DE3505664C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil mit einem Ventilgehäuse aus Kunststoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Absperrventil ist aus dem DE-GM 17 43 842 bekannt. Absperrventile dieser Bauart weisen den Vorteil auf, daß sie wegen ihrer Korrosionsfestigkeit auch für aggressive Medien geeignet sind.

Ein gewisser Nachteil dieser Bauarten besteht darin, daß die dem Konus desn Ventilelementes angepaßten Sitzflächen verhältnismäßig genau bearbeitet sein müssen, wenn ein dichter Verschluß gewährleistet sein soll. Nachteilig ist auch, daß das konische Ventilelement zur vollständigen Öffnung des Ventils sehr weit nach oben herausgezogen werden muß, was den Verstellweg erhöht und bei voll geöffnetem Ventil den Nachteil bringt, daß sich in dem gegenüber den durchströmten Rohrquerschnitten erweiterten Ventilteil, in dem das Ventilelement nach oben zurückgezogen wird, Totwasserzonen bilden, die zur Ablage unerwünschter Rückstände und zum Verschmutzen des Ventils führen können. Nachteilig ist auch, daß beim vollständigen Verschließen des Ventils die in der unteren Erweiterung des Verstellraumes befindliche Flüssigkeit schon vor dem Erreichen der Endschließstellung des Ventilelementes eingesperrt wird und daher der weiteren Ventilverstellung Widerstand entgegensetzt.

Bekannt ist es zwar auch (DE-GM 18 47 655), bei Absperrschieberventilen einen zylindrischen Ventilschieber aus Gummi vorzusehen, der in einer entsprechenden Führung des Kunststoffgehäuses hin- und herbewegbar ist. Auch hier gelten jedoch dieselben Nachteile beim vollständigen Öffnen des Ventils. Nachteilig ist vor allem aber, daß dort wegen der zylindrischen Führung eines zylindrischen Stopfens wegen der auftretenden Reibung u. U. große Verstellkräfte aufzubringen sind. Wird die Führung so ausgebildet, daß der Gummistopfen leicht gleiten kann, dann kann bei großen Drücken ein Absperreffekt ausschließlich durch die über die Verstellspindel bewirkte Anpreßkraft auf den Stopfen bewirkt werden, der sich elastisch verformt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein sicherer Abschluß, auch wegen des Alterns von Gummi, mit solchen Bauarten für hohe Drücke nicht sicher erreicht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Absperrventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei sehr hohen Drücken ein sicherer Abschluß gewährleistet und daß darüber hinaus ein Einschließen der Flüssigkeit in der Absperrstellung vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Absperrventil der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Durch diese Maßnahme drückt sich der aus einem etwas weicheren Material bestehende Ventilverschluß mit seiner bauchigen Mantelfläche in der Schließstellung dicht gegen die entsprechenden Sitze. Auch wenn sich das Kunststoffventilgehäuse, bedingt durch Betriebsdrücke oder durch Temperaturen, verformen sollte, können keine Undichtigkeiten auftreten, weil die elastische Verformung zwischen Sitzflächen und Ventilelement ausreicht, um solche Verformungen ausgleichen zu können. Besonders vorteilhaft ist es, daß im unteren Ventilsitz beim Verschließen des Ventils keine großen Flüssigkeitsvolumen eingesperrt werden können, weil durch die konvexe Ausbildung des Ventilelementes an seiner Unterseite bis kurz vor dem vollständigen Eintauchen des Ventilkegels in den Sitz noch eine Verbindung zwischen der strömenden Flüssigkeit und der im unteren Ventilsitz befindlichen Flüssigkeit vorhanden ist. Der Rest der noch eingeschlossenen Flüssigkeit kann in den Hohlraum im Ventilelement ausweichen. Vorteilhaft ist auch, daß diese konvexe Ausnehmung an der unteren Stirnseite des Ventilelementes an die Krümmung der Strömungsleitungen angepaßt werden kann, so daß bei geöffnetem Ventil bei wesentlich kleinerem Öffnungshub schon der volle Rohrquerschnitt für die Durchströmung zur Verfügung stehen kann. Totwassergebiete werden außerdem vermieden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Absperrventils gemäß der Erfindung im voll geschlossenen Zustand,

Fig. 1a eine weitere Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1,

Fig. 2 einen dem Längsschnitt gemäß Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt bei voll geschlossenem Ventil,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch das Ventil gemäß Fig. 1 mit Einzelheiten zur Erläuterung der Form der Arbeitsfläche des Ventilelementes,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Ventils gemäß Fig. 1, teilweise im Schnitt, und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Ventilelementes des Ventils gemäß Fig. 1.

