Aus Kunststoff gefertigtes Sperrventil
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem aus Kunst¬ stoff gefertigten Sperrventil, gemäss Oberbegriff des Pa¬ tentanspruches.
Solche Ventile werden insbesondere bei aus Folien gefertigte Flüssigkeitsbehälter eingesetzt, die selber wiederum in Kartonschachteln gestellt sind. Diese Verpackungen sind be¬ kannt unter der Bezeichnung "Bag-in-Box". Die Vorteile solcher Verpackungen sind, das geringe Gewicht, die gute Stapelbarkeit, das Vermeiden des Leertransportes der entleerten Gebinde und der gegenüber den Glasgebinden oder Metallfässern, geringe Preis.
Aus den obigen Vorteilen der Verpackungen geht hervor, dass auch, das an einer solchen Verpackung vorgesehene Sperr¬ ventil zur Entnahme der Flüssigkeit preiswert sein muss. Da¬ her kommen nur aus Kunststoff gefertigte Ventile in Frage, die auch mit der Folie des Behälters gut verbindbar, insbe¬ sondere verschweissbar sind. Neben diversen, vielteiligen, komplexen und kostspieligen Lösungen sind auch einige, ein-
fache Lösungen bekannt.
Ein eher kompliziertes Sperrventil zeigt beispielsweise die US-A-4'375'862, welches als Steckventil konzipiert ist. Ein am Kunststoffschlauchbeutel angeschweisster Flansch ist in der Kartonverpackung gelagert. Im Flansch lagert dichtend ein Steckergehäuse mit zentrischer Steckeröffnung, welcher endseitig zum Behälter hin mit einem ausstossbaren Dichtzapfen verschlossen ist. In dem Steckergehäuse einschiebbar ist ein mehrteiliger Stecker, der in den Dichtzapfen einrastet und diesen in den Behälter hineinstosst. Die eigentliche Oeffnungs-, beziehungsweise Schliessposition erfolgt durch Drehung des Steckers im Steckergehäuse. Ein derartiges Ventil erlaubt nur geringe Durchlassöffnungen und der Weg zwischen der Dichtstelle und der endseitigen Auslassöffnung ist sehr lang. Entsprechend ist ein solches Ventil nur für sehr dünnflüssige Medien geeignet und ein langes Nachtropfen der Flüssigkeit, nach dem Verschliessen des Ventils, ist unvermeidbar. Ein Ventil, welches besonders einfach ist und aus wenigen Bauteile besteht, zeigt die AU-A-403'943. Hier besteht der Ventilkörper im wesentlichen aus einem zylindrischen Stutzen mit einem Flansch an der Einlassseite, mit dem der Kunst¬ stoffbehälter verbunden ist und einer endseitig abschlies- senden Membran, an dessen Innenseite ein Ventilstössel ange¬ ordnet ist. Auf dem Ventilstössel lagert eine Ventilplatte, die im Schliesszustand auf dem Ventilsitz im Ventilkörper
aufliegt. Durch Druck auf die flexible Membran schiebt der Stössel die Ventilplatte im Ventilkörper vom Ventilsitz weg. Nun umströmt die Flüssigkeit die Ventilplatte und gelangt via einer radialen Auslaufbohrung im Bereich zwischen dem Ventilsitz und der dichtenden, flexiblen Membran nach aussen. Hier bleibt die Ventilplatte ständig innerhalb des Ventilkörpers und bildet während der Oeffnung ein ständiges Durchflusshindernis. Ist das Ventil geschlossen, so tropft es relativ lange nach, bis der Raum hinter der Ventilplatte vollständig entleert ist. Im selben Schutzrecht ist eine weitere Variante dargestellt, bei der die Platte durch einen linear verschiebbarer Zapfen mit Durchströmungsöffnung ersetzt ist. In der Schliessposition liegt die Seitenwand des längsverschieblichen Dichtzapfens über der radialen Ausflussöffnung im Ventilkörper. Auch bei dieser Lösung sind die Durchströmungswege ungünstig und insbesondere bei der zweiten Variante ist auch die Dichtung äusserst fraglich.
