DE68904757T2 - Kugelventil. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugelventil. Auch wenn im Text auf Kugelventile Bezug genommen wird, soll sich der gleiche Ausdruck auch auf Schwimmerhähne beziehen, die im wesentlichen die gleiche Struktur haben.
• Kugelventile kommen üblicherweise in Gas- und Wasserversorgungssystemen sowohl in privaten Haushalten als auch in der Industrie vor. Diese Ventile weisen ein kugelförmiges Absperrglied mit einer axialen Öffnung (bei geraden Ventilen) oder einer ellbogen- oder winkelförmigen Öffnung (bei ellbogen- oder winkelförmigen Ventilen) auf, das sich zwischen zwei Dichtungen in einer Kammer befindet, die mit den zwei, an den Enden des Ventilkörpers angebrachten Stutzen in Verbindung steht. Das kugelförinige Absperrglied kann durch einen Stange betätigt werden, die außen einen Betätigungsgriff trägt.
• Bekanntermaßen werden Kugelventile als Absperrventile oder Öffiiungs-/Schließventile verwendet. Dafür gibt es in erster Linie zwei Gründe. Der eine hat mit dein Aufbau zu tun und besteht darin, dar das Umschalten aus der offenen in die geschlossene Stellung, und umgekehrt, mittels einer kurzen Drehung des kugelförmigen Absperrgliedes um 90º erfolgt. Die Bewegung ist außerdem extrein weich, und es gibt keine Zwischenstellungen. Daher wäre es etwas schwierig, häufige Zwischeneinstellungen einer bestimmten Genauigkeit durchzuführen. Diese Einstellungen wären außerdem etwas instabil. Der zweite Grund hat mit der Arbeitsweise zu tun und besteht darin, daß, wenn das kugelförmige Absperrglied auf Zwischenstellungen eingestellt ist, die ringförmigen Dichtungen teilweise dem Durchflud ausgesetzt sind. Im Falle einer heißen Flüssigkeit würde die Temperatur der Flüssigkeit verschiedene Wärmebelastungen der verschiedenen Teile der ringförmigen Dichtungen zur Folge haben, auf Grund dessen die von der Durchgangsbohrung gebildeten scharfen Kanten des Ventils bei verschiedenen aufeinanderfolgenden Drehungen des Kugelventils die Dichtungen quetschen und dabei die Dichtungswirkung der Dichtungen irreversibel schädigen würden.
• Auch wenn die bekannten Kugelventile unter dein Gesichtspunkt des Aufbaus extrem vorteilhaft sind, da sie leicht und schnell bedient werden können und hinsichtlich der Dichtungswirkung extrem zuverlässig sind, können sie nicht konsequent als gute Reglerventile verwendet werden. Diese Ventile sind daher von zahlreichen Anwendungsgebieten ausgeschlossen.
• Die AT-B-387 268 offenbart ein Kugelventil gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche 1 und 3, bei dem das kugelförmige Absperrglied neben einer herkömmlichen Durchgangsbohrung mit einer zusätzlichen Bohrung versehen ist, die die Durchgangsbohrung mit einem Überlaufraum in der das kugelförmige Absperrglied enthaltenden Kammer verbindet.
• Der Überlaufraum ist wiederum mit dem Ventilzuflußstutzen durch Verbindungsöffnungen verbunden. Während der Schließdrehung des Absperrgliedes wird daher die Durchgangsbohrung über den Überlaufraum und die Verbindungsöffnungen mit dem Zuflußstutzen verbunden, so dar ein Druckausgleich erfolgt. Das gezeigte Kugelventil dient zum Verhindern von Wasserschlag.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kugelventil zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, ein Variieren des Zufuhrstroms gemäß einem vorgegebenen Verhältnis in Bezug auf den vollen Durchsatz des Ventils zu ermöglichen, und in dem Belastungen von Teilbereichen der Dichtungen in beiden Regelstellungen des Absperrglieds vermieden werden.
• Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kugelventil zu schaffen, das die gleichen Abmessungen wie herkömmliche Ventile hat und dessen zusätzliche Herstellungskosten so gering sind, daß sie in der Praxis völlig vernachlässigbar sind.
• Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden in einem Kugelventil mit einem geraden oder winkel- bzw. ellbogenförmigen Körper dadurch gelöst, daß das Ventil die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale im Falle von Ventilen mit geradem Körper und die in Anspruch 3 beschriebenen Merkmale im Falle von Ventilen mit ellbogen- bzw. winkelförmigem Körper aufweist.
• Die Kugelventile gemäß der vorliegenden Erfindung bieten verschiedene wichtige Vorteile.
• Als erstes können die vorgeschlagenen Ventile nun als Reglerventile verwendet werden, wodurch eine sehr große Zahl neuer Anwendungsgebiete für diese Ventile erschlossen wird. Solche Gebiete umfassen z.B. Heizsysteme, in denen die vorgeschlagenen Ventile zur Steuerung der einfliegenden Heißwassermenge verwendet werden können, wobei die Ventile in der Lage sind, von vollem Durchsatz auf einen reduzierten Durchsatz, z.B. 50%, umzuschalten. Solche Verwendungen sind z.B. vorteilhaft in Ländern mit mildem Klima, wie Süditalien, Griechenland, etc., wo eine derartige Regulierung zweifellos als sehr erwünscht gilt. Andere Anwendungsgebiete können beispielsweise die Regulierung der Durchsätze von Mischflüssigkeiten, z.B. in chemischen Anlagen sein. In solchen Anlagen können alle Regulierungsvorgänge, die verschiedene Stufen der Unterteilung des Flusses beeinhalten, vorteilhaft dadurch erfolgen, dar zwei oder mehrere erfindungsgemäße Ventile in Reihe geschaltet werden. Ein weiterer Vorteil der Ventile liegt darin, daß bei ellbogenoder winkelförmigen Ventilen nur eine zusätzliche Bohrung vorgesehen sein muß, während bei Ventilen mit einem geraden Körper und der zusätzlichen Bohrung im Kugelventil nur eine oder ein paar Öffnungen, die eine der beiden Dichtungen umgehen, erforderlich sind. Diese Öffnungen können direkt während des Pressens des Absperrgliedsitzes im Ventilkörper ausgebildet werden und verursachen daher keine besonderen zusätzlichen Herstellungskosten. Ein anderer Vorteil der vorgeschlagenen Ventile besteht darin, daß die Dichtungen nie mit ihrem Umfang Wärinebelastungen verschiedener Intensität ausgesetzt sind. Infolgedessen wird genau wie in herkömmlichen Kugelventilen eine perfekte Dichtwirkung gewährleistet. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Ventile besteht darin, daß sie mit eingestellten Stellungen zum Schliefen und für die beiden möglichen Zufuhrdurchsätze versehen sind und dadurch mit Sicherheit unerwünschte Zwischenstellungen vermeiden.
• Andere kennzeichnende Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der erfindungsgemäßen Kugelventile gehen näher aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denen zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, von denen sich das eine auf ein Ventil mit einem geraden Körper und das andere auf ein Ventil mit einem ellbogen- oder winkelförmigen Körper bezieht.
• Die Zeichnungen zeigen folgendes in schematischer Darstellung:
• Fig. 1 zeigt einen vertikalen Mittelschnitt eines Kugelventils mit einem geraden Körper gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Teile voneinander getrennt und auseinandergezogen sind;
• Fig. 1b zeigt eine Seitenansicht von Fig. 1 in Richtung des Pfeils f;
