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Die Erfindung betrifft einen Ventilblock für eine Armatur, aufweisend einen Blockkörper mit wenigstens einer Aufnahme für einen Ventileinsatz, wenigstens einen Kanal zur Leitung eines Fluids und wenigstens einen Anschluss zur externen Fluidverbindung des Blockkörpers. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Armatur mit einem solchen Ventilblock.
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STAND DER TECHNIK
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Ventilblöcke für Armaturen können mehrere Aufnahmen aufweisen, in die zugeordnete Ventileinsätze eingebracht werden können, und innerhalb des Ventilblocks ist eine Anzahl von Kanälen vorgesehen, die die Ventileinsätze untereinander und/oder mit beispielsweise mehreren Anschlüssen zur externen Fluidverbindung verbinden. Für Systeme mit hohen Drücken sind die Ventilblöcke in der Regel aus einem Stahlwerkstoff gefertigt und weisen daraus resultierend eine große Masse auf. Typische Verfahren zur Herstellung solcher Ventilblöcke sind Schmiedeverfahren oder Gussverfahren. Insbesondere bei Gussverfahren können innenliegende Kanäle vorteilhaft hergestellt werden, wobei innenliegende Abzweigungen, Winkel und schräge Verläufe der Kanäle häufig zu komplexen Gussformen führen und den Fertigungsaufwand deutlich erhöhen. Werden komplexere Ventilblöcke geschmiedet, so müssen innenliegende Kanäle ebenso wie Ventileinsätze und die Anschlüsse durch aufwendige Verfahren spanend nachbearbeitet werden, wobei nicht selten ein hoher Spananteil anfällt.
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Beispielhaft zeigt 1 eine Armatur 100 mit einem Ventilblock 10, der mehrere Aufnahmen 2 zur Aufnahme von Ventileinsätzen 3 aufweist. In nicht näher gezeigter Weise sind innenliegend im Blockkörper 1 Kanäle ausgebildet, die beispielsweise in von außen zugängliche Anschlüsse 5 münden. Die gezeigte Armatur 100 dient beispielsweise als Mess- und/oder Prüfarmatur zur Druckmessung von Drucksystemen, wie diese beispielsweise im Kraftwerksbau eingesetzt werden.
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Vorderseitig weist die Armatur 100 separat ausgebildete Mess-Eingangsrohre 8 auf, die an den Anschlüssen 5 angeschlossen sind, und diese münden in den Blockkörper 1, der als Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet ist und eine große Masse aufweist.
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2 zeigt einen ersten Querschnitt durch den Blockkörper 1, wobei wiederum ein Ventileinsatz 3 in der Aufnahme 2 eingesetzt ist und im Schnitt dargestellt ist. Ein oberer Anschluss 5 ist mit einer Verschlusskappe 11 verschlossen, und ein unterer Anschluss 5 ist frei zugänglich, wobei sowohl der obere als auch der untere Anschluss 5 fluidisch in Wirkverbindung gebracht sind mit dem Ventileinsatz 3 in der Aufnahme 2. Der Blockkörper 1 des Ventilblockes 10 ist aus einem massiven Stahlwerkstoff beispielsweise im Schmiedeverfahren hergestellt.
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3 zeigt den Blockkörper 1 mit dem Ventilblock 10 gemäß 2 in einer anderen Querschnittsebene, in der auch das Mess-Eingangsrohr 8 liegt, das ebenfalls einen innenliegenden Kanal 4 umfasst, um in Wirkverbindung mit dem Ventileinsatz 3 in der Aufnahme 2 des Blockkörpers 1 zu stehen. Der Ventilblock 1 ist einteilig ausgeführt und weist mehrere Aufnahmen 2 zur Aufnahme von Ventileinsätzen 3 auf, wobei zur Aufnahme der Ventileinsätze 3 jede Aufnahme 2 ein Innengewinde 9 umfasst. Nachteilhaft ist die lange Ausführung des Mess-Eingangsrohres 8, da der innen liegende Anschlusskanal gebohrt werden muss, was zu einem erhöhten Aufwand führt, da in Bezug auf den Durchmesser des innen liegenden Anschlusskanals dessen Länge sehr groß ist und Bohrer aus einer Bohrachse herauslaufen können, was zu Ausschuss führen kann.
