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Dokumentenidentifikation DE69510646T2 09.12.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0718531
Titel Kugelventil
Anmelder EFFEBI S.p.A., Polaveno, Brescia, IT
Erfinder Bonomi, Gianfranco, I-25065 Lumezzane S.S. (Brescia), IT
Vertreter Patentanwälte Magenbauer, Reimold, Vetter & Abel, 73728 Esslingen
DE-Aktenzeichen 69510646
Vertragsstaaten DE, ES, FR, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.12.1995
EP-Aktenzeichen 958305260
EP-Offenlegungsdatum 26.06.1996
EP date of grant 07.07.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.12.1999
IPC-Hauptklasse F16K 5/06
IPC-Nebenklasse F16K 27/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Kugelventile, insbesondere solche, die zur Verwendung in Systemen zur Verteilung von Verbrennungsgas und Flüssigkeiten bestimmt sind.

Kugelventile verwenden als Stopfen eine Kugel, die diametral durchbohrt ist, sich zwischen zwei seitlichen Ringdichtungen befindet und die zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung mittels eines Schenkels oder eines Schafts mit einem Griff gedreht werden kann.

Zur Zeit werden für die Verteilung von Gas Kugelventile verwendet, die für diesen Zweck nicht ausgelegt sind, die jedoch im allgemeinen mitunter auch für Flüssigkeiten und gasförmige Fluide verwendet werden können, die nur im Hinblick auf den maximalen Druck und/oder die erforderlichen Temperaturkenngrößen ausgelegt sind.

Allerdings wird man bei der Steuerung der Verteilung von Verbrennungsgas mit beachtlicheren Problemen im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Sicherheit als bei der Verteilung von Flüssigkeiten oder anderen gasförmigen Fluiden konfrontiert. Daraus leitet sich auch die Notwendigkeit her, Mittel zu finden, die ebenfalls ein zuverlässigeres Verhalten von Kugelventilen bei der Verteilung von Gas gewährleisten.

Bei diesen Ventilen ist die Kugel am häufigsten koaxial in den Ventilkörper eingesetzt, ohne daß sie irgendeinen Teil des eigentlichen Körpers berührt, so daß die Kugel keinen Oberflächenabrieb erleidet, und sie ist mit einem nicht-starren Verbindungsglied mit dem Steuerungsschaft verbunden und schwebt, wenn auch nur in begrenztem Ausmaß zwischen den seitlichen Dichtungen. Diese Dichtungen können mit einer Vorspannung montiert sein, damit sie an der Oberfläche der Kugel haften. Auf grund der Möglichkeit seitlicher Flotation und der relativen Elastizität der Dichtungen kann die Kugel somit die geeignetste Stellung einnehmen, um je nach den Schüben und Spannungen, denen sie ausgesetzt ist, eine Abdichtung zu erzeugen und zwar insbesondere dann, wenn das Ventil geschlossen ist. Allerdings führt die Abnutzung der Dichtungen oder sogar ein begrenztes Kollabieren, z. B. aufgrund des Alterns und/oder Veränderungen der Betriebstemperatur und/oder des Drucks, dem sie ausgesetzt sind, dazu, daß die richtige Lagerung der Kugel durch die Dichtungen und die Abdichtung, die sie gegenüber der Kugel bilden, fehlerhaft werden. Aufgrund ihres eigenen Gewichts und/oder äußerer Spannungen sowie dem Fehlen einer anderweitigen Auflage neigt die Kugel zum Fallen und erhält von dem untersten Teil der seitlichen Abdichtungen größeren Halt. Folglich sind diese nicht mehr in der Lage, eine notwendige und gleichförmige Abdichtung gegenüber der Kugel zu bilden, so daß sie nichtakzeptierbare Austritte ermöglichen, insbesondere, wenn Gas vorhanden ist. Allerdings wird durch Erhöhen der Vorspannung an diesen Dichtungen zur Begrenzung dieses Nachteils das Ausmaß der Abnutzung erhöht, wird die Schwebefreiheit der Kugel verringert und wird außerdem die notwendige Kraft zum Manövrieren der Kugel erhöht, also Zustände, welche die Eigenschaften und Leistungsfähigkeit des Ventils beeinträchtigen.