Aus den beiden US-A-4'471'807 und US-A-4'452'425 sind zwei ähnliche Sperrventile desselben Anmelders bekannt, welche beide den Aufbau gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufweisen. Diese aus Kunststoff gefertigten Sperrventile bestehen aus einem Ventilgehäuse mit einem Einlassstutzen und einer Auslassöffnung, welche den Ventilsitz bildet, sowie einem längs verschiebbaren, beweglichen Ventildicht¬ körper, der. mittels einem Ventilstössel vom Ventilsitz weg beweglich ist, wobei der Flüssigkeitsdruck auf der Seite des
Ventilstössels auf die Ventilplatte wirkt. Der grosse Vor¬ teil solcher Ventile besteht darin, dass der Ventildicht¬ körper direkt die Auslassöffnung abschliesst, da diese selbst den Ventilsitz bildet. Entsprechend erfolgt bei sol¬ chen Ventilen kaum ein Nachtropfen der Flüssigkeit. Nach¬ teilig ist jedoch, dass die Flüssigkeit auf der Ventil- stösselseite der Ventilplatte anliegt und die Ventilplatte in der Richtung des anliegenden Druckes beim Oeffnen ver¬ schoben wird. Ein eventuell auftretender Innendruck könnte das Ventil selbsttätig öffnen. Des weiteren wird der Ventil¬ stössel über einer flexiblen Membran in die Oeffnungs- richtung bewegt. Ein unbeabsichtigter Druck auf diese frei¬ liegende Membran bewirkt folglich eine unerwünschte Oeffnung des Ventils.
Gegen das erstgenannte Problem zeigt die US-A-4'471'807 eine Lösung. Ueber ein Umlenkmechanismus, welcher am Ventil¬ stössel angreift, wird eine Ventilplatte an der eingangs- seitigen Oeffnung von dieser weg in den Behälter nach innen verschoben. Dies kompliziert den Verschluss und reduziert die Durchströmung des Mediums.
Gegen das zweitgenannte Problem zeigt die US-A-4'452'425 eine einfache Lösung, in dem eine Schutzkappe über der flexiblen Membran gesteckt ist. Diese uss jeweils vor der Benützung entfernt werden. Beide Lösungen haben jedoch immer noch gewisse konstruktionsbedingte Nachteile. Zum einen wird
der Innendruck im Behälter nicht zum Schliessen des Ventiles genutzt, zum zweiten liegt beim Oeffnen des Ventils der Ven¬ tilstössel in der Auslassöffnung und reduziert folglich dessen freie Ausflussquerschnittsfläche und schliesslich liegt der eigentliche Ventildichtkörper, während des Aus- strömens des Fluids, direkt im freien Flüssigkeitstrahl, wo¬ durch dieser unkontrollierbar in alle Richtungen spritzen kann.
Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aus Kunststoff gefertigtes Sperrventil der eingangs genann¬ ten Art zu schaffen, mit der die genannten Nachteile behoben werden können.
Diese Aufgabe löst ein Sperrventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Lässt sich nämlich die Ventilplatte vom Ventilsitz in das Innere des Ventilgehäuses hineinbewegen, so gibt der Ventildichtkörper den Fliessweg frei, der Ven¬ tilstössel liegt nicht mehr in der Ausflussöffnung und beim Schliessen erhöht der anliegende Innendruck die Schliess- kraft. Gestaltet man das Sperrventil so, dass die Ventil¬ platte soweit in das Ventilgehäuse hineinbewegbar ist, dass der volle Durchströmungsraum zwischen dem Auslassstutzen und der Auslassöffnung frei ist, so können sehr grosse Mengen des Fluids in kurzer Zeit ausströmen. An und für sich ist es dabei unerheblich, mit welchen Mitteln der Ventildichtkörper vom Ventilsitz weg, in das Innere des Ventilkörpers bewegt wird wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen gehen aus den ab¬ hängigen Patentansprüchen 3-12 hervor und sind in der nach¬ folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Figur 1 einen achsialen, vertikalen Längsschnitt durch das zusammengebaute Ventil, wobei die linke Hälfte die vollständig geöffnete, die rechte Hälfte die voll¬ ständig geschlossene Lage darstellt.
