DE10132436A1 - Wellenverbindung, insbesondere für ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenverbindung (4), insbesondere für ein Ventil (1) zum Steuern von Flüssigkeiten, zur Verbindung einer Antriebswelle (2) mit einer Abtriebswelle (3). Eine der beiden Wellen (2, 3) weist ein Vielkantloch (11) auf. Die andere der beiden Wellen (2, 3) weist an ihrem Wellende einen dem Vielkantloch entsprechend ausgebildeten Vielkant (5) auf. Die Außenfläche (9) des Vielkants sind dabei als Teilkugelflächen ausgebildet.

Description

Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenverbindung, insbesondere für ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten zur Verbindung einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle, um einen Drosselkörper des Ventils anzutreiben.
• Allgemein werden Wellenverbindungen häufig mittels Flanschen realisiert. Bei der Übertragung eines Drehmoments von einem Aktuator (Antriebseinheit) auf einen Drosselkörper eines Ventils stellt sich das Problem, dass zwei Wellen miteinander gekuppelt werden müssen. Dabei muss unter anderem beachtet werden, dass sich die Wellen in gewissen Grenzen zueinander verlagern beziehungsweise verkippen können. Zur Lösung dieses Problems wurden daher sogenannte Verschiebekupplungen vorgeschlagen, bei denen die beiden Wellenenden jeweils mit Tellern versehen sind, in denen Nuten eingelassen sind. Zwischen den Wellenenden wird ein Verbindungsstück mit Keilen angeordnet. Die Keile sind dabei meist über Kreuz angeordnet und greifen in die Nuten ein. Dadurch werden die beiden Wellen miteinander verbunden. An dieser Anordnung ist jedoch nachteilig, dass nur geringe Drehmomente übertragen werden können. Für größere Momente muss eine derartige Verschiebekupplung recht groß ausgeführt werden, sodass ein großer Bauraum notwendig ist. Weiterhin tritt bei der bekannten Wellenverbindung ein ungleichförmiger Momenteverlauf bei der Drehung auf. Bei der Verwendung derartiger Wellenverbindungen muss darüber hinaus beachtet werden, dass der Drosselkörper des Ventils abgedichtet werden muss, damit kein Fluid aus dem Ventilkörper über die Wellenverbindung austreten kann. Wenn sich die mit dem Drosselkörper verbundene Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle seitlich verschiebt, kann bei den bekannten Wellenverbindungen jedoch die Dichtwirkung nachlassen und im Extremfall sogar zu Totalversagen führen.
• Eine weitere herkömmliche Wellenverbindung ist durch eine sogenannte Federkupplung bekannt. Dabei werden die Wellenenden durch eine Federscheibe miteinander verbunden. Die Befestigung der Federscheibe an den Wellenenden wird dabei mittels Nietverbindungen realisiert. Derartige Federkupplungen weisen jedoch die Nachteile eines großen Bauvolumens, eines großen Verschleisses sowie einer relativen Schwergängigkeit auf. Dies tritt insbesondere bei größeren zu übertragenden Momenten beziehungsweise bei zueinander gekippten Wellen auf.
• Vorteile der Erfindung
• Die erfindungsgemäße Wellenverbindung, insbesondere für ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, weist hingegen einen kompakten Aufbau auf und ermöglicht eine sichere Verbindung zweier Wellen. Dabei können auch größere Drehmomente durch die erfindungsgemäße Wellenverbindung übertragen werden. Dies ist insbesondere auch dann möglich, wenn sich die Antriebswelle relativ zur Abtriebswelle neigt oder seitlich versetzt wird, sodass ein Winkelversatz zwischen den beiden Wellen vorhanden ist.
• Erfindungsgemäß weist hierzu eine der beiden Wellen ein Vielkantloch auf und die andere der beiden Wellen weist an ihrem Wellenende einen dem Vielkantloch entsprechend ausgebildeten Vielkant auf. Dabei sind die Außenflächen des Vielkants als Teilkugelflächen ausgebildet. Somit kann ein Winkelversatz zwischen den beiden Wellen durch die Teilkugelflächen des Vielkants aufgefangen werden, wobei sich die Kontaktpunkte zwischen dem Vielkant und dem Vielkantloch bei zueinander in einem Winkel geneigten Wellen in einer entsprechend dem Winkel schräggestellten Ebene befinden. Die erfindungsgemäße Wellenverbindung kann dabei relativ kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin ist durch die Ausgestaltung des Vielkants mit Teilkugelflächen nur ein geringer Verschleiß vorhanden und die Wellenverbindung ist sehr leichtgängig.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Wellenverbindung eine Dichtung zur Abdichtung des ventilseitigen Bereichs in der Wellenverbindung auf. Die Dichtung ist dabei vorzugsweise an der Außenfläche entweder des Wellenendes mit dem Vielkantloch oder des Wellenendes mit dem Vielkant angeordnet. Dadurch wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass, auch bei einem eventuellen Winkelversatz der beiden Wellen zueinander eine Dichtwirkung uneingeschränkt vorhanden ist. Somit wird eine sichere Abdichtung des Ventils bereitgestellt. Besonders bevorzugt ist die Dichtung in einer Ebene mit dem Schwenkpunkt angeordnet, um welchen die Antriebswelle und Abtriebswelle zueinander schwenken, wenn ein Winkelversatz vorliegt. Dadurch wird die Dichtung exakt an der Wellenverbindung fixiert und auch ein Winkelversatz der beiden Wellen zueinander verändert die Position der Wellendichtung nicht. Dadurch können mit der erfindungsgemäßen Wellenverbindung auch größere Winkelversätze zwischen den beiden Wellen durch die Wellenverbindung ausgeglichen werden, ohne dass hierbei eine Leckage an der Wellenverbindung auftritt.
