-
Die Erfindung betrifft eine Spindelbaugruppe für eine Ventilarmatur eines Prozessventils, mit einer Spindel und einem an einem vorderen Endabschnitt der Spindel befestigten Ventilglied, wobei das Ventilglied einen an der Spindel fixierten Ventilglied-Hauptkörper mit einer axial nach vorne weisenden ringförmigen Dichtfläche aufweist, die zum Zusammenwirken mit einem Ventilsitz der Ventilarmatur vorgesehen ist, und wobei das Ventilglied zusätzlich zu dem Ventilglied-Hauptkörper ein diesbezüglich gesondertes, sich an seinem radialen Außenumfang nach vorne hin kegelförmig verjüngendes Regelelement aufweist, das ohne eine bezüglich der Dichtfläche ausgeübte Haltefunktion axial vorne an einen vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers angesetzt und an dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers befestigt ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Mehrzahl von Spindelbaugruppen für jeweils eine Ventilarmatur eines Prozessventils, wobei jede Spindelbaugruppe eine Spindel und ein an einem vorderen Endabschnitt der Spindel befestigtes Ventilglied umfasst, wobei die Ventilglieder der mehreren Spindelbaugruppen einen untereinander identischen Ventilglied-Hauptkörper mit jeweils einer axial nach vorne weisenden ringförmigen Dichtfläche aufweisen und wobei mindestens eine der mehreren Spindelbaugruppen als eine Absperr-Spindelbaugruppe und mindestens eine weitere Spindelbaugruppe der mehreren Spindelbaugruppen als eine Regelungs-Spindelbaugruppe ausgebildet ist, wobei sich das Ventilglied der Regelungs-Spindelbaugruppe vom Ventilglied der Absperr-Spindelbaugruppe dadurch unterscheidet, dass an einen vorderen Endabschnitt seines Ventilglied-Hauptkörpers ein diesbezüglich gesondertes, sich an seinem radialen Außenumfang nach vorne hin kegelförmig verjüngendes Regelelement angesetzt ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner eine Ventilarmatur für ein Prozessventil, mit einem Armaturengehäuse, in dem eine zwei Gehäusekanäle miteinander verbindende Überströmöffnung für ein fluidisches Prozessmedium ausgebildet ist, die von einem Ventilsitz umrahmt ist, und mit einer bezüglich des Armaturengehäuses unter Ausführung einer Arbeitsbewegung linear bewegbaren Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem an einem vorderen Endabschnitt der Spindel befestigten Ventilglied, wobei das Ventilglied einen Ventilglied-Hauptkörper mit einer axial nach vorne weisenden, dem Ventilsitz gegenüberliegenden ringförmigen Dichtfläche aufweist.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Mehrzahl von Ventilarmaturen für jeweils ein Prozessventil, wobei jede Ventilarmatur ein Armaturengehäuse aufweist, in dem eine zwei Gehäusekanäle miteinander verbindende Überströmöffnung für ein fluidisches Prozessmedium ausgebildet ist, die von einem Ventilsitz umrahmt ist, und wobei jede Ventilarmatur eine bezüglich ihres Armaturengehäuses unter Ausführung einer Arbeitsbewegung linear bewegbare Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem an einem vorderen Endabschnitt der Spindel befestigten Ventilglied aufweist, wobei das Ventilglied einen Ventilglied-Hauptkörper mit einer axial nach vorne weisenden, dem Ventilsitz gegenüberliegenden ringförmigen Dichtfläche aufweist, wobei die Spindelbaugruppe mindestens einer der mehreren Ventilarmaturen als eine Absperr-Spindelbaugruppe und die Spindelbaugruppe mindestens einer weiteren Ventilarmatur der mehreren Ventilarmaturen als eine Regelungs-Spindelbaugruppe ausgebildet ist, wobei sich das Ventilglied der Regelungs-Spindelbaugruppe vom Ventilglied der Absperr-Spindelbaugruppe dadurch unterscheidet, dass an einen vorderen Endabschnitt seines Ventilglied-Hauptkörpers ein diesbezüglich gesondertes, sich an seinem radialen Außenumfang nach vorne hin kegelförmig verjüngendes Regelelement angesetzt ist.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilarmatur eines Prozessventils, wobei die Ventilarmatur ein Armaturengehäuse und eine diesbezüglich linear bewegbare Spindelbaugruppe mit einer Spindel und einem an einem vorderen Endabschnitt der Spindel befestigten Ventilglied umfasst, wobei das Ventilglied einen Ventilglied-Hauptkörper mit einer axial nach vorne weisenden ringförmigen Dichtfläche aufweist, die mit einem eine Überströmöffnung für ein fluidisches Prozessmedium umrahmenden Ventilsitz der Ventilarmatur zusammenwirkt, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- - Bereitstellen des Armaturengehäuses, der Spindel, des Ventilglied-Hauptkörpers und eines sich an seinem radialen Außenumfang nach vorne hin kegelförmig verjüngenden Regelelementes, und
- - Befestigen des Ventilglied-Hauptkörpers an dem vorderen Endabschnitt der Spindel, sodass die Dichtfläche ortsfest bezüglich der Spindel fixiert ist und eine Absperr-Spindelbaugruppe vorliegt, bei der das Ventilglied von dem Ventilglied-Hauptkörper gebildet ist und die zur Verwendung als eine Absperr-Spindelbaugruppe in das Armaturengehäuse einsetzbar ist.
-
Aus der
US 6 302 374 B1 sind mehrere Ausführungsformen einer derartigen Spindelbaugruppe sowie eine Ventilarmatur eines Prozessventils bekannt, wobei die Spindelbaugruppe bei allen Ausführungsformen über ein Ventilglied verfügt, das einen mehrteiligen Ventilglied-Hauptkörper aufweist, der sind aus einem Ventiltellerhalter und einem daran befestigten, eine Dichtfläche aufweisenden Ventilteller zusammensetzt. Eine Ausführungsform der Spindelbaugruppe repräsentiert eine Regelungs-Spindelbaugruppe, die zusätzlich über ein kegelförmiges Regelelement verfügt, das auf einen an der Vorderseite abstehenden Gewindestutzen des Ventiltellers aufgeschraubt ist. Eine andere Ausführungsform der Spindelbaugruppe repräsentiert eine Absperr-Spindelbaugruppe, die kein Regelelement umfasst und deren Ventilteller an seiner Vorderseite keinen Gewindestutzen aufweist.
-
Aus der
DE 10 2014 004 668 A1 gehen eine Spindelbaugruppe und eine Ventilarmatur eines Prozessventils hervor, wobei die Spindelbaugruppe am vorderen Endabschnitt ihrer Spindel mit einem Ventilglied versehen ist, das aus einem mehrteiligen Ventilglied-Hauptkörper besteht. Zu dem Ventilglied-Hauptkörper gehören eine Stützscheibe, eine der Stützscheibe axial vorgelagerte separate Haltescheibe und ein koaxial zwischen der Stützscheibe und der Haltescheibe angeordneter Dichtungsring, der die Haltescheibe radial überragt und eine axial nach vorne weisende ringförmige Dichtfläche aufweist. Die Spindelbaugruppe ist in einem Armaturengehäuse einer Ventilarmatur linear bewegbar gelagert, wobei der Dichtfläche ein an einem Armaturengehäuse der Ventilarmatur angeordneter Ventilsitz gegenüberliegt, der eine zwei Gehäusekanäle verbindende Überströmöffnung umrahmt. Bei der Ventilarmatur handelt es sich um eine Absperr-Ventilarmatur, wobei sich die Spindelbaugruppe zum wahlweisen Absperren oder Freigeben der Überströmöffnung entweder in einer mit der Dichtfläche am Ventilsitz anliegenden Schließstellung oder in einer von dem Ventilsitz abgehobenen Offenstellung positionieren lässt. Zur Ausführung einer Regelungsfunktion ist die bekannte Spindelbaugruppe nicht geeignet, da sie bei der Öffnungsbewegung die Überströmöffnung überproportional schnell öffnet, sodass eine feinfühlige Regelung des freigebbaren Durchflusses nicht möglich ist. Um eine Regelungsfunktion ausüben zu können, bedarf es einer Ausgestaltung der Spindelbaugruppe als eine Regelungs-Spindelbaugruppe, wie sie beispielsweise aus der Produktinformation „Schrägsitz-Regelventil Metall GEMÜ 554“ der Firma GEMÜ Gebr. Müller Apparatebau GmbH & Co. KG, 74653 Ingelfingen-Criesbach hervorgeht. Bei dieser Regelungs-Spindelbaugruppe weist das Ventilglied ein sich nach vorne hin kegelförmig verjüngendes Regelelement auf, das in die Überströmöffnung eintauchen kann, um bei kleinen Hüben der Spindelbaugruppe den freigegebenen Strömungsquerschnitt zu begrenzen. Bei der bekannten Regelungs-Spindelbaugruppe fungiert das Regelelement in gleicher Weise wie die Haltescheibe bei der aus der
DE 10 2014 004 668 A1 bekannten Absperr-Spindelbaugruppe als Haltelement zum Festhalten eines die Dichtfläche definierenden Dichtungsrings.