Im einzelnen zeigen Fig. 1-5 ein Absperrventil mit einem Ventilkörper, der vorzugsweise aus einem harten Kunststoffmaterial hergestellt ist, wie z. B. PVC oder PVDF, und das eine Einlaßöffnung 101 und eine Auslaßöffnung 102 aufweist. Dabei sind die inneren Innenwandflächen 101 a und 102 a der Einlaßöffnung 101 bzw. der Auslaßöffnung 102 konisch nach innen verjüngt, um einen optimalen Sitz der Rohrenden zu gewährleisten, welche im Betrieb in die Öffnungen 101, 102 eingesetzt werden. Zwischen den im Strömungspfad liegenden Öffnungen 101 und 102 ist eine Ventilkammer 103 ausgebildet, welche normalerweise in Verbindung mit einer flachen Aussparung 103 a steht, die in den Boden 110 des Ventilgehäuses 1 eingeschnitten ist. In der Mitte des Bodens 110 ist außerdem eine Ablaßöffnung 104 vorgesehen, welche normalerweise durch eine Schraube 105 verschlossen ist.

Das Ventilgehäuse 1 umfaßt einen in der Zeichnung vertikal angeordneten Gehäuseteil 106, der im wesentlichen als Hohlzylinder ausgebildet ist und der Aufnahme des Ventilschaftes sowie als Führungselement dient, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird.

Der Gehäuseteil 106 besitzt an seinem oberen Ende einen Flansch 107 und ist mit einer zylindrischen Bohrung bzw. Öffnung 109 versehen, an deren Innenwand zwei einander diametral gegenüberliegende Führungsnuten 109 a, 109 b vorgesehen sind.

Das obere Ende des Gehäuseteils 106 ist durch eine Abdeckplatte 4 verschlossen, wobei ein O-Ring 9 für eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Flansch 107 und der Abdeckplatte 4 sorgt.

Im Inneren des Ventilgehäuses 1 ist ein in vertikaler Richtung gleitverschiebliches, nicht drehbares Ventilelement 2 angeordnet, welches aus Hartplastik besteht und einen im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper bildet, welcher sich konisch in einem Verhältnis von 1 : 30 bis 1 : 10 nach unten verjüngt. In Fig. 1 ist das Ventilelement 2 in seiner einen Endstellung - der Schließstellung - gezeigt und in Fig. 2 in seiner anderen Endstellung - der Offenstellung.

Die Härte des Kunststoffmaterials des Ventilelements wird so gewählt, daß sie geringer ist als diejenige des Ventilgehäuses. Für das Ventilelement 2 können also beispielsweise folgende Stoffe verwendet werden: PP (Polypropylen), PE (Polyäthylen), Nylon, PA (Polyacetal) und ABS. Es hat sich bei Versuchen gezeigt, daß bei gleicher Härte der Materialien des Ventilkörpers 1 und des Ventilelements 2 ein erheblicher Verschleiß und eine unbefriedigende Dichtwirkung eintreten kann. Daher wird für das Ventilelement vorzugsweise ein Material geringerer Härte gewählt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Kombination von PVC oder PVDF für das Ventilgehäuse 1 mit Polypropylen für das Ventilelement 2 erwiesen.

Die äußere Oberfläche des Ventilelementes 2 besteht im wesentlichen aus einem konvex nach außen gewölbten Hauptteil 2 g und zwei im wesentlichen geraden Endbereichen 2 h und 2 i, welche Fortsetzungen des Hauptteils bilden (Fig. 1a).

