DE19718862A1 - Drehkegelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehkegelventil mit einem Ven­ tilgehäuse und einem Dichtring, der an seinem Außenrand im Ventilgehäuse befestigt ist und der an seinem Innenrand elastisch verformbar ist und einem Drehkegel, bestehend aus zwei mit der als Drehachse dienenden Antriebswelle verbundenen Schwenkarmen an einem kalottenförmigen Kuge­ labschnitt, dessen Oberfläche mit dem Dichtring zusammen­ arbeitet, wobei in der Schließstellung die Mitte der Ku­ gelkreise auf der Mittelachse der Dichtkreisebene liegt, und die Drehachse des kalottenförmigen Kugelabschnittes in einem Abstand zur Mittelachse der Dichtkreisebene und in einem anderen Abstand zur Dichtkreisebene angeordnet ist und daß dieser Abstand größer ist als der Abstand zwischen Drehachse und Schnittebene des Außenrandes des kalotten­ förmigen Kugelabschnittes und mit einem gemeinsam mit dem Dichtring im Ventilgehäuse befestigten Stützring.

Die Erfindung bezieht sich ausschließlich auf ein derarti­ ges Drehkegelventil, bei dem sich der kalottenförmige Verschlußkörper nur dann innerhalb des aus der Sitzbohrung austretenden Strahles bewegt, so lange dieser beeinflußt, d. h. gedrosselt werden soll und in seiner Öffnung völlig aus diesem Bereich schwenkt. Blickt man während der End­ stellung in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung durch das Drehkegelventil, so ist der kalottenförmige Verschlußkörper nicht mehr zu sehen.

Die Sitzpartie ist im Gehäuse befestigt; der Abstand der Drehachse zur Ebene des kreisförmigen Kalottenrandes ist größer als der größte Abstand zwischen der Drehachse und der Dichtkreisebene. Der theoretische Mittelpunkt der Kugelform der Kalotte befindet sich immer auf der axialen Mittenachse des Dichtkreises, muß aber keineswegs senk­ recht über der Drehachse liegen. Außerdem sind die Abstän­ de der Drehachse von der Mittelachse und von der Ebene des Dichtkreises so gewählt, daß alle auf der Dichtkreisum­ fangslinie führenden Berührungspunkte auf der Kugelfläche der Kalotte in Winkeln auftreffen, die oberhalb der kriti­ schen selbsthemmenden Reibwinkel liegen. Hierzu ist die rage des Kugelmittelpunktes senkrecht über der Drehachse zwar vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig.

Bei den bekannten Drehkegelventilen ist der im Ventilge­ häuse befestigte Dichtring mit Hilfe eines Halteringes festgespannt. In der Schließstellung soll die Oberfläche des Drehkegels genau auf der Dichtfase des Sitzringes aufliegen, damit ein möglichst dichtes Absperren erreicht wird. Wegen der unvermeidlichen Abweichungen von der geo­ metrisch exakten Zuordnung in Folge der notwendigen Ferti­ gungstoleranzen ist dies aber nur zufällig gegeben, denn der Sitzring, ebenso wie der Drehkegel, sind metallisch und sehr formstabil. Deshalb ist es üblich, daß der Sitz­ ring radial verschieblich im Ventilgehäuse gelagert ist und bei Montage justiert und in möglichst genauer Zuord­ nung zum Drehkegel festgespannt wird. Dieser Vorgang ist aufwendig und von der Geschicklichkeit des Monteurs abhän­ gig.

Außerdem sind durch Druck- und Temperaturverzug bei metal­ lischen Dichtpaarungen mehr oder weniger große Leckagen unvermeidbar. Tropf- bzw. blasendichtes Absperren kann nur mit nichtmetallischen Dichtwerkstoffen zuverlässig er­ reicht werden. Die Temperaturbeständigkeit solcher Werk­ stoffe, wie z. B. von Elastomeren, ist jedoch begrenzt.