-
Somit werden bisher zur Verwirklichung einer Absperr-Spindelbaugruppe und einer Regelungs-Spindelbaugruppe vergleichbare Herstellungskonzepte genutzt, aus denen jeweils eine eigenständige Spindelbaugruppe resultiert. Dies geht vor allem dann zu Lasten der Herstellungs- und Lagerhaltungskosten, wenn unterschiedliche Typen von Spindelbaugruppen oder Ventilarmaturen zur Herstellung von Prozessventilen benötigt werden.
-
Die
US 2015/0007898 A1 offenbart ein Steuerventil für Gasströme, wobei beschrieben ist, dass verschiedene Abschnitte des Ventils durch Befestigungsmittel aneinander fixiert sein können, die beispielsweise aus einer Schweißverbindung bestehen.
-
Die
DE 197 47 919 A1 beschreibt eine Ventilvorrichtung, die über ein stößelförmiges Ventilglied verfügt, das sich aus mehreren Abschnitten zusammensetzt, die miteinander verschweißt sind, um einen zusammenhängenden Körper zu bilden.
-
Aus der
DE 103 54 074 A1 ist ein insbesondere für Brennkraftmaschinen vorgesehenes Leichtbauventil bekannt, das einen Ventilschaft, einen Ventilkegel und einen Ventilteller aufweist, wobei diese Bauteile miteinander verschweißt sind.
-
Die
EP 1 503 118 A1 beschreibt die Herstellung einer Ventilanordnung, bei der ein zum Festhalten eines O-Rings dienender Halter mechanisch, beispielsweise durch Schweißen, mit einem Ventilelement verbunden wird.
-
Die
DE 299 17 083 U1 offenbart ein Prozessventil mit einer Ventilarmatur, die ein einen Ventilsitz definierendes Armaturengehäuse und eine diesbezüglich bewegliche Spindelbaugruppe aufweist, wobei ein Schrägsitzkonzept verwirklicht ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die den mit der Herstellung von Spindelbaugruppen und Ventilarmaturen von Prozessventilen verbundenen Aufwand reduzieren.
-
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit einer Spindelbaugruppe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Regelelement an dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers durch eine Schweißverbindung befestigt ist.
-
Die auf diese Weise ausgebildete Spindelbaugruppe ist aufgrund der Ausstattung mit einem sich am radialen Außenumfang nach vorne hin kegelförmig verjüngenden Regelelement als eine Regelungs-Spindelbaugruppe konzipiert, die sich zusammen mit einer Ventilarmatur zum Aufbau eines als Regelventil ausgebildeten Prozessventils eignet. Vorteilhaft ist, dass das Regelelement zusätzlich zu dem mit der Dichtfläche ausgestatteten Ventilglied-Hauptkörper vorhanden ist und bezüglich der Dichtfläche des Ventilglied-Hauptkörpers keine Haltefunktion ausübt, sodass es kompromisslos hinsichtlich einer optimalen Regelungsfunktion gestaltet werden kann und lediglich einer geeigneten mechanischen Schnittstelle bedarf, die das Anbringen und Verschweißen mit dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers ermöglicht. Ist der Ventilglied-Hauptkörper mit dem Regelelement nicht bestückt, kann eine zugeordnete Spindelbaugruppe aufgrund der bezüglich der Spindel fixierten Dichtfläche beispielsweise als Absperr-Spindelbaugruppe genutzt werden. Basierend auf dieser Absperr-Spindelbaugruppe kann durch Ansetzen und Festschweißen des Regelelementes die Regelungs-Spindelbaugruppe erzeugt werden.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Es ist zweckmäßig, wenn das Ventilglied eine Zentriereinrichtung aufweist, die eine bezüglich des Ventilglied-Hauptkörpers koaxiale Zentrierung des Regelelementes bewirkt. Dies erlaubt einen einfachen, rationellen und präzisen Zusammenbau des Ventilgliedes. Das Regelelement wird bei seinem axialen Ansetzen an den Ventilglied-Hauptkörper automatisch bezüglich des Ventilglied-Hauptkörpers koaxial ausgerichtet und muss anschließend nur noch mit dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers verschweißt werden.
-
Die Zentriereinrichtung enthält an dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers angeordnete erste Zentriermittel und dazu komplementäre, am Regelelement angeordnete zweite Zentriermittel, wobei die ersten und zweiten Zentriermittel in der Längsrichtung der Spindelbaugruppe ineinander eingreifen und sich in der radialen Richtung der Spindelbaugruppe aneinander abstützen.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die am Ventilglied-Hauptkörper angeordneten ersten Zentriermittel von einem axial nach vorne abstehenden Zentriervorsprung gebildet, der einen geringeren Durchmesser hat als ein sich rückseitig daran anschließender Längenabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers. Als zweite Zentriermittel fungiert eine am Regelelement angeordnete Zentriervertiefung, in die der Zentriervorsprung unter radialer Abstützung koaxial eintaucht. Zentriervorsprung und Zentriervertiefung können bezüglich der ersten und zweiten Zentriermittel auch vertauscht sein.
-
Besonders leicht und verkantungsfrei lässt sich das Regelelement an den vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers ansetzen, wenn der Zentriervorsprung im Bereich einer seine axiale Stirnfläche radial außen begrenzenden umlaufenden Kante abgeschrägt ist. Aus dieser Abschrägung resultiert im aneinander angesetzten Zustand innerhalb der Zentriervertiefung zwischen dem Ventilglied-Hauptkörper und dem Regelelement ein ringförmiger, zur Längssachse der Spindelbaugruppe koaxialer Hohlraum, der beispielsweise einen dreieckigen Querschnitt hat.
-
Die Schweißverbindung zwischen dem Regelelement und dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers befindet sich zweckmäßigerweise radial außen im Übergangsbereich zwischen dem Außenumfang des Regelelementes und dem Außenumfang des Ventilglied-Hauptkörpers. Die Schweißverbindung besteht zweckmäßigerweise aus einer zur Spindelbaugruppe koaxialen ringförmigen Schweißnaht.
-
Aus Kostengründen und/oder zur Materialeinsparung kann das Regelelement ringförmig ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang ist es außerdem vorteilhaft, wenn die zwischen dem Regelelement und dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers ausgebildete Schweißverbindung radial innen im Übergangsbereich zwischen dem Innenumfang des Regelelementes und einer dem Regelelement zugewandten Stirnfläche des Ventilglied-Hauptkörpers ausgebildet ist. Im Zusammenhang mit einer solchen Schweißverbindung, die bevorzugt ebenfalls als eine in sich geschlossene ringförmige Schweißnaht ausgeführt ist, wird auf eine zusätzliche Ausbildung der Schweißverbindung im Übergangsbereich zwischen den Außenumfängen des Regelelementes und des Ventilglied-Hauptkörpers vorzugsweise verzichtet.