Unmittelbar unterhalb des oberen Endes des Ventilelements 2 sind zwei einander gegenüberliegende und nach außen ragende Vorsprünge 2 a, 2 b ausgebildet, welche in Gleitkontakt mit den Führungsnuten 109 a bzw. 109 b stehen, so daß das Ventilelement 2 gleitverschieblich zwischen seiner oberen Endstellung (Fig. 2) und seiner unteren Endstellung (Fig. 1) hin- und herbeweglich ist und dabei gleichzeitig gegen eine Drehung um seine Mittelachse gesichert ist.

Weiterhin ist das Ventilelement 2 mit einer axialen Bohrung 2 f versehen, welche ein oberes Teilstück 2 c mit einem Innengewinde und ein unteres Teilstück 2 d umfaßt, welches nicht mit einem Gewinde versehen ist. Am Boden bzw. am unteren Ende des Ventilkörpers 2 ist ferner eine flache, konkav gewölbte Aussparung 2 e ausgebildet.

Eine Ventilspindel 3 besitzt einen oberen Endbereich, an dem ein Handrad 6 befestigt ist. Angrenzend an den Endbereich 3 a ist ein verbreiterter Flanschbereich 3 b vorgesehen, welcher zwischen der Abdeckplatte 4 und einem Sicherungsstück 5 drehbar festgelegt ist, wobei das Sicherungsstück 5 mit der Abdeckplatte 4 verschraubt ist. Die Ventilspindel 3 umfaßt ferner einen Lagerteil 3 c, der eine axiale Bohrung 4 a der Abdeckplatte 4 durchgreift und O-Ring 7 trägt, die unter Druck an der Wand der axialen Bohrung 4 a anliegen und für eine wirksame Abdichtung sorgen. Das untere Ende der Ventilspindel 3 wird durch einen Gewindeteil 3 d mit Außengewinde gebildet, welches mit dem Innengewinde des Teilstücks 2 c des Ventilelements 2 zusammenwirkt. Man sieht, daß durch Drehen der Ventilspindel 3 in der einen oder anderen Richtung mit Hilfe des Handrads 6 das Ventilelement 2 nach oben oder nach unten bewegbar ist, ohne sich zu drehen.

Auf das obere Ende der Ventilspindel 3 isteine Hutmutter 12 mit Innengewinde aufgeschraubt, um das Handrad 6 beim Zusammenbau der Ventilteile mit der Ventilspindel 3 zu verbinden. Dabei dient ein Federring 11 zum Verhindern einer unerwünschten Lockerung der Mutter 12.

Das Absperrventil arbeitet wie folgt:

Wenn das Ventil geschlossen werden soll, wird das Handrad 6 zusammen mit der Ventilspindel 3 beispielsweise - von oben gesehen - im Uhrzeigersinn gedreht.

Das Ventilelement 2, welches sich nicht drehen kann, wird durch diese Spindeldrehung abgesenkt, beispielsweise aus seiner obersten Endstellung (Fig. 2) in seine unterste Endstellung (Fig. 1), und zwar durch das Zusammenwirken mit dem Gewindeteil 3 d der Ventilspindel 3.

Unmittelbar bevor das Ventilelement 2 endgültig seine Schließstellung erreicht, gelangt sein unteres Ende in Kontakt mit der leicht konischen, umlaufenden Wandfläche 200 b der flachen Vertiefung 103 a im Boden 111 des Ventilgehäuses 1. Da zu diesem Zeitpunkt eine gewisse Menge der Flüssigkeit bzw. des fließfähigen Mediums in der Vertiefung eingeschlossen wird, wirkt letztere üblicherweise als "Falle", so daß bei konventionellen Ventilen eine starke Gegenkraft gegen ein weiteres Schließen des Ventils erzeugt würde. Bei dem Ventil des Ausführungsbeispiels besitzt jedoch das Ventilelement 2 eine zu seiner Wandung konzentrischen Hohlraum 2 f, der mit dieser "Falle" in Verbindung steht, so daß hinsichtlich des eingeschlossenen Mediums eine Druckentlastung erfolgt. Durch die konvexe Ausbildung der unteren Stirnseite des Ventilelementes 2 wird auch nahezu keine Flüssigkeit in der Vertiefung eingeschlossen.

Wenn sich das Ventilelement 2 vollständig in seiner Schließstellung befindet, dann ist der Strömungskanal bzw. die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Ventilkammer 103 einerseits und der Einlaßöffnung 101 sowie der Auslaßöffnung 102 andererseits unterbrochen. Damit ist der Strömungskanal durch das Absperrventil vollständig gesperrt.

