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Die Erfindung betrifft ein Stellventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
EP 2 397 727 B1 offenbart ein 3/2-Wege-Stellventil umfassend eine Ventilstange und zwei mit der Ventilstange verbundene Ventilelemente zur Steuerung des Fluidstroms durch das Stellventil, wobei zwischen den Ventilelementen eine Hülse vorgesehen ist. Ferner ist die Ventilstange in der Hülse geführt und verbindet die beiden Ventilelemente. Die Hülse und die Ventilelemente besitzen je eine zugeordnete Dichtfläche, die durch eine im Querschnitt c-förmige Weichdichtung, die in eine Ringnut eingebracht ist, gebildet wird. Zur Verdrehsicherung von Hülse und Ventilelement sind sowohl in die Hülsenstirnfläche als auch in die Ventilelemente Sacklöcher eingebracht, in welchen die Hülse und die Ventilelemente verbindenden Stifte eingebracht sind. Diese Ausgestaltung hat den Nachteil, dass bei der Herstellung/Wartung eine Vielzahl von Einzelteilen gehandhabt werden muss.
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Die
US 1 851 016 A offenbart ein Stellventil, das ein Stellelement mit zwei über eine Abstandshülse verbundenen Ventilelementen umfasst. Die beiden Ventilelemente, sowie die Abstandshülse werden von einer Ventilstange durchsetzt, die an dem einen Ende einen Sechskantkopf aufweist und am anderen Ende des Stellements ein Gewinde, auf welches eine Mutter aufgeschraubt wird, wodurch die Ventilelemente und die Abstandshülse zwischen Mutter und Kopf verspannt werden. Aufgrund von Vibrationen, kann sich diese Schraubverbindung lösen, wodurch eine Drehfestigkeit der Elemente des Stellelements untereinander und gegenüber der Ventilstange dann nicht mehr gegeben ist.
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Die
US 2014/0083515 A1 offenbart ein Sicherheitsventil, bei welchem ein Ventilelement mit einem Ventilelementträger durch ineinandergreifende Formschlussstrukturen drehsicher verbunden ist. Die
DE 1 070 896 A offenbart ein Absperrventil mit einem Differentialkolben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine vereinfachte Ausgestaltung eines Mehrsitzventils mit mindestens zwei Ventilsitzen mit einer hohen Leckageklasse anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Weise umfasst ein Stellventil ein Stellelement mit einer Ventilstange und mehrere mit der Ventilstange verbundene Ventilelemente, wobei zur Beabstandung der beiden Ventilelemente zueinander zwischen den Ventilelementen wenigstens eine Hülse vorgesehen ist. Die Ventilelemente wirken je mit einem Ventilsitz zur Steuerung des Fluidstroms durch das Stellventil zusammen. Die Ventilstange ist in der Hülse geführt, wobei die Hülse und die Ventilelemente je eine einander zugeordnete Dichtfläche besitzen.
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Erfindungsgemäß sind die zugewandten Enden von Hülse und Ventilelement derart ausgebildet, dass sich wenigstens eine Formschlussstruktur ergibt, die in Umfangsrichtung die Hülse und das Ventilelement formschlüssig verbindet. Durch eine baueinheitliche Anformung der Formschlussstrukturen an das Ventilelement und die Hülse kann eine Vereinfachung des Aufbaus erzielt werden.
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Vorzugsweise sind die korrespondierenden Formschlussstrukturen an ihren zugewandten Enden derart angeordnet, dass sich diese an einem Niveau vollumlaufend an einer Berührfläche berühren also einen im Wesentlichen planen Flächenabschnitt bilden und eine umfänglich geschlossene Dichtfläche bilden. Auf diese Weise kann allein über die ohnehin zur Fixierung der Ventilelemente eingebrachte Spannkraft die Abdichtung des Übergangs zwischen Hülse und Ventilelement erfolgen, so dass eine äußerst geringe Leckage in den Innenraum der Hülse zugelassen wird.
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Die wenigstens eine Hülse kann lösbar oder baueinheitlich am Ventilelement angeordnet sein.
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Die Ventilelemente können vorzugsweise eine axiale Ausnehmung aufweisen, in welche an die Hülse angeformte Formschlussstrukturen eingreifen.
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Erfindungsgemäß weist die Ventilstange einen Abschnitt mit einem Kantprofil auf. Dieses Kantprofil überragt im montierten Zustand axial aus der von der Hülse entfernt gelegenen Seite das Ventilelement, So kann zur Montage ferner eine weitere Hülse, Fixierhülse, vorgesehen sein, die Formschlussstrukturen aufweist, die mit dem Ventilelement zusammenwirken, so dass dieses formschlüssig in Umfangsrichtung festgelegt ist. Die Fixierhülse weist zudem eine zum Kantprofil der Ventilstange korrespondierende Aufnahmestruktur zur in Umfangsrichtung formschlüssigen Aufnahme der Ventilstange auf. Dies sorgt für eine Drehsicherung des Ventilelements gegenüber der Ventilstange. Die Ventilstange weist insbesondere an ihrem Ende ein Gewinde auf, auf welches eine Mutter zur Aufbringung der Spannkraft aufschraubbar ist.