-
Die zwischen dem Regelelement und dem Ventilglied-Hauptkörper ausgebildete Schweißverbindung ist vorzugsweise eine Laserstrahl-Schweißverbindung. Sie hat den Vorteil einer nur lokalen Erwärmung der zu verschweißenden Komponenten, sodass Gefügebeeinträchtigungen der in der Nachbarschaft der Schweißverbindung befindlichen Materialien minimal sind.
-
Ungeachtet der Art der Schweißverbindung ist es vorteilhaft, wenn die Schweißverbindung mindestens eine zur Längsachse der Spindelbaugruppe ringförmige, in sich geschlossene Schweißnaht aufweist, wobei durchaus auch mehrere solcher Schweißnähte mit Abstand zueinander vorhanden sein können.
-
Bevorzugt ist der Ventilglied-Hauptkörper unabhängig von dem Regelelement durch eine eigene Schweißverbindung an der Spindel befestigt, wobei auch diese Schweißverbindung bevorzugt durch eine Laserstrahl-Schweißverbindung realisiert ist.
-
Durch die Schweißverbindung zwischen dem Ventilglied-Hauptkörper und der Spindel erfährt auch die zum Ventilglied-Hauptkörper gehörende ringförmige Dichtfläche eine einfache und zuverlässige ortsfeste Fixierung bezüglich der Spindel.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung verfügt der Ventilglied-Hauptkörper rückseitig über eine Stützscheibe, der eine separate Haltescheibe axial vorgelagert ist, die den vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers bildet, an dem das Regelelement angebracht ist. Die Dichtfläche ist hierbei von einem separaten Dichtungsring gebildet, der axial zwischen die Stützscheibe und die Haltescheibe eingegliedert und zwischen diesen beiden Komponenten bevorzugt fest eingespannt ist. Diese Ausgestaltung empfiehlt sich insbesondere zur Umsetzung eines sogenannten weichdichtenden Dichtungsprinzips, bei dem die Dichtfläche Bestandteil eines elastisch nachgiebigen und insbesondere gummielastisch verformbaren Dichtungsringes ist. Es kann sich beispielsweise um ein Elastomermaterial handeln oder um ein Thermoplast mit Kaltflussverhalten wie zum Beispiel PTFE.
-
Alternativ lässt sich mit der erfindungsgemäßen Spindelbaugruppe auch ein hartdichtendes Dichtungsprinzip umsetzen, insbesondere derart, dass der Ventilglied-Hauptkörper einstückig aus einem harten Material hergestellt ist und die Dichtfläche unmittelbar von einem ringförmigen Abschnitt der Außenfläche des einstückigen Ventilglied-Hauptkörpers gebildet ist.
-
Als Material für den einstückigen Ventilglied-Hauptkörper empfiehlt sich insbesondere Metall und dabei vorzugsweise Edelstahl.
-
Zur Fixierung eines für ein weichdichtendes Dichtungsprinzip ausgelegten Ventilglied-Hauptkörpers an der Spindel ist insbesondere vorgesehen, dass die Stützscheibe und die Haltescheibe unabhängig voneinander mit der Spindel versschweißt sind. Beim Zusammenbau der Spindelbaugruppe wird beispielweise zuerst die Haltescheibe an die Spindel angesetzt und mit der Spindel verschweißt, worauf die Haltescheibe auf die Spindel aufgesteckt und in einem weiteren Schweißvorgang mit der Spindel verschweißt wird. Zwischen diesen beiden Schweißvorgängen wird der Dichtungsring eingelegt, der allerdings auch schon vorab, insbesondere klemmend, an der Stützscheibe oder an der Haltescheibe vorfixiert sein kann.
-
Die eingangs genannte Aufgabe lässt sich in Verbindung mit einer Mehrzahl von Spindelbaugruppen der eingangs genannten Art dadurch lösen, dass das Regelelement durch eine Schweißverbindung an dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers befestigt ist.
-
In diesem Zusammenhang ist die Regelungs-Spindelbaugruppe insbesondere in dem vorstehend erläuterten Sinne ausgebildet.
-
Mit dieser Umsetzung der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass man zwei funktionell unterschiedliche Arten von Spindelbaugruppen, nämlich eine im Wesentlichen nur für eine Auf/Zu-Funktion ausgelegte Absperr-Spindelbaugruppe und eine für eine Durchfluss-Regelungsfunktion ausgelegte Regelungs-Spindelbaugruppe überwiegend aus Gleichteilen fertigen kann. Letztlich kann die Regelungs-Spindelbaugruppe sehr einfach aus einer Absperr-Spindelbaugruppe erzeugt werden, indem an eine zuvor gefertigte Absperr-Spindelbaugruppe das Regelelement angesetzt und angeschweißt wird. Beim Fertigungsprozess für die diversen Spindelbaugruppen kann somit der Lagerhaltungsaufwand auf einerseits vorgefertigte Absperr-Spindelbaugruppen und andererseits individuelle Regelungselemente beschränkt werden. Wird zur Realisierung einer Ventilarmatur eine Absperr-Spindelbaugruppe benötigt, kann diese aus dem vorgefertigten Vorrat entnommen und ohne weitere Anpassung verbaut werden. Wird hingegen eine Regelungs-Spindelbaugruppe benötigt, kann ebenfalls eine Absperr-Spindelbaugruppe aus dem vorhandenen Vorrat entnommen werden, die anschließend nur noch mit einem Regelelement aus dem Vorrat von Regelelementen zu bestücken ist.
-
Die zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch eine Ventilarmatur eines Prozessventils gelöst, die über ein Armaturengehäuse verfügt, in dem eine zwei Gehäusekanäle miteinander verbindende Überströmöffnung für ein fluidisches Prozessmedium ausgebildet ist, die von einem Ventilsitz umrahmt ist, wobei die Ventilarmatur ferner über eine bezüglich des Armaturengehäuses unter Ausführung einer Arbeitsbewegung linear bewegbare Spindelbaugruppe verfügt, die eine Spindel und ein an einem vorderen Endabschnitt der Spindel befestigtes Ventilglied umfasst, wobei das Ventilglied einen Ventilglied-Hauptkörper mit einer axial nach vorne weisenden, dem Ventilsitz gegenüberliegenden ringförmigen Dichtfläche aufweist und wobei die Spindelbaugruppe in dem vorstehend erläuterten Sinne ausgebildet ist.
-
Im Zusammenhang mit einer Mehrzahl von Ventilarmaturen der eingangs genannten Art wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das Regelelement durch eine Schweißverbindung an dem vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers befestigt ist.
-
Somit kann auf der Grundlage von Absperr-Spindelbaugruppen, die von Fall zu Fall durch Anbringung eines Regelelementes in eine Regelungs-Spindelbaugruppe umwandelbar sind, eine Mehrzahl von Ventilarmaturen bereitgestellt werden, mit denen sich im einen Fall eine Absperrventilfunktionalität und im anderen Fall eine Regelventilfunktionalität verwirklichen lässt. Dabei können für beide Arten von Ventilarmaturen je nach Bedarf und Anforderung gleiche oder voneinander abweichende Bauformen von Armaturengehäusen verwendet werden.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe lässt sich ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art besonders vorteilhaft durch Ausführung der folgenden weiteren Verfahrensschritte realisieren:
- - anschließendes Anschweißen des Regelelementes am vorderen Endabschnitt des Ventilglied-Hauptkörpers der zuvor hergestellten Absperr-Spindelbaugruppe zur Bildung einer Regelungs-Spindelbaugruppe, deren Ventilglied gemeinsam von dem Ventilglied-Hauptkörper und dem daran angeschweißten Regelelement gebildet ist, und anschließendes Einsetzen der auf diese Weise hergestellten Regelungs-Spindelbaugruppe in das Armaturengehäuse.