Ein dicht es Absperren bei hohen Temperaturen ist also nur möglich, wenn metallische Dichtfasen mit so hoher Kraft aufeinander gepreßt werden, daß die geometrischen Abwei­ chungen von der Idealpaßform durch Überschreiten der Fließgrenze überwunden werden. Eine solche Lösung ist jedoch in vieler Hinsicht unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehkegel­ ventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein dichtes Absperren, unabhängig vom Montagevorgang und ins­ besondere auch während Druck- und Temperaturbeanspruchun­ gen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Dichtring zwischen dem inneren scheibenförmigen Teil und dem äußeren scheibenförmigen Teil einen zylindrischen rohrförmigen zentrierenden Teil aufweist.

Es ist auch vorteilhaft, daß der innere scheibenförmige Teil an seinem Innendurchmesser eine kragenförmige Aushal­ sung aufweist, deren rohrförmiges Ende mit der Oberfläche des Drehkegels zusammenwirkt. Dadurch wird sowohl die Stabilität des Dichtrandes als auch die Elastizität des Dichtringwerkstoffes erhöht. Dies macht den Dichtring besonders für Beanspruchungen durch erhöhte Differenzdrüc­ ke geeignet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß das rohrförmige Ende der kragenförmigen Aushalsung in Richtung des Stützringes ragt und deren rückseitiger Bie­ geradius mit der Oberfläche des Drehkegels zusammenwirkt.

Es ist vorteilhaft, daß der Dichtrand am rohrförmigen Ende, am rückseitigen Biegeradius oder am Innendurchmesser des scheibenförmigen Teiles derart abgeschrägt ist, daß in der Schließstellung der Dichtrand tangential am kugelför­ migen Absperrteil anliegt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Dichtring aus einer metallischen Blechscheibe mit konstanter Dicke geformt ist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Stützring und dem inneren scheibenförmigen Teil eine O-Ringdichtung angeordnet werden kann.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Stützring mit Hilfe eines Halteringes im Gehäuse festgespannt ist.

Schließlich ist es vorteilhaft, daß der Haltering und der Stützring mehrteilig oder einstückig ausgebildet sind.

Die Erfindung bringt den wesentlichen Vorteil, daß sich die Dichtungsanordnung flexibel an das Absperrteil anpaßt und hierbei durch die Schließkraft des Kegels elastisch verformt wird. Weiterhin ist die Dichtungsanordnung selbstjustierend und es ergibt sich eine zusätzliche An­ pressung durch den Differenzdruck zwischen der Anström- und Abströmseite. Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß diese Dichtungsanordnung vorzugsweise bei hohen Temperaturen einsetzbar ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an­ hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

Es zeigen,

Fig. 1 ein Drehkegelventil im Querschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht gemäß einer wei­ teren Ausführungsform des Dichtringes,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel für die Ausbildung des Dichtringes,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Drehkegel­ ventils im Querschnitt,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Dichtungs­ anordnung in einem Teilquerschnitt des Drehkegelventils,

Fig. 6 eine weitere derartige Ausführungsform der Dichtungsanordnung des Drehkegelventils im Querschnitt,

Fig. 7 einen Querschnitt durch das Drehkegelventil mit einer weiteren Ausgestaltung der Dich­ tungsanordnung und

Fig. 8 eine weitere Ausbildung der Dichtungsanord­ nung gemäß einem Teilquerschnitt des Dreh­ kegelventils.

