DE9319620U1

DE9319620U1 - Ventil

Info

Publication number: DE9319620U1
Application number: DE9319620U
Authority: DE
Original assignee: WEKA AG WETZIKON
Current assignee: WEKA AG WETZIKON
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2003-12-15

Description

Ventil

Die Neuerung betrifft ein Ventil, mit einem betätigbaren Schliesskörper und einem damit zusammenwirkenden Ventilsitz, zum Steuern eines Strömungsmediums, wobei gegenseitige Anlagestellen von Schliesskörper und Ventilsitz das Mass der Dichtheit und damit die Leckrate des Ventils bestimmen.

Um die Leckrate des Ventils im geschlossenen Zustand möglichst klein zu halten, sind verschiedene Massnahmen bekannt, wobei hauptsächlich am Schliesskörper diese Massnahmen vorgesehen werden. Es ist z.B. ein Ventil der Firma VAT Aktiengesellschaft, Haag, Schweiz, unter dem Namen "Vatring" bekannt, bei dem ein tellerfederartiger Schliesskörper auch bei geringer Schliesskraft eine grosse Dichtkraft auf den Ventilsitz ausüben kann. Die erwähnten Massnahmen sind geeignet, die Dichtheit des Ventils zu erhöhen, also die Leckrate zu verringern. Für extrem geringe Leckraten bei extremen Parametern (Art des Strömungsmediums, geringe Schliesskraft) sind diese bekannten Massnahraen nicht ausreichend. So wird in der Weltraumtechnik mit flüssigem und superfluidem Helium als Strömungsmedium gearbeitet (auch Helium gasförmig und weitere Gase), wobei für die Betätigung des Schliesskörpers wenig Energie, d.h. kleine Stellkräfte zur Verfügung stehen. Die Anforderungen an die geringe Leckrate sind hierdurch sehr hoch, da die angestrebte Dichtheit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 1,6 Kelvin z.B. in einem Druckbereich von 7,5 mbar bis 1,5 bar (im Weltraum) oder bei wesentlich höheren Drücken (auf der Erde) ausreichend sein muss. Diese Dichtheit wird auch bei Vibrationstests (Sinus- und Randommode) gemessen.

Weiterhin muss eine zufriedenstellende Dichtheit auch in beiden Strömungsrichtungen durch das Ventil vorhanden sein.

Feu/dp 45 731 a

17.11.1993

Es wird die Schaffung eines Ventiles bezweckt, das den vorerwähnten hohen Anforderungen genügen kann. Die neuerungsgemässe Ausbildung des Ventils ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anlagestelle vom Schliesskörper und/oder des Ventilsitzes eine Ausnehmung im Material des Schliesskörpers und/ oder im Material des Ventilsitzes vorhanden ist, die im Bereich der auftretenden Schliesskraft des Schliesskörpers eine elastische Verformung der Anlagestelle ergibt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Neuerungsgegenstandes im Längsschnitt dargestellt.

Das Ventil hat einen betätigbaren Schliesskörper 1 und einen damit zusammenwirkenden Ventilsitz 2 zum Steuern eines Strömungsmediums (flüssig oder gasförmig), das beim Ausführungsbeispiel in Richtung der Pfeile 3 strömen kann. Der Schliesskörper 1 hat eine ringförmige, theoretisch linienförmige Anlagestelle 4, und der Ventilsitz 2 hat eine konische Wandfläche 5, die eine Anlagestelle für den Schliesskörper 1 bildet. Diese gegenseitigen Anlagestellen 4, 5 von Schliesskörper 1 und Ventilsitz 2 bestimmen das Mass der Dichtheit und damit die Leckrate des Ventils. Als Antrieb zur Betätigung des Schliesskörpers 1 in Richtung eines Doppelpfeiles 6 ist ein Stellmotor 7 vorhanden, dessen Stössel 8 direkt oder indirekt mit dem Schliesskörper 1 in Verbindung steht, also mit diesem bewegungsverbunden ist. Durch den Verlauf der Pfeile 3 kann man sagen, dass die Strömungsrichtung des Strömungsmediums durch das Ventil hindurch in der Schliessrichtung des Schliesskörpers liegt.

, Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Anlagestelle 4 vom Schliesskörper 1 eine Ausnehmung 9 im Material des Schliesskörpers 1 vorhanden, die im Bereich der auftretenden Schliesskraft des Schliesskörpers 1 eine elastische Verformung der Anlagestelle 4 ergibt. Der Bereich der auftretenden Schliesskraft des Schliesskörpers 1 ergibt sich durch den zur Verfügung stehenden Stellmotor 7. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel

ist der Ventilsitz 2 nicht mit einer solchen Ausnehmung versehen, so dass also die erfindungsgemässe Ausnehmung beim gezeigten Beispiel nur im Schliesskörper vorhanden ist. Die Ausnehmung 9 ist als Ringnut in einer Stirnfläche 10 des Schliesskörpers 1 ausgebildet, so dass die Anlagestelle 4 des Schliesskörpers 1 mit der Ausnehmung 9 einen elastisch verformbaren Ringsteg 11 am Schliesskörper 1 bildet. Der Ringsteg 11 erstreckt sich axial zum Schliesskörper 1 in seiner Betätigungsrichtung, d.h. in Richtung des Doppelpfeils 6.