-
Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt eine Spindelbaugruppe hergestellt, die die Funktionalität einer Absperr-Spindelbaugruppe hat und sich aus einer Spindel und einem einschließlich der Dichtfläche an der Spindel befestigten Ventilglied-Hauptkörper zusammensetzt. Wird zur Realisierung eines Prozessventils eine Ventilarmatur ohne Regelungsfunktion benötigt, kann die auf diese Weise hergestellte Spindelbaugruppe ohne weitere Umrüstung als Absperr-Spindelbaugruppe in ein bereitgestelltes Armaturengehäuse eingebaut werden. Wird jedoch ein Prozessventil benötigt, mit dem Regelungsaufgaben bewältigt werden sollen, wird an eine der vorbereiteten Spindelbaugruppen quasi als Adapterstück ein Regelelement angeschweißt, sodass das Ventilglied um das Regelelement ergänzt ist und eine Regelungs-Spindelbaugruppe vorliegt,
-
Man kann also durch die Adaption eines am Außenumfang kegeligen Regelelementes eine standardmäßig bereitgestellte und als Absperr-Spindelbaugruppe nutzbare Spindelbaugruppe zum Regeln von Fluidströmen nutzen. In diesem Zusammenhang besteht insbesondere auch die Möglichkeit, Regelelemente mit unterschiedlicher Regelungscharakteristik und insbesondere unterschiedlichen Kegelwinkeln bereitzustellen, um je nach Auswahl und Kombination mit einer Absperr-Spindelbaugruppe Ventilarmaturen mit voneinander abweichendem Regelungsverhalten zu realisieren.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher Erläutert. In dieser zeigen:
- 1 in einem Längsschnitt zwei Ventilarmaturen jeweils eines Prozessventils, die mit sich voneinander unterscheidenden Spindelbaugruppen ausgestattet sind, wobei die Ventilarmatur in 1(a) eine mit einer Absperr-Spindelbaugruppe ausgestattete Absperr-Ventilarmatur und die 1(b) eine mit einer Regelungs-Spindelbaugruppe ausgestattete Regelungs-Ventilarmatur zeigt,
- 2 die in 1(a) illustrierte, als Absperr-Ventilarmatur ausgebildete Ventilarmatur in einer vergrößerten Darstellung, wobei ein strichpunktiert umrahmtes Detail im Bereich des Ventilgliedes zusätzlich separat vergrößert abgebildet ist,
- 3 die in 1(b) illustrierte, als Regelungs-Ventilarmatur ausgebildete Ventilarmatur in einer vergrößerten Darstellung, wobei ein strichpunktiert umrahmtes Detail im Bereich des Ventilgliedes zusätzlich separat vergrößert abgebildet ist,
- 4 eine Detailvergrößerung analog derjenigen in 3, die zu einer alternativen Ausführungsform einer als Regelungs-Ventilarmatur ausgebildeten Ventilarmatur gehört, die sich in der Ausgestaltung des Regelelementes ihrer Spindelbaugruppe von derjenigen der 3 unterscheidet, und
- 5 einen vergrößerten Längsschnitt einer Spindelbaugruppe, wobei zum einen in durchgezogenen Linien eine betriebsbereite Absperr-Spindelbaugruppe und ein diesbezüglich gesondertes Regelelement gezeigt sind und wobei außerdem angedeutet ist, wie die Absperr-Spindelbaugruppe durch Ansetzen des Regelelementes in eine Regelungs-Spindelbaugruppe modifizierbar ist.
-
Die in den 1 bis 4 abgebildeten Ventilarmaturen 1 sind bei ihrer bestimmungsgemäßen Nutzung jeweils Bestandteil eines insgesamt mit Bezugsziffer 2 identifizierten Prozessventils, das außer der Ventilarmatur 1 auch noch eine Betätigungseinheit 3 aufweist, die in bevorzugt lösbarer Weise an die Ventilarmatur 1 angebaut und in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist.
-
Die Ventilarmatur 1 verfügt über ein bevorzugt aus Metall oder aus einem Polymermaterial bestehendes Armaturengehäuse 4, in dem zwei Gehäusekanäle 5, 6 verlaufen, die jeweils einerseits mit einer Anschlussöffnung zur Außenseite des Armaturengehäuses 4 ausmünden und andererseits im Inneren des Armaturengehäuses 4 über eine von dem Armaturengehäuse 4 definierte Überströmöffnung 7 miteinander verbunden sind.
-
Zu jeder Ventilarmatur 1 gehört auch eine Spindelbaugruppe 8, die eine nach Art eines Stößels ausgebildete sogenannte Spindel 12 und ein an einem vorderen Endabschnitt 13 der Spindel 12 befestigtes Ventilglied 14 umfasst. Das Ventilglied 14 hat einen größeren Durchmesser als die Spindel 12 und ist bevorzugt insgesamt im Wesentlichen tellerförmig ausgebildet.
-
Die Spindelbaugruppe 8 hat eine zentrale Längsachse 15, die gleichzeitig die zusammenfallenden Längsachsen der Spindel 12 und des Ventilgliedes 14 repräsentiert.
-
Das Ventilglied 14 ist unter Bildung der Spindelbaugruppe 8 an der Spindel 12 befestigt, sodass das Ventilglied 14 und die Spindel 12 stets nur einheitlich handhabbar und bewegbar sind.
-
Die Spindelbaugruppe 8 hat eine dem Ventilglied 14 zugeordnete Vorderseite 16 und eine diesbezüglich axial entgegengesetzte Seite 17.
-
Das Armaturengehäuse 4 hat einen seitlich abstehenden rohrförmigen Fixierstutzen 22, dessen Stutzen-Innenraum 23 in einen der Gehäusekanäle 5 oder 6 einmündet, exemplarisch in den Gehäusekanal 6. Die Spindelbaugruppe 8 ist mit ihrer Vorderseite 16 voraus in den Fixierstutzen 22 eingesetzt, wobei sie sich durch den Stutzen-Innenraum 23 hindurch erstreckt und wobei das Ventilglied 14 einem ihm zugewandten, die Überströmöffnung 7 umrahmenden Ventilsitz 24 axial gegenüberliegt, der an dem Armaturengehäuse 4 ausgebildet ist. Der Ventilsitz 4 ist insbesondere kreisringförmig ausgebildet, wobei die Spindelbaugruppe 8 koaxial zu dem Ventilsitz 24 ausgerichtet ist.
-
An und/oder in dem Fixierstutzen 22 ist eine Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 befestigt, die von der Spindel 12 in Längsrichtung verschieblich durchsetzt ist. Die Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 bewirkt eine Linearführung der Spindel 12 und somit der gesamten Spindelbaugruppe 8, sodass die Spindelbaugruppe 8 relativ zum Armaturengehäuse 4 und zu dem Ventilsitz 24 eine linear geführte und durch einen Doppelpfeil angedeutete, hin und her gehende lineare Arbeitsbewegung 26 ausführen kann. Die Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 ist mit Abdichtungsmitteln 29 ausgestattet, die die Spindel 12 unter Abdichtung koaxial umschließen und die bewirken, dass die Spindel 12 gegenüber dem Armaturengehäuse 4 abgedichtet ist, sodass durch den Stutzen-Innenraum 23 hindurch kein Fluid aus der Ventilarmatur 1 austreten kann.
-
Die Spindel 12 ragt mit der dem Ventilglied 14 entgegengesetzten Rückseite 17 aus der Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 heraus und ist an ihrem dort befindlichen rückseitigen Endabschnitt mit einer Befestigungsschnittstelle 18 versehen, die bei angebauter Betätigungseinheit 3 mit einem nicht weiter illustrierten Betätigungsglied der Betätigungseinheit 3 antriebsmäßig gekoppelt ist. Die Betätigungseinheit 3 ist im Übrigen zweckmäßigerweise an der Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 montiert und über diese Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 am Armaturengehäuse 4 befestigt.
-
Durch Aktivierung der Betätigungseinheit 3 kann über das mit der Spindel 12 gekoppelte Antriebsglied der Betätigungseinheit 3 die Arbeitsbewegung 26 der Spindelbaugruppe 8 hervorgerufen und die Spindelbaugruppe 8 in gewünschten Arbeitsstellungen relativ zu dem Ventilsitz 24 positioniert werden. Das Antriebsglied ist insbesondere Bestandteil eines Linearantriebes der Betätigungseinheit 3, bei dem es sich beispielsweise um einen Kolbenantrieb oder um einen Membranantrieb handelt.
