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Die Erfindung betrifft ein Drehkegelventil zur Regelung flüssiger oder gasförmiger Stoffströme in Rohrleitungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Drehkegelventile mit exzentrisch gelagerten Drehkegeln zur Regelung flüssiger oder gasförmiger Stoffströme in Rohrleitungen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Die bekannten Drehkegelventile besitzen ein Gehäuse, in dem ein exzentrisch gelagerter Drehkegel mit einem kalottenartigen Abschnitt verschwenkbar aufgenommen ist, der über eine sich aus dem Gehäuse heraus erstreckende Antriebswelle aus einer geöffneten Stellung, in der der Strömungsweg für das Medium freigegeben ist, in eine geschlossene Stellung bewegt werden kann, in welch letzterer der kalottenartige Abschnitt – der nachfolgend auch als Kalotte bezeichnet wird – dichtend an einer ringförmigen Dichfase des Gehäuses anliegt.
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Zum Stellen der Regelgröße wird der Drehkegel in eine Zwischenstellung verschwenkt und drosselt dadurch den Durchfluss des Mediums. Die kugelförmige Kalotte des Drehkegels ist durch zwei bogenförmige Schwenkarme mit der Antriebswelle verbunden. In der Offenstellung ist die Kalotte völlig aus dem Bereich des durchströmten Dichtkreises heraus geschwenkt und das Medium kann ungehindert zwischen den beiden Schwenkarmen hindurchströmen.
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In der geschlossenen Stellung befindet sich der Mittelpunkt der an der Dichtfase anliegenden Kalotte des Drehkegels auf der Mittenachse der kegelförmigen Dichtfase. Der Abstand der Drehachse von der Mittenachse der Dichtfase sowie von der Dichtkreisebene ist dabei so gewählt, dass der Drehkegel ruckfrei und ohne Selbsthemmung von der Dichtfase abheben kann. Beim Öffnen aus der Schließstellung hebt der Drehkegel in einem flachen Winkel von der Dichtfase des Sitzringes ab und gibt anfänglich einen äußerst dünnen exzentrisch ringförmigen Durchflussquerschnitt frei.
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Aus den zuvor genannten konstruktiven Gegebenheiten, wie insbesondere der anfänglich sanften Öffnung und der völligen Freigabe des von der Dichtfase umgrenzten Durchflussquerschnittes, ergeben sich der für Drehkegelventile charakteristische große Stellbereich und der hohe Durchflusswert (Kennwert kvs), sowie die übrigen regelungstechnischen Vorzüge von Drehkegelventilen.
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Hinzu kommt eine vorteilhafte Verstärkung der vom Antrieb ausgeübten Stellkraft bei einer entsprechenden Wahl der Lage und der Abstände der Schwenkachse von der Kalotte, bzw. dem Sitzring.
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Zum Schließen des Drehkegelventils sind ferner sowohl die auf den Drehkegel wirkenden Kräfte aus dem Differenzdruck zu überwinden, die während der Schließbewegung steigen, als auch eine zusätzliche Anpressung des Drehkegels auf den Sitz aufzubringen.
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Bei Drehkegelventilen hängt die Drosselung des Durchflusses von der Hubstellung des Drehkegels gegenüber der Dichtfase des Sitzringes ab, und zum Absperren des Durchflusses trifft die kugelförmige Oberfläche der Kalotte des Drehkegels auf die gegenüberliegende kegelförmige Oberfläche der Dichtfase auf und sorgt in der Schließstellung für die erreichbare Dichtfunktion. Der Mittelpunkt der kugelförmigen Oberfläche der Kalotte sollte sich dabei nach Möglichkeit genau auf der Mittenachse des entsprechenden Kegels der Dichtfase befinden, so dass die Auflage der kugelförmigen Kalotte auf der kegelförmigen Dichtfase einen vollkommenen Dichtkreis bildet. Anders ausgedrückt würde im rein theoretischen Fall einer Null-Toleranz aller funktionellen Einzelteile sowie einer spielfreien Bewegung die kugelförmige Kalotte eines kompakten Drehkegels zum Ende des Schließvorganges hin so auf die kegelförmige Oberfläche der Dichtfase treffen, dass ein vollständiger Dichtkreis entstünde.
