DE2243887A1 - Vorrichtung zum verbinden von betaetigungszapfen und ventilkoerper bei drehventilen - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Verbinden von Betätigungen zapfen und Ventilkörper bei h

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Betätigungszapfen und Ventilkörper bei Ventilen, mit einem im Ventilgehäuse drehbar gelagerten, als Rotationskörper ausgebildeten, und mit Gehäusedichtungen Eusammenwirkenden Ventilkörper, dessen sich quer zur Zapfenachse erstreckender Durehflußkanal durch Drehen des Zapfens stetig zwischen vollständig geöffneter und vollständig geschlossener Stellung verstellt werden kann»

Betätigungszapfen und Ventilkörper von Drehventilen wurden bisher sehr unterschiedlich miteinander verbundene Bei einer vorbekannten Konstruktion wird die Drehbewegung des Zapfens zum Ventilkörper mit einem Mitnehmer übertragen, der zwischen zwei getrennt her-

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zustellenden Teilen eine Verbindung herstellt. Der Mitnehmer, der ein Tierkantende aufweisen kann, greift in eine Führungsrinne des Ventilkurpera ein und ermöglicht hierdurch dem Ventilkörper eine gewisse Beweglichkeit in Durchflußrichtung des Ventils· Unter dem Einfluß des Druckabfalles am Ventilkörper kann sich der letztere dann in Richtung auf die Dichtelemente des Ventilgehäuses bewegen. Eine solche Verbindung, die bei Kugelventilen üblich ist, erleichtert die Abdichtung bei geschlossenem Ventil. Das Prinzip der "treibend" angeordneten Kugel hat aber den Nachteil, daß die Drehbewegung nicht korrekt vom Zapfen übertragen werden kann und sich Lagefehler einstellen, die zu einer Einstellungenauigkeit für den einzuregelnden Durchfluß durch das Ventil führen. Eine "treibende" Kugel verwendet man auch bei Ventilen, bei denen Zapfen und Ventilkörper einteilig hergestellt sind. Hier wird ,jedoch ein kurzes Zapfenlager benötigt, in dem der Zapfen der Schwingungsbewegung der Kugel folgen kann. Erfahrungen zeigen, daß die Stopfbuchsen solcher Kugelventile nur äußerst schwierig abzudichten sind»

Gegenüber dem vorerwähnten Könetruktionsprlnzipien liegt eine Alternative darin, den Ventilkörper starr aufzuhängen, beispielsweise, indem man den Ventilkörper

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auch am Boden des Ventilgehäuses ait einem Zapfen versieht, so daß der Ventilkörper an zwei Stellen geführt wird, während man die Dichtungsanordnung im Ventilgehäuse nachgiebig ausbildet.' Eine solche Konstruktion stellt jedoch sehr große Anforderungen an die Genauigkeit der Abmessungen und zwar sowohl des Ventilkörpers und des Zapfens als auch der Zapfenlagerungen im Gehäuse und der Abdichtungen, weil im Falle einer Exzentrizität des Zapfens und seiner lager eine Klemmung auftritt mit dem Ergebnis, daß der Ventilkörper sich nur träge drehen läßt und an den Lagern und Dichtungen große Kräfte angreifen,,

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Verbindungsvorrichtung, die für eine exakte Übertragung der Drehbex^egung zum Ventilkörper, d„b_o eine Spielfreiheit in Drehrichtung sorgt und gleichzeitig dem Ventilkörper eine Treibbewegung ermöglicht, um sanft an der Dichtung des Ventilgehäuses beim Schließen des Ventile s zur Anlage au kommen_e Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Schutz der Zapfenlager durch eine solche Ausbildung der Verbindung zwischen Tentilkörper und Zapfen, daß man ein dauerhaftes stabiles und gut dichtendes Zapfenlager erhält_e

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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist die Ventilzapfenverbindung der einleitend genannten Art gekennzeichnet durch ein Verbindungselement, das eich quer zum Zapfen erstreckt und drehfest mit dem unteren Ende des Zapfens und mit dem Ventilkörper verbunden und in der sich quer zum Zapfen erstreckenden Rotationsebene torsionssteif ausgebildet ist, um die Drehbewegung spielfrei zum Ventilkörper zu übertragen, wobei jedoch der Querschnitt in Längsrichtung des Zapfens schwach und elastisch verformbar ist, um den Ventilkörper mit dem als Biegegelenk wirkenden Verbindungselement seitlich relativ zu den Dichtungen verschwenken zu können₀

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungeformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind_o

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ventilkörpers mit erfindungsgemäß verbundenem Ventilzapfen,

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Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Kugelkörperventil mit einer erfindungsgemäßen Verbindung zwischen Ventilkörper und Ventilzapfen bei offenem Ventil,

Fig. 3 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie III-III der. Fig. 2 bei geschlossenem Ventil,

Figo 4 eine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung und

Fig_e 5 eine Schnittdarstellung durch den oberen !eil der Fig. 4.