-
Bei der bestimmungsgemäßen Nutzung der Ventilarmatur 1 beziehungsweise des mit der Ventilarmatur 1 ausgestatteten Prozessventils 2 ist das Armaturengehäuse 4 mit seinen beiden Anschlussöffnungen 5a, 6a in den Verlauf eines Fluidleitungsstranges eingebaut, der von einem fluidischen Prozessmedium durchströmt wird. Dieses fluidische Prozessmedium kann flüssig oder gasförmig sein. Beispielsweise wird das Prozessmedium über die eine Anschlussöffnung 5a und den damit verbundenen Gehäusekanal 5 zugeführt und über den anderen Gehäusekanal 6 und die zugehörige Anschlussöffnung 6a abgeführt.
-
Das Ventilglied 14 weist eine nach vorne, also in Richtung zu der Vorderseite 16 weisende ringförmige Dichtfläche 27 auf, die dem Ventilsitz 24 zugewandt ist und deren Durchmesser und radiale Breite so auf die Kontur des Ventilsitzes 24 abgestimmt ist, dass die Spindelbaugruppe 8 im Rahmen der Arbeitsbewegung 26 in eine Schließstellung bewegbar ist, in der das Ventilglied 14 mit der ringförmigen Dichtfläche 27 unter Abdichtung an dem ihr gegenüberliegenden Ventilsitz 24 anliegt. In der Zeichnung ist die Spindelbaugruppe 8 bei allen Ausführungsbeispielen unter Einnahme der Schließstellung gezeigt.
-
Da die Überströmöffnung 7 in der Schließstellung der Spindelbaugruppe 8 von dem Ventilglied 14 vollständig überdeckt ist, ist in dieser Schließstellung die Fluidverbindung zwischen den beiden Gehäusekanälen 5, 6 unterbrochen.
-
Die Spindelbaugruppe 8 kann im Rahmen der Arbeitsbewegung 26 in mindestens eine Offenstellung bewegt werden, in der das Ventilglied 14 mit seiner Dichtfläche 27 von dem Ventilsitz 24 abgehoben ist. In diesem Fall ist die Überströmöffnung 7 für den Fluiddurchtritt freigegeben und das Prozessmedium kann zwischen den beiden Gehäusekanälen 5, 6 überströmen.
-
Die Spindelbaugruppe 8 eignet sich abhängig von ihrer Ausgestaltung entweder nur für eine einfache Auf/Zu-Steuerung oder für eine Regelung unter Vorgabe stetig veränderbarer Überströmquerschnitte der Überströmöffnung 7.
-
Bei der Auf/Zu-Steuerung wird die Spindelbaugruppe 8 nur dazu genutzt, die Überströmöffnung 7 entweder in der Schließstellung vollständig abzusperren oder in einer Offenstellung maximal freizugeben. Man kann hier praktisch von einer digitalen Schaltfunktion sprechen. Eine für eine solche Betriebsweise ausgelegte Spindelbaugruppe 8 und Ventilarmatur 1 sei zur besseren Unterscheidung als Absperr-Spindelbaugruppe 8a beziehungsweise Absperr-Ventilarmatur 1a bezeichnet. Eine solche Ausgestaltung ist in der Zeichnung in der 1(a) und in der 2 illustriert.
-
Bei der Strömungsregelung ist die Spindelbaugruppe 8 dafür ausgelegt, abgesehen von der Schließstellung in einer Vielzahl von Offenstellungen positioniert zu werden, die sich in dem zur Überströmung des Prozessmediums freigegebenen Überströmquerschnitt der Überströmöffnung 7 voneinander unterscheiden. Die 1(b) sowie die 3 und 4 zeigen jeweils eine solche Spindelbaugruppe 8 und Ventilarmatur 1, die zur besseren Unterscheidung als Regelungs-Spindelbaugruppe 8b und als Regelungs-Ventilarmatur 1b bezeichnet sind.
-
Um die Regelungsfunktion ausführen zu können, ist die Betätigungseinheit 3 des zugeordneten Prozessventils 2 mit einem nicht weiter illustrierten Stellungsregler ausgestattet, den man auch als „Positioner“ bezeichnen kann und der die Stellung der Spindelbaugruppe 8 in Bezug auf einen vorgegebenen Sollwert regelt, indem ein Vergleich mit dem momentanen Stellungs-Istwert der Spindelbaugruppe 8 erfolgt, der durch entsprechend ausgebildete, mit der Spindelbaugruppe 8 kooperierende Positionserfassungsmittel generiert wird.
-
Bei der Regelungsfunktion resultieren die unterschiedlich großen freigegebenen Überströmquerschnitte der Überströmöffnung 7 aus unterschiedlichen axialen, d.h. in der Achsrichtung der Längsachse 15 eingenommenen Relativpositionen zwischen der Spindelbaugruppe 8 und dem am Armaturengehäuse 4 angeordneten Ventilsitz 24.
-
Jedes Ventilglied 14 hat einen an der Spindel 12 fixierten Ventilglied-Hauptkörper 28. Der Ventilglied-Hauptkörper 28 ist bei den beiden Spindelbaugruppentypen 8a, 8b - also bei der Absperr-Spindel Baugruppe 8a und bei der Regelungs-Spindelbaugruppe 8b - identisch.
-
Bei der Absperr-Spindelbaugruppe 8a ist das Ventilglied 14 ausschließlich von dem Ventilglied-Hauptkörper 28 gebildet. Bei der Regelungs-Spindelbaugruppe 8b umfasst das Ventilglied 14 zusätzlich zu dem Ventilglied-Hauptkörper 28 ein diesbezüglich gesondert ausgebildetes Regelelement 32, das axial vorne an einen von der Spindel 12 axial wegweisenden vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28 angesetzt ist und das durch eine Schweißverbindung 34 an dem vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28 unlösbar befestigt ist.
-
Der Ventilglied-Hauptkörper 28 ist direkt an der Spindel 12 befestigt. Verfügt das Ventilglied 14 über das Regelelement 32, trägt das Regelelement 32 nicht zur Befestigung des Ventilglied-Hauptkörpers 28 an der Spindel 12 bei. Die Art und Weise der Befestigung des Ventilglied-Hauptkörpers 28 an der Spindel 12 ist prinzipiell beliebig und kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung realisiert sein. Bevorzugt wird allerdings, wie bei der Befestigung des Regelelementes 32, eine Schweißverbindung 35. Zur besseren Unterscheidung sei im Folgenden die zur Befestigung des Regelelements 32 vorhandene Schweißverbindung 34 auch als erste Schweißverbindung 34 und die zur Befestigung des Ventilglied-Hauptkörpers 28 vorhandene Schweißverbindung 35 auch als zweite Schweißverbindung 35 bezeichnet.
-
Die weiter oben schon angesprochene ringförmige Dichtfläche 27 ist ein Bestandteil des Ventilglied-Hauptkörpers 28. Sie ist daher unabhängig von dem gegebenenfalls vorhandenen Regelelement 32 allein dadurch axial ortsfest an der Spindel 12 fixiert, dass der Ventilglied-Hauptkörper 28 an der Spindel 12 befestigt ist.
-
Bei den illustrierten Ausführungsbeispielen ist die Dichtfläche 27 von einer der beiden axial orientierten Stirnflächen eines gesonderten Dichtungsrings 36 gebildet, der eine von mehreren Komponenten des Ventilglied-Hauptkörpers 28 ist. Zu den weiteren Komponenten des Ventilglied-Hauptkörpers 28 gehört zweckmäßigerweise eine Stützscheibe 37, die die Rückseite des Ventilglied-Hauptkörpers 28 bildet, und eine diesbezüglich gesonderte Haltescheibe 38, die der Stützscheibe 37 zur Vorderseite 16 hin vorgelagert ist. Sowohl die Stützscheibe 37 als auch die Haltescheibe 38 ist starr ausgebildet und besteht zweckmäßigerweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl. Auch die Spindel 12 besteht zweckmäßigerweise aus Metall und vorzugsweise aus Edelstahl.