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Aufgrund unvermeidbarer Fertigungstoleranzen an den kinematisch relevanten Funktionsteilen kann die exakte geometrische Schließstellung bei der Fertigung von Drehkegelventilen in der Praxis jedoch nur annähernd erreicht werden. Je nach Toleranzlage der Bauteile ergeben sich in der geschlossenen Stellung des Drehkegels dadurch zufällige, mehr oder minder zulässige Leckraten.
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Im praktischen Fall kommen Kalotte und Dichtfase aufgrund der Fertigungs- und Einbautoleranzen jedoch zuerst an einem Punkt zur Anlage, wobei auch durch eine Erhöhung der Schließkraft der exakte Dichtkreis nicht erbracht wird. Hierbei ist der Idealzustand der theoretischen Mittenlagen auch mit einer äußersten Einengung der Toleranzen und Spiele nicht zu erreichen.
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Zur Behebung dieses Mangels sind gegebenenfalls Nachbesserungen notwendig. Allerdings gibt es auch konstruktive Lösungsansätze, wie z. B. elastisch gestaltete Sitzringe, die sich elastisch an die Drehkegel anpassen sollen, justierbare Sitzringe, die mittels zwischengelagerter Scheiben und axialem Spiel manuell eingestellt und danach fest gespannt werden können. Ebenso ist es bekannt, Sitzringe mit Einlagen aus verformbaren Elastomeren zu versehen.
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Darüber hinaus sind z. B. aus der
DE 4102791 C2 und
DE 434195 C2 Drehkegelventile mit Drehkegeln bekannt, die aus mehreren Teilen bestehen und bei denen die kugelförmige Kalotte auf dem Drehkörper befestigt ist. Bekannt ist auch eine Ausführungsform mit einer dünnen elastischen Kalotte, wie sie beispielsweise in der
DE 2508755.2 beschrieben ist. Allerdings können auch die zuvor erwähnten Drehkegelventile des Standes der Technik das durch die Maß- und Einbautoleranzen bedingte Grundproblem nur mindern, aber nicht vollständig beseitigen.
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Die bekannten Drehkegelventile weisen weiterhin das Problem auf, dass sie sich aufgrund der zuvor beschriebenen Abdichtproblematik für die dichte Absperrung von gasförmigen Medien bei hohen Temperaturen in der Regel nicht eignen, da ein Einsatz eines metallischen Drehkegels in Verbindung mit einem ebenfalls metallischen Dichtring aufgrund der unvermeidbaren Maßtoleranzen stets zu mehr oder minder großen Leckagen führt. Obgleich derartige Leckagen je nach betrieblichem Erfordernis in einem gewissen Rahmen und bei gewissen Anwendungen zulässig sind, liegen diese für gewöhnliche Regelarmaturen üblicher Weise bei weniger als 0,01% des maximalen Durchflusskennwertes kvs. Dies entspricht der Leckageklasse IV der Norm EN 60534-4.
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In einem immer größeren Anwendungsbereich kommen heutzutage ferner Drehkegelventile zum Einsatz, die nicht nur flüssige sondern auch gasförmige Medien möglichst dicht absperren sollen. Bevorzugt werden hierzu universell anwendbare metallische Dichtungspaarungen aus Drehkegel und Sitzring eingesetzt, die generell auch für hohe Temperaturen, hohe Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten geeignet sind.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehkegelventil mit einem insbesondere metallischen Drehkegel und einem ebenfalls metallischen Sitzring zu schaffen, das eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Dichtheit aufweist und geeignet ist, generell einer höheren Dichtheitsklasse zu genügen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Weiter Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass der Drehkegel und der Sitzring beim Zusammenbau des Ventils ohne ein bei bekannten Ventilen oftmals erforderliches zeitaufwändiges Nachjustieren und Nachbearbeiten im Gehäuse montiert werden können und sich nach dem Einbau in das Gehäuse in sehr kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln in der Weise einstellen lassen, dass Abweichungen von der idealen theoretischen räumlichen Ausrichtung von Drehkegel und Sitzring vollständig korrigiert werden können.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass diese keinen Einfluss auf die zuvor erwähnten regelungstechnischen Eigenschaften hat, und das erfindungsgemäße Ventil robust gegenüber mechanischen Beanspruchungen, wie z. B. den Belastungen durch die aus dem Differenzdruck des strömenden Mediums wirkenden Kräfte, ist.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Drehkegelventil ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse drehbeweglich gelagerten Drehkegel, der einen Drehkörper mit einer dran angeordneten kugelförmigen Kalotte aufweist, die mit einer Dichtfase des Gehäuses zusammenwirkt, wobei die Drehachse der Drehkegels in einem ersten Abstand zu einer Dichtkreisebene der Dichtfase und in einem zweiten Abstand zur Mittenachse der Dichtfase angeordnet ist, derart, dass die Mittenachse der kugelförmigen Kalotte beim Erreichen der Schließstellung auf die Mittenachse der kegelförmigen Dichtfase einschwenkt. Das erfindungsgemäße Drehkegelventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Kalotte mit dem Drehkörper des Drehkegels über eine einstellbare und arretierbare Gelenkverbindung gekoppelt ist, die gleichzeitig eine sphärische und eine achsparallele Bewegung der Kalotte relativ zum Drehkörper ermöglicht.
