DE3042818A1

DE3042818A1 - Kugelventil

Info

Publication number: DE3042818A1
Application number: DE19803042818
Authority: DE
Inventors: Ulrich H. Bainbridge Ohio Koch; Gilbert F. Chesterland Ohio Lutz
Original assignee: Whitey Co
Current assignee: Whitey Co
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1981-06-19
Also published as: CA1133877A; JPS5694071A; GB2065276A

Description

Kugelventil

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Ventile, insbesondere auf Kugelventile.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf eine neue und verbesserte Sitzanordnung und ein Kugelventil mit einer sogenannten "schwebenden" Kugel, und sie sei unter Bezugnahme auf ein solches Ventil beschrieben. Jedoch ist es dem Fachmann klar, daß die Erfindung auf breiteren Gebieten Anwendung finden kann und zum Gebrauch in anderen Ventilarten und -konstruktionen angepasst werden kann.

Typische, in handelsmäßigem Gebrauch befindliche Kugelventilkonstruktionen verwenden ringförmige Sitze bzw. Sitzringe aus einem federnden und deformierbaren Kunststoff; Ein Paar solcher Sitzringe befindet sich im Eingriff und auf entgegengesetzten Seiten der Kugel rings um die Einlaß- und Auslaßöffnungen des Ventilkörpers.

v 52/19

130025/0554

(0221) 76 035 76 · cable address ι Copat Köln

Λ-

Normalerveise sind die Sitze so gebaut, daß sie als Linienkontakt oder als schmaler Bandkontakt mit der Kugel im Eingriff stehen und sich unter Belastung ein wenig biegen. . Die Kugel selbst besitzt ein leichtes Ausmaß ah freier Bewegung bzw. verschiebt sich axial zum Sitz, wenn sich die Kugel unter Fließmitteldruckbedingungen in Geschlossenstellung des Ventils befindet· Ein solches Verschieben veranlasst die Kugel, gegen den abstromseitigen Sitzring zu wirken und diesen zu biegen, um dessen abdichtende Berührung mit der Kugel zu steigern. Das Ausmaß einer solchen Verbiegung ändert sich je nach dem herrschenden Fließmitteldruck·

Mit steigendem Fließmitteldruck und sich ergebender abstromseitiger Verschiebung der Kugel, bewegt sich die Kugel vom zustromseitigen Sitz fort. Je nach dem Druck und/oder der Sitzkonstruktion kann der Kontakt der Kugel mit dem zustromseitigen Sitz abgebrochen oder nicht abgebrochen sein. Bei einigen Konstruktionen wird absichtlich am zustromseitigen Sitz abgedichtet, während bei anderen eine zustromseitige Abdichtung absichtlich verhindert wird und die gesamte Abdichtung am abstromseitigen Sitz erfolgt. Außerdem benutzen einige Kugelventilkonstruktionen Vorspannfedern, um die gegenüberliegenden Sitzringe gegeneinander und in abdichtende Berührung mit der Kugel zu treiben.

Kleine Kugelventile, d.h. Ventile von 2,5 cm und darunter sowie Niederdruck-Kugel ventile, werden gewöhnlich mit am """ Ende belasteten Sitzen und einer, schwebenden Kugel hergestellt wie oben beschrieben. Dies ist für die Konstruktion kleiner Kugelventil* aus zwei Hauptgründen typisch. Der Absperrdruck wirkt auf den gesamten Dichtungsdurchmesser und zwar entweder den äußeren Berührungsdurchmesser zwischen Kugel und äbstromseitigem Sitz, oder den Außendurchmesser des Eingangssitzes· Die gesamte Kraft (Fließmitteldruck

13002 5/0564

¥ 52/19

χ Fläche) muß von der Kugel getragen werden. Bei "schwebender" Kugel wird die gesarate Kraft auf den abstromseitigen Sitz ausgeübt und da der Sitz einen Ring kleiner Fläche aufweist, ist die Beanspruchung des Sitzes stets größer als der Fließmitteldruck. Bei sehr hohen Fließmitteldrucken zerbricht die Dichtungskraft gewöhnlicher Kunststoffsitze. Mit dem Ansteigen der Ventilgröße steigt auch die Kugelkraft als Funktion der Fläche des Dichtungsdurchmessers, wohingegen der ringförmige Sitz flächenmäßig nicht mit der gleichen Rate ansteigt. Daher müssen andere Ventilkonstruktionen angewandt werden, um diese Probleme zu überwinden. Zu diesem Zweck werden große Kugelventile, d.h. Ventile Über 5 cm und Hochdruck-Kugelventile gewöhnlich mit einer Kugel konstruiert, welche von einem Auflager gehaltert wird. Die Ventilsitze schweben und sind mit Druck beaufschlagt, um gegen die Kugel abzudichten. Große Ventile müssen eine auf Auflager montierte Kugel aufweisen, um überlastung des Sitzes, selbst bei niedrigen Drucken, zu vermeiden.

Bei bestehenden Ventilkonstruktionen ist so vorgegangen, daß die Sitzfläche auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist, indem nur der abstromseitige Sitz abgedichtet ist. Dies setzt die wirksame Fläche auf beträchtlich weniger als den vollen äußeren Durchmesser des Eingangssitzes herab. Wenn jedoch sowohl zustromseitig als auch abstromseitig identische Sitze verwendet werden, so erfordert dies, daß der Sitz gebaut ist, um zustromseitigen Druck durchzulassen, jedoch abstromseitigen Druck abzudichten. Erstens muß ein Weg für den Druck zur Umgehung des Eingangssitzes vorgesehen sein) um den Eingang nicht abzudichten. Dies bedeutet, daß der abstromseitige Sitz zwei dynamische Abdichtungen besitzen muß, d.h. die eine gegen die Kugel und eine andere zur Abdichtung des Umgehungsweges. Gewöhnlich umfasst dies einen zusätzlichen Mechanismus zum Abdichten des Sitzes gegen die abstrom-

w 52/19 130025/0-554

44·

seitige Einpassung. Die Verwendung zweier Abdichtungspunkte schafft offensichtlich eine weniger verlässliche Anordnung als eine einzige Abdichtung. Zweitens kann der Eingangssitz, wenn er umgangen wird, keine Kraft auf die Kugel ausüben, um diese bei niedrigem Druck gegen den abstromseitigen Sitz zu halten. Das Gewicht der Kugel veranlasst diese, unter die Mittellinie des Sitzes zu fallen und gestattet ein Durchsickern von Fließmittel bei geringem Druck. Dieses Problem gewinnt an Bedeutung bei größeren Ventilen, weil das Gewicht der Kugel mit der Kubikzahl der Größe ansteigt. Daher sollte ein Ventil mit schwebender Kugel Sitze aufweisen, welche ohne einen Druck des Systems fest gegen die Kugel gehalten werden, sodaß eine Abdichtung gebildet wird ohne Rücksicht darauf, wie niedrig der Druck sein mag. Wie oben bemerkt, ist dies vollzogen worden, indem man hinter jedem Sitz eine Scheibenfeder anordnet. Dieses Merkmal schafft nicht nur eine Niederdruckabdichtung, sondern sichert auch eine Zustromseitige Abdichtung bei hohen Sitzbelastungen.

Eine Zustromseitige Abdichtung schafft jedoch ein zweites Problem, welches mit der Zunahme der Ventilgröße auch ausgeprägter wird. Während das Ventil geöffnet ist, muß der Sitz das Loch bzw. die Fließmittelöffnung durch die Kugel hindurch umfassen. Bei einer kleinen Kugel und kleiner Öffnung ist der Sitz ganz starr, wenn er als Träger der Biegebelastung unterworfen ist und er kann den Spalt leicht überbrücken. Mit dem Ansteigen der Größe des Ventils und der Öffnung, steigt das Widerstands-^. moment des Sitzes nicht proportional an zur Beibehaltung der gleichen Steifheit. Daher kann der Sitz weiter in die Kugelöffnung hinein abgelenkt werden. In ähnlicher Weise wird der Außendurchmesser des Sitzringes normalerweise nur durch einen Absatz im Ventilkörper gehaltert. Die Fläche des Sitzes und somit die Kraft, welche auf ihn

130025/0554 W 52/19

virkt, steigt mit der Quadratzahl des Durchmessers an. Da der tragende Absatz gewöhnlich ganz schmal ist und seine Fläche in engerer Beziehung zum Umfang des Sitzes steht, steigert sich der tragende Absatz nur linear. Hier wird ebenfalls das Problem mit dem Anateigen der Ventilgröße ausgeprägter.