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4 zeigt schließlich noch einmal einen konventionellen Ventilblock 10 für eine Armatur 100 gemäß dem Stand der Technik. Der Blockkörper 1 des Ventilblockes 10 weist fünf Aufnahmen 2 zur Aufnahme von jeweiligen Ventilsätzen 3 auf, und vorderseitig sind Mess-Eingangsrohre 8 einteilig mit dem Blockkörper 1 ausgeführt. Der Blockkörper 1 weist eine große Masse auf und wird entweder durch ein spanendes Verfahren hergestellt oder zumindest im Wesentlichen spanend nachbearbeitet, oder der Blockkörper 1 wird im Schmiedeverfahren oder im Gussverfahren hergestellt, wobei ebenfalls ein großer Zerspananteil entstehen kann.
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All den aus dem Stand der Technik bekannten Ventilblöcken 10 ist gemeinsam, dass diese eine hohe Masse aufweisen, mit großem Aufwand spanend nachbearbeitet werden müssen, insbesondere zur Anbindung weiterer, externer Komponenten wie Dichtringen, Schraubeinsätzen, Ventileinsätzen und dergleichen. Häufig muss der Blockkörper 1 selbst auch noch einmal Befestigungen aufweisen, um diesen beispielsweise an einer Aufnahme anzubringen.
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Nicht selten werden beispielsweise auch die vorderseitig sichtbaren Mess- und Eingangsrohre 8 mit einem Schweißverfahren an dem Blockkörper 1 angeschweißt, wobei zudem weitere Schweißnähte vorgesehen sein können, beispielsweise für die Bildung der Aufnahmen für die Ventileinsätze oder für entsprechende Anschlüsse. Befindet sich die Armatur 100 später im Einsatz, insbesondere im Kraftwerksumfeld oder in sonstigen sicherheitsrelevanten Einrichtungen, so sind regelmäßige Überprüfungen der Schweißverbindungen durch Prüfbeauftragte notwendig, was hohe Kosten verursacht. Insofern ist es wünschenswert, einen Ventilblock 10 zu schaffen, der frei von Schweißverbindungen ausgeführt werden kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung eines Ventilblockes für eine Armatur, insbesondere für eine Mess-Prüfarmatur zur Prüfung von Systemdrücken in Fluidsystemen, vorzugsweise im Kraftwerksbau, wobei der Ventilblock möglichst einfach aufgebaut, eine geringe Masse aufweisen und frei von Schweißnähten ausgeführt werden soll.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ventilblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ausgehend von einer Armatur gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12 gemeinsam mit den jeweiligen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass wenigstens der Blockkörper der Armatur mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
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Generative Fertigungsverfahren werden auch als Rapid-Technologien oder als additive Fertigungsverfahren bezeichnet, wobei auch der Begriff des 3D-Druckes geläufig ist. Mit einem generativen Fertigungsverfahren ist es möglich, auch metallische Bauteile dreidimensional zu erzeugen, beispielsweise mittels des sogenannten Laser-Selective-Melting-Verfahrens, auch kurz SLM-Verfahren genannt. So kann der Ventilblock beispielsweise aus einem Edelstahl „gedruckt“ werden, insbesondere aus einem Werkstoff umfassend die Werkstoffkennung 1.4404/316L.
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Nachdem der Ventilblock als Rohkörper mit dem generativen Fertigungsverfahren hergestellt worden ist, ist es mit weiterem Vorteil möglich, wenigstens eine Fläche am Ventilblock spanend zu bearbeiten. Insbesondere können mehrere spanend bearbeitete Flächen erzeugt werden, etwa zur Aufnahme der Ventileinsätze, sodass ein innenliegendes Schraubgewinde spanend erzeugt werden kann, wobei dieses alternativ auch direkt im generativen Fertigungsverfahren gleich mit hergestellt werden kann. Weiterhin können Anschlüsse, insbesondere auch mit Innengewinde oder Außengewinde, spanend nachbearbeitet werden. Sämtliche Freiflächen können jedoch in der Oberfläche belassen werden, die mit dem generativen Fertigungsverfahren bereits entstanden sind.