-
Der Dichtungsring 36 ist in koaxialer Anordnung axial zwischen der Stützscheibe 37 und der Haltescheibe 38 angeordnet. Er ist zwischen diesen beiden Komponenten 37, 38 vorzugsweise eingespannt.
-
Zur Befestigung des Ventilglied-Hauptkörpers 28 an der Spindel 12 sind die Stützscheibe 37 und die Haltescheibe 38 zweckmäßigerweise unabhängig voneinander an der Spindel 12 befestigt. Der Dichtungsring 36 ist nur dadurch ortsfest bezüglich der Spindel 12 fixiert, dass er von der Stützscheibe 37 und von der Haltescheibe 38 gemeinsam festgehalten ist.
-
Die Stützscheibe 37 ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet und verfügt über eine zentrale axiale Durchbrechung 42, durch die die Spindel 12 mit ihrem vorderen Endabschnitt 13 hindurchragt und deren Innenumfang an den Außenumfang des vorderen Endabschnittes 13 der Spindel 12 angepasst ist. Bevorzugt hat die Stützscheibe 37 eine nach vorne weisende zentrale Ausnehmung 43, die rückseitig von einem Rückwandabschnitt 37a und radial außen von einem einstückig mit dem Rückwandabschnitt 37a ausgebildeten ringförmigen Seitenwandabschnitt 37b begrenzt ist, wobei der Seitenwandabschnitt 37b koaxial zu der Längsachse 15 angeordnet ist und ausgehend von dem Rückwandabschnitt 37a zur Vorderseite 16 ragt.
-
Der Dichtungsring 36 ist axial von vorne her in die zentrale Ausnehmung 43 eingesteckt und wird radial ringsum von dem Seitenwandabschnitt 37b abgestützt, dessen Innendurchmesser auf den Außendurchmesser des Dichtungsrings 36 abgestimmt ist.
-
Die Haltescheibe 38 hat eine zu der Stützscheibe 37 hin offene sacklochartige Ausnehmung 44, in die die Spindel 12 mit ihrem vorderen Endabschnitt 13 eintaucht. Der Innendurchmesser der sacklochartigen Ausnehmung 44 ist an den Außendurchmesser des in ihn eintauchenden vorderen Endabschnittes 13 der Spindel 12 so angepasst, dass eine allseitige radiale Abstützung erfolgt. Die Einstecktiefe der Spindel 12 bezüglich der Haltescheibe 38 ist bevorzugt dadurch begrenzt, dass die Haltescheibe 38 mit einer die sacklochartige Ausnehmung 44 an der Vorderseite abschließenden Begrenzungswand 45 an der zugewandten Stirnfläche der Spindel 12 anliegt.
-
Die wie die Stützscheibe 37 insgesamt einstückige Haltescheibe 38 hat rückseitig einen zu der Längsachse 15 konzentrischen Haltevorsprung 46, der axial von vorne her in die zentrale Ausnehmung 43 antaucht und dessen Außendurchmesser zumindest im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Dichtungsringes 36 entspricht, wobei er koaxial in den Dichtungsring 36 eintaucht. Somit ist der Dichtungsring 36 radial außen von dem Seitenwandabschnitt 37b und radial innen von der radialen Außenumfangsfläche des Haltevorsprunges 46 abgestützt.
-
Die Haltescheibe 38 bildet mit ihrem der Vorderseite 16 zugewandten Abschnitt den weiter oben schon angesprochenen vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28. Die Begrenzungswand 45 ist exemplarisch ein Bestandteil dieses vorderen Endabschnittes 33.
-
Zu diesem vorderen Endabschnitt 33 gehört auch ein den axialen Haltevorsprung 46 im Bereich seiner Vorderseite radial nach außen überragender ringförmiger Haltebund 47 der Haltescheibe 38. Der ringförmige Haltebund 47 ist koaxial zu der Längsachse 15 angeordnet uns ragt in den dem Dichtungsring 36 axial vorgelagerten Bereich. Dabei liegt der ringförmige Haltebund 47 mit einer rückwertigen Stirnfläche 48 an der nach vorne weisenden Stirnfläche des ringförmigen Dichtungsrings 36 an. Somit ist der Dichtungsring 36 axial unbeweglich zwischen einerseits dem Rückwandabschnitt 37a der Stützscheibe 37 und andererseits dem ringförmigen Haltebund 47 der Haltescheibe 38 axial unbeweglich gehalten und insbesondere axial eingespannt.
-
Der Außendurchmesser der Haltescheibe 38 ist an jeder Stelle geringer als der Außendurchmesser der Stützscheibe 37. Insbesondere hat der ringförmige Haltebund 47 einen geringeren Außendurchmesser als der Dichtungsring 36, so dass er die vordere Stirnfläche des Dichtungsringes 36 von radial innen her nur ein Stück weit überlappt und ein ringförmiger Abschnitt der vorderen Stirnfläche des Dichtungsringes 36 unabgedeckt bleibt, der die ringförmige Dichtfläche 27 bildet.
-
Damit sich der Dichtungsring 37 in der Schließstellung im Bereich der Dichtfläche 27 zur Anpassung an den Ventilsitz 24 optimal elastisch verformen kann, ist es vorteilhaft, wenn der Dichtungsring 36 an seinem Außenumfang von dem Seitenwandabschnitt 37b der Stützscheibe 37 nur ein Stück weit axial überlappt ist und ein radial außen unabgedeckter Längenabschnitt des Dichtungsringes 36 verbleibt, der sich unmittelbar an die Dichtfläche 27 anschließt.
-
Der ringförmige Haltebund 47 gehört zu einem der Vorderseite 16 zugewandten vorderen Endabschnitt 52 der Haltescheibe 38, der in der Schließstellung der Spindelbaugruppe 8 in die Überströmöffnung 7 geringfügig hineinragt. Dieser vordere Endabschnitt 52 hat daher einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Überströmöffnung 7.
-
Die Montage des Ventilglied-Hauptkörpers 28 an der Spindel 12 geschieht beispielsweise derart, dass ausgehend von einem Zustand, in dem die Spindel 12, die Stützscheibe 37, die Haltescheibe 38 und der Dichtungsring 36 als gesonderte Komponenten vorliegen, zunächst die Spindel 12 in die sacklochartige Ausnehmung 44 eingesteckt wird und anschließend die Haltescheibe 38 mittels einer ersten Schweißnaht 35a der zweiten Schweißverbindung 35 mit der Spindel 12 verschweißt wird. Die erste Schweißnaht 35a wird bevorzugt im Mündungsbereich der sacklochartigen Ausnehmung 44 als zu der Längsachse 15 konzentrische Ringnaht ausgebildet.
-
Anschließend wird der Dichtungsring 36 auf die Spindel 12 aufgefädelt und von der Rückseite her auf die Haltescheibe 38 aufgesteckt, worauf die Stützscheibe 37 ebenfalls auf die Spindel 12 aufgefädelt und bis zur axialen Anlage an der Haltescheibe 38 verschoben wird. Anschließend wird mittels einer zweiten Schweißnaht 35b der zweiten Schweißverbindung 35 die Stützscheibe 37 mit der Spindel 12 verschweißt, wobei die zweite Schweißnaht 35b vorzugsweise an dem der Rückseite 17 zugewandten Mündungsbereich der axialen Durchbrechung 42 als zu der Längsachse 15 koaxiale Ringnaht ausgebildet wird.
-
Anstatt den Dichtungsring 36 als Einzelteil zwischen die Haltescheibe 38 und die Stützscheibe 37 einzulegen, besteht auch die Möglichkeit, den Dichtungsring 36 im Rahmen eines Vormontagevorganges an der Haltescheibe 38 oder an der Stützscheibe 37 vorzumontieren und gemeinsam mit dieser Stützscheibe 37 oder Haltescheibe 38 auf die Spindel 12 aufzubringen.
-
Die auf diese Weise hergestellte Spindelbaugruppe 8 repräsentiert eine Absperr-Spindelbaugruppe 8a und wird zur Herstellung einer Absperr-Ventilarmatur 1a ohne weitere Adaptionsmaßnahme in die dafür vorgesehene Ventilarmatur 1 eingesetzt. In der 5 ist die entsprechend hergestellte und ausgebildete Absperr-Spindelbaugruppe 8a in einem Längsschnitt separat abgebildet.