Bs ist daher erwünscht, eine Kugelventil- und Sitzanordnung zu entwickeln, welche die Anwendung einer schwebenden Kugel in Verbindung mit höheren Systemdrucken mehr erleichtert, als dies bisher möglich war. Eine solche Konstruktion würde in vielen Fällen die Notwendigkeit des Anwendens von auf Auflagern montierten Kugeln in Fortfall bringen. Auflagermontagen werden nicht als praktisch betrachtet wenn nicht das Ventil sehr groß ist, weil ihre Verwendung die Größe, Kompliziertheit und die Kosten des Ventils wesentlich steigern.

Die Erfindung zielt auf eine neue und verbesserte Konstruktion ab, welche sämtliche oben erwähnten Probleme sowie auch andere überwindet und schafft eine neue und verbesserte Konstruktion einer Kugelventil- und Sitzanordnung, die gesteigerte Druckfähigkeiten für ein Kugelventil mit schwebender Kugel schafft, und wobei die Sitze aus mannigfaltigen Materialien bestehen können, um die Ventile für einen weiten Bereich an Arbeitsbedingungen bzw. Kennwerten geeignet zu machen.

Ganz allgemein zielt die Erfindung auf eine neue und verbesserte Kugelventil-Sitz-Anordnung ab, wobei die Sitzringanordnung in der einen Wanderungsrichtung flexibel und in der entgegengesetzten Richtung im allgemeinen starr ist. Ein Paar solcher Anordnungen befindet sich auf entgegengesetzten Seiten einer Kugel und drückt fortlaufend gegen die Kugel, um diese in richtiger Stellung im Ventilkörper zu halten und Ventildichtung zu schaffen, ohne Rück-

130025/0554

sieht darauf, vie niedrig der Druck des Fließmittelsystems sein mag· Wenn das Ventil geschlossen ist, bewegt bzw. verschiebt der Systemdruck die Kugel stromabwärts gegen die abstromseitige Sitzanordnung, sodaß sie gegen die damit in Verbindung stehende Scheibenfeder weiter abgelenkt wird. Der zustromseitige Sitzring wird gleichzeitig in fortlaufende Berührung mit der Kugel gedrückt und zwar durch eine Scheibenfeder, welche arbeitsmäßig damit in Verbindung steht. Im Ansprechen auf Fließmitteldruck des Systems wird die Scheibenfeder, welche mit der abstromseitigen Sitzanordnung in Verbindung steht, vollständig abgelenkt und die Kugel wird von der Bewegung durch die zustromseitige Sitzanordnung fortbewegt.

Spezieller gesagt ist die Erfindung besonders anwendbar auf den Gebrauch in einem Ventil mit einem im allgemeinen zylindrischen Durchgangsweg und mit einer Kugel, welche im Durchgangsweg angeordnet und angebracht ist zur selektiven Drehung im Durchgangsweg zwischen geöffneten und geschlossenen Ventilstellungen. Die Kugel ist im allgemeinen axial zum Durchgangsweg verschiebbar, zumindest wenn das Ventil sich unter Fließmitteldruckbedingungen in der Geschlossenstellung befindet. Ringförmige Sitzringe sind im Durchgangsweg auf entgegengesetzten Seiten der Kugel zwischen der Kugel und einem damit in Verbindung stehenden Absatz des Ventilkörpers angeordnet, wobei ringförmige Scheibenfedern zwischen jedem Absatz und dem damit in Verbindung stehenden Sitzring gelagert sind; Diese Scheibenfedern drücken fortwährend die Sitzringe in abdichtende Berührung mit der Kugel. Jeder Sitzring besitzt eine erste fortlaufende Oberfläche, welche zur Kugel hin gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche, welche zu einem· damit in Verbindung stehenden Absatz des Ventilkörpers hin gerichtet ist, wobei eine Scheibenfeder zwischen jeder zweiten Oberfläche des Sitzringes und dem zugehörigen Absatz zwischengelegt ist. Jede Scheibenfeder besitzt eine

130025/0554 w 52/19

Ak

im allgemeinen kegelstumpfförmige Gestalt in unbelastetem Zustand, wobei ihr Ende mit kleinerem Durchmesser zur Kugel hin zeigt. Die Komponenten sind so bemessen, daß bei einer Zusammenstellung von Kugel, Sitzringen und Scheibenfedern zwischen den Absätzen des Ventilkörpers, die ersten Oberflächen des Sitzringes an der Oberfläche der Kugel angreifen, vobei die Sitzringe voneinander leicht nach auswärts gebogen sind. Die kegelstumpfförmigen Scheibenfedern wiederum, sind teilweise belastet gegen eine abgeflachte Gestaltung, um die ersten Oberflächen des Sitzringes in Berührung mit der Kugel zu drücken. Wenn die Kugel im Ansprechen auf den Fließmitteldruck, welcher bei geschlossenem Ventil auf sie wirkt, im Durchgangsweg gegen den einen Absatz des Ventilkörpers axial verschoben ist, so wird der zu dem einen Absatz zugehörige Sitzring weiter gegen den einen Absatz hin gebogen, wobei seine erste Oberfläche in Berührung mit der Kugel verbleibt und die zu dem einen Absatz gehörige Scheibenfeder weiter gegen eine abgeflachte Gestaltung hin belastet wird. Der andere Sitzring vird unter dem Einfluß seiner zugehörigen Scheibenfeder gegen die Kugel in deren Verschiebungsrichtung gebogen, damit die erste Oberfläche des anderen Sitzringes in fortwährenden Kontakt mit der Kugel gedrückt wird.

Die Erfindung beinhaltet ein Kugelventil mit einer verbesserten Beziehung zwischen der Kugel und zugehörigen Sitzringen sowie eine verbesserte Sitzringkonstruktion für solche Ventile. Die Kugel ist zur selektiven Drehung und beschränkten axialen Bewegung im Durchgangsweg eines Ventilkörpers angebracht. Sitzringe auf diametrisch entgegengesetzten Seiten der Kugel um die Ventileinlaß- und -auslaßöffnungen herum, weisen je eine erste Oberfläche auf, welche mit der Kugel in Berührung steht. Eine kegelstumpfförmige Scheibenfeder, welche zwischen jedem Sitzring und einem zugehörigen Absatz im Ventilkörper angebracht ist, drückt die Sitzringe in Berührung mit der Kugel. Ein Ver-

_W5S/19 130025/0554 ,

stärlcungsring, welcher am Vorderende jedes Sitzringes gelagert ist, wirkt als starre Lageroberfläche· Die Bemessung der Komponenten ist so, daß bei zusammengestelltem Ventil die Sitzringe leicht drehend nach auswärts voneinander gebogen sind als Folge der an der Kugel angreifenden ersten Oberflächen. Gleichzeitig sind die Scheibenfedern teilweise zusammengedrückt, während sie die ersten Ober-

. flächen des Sitzringes fortlaufend in die Berührung mit der Kugel drücken. Wenn das Ventil unter Fließmitteldruck geschlossen ist, so wird die Kugel stromabwärts verschoben, was den abstromseitigen Sitzring veranlasst, in Richtung der Kugelbewegung weiter drehend gebogen zu werden. Der zustromseitige Sitzring wird unter dem Einfluß seiner Scheibenfeder gleichzeitig in der gleichen Richtung drehbar gebogen. Bei typischen Fließmittelbetriebsdrucken wird die abstromseitigö Scheibenfeder zu einem im allgemeinen

• abgeflachten Zustand voll zusammengedrückt und die Kugel wird aus dem gesamten Kontakt mit dem Zustromseitigen Sitzring fort verschoben. In diesem Zustand verhindert der Zustromseitige Verstärkungsring eine Verlagerung des zustromseitigen Sitzringes, und verhindert auch eine Deformierung des Sitzringes, wenn das Ventil wieder geöffnet wird. In den Rückseiten der Sitzringe kann vorteilhaft eine Rille zur leichten Anpassung der Drehbiegung vorgesehen sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der zu dem einen Absatz zugehörige Sitzring durch die Verschiebungsbewegung der Kugel in Berührung mit der ersten Oberfläche des Sitzringes in eine Stellung gebogen werden, wo die zugehörige Scheibenfeder zu einer im wesentlichen abgeflachten Gestalt belastet ist."In diesem Zustand ist die Kugel aus dem Kontakt fortbewegt worden von der ersten Oberfläche des anderen Sitzringes. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfahren die Sitzringe eine Drehbiegung als Folge der Berührung mit. der Kugel und/oder ihrer Verschiebung.