Figur 2 zeigt eine Teilansicht des Sperrventils nach Figur 1 in der Aufsicht von oben.
Figur 3 zeigt eine gleiche Darstellung wie in Figur 1 einer Variante des erfindungsgemässen Ventils wiederum einseitig in der vollständig geöffneten und ander- seitig in der vollständig geschlossenen Lage.
Figur 4 zeigt wiederum eine Teilansicht des Sperrventils nach Figur 3 von oben.
Figur 5 zeigt einen vertikalen Achsialschnitt durch einen Dichtkörper, gemäss der Erfindung, wobei der Dicht¬ körper ein spezielles Innengewinde aufweist und
Figur 6 stellt die Abwicklung dieses Innengewindes dar.
Figur 7 zeigt einen weiteren Vertikalschnitt durch ein zusammengebautes Ventil anderer Bauart im geschlossenen und
Figur 8 dieses Ventil im offenen Zustand
Das erfindungsgemässe Sperrventil besteht im wesentlichen aus zwei Elementen, nämlich dem Ventilgehäuse 1 und einem darin beweglichen Ventildichtkörpers 2. Im einfachsten Fall ist das Ventilgehäuse 1 oben geschlossen und der Ventil¬ dichtkörper besteht aus einer Ventilplatte und einem Ventil¬ stössel, welcher dichtend aus dem Ventilgehäuse 1 hinausge¬ führt ist. Durch einen direkt oder mittelbar am Ventil¬ stössel ausgeübten Zugkraft lässt sich die Ventilplatte von der Auslassöffnung, welche den Ventilsitz bildet, nach oben abheben. Diese einfachste Lösung ist in der Zeichnung nicht dargestellt und auf sie wird des weiteren auch nicht ein¬ gegangen. Detailliert beschrieben hingegen werden die gemäss der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Lösungen.
In den dargestellten, bevorzugten Lösungen ist das Ventilgehäuse 1 im Aufbau jeweils identisch. Es besteht aus einem Einlassstutzen 10, der die Einlassöffnung bildet. Am Einlassstutzen 10 sind Mittel zur Befestigung des Gehäuses am Flüssigkeitsbehälter vorgesehen. Diese Mittel stellen nicht Gegenstand der Erfindung dar und sind daher auch nicht dargestellt. Im einfachsten Fall kann die Befestigung aus
einem dünnwandigen Flansch bestehen, der direkt am. Flüssigkeitsbehälter angeschweisst sein kann. Der Einlassstutzen 10, der üblicherweise zylindrisch ist, mündet in einen ebenfalls zylindrischen Durchströmungsraum 13 des Ventilgehäuses 1. Der Durchströmungsraum 13 weist unten eine kreisförmige Auslassδffnung 11 auf. Diese Auslassöffnung bildet den Ventilsitz 12. Der Durchströmungsraum 13 ist gegen oben ebenfalls vollständig geöffnet und hat eine sich weiter nach oben erstreckende, radial abstehende Ringwand. Diese radial, abstehende Ringwand 14 ist endständig mit einer Halteringwulst 15 versehen. Unterhalb der Halteringwulst ist eine nach aussen gerichtete, umlaufendene Gleitringwulst 16 angeordnet. Zu Montagezwecken ist die Gleitringwulst 16 nur an einigen wenigen Stellen unterbrochen. Die Gleitringwulst 16 wird unten abgeschlossen durch eine radial nach aussen gerichtete Gleitringfläche 17.
