dagegen nach unten bewegt, öffnet sie das offene Ende des Kanals 32 und schließt das offene Ende des Kanals 23b,wodurch die abgedichtete Kammer 20 über den Kanal 27, den Kanal 23a, die Umschaltkammer 26, den Kanal 32 und den Kanal 33 mit der umgebenen Atmosphäre verbunden wird. Wie bereits oben ausgeführt, wird die Schaltbewegung der Nadel 25 des Steuerventils 24 mittels der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Kolbenelements 30 bewirkt. Die Aufwärtsbewegung des Kolbenelements 30 wird durch die Federkraft der Schraubenfeder 36 und die Abwärtsbewegung des Kolbenelements 30 durch die im folgenden beschriebene Schaltung bzw. Konstruktion bewirkt.

In der in Fig. 3A und 3B gezeigte Schaltung bzw. Konstruktion verbindet eine Leitung 40 die Steuerventileinrichtung 41 mit dem stromaufwärtigen Fluiddurchflußkanal 12, wobei

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ein Ende mit einer in der Umfangswand des stromaufwärtigen Durchflußkanals 12 des Ventilgehäuses 10 ausgebildeten öffnung 42,und das andere Ende mit der Umschaltkammer 43 der Steuerventileinrichtung 41 verbunden ist. Die Steuerventileinrichtung bzw. das Steuerventil 41 umfaßt, wie es in Fig. 3B gezeigt ist, ein Paar Ventilkörper 44a,44b, die sich innerhalb der Umschaltkammer 43 befinden und in eine bestimmte Richtung mittels Schraubenfedern 45a,45b vorgespannt sind. An den den Schraubenfedern 45a,45b gegenüberliegenden Enden sind Stangen 46a,46b vorgesehen, mit denen die Ventilkörper 44a,44b gegen die Kraft der Schraubenfedern 45a,45b gedrückt werden. Dabei werden entweder die Stange 46a oder die Stange 46b mittels einem drehbar um einen Stift 47 gelagerten Hebel 48 nach innen gedrückt. Die Umschaltkammer 43 ist über die zwei Ventilkörper 44a,44b in vier Zonen unterteilt. Die vier Zonen 43a,43b,43c und 43d sind mit entsprechenden Leitungen 40,49a,49b und einer Entspannungsleitung 49c verbunden. Das andere Ende der Leitung 49b führt zu einem Gasölbehälter 50a, der den in der Leitung 49b herrschenden Gasdruck in einen Öldruck umwandelt. Der sich ergebende Öldruck wird einem Bedienungselement 52 zugeführt, das die Kugel 11 öffnet und schließt. Die Leitung 51 teilt sich in Zweigleitungen 51a,51b,51c. Ein Ende der Zweigleitung 51a führt zur Druckeintrittsöffnung 35b des Steuerventils 24

2.5 in Fig., 2. Die übrigen Zweigleitungen 51b und 51c führen zu entsprechenden Druckkammern 52a,52b des Bedienungselements 52.

Die zu dem Hohlraum 43b des Steuerventils 41 führende Leitung 49a ist mit einem zweiten Gasölbehälter 50b verbunden, der wiederum über die Leitung 53 und die Zweigleitungen 53a, 53b mit Druckkammern 52c,52d des Bedienungselements 52 verbunden ist. Die Leitung 53 teilt sich ebenfalls in eine Zweigleitung 53c, die zu der Druckeintrittsöffnung 35a des in Fig. 2 gezeigten Steuerventils 24 führt. Die Leitungen

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51,53 laufen durch eine Handpumpe 54. Das Bedienungselement 52 umfaßt zwischen den Druckkammern 52a,52c und 52b_f52d angeordnete Kolben 55a und 55b, die mit einer Kolbenstange 56 verbunden sind. In einer sich zwischen den Druckkammern 52c, 52b erstreckenden Kammer bewegt die Kolbenstange 56 eine auf der Drehachse der Kugel 11 befestigte Gabelstange 57. Die mit der Zone 43d des Steuerventils 41 verbundene Leitung 49c kann unter Umständen zur Atmosphäre führen.

Mit einer solchen Schaltung arbeitet eine bevorzugte Ausführungsform des Kugelventils gemäß der vorliegenden Erfindung in der folgenden Weise.