Bei einigen Arten von Kugelventilen ist die als Stopfen wirkende Kugel auf der Seite gegenüber von dem Steuerungsschaft auf einem zylindrischen Vorsprung zentriert, der einen Teil des Ventilkörpers bildet, der in einer in diesem Teil der Kugel gebildeten Vertiefung sitzt. Eine solche Anordnung ermöglicht offensichtlich die Abstützung der Kugel in einem gewissen Ausmaß, nimmt ihr jedoch die Freiheit der seitlichen Flotation und der eigenen Sitzbildung zwischen den Dichtungen und erhöht die Reibung und Abnutzung, denen die Kugel ausgesetzt ist. Diese Anordnung erfordert eine Erhöhung der Vorspannung an den Dichtungen, um zu gewährleisten, daß eine Dichtung an der Kugel beibehalten wird, wenn die Betriebsdrücke und/oder Temperaturen sich ändern, was dazu führt, daß den Dichtungen zusätzliche Schub glieder zugeordnet werden müssen, wodurch der Aufbau der Ventile komplizierter wird und die für ihren Betrieb erforderlich Kraft erhöht wird.

Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die oben erwähnten Probleme bei Kugelventilen auf eine neue und originelle Art zu überwinden, indem man einen Stützpunkt für die Kugel in dem Ventilkörper auf ihrer Drehachse erzeugt, während gleichzeitig die Fähigkeit der Kugel zur seitlichen Flotation beibehalten wird, ohne die gewöhnliche Anordnung, Vorspannung und das Betätigungsverfahren der seitlichen Abdichtungen zu beeinflussen.

Dieser Zweck wird durch ein verbessertes Kugelventil im wesentlichen gemäß Anspruch 1 erzielt, das zum Abfangen der Strömung eines beliebigen Fluids, jedoch insbesondere eines Gas in Verteilungssystemen und zugeordneten Geräten geeignet ist.

Der Stützpunkt bzw. die Punktauflage für die Kugel auf ihrer Drehachse und gegenüber von dem Steuerungsschaft führt zu keiner wesentlichen Abnutzung der Kugel während der Drehung und auch zu keiner nennenswerten Erhöhung der zum Betätigen des Ventils erforderlichen Kraft und hilft dabei, die auf die Dichtungen wirkende Last der Kugel zu verringern, wodurch ihre Wirkung zur Erzeugung einer Abdichtung gegenüber der Fläche der Kugel verringert wird.

Da der Stützpunkt für die Kugel innerhalb des Körpers des Ventils radiale Bewegungen der Kugel in der Ebene der Dichtungen verhindert oder zumindest verringert, behält die Kugel stets dieselbe Position zwischen den Dichtungen und sichert somit eine konstante und gleichförmige Abdichtung über die Zeit hinweg.

Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht ein Beispiel eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kugelventils, wobei:

Fig. 1 einen partiellen Querschnitt des verbesserten Kugelventils in Längsrichtung zeigt; und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Pfeile II-II in Fig. 2 in Querrichtung zeigt.

In der Zeichnung steht die Bezugsziffer 10 für den Körper eines Kugelventils, das in der herkömmlichen Weise einen Eingangsdurchgang 11 und einen Ausgangsdurchgang 12 für das geförderte Fluid besitzt. Die Durchgänge 11, 12 sind koaxial auf einer Achse X, und ein normalerweise zylindrisches Gehäuse 13 ist zwischen ihnen vorgesehen, in welchem eine Kugel 14 mit einem Durchmesserloch 15 entlang der Achse der Durchgänge 11, 12 gelagert ist und als Stopfen zum Öffnen und Schließen des Ventils dient. Die Kugel 14 befindet sich zwischen zwei in dem Körper des Ventils gelagerten und in ihm gehaltenen seitlichen Ringdichtungen 16 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 13 koaxial mit den Eingangs- und Ausgangsdurchgängen 11, 12. Um sie zu drehen, ist die Kugel 14 mit einem Betätigungsschaft 17 in Eingriff, der in dem Ventilkörper radial geführt ist und dessen Drehachse Y senkrecht zur Achse der Durchgänge 11, 12 und dem Loch 15 in der Kugel 14 ist. Seitliche Dichtungen 16 können mit der erforderlichen Vorspannung gelagert sein, um an der Oberfläche der Kugel zu haften und eine Abdichtung für das Fluid zu erzeugen.