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Die Dichthülse kann an ihrem in Axialrichtung von dem Ventilelement beabstandeten Ende wenigstens eine Einkerbung aufweisen, in welche an eine Zwischenscheibe angeformte Formschlussnasen eingreifen können. Dadurch erfolgt eine verbesserte Rückdrehsicherung der Mutter.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Formschlussstruktur gebildet ist, indem ein axialer Versatz an der Hülse vorgesehen ist, der in einen komplementären axialen Versatz am Stellelement eingreift. Der Versatz ist insbesondere derart gestaltet, dass Hülse und Ventilelement, die im Übergangsbereich denselben Außendurchmesser haben, Wandbereiche derart ausgenommen sind, dass sich radial innen an der Mantelfläche eine in Umfangsrichtung geschlossene Dichtfläche ergibt, Die Formschlussstrukturen sind also radial von der zentralen Ausnehmung der Hülse beabstandet angeordnet.
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Vorzugsweise sind also die Bereiche des axialen Versatzes im Querschnitt kreissegmentartig ausgestaltet. Durch die gerundete Außenfläche wird ein ideales Strömungsverhalten erreicht, wobei durch die in Richtung radial nach innen durch eine Sekante begrenzte Formschlussstruktur eine ausreichend große umfänglich durchgängige Dichtfläche bereitgestellt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist ein Ventilelement an seinem in Axialrichtung gesehenen oberen und unteren Ende Formschlussstrukturen auf. Die oberen und unteren Formschlussstrukturen sind so ausgebildet, dass ein identisches Gegenstück in beide Formschlussstrukturen drehsichernd und abdichtend eingreifen kann. Dadurch wird eine hohe Flexibilität in der Anwendung der Ventilelemente geschaffen. So können mit denselben Ventilelementen sowohl Verteiler- als auch Mischeranordnungen realisiert werden.
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So kann beispielsweise eine mit Formschlussstrukturen versehene Abstandshülse sowohl mit der Oberseite als auch mit der Unterseite des Ventilelements verbunden werden.
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An der dem Steuerbereich abgewandten Seite des Ventilelements (Oberseite) kann die Formschlussstruktur insbesondere in Form einer Senkung ausgebildet sein, in welche an der Abstandshülse angeformte Formschlussnasen eingreifen können. Erfindungsgemäß besteht, insbesondere innerhalb der Senkungen, eine Kreisringfläche, deren radiale Ausdehnung derart bemessen ist, dass sie eine Abdichtung zulässt.
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Auf diese Weise kann ein einer einfachen und einer hohen Leckageanforderung gerecht werdendes Stellventil angegeben werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stellelements in Mischer-Anordnung;
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2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stellelements in Verteiler-Anordnung;
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3 eine erste perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stellelements, und
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4 eine zweite perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stellelements.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Schnittansicht eines Stellelements 10 mit zwei daran angeordneten Ventilelementen 12a, 12b. Das Stellelement 10 ist gemäß 1 in einer sogenannten Mischer-Anordnung zusammengestellt. Jeweils am Ventilelement 12a, 12b angeformt ist eine Hülse, die als Formschlusshülse 14a, 14b ausgebildet ist. An seinem dem Stellantrieb (nicht gezeigt) zugewandten Ende wird die Formschlusshülse 14a gegen ein Anlageelement 24 verspannt. Zwischen den Ventilelementen 12a, 12b ist eine Hülse, die als Abstandshülse 16 ausgebildet ist vorgesehen, die das erste Ventilelement 12a zum zweiten Ventilelement 12b beanstandet hält. Die Abstandshülse 16 ist mit Formschlussstrukturen 18a, 18b versehen, welche in korrespondierende stirnseitig in die Oberseite 20 des Ventilelements 12a, 12b eingebrachte Senkungen 22a, 22b eingreifen. Dadurch wird eine Drehsicherung der Abstandshülse 16 gegenüber den Ventilelementen 12a, 12b und entsprechend der Ventilelemente zueinander erreicht. Das Stellelement 10 umfasst eine Ventilstange 26, welche die Ventilelemente 12a, 12b und die Abstandshülse 16 durchsetzt und am vom Antrieb abgewandten Ende des Stellelements 10 mit einem Gewinde aus der Formschlusshülse 14b herausragt. Durch Aufschrauben einer Mutter 28 können die Ventilelemente 12a, 12b und die Abstandshülse 16 gegen das Anlageelement 24 verspannt werden. Zur Drehsicherung umfasst das Stellelement 10 eine Fixierhülse 30, die korrespondierend zur Formschlusshülse 14a, 14b ausgebildete Formschlussstrukturen aufweist, über welche eine Drehsicherung der Fixierhülse 30 gegenüber der Formschlusshülse 14b erreicht wird. Um die gesamte Anordnung gegenüber der Ventilstange 26 in Drehrichtung festzulegen, weist die Ventilstange 26 auf Höhe der Fixierhülse 30 ein Sechskantprofil auf, welches die Fixierhülse 30, die ein korrespondierendes Profil aufweist, gegenüber der Ventilstange 26 drehsichert. Ferner weist die Fixierhülse 30 Radialnuten auf, in welche an eine Beilegscheibe 32 angeformte Strukturen eingreifen können.