DE3827930A1 - Vorrichtung zum abdichten der ventilstange eines schnellschlussventiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten der Ventilstange eines Schnellschlußventiles zum Absperren einer Hochdruckleitung, mit einem die Ventilstange umgeben­ den Ventilgehäuse, in dem ein an der Ventilstange anliegen­ des Dichtelement angeordnet ist.

Zum Absperren der Brennstoffleitungen von Großfeuerungs­ anlagen, denen Öl oder Gas unter hohem Druck zugeführt wird, sind Schnellschlußventile erforderlich, die den Durchfluß­ querschnitt in weniger als 1 sec. absperren können. Damit das Öffnen und Schließen des Ventiles sehr rasch vor sich gehen kann, ist es wesentlich, daß der Verschlußkörper und die mit ihm verbundenen Teile an ihren Führungen im Gehäuse nur geringe Reibung haben und diese Reibung sich im Betrieb oder nach Wartungsarbeiten nicht wesentlich ändert. Um dies zu erreichen, werden zur Abdichtung der Ventilspindel Faltenbälge aus Edelstahl benutzt, welche die Ventilspindel umgeben und im Ventilgehäuse eingespannt sind. Da die spezifische Dehnung dieser Faltenbälge jedoch begrenzt ist, müssen diese und damit auch die Ventilspin­ del verhältnismäßig lang sein, um einen ausreichend großen Öffnungshub des Ventilverschlußstückes zu ermöglichen und den vollen Durchflußquerschnitt durch das Ventil freizu­ geben.

Zum Abdichten der Ventilspindel von Schnellschlußventilen ist es auch bekannt, O-Ringe aus Elastomeren zu verwenden, die in Dichtungskammern eines Gehäuseteiles angeordnet sind, welche die Ventilstange mit Führungsspiel umgeben. Diese O-Ringdichtungen müssen auf der dem Druckmedium abgewandten Seite durch Stützringe gesichert werden, die dicht an der Ventilspindel anliegen und den Spalt zwischen Ventilspindel und Gehäuse abdecken, damit die Dichtringe unter dem Druck des Arbeitsmediums nicht durch den Führungs­ spalt an der Spindel entlang aus ihrer Kammer herausgedrückt werden. Außerdem ist es erforderlich, das Innere der Dicht­ ringkammern fein zu polieren, da sonst Arbeitsmedium in den Riefen hinter den O-Ringen vorbeiläuft und das Ventil leckt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird die Ventilstange mit im Querschnitt U-förmigen Nutringen aus Kunststoff abgedich­ tet, die in einer Dichtungskammer untergebracht sind, in die das Arbeitsmedium durch eine Axialbohrung eintreten kann. Der Druck des Arbeitsmediums weitet den Nutring radial auf und drückt dessen einen Ringschenkel gegen die Ventilstange.

In beiden Fällen ist eine zusätzliche Führung der Stange erforderlich.

Derartige Nutringe sind teuer in der Herstellung und einem verhältnismäßig hohen Verschleiß ausgesetzt. Sie können auch nur in die Dichtungskammer eingebracht werden, wenn der Zylinderkopf oder das Gehäuse in der Ebene der Kammer geteilt ist. Dies erfordert eine komplizierte Konstruktion des Ventil­ gehäuses und viele Konstruktionselemente für den Zusammenbau und die Abdichtung des Gehäuses.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach herzustellende und einzubauende Vorrichtung zum Abdichten der Ventil­ stange eines Schnellschlußventiles zu schaffen, welche die Ventilstange gleichzeitig führt und gegen Arbeitsmedien unter hohem Druck und von hoher Temperatur über lange Zeit hinweg sicher abdichtet und den Öffnungs- und Schließbewe­ gungen des Ventiles nur einen geringen Widerstand entgegen­ setzt und nicht nachstellbar ist.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß das Dichtelement ein massiver, die Ventilstange umgebender Ringkörper aus Kunststoff ist, der im Ventilgehäuse einge­ spannt ist, die Ventilstange spaltfrei umgibt und mit Gleitsitz führt und abdichtet und auf jeder, einem Druck­ medium zugewandten Seite einen die Ventilstange umgebenden Fortsatz aufweist, der eine vom Druckmedium beaufschlagbare äußere Umfangsfläche hat.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Ventilstange mit geringer Reibung auf größerer Länge gleitend geführt wird, wobei der Fortsatz auf der dem Druckmedium zugewandten Seite von diesem Druckmedium fest gegen die Ventilstange gedrückt wird und eine zuverlässige Abdichtung bewirkt. Der Ringkörper ist also zugleich Führungs- und Dichtelement.