• Fig. 2 , 3 und 4 zeigen jeweils einen vertikalen Mittelschnitt durch das Kugelventil mit einem geradem Körper gemäß Fig. 1; genauer gesagt zeigt ihn Fig. 2 in der geschlossenen Stellung, Fig. 3 in der geöffneten Stellung bei vollem Fluß und Fig. 4 in der geöffneten Stellung bei einem Teilfluß;
• Fig. 2a, 3a und 4a zeigen jeweils einen Querschnitt entlang der Ebene Y-Y der Fig. 2, 3 und 4;
• Fig. 2b, 3b und 4b zeigen jeweils einen Querschnitt entlang der Ebene X-X der Fig. 2, 3 und 4; und
• Fig. 2c, 3c und 4c zeigen jeweils eine Draufsicht auf den in Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ballengriff;
• Fig. 5 zeigt einen vertikalen Mittelschnitt durch ein erfindungsgemäßes ellbogen- oder winkelförmiges Ventil in aufgelösten Einzelteilen;
• Fig. 6, 7 und 8 zeigen jeweils einen vertikalen Mittelschnitt durch das in Fig. 5 gezeigte Ventil, wobei in Fig. 6 das kugelförmige Absperrglied in geschlossener Stellung, in Fig. 7 in der Vollfluß-Stellung und in Fig. 8 in der Stellung für reduzierten Fluß ist;
• Fig. 6a, 7a und 8a zeigen jeweils einen Querschnitt entlang der Ebene Y-Y der Fig. 6, 7 und 8;
• Fig. 6b, 7b und 8b zeigen jeweils einen Schnitt entlang der Ebene X-X der Fig. 6, 7 und 8; und
• Fig. 6c, 7c und 8c zeigen jeweils eine Draufsicht auf den in Fig. 6, 7 und 8 dargestellten Ballengriff.
• Zuerst wird auf das Kugelventil mit einem geraden Körper gemäß Fig. 1 bis 4 Bezug genommen. Das Ventil wird in seiner Gesamtheit mit A bezeichnet. Das Ventil weist einen Ventilkörper 1 mit einer Abschlußhülse 2 auf. 3 bezeichnet ein kugelförmiges Absperrglied mit einer Durchgangsbohrung 3a, während 4 die zwei Dichtungen bezeichnet, die mit dem Absperrglied zusammenarbeiten. 5 bezeichnet die Stange zum Betätigen des kugelförmigen Absperrglieds, 6 bezeichnet den Anschlag, der die Stange im Ventilkörper 1 stützt, und 7 bezeichnet einen Ballengriff zum Betätigen des Absperrgliedes 3. Letzteres ist in der Kammer von einem Ventilkörper 1 aufgenommen, dessen Endstutzen mit 8 bzw. 9 bezeichnet sind. Die Stutzen können offensichtlich von jeder erforderlichen Gestalt sein, entweder vom Steck- oder Aufnahmetyp, oder, im Fall eines Hahns, kann ein Ende in der Art einer Zufuhrdüse ausgebildet sein. Im Ventilkörper 1 und in der Abschlußhülse 2 befinden sich mit 10 bezeichnete Sitze, welche an sich von herkömmlicher Art sind und dazu dienen, Dichtungen 4, die ebenfalls herkömmlicher Art sind, aufzunehmen. Bis hierhin ist das beschriebene Kugelventil von konventionellem Aufbau.
• Gemäß der Erfindung ist jedoch eine zusätzliche Bohrung 11 zur Lieferung eines Teilflusses in dem kugelförmigen Absperrglied vorgesehen. Die Bohrung 11 hat daher im Vergleich zur Durchgangsbohrung 3a einen schmalen Schnitt und ist senkrecht zu dieser angeordnet, genauer gesagt mit ihrer Achse in der zur Drehachse des kugelförinigen Absperrglieds 3 senkrechten Ebene. In der Zeichnung sind neben dem Sitz 10 für die Dichtung 4 im Ventilkörper 1 mit 12 bezeichnete Öffnungen vorgesehen, die den Sitz umgehen und von denen vier im gezeigten Beispiel kreuzförmig angeordnet sind, wie aus der Seitenansicht der Fig. 1b in Richtung des Pfeils f in Fig. 1 ersichtlich ist. In derselben Figur bezeichnet 13 einen Begrenzungsendanschlag, der mit Anschlägen 14 im Ballengriff 7 zusammenwirkt (Fig. 2b, 3b und 4b).
• Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es daher möglich, die drei im Detail gezeigten Betriebsarten zu erhalten, wobei Fig. 2, 2a, 2b und 2c das Ventil in geschlossener Stellung, Fig. 3, 3a, 3b und 3c das Ventil in geöffneter Stellung, und Fig. 4, 4a, 4b und 4c das Ventil in halboffener Stellung, mit Teilfluß, zeigen. Dieser Teilflußbetrieb wird durch das gleichzeitige Vorliegen der zusätzlichen Bohrung 11 mit verkleinerter Öffnung senkrecht zur Durchgangsbohrung 3a und das Vorliegen der die Dichtung 4 umgehenden Öffnungen 12 im Ventilkörper 1 auf der Flüssigkeitszuflußseite ermöglicht, wie aus den verschiedenen Figuren ersichtlich ist, in denen die Flußbewegung mit Pfeilen angegeben ist. Während in der geschlossenen und in der Vollflußstellung das Vorliegen der Umgehungsöffnungen 12 völlig nebensächlich ist, da sich das Kugelventil wie herkömmliche Ventile verhält, wird, wenn das Kugelventil in der in Fig. 4 und 4a gezeigten Stellung ist, ein konstanter Fluß zwischen den Stutzen 8 und 9 über die Öffnungen 12 und die zusätzliche Bohrung 11 erzeugt. Die einzelnen Stellungen des kugelförmigen Absperrglieds 3 sind von außen leicht erkennbar; die drei verschiedenen Betriebsstellungen sind z.B. jeweils auf dem Ballengriff 7 des Ventils (Fig. 2c, 3c und 4c) angezeigt, der schwarze Punkt 15 auf dem Ventilkörper 1 stellt z.B. den Bezugspunkt zum Ablesen der jeweiligen Stellung des kugelförmigen Absperrglieds 3 dar.
• In Kugelventilen mit einem ellbogen- oder winkelförmigen Körper B beschränkt sich die erfindungsgemäße Variante auf das Vorsehen der zusätzlichen Bohrung mit einer verkleinerten Öffnung 11 senkrecht zur herkömmlichen Durchgangsbohrung 3a. In Fig. 5 bis 8 sind die einzelnen Komponenten oder Teile derselben mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 4 gekennzeichnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Flußmuster in den verschiedenen Stellungen mit Pfeilen angegeben. In der in Fig. 7 gezeigten Vollflußstellung ist der Flüssigkeitsfluß genau der gleiche wie in herkömmlichen Ventilen. Aus dieser Stellung wird die zusätzliche Bohrung mit einer verkleinerten Öffnung 11 durch ein Weiterdrehen des kugelförmigen Absperrgliedes 3 um 900 in eine Stellung gegenüber dem Auslaßstutzen 9 gebracht, wodurch eine Flüssigkeitszufuhr mit reduziertem Durchsatz erzielt wird.
• Die verschiedenen Stellungen des kugelförmigen Absperrglieds 3 in den drei Betriebstellungen der vorgeschlagenen geraden und rechtwinkligen Kugelventile sind aus den jeweiligen Figuren klar ersichtlich; daher erübrigt sich eine detaillierte, sich wiederholende Beschreibung einer solchen Arbeitsweise.
• Wenn es in der fraglichen Anlage nötig sein sollte, den Durchsatz in verschiedene Schritte einzuteilen, wird es daher genügen, zwei oder mehrere erfindungsgemäße Ventile in Reihe zu schalten. In diesem Fall liefert jedes Ventil seine eigene unterteilte Durchsatzmenge gemäß dem einfließenden Strom.
• Aus der obigen Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise geht klar hervor, dar mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kugelventile die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wirksam gelöst wird und die in der Einleitung erwähnten Vorteile erzielt werden. In der Praxis können die Durchmesser oder Öffnungen der zusätzlichen Bohrungen mit einem reduzierten Durchfluß und auch die Zahl und Anordnung der Öffnungen, die die Dichtung auf der Zuflußseite des kugelförmigen Absperrglieds umgehen, nach Bedarf variiert werden, ohne dar dadurch der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Auch der in Form eines Ballengriffs dargestellte Betätigungshebel kann in der Praxis beliebig ausgeführt sein.
• Was den Ventilkörper anbelangt, so gestattet der Umfang der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung einer beliebigen Ausführungsform desselben.