In das Ventilgehäuse 1 ragt der Ventildichtkörper 2 hinein. Der Ventildichtkörper 2 ist hier als Dichtkolben 22 geformt. An seinem oberen Ende weist der Dichtkolben 22 einen oben, endständig angeordneten, flexiblen dichtenden Flansch 23 auf. Der flexible Flansch 23 ist mit einem radial begren¬ zenden Haltering 24 versehen. Im Haltering 24 ist eine Ringnut 25 eingelassen. In die Ringnut 25 des Halteringes 24 passt die Halteringwulst 15, an der radial abstehenden Ringwand 14, des Ventilgehäuses 1 formschlüssig hinein. Der Dichtkolben 22 hat einen geringfügig grösseren Durchmesser
als die Auslassöffnung 11 im Ventilgehäuse 1. Der Dichtkol¬ ben 22 ist unten mit einem Boden verschlossen, welcher die Ventilplatte 20 bildet. Lediglich eine in achsiale Richtung sich erstreckende auf der Dichtplatte 20 angeordnete Dichtlippe 26 greift im geschlossenen Zustand des Ventiles exakt in die Auslassδffnung 11 ein. In diesem Fall ist der Ventilstössel 21 als zylindrische Wand des Dichtkolbens 22 geformt. Die Ventilplatte 20 und der Ventilstössel 21 bilden somit den als Dichtkolben 22 geformten Ventildichtkörper 2. Wird der Ventildichtkörper 2 auf und ab bewegt, so folgt der flexible dichtende Flansch 22 dieser Bewegung. Um einerseits diese Bewegungen durchführen zu können und andererseits gewisse Massungenauigkeiten im Bereich der Auslassöffnung 11 aufzunehmen, fertigt man den Ventildichtkörper 2 vorteilhaf¬ terweise gesamthaft aus einem Elastomer.
Zur Betätigung des Ventildichtkörpers 2 könnte im ein¬ fachsten Fall direkt ein Zugmittel vorgesehen sein, welches manuell betätigbar wäre. Im hier dargestellten Fall ist ein Betätigungsmittel 3, in Form eines Drehgriffes vorgesehen. Der Drehgriff hat eine Deckfläche 32, an dessen Unterseite ein hohler, unten offener Zapfen 30 angeformt ist. Der Zapfen 30 ist mit einem Aussengewinde 31 versehen, welcher in ein Innengewinde im Dichtkolben 22 eingreift. Die äussere Peripherie des Drehgriffes bildet eine vertikale Mantelwand 33, welche über Stege 35 mit der Deckfläche 32 verbunden ist. Am unteren Ende dieser vertikalen Mantelwand 33 ist
eine nach innen gerichtete, im Querschnitt hakenförmige Gleitwulst 34 angeformt, deren exakt radial nach innen ge¬ richtete, in der Gebrauchslage horizontale Gleitfläche 37 exakt auf der Gleitfläche 17 des Ventilgehäuses 1 aufliegt. Zwischen der im Randbereich schräg nach unten gezogenen Deckfläche 32 und der Mantelwand 33 sind Durchgriffsöff¬ nungen 36, die lediglich durch die Stege 35 unterbrochen sind, vorgesehen. Diese Durchgriffsöffnungen erlauben die nach innen vorstehenden Teile der hakenförmigen Gleitwulst 34 spritztechnisch so zu fertigen, dass hierzu keine Schieber erforderlich sind. Da die Mantelwand 33 im Bereich der Stege 35 weniger flexibel ist, ist entsprechend die Gleitringwulst 16, der radial abstehenden Ringwand 14 des Ventilgehäuses 1, im entsprechenden Bereich reduziert.
Zur Montage des Ventiles kann das Betätigungsmittel, in Form eines Drehgriffes, mit dem Ventildichtkörper 2 vollständig oder teilweise miteinander verschraubt sein, worauf die Ein¬ heit, bestehend aus Ventildichtkörper 2 und Betätigungs¬ mittel 3, direkt auf das Ventilgehäsue 1 aufgedrückt werden kann. Erst wenn die Halteringwulst 15 an der Ringwand 14 des Ventilgehäuses 1 vollständig in der Nut 25 des Halteringes 24 des Ventildichtkörpers 2 hineingepresst ist, lässt sich das Betätigungsmittel 3 soweit hinunterdrücken, dass die hakenförmige Gleitwulst 34 unter der Gleitringwulst 16 an der radial abstehenden Ringwand 14 einrasten kann. Dreht man nun am Betätigungsmittel 3, so führt dieses lediglich eine
Rotationsbewegung ohne translatorischen Anteil durch. Hin¬ gegen bewegt sich der Ventildichtkörper 2 nicht in radialer Richtung, sondern nur in achsialer Richtung.