w 52/19 1300 25/0554

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung, befindet sich auch ein Paar Verstärkungsringe im Durchgangsweg auf gegenüberliegenden Seiten der Kugel, axial einwärts der Sitzringe. Jeder Verstärkungsring weist eine Einrichtung auf, welche ihn in einer gewünschten axialen Stellung im Durchgangsweg festlegt, eine erste Oberfläche, welche gegen eine zugehörige Oberfläche der Ventilkörperabsätze gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche, welche im allgemeinen gegen die Kugel in einem Abstand von dieser gerichtet ist. Die erste Oberfläche liefert eine starre Lageroberfläche für den zugehörigen Sitzring, um eine Deformierung und Verlagerung des Sitzringes im Durchgangsweg zu verhindern. Die Schaffung einer starren Lageroberfläche ist von bedeutendem Wert für den zustromseitigen Sitzring, wenn das Ventil geschlossen und erhöhten Systemdrucken ausgesetzt ist, und wenn das Ventil unter solchen erhöhten Drucken aus einer Geschlossenstellung in eine Offenstellung bewegt wird.

Gemäß einem begrenzten Aspekt der Erfindung sind die Verstärkungsringe zwangsläufig im 'Durchgangs weg des Ventilkörpers gelagert durch Eingriff mit den Bndwandungen von Versenkungen im Durchgangsweg. In einem Falle können die Verstärkungsringe radial nach auswärts sich erstreckende Bördelungen aufweisen, welche mit den Endwandungen der Versenkung in Berührung stehen. Es können aber auch die inneren Endwandungen der Verstärkungsringe an den Endwandungen der Versenkung angreifen.

Gemäß einem anderen, noch spezielleren Aspekt der Erfindung, weist jede zweite Sitzringoberfläche ferner eine sich rings herum erstreckende Aussparungsrille auf. Solche Rillen erleichtern die Biegebereitschaft der Sitzringe während des Betriebes des Ventils unter Fließmitteldruck.

w 52/19 130025/05BA

30A2818

-Al-

Erfindungsgemäß soll in erster Linie eine neue und verbesserte Kugelventil-» und Sitzanordnung geschaffen werden, reiche das Erzielen höherer Druckraten bei einem Kugelventil mit schwebender Kugel gestattet. Auch soll erfindungsgemäß eine solche Kugelventil- und Sitzanordnung geschaffen werden, welche Ventilabdiehtung selbst bei sehr.geringen Systemfließmitteldrucken bewirkt. Auch soll erfindungsgemäß eine neue und verbesserte Kugelventil- und Sitzanordnung geschaffen werden, welche es gestattet, daß die Sitzringe aus einer großen Vielfalt von Materialien gebildet bzw. konstruiert sein können. Ferner soll erfindungsgemäß eine neue und verbesserte Kugelventil- und Sitzanordnung geschaffen werden, wobei die Sitzringe in der einen Richtung der axialen Kugelbewegung flexibel sind und in der entgegengesetzten Richtung im allgemeinen starr sind. Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und bestimmten Anordnungen von Teilen physikalische Form annehmen. Bevorzugte und andere Ausführungsformen der Erfindung seien nachstehend ausführlich beschrieben und in den anliegenden Zeichnungen, welche einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulicht,

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelventils;

Fig. 2 Ist eine Querschnittsansicht der bevorzugten Konstruktion der Sitzanordnung^ gezeigt in einem Zustand gerade vor dem Ventilzusammenbau, wobei die Kugel zur besseren Veranschaulichung entfernt ist;

Fig. 3 ist eine wenig vergrößerte Ansicht eines Teils des Ventils von Fig. 1, welche die Kugel in Offenstellung des Ventils ohne Belastung zeigt;

130(5 2 570 554 ν 52/19

3042878 -V-

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer Sitzanordnung, wenn sich das Ventil in der Offensteilung von Pig. 3 befindet;

Pig. 5 ist eine der Pig. 3 ähnliche Ansicht mit der Kugel in Geschlossenstellung des Ventils unter dem Einfluß des Zustandes erhöhten Fließmitteldruclees ξ

Pig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, velche einen Teil der zustromseitigen Sitzanordnung zeigt, venn sich das Ventil in der Geschlossenstellung von Pig. 5 befindet;

Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils der abstromseitigen Sitzanordnung, venn sich das Ventil in der Geschlossenstellung von Fig. 5 befindet; und

Pig· 8 ist eine der Fig. 2 ähnliche Querschnittsansicht velche eine Sitzanordnung zeigt, die verschiedene andere Konstruktionsmerkmale aufweist.

Die anliegenden Zeichnungen dienen lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung bevorzugter und anderer Ausführungsformen der Erfindung und sollen über den Rahmen der Erfindung nichts aussagen.

Die Fig. 1 zeigt ein Kugelventil A mit einem Paar gegenüberliegender Sitzanordnungen B, velche auf gegenüberliegenden Seiten der schwebenden Kugel C gelagert sind.

Insbesondere weist das Kugelventil A einen Körper bzv» ein Gehäuse io (Fig. 1 und 3) auf mit einem Hauptabschnitt bzw. mittlerem Körperabschnitt 12 und gegenüberliegenden Endfassungen 14, 16. Sitzanordnungen B und Kugel C sind zentral innerhalb des Körperabschnittes 12 angeordnet,

w 52/19 130025/05S4

wobei die lugel selektiv drehbar angeordnet ist mittels einer allgemein mit 18 bezeichneten Schaft-Betätigungsgriff-AnOrdnung.

Die Einzelheiten aller Teile des in den Fig. 1 und 3 veranschaulichten Ventils, mit Ausnahme der Xugel- und SitsringanOrdnungen, kann nach Wunsch und/oder Erfordernis modifiziert sein zur Anpassung an unterschiedliche Arten von Xugelventilkonstruktionen. Jedoch im allgemeinen und für die Zwecke des Beschreibens der Erfindung, weist der·Ventilkörper einen im allgemeinen zylindrischen, zentralen Durchgangsweg bzw. eine sich axial erstreckende öffnung 2o für den Fließmittelstrom auf, welche durchmessermäßig nur wenig größer ist als die lugel C. Jede der Endfassungen 14, 16 ist abnehmbar mit dem Zentralkörperabschnitt 12 verbunden mittels einer Anzahl längs sich erstreckender Verbindungsbolzen 22 (Fig. 1). Die Endfassungen sind auch mit Innengewinde 24, 26 oder anderen zweckmäßigen Einrichtungen versehen zum Verbinden des Ventils mit einem zugehörigen Fließmittel- bzw. Rohrleitungssystem.

Die Anordnung 18 aus Schaft und Betätigungsgriff weist, wie veranschaulicht, einen Schaft 3o auf, welcher ein unteres Ende 32 besitzt, welches, wie gezeigt, zur gleitenden Aufnahme in einem Schlitz bzw. einer Rille 34 gestaltet ist, welch letztere sich im oberen Ende der Kugel C befindet. Diese Anordnung gestattet es der Kugel, zwischen Ventiloffen- und -geschlossensteilung gedreht zu werden, während gleichzeitig die Xugel etwas freie Bewegung hat zur axialen Verschiebung im Durchgangsweg 2o des Ventilkörpers, wenn das Ventil sich in Geschlossenstellung befindet.