• Vorzugsweise ist der Vielkant als Sechskant ausgebildet und das Vielkantloch ist entsprechend dem Vielkant als Sechskantloch ausgebildet. Dadurch kann insbesondere ein Winkelversatz zwischen den beiden Wellen in unterschiedlichen Richtungen gut ausgeglichen werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Teilkugelflächen des Vielkants einen ebenen mittleren Bereich auf. Hierdurch wird eine besonders gute Anlage zwischen dem Vielkant und dem Vielkantloch ermöglicht und es können größere Drehmomente übertragen werden. Die Breite des ebenen Mittelbereichs in Längsrichtung des Vielkants ist dabei relativ gering, um einen guten Ausgleich eines eventuell auftretenden Winkelversatzes zu ermöglichen.
• Um eine besonders leichtgängige Wellenverbindung bereitzustellen, sind das Vielkantloch und der Vielkant vorzugsweise mit einer Oberfläche ausgebildet, welche eine geringe Rauhtiefe aufweist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung oder eine Beschichtung erreicht werden. Somit kann eine besonders verschleißarme Wellenverbindung bereitgestellt werden.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Kugelmittelpunkt in der Ebene der Dichtlippe einer Radialwellendichtung plaziert und die Antriebswelle fixiert (dies ist z. B. durch einen Motor gegeben). So wird auch bei einem Winkel-Versatz eine Beeinträchtigung der Dichtwirkung verhindert. Dies ist der Fall, da die Kupplung die ggf. gekippte Abtriebswelle an der für die Dichtung entscheidenden Stelle exakt fixiert.
• Vorzugsweise ist der Drosselkörper des Ventils als Kugel ausgebildet. Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Wellenverbindung bei einem Ventil mit einer Kugel als Drosselkörper kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Wellenverbindung besonders gut zum Tragen. Da sich die Kugel in alle Richtungen bewegen kann und somit ein Winkelversatz zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle in allen Richtungen auftreten kann, kann durch die Ausbildung der Wellenverbindung als Vielkant und entsprechendem Vielkantloch auch ein Ausgleich in alle Richtungen bereitgestellt werden. Der Ausgleich der erfindungsgemäßen Wellenverbindung ist dabei umso besser, je größer die Anzahl der kugelförmigen Vielkantflächen ist. Allerdings ist bei der Anzahl der Vielkantflächen eine Obergrenze dahingehend gegeben, dass auch eine entsprechende Übertragung eines relativ großen Drehmoments durch die Wellenverbindung möglich sein muss.
• Besonders bevorzugt wird die Wellenverbindung bei einem Kugelventil für einen Kühlkreislauf verwendet.
Zeichnung
• Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht eines Ventils mit einer Wellenverbindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 2 eine schematisierte Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Wellenverbindung,
• Fig. 3 eine schematisierte Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Wellenverbindung bei einem Winkelversatz der verbundenen Wellen zueinander,
• Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf einen Vielkant gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 4 gezeigten Vielkants,
• Fig. 6 eine Seitenansicht des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Vielkants,
• Fig. 7 eine Schnittansicht des in Fig. 6 dargestellten Vielkants entlang der Linie A-A,
• Fig. 8 eine Seitenansicht eines Vielkants gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und
• Fig. 9 eine Schnittansicht des in Fig. 8 gezeigten Vielkants entlang der Linie B-B.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 wird ein Ventil 1 mit einer Wellenverbindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst das Ventil 1 eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3, welche durch eine Wellenverbindung 4 miteinander verbunden sind. Die Antriebswelle 2 ist mit einem Antrieb 18 verbunden. Die Abtriebswelle 3 ist mit einem Drosselkörper 15 des Ventils verbunden, welcher als Kugel ausgebildet ist. Durch Übertragung eines Drehmoments von der Antriebswelle 2 auf die Abtriebswelle 3 kann der Drosselkörper 15 um die Achse X-X gedreht und somit die Drosselwirkung beeinflusst werden.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Wellenverbindung 4 einen Vielkant 5 sowie ein Vielkantloch 11, welches an einem verdickten Wellenbereich 10 der Abtriebswelle 3 ausgebildet ist. Zur Abdichtung des Ventils 1 ist an der Außenseite des verdickten Wellenbereichs 10 eine Dichtung 12 angeordnet, welche in einer Aussparung in einem Ventilkörper 13 positioniert ist. Der Drosselkörper 15 des Ventils ist weiterhin am Ventilkörper 13 über gefedert ausgebildete Dicht- und Lagerringe 14 gelagert. Der Ventilkörper 13 ist mit einem Gehäuse des Antriebs 18 über eine Schraubverbindung 19 fest verbunden.
