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Die
Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit den im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Merkmalen.
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Unterseeboote,
die von einer oder mehreren Verbrennungskraftmaschinen angetrieben
werden, weisen typischerweise zumindest eine aus dem Druckkörper des
Unterseeboots herausführende
Abgasleitung auf, über
die die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Abgase aus dem
Druckkörper
des Unterseeboots in dessen äußere Umgebung abgelassen
werden können.
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Ein
bekanntes Unterseeboot dieser Art weist eine Abgasleitung auf, die
sich außerhalb
des Druckkörpers
in zwei Leitungsstränge
verzweigt. Einer dieser Leitungsstränge führt zu einem in dem Turm des Unterseeboots
angeordneten Austritt, der andere zu einer Abgasauslassöffnung an
der Außenhaut
des Unterseeboots im Bereich eines Oberdecks. Diese Ausgestaltung
ermöglicht
es, das Abgas bei Schnorchelfahrt am Turm und bei Überwasserfahrt über die an
dem Oberdeck vorgesehene Abgasauslassöffnung aus dem Unterseeboot
abzuleiten.
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Bei
Schnorchelfahrt ist es erforderlich, den an dem Oberdeck mündenden
Leitungsstrang zu verschließen.
Bei Überwasserfahrt
soll das Abgas hingegen nicht über
den Schnorchel abgelassen werden. Aus diesem Grund sind in beiden
Leitungssträngen
Armaturen vorgesehen, mit denen der Strömungsweg durch den jeweils
nicht benutzten Leitungsstrang verschließbar ist.
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Des
Weiteren ist bei dem bekannten Unterseeboot in der Abgasleitung
direkt außenseitig
des Druckkörpers
eine weitere Armatur vorgesehen, mit der die Abgasleitung bei Unterwasserfahrt
unterhalb der Schnorchelfahrttiefe druckdicht verschlossen werden
kann.
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Zum
Schalten der Armaturen sind deren Ventilkörper jeweils mit zumindest
einer durch den Drückkörper geführten Betätigungsstange
verbunden. Dies dient dazu, die Armaturen ggf. aus dem Inneren des
Druckkörpers
heraus manuell betätigen
zu können.
Nachteilig schwächen
die hierfür
an dem Druckkörper
erforderlichen Durchbrechungen aber die Druckkörperstruktur und bilden mögliche Leckagestellen.
Ein weiterer Nachteil dieser Ausgestaltung ist in dem verhältnismäßig großen Platzbedarf
der Armaturen in dem begrenzten Raum zwischen Druckkörper und
Außenhaut
des Unterseeboots zu sehen.
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Aus
DE 33 21 782 C2 ist
eine Abgasanlage für
ein Überwasserschiff
bekannt, bei der sich eine Abgasleitung in zwei Leitungsstränge teilt.
Im Bereich der Leitungsverzweigung ist eine gesteuerte Umlenkklappe
vorgesehen, mit der die Abgasleitung wahlweise in einer ersten Stellung
der Umlenkklappe mit einem ersten Leitungsstrang und in einer zweiten Stellung
der Umlenkklappe mit einem zweiten Leitungsstrang leitungsverbindbar
ist. Für
den Einsatz in einem Unterseeboot ist die aus
DE 33 21 782 C2 bekannte
Abgasanlage nicht geeignet, da bei dieser immer ein Leitungsstrang
geöffnet
ist, so dass bei einer Tauchfahrt über diesen geöffneten
Leitungsstrang Wasser in den Druckkörper des Unterseeboots eindringen
würde.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Unterseeboot zu
schaffen, dessen Abgasarmaturen möglichst einfach und platzsparend
ausgebildet sind.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst,
wobei sich bevorzugte Ausführungen
aus den Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung ergeben.
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Das
erfindungsgemäße Unterseeboot
weist einen Druckkörper
auf, durch den zumindest eine Abgasleitung geführt ist, die sich außenseitig
des Druckkörpers
in mindestens zwei Leitungsstränge
verzweigt. Zum druckdichten Verschließen der Abgasleitung ist ein
Ventil vorgesehen, das eine Leitungsverzweigung bildet. Mittels
des Ventils ist die Abgasleitung in einer ersten Schaltstellung
mit einem ersten Leitungsstrang und in einer zweiten Schaltstellung mit
einem zweiten Leitungsstrang leitungsverbindbar sowie in einer dritten
Schaltstellung verschließbar.