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines Stellelements 40 in einer Verteiler-Anordnung. Die einzelnen Elemente entsprechen denen der 1a, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Stellelement 40 in Verteiler-Anordnung umfasst zwei Ventilelemente 12a, 12b, wobei die Oberseite 20a an einem Anschlagelement 24 anliegt, das mit der Ventilstange 26 verbunden ist und sich gegenüber diesem abstützt. An dem der Oberseite 20a abgewandten Ende des Ventilelements 12a, 12b weist dieses eine Formschlusshülse 14a auf, die in Formschlussstrukturen 18a einer Abstandshülse 16 eingreift, wodurch Abstandshülse 16 und Ventilelement 12a, 12b drehsicher zueinander festgelegt sind. Der Übergang zwischen Abstandshülse 16 und Fixierhülse 30 genügt hohen Leckageanforderungen, wobei dieser in den folgenden 3 und 4, näher beschrieben wird. Mit dem ersten Ventilelement 12a ist über die Abstandshülse 16 ein zweites Ventilelement 12b verbunden, welches über die Formschlusshülse 14b drehsicher mit der Abstandshülse 16 in Verbindung steht. Das Ventilelement 12b ist, wie bereits in 1a beschrieben, über eine Fixierhülse 30 gegenüber der Ventilstange drehsicher gehalten. Formschlussstrukturen der Fixierhülse 30 greifen dabei in Senkungen in der Oberseite 20b des zweiten Ventilelements 12a ein.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stellelements 40 in Verteiler-Anordnung. Besonders hervorgehoben sind die Formschlussstrukturen 18b der Abstandshülse 16, die die Ventilstange 26 umhüllt. Die Formschlussstrukturen 18b sind beabstandet zum Innendurchmesser der Hülse angeordnet, so dass sich zwischen den Formschlussstrukturen 18b eine geschlossene Kreisringfläche ergibt, über welche der Innenraum der Hülse gegenüber außen abgedichtet werden kann. Die sich so ergebende Dichtfläche ist in 4 näher verdeutlicht. Die Formschlusshülse 14b ist korrespondierend gestaltet, so dass sich in Umfangsrichtung eine Drehsicherung durch die Formschlussstrukturen 18b ergibt und in Axialrichtung die Formschlusshülse 14b und die Abstandshülse 16 an einer kreisringförmigen Dichtfläche aneinander liegen, wodurch eine hohe Leckageklasse erreicht wird.
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Ferner ist eine Fixierhülse 30 dargestellt, die mit den Formschlussstrukturen 18b identische Formschlussstrukturen (nicht gezeigt) aufweist. Diese greifen im zusammengebauten Zustand in in die Oberseite 20b des Ventilelements 12b eingebrachte Senkungen 42 ein, um dieses gegenüber dem Fixierelement 30 drehzusichern. Zwischen den Senkungen 42 und dem Durchgangsloch im Ventilelement ist ebenfalls eine geschlossene Ringfläche erhalten, über welche der Innenraum des Ventilelements gegenüber der Umgebung abgedichtet wird. Gut an dieser Darstellung zu erkennen ist auch die sechskantige Innenkontur der Fixierhülse 30, welche die Fixierhülse 30 drehsicher gegenüber der Ventilstange lagert. Das Stellelement 26 wird gegenüber der Fixierhülse 30 über eine Beilegscheibe/Dichtscheibe 32 erreicht. Die Beilegscheibe 32 weist Formschlussnasen auf, die in Radialnuten der Fixierhülse 30 eingreifen und dadurch die Beilegscheibe 32 gegenüber der Fixierhülse 30 orientieren.
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4 zeigt die Ausführung gemäß 3, wobei die Formschlusshülse 14b in Eingriff mit der Abstandshülse 16 gebracht ist, wodurch eine Abdichtung und eine Drehsicherung erreicht sind. Die durch das Aneinanderdrücken der Formschlusshülse 14b und des Ventilelements entstehenden kreisringförmigen Dichtbereiche D sind schraffiert dargestellt. Ferner ist das Sechskantprofil der Ventilstange 26 zu erkennen, das aus dem Ventilelement herausragt und das korrespondierend zur Innenkontur der Fixierhülse 30 ausgebildet ist, wodurch Ventilstange 26 und Fixierhülse 30 drehsicher zueinander gehalten werden.
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Durch die Erfindung wird ein einfaches, hohen Leckageanforderungen gerecht werdendes, und flexibles Stellventil geschaffen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stellelement
- 12a, 12b
- Ventilelement
- 14a, 14b
- Formschlusshülse
- 16
- Abstandshülse
- 18a, 18b
- Formschlussstrukturen
- 20
- Oberseite
- 20a, 20b
- Oberseite
- 22a, 22b
- Senkungen
- 24
- Anlageelement
- 26
- Ventilstange
- 28
- Mutter
- 30
- Fixierhülse
- 32
- Beilegscheibe
- 40
- Stellelement
- 42
- Senkungen
- D
- Dichtfläche