Da die Dichtung des Ventiles zwischen dem Ventilsitz 12 im Ventilgehäuse 1 und der zylindrischen Wand des Ventilkör¬ pers, in Form eines Dichtkolbens 22, lediglich an der äuεseren Peripherie erfolgt, könnte die Ventilplatte 20 vollständig, respektive fast vollständig wegfallen. Lässt man sie jedoch vollständig wegfallen, so kann einerseits Flüssigkeit im geöffneten Zustand des Verschlusses in den Hohlraum des Dichtkolbens 22 eindringen und diese Flüssig¬ keit kann nachträglich im geschlossenen Zustand des Ver¬ schlusses nachtropfen. Deshalb ist es vorteilhafter, den Dichtkolben 22 unten durch die Ventilplatte 20 zu ver- schliessen. Diese gibt zusätzlich aber auch noch eine grössere Festigkeit. Die relativ kleine Fläche der Ventil¬ platte 20 wird beim Gebrauch des Ventils ebenfalls von der Flüssigkeit befeuchtet und obwohl diese Fläche relativ ge¬ ring ist, so kann die dort anhaftende Flüssigkeit nach¬ träglich abtropfen. Damit dies möglichst gleich nach dem Verschliessen des Ventiles erfolgt, hat es sich als vor¬ teilhaft erwiesen, in die Ventilplatte 20 eine Bohrung 28 vorzusehen.
In der Variante, gemäss den Figuren 3 und 4, ist das Ven¬ tilgehäuse 1 unverändert geblieben. Auch der Ventildicht¬ körper 2 weist kaum Aenderungen, bezüglich der Variante nach
den Figuren 1 und 2, auf. Lediglich am Dichtkolben 22 ist an der äusseren, zylindrischen Wand ein radial abstehende Dichtwulst 29 vorgesehen. Hingegen ist das Innengewinde 27 des Dichtkolbens 22 besonders gestaltet. Dies geht insbe¬ sondere aus den Figuren 5 und 6 hervor. Die Figur 5 zeigt den Ventildichtkorper 2 für sich allein in einem vertikalen Achsialschnitt und Figur 6 zeigt die Abwicklung dieses Ge¬ windes. Das Gewinde hat lediglich zwei Gewindegänge, die jeweils einen ersten Gewindeabschnitt 27' mit einem grösseren Steigungwinkel und einen zweiten Gewindeabschnitt 27'' mit einem geringeren Steigungswinkel haben. Hierdurch wird erreicht, dass der Ventildichtkorper 2 im untersten Schliess- beziehungsweise Oeffnungsbereich relativ langsam im Verhältnis zur Drehbewegung achsial verschoben wird, wäh¬ rend nach einer gewissen Oeffnung die vollständige Oeffnung schneller erfolgt. Dies erlaubt auch die exakt, dosierte Abgabe von kleineren Mengen der Flüssigkeit aus dem Be¬ hälter. Entsprechend kann der Zapfen 30 des Betätigungs¬ mittels 3 nicht mehr mit einem vollständigen Aussengewinde versehen sein, da dieses selbstverständlich nicht unter¬ schiedliche Gewindesteigungen haben kann. Entsprechend ist das Aussengewinde auf dem Zapfen 30 auf zwei Mitnehmer¬ elemente 31,31' reduziert, welche zwei einander radial gegenüberstehende Gewindeabschnitte haben, die unterschied¬ lich geneigt verlaufende Kantenflächenabschnitte 38, bezie¬ hungsweise 38' aufweisen. Während in den steileren Bereichen der Gewindegänge 27' die steileren Kantenflächen 38 zur
Anlage kommen, liegen in den weniger steilen Gewindebereiche 27'' die flacheren Kantenflächen 38' an. Damit die Aussen¬ gewindeanteile 31' auch ohne Schieber entformt werden können, sind in der Deckfläche 32 zwei Entformungsschlitze 39 eingelassen.