Der Zapfen 1 eines Kugelkörperventiles oder ähnlichen Absperrhahnes dient zum Drehen des Ventilkörpers 2, der, wie dargestellt, ein kugeliger Stopfen, ein Zylinder oder sonstiger Rotationskörper sein kann. Der Ventilkörper 2 kann bei entsprechender Drehung den Durchflußkanal 3 gegenüber dem Ventilgehäuse absperren oder öffnenο

Der Ventilkörper 2 liegt normalerweise zwischen zwei Sitzflächen oder Sitzringen 4, die symmetrisch beidseitig der Rotationsachse des Zapfens 1 in Bohrungen 5 des Ventilgehäuses 6 ruhen. Der Mittelteil des Ventil-

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gehäuses 6 ist in fig. 2 und 3 gezeigt. Die Sitzringe arbeiten mit ihrer Dichtfläche oder einer zusätzlichen Dichtchicht 7 mit der Außenfläche 8 dee Ventilkörpers zusammen, die bezüglich der Aobslinle 10 der fig* 3 sorgfältig gestaltet und glatt sein muß. Die Achse 10 ist praktisch die Rotationsachse, die durch die öffnungen 9 hindurchführt. Auf diese Weise kommt der Ventilkörper gleitend und fest an den Dichtungen des Ventilgehäuses zur Anlage, gleichgültig, in welche Lage der Ventilkörper gedreht ist. Undichtigkeiten zwischen dem Ventilkörper und den Sitzringen 4 werden durch Diohtrlnge 11 aus Gummi, Plastik oder dergl. verhindert, die in Rinnen des Gehäuses hinter den Sitzringen 4 angeordnet sind. Ein elastisches Material wird gewählt, wenn das Ventil bei geringem Strömungsmitteldruck vollständig abdichten soll, wobei dann die Sitzringe 11 federnd am Ventilkörper mit einer Vorspannung anliegen, die auf die Sitzringe 4 einwirkt, so daß das Spiel zwischen Ventilgehäuse und Sitz, das unter anderem auch wegen wirtschaftlicher fertigung vorhanden sein mud, zum Fortfall kommt und ein spezifischer Oberflächendruck in der Grenzschicht erhalten wird.

Der Zapfen 1 ist in bekannter Weise in einem Gleitlager untergebracht, zu dem die Lagerbüchsen 12 und ein Lauf-

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ft. ring 13 gehören, um radiale bzw«, axiale Belastungen oder Kräfte am Zapfen aufzunehmen,, Diese Lagerteile, die vorzugsweise aus Teflon oder dergl. "bestehen, werden noch ergänzt durch einen O-Ring 14.aus Gummi oder anderem Dichtmaterial, das den Zapfen abdichtete Auf diese Weise entsteht ein stabiles Zapfenlager mit gutem Verschleißwiderstand und guten Dichteigenschaften, vorausgesetzt, daß der Zapfen an den Lagerbüchsen 12 nicht zu große Radialkräfte ausübt, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß der Ventilkörper 2 ein zn großes Biegemoment ausübt.

Zwischen dem Zapfen und dem Ventilkörper befindet sich ein Verbindungselement, welches sum Ventilkörper das Drehmoment überträgt, das der Zapfen von dem Bedienungsorgan des Ventilesj beispielsweise einem Handrad oder dergl«, empfängt. Vor allem für Ventile in Steuersystemen, in denen das Ventil oft fernbedient wird und sehr genau einen Strömungsmittelfluß durch das Ventil steuern soll, wird gefordert, daß diese Drehbewegungsübertragung praktisch spielfrei erfolgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat das Ventil zu diesem Zweck ein Verbindungselement 15, das aus einem Plattenteil 16 besteht, der sich im wesentlichen in Querrichtung des Zapfens 1 erstreckt und nicht drehbar einerseits mit dem Ventil-