Für den Ringkörper wird zweckmäßig ein selbstschmierender Kunststoff wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE) verwendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für solche Schnellschlußventile, deren Ventilstange nach beiden Seiten gegen ein Druckmedium abgedichtet werden muß. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Ventilverschluß­ stück pneumatisch oder hydraulisch von seinem Sitz abge­ hoben oder geschlossen wird und die Ventilstange nicht nur gegen das Arbeitsmedium in der zu verschließenden Leitung, sondern auch gegen das Steuermedium abgedichtet werden muß.

Um eine einwandfreie Führung der Ventilspindel, aber auch eine gute Abdichtung gegen das Druckmedium zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die axiale Länge des massiven Ringkörper mindestens ebenso groß ist wie der Durchmesser der Ventilstange. Der Durchmesser des sich an den Ring­ körper anschließenden Fortsatzes muß kleiner sein als der Durchmesser des Ringkörpers. Dadurch hat der massive, mitt­ lere Teil des Ringkörpers genügend Formstabilität um eine sichere Führung zu gewährleisten, während der dem Druck­ medium zugewandte anschließende Fortsatz genügend elastisch ist, um unter dem Druck des Arbeitsmediums bzw. des Steuer­ mediums eine gute Abdichtung zu bewirken.

Um auch eine sichere Abdichtung zu gewährleisten, wenn der Ringkörper mit heißen Medien in Berührung kommt, ist es zweckmäßig, wenn der Fortsatz von einem Federelement umgeben ist, welches den Fortsatz gegen die Ventilstange drückt. Hierdurch wird einer Aufweitung des abdichtenden Fort­ satzes unter der Einwirkung eines heißen Mediums entgegen­ gewirkt.

Um eine etwa auftretende Leckage im Bereich der Ventilspindel zu erfassen und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen einleiten zu können, kann der Ringkörper auf seinem Innenumfang eine zweckmäßig zur Ventilspindel hin offene Ringkammer haben, die mit einer Querbohrung zur Leckkontrolle in Verbindung steht. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn im Ringkörper auf der der Hochdruckseite abgewandten Seite der Ringkammer eine zur Ventilspindel hin offene, an dieser spaltfrei anliegende Dichtungskammer angeordnet ist, die Fremdkörper oder im Falle einer Leckage Leckflüssigkeit aufnehmen kann. Zu­ sätzlich kann in der Dichtungskammer auch noch ein O-Ring als Lecksicherung angeordnet sein, der jedoch keinen zusätzlichen Stützring aus Kunststoff benötigt, da der Stützkörper an der Ventilstange spaltfrei anliegt und der O-Ring aus seiner Dichtungskammer nicht austre­ ten kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert ist. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schnellschlußventil mit einer Abdichtungsvorrichtung für die Ventilstange im Längsschnitt und

Fig. 2 eine etwas andere Ausführungsform der Abdichtungsvorrichtung nach der Erfindung ebenfalls im Längsschnitt.

In den Zeichnungen ist mit 10 ein Schnellschlußventil zum Absperren einer Hochdruckleitung bezeichnet, in der ein Arbeitsmedium, beispielsweise Heizöl mit einem Druck von 100 bar und einer Temperatur von 200°C strömt. Das Ventil­ gehäuse 11 besteht aus einem unteren Leitungsteil 11 a, der in die Leitung des Arbeitsmediums eingebaut wird und die Durchströmkammer 12 mit dem Ventilsitz 13 aufweist, und aus einem Steuergehäuseteil 11 b, in dem der Steuerkolben 14 angeordnet ist, der durch die Ventilstange 15 mit dem Ventil­ verschlußstück 16 verbunden ist, das sich in der Durchström­ kammer 12 befindet und die Hochdruckleitung 17 für das Arbeitsmedium absperrt, wenn es auf seinen Sitz 13 gedrückt wird.