In Übereinstimmung mit der Erfindung ist das Gehäuse 13 für die Kugel 14 nicht koaxial mit den Durchgängen 11, 12 und dem Loch 15 der Kugel 14, sondern bezüglich diesen versetzt, die, wie oben gezeigt, koaxial sind. Das Gehäuse 13 wird durch maschinelle Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen unter Verwendung eines geeigneten Steuerungssystems ausgeholt, so daß seine Längsachse X' parallel zur Achse X der Durchgänge 11, 12 und dem Loch 15 in der Kugel ist, jedoch von dieser Achse X in der Richtung des Steuerungsschafts 17 um verschoben ist, das in Beziehung zu den Abmessungen der Kugel vorab bestimmt wird.

Insbesondere ist die Exzentrizität des Gehäuses 13 bezüglich der Achse X so, daß die innere Oberfläche des Gehäuses in Tangentialkontakt mit der äußeren Oberfläche der Kugel an einem Punkt P auf der Drehachse Y des Schafts 17 an dem dem Schaft gegenüberliegenden Teil der Kugel ist.

Dieser Kontaktpunkt P bildet einen soliden Stützpunkt für die Kugel 14 auf dem Ventilkörper, wodurch es der Kugel ermöglicht wird, nicht an den seitlichen Dichtungen 16 anzuliegen, so daß man nicht Gefahr läuft, daß die Dichtungen kollabieren, wodurch man die oben erwähnten Ergebnisse und Vorteile erzielt. Die innere Oberfläche des Gehäuses kann gleichförmig zylindrisch über ihre gesamte Erstreckung sein oder kann einen exzentrischen Bereich nur in einem Zwischenbereich in der Nähe des abstützenden Punkts P haben. Das heißt, es ist nicht wesentlich, daß das Gehäuse einen konstanten Durchmesser haben sollte, sondern es reicht aus, daß es einen exzentrischen Teil in der oben beschriebenen Position und Art hat, das heißt, in der Zugangsebene der Drehung Y.

Das beschriebene Ventil kann in unterschiedlichen Ausrichtungen mit optimalen Ergebnissen in einigen Stellungen, aber auch spektakulären Ergebnissen in anderen Stellungen, auf jeden Fall jedoch zuverlässiger als Ventile der bekannten Bauart betätigt werden.

Wenn das Ventil mit vertikaler Achse X seines Körpers und horizontaler Achse Y des Betätigungsschafts betätigt wird (was normalerweise dann der Fall ist, wenn die Ventile an Steigleitungen installiert sind), bleibt die Kugel bezüglich der Dichtungen vollkommen zentriert und liegt an ihnen konzentrisch und gleichförmig in allen Teilen an. In diesem Fall hat der Stützpunkt P keine Auswirkung auf die Betätigung des Ventils und seine Abdichtfähigkeit, beeinträchtigt es aber auch nicht.

Wenn das Ventil in der gewöhnlicheren und geeigneteren Stellung verwendet wird, bei der die Achse X des Körpers horizontal und die Achse Y seines Betätigungsschafts vertikal ist, wird die Kugel auf dem exzentrischen Punkt P des Gehäuses gestützt, wodurch gewährleistet wird, daß das Ventil auch unter Bedingungen, bei denen die Wechselwirkung zwischen der Kugel und den seitlichen Dichtungen weniger günstig ist, richtig arbeitet.