Der Schaft 3o erstreckt sich nach auswärts durch eine öffnung 36 im zentralen Xörperabschnitt 12 hindurch. Geeignete Packungsringe 38, 4o und 42 befinden sich in der

\! 52/19 1 30025/05 5£

öffnung 36 und greifen dichtend an der öffnung und am Schaft 3o an. Wie gezeigt, ruht der untere Packungsring 42 auf einer nach einwärts sich erstreckenden Bördelung 44, welche innerhalb der öffnung 36 gebildet ist. Eine gespaltene Gegendruck-Unterlagsscheibe 46 befindet sich unterhalb der Bördelung 44 und ist hieran angeklemmt durch einen nach aufwärts sich erstreckenden Absatz bzw. eine Bördelung 48 an der Basis des Schaftes 3o. Der Schaft wird durch eine Stopfbüchsenpackung 5o und eine Packungsmutter 52 in seiner Stellung gehalten. Wie in Pig. 1 gezeigt, übt das Pestziehen der Packungsmutter 52 einen Druck auf die Packungsringe 38, 4o, 42 aus und gewährleistet eine fließmitteldichte Abdichtung rings um den Schaft.

Wenn es auch möglich ist, den Ventilschaft auf mannigfache Weise zu betätigen, wozu sowohl manuelle als auch automatische Betätigung zählt, ist ein Handgriff 54 gezeigt. Dieser Handgriff ist abnehmbar am Schaft 3o befestigt mittels einer Mutter 56, welche den Handgriff auf den Oberteil der Packungsmutter 52. klemmt. Vorteilhafterweise sind zusammenarbeitende Abflachungen 58, 6o in der Handgriff öffnung und auf dem Äußeren des äußeren Endes des Schaftes vorgesehen zum richtigen Anbringen des Handgriffes auf den Schaft. Außerdem ist die Stellung des Handgriffes und damit wiederum die Stellung der Kugel C begrenzt durch abhängige Anschläge 6o_t 62, welche vom Handgriff 54 getragen werden. Diese Anschläge greifen an geeigneten Oberflächen am zentralen rörperabschnitt 12 an und schaffen feste Anschläge für das Ventil in der voll geöffneten und der voll geschlossenen Stellung.

Weiterhin unter Bezugnahme auf die Pig. 1 und 3, weist die bei der vorliegenden Erfindung verwendete lugel-Sitz-Anordnung ein Paar Sitzringanordnungen B auf, welche sich

^W52/19 130Ö25/OS64

auf entgegengesetzten Seiten der Kugel C befinden. Wie gezeigt, sind die Sitzringanordnungen auf gegenüberliegenden Seiten der Kugel in Nachbarschaft gegenüberliegender Enden des Durchgangsweges bzw. der öffnung So des zentralen Körperabschnittes festgeklemmt. Bei der hier besprochenen bevorzugten Ausführungsform befinden sich die Sitzringanordnungen im wesentlichen im gleichen Abstand auf diametrisch entgegengesetzten Seiten der Drehachse der Kugel, Wenn auch die Sitzringanordnungen durch mannigfaltige unterschiedliche bzw. andere Einrichtungen in ihrer Stellung gehalten werden könnten, sind sie bei der bevorzugten Ausführungsform durch Absätze 7o, 72 an ihrer Stelle gehalten, welch letztere durch Endseiten 74, 76 der Endfassungen 14 bzw,16 definiert sind. Die Einwärtsbegrenzung der Bewegung der Sitzringanordnungen wird durch ein Paar Absätze 78, 80 definiert, die durch die inneren Endwandungen von Versenkungen gebildet werden, welche sich nach einwärts des Durchgangsweges bzw, der öffnung 2o des Ventilkörpers erstrecken. Ferner ist zwischen Zentralkörperabschnitt 12 und den Endfassungen 14, 16 eine Abdichtung mittels O-Ringen 82, 84 vorgesehen, welche in zweiten Versenkungen 86 bzw, 88 aufgenommen sind. Jeder O-Ring liegt rings um den äußeren Umfang bzw, die äußere ümfangsoberfläche eines Teiles der zugehörigen Sitzringanordnung B.

Die hier beschriebenen baulichen Einzelheiten des Kugelventiles A beziehen sich auf die bevorzugte Ventilkonstruktion. Es ist dem Fachmann jedoch klar, daß Modifizierungen leicht möglich sind, um besonderen Arbeitsbedürfnissen und/oder Erfordernissen gerecht zu werden. Solche Änderungen beeinträchtigen nicht den Gesamtrahmen der Erfindung, wie sie nachstehend beispielhaft eingehend beschrieben sei.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 seien die speziellen Einzelheiten der Sitzanordnungen B beschrieben. Die Fig. 2 zeigt

w 52/19 1 30025/0554

eine Querschnittsansicht der Sitzanordnung, welche an der Bndfassung 14 liegt, wobei zu erkennen ist, daß die andere Anordnung hiermit identisch ist, wenn nichts anderes speziell vermerkt ist. Auch ist die Kugel C zum leichteren Verständnis und zum Erkennen der Konstruktion der Sitzanordnung fortgelassen.

Jede Sitzanordnung besteht vorzugsweise aus drei Komponenten, d.h. einem Verstärkungsring loo, einem Sitzring Io2 und einer kegelstumpfförmigen Scheibenfeder 1o4. Der Verstärkungsring loo besitzt ringförmige Gestalt und besteht erwünschtermaßen aus starrem Material wie Stahl oder einem anderen geeigneten Metall. In Pig. 2 besitzt der Verstärkungsring 1oo eine erste fortlaufende Oberfläche bzw. Stirnseite 11o, welche gegen den zugehörigen Absatz 7o der Bndfassung 14 gerichtet ist. Eine zweite fortlaufende Oberfläche 112 ist im allgemeinen auf die (nicht gezeigte) Kugel zu gerichtet, jedoch so bemessen, daß sie im Abstand von der Kugel steht, um irgendeine Berührung bzw. Beeinträchtigung mit der Kugel zu verhindern. Eine radial nach auswärts sich erstreckende Bördelung 114 ist vorgesehen und so bemessen, daß sie am Absatz 78 im Durchgangsweg 2o des zentralen Körperteils angreift, um eine zwangsmäßige vorderste Stellung bzw. Grundstellung für den Verstärkungsring zu bilden. Der äußere Umfang bzw. die Umfangsoberfläche 116 des Ringes 1oo befindet sich dicht an der Seitenwandung des Durchgangsweges 2o.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Sitzring 1o2 aus einem ringförmigen bzw. ringähnlichen Gebilde mit einer zentralen öffnung besteht. Eine erste fortlaufende, an der Kugel angreifende Oberfläche I2o» besitzt anfangs eine im allgemeinen kegeistumpfförmige Gestaltung, welche mit dem Sitzring selbst konzentrisch ist. Eine zweite Sitzringfläche 122 ist im allgemeinen gegen den zugehörigen Absatz

130025/0SS4 V 52/19

70 der Endfassung 14 gerichtet. Eine dritte Oberfläche 124 ist auf die erste fortlaufende Oberfläche Ho des Verstärkungsringes zu gerichtet und ist zweckmäßig abgesetzt vie beim Bezirk 126 radial nach einwärts von der äußeren Umfangsoberfläche 128. Dieser abgesetzte Bezirk ist so bemessen und gestaltet» daß er einen Teil des Verstärkungsringes aufnimmt und mit dessen erster fortlaufender Oberfläche Ho im Eingriff steht. Wie leichter ersichtlich wird, wirkt die Oberfläche 11 ο als eine Lagerfläche zur Schaffung einer starren Halterung für den zustromseitigen Sitzring, während dieser dem Fließmitteldruck ausgesetzt ist.

Eine Bördelung bzw. Lippe 13o erstreckt sich axial auswärts der Oberfläche 122 und zwar im allgemeinen an der äußeren ümfangsflache 128. Diese Lippe bzw. Bördelung ist vorzugsweise fortlaufend rings um den Sitzring und so gelagert, daß ihre radiale innere Oberfläche im allgemeinen dem Außendurchmesser der konischen Scheibenfeder 1o4 entspricht. Die Bördelung bzw. Lippe 13ο ist an ihrem radialen äußersten Bezirk abgekantet und in der gezeigten Weise über die radiale Außenkante der Scheibenfeder gewalzt. Wenn dies auch nicht erforderlich ist, so hält doch diese Anordnung den Sitzring und die Scheibenfeder vorteilhafterweise als eine Unteranordnung zusammen.

Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Anordnung bestehen die Sitzringe 102 aus einem federnden Kunststoffmaterial wie etwa Polytetrafluoräthylen oder dergl. Es ist jedoch klar, daß andere Materialarten wie etwa Acetalharze und dergl. ebenfalls mit Vorteil benutzt werden können. Das besondere ausgewählte Material ist bis zu gewissem Ausmaß abhängig von den Betriebsbedingungen, welchen das Ventil unterliegt. Außerdem können bei den Sitzanordnungskomponenten variierende Konstruktionsmodifikationen vorkommen, wie dies nachstehend in Bezug auf die Fig. 8 beschrieben sei.

1-30026/.QBS4

Die kegelstumpfförmige Scheibenfeder Io4 besitzt ein äußeres Ende 14ο und ein inneres Ende 142. Der Durchmesser am äußeren Ende ist so, daß die Scheibenfeder innerhalb des zylindrischen Hohlraumes aufgenommen werden kann, velcher durch die Innenvandung der axialen Bördelung 13o des Sitzringes und der zweiten Oberfläche 122 definiert vird. Der Innendurchmesser der Feder am Ende 142 ist im wesentlichen gleich dem Durchmesser der durch den Sitzring gehenden öffnung.

Die Feder wird so gewählt, daß ihre rraft unter teilweiser Ablenkung ausreichend ist, um den Sitzring ständig gegen die Kugel und gegen tragenden Eingriff mit der Oberfläche 11o des verstärkenden Ringes loo zu drücken. Die Feder muß auch zu abgeflachtem Zustand belastet bzw. gedrückt werden können, um sich einer Kugelverschiebung in Berührung mit der ersten Oberfläche 12o des Sitzringes anzupassen. Bei der hier besprochenen bevorzugten Ausfuhrungsform ist die zweite Oberfläche 122 des Sitzringes so gestaltet, daß sie die Scheibenfeder 1o4 teilweise spannt, wenn der Sitzring und die Scheibenfeder als ünteranordnung miteinander verbunden sind. Eine solche Spannung ist etwa gleich einer Hälfte des Abstandes vom freien Zustand zur vollgespannten bzw. im wesentlichen abgeflachten Gestalt. Es ist jedoch zu verstehen, daß dieses Spannen zum befriedigenden Betrieb der Sitzanordnungen B nicht erforderlich ist und seine Anwesenheit bzw. Abwesenheit ist eine Funktion der relativen Bemessungseigenschaften zwischen der zweiten Oberfläche 122 des Sitzringes und der Scheibenfeder Io4,

Die Scheibenfeder 1o4 passt sich vorteilhafterweise im allgemeinen der Drehbiegung des Sitzringes an, zumindest bis die Feder zu einem im wesentlichen abgeflachten Zustand bewegt worden ist. Ein solches Arbeiten, welches verbesserte Ventilabdichtung schafft, ergibt sich in einer noch zu beschreibenden Weise. Je nach Typ, Größe und Art des Kugel-

^¥52/19 130026/0664

ventils, können die konischen Scheibenfedern 1o4 vorteilhaft aus einer Anzahl verschiedener Metalle gebaut sein, welche Federeigenschaften besitzen, die in einen annehmbaren Bereich fallen.

Unter Bezugnahme auf die Pig· 3 bis 7 sei die Arbeitsweise der neuen Kugelventil- und Sitzanordnung beschrieben. Die Fig. 3 zeigt das Ventil völlig zusammengestellt in Offenstellung (Zustand ohne Belastung durch Fließmitteldruck). In dieser Stellung sind die beiden Sitzanordnungen B aus dem in Fig. 2 gezeigten ungespannten Zustand in einen teilweise gespannten Zustand verschoben. Kugel C, Sitzanordnungen B und Absätze 70, 72 sind so bemessen, daß sich diese Beziehung bei Zusammenstellung bzw. Zusammenbau des Kugelventils ergibt.

Insbesondere und mit fortlaufender Bezugnahme auf Fig. 3 sowie Bezugnahme auf Fig. 4, werden die Sitzanordnungen so bewegt, daß gegenüberliegende Sitzringe Io2 leicht drehend voneinander fortbewegt werden und zwar im allgemeinen um ihren äußeren Umfang und gegen die Scheibenfedern I04 als Reaktion auf die Berührung zwischen den ersten Oberflächen 12o der Sitzringe und der Kugel C. Diese Wirkung drückt die zugehörigen Scheibenfedern zu einem abgeflachten Zustand hin zusammen. In der Stellung der Fig. 3 sind die Scheibenfedern vorzugsweise über etwa die Hälfte ihrer verbleibenden Wanderung abgelenkt. Zusätzlich zum Insteilungbringen der Kugel, gewährleistet diese Federablenkung eine Abdichtungskraft zwischen den beiden Sitzringen und der Kugel an den ersten Oberflächen 12o ohne Rücksicht darauf, wie niedrig der Systemdruck sein mag. •Auch stellt sie sicher, daß der Sitzring in Nachbarschaft des Ventileinlasses eine Abdichtung bildet, wobei die Gesamtbelastung des Sitzes von dem Bezirk des äußeren Durchmessers des Sitzringes abhängig ist.

w 52/19 1300 25/0.5iA

Die Pig. 4 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der abstromseitigen Sitzanordnung B an der Endfassung14, wenn das Ventil sich in der Offenstellung der Fig. 3 befindet. In dieser Ventilstellung nimmt die zur Endfassung 16 gehörige zustromseitige Sitzanordnung eine im wesentlichen identische Beziehung an. Wie dort gezeigt, befindet sich die erste kegelstumpfförmige Sitzringoberfläche 12o bzw. die an der Kugel angreifende Oberfläche in abdichtender Berührung mit der Oberfläche der Kugel C. Die Kugel deformiert ein venig einen Teil der Oberfläche 12o, sodaß zumindest dieser Teil eine konkave kugelige Gestaltung besitzt. Gleichzeitig wird der Sitzring Io2 drehend gegen die Scheibenfeder Io4 gebogen, sodaß die Scheibenfeder ein wenig zusammengedrückt wird. Wegen der Drehbiegung im Sitzring 102» wird die Oberfläche des abgesetzten Bezirkes 126 des Sitzringes aus einer Berührung mit der ersten Oberfläche 11o des Verstärkungsringes fortbewegt.

Die Pig. 5 zeigt das Ventil in einer Geschlossenstellung im Zustand erhöhten Fließmitteldruckes, wobei die Richtung des Fließmittelstromes durch den Pfeil P in Nachbarschaft des Ventileinlasses bezeichnet ist. In Abhängigkeit vom Systemdruck wird die Kugel dazu getrieben, sich axial des Durchgangsweges 2o in Richtung des Fließmittelstromes auf die Sitzanordnung am Auslass bzw. die abstromseitige Sitzanordnung zu zu verschieben. Als Ergebnis dieser Verschiebung bewegt sich der Sitzring der zustromseitigen Sitzanordnung zurück zu seiner ursprünglichen ungespannten Gestalt, wie in Fig. 6 gezeigt, und zwar unter dem Einfluß der zugehörigen Scheibenfeder 1o4. Der zustromseitige Sitzring wird somit auf die Kugel zu drehend gebogen bzw. verschoben, wenn die Kugel sich stromabwärts bewegt. Zur gleichen Zeit wird der Sitzring am Auslass weiter verschoben bzw. stromabwärts drehend gebogen wie in Fig. 7 gezeigt, um seine zugehörige Scheibenfeder weiter zusammenzudrücken.

130Ö2 5/0SS4

•3?·

Bis zu diesem Punkt sind beide Sitzringe annähernd gleich flexibel, vobei die Ablenkung über den vollen Ring des Sitzes vom Außendurchmesser bis zum Innendurchmesser statt· findet.

Wenn erst einmal der Einlaßsitz in seinen ursprünglichen» ungespannten Zustand zurück abgelenkt ist, so verändert er sich von einem flexiblen zu einem viel starreren Gebilde. In diesem Zustand lagert der abgesetzte Bezirk 126 des Sitzringes gegen die erste Oberfläche Ho des zugehörigen Verstärkungsringes (Fig¹. 6), Die vorerwähnte lagernde Berührung hindert den Eingangssitz an einer weiteren Bewegung auf die Kugel zu, wenn der Systemdruck weiter ansteigt. Umgekehrt bleibt die abstromseitige Sitzringanordnung flexibel und vollzieht weitere Drehbiegung, bis die zugehörige Scheibenfeder bis in ihre im wesentlichen völlig abgeflachte Gestalt bewegt ist (Fig. 7).