Die Erstreckung (Länge, Breite, Tiefe, Neigung) der Ausnehmung 9 im Material des Schliesskörpers 1 ist bezüglich der Lage der Anlagestelle 4 vom Schliesskörper 1 so gewählt, dass diese Anlagestelle 4 beim Schliessen des Ventils durch eine Biegebeanspruchung elastisch verformbar ist. Durch diese Biegebeanspruchung ist die Anlagestelle elastisch in die Ausnehmung 9 hinein bewegbar.

Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnte auch der Ventilsitz 2 mit einer solchen Ausnehmung versehen sein, dass sich die konische Anlagefläche 5 beim Schliessen des Ventils elastisch in diese letztgenannte Ausnehmung hinein bewegen kann. Es wäre auch ein Ausführungsbeispiel denkbar, bei dem solche vorerwähnten Ausnehmungen sowohl im Schliesskörper als auch im Ventilsitz vorhanden sind.

Wie eingangs erwähnt, steht in der Weltraumtechnik durch die an Bord vorhandene Stromversorung nur eine verhältnismässig geringe Schliesskraft durch den Elektromagnet 7 zur Verfügung, wobei diese Schliesskraft z.B.

400 N betragen könnte. Bei einem Ausführungsbeispiel könnte der Druck in den Strömungsmedium-Räumen im Bereich von 7,5 mbar bis 1,5 bar sein, wobei im Aussenraum ein Hochvakuum oder eine Reinraumatmosphäre herrscht. Bei geschlossenem Ventil (dargestellte Lage) könnte dann ein Differenzdruck von 1,5 bar vorhanden sein. Das Strömungsmedium kann bei Verwendungsbeispielen Helium sein (gasförmig, flüssig oder superfluid); es kann aber auch Stickstoff (gasförmig oder

flüssig) vorhanden sein. Die angestrebte extrem geringe Leckrate des Ventils soll z.B. im Weltraum in einem Temperaturbereich von 1,6 K bis 363 K in Anspruch genommen werden. Dies bedeutet, dass z.B. bei Raumtemperatur dann eine Leckrate bei gasförmigem Helium erreicht wird, die um mehrere Grössenordnungen geringer ist. Aber sogar bei einer Temperatur von 1,6 K (superfluides Helium) bei einem Differenzdruck von 7,5 mbar könnte man sich eine Leckrate von <. 10~2 mbar <£Is vorstellen.

Zum Erreichen einer solchen Dichtheit des erläuterten Ventils können folgende üeberlegungen angestellt werden:

Beim Schliessen des Ventils tritt bei der Druckbeanspruchung zwischen Schliesskörper 1 und Ventilsitz 2 zuerst einmal eine elastische Kompression des Werkstoffes ein, so dass also Druckspannung und Druckdehnung auftreten. Zusätzlich zu dieser elastischen Kompression des Werkstoffes bildet die Ausnehmung 9 aber noch sozusagen eine Entlastungsbohrung, so dass der Ringsteg 11 einer Biegebeanspruchung unterliegt. Hierdurch können Geometriefehler am Dichtkörper und/oder am Ventilsitz über den Umfang der gegenseitigen Anlagestellen 4 und 5 korrigiert werden, so dass über den Umfang eine gleichmässige Spannungsverteilung auftritt. Diese beiden elastischen Komponenten (elastische Kompression des Werkstoffes und elastische Biegung des Ringsteges ll) gewährleisten auch bei Wechselbeanspruchung (Vibrationstests) die hohe Dichtheit des Ventils.

Claims

Schutzansprüche

1. Ventil, mit einem betätigbaren Schliesskörper (1) und einem damit zusammenwirkenden Ventilsitz (2), zum Steuern eines Strömungsmediums, wobei gegenseitige Anlagestellen (4, 5) von Schliesskörper (1) und Ventilsitz

(2) das Mass der Dichtheit und damit die Leckrate des Ventils bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anlagestelle (4) vom Schliesskörper (1) und/oder des Ventilsitzes eine Ausnehmung (9) im Material des Schliesskörpers (1) und/ oder im Material des Ventilsitzes vorhanden ist, die im Bereich der auftretenden Schliesskraft (7, 8) des Schliesskörpers (1) eine elastische Verformung der Anlagestelle (4) ergibt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) nur im Schliesskörper (1) vorhanden ist.

3. Ventil, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) als Ringnut in einer Stirnfläche (10) des Schliesskörpers (1) ausgebildet ist, so dass die Anlagestelle (4) des Schliesskörpers (1) mit der Ausnehmung (9) im Schliesskörper (1) einen elastisch verformbaren Ringsteg (11) am Schliesskörper (1) bildet.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringsteg (11) sich axial zum Schliesskörper (1) in seiner Betätigungsrichtung (6) erstreckt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (2) eine konische Anlagefläche (5) für den Schliesskörper (1) aufweist.

6. Ventil, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb zur Betätigung des Schliesskörpers (1) ein Stellmotor (7, 8) vorhanden ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der Ausnehmung (9) im Material des Schliesskörpers (1) bezüglich der Lage
der Anlagestelle (4) vom Schliesskörper (1) so gewählt ist, dass diese Anlagestelle (4) durch eine Biegebeanspruchung
elastisch verformbar ist.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Biegebeanspruchung die Anlagestelle (4) vom Schliesskörper (1) elastisch in die Ausnehmung (9) des

Schliesskörpers (1) hinein bewegbar ist.

9. Verwendung des Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 8, derart, dass die Strömungsrichtung (3) des Strömungsmediums durch das Ventil hindurch in der Schliessrichtung des Schliesskörpers (1) liegt.