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Vorteilhaft
ist mit dem Ventil nur noch eine Armatur vorzusehen, mit der die
Abgasleitung bei normaler Tauchfahrt, d. h. bei Tauchfahrt unterhalb der
Schnorchelfahrttiefe, druckdicht verschlossen werden kann, die aber
auch eine Umschaltvorrichtung bildet, mit der wahlweise eine Leitungsverbindung
von einem Strömungseinlass
des Ventils zu einem von zumindest zwei von den Strömungsauslässen des
Ventils ausgehenden Leitungssträngen
geschaffen werden kann, während
der bzw. die übrigen Leitungsstränge von
dem Ventil verschlossen werden. Um das Ventil manuell aus dem Inneren
des Druckkörpers
heraus betätigen
zu können,
ist weiter vorteilhaft nur noch eine Durchführung durch den Druckkörper vorzusehen,
durch die ein Betätigungsmittel
zum Schalten des Ventils geführt
wird.
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Bevorzugt
mündet
zumindest ein von dem Ventil zum Verschließen der Abgasleitung ausgehender
Leitungsstrang an einer an einem Oberdeck des Unterseeboots vorgesehenen
Abgasauslassöffnung und
zumindest ein anderer an einem in einem Turm des Unterseeboots angeordneten
Austritt. Zweckmäßigerweise
ist daher die Abgasleitung in einem Bereich unterhalb des Oberdecks
durch den Druckkörper
geführt
und das Ventil zu Verschließen
der Abgasleitung in einem Zwischenraum zwischen Druckkörper und
Oberdeck angeordnet. Um zu verhindern, dass Wasser bei Tauchfahrt
des Unterseeboots in den Druckkörper
eindringen kann, ist der außenseitig des
Druckkörpers
zu dem Ventil führende
Teil der Abgasleitung druckdicht ausgebildet.
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Sind
an Bord des Unterseeboots mehrere Abgas erzeugende Antriebseinrichtungen
vorgesehen, ist bevorzugt jeder dieser Antriebseinrichtungen eine
separate, durch den Druckkörper
geführte
Abgasleitung zugeordnet. Außerhalb
des Druckkörpers ist
dann in jeder der Ab gasleitungen ein in der oben beschriebenen Weise
ausgebildetes Ventil zum Verschließen dieser Abgasleitung vorgesehen.
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Das
Ventil ist bevorzugt als ein Drehschieberventil ausgebildet. Dementsprechend
weist das Ventil einen in dem Ventilgehäuse drehbar gelagerten Ventilkörper auf.
Durch den Ventilkörper
verläuft ein
Strömungskanal
derart, dass je nach Drehstellung des Ventilkörpers entweder eine Leitungsverbindung
von dem Strömungseinlass
des Ventils zu wahlweise einem von zumindest zwei Strömungsauslässen geschaffen
wird, oder der Strömungseinlass
des Ventils verschlossen wird. Zweckmäßigerweise ist der Ventilkörper im
Wesentlichen sphärisch
ausgebildet.
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Die
an dem Ventil vorgesehenen Strömungsauslässe sind
an dem Ventilgehäuse
zweckmäßigerweise
im gleichen Winkel abgewinkelt zu einer Mittelachse des Strömungseinlasses
angeordnet. Korrespondierend hierzu ist auch der durch den Ventilkörper verlaufende
Strömungskanal
bevorzugt abgewinkelt ausgebildet, wobei der Strömungskanal zweckmäßigerweise
einen Winkel einschließt,
der dem Winkel entspricht, den die Mittelachse des Strömungseinlasses
mit der Mittelachse eines der Strömungsauslässe einschließt. Weist
das Ventil einen Strömungseinlass
und zwei Strömungsauslässe auf,
ist der durch den Ventilkörper
verlaufende Strömungskanal
besonders vorteilhaft in einem Winkel von 120° abgewinkelt.