• In den Fig. 4 bis 7 ist der Vielkant 5 der Wellenverbindung 4 näher dargestellt. Wie in den Fig. 4 bis 7 ersichtlich, umfasst der Vielkant 5 einen Kopfbereich 6, einen Basisbereich 8 und einen den Kopfbereich 6 mit dem Basisbereich 8 verbindenden Schaft 7. Der Schaft 7 weist im Vergleich zum Kopfbereich 6 beziehungsweise zum Basisbereich 8 einen kleineren Durchmesser auf. Der Kopfbereich 6 ist als Sechskant ausgebildet und weist sechs kugelförmige Flächen 9 auf, welche durch Kanten 21 voneinander getrennt sind. Diese Kanten 21 greifen in entsprechend im Vielkantloch 11 ausgebildete Kanten ein, sodass ein Drehmoment durch die Wellenverbindung 4 übertragen werden kann. Wie insbesondere in Fig. 7 gezeigt, ist weiterhin eine Aufnahmebohrung 16 vorgesehen, um die Antriebswelle 2 aufzunehmen. Die Antriebswelle 2 wird mit dem Vielkant 5 dabei zum Beispiel mittels Madenschrauben verbunden, welche in Befestigungsbohrungen 17 einschraubbar sind und somit die Welle 2 klemmen.
• In den Fig. 2 und 3 ist die Wirkungweise der erfindungsgemäßen Wellenverbindung 4 bei einem Winkelversatz dargestellt. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind der Vielkant 5 und das Vielkantloch 11 derart zueinander angeordnet, dass ein Schwenkpunkt S, um welchen die Wellen 2 und 3 zueinander verschwenken können, in einer Ebene E liegt, in welcher die Dichtung 12 angeordnet ist. Wenn nun, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Winkelversatz um einen Winkel α zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 auftritt, verbleibt der Schwenkpunkt S in der Ebene E, in welcher die Dichtung 12 liegt. Somit wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass die Dichtung 12 das Ventil 1 auch bei einem eventuell auftretenden Winkelversatz zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle sicher abdichtet. Ein derartiger Winkelversatz kann beispielsweise durch Abnutzung des in Fig. 1 gezeigten Dicht- und Lagerrings 14 auftreten oder infolge von Fertigungstoleranzen kann die Kugel 15 etwas kippen. Dies kann jedoch durch die erfindungsgemäße Wellenverbindung ausgeglichen werden, sodass eine sichere Übertragung von Drehmoment von der Antriebswelle 2 auf die Abtriebswelle 3 möglich ist sowie eine Dichtheit des Ventils sichergestellt werden kann. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die gekippte Abtriebswelle 3 dabei durch die gegenüber dem Ventilgehäuse fixierten Antriebswelle fixiert.
• Es sei angemerkt, dass der Vielkant 5 selbstverständlich auch an der Abtriebswelle 3 angeordnet werden könnte und das Vielkantloch 11 an der Antriebswelle 2 vorgesehen werden könnte. Dabei wäre dann die Dichtung 12 an der Antriebswelle 2 angeordnet. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Abdichtung 12 an der Abtriebswelle 3, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, angeordnet wird, damit bei einer Demontage des Antriebs weiterhin ein abgedichtetes Ventil vorhanden ist.
• Weiterhin muß der Vielkant 5 kein separates Teil sein, sondern kann auch unmittelbar einstückig an einem Wellenende ausgebildet sein.
• Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche beziehungsweise funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
• Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt, ist der Vielkant 5 im wesentlichen wie der in den Fig. 4 bis 7 gezeigte Vielkant des ersten Ausführungsbeispieles dargestellt. Der in den Fig. 8 und 9 gezeigte Sechskant weist dabei am Kopfbereich 6 an den kugelförmigen Vielkantflächen 9 einen ebenen Mittelbereich 20 auf. Somit ist der Vielkant am Mittelbereich 20 etwas abgeflacht. Dabei ist ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem ebenen Mittelbereich 20 und den zu seinen beiden Seiten in Richtung X-X angeordneten kugelförmigen Flächen vorgesehen. Durch diese Ausbildung des ebenen Mittelbereichs 20 kann die Wellenverbindung 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besonders große Drehmomente übertragen. Da der ebene Mittelbereich 20 eine relativ geringe Breite aufweist, sind keine negativen Auswirkungen bei einem Kippen der Antriebswelle zur Abtriebswelle vorhanden, sodass auch bei zueinander gekippten Wellen eine problemlose Drehmomenteübertragtung möglich ist. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass auf die vorher gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
• Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Wellenverbindung 4, insbesondere für ein Ventil 1 zum Steuern von Flüssigkeiten zur Verbindung einer Antriebswelle 2 mit einer Abtriebswelle 3, um einen Drosselkörper 15 des Ventils anzutreiben. Eine der beiden Wellen 2, 3 weist ein Vielkantloch 11 auf. Die andere der beiden Wellen 2, 3 weist an ihren Wellenende einen dem Vielkantloch entsprechend ausgebildeten Vielkant 5 auf. Die Außenflächen des Vielkants sind dabei als Teilkugelflächen 9 ausgebildet.
• Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Kupplung zur Verbindung nicht exakt axial verlaufender Wellen. Die erfindungsgemäße Wellenverbindung kann z. B. auch bei Wasserventilen oder bei anderen Anwendungen, insbesondere in Verbindung mit einer Dichtung, verwendet werden.
• Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims (12)