Es wird angenommen, daß das Druckfluid (im vorliegenden Beispiel Gas) in den stromaufwärtigen Durchflußkanal 12 einfließt und die Kugel 11 geschlossen ist (dies ist in Fig.2 gezeigt). Hierbei wird der Hebel 48 des Steuerventils 41 in einer mittleren Stellung gehalten (siehe Fig. 3A und 3B). Da die Ventilkörper 44a und 44b in dem Steuerventil 41 durch die Schraubenfedern 45a,45b in der in der Zeichnung gezeigten Weise nach rechts gedrückt werden, befindet sich das über dem stromaufwärtigen Durchflußkanal 12 in die Zone 43a eingetretene Druckfluid in dieser Zone und kann nicht zu der Leitung 51 oder 53 gelangen. Es wird daher kein Öldruck über die Zweigleitungen 51a oder 53c auf die Druckkammern 29a oder 29c des Steuerventils 24 aufgebracht. Dies hat zum Ergebnis, daß das Kolbenelement 30 mittels der Schraubenfeder 36 so nach oben gedrückt wird, daß es das offene Ende des Kanals 23d öffnet und das gegenüberliegende Ende 0 des Kanals 32 schließt. Das in dem stromaufwärtigen Fluiddurchflußkanal 12 befindliche Druckfluid fließt auf diese Weise über den Kanal 27 in die ringförmige Kammer 20, wodurch es nicht nur auf die hintere Stirnwand 13a-IV,sondern ebenfalls auf die die Kammer 20 begrenzende hintere Stirnwand 13a-III wirkt und dadurch den inneren Ring 13a

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vorwärts in Richtung des Fluids drückt. Das Druckfluid wirkt ebenfalls auf den inneren Ring 13a in der der Durchflußrichtung des Fluids entgegengesetzten Richtung, weil zwischen der Fläche 13a-V am Ende des inneren Rings 13a und dem kugelförmigen Ventilkörper 11 ein kleiner Zwischenraum besteht. Das mit diesem Zwischenraum in Verbindung stehende Druckfluid wirkt auf die Wand 13a-V und auf einen Teil des Ventilsitzes 14. Betrachtet man die Druckwirkung auf die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz in Durchflußrichtung des Fluids X, so ist der in Durchflußrichtung gerichtete Druck P₁ ^D₂ ² ~ ^D ₃ ²) ⁺ (^D ₃ ² ~ D₄ ² ^ (P. - -P..)/4 und der in entgegengesetzter Richtung herrschende Druck P₂ /7(D₁ ² - D*²) (P, - P)/4, wobei der Druck P_Ä der Druck pro Flächeneinheit in dem stromaufwärtigen Durchflußkanal 12 und der Druck P_n der Druck pro Flächeneinheit in dem Ventilkörperhohlraum 58 ist. Da P. > P₂ ist, wird die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz gegen die Umf angsfläche der Kugel 11 infolge des Differenzdrucks, δρ = TT(D₂ ² - D₁ ²) (P - Pß)/4 gedrückt. Hier-

bei drückt die Schraubenfeder 22 die Aufnahmehülse 30 für den Ventilsitz in Durchflußrichtung des Fluids. Der von der Äufnahmehülse 13 gehaltene Ventilsitz 14 berührt somit die Umfangsfläche der Kugel 11, wodurch eine Fluiddichtung ausgebildet wird. Die Endwand 13a-V des inneren Rings 13a berührt ebenfalls die ümfangsfläche der Kugel 11, wodurch eine weitere Dichtung für das Fluid ausgebildet wird.

Das so geschlossene Ventil bewegt sich auf die folgende 0 Weise in die geöffnete Stellung. Der Hebel 48 des Steuerventils 41 wird in die in Fig. 3B gezeigte Richtung Y₁ geschwenkt. Dabei verschiebt der Hebel 48 die Stange 46b in solcher Weise, daß der Ventilkörper 44b sich nach links gegen die Kraft der Schraubenfeder 45b bewegt. Hierdurch kann Druckfluid von der Zone 43a in die Zone 43c und dann

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über die Leitung 49b in den Gasölbehälter 5 0a fließen. Im Gasölbehälter 50a wird der Druck des Druckfluids in einen Öldruck umgewandelt und Drucköl über die Leitung 51 und die Zweigleitung 51b in die Druckkammer 52a,52b des Bedienungselements 52 geführt, wodurch die Kolben 55a,55b sich zusammen mit der Kolbenstange 56 in Fig. 3A nach rechts bewegen. Hierdurch wird die Gabelstange 57 gedreht, wodurch die Kugel 11 geöffnet wird. Durch die Wirkung der Kolben 55a,55b erreicht das Drucköl in den Kammern 52c,52d über die Zweigleitungen 53a,53b und die Leitung 53 den Gasölbehälter 50b, wo der Öldruck in einen Gasdruck umgewandelt wird. Nachdem das Gas über die Leitung 49a die Zone 43b des Steuerventils 41 erreicht, wird das Gas über die Zone 43d über die Leitung 49c zur Atmosphäre geführt.