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Der
Drehschieber des Ventils ist vorzugsweise mit einer durch den Druckkörper des
Unterseeboots geführten
Betätigungsstange
betätigbar.
Vorteilhafterweise ist die Betätigungsstange
an dem Drehschieber in Verlängerung
dessen Drehachse angeordnet und drehbar gelagert. Mittels eines
an der Betätigungsstange
angreifenden Antriebs, z. B. eines Elektro- oder Hydraulikmotors
kann der Drehschieber des Ventils bei dieser Ausgestaltung über die
Betätigungsstange
in die drei oben beschriebenen Schaltstellungen bewegt werden. Bei
einem eventuellen Ausfall des Antriebs kann das Ventil bei dieser Ausgestaltung
vorteilhafterweise auch manuell, z. B. mit einem an der Betätigungsstange
angeordneten Handrad, aus dem Inneren des Druckkörpers heraus betätigt werden.
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Im
Bereich der Auslässe
ist der Ventilkörper des
Ventils bevorzugt mittels federvorgespannter Dichtelemente gegenüber dem
Ventilgehäuse
abgedichtet. So können
Federelemente, vorzugsweise Druckfederelemente, derart in dem Ventilgehäuse angeordnet
sein, dass sie die Dichtelemente in einen Dichtsitz mit dem Ventilkörper drücken. Besonders vorteilhaft
werden die Dichtelemente von Kompensatoren gebildet, die in Richtung
ihrer Längsausdehnung
gespannt werden können.
Separate Federelemente zum Vorspannen der Dichtelemente sind in diesem
Fall nicht erforderlich. Bevorzugt werden die Dichtelemente von
Weichstoffdichtungen, beispielsweise aus Elastomeren, gebildet.
Wegen der verhältnismäßig heißen Abgase,
die durch das Ventil geleitet werden, sind die Dichtelemente bevorzugt
wassergekühlt.
Hierzu können
in dem Ventilgehäuse, vorzugsweise
in der Nähe
der Dichtelemente, Kühlkammern
vorgesehen sein.
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Um
die im Bereich der Strömungsauslässe des
Ventils angeordneten Dichtelemente und insbesondere Weichstoffdichtungen
beim Schalten des Ventils bzw. beim Bewegen des Ventilkörpers nicht zu
beschädigen,
sind vorteilhafterweise Mittel zum Bewegen der Dichtelemente vorgesehen.
Mit diesen Mitteln sind die Dichtelemente von einem an dem Ventilkörper anliegenden
Dichtsitz wegbewegbar. D. h., mit diesen Mitteln können die
Dichtelemente vor dem Schalten des Ventils in eine von dem Ventilkörper beabstandete
Position bewegt werden, so dass ein Verschleiß aufgrund von Reibung zwischen
dem Ventilkörper
und den Dichtelementen vermieden wird.
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Bevorzugt
weisen die Mittel zum Bewegen der Dichtelemente eine Steuerungsscheibe
auf, die auf einer durch den Druckkörper geführten Welle angeordnet ist.
Mittels der Welle ist die Steuerungsscheibe derart drehbar, dass
zwei an der Steuerungsscheibe radial auskragende Abschnitte gleichzeitig
die beiden federvorgespannten Dichtelemente an den Strömungsauslässen kontaktieren
und bei weiterer Drehung von dem Dichtsitz an dem Ventilkörper wegbewegen.
Sobald die Dichtelemente von dem Ventilkörper beabstandet sind, kann
das Ventil geschaltet werden, ohne dass dies zu einem Verschleiß der Dichtelemente
führt.
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Besonders
vorteilhaft ist die Welle zum Betätigen der Steuerungsscheibe
als Hohlwelle ausgebildet, wobei die Betätigungsstange zum Betätigen des Ventilkörpers durch
die Hohlwelle geführt
ist. Auf diese Weise muss an dem Druckkörper nur eine Durchbrechung
vorgesehen sein, durch die die Betätigungsstange zum Betätigen des
Ventilkörpers
und die Welle zum Betätigen
der Steuerungsscheibe gemeinsam geführt sind.
