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Die Erfindung betrifft eine Ventilspindel zum Bewegen eines Ventiltellers oder Schiebers in einem Ventil, welche Ventilspindel zumindest abschnittsweise als Hohlwelle oder Hülse ausgebildet ist, die entlang ihrem Umfang einen Schlitz aufweist, der die Wandung der Welle in radialer Richtung vollständig durchtrennt.
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Bei derartigen Absperrarmaturen wird ein Absperrkörper mittels der Spindel gegen eine Dichtfläche des Gehäuses der Armatur gedrückt, wodurch der Durchfluss eines Mediums gesperrt wird. Bei Ventilen ist es bekannt, dass der Ventilteller zum Schließen oder Öffnen des Ventils mittels der Ventilspindel auf- und abbewegt wird, damit der Ventilteller planparallel zu einer Dichtfläche auf diese gedrückt wird. Die Ventilspindel wird oberhalb des Ventilgehäuses gelagert. Es ist bei einer derartigen Anordnung unvermeidbar, dass die Spindel nicht immer genau senkrecht zu der Dichtfläche verläuft. Dementsprechend verlaufen die zusammenwirkenden Dichtflächen des Ventils und des Ventiltellers nicht immer genau parallel zueinander. Hierdurch können Undichtigkeiten auftreten.
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Die aufgrund des nicht parallelen Verlaufs zwischen Dichtfläche und Ventilteller auftretenden Undichtigkeiten treten insbesondere bei Ventilen mit metallischer Dichtfläche auf, da hier ein elastischer Dichtungskörper fehlt, durch den die Verkippung ausgeglichen werden könnte. Es bedarf daher eines erhohten fertigungstechnischen Aufwandes, um die exakte parallele Ausrichtung des Ventiltellers und der Dichtfläche zu gewährleisten.
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Es ist beispielsweise bekannt, den Ventilteller federnd an der Ventilspindel zu befestigen, damit ein dichter und vollflächiger Sitz des Ventiltellers auf der Dichtfläche bewirkt wird. Eine derartige Befestigung weist jedoch eine Vielzahl von Einzelteilen auf und ist daher schwer zu montieren, zu demontieren oder zu warten.
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Es ist aus der
DE 103 29 096 A1 bekannt, dass der Ventilteller mittels einer flexiblen Rohrwelle auf- und abbewegt wird. Der Ventilteller kann sich dann exakt an die Dichtflache anlegen, auch wenn die Rohrwelle nicht genau senkrecht zu den Dichtflächen verläuft. Im Einzelnen ist die Anordnung so getroffen, dass die Hohlwelle mehrere Schlitze aufweist, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und einen wellenförmigen Verlauf besitzen. Hierdurch wird eine Verzahnung der einzelnen Wellenabschnitte untereinander bewirkt, so dass eine Drehmomentübertragung möglich ist. Gleichwohl bleibt die Welle winkelbeweglich. Der Nachteil der bekannten Lösung besteht darin, dass bei mehreren Schlitzen, die für eine hinreichende Verkippung erforderlich sind, der geschlitzte Bereich sich über eine relativ große axiale Länge der Ventilspindel erstreckt.
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Der flexible Bereich baut daher relativ groß, so dass ein kompakter Aufbau nicht mehr möglich ist.
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Ein weiterer Nachteil besteht bei der vorbekannten Ausführungsform darin, dass bei kreisförmigen Schlitzen die Welle aus mehreren Teilen besteht, so dass bei einem festsitzenden Ventilteller die Gefahr besteht, dass sich Spindel und Ventilteller voneinander lösen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilspindel der eingangs geschilderten Art so auszubilden, dass der flexible Abschnitt eine geringere axiale Ausdehnung hat. Schließlich soll die Ventilspindel einstückig ausgebildet sein können.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Schlitz, ausgehend von einem Startpunkt, einen wellenformigen Verlauf aufweist und die Hohlwelle um mehr als 360° umläuft derart, dass die Wellen des ersten Umlaufs zumindest teilweise innerhalb der Wellen des sich anschließenden Umlaufs verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass es gunstig ist, wenn der Schlitz die Hohlwelle wenigstens 1,5-mal und vorzugsweise näherungsweise zweimal umläuft. Durch einen derartigen Schlitzverlauf kann auf engstem axialen Raum der Ventilspindel eine hinreichende Flexibilität der Ventilspindel erreicht werden.
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Es ist vorgesehen, dass der zweite Umlauf des Schlitzes in einem Endpunkt endet, der einen axialen Abstand zum Startpunkt aufweist. Hierdurch bleibt die Hohlwelle oder Hülse einstückig, was bei einem Ventil vorteilhaft ist.