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körper 2, beispielsweise durch die dargestellte Schweißverbindung 17 am Umfang einer Ftthrungskante des Ventilkörpers, und andererseits mit dem Zapfen 1 Über einen mittleren Hülsenteil 18 verbunden ist, der !feil des Verbindungselementes ist. Das Ende des Zapfens ist im Hülsenteil formschlüssig bei 19 angeschlossen. Sie Verbindung 19 soll den Teil 18 sowohl gegen eine Drehung als auch gegen eine axiale Verschiebung sichern. Wie Fig. 3 im Querschnitt zeigt, ist die Dicke des Plattenteiles 16 klein im Vergleich zur Breite, so daß das Verbindungselement flexibel wird und sich elastisch verformen kann, wenn Kräfte auftreten, die den Querschnitt verbiegen oder verzerren wollen_o In der Rotationsebene treten jedoch keine Verformungen des Plattenteiles auf, vielmehr ist der Plattenteil 16 gegenüber dem Hülsenteil 18 und dem Zapfen 1 drehsteif„

Das auf diese Yfeise erzielte Ergebnis liegt darin, daß Ventilzapfen und Ventilkörper bei ihren Drehbewegungen einander sklavisch folgen, so daß jede eingestellte Lage des Zapfens selu? genau der gewünschten öffnungsstellung des Ventilkörpers 2 gegenüber den Sitzen 4 entspricht, während gleichzeitig der Veiitilkörper elastisch wie ein Pendel in Querrichtung verschwenken kann, um sich durch die ermöglichte Trerdbewegung mit der Strömung zum in

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Strömungsriehtung hinten liegenden Sitz zu bewegen^ wenn das Ventil geschlossen ist. Eine Rückkehr in die Mittelstellung erfolgt, wenn die Dichtflächen entlastet, d.h. das Ventil geöffnet ist» Der Biegemittelpunkt für diese Sehwingungsbewegung liegt in der Nähe der Mitte des Verbindungselementes 15, wie es die Pig, 3 zeigt, in der der Ventilkörper unter dem Einfluß des Strömungsmitteldruckes, den der Pfeil 20 symbolisiert, nach rechts bewegt ist* Diese Bewegung ist übertrieben in der Zeichnung dargestellt,, Die Rotationsachse 10 _;wird dann

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in die Lage 10 versetzte Bei dem gleichen Zustand ist das Verbindungselement 15 um den Biegungsmittelpunkt herum etx^as verformt.

Gemäß einem speziellen Merkmal des erfindungsgemäßen Verbindungselementes ist dieses nicht nur in der Richtung flexibel, in der das Ventil schließt, d.h₀ senkrecht zur Axialliiiie durch den Kanal 3, vielmehr ändert sich die Flexibilität mit dem Winkel gegenüber der Axiallinie, unter der vie Seitenkräfte an der Kugel angreifen. Dies wird bei der beispielsweisen Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 dadurch erreicht„ daß der Plattenteil 16 in Draufsicht ein Röchteck ist, das durch eine Verschweißung 17- nur entlang der kurzen Seiten befestigt ist_β So ist die Verbindung zwischen dem kugel-

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förmigen Ventilkörper und dem Zapfen entlang der Schnittebene der Figo 2, erheblich steifer in Offenstellung, als bei geschlossenem Ventil₀ Der Plattenteil 16 besteht vorzugsweise aus einem gewellten oder gesickten Blechstreifen, der vorzugsweise im Präzisionsguß einteilig aus Stahl mit dem Mittelteil 18 hergestellt wird. Die Wellungen oder Sicken 21 des Streifens sollen sich quer oder ringförmig erstrecken, wodurch das Verbindungselement eine gewisse Flexibilität in Längsrichtung erhält, während'es in der Umdrehungsebene torsionssteif bleibt.

Wenn der Ventilkörper aus der geschlossenen Stellung, bei der der Ventilkörper in Querrichtung um den größten Betrag verschwenkt ist, um die Dichtung zwischen Ventilkörper und Sitz zu verbessern, verdreht wird und die Kräfte am Ventilkörper bezüglich der Schnittebene der Fig. 3 unter einem spitzen V/inkel angreifen, wird auch dann eine ausreichende Flexibilität des Verbindungselementes erreicht und eine-leichte Drehung des Ventilkörpers ermöglicht, wenn an dem Ventilkörper weiterhin noch starks Kräfte des Strömungsmittels in Richtung auf den hinteren Ventilsits auftreten. Auch in dem verbleibenden Winkelbereich, in dem der Druckmittelabfall am Ventilkörper endet, ist die Flexibilität des