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Zur
Betätigung
der Hohlwelle, d. h. zum Drehen der Hohlwelle ist vorzugsweise ein
Hydraulikzylinder vorgesehen. Hierbei kann eine lineare Aus- bzw.
Einfahrbewegung des Hydraulikzylinders über ein Getriebe, beispielsweise über eine
Zahnstange-Zahnrad-Paarung in eine Drehbewegung der Hohlwelle umgewandelt
werden.
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Die
Drehung der Betätigungsstange
zum Schalten des Ventilkörpers
erfolgt bevorzugt mit einem Drehantrieb. Hierzu ist die Betätigungsstange mit
dem Drehantrieb, bei dem es sich vorzugsweise um einen hydraulisch
betätigten
Drehmotor handelt, bewegungsverbunden.
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Im
Bereich des Strömungseinlasses
ist der Ventilkörper
gegenüber
dem Ventilgehäuse
vorteilhaft mittels einer Hartstoffdichtung abgedichtet. Die Hartstoffdichtung
ist gehäuseseitig
des Ventils angeordnet und weist vorteilhaft eine zu der Außenkontur des
Ventilkörpers
komplementäre
Form auf. Als Dichtungsmaterialien können beispielsweise Hartmetall
oder Keramik verwendet werden.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 in
schematischer Schnittdarstellung eine Anordnung eines eine Leitungsverzweigung
bildenden Ventils zum Absperren einer durch einen Druckkörper eines
Unterseeboots geführten
Abgasleitung
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2 eine
entlang der Schnittlinie II-II in 1 teilgeschnittene
Ansicht des Ventils in einer die Abgasleitung verschließenden Schaltstellung
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3 eine
entlang der Schnittlinie II-II in 1 teilgeschnittene
Ansicht des Ventils in einer eine Leitungsverbindung zu einem ersten
Leitungsstrang der Abgasleitung schaffenden Schaltstellung
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4 eine
entlang der Schnittlinie II-II in 1 teilgeschnittene
Ansicht des Ventils in einer eine Leitungsverbindung zu einem zweiten
Leitungsstrang der Abgasleitung schaffenden Schaltstellung und
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5 eine
entlang der Schnittlinie V-V in 1 geschnittene
Ansicht des Ventils.
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In 1 ist
ein Abschnitt der Wandung eines Druckkörpers 2 eines Unterseeboots
stark vereinfacht dargestellt. In diesem Abschnitt der Wandung des
Druckkörpers 2 ist
eine Durchbrechung 4 vorgesehen. Die Durchbrechung 4 bildet
einen Teil einer Abgasleitung, über
die von einer im Inneren des Druckkörpers 2 angeordneten
Verbrennungskraft maschine erzeugte Abgase an die Außenumgebung
des Unterseeboots abgeleitet werden können.
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Außenseitig
des Druckkörpers 2 ist
direkt oberhalb der Durchbrechung 4 ein im Wesentlichen in
einem Winkel von 90° gekrümmtes Rohrstück 6 über einen
an dem Rohrstück 6 ausgebildeten Flansch 8 an
dem Druckkörper 2 befestigt.
Das Rohrstück 6 bildet
einen druckfesten Teil der Abgasleitung.
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An
dem von dem Druckkörper 2 beabstandeten
Ende des Rohrstücks 6 ist
an einem dort ausgebildeten Flansch 10 ein Ventil 12 derart
angeschlossen, dass das Rohrstück 6 und
ein Strömungseinlass 14 des
Ventils 12 miteinander strömungsverbunden sind. Wie insbesondere
den 2 bis 5 zu entnehmen ist, bildet das
Ventil 12 eine Leitungsverzweigung, d. h., neben dem Strömungseinlass 14 weist
das Ventil einen ersten Strömungsauslass 16 und
einen zweiten Strömungsauslass 18 auf.
An dem ersten Strömungsauslass 16 des
Ventils 12 ist ein erster in den Figuren nicht dargestellter
Leitungsstrang der Abgasleitung angeschlossen, der an einer im Bereich
des Oberdecks des Unterseeboots vorgesehenen Abgasauslassöffnung mündet. An
den Strömungsauslass 18 schließt sich
ein ebenfalls nicht dargestellter zweiter Leitungsstrang der Abgasleitung
an, der zu einem in einem Turm des Unterseeboots angeordneten Schnorchel
führt.