Wenn bei Verwendung des Ventils mit der Achse X seines Körpers und der Achse Y seines Betätigungsschafts in der horizontalen Stellung die Dichtungen leicht nachgeben, findet die Kugel zumindest auf einem Bogen der exzentrischen Oberfläche des Gehäuses eine Abstützung, was dazu führt, daß sie innerhalb des Körpers fest gelagert wird, ohne nur auf den Dichtungen aufzuliegen.

Betrachtet man schließlich die Bedingungen, unter denen die Dichtungen mit der Kugel zusammenwirken und diese auf ihnen aufliegen lassen, so können sie aus Materialien und derart aufgebaut werden, daß sie die zum Betätigen der Kugel notwendige Kraft verringern, und zwar zusätzlich zu der Tatsache, daß ihre Einpaßlast auf Werte begrenzt werden kann, die gerade ausreichen, um eine Abdichtung an der Kugel zu erzeugen, wodurch die allgemeine Leistungsfähigkeit des Kugelventils verbessert wird und man die Möglichkeit hat, Schwierigkeiten und Kosten bei der Herstellung und beim Zusammenbau zu verringern.


Anspruch[de]

1. Ein Kugelventil aus Kunststoffmaterial für flüssige und gasartige Flüssigkeiten mit einem mit folgendem versehenen Körper (10):

- einem Eingangsdurchgang (11) und einem Ausgangsdurchgang (12) auf einer Achse (X) sowie

- einem sich zwischen den zwei Durchgängen (11, 12) befindlichen bzw. sitzenden Gehäuse,

- einer Kugel (14) mit einem Durchmesserloch (15) entlang der Achse (X) der obengenannten Durchgänge (11, 12); die Kugel befindet sich zwischen den zwei seitlichen Ringdichtungen (16), die im Ventilkörper an dessen gegenübereinander liegenden Seiten liegen und ist koaxial zu den obengenannten Durchgängen;

die Kugel dreht sich mittels eines Betätigungsschafts (17), der mit einer zu den obengenannten Durchgängen (11, 12) vertikal stehenden Achse (Y) versehen ist, von der geöffneten auf die geschlossene Position; in der Kugel befindet sich das obengenannte Diametralloch;

das obengenannte Gehäuse (13) ist auf solche Weise in bezug auf die obengenannte Achse (X) versetzt, daß sich eine seiner Längsachsen (X') parallel zur genannten Achse (X) befindet; diese Längsachse (X) ist gleichzeitig auch von der obengenannten Achse um das Maß "e" in Richtung des Kugelschafts versetzt, wobei die Innenoberfläche des Gehäuses an einem bestimmten Punkt (P) der Achse (Y) des obengenannten Schafts (17) an der dem Schaft gegenüberliegenden Kugelseite in Tangentialkontakt zur externen Oberfläche der Kugel (14) steht.

2. Ein Kugelventil entsprechend Anspruch 1, bei dem der obengenannte Kontaktpunkt (P) zwischen der Oberfläche des Gehäuses (13) und der Kugel (14) einem soliden Stützpunkt für die Kugel innerhalb des Ventilkörpers entspricht, welcher die Kugel stützt und die Dichtungen vom Kugelgewicht entlastet.

3. Ein Kugelventil entsprechend Anspruch 1 oder 2, bei dem das obengenannte Gehäuse zylinderförmig und mit einem konstanten Durchmesser entlang der gesamten Erstreckung ist.

4. Ein Kugelventil entsprechend Anspruch 1 oder 2, bei dem das obengenannte Gehäuse eine exzentrische Zone mit einer Längsachse (X') aufweist, welche mit einer Längsachse (X') versehen ist, die parallel zur Achse (X) der koaxialen Durchgänge (11, 12) steht, ohne mit diesen Durchgängen zu übereinstimmen; die Längsachse liegt auch parallel zum in der Kugel befindlichen Loch (15); die übrigen Teile des Gehäuses könnten zur obengenannten Achse (X) koaxial sein, und der Stützpunkt (P) der Kugel befindet sich in der obengenannten Zwischenzone des Gehäuses.







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