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Die toleranzbedingten Abweichungen werden erfindungsgemäß dadurch kompensiert, dass die kugelförmige Kalotte mit dem Drehkörper über die einstellbare und arretierbare Gelenkverbindung im gelösten Zustand erfindungsgemäß eine geringfügige relative sphärische Bewegung der Kalotte gegenüber dem Drehkörper in achsparalleler Richtung ermöglicht. Durch diese wenn auch geringe sphärische Bewegungsmöglichkeit der gelösten Gelenkverbindung kann sich die Kalotte beim Verschwenken des Drehkegels in die geschlossene Stellung der Dichtfase anpassen und einen vollständigen Dichtkreis bilden, der nach dem Arretieren oder Versteifen der Gelenkverbindung in der geschlossenen Stellung des Drehkegels bis zum erneuten Lösen der Arretierung der Gelenkverbindung erhalten bleibt. Dabei gelangt die Mittenlinie des am Dichtkreis anliegenden Kugelabschnittes auf die Mittenachse der kegelförmigen Dichtfase. Als gelöste Gelenkverbindung wird hierbei eine Gelenkverbindung bezeichnet, die zwar gerade eben noch beweglich ist, jedoch kein nennenswertes Spiel zwischen den Komponenten aufweist.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Drehkörper des Drehkegels einen traversenartigen Abschnitt, und die Gelenkverbindung weist eine erste Lagerstelle und eine zweite Lagerstelle auf, über welche sich die Kalotte am traversenartigen Abschnitt abstützt, wobei die erste und zweite Lagerstelle im Abstand zueinander im Bereich der Mittenachse der Kalotte angeordnet sind. Genauer betrachtet haben die erste und die zweite Lagerstelle hierbei einen gemeinsamen Mittelpunkt, der sich – außer im theoretischen Fall einer 0-Toleranz aller Bauteile – nicht exakt auf der Mittenachse der Kalotte befindet, sondern je nach Toleranzlage in einem mehr oder minder großen Abstand von dieser liegt.
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Die erste Lagerstelle besteht dabei bevorzugt aus einer Kugelpfanne und einer in der Kugelpfanne aufgenommene Kugellinse, die zwischen der rückseitigen Fläche der Kalotte und der der Kalotte zugewandten vorderseitigen Fläche der Traverse des Drehkörpers angeordnet sind.