Mit der Drehbiegung des abstromseitigen Sitzringes und einer Konstruktion des Sitzringes aus Polytetrafluoräthylen oder dergl., deformiert die Kugel C weiterhin die erste Oberfläche bzw. die die Kugel berührende Oberfläche I2o, sodaß ein steigender Oberflächeaanteil eine konkave kugelige Gestalt annimmt. Bei der hier beschriebenen bevorzugten Bauanordnung, greift im wesentlichen die gesamte erste Oberfläche 12o aufeinanderpassend an der Kugel an, wenn die abstromseitige Scheibenfeder voll gespannt ist. Diese Beziehung ist in Fig. 7 gezeigt. Ein geringeres Ausmaß an Deformierung der ersten Oberfläche 12o wäre in denjenigen Fällen vorhanden, wo der Sitzring aus härteren Materialien besteht wie etwa Acetalharz und dergl. Wenn die Kugel C sich um einen Betrag verschoben hat, wo sie die abstromseitige Scheibenfeder im wesentlichen voll abgelenkt hat, ist die Kugel aus jeglichem Kontakt mit der an der Kugel angreifenden Oberfläche 12o

v 52/19 130025/0554

des zustromseitigen Sitzringes fortbewegt. Bin Spalt x (Pig. 5 und 6) bildet sich dazwischen und es findet keinerlei Abdichtung an der Zustromseite der Kugel statt.

Dieses Ergebnis setzt die abstromseitige Sitzbelastung und den Verschleiß auf ein Mindestmaß herab und vermindert die Drehkraft, welche benötigt wird, um die Kugel in die offene Ventilstellung zurückzudrehen. Innerhalb der vorbestimmten Betriebsgrenzen des Ventils, wird die an der Kugel angreifende Oberfläche 12o des abstromseitigen Sitzringes im allgemeinen nicht wesentlich weiter durch

Systemdrucke deformiert, wie dies allgemein in Fig. 7 gezeigt ist. Wesentlich weitere Deformierung könnte unerwünschterweise den abstromseitigen Sitzring veranlassen, zu brechen und/oder vollständig zerstört zu werden.

Der zur zustromseitigen Sitzanordnung gehörige Verstärkungsring 1oo verhindert ein Versagen des zugehörigen Sitzringes 1o2, indem er eine große Lageroberfläche bietet, sodaß die Lager beanspruchung nur etwa das Eineinhalbfache bis zweifache des Fließmittelsystemdruckes ist. Diese Lagerbeanspruchung liegt gut innerhalb der Fähigkeiten der meisten Kunststoffe, welche beim Bau von Sitzringen für Kugelventile gebraucht werden. Wenn überdies das Ventil sich dem Öffnungspunkt nähert, d.h. wenn die Kugel C sich aus der in Fig. 5 gezeigten Stellung zurück in die in Fig. 3 gezeigte Stellung dreht, muß nur die Sitzringoberfläche 12ο, welche an der Kugel angreift, die Kugelöffnung umfassen. Dies vermindert stark den ungehalterten Bezirk und die Länge der Umfassung. Die erste Oberfläche 11o des Verstärkungsringes schafft auch eine Halterung im wesentlichen über die gesamte Umfassung der dritten Oberfläche 124 des zustromseitigen Sitzringes. Die kombinierte Wirkung der Halterung über die Kugelöffnung und ein breiter Lagerabsatz am abgesetzten Bezirk 126 des Sitzringes, hindert den zustromseitigen bzw. Einlaßsitzring

W 52/19

• as.

an einer Deformierung. Bs ist wesentlich, eine solche Deformierung zu verhindern, um nachfolgende Beschädigung des abstromseitigen Sitzringes auszuschließen. Wenn sich ein ungehalterter zustromseitiger Sitzring in die Kugel-Öffnung hinein deformiert, so bildet er einen Wulst in einem Abschnitt des Sitzringes. Dieser Wulst wiederum stößt die Kugel aus der Mitte heraus und zwingt sie, den abstromseitigen Sitz zu schneiden bzw. zu deformieren. Eine solche Deformierung des abstromseitigen Sitzringes veranlasst ihn, sowohl bei hohen als auch niedrigen Drucken undicht zu sein*

Das hier eingehend beschriebene rugelventil A mit Sitzanordnungen B, schafft eine wesentliche Verbesserung über bisher bekannte Anordnungen. Die vorliegende Konstruktion erlaubt es den Sitzanordnungen, flexibel zu sein und abgelenkt zu werden, wenn sie als abstromseitiger Sitz wirken, jedoch starr zu sein, wenn sie als zustromseitiger Sitz wirken. Die Anordnungen sind bei anfänglicher Anordnung federbelastet, um ein .Abdichten bei niedrigen Drucken zu erleichtern. Sitzring-und Kugelbewegungen sind so proportioniert, daß der zustromseitige Sitzring von einer Abdichtung gegen die Kugel bei hohen Drucken freigesetzt ist. Der Zustromseitige Sitz ist während des öffnens des Ventils durch einen Verstärkungsring gehaltert, um eine Deformierung zu verhindern. Dieser Verstärkungsring schafft auch einen großen Lagerbezirk, um den zustromseitigen Sitzring an einem Scheren am Absatz des Ventilkörpers zu hindern oder in anderer Weise aus seiner richtigen Stellung innerhalb des Ventils verdrängt zu werden.

Die Pig. 8 zeigt eine Anzahl baulicher Abänderungen bzw. Merkmale, welche mit Vorteil bei den Sitzanordnungen B vorhanden sein können..Solche Abänderungen passen sich der maschinellen Bearbeitung der Komponenten und dem Ventilgebrauch an, wie ersichtlich sein wird. Außerdem

_w 52/19 13002S/0554

-rsr-' 30;

können die Abänderungen individuell zum Gebrauch angenommen verden und sind zur erfolgreichen Arbeit der Sitzanordnung nicht voneinander abhängig. Zur leichteren Veranschaulichung dieser abgeänderten baulichen Merkmale sind ähnliche Komponenten mit gleichen Bezugszahlen und zusätzlichem ' bezeichnet, während neue Komponenten mit neuen Bezugszahlen versehen sind.

In Pig. 8 erstreckt sich die Endwandung 78* der Vertiefung veiter nach einwärts in den Hauptventilkörperabschnitt 12* und die radial nach auswärts sich erstreckende Bördelung ist nicht auf dem Verstärkungsring 1oo' vorgesehen. Die innere Stirnseite bzw. Wandung 150 des Verstärkungsringes stößt somit an die Endwandung 78^f der Vertiefung an und bietet zwangsläufig eine innerste axiale Stellung bzw. Ausgangsstellung für diesen.

Außerdem besitzt die dritte Oberfläche 124¹ des Sitzringes 1o2» keinen abgesetzten Bezirk wie oben unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben. Die dritte Oberfläche des Sitzringes ist vielmehr über ihre ringförmige Ausdehnung kontinuierlich und dazu ausgebildet, an der ersten Oberfläche 1io^f des Verstärkungsringes anzugreifen.

Die obigen beiden Modifikationen sind in erster Linie auf die Produktion ausgerichtet, d.h. bei jeder Modifikation entfällt ein maschineller Bearbeitungsschritt, welcher sonst für den Verstärkungsring loo¹ und den Sitzring 1o2^f benötigt wird.

Weiterhin unter Bezugnahme auf die Fig. 8 besitzt die erste Oberfläche 12o^f des Sitzringes bzw. die an der Kugel angreifende Oberfläche auch eine leicht modifizierte Gestalt. Wie gezeigt, ist die an der.Kugel angreifende Oberfläche so gebaut, daß sie eine konkave kugelige Ober-

130025/0554 w 52/19

fläche besitzt, welche konzentrisch mit der Längsachse des Sitzringes selbst ist, sowie einen Radius besitzt, welcher gleich dem Radius der Kugel ist. Wenn also das Ventil anfangs zusammengestellt wird, so greift die Oberfläche 12o' im wesentlichen aneinanderpassend an der Kugeloberfläche an und bleibt während der Drehbiegung ■ des Sitzringes in solcher wesentlicher aneinanderpassenden Berührung.