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Es kann vorgesehen werden, dass, im Querschnitt gesehen, der Winkel zwischen Endpunkt und Startpunkt zwischen 0° und 15° beträgt. Weiterhin ist es gunstig, wenn der Schlitz des ersten Umlaufs zumindest teilweise in einem im wesentlichen gleich bleibenden Abstand neben dem Schlitz des zweiten Umlaufs verläuft. Der erste Umlauf des Schlitzes kann beispielsweise über wenigstens 270° und insbesondere bis zu 345° des Umfanges der Hohlwelle neben dem zweiten Umlauf des Schlitzes verlaufen. Hierdurch wird eine gleich bleibende Formbarkeit der Ventilspindel erreicht.
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Besonders gunstig ist es, wenn die Wellen des Schlitzes pilzförmig mit einem Halsabschnitt und einem verdickten Kopfabschnitt ausgebildet ist. Hierdurch wird beim Anziehen und Lösen der Ventilspindel ein Formschluss, der jeweils zugekehrten Wandungen des Schlitzes bewirkt. Der Formschluss wirkt sowohl in Drehrichtung als auch in axialer Richtung, so dass eine sichere Führung des Ventiltellers gewahrleistet ist.
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Der Schlitz kann eine Breite von 0,5 mm bis 3 mm aufweisen. Durch die Wahl der Schlitzbreite wird die Flexibilität der Ventilspindel beeinflusst. Bei einer größeren Breite ist die Nachgiebigkeit größer als bei einer geringeren Breite. Bei einer größeren Breite ist der Verdrehwinkel bis zum Anschlag der sich zugekehrten Wandungen des Schlitzes größer als bei einem schmaleren Schlitz.
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Es kann vorgesehen werden, dass der Schlitz in der Wandung einen näherungsweise radialen Verlauf aufweist. Es kann aber auch vorgesehen werden, dass der Schlitz in der Wandung einen zum radialen Verlauf winkligen Verlauf aufweist. Der Schlitz durchtrennt die Wandung demnach entlang einer Sehne.
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Gemäß einer weitergehenden Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilteller oder Schieber einstuckig oder unlösbar mit der Ventilspindel verbunden ist. Eine derartige Ausbildung ist aufgrund der Elastizität der Ventilspindel möglich. Das Ventil weist demnach nur wenige Einzelteile auf, so dass ein sicherer Einsatz auch unter schweren Betriebsbedingungen, beispielsweise in der Tieftemperaturtechnik, möglich ist.
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Der Ventilteller kann einstuckig aus Metall bestehen und eine metallische Dichtfläche aufweisen. Auch ist es moglich, dass der Ventilteller einen Dichtkörper trägt. Hier ist es vorgesehen, dass der Dichtkörper unlösbar mit dem Ventilteller verbunden ist. Durch diese Maßnahme ist ein besonders sicherer Betrieb des Ventils möglich, da das Ventil keine lösbaren Teile mehr aufweist.
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Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass der Dichtkorper in einer Vertiefung des Ventiltellers angeordnet ist und an seiner äußeren Umfangsfläche durch Einwalzen des Randes des Ventiltellers in der Vertiefung gehalten ist. Diese Maßnahmen sind in einfacher Weise durchfuhrbar und gewährleisten einen sicheren Halt des Dichtkörpers am Ventilteller.
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Der Schlitz kann in der Hohlwelle durch verschiedene Fertigungsverfahren eingebracht werden. Aufgrund der geringen Ausdehnung des Schlitzes ist es jedoch günstig, wenn dieser durch Lasern, Erodieren oder Wasserstrahlschneiden eingebracht wird. Mit diesen Techniken können feine Schlitze in den gewünschten Konturen in die Hohlwelle eingebracht werden. Der Verlauf des Schlitzes ist zudem reproduzierbar in die Hohlwellen einbringbar, so dass die einzelnen Ventilspindeln stets die gleichen Eigenschaften aufweisen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erlautert. Es zeigt:
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1 die abgewickelte Hohlwelle einer Ventilspindel gemäß der Erfindung
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2 einen Ventilteller mit der Ventilspindel gemaß der Erfindung.
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Die Ventilspindel 11 ist als Hohlwelle ausgebildet und weist in einem axialen Abschnitt 12 einen Schlitz 13 auf, der die Wandung der Hohlwelle in radialer Richtung vollständig durchtrennt. Im Einzelnen ist die Anordnung so getroffen, dass der Schlitz 13 im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet ist und die Hohlwelle 11 zwischen 360° und 720° umläuft. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel umläuft der Schlitz die Welle näherungsweise zweimal. Dabei ist vorgesehen, dass die Wellenberge und Wellentäler des ersten Umlaufs 14 des Schlitzes zumindest teilweise in den Wellentälern und Wellenbergen des zweiten Umlaufs 15 verlaufen. Weiterhin ist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiel vorgesehen, dass der erste und der zweite Umlauf in einem im Wesentlichen gleich bleibenden Abstand nebeneinander verlaufen. Durch diese Anordnung wird ein Formschluss in Drehrichtung bewirkt.