Claims (6)

1. Kugelventil, enthaltend:

- einen Ventilkörper (1) mit einer innenliegenden Kammer zur Aufnahme eines kugelförmigen Absperrgliedes (3), wobei das Absperrglied (3) mit einer Durchgangsbohrung (3a) und mit einer zusätzlichen Bohrung (11) zur verminderten Zuführung versehen ist, und wobei die zusätzliche Bohrung (11) senkrecht zur genannten Durchgangsbohrung (3a) angeordnet ist, einen kleineren Durchmesser gegenüber dem Durchmesser der Durchgangsbohrung (3a) aufweist und diese letztere mit der Außenfläche des kugelförmigen Absperrgliedes (3) verbindet;

- einen Zuflußstutzen (8) und einen Auslaßstutzen (9);

- sich gegenüberliegende Dichtungen zur Aufnahme des Absperrgliedes (3a);

- eine Stange (5) für den Drehantrieb des Absperrgliedes (3a), wobei die Stange (5) mit einem von außen betätigbaren Handgriff (7) verbunden ist; und

- wenigstens eine Öffnung (12) im Ventilkörper (l), die die Dichtung des Absperrgliedes am Zuflußstutzen (8) umgeht, dadurch gekennzeichnet, dar

- der Ventilkörper (l) gerade ausgebildet ist;

- die zusätzliche Bohrung (11) ebenfalls senkrecht gegenüber der Drehachse des Absperrgliedes (3) angeordnet ist, und

- das Absperrglied (3) derartig verdrehbar ist, daß die zusätzliche Bohrung (11) direkt mit dem Auslaßstutzen (9) verbunden ist, wodurch die in den Zuflußstutzen (8) einfliebende Flüssigkeit durch die wenigstens eine Öffnung (12) in die Durchgangsbohrung (3a) dringt, die in einer Querlage gegenüber der Flußrichtung angeordnet ist und von dieser Durchgangsbohrung (3a) die Flüssigkeit über die Zusatzbohrung (11) in den Auslaßstutzen (9) dringt.

2. Kugelventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Öffnungen (12) vorgesehen sind, die die benachbarte Dichtung (4) des kugelförmigen Absperrgliedes (3) am Zuflußstutzen (8) umgehen.

3. Kugelventil, enthaltend:

- einen Ventilkörper (1) mit einer innenliegenden Kammer zur Aufnahme eines kugelförmigen Absperrgliedes (3), wobei das Absperrglied (3) mit einer winkelförmig ausgebildeten Durchgangsbohrung (3a) sowie mit einer zusätzlichen Bohrung (11) zur verminderten Zuführung versehen ist; wobei die zusätzliche Bohrung (11) senkrecht zur genannten Durchgangsbohrung (3a) angeordnet ist, einen kleineren Durchmesser gegenüber dem Durchmesser der Durchgangsbohrung (3a) aufweist und diese letztere mit der Außenfläche des kugelförmigen Absperrgliedes (3) verbindet;

- einen Zuflußstutzen (8) und einen Auslaßstutzen (9);

- sich gegenüberliegende Dichtungen zur Lagerung des Absperrgliedes (3a); und

- eine Stange (5) für den Drehantrieb des Absperrgliedes (3a), wobei die Stange (5) mit einem von außen betätigbaren Handgriff (7) verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Ventilkörper (1) ellbogenförmig ausgebildet ist;

- die Zusatzbohrung (11) ebenfalls senkrecht gegenüber der Drehachse des Absperrgliedes (3) angeordnet ist; und

- das Absperrglied (3) derartig gedreht werden kann, dar die zusätzliche Bohrung (11) direkt mit dem Zuflußstutzen (8) verbunden ist, wodurch die in den Zuflußstutzen (8) einlaufende Flüssigkeit durch die Durchgangsbohrung (3a) und von dieser Durchgangsbohrung (3a) in den Auslaßstutzen (9) über die genannte zusätzliche Bohrung (11) fliegt.

4. Kugelventil nach Patentanspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dar auf der Außenseite des Halsteiles des Ventilkörpers (1) ein Bewegungsendanschlag (13) vorgesehen ist, der mit zwei Bewegungsbegrenzungsanschlägen (14) zusammenarbeitet, die an der Innenseite eines Handgriffes (7) in Form eines Ballengriffes vorgesehen sind, der an seiner sichtbaren Vorderseite drei Markierungen aufweist, die um 90º versetzt angeordnet sind und unter Bezugnahme auf einen Ablesepunkt (15), Zahn oder ähnliches, der zum Beispiel am Ventilkörper (1) vorgesehen ist, die tatsächliche Position des kugelförmigen Absperrgliedes (3) anzeigen.

5. Aggregat zum Einregulieren des Durchlaufs von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dar es zwei oder mehrere Kugelventile (A, B) entsprechend einem oder mehrerer der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4 enthält, die in Serie geschaltet sind.

6. Verwendung der Kugelventile (A, B) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche als Flußregulierventile und -hähne.