-
Die Absperr-Spindelbaugruppe 8a eignet sich nicht für die Herstellung einer Regelungs-Ventilarmatur 1b, weil das hier allein von dem Ventilglied-Hauptkörper 28 gebildete Ventilglied 14 in der Schließstellung nur geringfügig in die Überströmöffnung 7 eintaucht und beim Öffnungsvorgang eine hubabhängig überproportional starke Vergrößerung des freigegebenen Überströmquerschnittes zu verzeichnen ist.
-
Zur Realisierung einer Regelungs-Ventilarmatur 1b wird daher auf eine Regelungs-Spindelbaugruppe 8b zurückgegriffen, die sich von der bisher geschilderten Absperr-Spindelbaugruppe 8a dadurch unterscheidet, dass an deren vordere Stirnseite das schon angesprochene Regelelement 32 adaptiert ist. Bevorzugt ist der einzige Unterschied zwischen der Absperr-Spindelbaugruppe 8a und der Regelungs-Spindelbaugruppe 8b das bei der Regelungsspindelbaugruppe 8b zusätzlich angebrachte Regelelement 32.
-
Das in 5 einzeln abgebildete Regelelement 32 hat eine Längsachse 53 mit einer in der Achsrichtung der Längsachse 53 weisenden Vorderseite 54 und einer axial entgegengesetzt orientierten Rückseite 55. Das Regelelement 32 hat in einem zu der Längsachse 53 rechtwinkligen Querschnitt betrachtet eine kreisförmige Außenkontur mit einem radialen Außenumfang 56, der sich zu der Vorderseite 54 hin kegelförmig verjüngt. Dieser sich kegelförmig verjüngende Außenumfang 56 definiert eine kegelige Regelungsfläche 57, die sich beim Ausführungsbeispiel ausgehend von der Rückseite 55 nur über eine Teillänge des Regelelementes 32 erstreckt.
-
Die Regelungsfläche 57 begrenzt peripher einen Regelungsabschnitt 58 des Regelungselementes 32, an dem sich vorne ein Kopfabschnitt 62 des Regelungselementes 32 einstückig anschließt, in dessen Bereich der Außenumfang 56 zweckmäßigerweise einen größeren Kegelwinkel aufweist als im Bereich der Regelungsfläche 57. Dadurch verjüngt sich der Kopfabschnitt 62 zur Vorderseite 54 hin wesentlich stärker als der Regelungsabschnitt 58. Zweckmäßigerweise geht der Kopfabschnitt 62 über eine Ringstufe 63 in den Kopfabschnitt 62 über und der maximale Außendurchmesser des Regelungsabschnittes 58 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Überströmöffnung 7. Dadurch kann das Regelelement 32 beim Schließen der Überströmöffnung 7 in die Überströmöffnung 7 eintauchen, ohne mit der die Überströmöffnung 7 peripher begrenzenden Öffnungswandfläche 64 in Kontakt zu treten.
-
In der Schließstellung der Spindelbaugruppe 8 ragt das Regelelement 32 weitestmöglich axial durch den vom Ventilsitz 24 umrahmten Querschnitt hindurch und in die Überströmöffnung 7 hinein. Der dabei zwischen der Regelungsfläche 57 und der Öffnungswandfläche 64 vorhandene Ringspalt weist eine minimale Querschnittsfläche auf, was in der Schließstellung jedoch bedeutungslos ist, weil aufgrund des Anliegens der Dichtfläche 27 am Ventilsitz 24 kein Fluiddurchtritt durch die Überströmöffnung 7 hindurch stattfinden kann.
-
Wird im Rahmen der Arbeitsbewegung 26 die Spindelbaugruppe 8 vom Ventilsitz 24 wegbewegt, fungiert ein zwischen der Regelungsfläche 57 und der Öffnungswandfläche 64 ausgebildeter Regelungsspalt 65 als Strömungsbegrenzer, der nur eine vorbestimmte Durchflussrate für das überströmende Prozessmedium zulässt. Der durch den Regelungsspalt 65 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt ist aufgrund der kegeligen Formgebung der Regelungsfläche 57 umso größer, je weiter das Regelelement 32 beim Öffnungsvorgang aus der Überströmöffnung 7 herausgefahren ist. Da der Kegel sehr steil ist, sind die bei der Arbeitsbewegung 26 auftretenden Querschnittsänderungen gering, was eine präzise Regelung bei beginnendem Öffnungsvorgang und bei beginnendem Schließvorgang ermöglicht.
-
Vorzugsweise kann die Spindelbaugruppe 8 soweit von dem Ventilsitz 24 abgehoben werden, dass sich das gesamte Ventilglied 14, also einschließlich des Regelelementes 32, außerhalb der Überströmöffnung 7 befindet. Dadurch können sehr hohe Strömungsraten zur Verfügung gestellt werden. Bevorzugt markiert die Ringstufe 63 den Übergang zwischen einer Feinregelung mittels des Regelungsabschnittes 58 und eine Grobregelung im Bereich des Kopfabschnittes 62 bei großen Strömungsraten.
-
Der Kopfabschnitt 62 weist bevorzugt einen steileren Winkel auf, um nicht mit dem Armaturengehäuse 4 bzw. dem Fixierstutzen 22 zu kollidieren
-
Das Regelelement 32 ist axial vorne an den vorderen Endabschnitt 33 in einer Weise angebracht, dass es bezüglich des Dichtungsringes 36 beziehungsweise der Dichtfläche 27 keine Haltefunktion ausübt. Dichtungsring 36 und Dichtfläche 27 sind unabhängig von dem Regelelement 32 in den Ventilglied-Hauptkörper 28 integriert und an dem Ventilglied-Hauptkörper 28 gehalten. Dadurch besteht die schon erwähnte Möglichkeit, den mit dem Dichtungsring 36 beziehungsweise der Dichtfläche 27 ausgestatteten Ventilglied-Hauptkörper 28 unabhängig von einem angebauten Regelelement 32 als Ventilglied 14 einer Absperr-Spindelbaugruppe 8a zu verwenden.
-
Das Regelelement 32 ist mit seiner Rückseite 55 voraus an den vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28 angesetzt. Bei dem exemplarisch mehrteilig ausgebildeten Ventilglied-Hauptkörper 28 bedeutet dies, dass das Regelelement 32 axial vorne an die Haltescheibe 38 angesetzt ist, die hier den vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28 bildet.
-
Das Ventilglied 14 hat zweckmäßigerweise eine Zentriereinrichtung 66, durch die das an den vorderen Endabschnitt 33 angesetzte Regelelement 32 bezüglich des Ventilglied-Hauptkörpers 28 koaxial zentriert ist.
-
Die Zentriereinrichtung 66 enthält vorne an dem vorderen Endabschnitt 33 ausgebildete erste Zentriermittel 67, die von einem zentralen, nach vorne ragenden Zentriervorsprung 67a gebildet sind, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Außendurchmesser des ringförmigen Haltebundes 47 und der bezüglich des ringförmigen Haltebundes 47 axial zur Vorderseite hin vorsteht.
-
Die Zentriereinrichtung 66 verfügt ferner über an der Rückseite 55 des Regelelementes 32 ausgebildete zweite Zentriermittel 68, die exemplarisch von einer Zentriervertiefung 68a gebildet sind, in die der Zentriervorsprung 67a zumindest radial formschlüssig eintauscht. Die Zentriervertiefung 68a ist von einer peripheren, ringförmigen Begrenzungswand 72 umschlossen, die ein einstückiger Bestandteil des Regelelementes 32 ist und die bezüglich der dem Ventilglied-Hauptkörper 28 zugewandten Grundfläche der Zentriervertiefung 68a vorsteht.
-
Im an dem Ventilglied-Hauptkörper 28 angesetzten Zustand wird das Regelelement 32 an der Begrenzungswand 72 durch die radiale Außenumfangsfläche des in die Zentriervertiefung 68a eintauchenden Zentriervorsprunges 67a allseits radial abgestützt.