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In gleicher Weise umfasst die zweite Lagerstelle eine weitere Kugellinse, die in einer weiteren Kugelpfanne oder auch in einem konischen Abschnitt auf der der Kalotte abgewandten Seite des traversenartigen Abschnitts aufgenommen ist. Die Kugelpfannen und Kugellinsen bilden erfindungsgemäß konkave und konvexe Gleitpaarungen, die sowohl sphärische, als auch achsparallele Bewegungen der Kalotte gegenüber dem Drehkörper ermöglichen.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken sind die Kugellinse und die zugehörige Kugelpfanne der ersten Lagerstelle und/oder die weitere Kugellinse und die zugehörige weitere Kugelpfanne der zweiten Lagerstelle mit radialem Spiel auf einem Gewindezapfen der Kalotte angeordnet, welcher sich durch jeweilige Öffnungen in den Kugelpfannen und Kugellinsen sowie im traversenartigen Abschnitt hindurch erstreckt. Die Arretierung der Gelenkverbindung erfolgt dabei z. B. durch Anziehen einer auf den Gewindezapfen aufgeschraubten selbstsichernden Mutter oder durch eine Stoppmutter, die an der weiteren Kugellinse anliegt und beim Anziehen der Mutter die beiden Kugellinsen mit den zugehörigen Kugelpfannen verspannt, wodurch infolge der entstehenden Reibungskräfte eine Arretierung der Kugelpfannen gegenüber den Kugellinsen und dem Gewindezapfen sowie auch der Kalotte – und damit der einstellbaren Gelenkverbindung – erfolgt. Die Kugelpfanne und die zugehörige Kugellinse sowie auch die weitere Kugelpfanne und die zugehörige weitere Kugellinse können insbesondere als Einsätze ausgestaltet sein, die bevorzugt lose und mit Spiel, z. B. mit einem radialen Spiel von z. B. 1 mm, in entsprechenden Ausnehmungen im traversenartigen Abschnitt des Drehkegels, bzw. der Kalotte aufgenommen sind.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die eine besonders günstige Fertigung erlaubt, kann die weitere Kugellinse an einer Kugelmutter geformt sein, welche auf den sich durch den traversenartigen Abschnitt hindurch erstreckenden Gewindezapfen aufschraubbar ist, und welche in einen konischen Abschnitt eingreift, der bevorzugt unmittelbar im traversenartigen Abschnitt gebildet ist. Die Kugelmutter ist in diesem Falle bevorzugt ebenfalls mit einem selbstsichernden Gewinde versehen, welches die Mutter nach dem Anziehen auf dem Gewindezapfen dauerhaft fixiert, um die Gelenkverbindung nach dem Justieren der Kalotte relativ zum Dichtring zu arretieren, d. h. in der entsprechenden Position zu sperren.
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Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken besitzen die Peripherien, d. h. die kreisförmigen Umfangslinien der Kugelpfanne und der Kugellinse sowie bevorzugt auch der weiteren Kugelpfanne und der weiteren Kugellinse, den gleichen Mittelpunkt, der nachfolgend auch als Krümmungsmittelpunkt bezeichnet wird.
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Weiterhin kann es zur Begrenzung des Stellbereichs der Kalotte vorgesehen sein, wenn die dem traversenartigen Abschnitt zugewandte rückseitige, insbesondere kreisringförmige Fläche der Kalotte, und die der Kalotte zugewandte Fläche des traversenartigen Abschnitts des Drehkörpers durch einen Spalt voneinander getrennt werden.
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Um eine besonders feinfühlige Justierung der Kalotte gegenüber der Dichtfase zu ermöglichen, sind die Mittelpunkte der Peripherie der Kugellinse und der weiteren Kugellinse bevorzugt zwischen dem Mittelpunkt der Peripherie der Kalotte und der Dichtkreisebene in einem Abstand zum Mittelpunkt der Peripherie der Kalotte angeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht des Drehkegelventils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Höhe der Antriebswelle und Drehachse des Drehkegels,
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2 eine schematische Querschnittsansicht des Drehkegelventils von 1 in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene und übereinstimmend mit der Mittenachse der Dichtfase,
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3 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehkegelventils, bei der die zweite Lagerstelle eine Kugelmutter umfasst, die in einem konischen Abschnitt des traversenartigen Abschnitts des Drehkegels aufgenommen ist, und
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4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehkegelventils, bei der die Dichtfase direkt in das Gehäuse eingebracht ist.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Drehkegelventil ein Gehäuse 31 in dem ein Drehkegel 1 drehbeweglich gelagert ist, der einen Drehkörper 13 besitzt, an dem ein traversenartiger Abschnitt 14, der nachfolgend auch als Traverse 14 bezeichnet wird, geformt ist. Am Drehkegel 1 ist eine kugelförmige Kalotte 11 befestigt, die mit einer Dichtfase 10 des Gehäuses 31 zusammenwirkt, wobei die Drehachse 24 des Drehkegels 1 in einem ersten Abstand zu einer Dichtkreisebene 33 der Dichtfase 10 und in einem zweiten Abstand zur Mittenachse 3 der Dichtfase 10 angeordnet ist, derart, dass die Mittenachse 5 der kugelförmigen Kalotte 11 beim Erreichen der in 2 gezeigten Schließstellung im Wesentlichen auf der Mittenachse 3 der kegelförmigen Dichtfase 10 zu liegen kommt.
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Die Lagerung des Drehkörpers 13 im Gehäuse 31 erfolgt durch Lagerzapfen 34 und die Antriebswelle 23, die in Lagerbuchsen 27 des Gehäuses 31 drehbar aufgenommen ist.