Innerhalb des breiten Rahmens, welchen die Erfindung steckt, ist es auch möglich, daß die erste Oberfläche 12o^f bezw. die an der Kugel angreifende Oberfläche, andere Krümmungsradien haben kann, welche sowohl größer als auch kleiner sind als der Radius der Kugel. Außerdem kann es in einigen Fällen erwünscht sein, den Körper des Sitzringes 1o2* so zu gestalten, daß in seinem freien Zustand, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, die an der Kugel angreifende Oberfläche 12o^f leicht nach auswärts der zentralen Sitzringöffnung gedreht wird. Bei einer solchen Struktur bilden die Orte des Radius für die Oberfläche 1-2.0 ^f einen Kreis, welcher mit der Längsachse des Sitzringes konzentrisch ist. Die vorerwähnten möglichen Abwandlungen für die an der Kugel angreifende Sitzringoberfläche weicht in keiner Weise vom Gesamtkonzept der vorliegenden Erfindung ab.

Schließlich ist nach Fig. 8 eine Rille 16ο in. der zweiten Oberfläche 122» des Sitzringes 1o2^f vorgesehen. Diese Rille erstreckt sich nach einwärts in den Körper des Sitzringes zwischen seinem inneren und äußeren Durchmesser, ist fortlaufend und erstreckt sich vollkommen rings um die zweite Oberfläche 122¹. Die Rille 16ο ist besonders erwünscht beim Gebrauch härterer Sitzringmaterialien wie Acetalharzen und dergl. zur Steigerung der Flexibilität und zur besseren Anpassung der gewünschten Drehbewegung wie vorstehend beschrieben. Zusätzlich

w %t>/to

0 2 5/0554

ORlQlNAL INSPECTED

-25-

.3a·

%Vl der besonderen gezeigten Rillenkonfiguration, können andere Gestaltungen und/oder Abmessungen hierfür angevandt werden, um noch andere Arten an Sitzringmaterialien anzupassen und/oder anderen Ventilkennwerten gerecht zu werden. Ferner kann die Rille 16ο auch in Sitzringe einverleibt werden, welche aus weicheren Materialien, wenn gewünscht, gebaut sind, um einer besonderen Ventilanwendung bzw. Konstruktion gerecht zu werden.

Andere Modifikationen, welche nicht besonders in den Zeichnungen gezeigt sind, können leicht bei den Sitzringanordnungen B vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist es möglich, die axiale Bördelung I3o des Sitzringes 1o2 an seinem Innendurchmesser zu bilden, entgegen der bevorzugten Stellung am Außendurchmesser. Bin anderes Beispiel besteht in der speziellen Orientierung der zweiten Oberfläche 122 des Sitzringes. Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist diese Oberfläche nach einwärts in den Sitzringkörper vom Außendurchmesser sum Innendurchmesser hin abgeschrägt. Dieser Schrägungswinkel kann, wenn als notwendig befunden, variiert werden und/oder die zweite Oberfläche 122 kann senkrecht zur Sitzringachse angeordnet werden, sodaß sie im allgemeinen parallel zum zugehörigen Ventilkörperabsatz ist. Es kann auch erwünscht sein, die relativen Abmessungseigenschaften zwischen den Sitzringen, Verstärkungsringen und Scheibenfedern leicht zu modifizieren, um sich besonderen Betriebserfordernissen anzupassen.

Ferner wäre es bei einigen Ventilanvendungen möglich, die Verwendung von Verstärkungsringen Too in den Sitzanordnungen B vollkommen auszuschalten. In diesem Falle wäre die Vorwärts- bzw. Einwärtsbewegung der Sitzringe in dem Durchgangsweg 2o des Ventilkörpers beispielsweise begrenzt durch den Eingriff der dritten Oberflächen der Sitzringe mit den Endwandungen der Vertiefungen im Durchgangsweg. Jedoch setzt

130025/0554 w 52/19

3042SIS

-26-

das Fortlassen der Verstärkungsringe die Druclcraten herab, welche dem Ventil wegen des gesteigerten Vermögens der Verschiebung und/oder Deformierung des zustromseitigen Sitzringes zuzuschreiben ist, was zu einer Beschädigung des abstromseitigen Sitzes führen kann. Dies könnte bis zu gewissem Ausmaß kompensiert werden durch Modifizieren der Abmessungsbeziehungen zwischen den anderen verbleibenden Komponenten. Nichts desto weniger wurden die vorteilhaften Beziehungen zwischen Kugel, Sitzringen und Scheibenfedern, wie oben beschrieben, während des Gebrauchs des Ventils noch erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beispielhaft viedergegebenen AusfUhrungsformen speziell abgestellt. Im Rahmen der Erfindung sind dem Fachmann vielmehr mannigfaltige Abänderungen ohne weiteres gegeben.

130026/0564

Claims

Patentans ρ r Ü c h e

./Kugelventil, gekennzeichnet durch:

einen Ventilkörper mit einem zentral gelagerten, im allgemeinen zylindrischen Durchgangsweg (2o); eine Kugel (C), welche sich in dem Durchgangsweg befindet, mit einer hindurchgehenden Fließmittelströmungsöffnung, wobei die Kugel um eine Achse drehbar ist, welche im allgemeinen senkrecht zum Durchgangsweg steht, zum wahlweisen Drehen der Kugel zwischen Ventiloffenstellung und Ventilgeschlossensteilung zur Steuerung des Fließmittelstromes; ein Paar radial nach einwärts gerichteter Absätze (7o, 72) im Durchgangsweg (2o), welche im allgemeinen im gleichen Abstand von der Kugel auf entgegengesetzten Seiten von ihr angeordnet sind, wobei jeder der Absätze umfangsmäßig fortlaufend ist und eine Oberfläche besitzt, welche auf die Kugel hin gerichtet ist und welche im allgemeinen senkrecht zum Durchgangsweg steht;

ein Paar Verstärkungsringe (loo), welche axial im Durchgangsweg auf entgegengesetzten Seiten der Kugel feststehend gelagert sind, wobei jeder Verstärkungsring eine zentrale Öffnung, eine erste Oberfläche (Ho), welche -auf den zugehörigen Absatz (7o, 72) zu gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche (112), welche im allgemeinen auf die Kugel (C) zu gerichtet ist und sich im Abstand von dieser befindet, aufweist; einen Sitzring (1o2), welcher zwischen jedem Absatz und zugehörigem Verstärkungsring; zwischengelegt ist, wobei jeder Sitzring eine zentrale öffnung, eine erste auf die Kugel zugerichtete, fortlaufende Oberfläche (12o), eine zweite, im allgemeinen auf den zugehörigen Absatz hin gerichtete Oberfläche (122), und eine dritte, mit der ersten Oberfläche (11o) des zugehörigen Ver-

130Ö25/055A

V 52/19

Stärkungsringes in Berührung kommende Oberfläche (124) aufweist, wobei die ersten Oberflächen (12ο) des Sitzringes in zwangsläufiger abdichtender Berührung mit der Kugel stehen; und eine Scheibenfeder (1o4), welche zwischen jeder zweiten Oberfläche eines Sitzringes und dem zugehörigen Absatz zwischengelegt ist, wobei die Scheibenfeder in ungespanntem Zustand eine zentrale öffnung und eine im allgemeinen kegeistumpfförmige Gestalt besitzt, wobei die Scheibenfedern so gelagert sind, daß sie mit den Enden ihres kleineren Durchmessers nach der Kugel (C) hin zeigen und so bemessen sind, daß dann, wenn die Kugel, Verstärkungsringe, Sitzringe und Scheibenfedern zwischen den Absätzen angeordnet sind, die ersten Oberflächen der Sitzringe abdichtend an der Oberfläche der Kugel angreifen und eine Biegung in den Sitzringen leicht nach auswärts voneinander verursachen im Ansprechen auf eine solche Berührung, und wobei die Scheibenfedern teilweise zu abgeflachtem Zustand gespannt sind zum kontinuierlichen Drücken der ersten Oberflächen in die Berührung mit der Kugel.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper entfernbare Bndfassungen (14, 16) aufweist, welche die Absätze (70, 72) definieren.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzringe je eine axial sich erstreckende Umfangsbördelung (13o) an ihrer zweiten Oberfläche (122) aufweisen zum Pestlegen der zugehörigen Scheibenfeder (I04) in Bezug auf den Sitzring.
4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen öffnungen in jeder Federscheibe und dem zugehörigen Sitzring im wesentlichen gleiche Größe besitzen und eine geringere Größe aufweisen als die