Der Steuerkolben 14 ist im zylindrischen Steuergehäuse­ teil 11 b geführt und mit einem O-Ring 18 gegen dessen Innen­ wandung und mit einem weiteren O-Ring 19 gegen die Ventil­ stange 15 abgedichtet und wird auf seiner Rückseite von zwei Schließfedern 20 und 21 belastet, die bestrebt sind, den Steuerkolben 14 und mit ihm die Ventilstange 15 und das an dessen unterem Ende angeordnete Ventilverschlußstück 16 nach unten auf den Ventilsitz 13 zu drücken. Der Steuergehäuse­ raum 22 unter dem Steuerkolben 14 hat eine Anschlußbohrung 23 für den Anschluß einer nicht näher dargestellten Steuer­ leitung, durch die ein Druckmedium, beispielsweise Luft mit einem Druck von 4 bar und 20°C in dem Steuergehäuseraum 22 ein- und austreten kann. Die Steuerleitung ist zweckmäßig über ein Drei-Wege-Magnetsteuerventil an eine hier nicht näher dargestellte Druckluftquelle angeschlossen. Durch Zu­ führen von Druckluft in den Steuergehäuseraum 22 kann der Steuerkolben 14 und mit ihm die Ventilstange 15 und das an ihrem unteren Ende angeordnete Ventilverschlußstück 16 vom Ventilsitz 13 entgegen der Wirkung der Schließfedern 20 und 21 abgehoben und der Durchfluß durch die Hochdruckleitung 17 freigegeben werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, wird die Ventilstange 15 im Ventilgehäuse 11 mit einem Ringkörper 24 geführt, der in eine abgesetzte Bohrung 25 des Ventilkörpers 11 eingesetzt ist. Der Ringkörper 24 liegt mit einer Stirnfläche 26 an einer Schulter 27 des Ventilgehäuses 11 an und wird auf seiner axial gegenüberliegenden Seite von einem Schraubring 28 in Stellung gehalten, dessen innere Ringfläche 29 gegen eine der Stirnfläche 26 gegenüberliegende Stirnfläche 30 des Ring­ körpers 24 drückt. Der Ringkörper 24 besteht aus einem selbstschmierenden Kunststoff, vorzugsweise aus Poly­ tetrafluoräthylen (PTFE) und ist an seinem Außenumfang 31 mit zwei O-Ringen 32 und 33 gegen das Ventilgehäuse 11 abge­ dichtet. Stützringe sind nicht erforderlich, da der Ring­ körper 24 in die abgesetzte Gehäusebohrung 25 spielfrei und dicht anliegend eingesetzt ist.

Die axiale Länge L ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ebenso groß und bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zweimal so groß wie der Durchmesser D der Ventil­ stange 15. Die axiale Länge L des Ringkörpers kann auch größer und etwas kleiner sein, soll aber mindestens ebenso groß sein wie der Durchmesser der Ventilstange, um eine einwandfreie Führung der Ventilstange 15 zu gewährleisten.

Der Ringkörper 24 aus Kunststoff liegt mit seiner inneren Umfangsfläche 34 spaltfrei an der Ventilstange 15 an, die im Ringkörper 24 mit Gleitsitz geführt ist. Außerdem hat der Ringkörper 24 auf seiner der Durchströmkammer 12 für das unter Hochdruck stehende Arbeitsmedium zugewandten Unter­ seite 35 und auf seiner dem Steuergehäuse 22 mit dem unter Druck stehenden Steuermedium zugewandten Oberseite 36 je einen die Ventilstange 15 umgebenden und an dieser dicht anliegenden Fortsatz 37 bzw. 38. Jeder Fortsatz 37 bzw. 38 hat einen Außendurchmesser d ₁, der kleiner ist als der Außendurchmesser d ₂ des Ringkörpers 24 im Bereich der abge­ setzten Bohrung 25. Mindestens ein Teil der äußeren Umfangs­ fläche 39 bzw. 40 der Fortsätze 37 und 38 liegt frei, so daß der im Durchströmraum 12 wirksame Druck des Arbeitsmediums auf die äußere Umfangsfläche 39 des Fortsatzes 37 und der Steuerdruck des Steuermediums im Steuergehäuseraum 22 auf die äußere Umfangsfläche 40 des Fortsatzes 38 wirken kann und diese Fortsätze fest gegen die äußere Umfangsfläche der Ventilstange 15 gedrückt werden.