Die 2 bis 5 zeigen auch, dass der Strömungseinlass 14 und
die Strömungsauslässe 16 und 18 jeweils
in einem Winkel von 120° zueinander
versetzt angeordnet sind.
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Das
Ventil 12 ist als ein Drehschieberventil ausgebildet. In
einer in dem Ventilgehäuse 20 ausgebildeten
Ventilkammer 22 ist ein Ventilkörper 24 um eine Drehachse
A drehbar gelagert. Der Ventilkörper 24 ist
im Wesentlichen sphärisch
ausgebildet, wobei die Kugelkappen in Richtung der Drehachse A des Ventilkörpers 24 abgeschnitten
sind, so dass er in Richtung der Drehachse A voneinander beabstandet ebene
Stirnflä chen
bildet. Quer zu seiner Drehachse A wird der Ventilkörper 24 von
einem Strömungskanal 26 durchbrochen.
Dieser Strömungskanal 26 ist in
einer Ebene senkrecht zur Drehachse A in einem Winkel von 120° abgewinkelt
ausgebildet (2 bis 5).
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Zum
Schalten des Ventils 12 bzw. zum Drehen des Ventilkörpers 24 ist
eine Betätigungsstange 28 vorgesehen.
Diese Betätigungsstange 28 ist durch
eine Durchbrechung der in 1 unterhalb des
Ventils 12 strichpunktiert dargestellten Wandung des Druckkörpers 2 geführt. Die
Betätigungsstange 28 ist
konzentrisch zur Drehachse A des Ventilkörpers 24 an diesem
befestigt. An einem im Inneren des Druckkörpers 2 befindlichen
Ende der Betätigungsstange 28 greift
ein hydraulischer Drehmotor 30 an, mit dem der Ventilkörper 24 über die
Betätigungsstange 28 in
drei unterschiedliche Schaltstellungen gedreht werden kann.
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Hierzu
zählt die
in 2 dargestellte Schaltstellung, in der der Ventilkörper 24 so
ausgerichtet ist, dass er den Strömungseinlass 14 des
Ventils 12 und damit die Abgasleitung in Richtung des Druckkörpers 2 verschließt. Diese
Schaltstellung ist insbesondere bei getauchtem Unterseeboot unterhalb
der Schnorchelfahrttiefe erforderlich, da hierdurch ein Eindringen
von Wasser in den Druckkörper 2 über die
Abgasleitung verhindert wird.
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Bei Überwasserfahrt
des Unterseeboots kann das Ventil 12 in die in 3 dargestellte
Schaltstellung geschaltet werden. In der dort gezeigten Schaltstellung
ist der Ventilkörper 24 derart
ausgerichtet, dass der an dem Ventilkörper 24 ausgebildete Strömungskanal 26 eine
Strömungsverbindung
von dem Strömungseinlass 14 zu
dem ersten Strömungsauslass 16 schafft.
Gleichzeitig verschließt
der Ventilkörper 24 den
zweiten Strömungsauslass 18.
Auf diese Weise können
Abgase aus dem Druckkörper 2 über die
an dem Strömungsauslass 16 anschließenden Lei tungsstrang
der Abgasleitung zu der im Bereich des Oberdecks vorgesehenen Abgasauslassöffnung geleitet
werden.
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Schließlich kann
das Ventil 12 auch in die in 4 dargestellte
Schaltstellung gebracht werden, in der der Ventilkörper 24 so
angeordnet ist, dass er den ersten Strömungsauslass 16 verschließt und eine
Strömungsverbindung
von dem Strömungseinlass 14 zu
dem zweiten Strömungsauslass 18 herstellt.
Diese Schaltstellung ist für
die Ableitung von Abgasen bei Schnorchelfahrt gedacht, bei der die
Abgase über
einen an den Strömungsauslass 18 des Ventils 12 anschließenden Leitungsstrang
der Abgasleitung zu dem am Turm vorgesehenen Austritt geleitet werden.