Das in Fig. 1 dargestellte Drehkegelventil weist ein Ge­ häuse 1 mit einem Drehkegel 2 und einem kugelförmigen Ab­ sperrteil 3 auf. In einer Bohrung 16 an der Zuflußöffnung 5 ist mit Hilfe eines Halteringes 4, beispielsweise eines Gewinderinges, ein Stützring 6 angeordnet, der an einem Absatz 11 am Gehäuse 1 abgestützt ist. Der Haltering 4 und der Stützring 6 können mehrteilig sein. Außerdem kann der Stützring 6 mit dem Gehäuse 1 verschweißt sein. Zwischen dem Stützring 6 und dem Gehäuse 1 ist ein metallischer Dichtring 7 im Bereich eines äußeren scheibenförmigen Teiles 8 eingespannt, wobei zwischen dem Teil 8 und dem Gehäuse 1 eine Flachdichtung 12 angeordnet ist. Dieser scheibenförmige Teil 8 geht nach innen hin in einen rohr­ förmigen, geringförmig kegeligen Teil 9 über, an den sich nach innen hin ein innerer, radial verlaufender scheiben­ förmiger Teil 10 anschließt. Dieser Teil 10 bildet die metallische Dichtphase und ist elastisch verformbar, d. h. biegeelastisch.

In der Schließstellung des Drehkegels 2 kommt ein kugel­ förmiger Absperrteil 3 an dem Teil 10 zur Anlage, d. h. der Absperrteil 3 wird mit entsprechender Kraft gegen das Teil 10 gedrückt, wobei sich dieses elastisch verformt. Im Bereich des Absatzes 11 besteht die Möglichkeit einer groben Zentrierung des Dichtringes 7. Der Stützring 6 ist mit einer Anschlagfläche 13 versehen, die in etwa in Rich­ tung des scheibensförmigen Teiles 10 verläuft und unter einem geringen Winkel zu dem scheibenförmigen Teil 10 in dessen Ruhestellung angeordnet ist. Diese Anschlagfläche 13 dient zur Begrenzung der elastischen Verformung des Dichtteiles des Dichtringes 7, d. h. des scheibenförmigen Teiles 10. Wenn das scheibenförmige Teil 10 in der Ruhe­ stellung senkrecht zur Ventilachse 17 steht, dann ist diese Anschlagfläche 13 davon weggerichtet.

Zusätzlich erfolgt eine Anpressung durch den Differenz­ druck zwischen der Zuströmseite, d. h. der Zuflußöffnung 5 und der Abströmseite 15, indem durch diesen Differenzdruck das scheibenförmige Teil 10 gegen das Absperrteil 3 ge­ drückt wird.

Die Herstellung des Dichtringes 7 erfolgt aus einer metal­ lischen Blechscheibe mit konstanter Stärke.

Bei der weiteren Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen den beiden Teilen 8, 10 das rohrförmige Teil 9 vorgesehen, wobei das die metallische Dichtphase bildende Teil 10 kegelstumpfartig angeordnet ist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist das schei­ benförmige Teil 10 im Bereich seines Dichtrandes 18 derart abgeschrägt, daß in der Schließstellung der Dichtrand 18 tangential am kugelförmigen Absperrteil 3 anliegt.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind der Hal­ tering 4 und der Stützring 6 einstückig, d. h. als Teil 19 ausgebildet.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist der metal­ lische Dichtring 7 an seinem inneren scheibenförmigen Teil 10 am Innendurchmesser mit einer kragenförmigen Aushalsung 14 versehen, die als rohrförmiges Teil gegen den Drehkegel 2 bzw. dessen Kugelabschnitt 3 gerichtet ist und in der Schließstellung am kalottenförmigen Kugelabschnitt 3 abdichtend anliegt. Hierbei ist eine Federungsmöglichkeit des Dichtringes 7 über den inneren scheibenförmigen Teil 10 gegenüber dem Stützring 6 gewährleistet.

Bei der weiteren, in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist die kragenförmige Aushalsung 14 von dem kalottenförmigen Kugelabschnitt 3 weggerichtet, wobei der rückseitige Bie­ geradius 21 abdichtend am Kugelabschnitt 3 anliegt. Das rohrförmige Ende ragt hierbei in eine Nut 24 des Stützrin­ ges 6.