Das Drucköl gelangt über die Leitung 51 und die Zweigleitung 51a zur Druckkammer 29c des Steuerventils 24 und betätigt dort den Kolben 30c, wodurch das Kolbenelement 30 und die Kolbenstange 31 in der in Fig. 4 gezeigten Weise 0 verschoben werden (die Kolbenanordnung 30 wird mit einem geringeren Öldruck als dem notwendigen Druck zur Drehung der Kugel 11 betätigt). Auf diese Weise löst sich die Nadel 25 vom offenen Ende des Kanals 32 und bewegt sich in der ümschaltkammer 26 zum Schließen des offenen Endes des Kanals 23b nach unten. Da das Druckfluid in dem stromaufwärtigen Durchflußkanal 12 nun von der Kammer 20 getrennt ist, wird das sich in der Kammer 20 befindliche Druckfluid über den Kanal 27, den Kanal 23a, die ümschaltkammer 26, den Kanal 32 und den Kanal 33 zur freien Atmosphäre ausgegeben. Somit wirkt auf die hintere Stirnwand 13a-III der Kammer 20 nicht mehr das Druckfluid sondern der atmosphärische Druck vorausgesetzt, daß die Kraft ΔΡ-^*(ϋ ² - D₁ ²) (P_A - P )/4geringer als der Druck P ist, bei dem die Kraft der Feder überschritten wird. Der innere Ring 13a bewegt sich entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Fluids um

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den Betrag H... Bei der Zurückbewegung des inneren Rings 13a wird ebenfalls der äußere Ring 13b an einem Punkt mit dem inneren Ring zurückbewegt, der dem Zeitpunkt entspricht, an den der Betrag H, zwischen der Schraube 16 und dem Sackloch 17 null wird. Der Ventilsitz 14 und die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz, die in der geschlossenen Stellung die Umfangsflache der Kugel 11 berühren, sind von der Umfangsflache der Kugel 11 entfernt (siehe Fig. 4).

Das öffnen der Kugel 11 beginnt nach dem der Ventilsitz 14 und die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz völlig von der Kugel 11 entfernt sind, d.h., daß die Öffnungsbewegung der Kugel 11 in dem Zustand durchgeführt wird, in dem der Ventilsitz und die Aufnahmehülse für den Ventilsitz die Umfangsfläche des Kugelkörpers nicht mehr berühren. Wenn das öffnen der Kugel 11 durchgeführt wurde, wird das Steuerventil 41, d.h. der Hebel 48 wieder in seine mittlere Stellung zurückbewegt. Dadurch bewegen sich die Ventilkörper 44a,44b in dem Steuerventil 41 in ihre Ausgangsstellungen (siehe Fig. 3B) und schließen die Verbindung zwischen den Zonen 43a,43c wodurch kein Druckfluid in die Leitung 49b gelangen kann. Wenn der Öffnungsvorgang der Kugel 11 beendet ist, kehrt das Kolbenelement 30 des Steuerventils 24 infolge der Federkraft der Schraubenfeder 36 in seine Ausgangsstellung (Fig. 2) zu-

.5 rück, wodurch die Nadel 25 angehoben wird. Hierdurch kann Druckfluid aus dem stromaufwärtigen Durchflußkanal 12 in die Kammer 20 fließen und auf die hintere Stirnwand 13a-III des inneren Rings 13a einwirken, wodurch die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz wieder in Durchflußrichtung des Fluids mittels der Vorspannkraft der Schraubenfeder 22 bewegt wird.