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Verbindungseleiaentes in Querrichtung von Vorteil, weil geometrische Formfehler, die "bei der Herstellung nur schwer zu vermeiden sind, oder thermische oder durch den Druckmittelstrom verursachte Dehnungen ausgeglichen werden» Das Verbindungselement verhindert also, daß radiale Kräfte, die zum Zapfen und zur lagerbuchse 12 übertragen werden und sonst eine erhebliche Größe erreichen können» die Abdichtung und Spielfreiheit in der Zapfenlagerung "beeinträchtigen,, Ss ist noch zu "beachten, daß dies Ergebnis ohne eine meßbare Verformung des Ventilkörpers gegenüber dem Zapfen erreicht wird_s und daß der Forderung nach einer torsionssteifen Bewegungsübertragung im vollen Öffnungsbereich gentigt wird,,

Die abgehandelte Ausführuagsform gemäß Fig_o 4 und 5 ist füre den Fall vorgesehen_t daß die Wand des VentilkÖrper3 aus einem solchen Material besteht und eine solche Wanddicke hat, daß das Verbindungselement 15 ein Teil des Wandungsraaterials des, Ventilkörpers sein kann₀ Bei Kugelkörper-Ventilen au?; Blech wird die Verbindung wie folgt hergestellt„ An gegenüberliegenden Seiten des Punktes, an der die Axiallicie' des Zapfens 1 die Oberfläche 8 des Ventilkörpers 2 schneidet, werden in das Blech zwei parallele Seillitze 22 eingebracht, die ausreichend lang sind und weit genug auseinanderliegen,

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um dem Zwischenteil des Bleches eine ausreichende Flexibilität in Querrichtung bezüglich der Längsund auch bezüglich der Querachse des Bleches zu geben, ry^obei ;jedoch das Blech noch die gewünschte Torsionssteif igkeit bezüglich der Achse des Zapfens behält« In Analogie ndt dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann man euch hier die gewünscht© federnde Eigenschaft der Zapfenverbindung erreichen und auch hiermit der Forderung nach ainem "treibenden Ventilkörper",einer Spielfreireit in der Bewegungsübertragung und nach einer dauerhaftem, gut abdichtenden Stopfbuchse erfüllen»

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum Verbinden von Betätigungszapfen und Ventilkörper bei Ventilen kit einem im Ventilgehäuse drehbar gelagerten _t als Rotationskörper ausgebildeten und mit Gehäusedichtungen zusammenwirkenden Ventilkörper„ dessen sich quer zur Zapfenachse erstreckender Durchflußkanal durch Drehen des Zapfens stetig zwischen vollständig geöffneter und vollständig geschlossener Stellung verstellt werden kann_s gekennzeichnet durch ein Verbindungselement (15), das sich quer zum Zapfen (1) erstreckt und drehfest mit dem unteren Ende des Zapfens (1) und mit dem Ventilkörper (2) verbunden und in der sich quer zum Zapfen erstreckenden Rotationsebene· torsionssteif ausgebildet ist, um die Drehbewegung spielfrei sum Ventilkörper (2) zu übertragen, wobei jedoch der Querschnitt in Längsrichtung des Zapfens (i) schwach und elastisch verformbar ist, um den Ventilkörper (2) mit dem als Biegegelenk wirkenden Verbindungselement (15) seitlich relativ zu den Dichtungen (4*7) verschwenken zu könnenο

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2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (15) aus einem Plattenteil (16,23)» der an seinem Umfang (17) starr mit dem Ventilkörper (2) verbunden ist, und einem mittleren Hülsenteil (18) besteht, der in den Plattenteil (18) übergeht und zum Einsetzen des Zapfens (1) dient«
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (15) ringförmige Wellungen (21) oder Sicken aufweist, durch die das Verbindungselement für Biegekräfte flexibel wird,
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 für sphärische Ventilkörper aus Blech, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wqnc des Ventilkörpers (8) zwei Schlitze (22) vorgesehen sind, die sich an gegenüberliegenden Seiten der Längsachse (1) des Zapfens parallel zueinander erstrocken, so daß die Schlitze einen Blechteil (23) begrenzen, der gegenüber dem übrigen Teil der Ventilkörperwand federnd ist und in stiner riitte starr mit dem Hülsenteil (18) des Verbindungselementea verbunden ist (Fig. 4 und 5)ο

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