Um zu vermeiden, daß der Fortsatz 37 aufgeweitet wird, wenn das auf ihn einwirkende Arbeitsmedium in der Durchström­ kammer 12 eine sehr hohe Temperatur hat, ist ein Feder­ element 41 in Form einer Ringfeder vorgesehen, die in einer umlaufenden Kerbe auf der äußeren Umfangsfläche 39 des Fortsatzes angeordnet ist und diesen zusammendrückt und gegen die Ventilstange 15 preßt. Ein gleiches Federelement 43 umgibt auch den oberen Fortsatz 38 des Ringkörpers 24.

Zur Leckkontrolle hat der Ringkörper 24 eine zur Ventil­ spindel 15 hin offene Ringkammer 44, die durch eine radiale Querbohrung 45 mit einer Leckkontrolleitung 46 in Verbindung steht, an die eine Leckkontrollvorrichtung 47 angeschlossen ist. Auf der der Hochdruckseite 35 abgewandten Seite der Ringkammer 44 ist im Ringkörper 24 eine zur Ventilstange 15 hin offene und an dieser spaltfrei anliegende Dichtungskammer 48 vorgesehen, in der zur Sicherheit auch noch zusätzlich ein O-Ring als Lecksicherungsring 49 angeordnet sein kann.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind mehrere Änderungen und Ergänzungen möglich, ohne den Rahmen der Erfin­ dung zu verlassen. Obgleich die Vorrichtung nach der Erfindung bei einem Schnellschlußventil dargestellt wurde, wo auf die Ventilstangenabdichtung unterschiedliche Medien mit unter­ schiedlichen Drücken von zwei verschiedenen Seiten her einwir­ ken, kann die Abdichtung mit Erfolg auch dort angewandt werden, wo nur von einer Seite her ein Medium unter Druck auf die Dichtung wirkt. Der Ringkörper braucht dann nur auf dieser Seite mit einem Fortsatz versehen zu werden. Die Erfindung ist ferner nicht nur für Ventile zum Absperren von Flüssig­ keitsleitungen, sondern auch zum Absperren von Gasleitungen verwendbar. Haben die Medien, die auf die Stangendichtung wirken, keine hohen Temperaturen, können die Federelemente auch fortgelassen werden. Ferner ist eine Kontrollbohrung nicht in allen Fällen erforderlich und der Ringkörper kann auch eine andere Gestalt haben und anderen Gehäuseöffnungen angepaßt sein.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Abdichten der Ventilstange eines Schnellschlußventiles zum Absperren einer Hochdruck­ leitung, mit einem die Ventilstange umgebenden Ventil­ gehäuse, in dem ein an der Ventilstange anliegendes Dichtelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement ein massiver, die Ventilstange (15) umgebender Ringkörper (24) aus Kunststoff ist, der die Ventilstange (15) spaltfrei umgibt, mit Gleitsitz führt und abdichtet und auf jeder, dem Druckmedium zugewandten Seite (35 bzw. 36) einen die Ventilstange (5) umgebenden Fortsatz (37 bzw. 38) aufweist, der eine vom Druckmedium beaufschlagbare äußere Umfangsfläche (39 bzw. 40) hat und der im Ventilgehäuse (11) eingespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axiale Länge (L) des massiven Ringkörpers (24) mindestens ebenso groß ist wie der Durch­ messer (D) der Ventilstange (15) und daß der sich an dem Ringkörper (24) anschließende Fortsatz (37 bzw. 38) einen kleineren Außendurchmesser (d ₁) hat als der Ringkörper (24).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (37 bzw. 38) von einem Federelement (41 bzw. 43) umgeben ist, welches diesen gegen die Ventilstange (15) drückt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (24) auf seinem Innenumfang (34) eine zur Ventilspindel (15) hin offene Ringkammer (44) aufweist, die mit einer Querbohrung (45) zur Leckkontrolle in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkörper (24) auf der der Hochdruckseite abge­ wandten Seite der Ringkammer (44) eine zur Ventil­ spindel (15) hin offene, an dieser spaltfrei anliegende Dichtungskammer (48) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dichtungskammer (48) ein O-Ring (49) als Lecksicherung angeordnet ist, der keinen zusätzlichen Stützring benötigt.