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Der Blockkörper weist beispielsweise 3 bis 7 und bevorzugt 4 bis 6 und besonders bevorzugt 5 Aufnahmen auf, in die jeweils ein Ventileinsatz eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann der Blockkörper für eine Mess- oder Prüfarmatur zur Druckmessung ausgebildet sein. Der Blockkörper kann hierfür zwei Anschlüsse zum Anschluss eines Wirkdruckmessgerätes, zwei Anschlüsse zum Entlüften des unter Wirkdruck stehenden Fluids und zwei Anschlüsse für einen Wirkdruck-Testeingang aufweisen.
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Mit weiterem Vorteil weist der Ventilblock wenigstens einen innenliegenden Kanal zur Leitung eines Fluids auf, und der innenliegende Kanal kann eine Krümmung oder eine Abwinkelung aufweisen, die mit konventionellen Verfahren, beispielsweise über Bohrvorgänge oder Hohlraum-Schmiedeverfahren, nicht hergestellt werden können.
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Der Ventilblock ist insbesondere dadurch charakterisiert, dass dieser eine Wandstärke zwischen dem wenigstens einen innenliegenden Kanal und/oder einer Aufnahme und/oder eines Ventileinsatzes aufweist, wobei die Wandstärke gemessen zur Außenoberfläche des Blockkörpers über den gesamten Blockkörper gesehen, im Wesentlichen gleichbleibend ausgebildet ist. So kann beispielsweise die Struktur des Blockkörpers mit mehreren Ventileinsätzen, mehreren Aufnahmen und mehreren Kanälen in der Außenkontur des Blockkörpers abgebildet sein, sodass bereits von der Außenseite mit Hinblick auf den Blockkörper die innenliegende Struktur des Blockkörpers erkannt werden kann. Insbesondere dadurch wird die tatsächliche Masse des Ventilblockes für den späteren Einsatz minimiert.
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Im Ergebnis kann festgehalten werden, dass der Ventilblock dann besonders vorteilhaft ausgestaltet ist, wenn die Wandstärke des Blockkörpers derart skelettiert ausgebildet ist, dass der Blockkörper selbst nur noch aus den Aufnahmen für die Ventileinsätze und den Wandungen der Kanäle zwischen den Aufnahmen und den Anschlüssen ausgebildet ist.
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Ist die Armatur als Mess- und/oder Prüfarmatur für unter hohem Druck stehende Fluidsysteme ausgebildet, so können die Anschlüsse für den Wirkdruck-Testeingang als längliche Rohre ausgeführt sein, die mit dem Blockkörper einteilig im generativen Herstellungsverfahren hergestellt sind.
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Die Armatur ist insbesondere handbetätigt, sodass die Ventileinsätze in den Aufnahmen Handräder zur manuellen Betätigung aufweisen können. Die Ventileinsätze sind in die Aufnahmen eingeschraubt, sodass hierfür die Aufnahmen Innengewinde aufweisen, die ebenfalls unmittelbar im generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden können. Daher ist es auch denkbar, dass die Innengewinde im generativen Fertigungsverfahren vorkonturiert werden, und diese werden auf einfache Weise nur noch mit einem spanenden Werkzeug endbearbeitet. Gleiches gilt für die Plananlage oder Nuten beispielsweise für Dichtelemente an den Anschlüssen, wobei die Ventileinsätze ebenfalls Dichtelemente umfassen können, wofür die Aufnahmen ebenfalls Plananlagen oder Nuten für Dichtelemente aufweisen können. Diese Plananlagen oder Nuten können Oberflächen aufweisen, die ebenfalls im generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden, und bedarfsweise nur noch spanend endbearbeitet werden.
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Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Armatur mit einem Ventilblock gemäß obenstehender Beschreibung, wobei die Armatur als Mess- und/oder Prüfarmatur für unter Druck stehende Fluidsysteme ausgebildet ist, und die Anschlüsse für den Wirkdruck-Testeingang mit dem Blockkörper können einteilig ausgebildete Mess-Eingangsrohre bilden. Dabei kann die Armatur Ventileinsätze aufweisen, die in den Aufnahmen des Blockkörpers eingesetzt sind, und die Ventileinsätze können Handräder zur manuellen Betätigung umfassen.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine Armatur mit einem Ventilblock gemäß dem Stand der Technik,
- 2 einen Ventilblock in einem Querschnitt gemäß dem Stand der Technik,
- 3 einen Ventilblock mit einem weiteren Querschnitt gemäß dem Stand der Technik,
- 4 eine Ansicht einer Armatur mit einem Ventilblock aufweisend 5 Ventileinsätze gemäß dem Stand der Technik,
- 5 eine Vorderansicht einer Armatur mit einem Ventilblock gemäß der Erfindung,
- 6 eine rückseitige Ansicht einer Armatur mit einem Ventilblock mit den Merkmalen der Erfindung,
- 7 eine erste perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Ventilblockes in einer abstrahierten Darstellung und
- 8 eine weitere abstrahierte Darstellung des erfindungsgemäßen Ventilblockes.