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Letztlich wird die Schlitzung in dem elastischen Bereich 12 durch zwei oder auch mehrere in einem in etwa gleich bleibenden Abstand zueinander verlaufende Schlitze 14, 15 gebildet. Nur im Bereich des Startpunktes 23 und des Endpunktes 24 fallen die Schlitze 14, 15 nicht mehr zusammen, so dass die beiden Schlitze 14, 15 in etwa schraubenförmig in einander verlaufen. Die Ventilspindel bleibt somit einstückig und weist die gewünschte Elastizität und Starrheit auf. Im Querschnitt liegen Startpunkt 23 und der Endpunkt 24 eng nebeneinander und schließen einen Winkelbereich von etwa 5° bis 15° ein. Zudem weisen sie einen axialen Abstand auf.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiel sind die Wellen pilzförmig ausgebildet und weisen einen Halsabschnitt 16 und einen dickeren Kopfabschnitt 17 auf. Durch diese Anordnung wird zudem ein Formschluss in axialer Richtung bewirkt. Die Schlitze selbst können durch Lasern, Erodieren oder Wasserstrahlschneiden in die Hohlwelle eingebracht werden. Die Hohlwelle bleibt als solche einstückig, und Einzelteile können nicht verloren gehen. Die beiden nebeneinander verlaufenden Schlitze 14, 15 umlaufen die Hohlwelle demnach in etwa mäanderförmig.
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Durch die Schlitze wird eine Biegsamkeit der Ventilspindel erreicht. Durch die Wahl der Breite des Schlitzes und der Anzahl der Umläufe kann die Steifigkeit der Ventilspindel entsprechend der Anorderungen erhöht oder erniedrigt werden. Bei Ventilen wird die Ventilspindel in der Regel am Stellrad durch ein Gleitlager axial und radial und in der Nähe des Ventiltellers durch ein Gewinde radial und axial geführt. Die Steifigkeit muss letztlich so gewählt werden, dass ein Ausgleich des Spiels der Spindel im Gewinde möglich ist. Dann kann der Ventilteller vollflächig an der Dichtungsfläche anliegen und das Ventil dicht verschließen. Dies ist insbesondere bei metallischen Dichtflächen am Ventilteller und am Gehäuse erforderlich.
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Durch das Vorsehen von zwei nebeneinander um die Welle verlaufenden Schlitzen wird eine gute Biegsamkeit der Welle auf geringem axialen Raum erreicht. Dadurch ist der Einsatz als Ventilspindel möglich, da sich der flexible Bereich zwischen dem Gewinde zum Führen der Spindel und dem Ventilteller befinden muss. Die Spindel mit einem derartig ausgebildeten flexiblen Abschnitt baut in diesem Bereich entsprechend klein, so dass der Ventilteller nur einen relativ geringen Abstand zum Gewinde aufweist und sicher geführt zur Anlage gebracht wird.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ventilspindel 11 fest mit einem Ventilteller 18 verbunden ist. Dies kann beispielsweise durch einen Presssitz oder durch Verschweißen erfolgen. Auf seiner der Ventilspindel abgekehrten stirnseitigen Dichtfläche 19 weist der Ventilteller 18 einen ringförmigen Dichtungskörper 20 auf, der beispielsweise aus elastischem Kunststoff besteht. Hier ist die Anordnung so getroffen, dass der Dichtungskörper 20 in einer Vertiefung 21 des Ventiltellers angeordnet ist, die ringförmig in die Dichtfläche 19 eingelassen ist. Nach dem Einsetzen des Dichtungskörpers wird der Rand 22 des Ventiltellers nach innen gedrückt, so dass der Dichtungskörper 20 fest in der Vertiefung 21 gehalten ist. Ein Verlieren des Dichtungskörpers ist nicht zu befürchten. Der Rand 22 kann beispielsweise durch Walzen nach innen gedrückt werden. Selbstverständlich kann auch ein scheibenförmiger Dichtungskörper am Ventilteller gehalten werden. Schließlich kann der Dichtungskörper auch über eine an sich bekannte Verschraubung an dem Ventilkörper verbunden werden.
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Aus welchem Material die Ventilspindel besteht, ist grundsätzlich beliebig. Sie kann beispielsweise aus Edelstahl, Bronze oder Messing bestehen.
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Es ist offensichtlich, dass mit einer derartigen Ventilspindel und einem derartigen Ventilteller ein Ventil mit wenigen Einzelteilen gebaut werden kann. Insbesondere die beweglichen Teile können einstückig ausgebildet sein, so dass kein Einzelteil verloren gehen kann. Der Betrieb des Ventils auch unter rauen Einsatzbedingungen ist daher möglich.