130025/06S4

w 52/19

zentrale öffnung im zugehörigen Verstärkerring.
5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, i daß der Durchgangsweg (2o) in vorbestimmtem axialem

Abstand von jedem der Absätze (7o, 72) versenkt ist, wobei jede Versenkung eine innere Bndwandung aufweist und die Verstärkungsringe mindestens einen Teil be- ' sitzen, welcher gegen die Bndwandung einer zugehörigen Versenkung aufgenommen ist zum Festlegen der Verstärkungsringe axial im Durchgangsweg,
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkungsring (1oo) eine radial nach auswärts sich erstreckende Bördelung (114) aufweist, welche so bemessen ist, daß sie an der Bndwandung der zugehörigen Versenkung angreift und jede dritte Oberfläche (124) des Sitzringes einen abgesetzten Bezirk (126) besitzt zur Aufnahme der ersten Oberfläche (11o) des zugehörigen Verstärkungsringes.
7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel im Durchgangsweg axial bewegbar ist, venn sich das Ventil in Geschlossenstellung befindet, zur angleichenden Verschiebung der Kugel auf einen der Absätze zu im Ansprechen auf den Fließmitteldruck, wobei der zu dem einen Absatz gehörige Sitzring wei- ι terhin gebogen wird im Ansprechen auf die Verschiebung der ersten Oberfläche, um die zugehörige Scheibenfeder weiter zusammenzudrücken, und wobei der andere Sitzring unter dem Einfluß der zugehörigen Scheibenfeder in die Bewegungsrichtung der Kugel hin gebogen wird, damit dessen erste Oberfläche in fortlaufende Berührung mit der Kugel gedrückt wird.

w 52/19 130025/0554
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der .zu dem einen Absatz gehörige Sitzring zu einer Stellung gebogen werden kann, in welcher die zugehörige Scheibenfeder in im wesentlichen abgeflachten Zustand bewegt ist, wobei die Kugel aus der Berührung mit der ersten Oberfläche des anderen Sitzringes fort bewegt wird, und wobei der zu dem anderen Sitzring gehörige Verstärkungsring eine starre Lageroberfläche für diesen schafft, um Deformierung und Verschiebung des anderen Sitzringes im Durchgangsweg zu verhindern.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegung der Sitzringe in einer Drehbiegung besteht.
10. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzringe aus federndem Material bestehen.
11. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (122) jedes Sitzringes eine Vertiefungsrille aufweist, welche sich ringsherum erstreckt zur Erleichterung der periodischen Biegung.
12. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche aus einem Ventilkörper mit einem im wesentlichen zylindrischen Durchgangsweg für den Fließmittelstrom; mit einer Kugel, welche im Durchgangsweg angeordnet ist und wahlweise drehbar ist zwischen einer Ventiloffenstellung und einer Ventilgeschlossenstellung, wobei die Kugel zumindest dann im allgemeinen axial im Durchgangsweg verschiebbar ist, wenn das Ventil sich unter Fließmitteldruck in Geschlossenstellung befindet; mit einem Paar ringförmiger Sitzringe im Durchgangsweg auf entgegengesetzten Seiten der Kugel zwischen dieser Kugel und einem zugehörigen Absatz im Ventilkörper; und mit einer ringförmigen Scheiben-

1 30026/0554
w 52/19

feder zwischen jedem Sitzring und dem zugehörigen Absatz zum ständigen Drücken der Sitzringe in abdichtende Berührung mit der Kugel, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sitzring eine erste fortlaufende Oberfläche (12o) aufweist, welche auf die Kugel (C) hin gerichtet ist, in zwangsmäßiger abdichtender Berührung mit dieser, sowie eine zweite Oberfläche (122) aufweist, welche allgemein auf den zugehörigen Absatz hin gerichtet ist, mit einer Scheibenfeder, welche zwischen jeder zweiten Oberfläche eines Sitzringes und dem zugehörigen Absatz zwischengelegt ist; wobei jede Scheibenfeder in ihrem ungespannten Zustand eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Gestalt besitzt und ihr Ende mit dem kleineren Durchmesser auf die Kugel (C) hin zeigt und so bemessen ist, daß dann, wenn Kugel, Sitzringe und Scheibenfedern zwischen den Absätzen angeordnet sind, die erste Oberfläche der Sitzringe dichtend an der Oberfläche der Kugel angreift, wobei die Sitzringe leicht nach auswärts voneinander drehgebogen werden, und wobei die Scheibenfedern teilweise zu einer abgeflachten Gestalt gespannt werden und die erste Oberfläche der Sitzringe in ständige Berührung mit der Kugel drücken; und wobei dann, wenn die Kugel im Durchgangsweg axial nach dem einen Absatz des Ventilkörpers hin verschoben ist im Ansprechen auf den Pließmitteldruck, welcher auf die Kugel in Geschlossenstellung des Ventils wirkt, der zu diesem einen Absatz gehörige Sitzring weiterhin zu diesem einen Absatz hin drehgebogen wird, wobei seine erste Oberfläche in abdichtender Berührung mit der Kugel verbleibt und die zu dem einen Absatz zugehörige Scheibenfeder weiter zur abgeflachten Gestalt gespannt wird, wobei der andere Sitzring auf die Kugel zu drehgebogen wird in Verschiebungsrichtung der Kugel unter dem Einfluß der zugehörigen Scheibenfeder, damit die erste Oberfläche des anderen Sitzringes in fortlaufen-

130025/0554
a. ORiGlNAUNSPECTED

den Kontakt mit der Kugel gedrückt wird.
13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zu dem einen Absatz gehörige Sitzring durch die Verschiebungsbewegung der Kugel im Eingriff mit der ersten Oberfläche des Sitzringes zu einer Stellung drehgebogen werden kann, wo die zugehörige Scheibenfeder zu einer im wesentlichen abgeflachten Gestalt gespannt ist, wobei die Kugel dementsprechend von der gesamten Berührung mit der ersten Oberfläche des anderen Sitzringes fortbewegt ist.
14. Ventil nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch ein Paar Verstärkungsringe, welche im Durchgangsweg auf entgegengesetzten Seiten der Kugel axial einwärts der Sitzringe gelagert sind, wobei jeder Verstärkungsring eine Einrichtung aufweist zu seiner Festlegung in einer gewünschten axialen Stellung im Durchgangsweg; mit einer ersten Oberfläche, welche zu einem zugehörigen Absatz des Ventilkörpers hin gerichtet ist, und einer zweiten Oberfläche, welche im allgemeinen auf die Kugel zu gerichtet ist und im Abstand von dieser steht, wobei die erste-Oberfläche des Verstärkungsringes eine starre Lageroberfläche Für den zugehörigen Sitzring bietet zur Verhinderung einer Deformierung und einer Verschiebung des Sitzringes im Durchgangsweg.
15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsweg in vorbestimmtem axialen Abstand von jedem der Absätze versenkt ist, wobei jede Versenkung eine innere Endwandung aufweist und wobei Festlegungsmittel, welche die Verstärkungsringe aufweisen, mindestens einen Teil besitzen, welcher gegen die Endwandung der zugehörigen Versenkung aufgenommen ist.

w 52/19

13Ö02S/Q554

ORIGINAL INSPECTED
16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkungsring eine radial nach auswärts sich erstreckende Bördelung besitzt, welche so bemessen ist, daß sie an der Endwandung der zugehörigen Versenkung angreift, und daß jeder Sitzring ferner einen abgesetzten Bezirk (126) in der Oberfläche aufweist, welche in Nachbarschaft des zugehörigen Verstärkungsringes gelagert ist, wobei die erste Oberfläche des Verstärkungsringes in dem abgesetzten Bezirk aufnehmbar ist.
17. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der anfänglichen VentilZusammenstellung die Scheibenfedern zu einer Gestalt zusammengedrückt werden, welche gleich oder mehr als die Hälfte der zulässigen Zusammendrückung zwischen vollkommen ungespannter und vollkommen gespannter Gestalt ist.
18. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche jedes Sitzringes ferner eine Vertiefungsrille (16ο) besitzt, welche sich ringsherum erstreckt, zur Erleichterung der Drehbiegung.

w 52/19 - 130025/0554