In der obigen Beschreibung wurde die Kugel 11 vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand bewegt. Wenn nun die Kugel 11 vom geöffneten in den geschlossenen Zustand bewegt werden soll, können die Nadel 25 des Steuerventils

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24 und die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz in der im wesentlichen gleichen Weise betätigt werden. Es ist in diesem Fall nur notwendig, daß der Hebel 48 des Steuerventils 41 in der in Fig. 3B gezeigten Richtung Y₂ bewegt wird. In diesem Fall, wenn der Hebel 48 in der für den Öffnungsvorgang notwendigen Richtung Y. entgegengesetzten Richtung geschwenkt wird, bewegt sich der Ventilkörper 44a so, daß sich das Druckfluid und das Drucköl in der zum öffnungsvorgang entgegengesetzten Richtung bewegen. Die Kolben 55a,55b und die Kolbenstange 56 in dem Bedienungselement 52 bewegen sich nach links, wodurch die Gabeistange 57 zum Schließen der Kugel 11 verschwenkt wird. Das Drucköl fließt über die Leitung 53 und die Zweigleitung 53c zur Druckkammer 29a in dem Steuerventil 24, wodurch das Kolbenelement 3 0 nach unten bewegt wird. Entsprechend arbeiten die ümschaltkammer 26 und die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz in der gleichen Weise wie beim Öffnungsvorgang, d.h., daß auch beim Schließvorgang die Aufnahmehülse 13 und der Ventilsitz 14 völlig von der ümgangsflache der Kugel 11 entfernt sind. Unmittelbar nach dem Schließen der Kugel 11 wird der Hebel 48 des Steuerventils sorgfältig in die mittlere Stellung zurückbewegt, wodurch die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz wieder ihre ursprüngliche Stellung in Bewegungsrichtung des Fluids wie bei dem ' ÖffnungsVorgang einnimmt.

Die in Fig. 2-4 gezeigte Ausführungsform wurde hinsichtlich ihrer Konstruktion und Arbeitsweise beschrieben. Eine derartige Ausführungsform ist einfach zu handhaben, da lediglich durch die manuelle Betätigung des Hebels 48 des 0 Steuerventils 41 die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz zuerst von der Kugel 11 entfernt wird, woraufhin dann der öffnungs- oder Schließvorgang der Kugel 11 infolge des Drucks des durch das Ventil fließenden Fluids durchgeführt wird. Dabei wird die Kugel 11 geöffnet oder geschlossen, ohne daß sie mit dem Ventilsitz 14 oder der Aufnahmehülse 13 für den

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Ventilsitz in Berührung steht. Dies vermindert das für die Drehung der Kugel 11 erforderliche Drehmoment, erleichert in großem Maße die Drehung der Kugel 11 und vermindert den Verschleiß und die Beschädigung des Ventilsitzes. ■■.'■■_■ -

Statt dem oben beschriebenen Steuerventil 24 und der in den Figuren 3A und 3B gezeigten Konstruktion und Schaltung zur Umschaltung der Bewegungsrichtung der Aufnahmehülse für den Ventilsitz und zum öffnen Und Schließen der Kugel 11 kann zur Umschaltung der Bewegungsrichtung des Ventilsitzes ein elektromagnetisches Ventil und zum öffnen und.Schließen der Kugel 11 ein Motor oder eine von Hand zu bedienende Vorrichtung in einer anderen, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform wird die Kugel in Verbindung mit einem Elektromagnetventil zur Verschiebung der Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz geöffnet und geschlossen. Ein Bedienungsgehäuse 60 umfaßt ein Handrad 61, einen Motor 62 und ein elektromagnetisches Ventil 63. Das Bedienungsgehäuse 60 ist von der Kugelventilanordnung zum besseren Verständnis getrennt angeordnet, tatsächlich ist die Drehachse des Handrades 61 jedoch mit der Kugel 11 verbunden. Ein in dem Ventilgehäuse 10 ausgebildeter Kanal 64 ist mit der von der Ventilgehäusewand 10 und der hinteren Stirnwand der Aufnahmehülse für den Ventilsitz begrenzten Kammer 20 mit einem Ende einer Leitung 65 verbunden, deren gegenüberliegendes Ende mit dem elektromagnetischen Ventil 63 verbunden ist. Ein Ende einer anderen Leitung 66 ist mit dem in dem Ventilgehäuse 10 ausgebildeten Kanal 42 und das gegenüberliegende Ende mit dem elektromagnetischen Ventil 63 verbunden. Zur Wahl zwischen dem Motor 62 oder dem Handrad 61 befindet sich ein Hebel 67 in der mit ausgezogenen Linien gezeigten Stellung, wenn der Motor 62 ausgewählt wird. Ein nicht gezeigter Schalter für den Motor 62 ist betriebsmäßig mit dem Schaltvorgang des elektromagnetischen Ventils ver-