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Die 1 bis 4 sind in der Einleitung bereits beschrieben worden, sodass ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der weiteren 5 bis 8 nachfolgend beschrieben wird.
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Die 5 und 6 zeigen eine Armatur 100 in zwei voneinander verschiedenen perspektivischen Ansichten. Die Armatur 100 weist einen Ventilblock 10 auf, und der Ventilblock 10 wird im Wesentlichen gebildet durch einen einteiligen, metallischen Blockkörper 1. Alternativ zur metallischen Ausführung des Blockkörpers 1 ist es auch denkbar, dass im Rahmen der Erfindung der Blockkörper aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Harz-Basis-Material mittels eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt wird.
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Der Blockkörper 1 weist mehrere Aufnahmen 2 auf, in denen Ventileinsätze 3 eingeschraubt sind, und die Ventileinsätze 3 weisen Handräder 7 zur manuellen Betätigung derselben auf.
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Im Blockkörper sind mehrere Kanäle 4 eingebracht, die mehrere Anschlüsse 5 miteinander verbinden. Beispielsweise sind in 5 Anschlüsse 5.3 gezeigt, die als Wirkdruck-Testeingang belegt werden können. In 6 sind weitere Anschlüsse 5.1 zum Anschluss eines Wirkdruckmessgerätes gezeigt, ferner sind zwei Anschlüsse 5.2 zum Entlüften des unter Wirkdruck stehenden Fluids gezeigt. Die Anschlüsse 5.3 für einen Wirkdruck-Testeingang weisen Mess-Eingangsrohre 8 auf, die im generativen Fertigungsverfahren gemeinsam mit dem Blockkörper 1 einteilig hergestellt sind.
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Die 7 und 8 zeigen in einer leicht abstrahierten Darstellung erneut den Ventilblock 10 mit einem Blockkörper 1, umfassend mehrere Aufnahmen 2 und mehrere Ventilsätze 3, wobei die Aufnahmen 2 und/oder die Ventileinsätze 3 mit den Kanälen 4 verbunden sind, ferner sind die Mess-Eingangsrohre 8 dargestellt. Diese Darstellungen verdeutlichen in gewisser Weise eine minimale Ausbildung der Wanddicke des Ventilblockes 10, sodass eine skelettierte Ausgestaltung daraus entsteht, wobei durch das generative Fertigungsverfahren die Möglichkeit geschaffen wird, den Blockkörper 1 zur Bildung des Ventilblockes 10 derart materialreduziert herzustellen, dass die Kanäle 4 lediglich noch die Ventileinsätze 3 und die Aufnahme 2 zur Aufnahme der Ventileinsätze miteinander verbinden. Die Reduktion bzw. Skelettierung kann vorteilhafterweise so weit geführt werden, dass der Blockkörper 1 unter Berücksichtigung eines noch verbleibenden geometrischen Aufmaßes einer technisch noch notwendigen Wanddicke auf die Negativ-Kanalgeometrie des Blockkörpers 1 reduziert wird. Diese Geometrie kann auch noch weiter optimiert werden für eine kompaktere und strömungsgünstigere Ausführung des Blockkörpers 1.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blockkörper
- 2
- Aufnahme
- 3
- Ventileinsatz
- 4
- Kanal
- 5
- Anschluss
- 5.1
- Anschluss für ein Wirkdruckmessgerät
- 5.2
- Anschluss zum Entlüften
- 5.3
- Anschluss für Wirkdruck-Testeingang
- 6
- spanend bearbeitete Fläche
- 7
- Handrad
- 8
- Mess-Eingangsrohr
- 9
- Innengewinde
- 10
- Ventilblock
- 11
- Verschlusskappe
- 100
- Armatur