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Der Ort des Mittelpunktes 9 liegt dabei in einem Bereich zwischen den beiden Schwenkarmen 15, an denen der traversenartige Abschnitt 14 angeordnet ist. Die Anordnung der erfindungsgemäßen Bauteile befindet sich außerhalb dieses Bereiches, so dass bei einer vollständigen Öffnung des Drehkegels 1 die maximale Durchflussleistung des Drehkegelventils nicht behindert wird. Die zwischen den Schwenkarmen 15 vorhandene freie Fläche entspricht in der geöffneten Stellung dem von den Dichtfase 10 umgrenzten Durchflussquerschnitt 32 des Ventils.
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Wie der Darstellung von 1 und 2 weiterhin entnommen werden kann, ist die Kalotte 11 mit dem Drehkörper 13 des Drehkegels 1 über eine einstellbare und arretierbare, d. h. versteifbare Gelenkverbindung gekoppelt ist, die gleichzeitig eine sphärische und eine achsparallele Bewegung der Kalotte 11 relativ zum Drehkörper 13 ermöglicht.
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Die Gelenkverbindung umfasst eine erste Lagerstelle 16, 17 und eine zweite Lagerstelle 18, 19, über welche sich die Kalotte 11 am traversenartigen Abschnitt 14 abstützt, wobei die erste und zweite Lagerstelle in einem Abstand von z. B. 5 mm zueinander auf der Mittenachse 5 der Kalotte 11 angeordnet sind.
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Die erste Lagerstelle 16, 17 wird durch eine Kugelpfanne 16 und eine in der Kugelpfanne 16 aufgenommene Kugellinse 17 gebildet, die zwischen der rückseitigen Fläche der Kalotte 11 und der der Kalotte 11 zugewandten vorderseitigen Fläche der Traverse 14 des Drehkörpers 13 angeordnet sind.
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Wie der Darstellung von 1 und 2 weiterhin entnommen werden kann, wird bei der dort gezeigten Ausführungsform der Erfindung die zweite Lagerstelle ebenfalls durch eine weitere Kugelpfanne 18 und eine in dieser aufgenomme weitere Kugellinse 19 gebildet, die auf der der Kalotte 11 abgewandten Seite des traversenartigen Abschnitts 14 angeordnet sind. Die Kugellinse 17 und die zugehörige Kugelpfanne 16 der ersten Lagerstelle und die weitere Kugellinse 19 sowie die zugehörige weitere Kugelpfanne 18 der zweiten Lagerstelle sind dabei mit radialem Spiel auf einem Gewindezapfen 12 angeordnet, der fest mit der Kalotte 11 verbunden ist und sich durch jeweilige Öffnungen in den Kugelpfannen 16, 18 und Kugellinsen 17, 19 hindurch erstreckt. Die Kugelpfannen und Kugellinsen sind auf dem Gewindezapfen 12 bevorzugt durch eine selbstsichernde Mutter 28 fixierbar, die zum Justieren der Kalotte 11 gegenüber der Dichtfase 10 soweit gelöst wird, dass eine winkelmäßige und auch achsparallele Verschiebung der Kugelpfannen 16, 18 relativ zu den zugehörigen Kugellinsen 17, 19 in der Weise möglich ist, dass die Kalotte 11 im Wesentlichen entlang einer Kreislinie an der Dichtfase 10 anliegt.
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Die Durchmesser der zentralen Bohrungen in den Kugelpfannen 16, 18 und Kugellinsen 17, 19 sowie der bevorzugt scheibenförmigen Traverse 14 sind dabei geringfügig größer als der Durchmesser des Gewindezapfens 12, so dass die funktionellen Verschiebungen nicht behindert werden. In gleicher Weise sind die Innendurchmesser der ebenen Flächen der Kalotte 11 und des Drehkörpers 13 bevorzugt geringfügig größer als die Außendurchmesser der Kugelpfannen 16, bzw. 18 sowie der Kugellinse 17 dimensioniert.