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bunden. D.h. mit anderen Worten, das elektromagnetische Ventil schafft zwischen den Leitungen 66,65 eine Verbindung, wenn der Schalter des Motors 62 eingeschaltet ist, und dientzum Sperren dieser Verbindung, wenn der Schalter abgeschaltet ist. Wenn der Umschalthebel 67 nach unten geschwenkt wird (in die mit gestrichelten Linien gezeigte Stellung), wird der Motor 62 abgeschaltet und die Bedienung mittels des Handrades 61 ermöglicht. Wenn das elektromagnetische Ventil abfällt ·., erreicht die Spitze des ümschalthebels 67 die Stellung, in der sie einen Druckschalter 68 berührt. Der Druckschalter 68 erregt im herabgedrückten Zustand das Elektromagnetventil, wodurch eine Verbindung zwischen den Leitungen 66,65 hergestellt wird. Wenn der Umschalthebel 67 andererseits angehoben wird, geht das Elektromagnetventil wieder in die Ausgangsstellung zurück, wodurch die Verbindung zwischen den Leitungen 66,65 gesperrt wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Dichtmittel zur Umfangsflache der Kugel 11 geführt wird. In dieser Abänderung sind miteinander in Verbindung stehende Kanäle 70,71 im Ventilgehäuse 10 des in Fig. 2 gezeigten Kugelventils und im inneren Ring 13a ausgebildet. Ein Ende des Kanals 71 steht mit der "Fläche 13a-V in Verbindung. Eine Verbindung „5 zwischen den Kanälen 70,71 wird dann ausgebildet, wenn die Aufnahmehülse 13 für den Ventilsitz gegen die Kugel 11 gedrückt wird. Ein weiterer O-Ring 72 ist um die äußere Fläche 13a-I des inneren Rings 13a angeordnet, wodurch verhindert wird, daß ein eingespritztes Dichtmittel in die Kammer 20 gelangt. Das Dichtmittel wird der Umfangsflache der Kugel 11 über die Kanäle 70,71 zugeführt.

In der Beschreibung wird ein Kugelventil beschrieben, das ein Ventilgehäuse und eine, in dem Fluiddurchgangskanal des Ventilgehäuses eingepaßte Aufnahmehülse für den Ventilsitz

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umfaßt, die innerhalb einer gegebenen Strecke längs der Bewegungsrichtung des Druckfluids vorwärts und rückwärts bewegbar ist; eine in einem Teil des mittels der hinteren
Stirnfläche der Aufnahmehülse für den Ventilsitz und der
inneren Fläche des Ventilgehäuses ausgebildeten Raums ausgebildete abgedichtete Kammer ist über einen mit dem Ventilgehäuse ausgebildeten Kanal mit dem stromaufwärtigen Fluiddurchflußkanal verbunden, wobei ein Steuerventil zum öffnen und Schließen des Kanals einen Durchfluß von dem stromaufwärtigen Fluiddurchflußkanal zur abgedichteten Kammer ermöglicht oder verhindert; dadurch wird die Druckkraft des
auf die Aufnahmehülse für den Ventilsitz wirkenden Druckfluids in Bewegungsrichtung des Druckfluids verändert, wodurch die Aufnahmehülse für den Ventilsitz und der Ventilsitz in Bewegungsrichtung des Fluids verschoben werden, so daß sie mit der ümfangsflache des kugelförmigen Ventilkörpers in Berührung kommen, wenn Druckflüssigkeit in die abgedichtete Kammer eintreten kann und in der zur Durchflußrichtung entgegengesetzten Richtung verschoben werden, wenn der Durchfluß der Druckflüssigkeit zur abgedichteten Kammer gesperrt ist, wodurch sie von der ümfangsflache des kugelförmigen Ventilkörpers getrennt werden.