Wenn andererseits das erfindungsgemäße Absperrventil geöffnet werden soll, dan wird das Handrad 3 im entgegengesetzten Drehsinn gedreht - beispielsweise von oben gesehen im Gegenuhrzeigersinn -, wobei sich die Spindel 3 gemeinsam mit dem Handrad dreht und wobei das Ventilelement 2 aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt wird. Dabei versteht es sich, daß der Stellvorgang jederzeit unterbrochen werden kann, um das Ventilelement 2 in einer Zwischenstellung festzulegen.

Wenn das Ventil voll geöffnet ist, dann ist der durch das Ventil hindurchgehende Strömungskanal im wesentlichen nicht gestört; man erhält also wegen der konvexen Ausbildung der unteren Stirnwand des Ventilelementes 2 einen durchgehenden freien Querschnitt des Strömungskanals.

Der Hauptteil 2 g der äußeren Arbeitsfläche des Ventilelementes 2 hat eine im wesentlichen konvex gekrümmte Oberfläche, welche durch die eingangs angegebene Gleichung (1) definiert ist. Die Wirkung dieser Ausgestaltung wurde ebenfalls bereits eingangs erläutert. Die im wesentlichen geraden bzw. zylindrischen Endbereiche 2 h und 2 i, die sich nach oben und unten an den Hauptteil 2 anschließen, sind wegen der leichteren mechanischen Bearbeitung vorgesehen. Der imaginäre Kegelstumpf, welcher den Hauptteil 2 g definiert, ist in Fig. 3 durch gestrichelt eingezeichnete Linien t angedeutet.

In Fig. 3 sind ferner die Durchmesser D 1 des imaginären Kegelstumpfes und D 2 des tatsächlich verwendeten Ventilelements 2 eingezeichnet. Die beiden Durchmesser D 1 und D 2 werden dabei jeweils längs der axialen Mittellinie l des Strömungskanals des Absperrventils A gemessen. Außerdem ist in Fig. 3 der Durchmesser D des Strömungskanals im Ventilgehäuse 1 eingezeichnet.

Claims (4)

1. Absperrventil mit einem Ventilgehäuse aus Kunststoff mit einem durchgehenden Strömungskanal (101, 102, 103) und mit einem senkrecht zu dem Strömungskanal zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung mit Hilfe einer Schraubspindel hin- und herbewegbaren und in jeder Zwischenstellung zwischen diesen beiden Endstellungen festlegbaren, nicht drehbaren Ventilelement mit einer axialen Bohrung und einer angenähert kreiszylindrischen Mantelfläche mit einer Konizität von etwa 1 : 10 bie 1 : 30 sowie mit angrenzend an den Strömungskanal vorgesehenen, getrennten Ventilsitzen mit im wesentlichen konischen, der Konizität des Ventilelementes entsprechenden Sitzflächen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (2) aus einem Kunststoffmaterial besteht, welches weicher ist als das Material des Ventilgehäuses, daß seine Mantelfläche gegenüber einer streng geometrischen Konusfläche konvex nach außen gewölbt ist und daß an dem in der Offenstellung inneren Ende des Ventilelementes (2) eine flache konkave Aussparung (2 e) vorgesehen ist.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Wölbung der Mantelfläche des Ventilelementes (2) im wesentlichen der folgenden Formel entspricht: wobei d₁ für den Durchmesser des Kegelstumpfes steht, der die Mantelfläche des Ventilelementes (2) im Prinzip definiert, wobei d₂ für den tatsächlichen Durchmesser des eine konvex nach außen gewölbte Mantelfläche aufweisenden Ventilelementes (2) steht, wobei beide Durchmesser d₁ und d₂ längs der Achse des Strömungskanals (101, 102, 103) gemessen sind, und wobei D für den Durchmesser des Strömungskanals (101, 102, 103) steht.

3. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) aus Polyvinylchlorid und das Ventilelement (2) aus Polypropylen besteht.

4. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) aus Polyvinylidenfluorid und das Ventilelement (2) aus Polypropylen besteht.