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Die 2 bis 5 zeigen,
dass der Ventilkörper 24 gegenüber der
Ventilkammer 22 bzw. gegenüber dem Ventilgehäuse 20 im
Bereich des Strömungseinlasses 14 mit
einem Dichtelement 32, im Bereich des ersten Strömungsauslasses 16 mit
einem Dichtelement 34 und im Bereich des zweiten Strömungsauslasses 18 mit
einem Dichtelement 36, abgedichtet ist. Die Dichtelemente 32, 34 und 36 sind ringförmig ausgebildet
und bilden eine zu der Kugelform des Ventilkörpers 24 komplementäre Dichtfläche. Die
Dichtung 32 ist als eine in die Innenwandung der Ventilkammer 22 integrierte
Hartstoffdichtung ausgebildet. An dieser Dichtung 32 liegt
der Ventilkörper 24 bündig an.
Die Dichtungen 34 und 36 sind als Weichstoffdichtungen
ausgebildet, die mittels vorgespannter Druckfederelemente 38 in
den Dichtsitz an dem Ventilkörper 24 gedrückt werden.
Zum Kühlen
der Dichtelemente 34 und 36 sind an dem Ventilgehäuse 20 des
Ventils 12 Kühlkammern 40 und 42 vorgesehen,
durch die Kühlwasser
gepumpt werden kann.
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Um
die als Weichstoffdichtungen ausgebildeten Dichtelemente 34 und
36 beim Schalten des Ventils 12, d. h. bei Drehung des
Ventilkörpers 24 nicht
zu beschädigen,
sind die Dichtelemente 34 und 36 von dem Dichtsitz
an dem Ventilkörper 24 unter weiterer
Anspannung der Druckfederelemente 38 wegbewegbar. Dies
geschieht mittels einer Steuerungsscheibe 44, die unterhalb
des Ventilkörpers 24, d.
h. auf der dem Druckkörper 2 zugewandten
Seite des Ventilkörpers 24 um
die Drehachse A des Ventilkörpers 24 drehbar
angeordnet ist. Die Steuerungsscheibe 44 hat im Wesentlichen
die Form eines gleichseitigen Dreiecks. Sie ist in dem Ventilgehäuse 20 derart
angeordnet, dass sie bei einer Drehung um die Drehachse A gleichzeitig
die Dichtelemente 34 und 36 kontaktiert und in
eine von dem Ventilkörper 24 beabstandete
Position drückt
(5).
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Die
Betätigung
der Steuerungsscheibe 44 erfolgt über eine Hohlwelle 46 (1).
Diese Hohlwelle 46 ist um die Betätigungsstange 28 zum
Betätigen
des Ventilkörpers 24 herum
angeordnet. An dem Außenumfang
der Hohlwelle 46 ist ein Zahnkranz 48 ausgebildet,
der mit einer Zahnstange 50 im Eingriff steht. Die Zahnstange 50 ist
an dem linear verfahrbaren Teil eines Hydraulikzylinders 52 angebunden. Über die
von Zahnkranz 48 und Zahnstange 50 gebildete Getriebepaarung
wird die Linearbewegung des verfahrbaren Teils des Hydraulikzylinders 52 in
eine Drehbewegung der Hohlwelle 46 umgewandelt.
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- 2
- Druckkörper
- 4
- Durchbrechung
- 6
- Rohrstück
- 8
- Flansch
- 10
- Flansch
- 12
- Ventil
- 14
- Strömungseinlass
- 16
- Strömungsauslass
- 18
- Strömungsauslass
- 20
- Ventilgehäuse
- 22
- Ventilkammer
- 24
- Ventilkammer
- 26
- Strömungskanal
- 28
- Betätigungsstange
- 30
- Drehmotor
- 32
- Dichtelement
- 34
- Dichtelement
- 36
- Dichtelement
- 38
- Druckfederelement
- 40
- Kühlkammer
- 42
- Kühlkammer
- 44
- Steuerungsscheibe
- 46
- Hohlwelle
- 48
- Zahnkranz
- 50
- Zahnstange
- 52
- Hydraulikzylinder
- A
- Drehachse