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Claims

Patentansprüche

Π·, Kugelventil mit einem Ventilgehäuse, einer in dem Ventilgehäuse drehbar gelagerten Kugel und einer innerhalb eines begrenzten Bereichs des Ventilgehäuses bewegbaren, auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilgehäuses angeordneten Aufnahmehülse für einen Ventilsitz, gekennzeichnet

ZS durch eine, mittels einer hinteren Stirnfläche (13a-III) der Aufnahmehülse (13) und eines Teils der inneren Fläche (13a-I) des Ventilgehäuses (10) begrenzte, abgedichtete Kammer (20), durch einen mit der Kammer (20) in Verbindung stehenden Kanal (27), und durch ein in eine erste und eine zweite Stellung 0 bewegbares Steuerventil (24) , das in seiner ersten Stellung den Kanal (27) mit dem stromaufwärtigen Durchflußkanal (12) verbindet, so daß der Druck eines Fluids über den Kanal (27) auf die abgedichtete Kammer (20) wirkt, wodurch die Aufnahmehülse (13) gegen die Kugel (11) gedruckt wird und den Umfang der Kugel (11) berührt, und das in seiner zweiten Stellung

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den Kanal (27) gegen den Durchflußkanal (12) des Ventilgehäuses (10) abdichtet.
2. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß es Einrichtungen (70,71) zur Zuführung einer Dichtflüssigkeit zur Oberfläche der Kugel (11) umfaßt.
3. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zur Drehung der Kugel (11) umfaßt.
4. Kugelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Kugel (11) einen Handgriff (61) umfaßt.
5. Kugelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Kugel (11) einen hydraulischen Motor (52) umfaßt.
6. Kugelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 0 daß die Einrichtung zur Drehung der Kugel (11) einen elektrischen Motor (62) umfaßt.
7. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zur Betätigung des Steuerventils (24)

umfaßt.
8. Kugelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Betätigung des Steuerventils (24)
einen hydraulischen Motor (29,30) umfaßt.
9. Kugelventil mit einem Ventilgehäuse, einer in dem Ventilgehäuse drehbar gelagerten Kugel, und mit einer innerhalb eines begrenzten Bereichs des Ventilgehäuses bewegbaren, auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilgehäuses angeordneten

Aufnahmehülse, gekennzeichnet durch eine, mittels einer hinteren Stirnfläche (13a-III) der Aufnahmehülse (13) und eines Teils der inneren Fläche (13a-I) des Ventilge-

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häuses (10) begrenzte, abgedichtete Kammer (20), durch einen mit der Kammer (20) in Verbindung stehenden Kanal (27) und durch ein, mit der Kammer (20) in Verbindung stehendes, in eine erste und eine zweite lagefeste Position bewegbares Steuerventil (24,68)/das in seiner ersten lagefesten Stellung den Kanal (27) mit dem stromaufwärtigen Durchflußkanal (12) des Ventilgehäuses (10) verbindet, so daß der Druck eines Fluids über den Kanal (27) auf drei abgedichtete Kammer (20) wirkt, wodurch die Aufnahmehülse (13) gegen die Kugel (11) gedrückt wird und den Umfang der Kugel (11) berührt, das in seiner zweiten lagefesten Stellung den Kanal (27) gegen den stromaufwärtigen Durchflußkanal (12) des Ventilgehäuses (10) abdichtet und den Kanal (27) mit einer vergleichsweise niedrigeren Druckquelle zur Entspannung der abgedichteten Kammer (20) über den Kanal (27) zur niedrigeren Druck quelle hin verbindet, wodurch die, die Aufnahmehülse (13) gegen die Kugel (11) drückende Kraft aufgehoben wird.
10. Kugelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Kugel (11) eine pneumatische Einrichtung umfaßt.
11. Kugelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehung der Kugel (11) eine gas-hy-

J.5 draulische Einrichtung umfaßt.
12. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (41) zur seitlichen Bewegung der Aufnahmehülse (13) für den Ventilsitz (14) mit dem Steuerventil (24) in Verbindung steht.
13. Kugelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (24) ein Gehäuse (28) , einen in dem Gehäuse(28) angeordneten ersten und zweiten Kolben (30a,30b) zur Ausbildung einer ersten und zweiten Kammer (29a,29c) und eine mit dem ersten und zweiten Kolben (3Oa,3Ob) verbundene

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Nadel (25) umfaßt, wobei die Steuerventileinrichtung (41) mit der ersten und zweiten Kammer (29a,29c) zur seitlichen Bewegung der Aufnahmehülse (13) für den Ventilsitz (14) in Verbindung steht.
14. Kugelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (41) ein Bedienungselement (52) zur Drehung der Kugel (11) in eine geöffnete und eine geschlossene Stellung umfaßt.
15. Kugelventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (41) ein Bedienungselement (52) zur Drehung der Kugel (11) in eine offene oder eine geschlossene Stellung umfaßt.

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