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Zwischen dem Drehkörper 13 und der Kalotte 11 befindet sich ein kreisringförmiger Spalt 30. Die Spaltbreite ist so dimensioniert, dass die erforderliche Neigung der Kalotte 11 gegenüber dem Drehkörper 13 auf einen maximal zulässigen Wert von beispielsweise 0,5° bis 0,7°, begrenzt wird. Entsprechend den erfahrungsgemäß zu erwartenden Neigungen beträgt die Spaltbreite bevorzugt ca. 1,2% des Durchmessers des Sitzrings 20.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Kugellinse 19 an einer bevorzugt selbst sichernden Kugelmutter 29 geformt, welche auf den sich durch den traversenartigen Abschnitt 14 hindurch erstreckenden Gewindezapfen 12 aufgeschraubt ist. Die weitere Kugellinse, d. h. genauer gesagt der kugellinsenartige Abschnitt der Kugelmutter 29, stützt sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung an einem konischen Abschnitt ab, der unmittelbar in den Abschnitt 14 des Drehkörpers 13 eingebracht ist, insbesondere eingefräst ist. Der Vorteil der in 3 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass sie weniger Einzelteile benötigt und eine einfachen Aufbau und eine entsprechend kostengünstige Fertigung ermöglicht, da mit dem auf der Mittenachse der Kalotte 11 beim Anziehen der Kugelmutter 29 fixierten Mittelpunkt 9 eine zuverlässige Arretierung oder Versteifung der Gelenkverbindung bewirkt wird, die – wie die Anmelderin in Versuchen gefunden hat – selbst beim Einsatz eines metallischen Drehkegels 1 in Verbindung mit einer metallischen Dichtfase 10 bei geschlossenem Drehkegel eine Abdichtung ermöglicht, die wenigstens eine oder auch mehrere Dichtheitsklassen über der für Drehkegelventile sonst erreichbaren Dichtheitsklasse liegt.
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Zum Absperren des Durchflusses bewegt sich der Drehkegel 1 in einem linearen Kreisbogen um die Drehachse 24 zur Dichtfase 10 hin. Beim Erreichen der Schließstellung kommt die kugelförmige Kalotte 11 zunächst an einem Punkt an der Oberfläche der kegelförmigen Dichtfase 10 zur Anlage. Mit weiterer Bewegung des Drehkegels 1 in Schließrichtung kann sich die Kalotte 11 innerhalb eines sphärischen Kreises relativ zwanglos rundum auf die Dichtfase 10 legen so dass ein vollständiger Dichtkreis entsteht.
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Mit dem Anpassen der Kalotte 11 erfolgt eine relative Bewegung der Kalotte 11 gegenüber dem Drehkörper 13. Die Kalotte 11 kann sich mittels der Kugelpfanne 16 über die Kugellinse 17 sowie der Kugelpfanne 18 über die Kugellinse 19 winkelverschieblich bewegen. Gleichzeitig ergeben sich minimale axiale Verschiebungen zwischen den rückseitigen ebenen Flächen der Kugelpfannen 16, 18 und der Kugellinsen 17, 19 und den gegenüberliegenden ebenen Flächen der Kalotte 11 sowie auch der Traverse 14 des Drehkörpers 13 und der Mutter 28. Daraus resultiert eine, wenn auch geringe, Achsverschiebung zwischen der Mittenachse 4 des Drehkörpers 13 und der Mittenachse 5 der Kalotte 11. Die peripheren Kugelformen 7, 8 der Kugelpfanne 16, Kugellinse 17 und weiteren Kugelpfanne 18 sowie auch der weiteren Kugellinse 19 haben einen gemeinsamen Mittelpunkt 9, der sich gemäß der winkel- und axialen Verschiebungen einstellt und weder auf der Mittenachse 4 des Drehkörpers 13, noch auf der Mittenlinie 6 des anliegenden Kugelabschnittes der Kalotte 11 liegt.
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Die Neigung der Mittenachse 5 der Kalotte 11 gegenüber der Mittenachse 3 der Dichtfase 10 sowie des anliegenden Kugelabschnittes der Kalotte 11 ist abhängig vom Weg, um den die Kalotte 11 zum Ausgleich der toleranzbedingten Abweichungen verschoben und winkelmäßig verdreht, bzw. verschwenkt wird.