Für die Erfindung zwar unwesentlich, für den praktischen Ge¬ brauch jedoch sinnvoll, ist die Mantelwand 33 des Dreh¬ griffes an der Aussenfläche mit einer Randrierung 37 ver¬ sehen.
Die dritte dargestellte Ausführungsform gemäss den Figuren 7 und 8 ist im Aufbau selbstverständlich wieder erfindungs- ge äss, indem der Ventildichtkorper 2 wiederum in das Innere des Ventilgehäuses 1 hineinbewegbar ist.
In diesem Beispiel ist das Mittel 18 zur Befestigung des Ventils am Behälter wohl dargestellt. Es besteht im wesent¬ lichen aus einem Dichtflansch 19, der in die Oeffnung des Behälters direkt oder in einen daran befestigten Verschluss dichtend hinein passt.
Der Aufbau des Ventilkörpers gleicht vollkommen dem vorher beschriebenen, so dass die dort erwähnten Bezugszahlen, 10 für den Einlasstutzen, 11 für die Auslassöffnung, 12 für den Ventilsitz, 13 für den Druchströmungsraum und 14 für die radial versetzte Ringwand beibehalten worden sind.
Ebenso ist der Ventildichtkorper 2 hier wiederum als Dichtkolben 22 geformt, der von einer unten angebrachten Ventilplatte 20 mit Dichtlippe 26 abgeschlossen ist. Neu ist jedoch dieser Dichtkolben doppelwandig gestaltet und weist keinen flexiblen Flansch mehr auf. Die innere Wand 120 verläuft zylindrisch vom oberen Rand bis zur Dichtplatte 20. Von der Dichtplatte 20 her gesehen nach oben versetzt ist eine zweite, die innere Wand 120 konzentrisch umgebende Wand 12 vorhanden. Die innere Wand 120 des hohlen, becherförmigen Dichtkolbens 22 weist vom oberen Rand bis zur Stelle der Verbindung der inneren Wand 120 mit der äusseren Wand 121 achsial verlaufende Führungen 122, beispielsweise in Form von Schlitzen oder Rillen, auf. Die äussere Wand 121 weist eine Wandverdichtung 123 auf, die mit einem Aussengewinde 124 versehen ist. Ein ringförmiger Einschnitt 125 in Verlängerung der Aussenfläche der äusseren Wand 121 bewirkt, dass das Gewinde radial federnd und somit auch dichtend in einem Innengewinde 141 der radialen Ringwand 14 des Ventilgehäuses 1 passt.
Auch hier ist das Betätigungsmittel 3 in der Form eines Drehgriffs gestaltet, der einen in den zylindrischen Hohlraum des Dichtkolbens formschlüssigen Zapfen 30 aufweist. Auf der Aussenwand dieses Zapfens 30 sind nach aussen gerichtete Mitnehmer 130 angebracht, beispielsweise in der Gestalt von radialen Rippen. Diese passen in die Führungen 122 und übertragen die Drehbewegung des Griffes 3
auf den Ventildichtkorper 2, so dass dieser eine kombinierte drehende und translatorische Bewegung durchführen kann.
Um sicher zu stellen, dass der Ventildichtkorper 2 nicht vollständig aus dem Ventilgehäuse 1 geschraubt werden kann, beziehungsweise beim Schliessen des Ventiles nicht überdreht werden kann, sind Anschläge 131 und 132 vorgesehen.
Letzlich lässt sich die Dichtung dieses Ventils noch durch eine ringförmige Dichtlippe 142 im Ventilgehäuse 1 verbessern, die dichtend am Dichtkolben anliegt.