-
Der Zentriervorsprung 67a und die Zentriervertiefung 68a haben zweckmäßigerweise eine kreiszylindrische Formgebung.
-
Die Anordnung des Zentriervorsprunges 67a und der Zentriervertiefung 68a könnten bezüglich des Ventilglied-Hauptkörpers 28 und des Regelelementes 32 auch vertauscht sein.
-
Damit sich das Regelelement 32 bei der Herstellung der Regelungs-Spindelbaugruppe 8b einfach und verkantungsfrei an den vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28 ansetzen lässt, ist der Zentriervorsprung 67a im Bereich der seine axiale Stirnfläche 73 radial außen begrenzenden umlaufenden Kante 74 bevorzugt abgeschrägt. Daraus resultiert ein zu der Längsachse 15 konzentrischer ringförmiger Hohlraum 75 innerhalb der Zentriervertiefung 68a, die beispielsweise einen dreieckigen Querschnitt hat.
-
Das an den Ventilglied-Hauptkörper 28 angesetzte Regelelement 32 liegt zweckmäßigerweise mit der axialen Grundfläche 71 der Zentriervertiefung 68a plan an der gegenüberliegenden axialen Stirnfläche 73 des Zentriervorsprunges 67a an. Gleichzeitig kann auch die ringförmige radiale Begrenzungswand 72 der Zentriervertiefung 68a mit ihrer Stirnfläche an der ihr zugewandten Stirnfläche des ringförmigen Haltebundes 47 anliegen, wobei hier auch ein minimaler Abstand vorliegen kann.
-
Die erste Schweißverbindung 34 ist bei dem in den 1(b) und 4 illustrierten Ausführungsbeispiel radial außen im Übergangsbereich zwischen dem Außenumfang 56 des Regelelementes 32 und dem Außenumfang des Ventilglied-Hauptkörpers 28 ausgebildet. Exemplarisch ist dies der Übergangsbereich zwischen dem Außenumfang der Begrenzungswand 72 und dem Außenumfang des ringförmigen Haltebundes 47. Die erste Schweißverbindung 34 besteht zweckmäßigerweise aus einer ringförmigen Schweißnaht, die koaxial zu der Längsachse 15 angeordnet ist.
-
Ist das Regelelement 32 anders als beim Ausführungsbeispiel der 4 nicht als Vollkörper ausgebildet, sondern gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1(b) und 3 als ein Ringkörper, kommt eine alternative Platzierung der ersten Schweißverbindung 34 in Frage, die in 3 gut ersichtlich ist. Hier befindet sich die erste Schweißverbindung 34 radial innen im Übergangsbereich zwischen dem Innenumfang 76 des ringförmigen Regelelementes 32 und der dem Regelelement 32 zugewandten vorderen Stirnfläche 73 des Zentriervorsprunges 67a. Auch hier ist die erste Schweißverbindung 34 von einer zu der Längsachse 15 konzentrischen Schweißnaht gebildet.
-
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel kann in Verbindung mit einem ringförmigen Regelelement 32 eine Ausgestaltung der ersten Schweißverbindung 34 mit zwei Schweißnähten vorgesehen sein, von denen sich die eine am Außenumfang und die andere am Innenumfang des ringförmigen Regelelementes 32 befindet.
-
Es ist eine Schweißnaht am Außenumfang und/oder am Innenumfang möglich. Eine Schweißnaht nur am Innenumfang wird bevorzugt werden, wenn der Dichtungsring 36 aus einem temperaturempfindlichen Werkstoff besteht, da eine Schweißnaht am Außenumfang sehr nahe am Dichtungsring 36 sitzt und der Schweißvorgang Wärme abstrahlt, was sich negativ auf den Dichtungsring 36 auswirken könnte.
-
Die erste Schweißverbindung 34 ist vorzugsweise als eine Laserstrahl-Schweißverbindung ausgebildet. Entsprechendes gilt zweckmäßigerweise auch für die bevorzugt vorhandene zweite Schweißverbindung 35.
-
Die Mehrzahl von Spindelbaugruppen 8, 8a, 8b kann ebenso wie die Mehrzahl von Ventilarmaturen 1, 1a, 1b nach Wahl gemeinsam oder unabhängig voneinander verwendet werden. Beispielsweise können in einer Prozessanlage mehrere Ventilarmaturen 1 installiert sein, von denen mindestens eine Ventilarmatur 1 als Absperr-Ventilarmatur 1a und mindestens eine weitere Ventilarmatur 1 als Regelungs-Ventilarmatur 1b ausgebildet ist und die die Fluidströmung in verschiedenen Rohrleitungssträngen steuern beziehungsweise regeln. Es besteht aber ebenso die Möglichkeit, die unterschiedlichen Typen von Spindelbaugruppen 8 und Ventilarmaturen 1 völlig unabhängig voneinander in voneinander gesonderten Prozessanlagen einzubauen und zu nutzen.
-
Die Erfindung erweist sich besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Herstellung einer Ventilarmatur 1, die entweder eine Absperr-Ventilarmatur 1a oder eine Regelungs-Ventilarmatur 1b ist. Ausgangspunkt bei der Herstellung ist dabei die Bereitstellung eines Armaturengehäuses 4, einer Spindel 12, eines Ventilglied-Hauptkörpers 28 und eines Regelelementes 32. In einem ersten Herstellungsschritt wird aus diesen Komponenten, ohne Verwendung des Regelelementes 32 und des Armaturengehäuses 4, eine Absperr-Spindelbaugruppe 8a hergestellt. Diese an sich betriebsbereite Absperr-Spindelbaugruppe 8a kann bis zur Verwendung separat gelagert werden. Besteht anschließen Bedarf an einer Absperr-Ventilarmatur 1a wird die bereitliegende Absperr-Spindelbaugruppe 8a mit dem ebenfalls bereitgestellten Armaturengehäuse 4 kombiniert, wobei zweckmäßigerweise auch noch die Führungs- und Abdichtungseinrichtung 25 installiert wird. Es liegt dann eine Absperr-Spindelbaugruppe 8a vor, bei der das Ventilglied 14 ausschließlich von dem Ventilglied-Hauptkörper 28 gebildet ist. Das bereitgestellte Regelelement 32 wird in diesem Fall nicht genutzt.
-
Besteht hingegen alternativer Bedarf an einer Regelungs-Ventilarmatur 1b, wird die auf Lager gehaltene vorgefertigte Absperr-Spindelbaugruppe 8a um das ebenfalls bereitliegende Regelelement 32 ergänzt, indem Selbiges gemäß Pfeil 77 in 5 an den vorderen Endabschnitt 33 des Ventilglied-Hauptkörpers 28 der Absperr-Spindelbaugruppe 8a angesetzt wird und in der geschilderten Weise mit dem Ventilglied-Hauptkörper 28 verschweißt wird. Dies resultiert in einer Regelungs-Spindelbaugruppe 8b, bei der gemäß 5 das Regelelement 32 entsprechend der strichpunktierten Darstellung an den Ventilglied-Hauptkörper 28 adaptiert ist und sich das Ventilglied 14 gemeinsam aus dem Ventilglied-Hauptkörper 28 und den daran angeschweißten Regelelement 32 zusammensetzt.
-
Es versteht sich, dass man zweckmäßigerweise gleichzeitig eine Mehrzahl von Armaturengehäusen 4, vorgefertigten Absperr-Spindelbaugruppen 8a und Regelelementen 32 auf Lager hält, so dass man auf Bedarfsanforderungen schnell reagieren kann und in der Lage ist, äußerst flexibel und schnell mindestens eine Absperr-Ventilarmatur 1a und/oder mindestens eine Regelungs-Ventilarmatur 1b zur Verfügung zu stellen.
-
Die geschilderten Maßnahmen ermöglichen eine Reduzierung der Variantenvielfalt an auf Lager zu haltenden Komponenten beim Hersteller von Spindelbaugruppen 8 und/oder von Ventilarmaturen 1. Die benötigte Lagerungskapazität wird dadurch ebenfalls verringert. Somit können die Herstellungskosten insgesamt stark reduziert werden.