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Die auszugleichenden Abweichungen an der Dichtpartie sind abhängig vom zufälligen Zusammentreffen der Toleranzen der kinetisch arbeitenden Bauteile. Aus der großen Zahl der möglichen Kombinationen ergeben sich die jeweiligen Orte der Abweichungen und die tatsächlich notwendigen Bewegungen der Kalotte 11 am Dichtkreis. Wie die Anmelderin gefunden hat, führt die Summe der Fertigungstoleranzen erfahrungsgemäß zu Abweichungen am Dichtkreis, die im Bereich von höchstens 1% des Sitzdurchmessers liegen, so dass die tatsächlich notwendigen Bewegungen der Kalotte 11 minimal sind. Für die in 2 dargestellte, im Wesentlichen maßstäblich dargestellte Größe des Ventils, bei der das Gehäuse 31 in Durchflussrichtung betrachtet eine Länge von ca. 55 mm besitzt, sind die von der Kalotte 11 auszugleichenden Abweichungen in der Regel kleiner als 0,1 mm. Demgemäß kleiner sind die resultierenden Bewegungen zwischen den kugelförmigen Gleitpaarungen der Kugelpfannen 16, 18 und Kugellinsen 17, 19 sowie die axialen Verschiebungen der ebenen Gleitpaarungen zwischen Kugelpfanne 16 und der rückseitigen ebenen Fläche der Kalotte 11, der Kugellinse 17 und der zugeordneten ebenen Fläche des traversenartigen Abschnitts 14, sowie der weiteren Kugelpfanne 18 und der zugehörigen ebenen Fläche des Drehkörpers 13 bzw. der aneinander anliegenden ebenen Flächen von Kugellinse 19 und Mutter 28.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Dichtfase 10 direkt im Gehäuse 31. Vorteilhaft ist eine Aufschweißung 43 in der Zone 42 der Dichtfase und eine sich daran anschließende Bearbeitung der Schweißnaht. Die toleranzbehaftete Verbindung zwischen Sitzring und Gehäuse kann hierdurch in vorteilhafter Weise entfallen, was zu einer weiteren Verringerung der Leckageverluste führt.
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Die Mutter 28 bzw. die Kugelmutter 29 sind zur Einjustierung des erfindungsgemäßen Drehkegelventils derart auf den Gewindezapfen 12 geschraubt, dass die Kalotte 11 spielfrei, aber beweglich mit dem Drehkörper 13 verbunden ist. Die Verbindung ist somit formschlüssig, aber auch in vorgegebenem Maße auch mit Reibung behaftet.
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Um die Mutter 28, bzw. die Kugelmutter 29 gegen ein Verdrehen zu sichern, sind diese auf dem Gewindezapfen 12 reibschlüssig durch eine in 2 und 3 schematisch angedeutete Sicherung 35, beispielsweise mittels eines selbst sichernden Gewindes, mit Hilfe von Klebstoff oder durch einen Spannstift angeordnet. Sie können jedoch nach dem Justieren des Drehkegels 1 gegenüber der Dichtfase 10 in der geschlossenen Stellung des Ventils auch über eine formschlüssige Sicherung 35 mittels Schweißpunkt oder durch Klebstoff fixiert werden.
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In der Ausführungsform von 3 befindet sich der Mittelpunkt 9 der Peripherien 7 und 8 ebenfalls nicht auf der Mittenlinie 6 des anliegenden Kugelabschnittes, wohl aber auf der Mittenachse 4 der Kalotte 11.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehkegel
- 3
- Mittenachse der kegelförmigen Dichtfase
- 4
- Mittenachse des Drehkörpers
- 5
- Mittenachse der Kalotte
- 6
- Mittenlinie des tangierenden Kugelabschnittes
- 7
- Peripherie der Kugellinse 17
- 8
- Peripherie der Kugelpfanne 18
- 9
- Mittelpunkt der Peripherien 7 und 8
- 10
- Dichtfase an der Sitzbuchse 20
- 11
- Kalotte des Drehkegels
- 12
- Gewindezapfen der Kalotte 11
- 13
- Drehkörper des Drehkegels
- 14
- traversenartiger Abschnitt
- 15
- Schwenkarme
- 16
- Kugelpfanne
- 17
- Kugellinse
- 18
- weitere Kugelpfanne
- 19
- weitere Kugellinse
- 20
- Sitzring
- 23
- Antriebswelle
- 24
- Drehachse
- 26
- Wellendichtung
- 27
- Lagerbuchsen
- 28
- Mutter
- 29
- Kugelmutter
- 30
- Spalt
- 31
- Gehäuse
- 32
- Durchflussquerschnitt
- 33
- Dichtkreisebene
- 34
- Lagerzapfen
- 35
- Sicherung
- 42
- Zone
- 43
- Aufschweißung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4102791 C2 [0012]
- DE 434195 C2 [0012]
- DE 2508755 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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