1. Wellenverbindung (4), insbesondere für ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten zur Verbindung einer Antriebswelle (2) mit einer Abtriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine der Wellen (2, 3) ein Vielkantloch (11) aufweist und die andere der Wellen (2, 3) am Wellenende einen dem Vielkantloch (11) entsprechend ausgebildeten Vielkant (5) aufweist, wobei die Außenfläche (9) des Vielkants (5) als Teilkugelflächen ausgebildet sind.

2. Wellenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenverbindung (4) eine Dichtung (12) zum Abdichten eines Bereichs, insbesondere eines ventilseitigen Bereichs, der Wellenverbindung aufweist.

3. Wellenverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (12) an der Außenfläche der Welle mit Vielkantloch (11) angeordnet ist.

4. Wellenverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (12) an der Außenfläche der Welle mit Vielkant (5) angeordnet ist.

5. Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (12) in einer Ebene (E) mit einem Schwenkpunkt (S) angeordnet ist, um welchen die Antriebswelle (2) und die Abtriebswelle (3) zueinander schwenkbar sind, wenn ein Winkelversatz zwischen den beiden Wellen vorliegt.

6. Wellenverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkpunkt (S) in den Kugelmittelpunkt der Teilkugelflächen gelegt ist.

7. Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vielkant (5) als Sechskant ausgebildet ist und das Vielkantloch (11) entsprechend als Sechskantloch ausgebildet ist.

8. Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede teilkugelförmige Aussenfläche (9) des Vielkants (5) einen ebenen Mittelbereich (20) aufweist.

9. Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vielkantloch (11) und der Vielkant (5) jeweils eine Oberfläche mit geringer Rauntiefe aufweisen.

10. Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber einem Gehäuse fixierte Antriebswelle (2) die Abtriebswelle (3) lagert.

11. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Verbindung einer Antriebswelle (2) mit einer Abtriebswelle (3), um einen Drosselkörper (15) des Ventils anzutreiben.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkörper (15) des Ventils als Kugel ausgebildet ist.