Bei der in Fig. 7 gezeigten weiteren Ausführungsform einer solchen Dichtungsanordnung ist in einer Nut 23 des Stütz­ ringes 6 zum inneren scheibenförmigen Teil 10 des Dicht­ ringes 7 ein O-Ring 22 angeordnet. Der innere scheibenför­ mige Teil 10 kann beim Schließvorgang des Ventils ela­ stisch gegen diese Ringdichtung 22 angepreßt werden.

In Fig. 8 ist eine ähnliche Ausführungsform gezeigt, wobei der Dichtring 22 zum Innendurchmesser des inneren schei­ benförmigen Teiles 10 durch die kragenförmige Aushalsung 14 gehalten wird und im übrigen in der Nut 23 des Stütz­ ringes 6 angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Drehkegel
3 kugelförmiges Absperrteil
4 Haltering
5 Zuflußöffnung
6 Stützring
7 Metallischer Dichtring
8 äußerer scheibenförmiger Teil
9 rohrförmiger Teil
10 innerer scheibenförmiger Teil
11 Absatz
12 Flachdichtung
13 Anschlagfläche
14 kragenförmige Aushalsung
15 Abströmseite
16 Bohrung
17 Ventilachse
18 Dichtrand
19 Teil (4 + 6)
20 rohrförmiges Ende
21 rückseitiger Biegeradius
22 O-Ringdichtung
23 Nut
24 Nut

Claims (7)

1. Drehkegelventil mit einem Ventilgehäuse (1) und einem Dichtring (7), der an seinem Außenrand (8) im Ventil­ gehäuse (1) befestigt ist, und der an seinem Innen­ rand (10) elastisch verformbar ist, und einem Drehke­ gel (2), bestehend aus zwei mit der als Drehachse dienenden Antriebswelle verbundenen Schwenkarmen an einem kalottenförmigen Kugelabschnitt (3), dessen Oberfläche mit dem Dichtring (7) zusammenarbeitet, wobei in der Schließstellung die Mitte der Kugelkrei­ se auf der Mittelachse (17) der Dichtkreisebene liegt, und die Drehachse des kalottenförmigen Kugel­ abschnittes (3) in einem Abstand zur Mittelachse (17) der Dichtkreisebene und in einem anderen Abstand zur Dichtkreisebene angeordnet ist, und daß dieser Ab­ stand zur Dichtkreisebene größer ist als der Abstand zwischen Drehachse und Schnittebene des Außenrandes des kalottenförmigen Kugelabschnittes (3) und mit einem gemeinsam, mit dem Dichtring (7) im Ventilge­ häuse (1) befestigten Stützring (6), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtring (7) zwischen dem inneren scheibenförmigen Teil (10) und dem äußeren scheiben­ förmigen Einspannteil (8) einen zylindrischen rohr­ förmigen Teil (9) aufweist.

2. Drehkegelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der innere scheibenförmige Teil (10) an sei­ nem Innendurchmesser eine kragenförmige Aushalsung (14) aufweist, deren rohrförmiges Ende (20) mit der Oberfläche des Drehkegels (2) zusammenwirkt.

3. Drehkegelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rohrförmige Ende (20) der kra­ genförmigen Aushalsung (14) in Richtung des Stützrin­ ges (6) ragt und deren rückseitiger Biegeradius (21) mit der Oberfläche des Drehkegels (2) zusammenwirkt.

4. Drehkegelventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Dichtrand (18) am rohrförmigen Ende (20), am rückseitigen Biegeradius (21) oder am Innendurchmesser des scheibenförmigen Teiles (10) derart abgeschrägt ist, daß in der Schließstellung der Dichtrand (18) tangential am kugelförmigen Ab­ sperrteil (3) anliegt.

5. Drehkegelventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Dichtring (7) aus einer metal­ lischen Blechscheibe mit konstanter Dicke geformt ist.

6. Drehkegelventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Stützring (6) und dem inneren scheibenförmigen Teil (10) eine O-Ringdich­ tung (22) angeordnet ist.

7. Drehkegelventil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Haltering (4) und der Stützring (6) mehrteilig oder einstückig ausgebildet sind.