DE2822982A1

DE2822982A1 - Drehkegelventil

Info

Publication number: DE2822982A1
Application number: DE19782822982
Authority: DE
Inventors: Heinz Groenefeld
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1979-11-29
Also published as: FR2426849A1; DE2822982C2; GB2022777B; GB2022777A; US4260129A; FR2426849B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein vielfach als Drehkegelventil bezeichnetes Ventil gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Ventile dieser Art sind beispielsweise aus der DE-AS 23 55 773 sowie dem DE-Gbm 75 06 291 bekannt. Um einen dichten Abschluß des Ventils zu gewährleisten, ist in der DT-AS 23 55 773 der Ventilsitzring als elastisch nachgiebige Balgmeinbran ausgebildet und der Ringraum zwischen Sitzring und einem als Begrenzung der axialen Ausweichbewegung des Sitzringes dienenden Gewindering ist in der Schließstellung des Ventils mit dem Druck des Mediums auf der Zuflußseite beaufschlagbar. Beim DT-Gbm 75 06 291 ist die Wandstärke des äußeren Teils der den Schließkörper bildenden Kugelkalotte so bemessen, daß dieser in geringem Maße elastisch verformbar ist. Weiterhin ist es aus der DT-OS 16 75 579 bekannt, die den Schließkörper mit der Antriebswelle verbindenden Tragarme in begrenztem Maße elastisch verformbar auszubilden.

Die vorliegende Erfindung hingegen ist auf ein Drehkegelventil gerichtet, bei dem sowohl der Schließkörper und die Tragarme als auch der Ventilsitz starr ausgebildet sind. Bei all diesen Drehkegelventilen wird durch die exzentrische Lagerung des Drehkegels erreidrt, daß nur in der Schließstellung Kegel und Sitzring aneinander anliegen. Beim Öffnen hebt die Kugelkalotte,bedingt durch die exzentrische Lagerung der Antriebswelle in Bezug auf die Sitzringmittel-· achse, vom Sitzring ab, was zu geringer Reibung und hoher Regelgenauigkeit führt. Die benötigte Schließkraft wird bestimmt durch die Größe des freien Querschnitts im Einlaß, den anstehenden Differenzdruck zwischen Einlaß- und Auslaßseite des Ventils sowie die Exzentrizität der Drehkegellagerung, d.h. den Abstand zwischen der Sitzringachse und der Mittellinie der Antriebsache. Das maximale erforderliche Drehmoment ergibt sich aus dem Produkt von Querschnittsfläche, Differenzdruck und Exzentrizität. Im Interesse eines möglichst geringen Drehmoments und damit einer möglichst geringen vom Ventilantrieb aufzubringenden Kraft ist man bestrebt, die Exzentrizität so gering wie möglich zu halten. Hierbei ergeben sich jedoch Grenzen, welche in erster Linie durch die Reibung

zwischen Drehkegel und Sitzring bestimmt sind. Ist die Exzentrizität zu gering, so ergibt sich ein sehr kleiner Winkel zwischen der Tangente an die Kugelkalotte im Bereich der Sitzkante einerseits und der Fläche des Sitzrings andererseits, so daß die Gefahr besteht, daß der Kegel im Ventilsitz verklemmt. Dies führt dazu, daß insbesondere bei federbelasteten pneumatischen Stellantrieben beim öffnen des Ventils der Kegel ruckartig vom Sitzring abgehoben wird, was eine feinfühlige Regelung im Bereich geringer Durchflußmengen erschwert oder zum Teil unmöglich macht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehkegelventil derart auszugestalten, daß trotz geringer Exzentrizität ein Verklemmen des Schließ körpers im Sitz vermieden und somit ein rückfreies öffnen ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gegenüber herkömmlichen Drehkegelventilen zeichnet sich das neue Drehkegelventil nicht nur durch eine bessere Regelgenauigkeit im Bereich geringerer Durchflußmengen, sondern darüberhinaus durch eine einfache und leicht montierbare Bauweise aus, wobei keine im bestimmten Umfang elastisch verformbare und folglich bei Überbeanspruchung der Gefahr bleibender Verformung ausgesetzte Bauteile Anwendung finden, wie dies beim Stand der Technik in Form elastischer Tragarme, eines elastischen Sitzrings bzw. elastischer Schließkörperkanten erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 das Ventil in geschlossenem Zustand;

Fig. 2 die Stellung des Schließkörpers kurz nach dem Abheben vom Sitz;

Fig. 3 das Ventil in geöffnetem Zustand;

Fig. 4 den Schließkörper samt Tragarmen in seitlicher Ansicht;

Fig. 5 den Scbüeßkörper, das zylindrische Verbindungselement und das Antriebswellenende vor dem Zusammenbau, wobei die Nabe der Tragarme und das

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Antriebswellenende im Bereich dar Hohlkehle geschnitten dargestellt sind; und

Fig. 6 Schließkörper und Antriebswelle im zusammengebauten Zustand, ebenfalls in Richtung der Gehäuselängsachse von der Auslaßseite des Ventilgehäuses in Richtung auf den Ventilsitz blickend gesehen.

Das im wesentlichen rohrförmige Ventilgehäuse 1 ist auf der Einlaßseite 2 mit einem Ventilsitz 3 versehen und wird mit seinem Einlaß 2 und seinem Auslaß 4 zwischen den Flanschen einer Rohrleitung eingespannt. Der als Kugelkalotte ausgebildete Schließkörper 5 wird von zwei Tragarmen 6 und 7 gehalten, von denen dor Tragarm 7 mit,dem Wellenende 8 einer Antriebswelle 9 kraftschlüssig verbunden ist, während die Nabe 11 des Tragarms 6 auf einem nicht dargestellten gehäusefesten Wellenstumpf sitzt. Die Nabe 12 des Tragarms 7 ist auf der Innenseite der Nabenbohrung mit einer halbzylindrischen Ausnehmung 14 versehen, welche nach Art eines Sackloches von der Nabenaußenseite in die Nabe hineinragt und somit auf der der Gehäuselängsachse 15 zugewandten Seite 16 verschlossen ist. In der aus Fig. 1 ersichtlichen Schließstellung fallen die Gehäuselängsachse, die Mittelachse des Ventilsitzes 3 und die Mittelachse des als Kugelkalotte ausgebildeten Schließkörpers 5 zusammen.

Im Wellenende 8 der Antriebswelle 9 ist eine ebenfalls halbzylindrische Hohlkehle 17 vorgesehen, deren Form und Länge derart an die Ausnehmung 14 angepaßt sind, daß ein zylindrisches Verbindungselement 18 gerade in die beiden halbzylindrischen Ausnehmungen und 17 hineinpaßt. Über dieses Verbindungselement 18 wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Welle 9 und dem Schließkörper 5 hergestellt. Dadurch daß einerseits die Ausnehmung 14 am inneren Ende 16 verschlossen ist und andererseits die Länge der Hohlkehle 17 etwa der in Richtung der Antriebswelle gesehenen Dicke der Nabe 12 entspricht, kann im zusammengebauten Zustand gemäß Fig. 6 das zylindrische Verbindungselement 18 nicht heraus-

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fallen. Andererseits ist, wie ein Vergleich der Figuren 5 und 6 erkennen läßt, ein einfacher Zusammenbau gewährleistet. Durch ein genau definiertes Spiel A zwischen der Welle 9 und dem. Innendurchmesser der Nabe 12, welches vorzugsweise etwa 0,5% des Rollendurchmessers beträgt, wird ein Verklemmen des Schließkörpers 5 mit dem Sitz 3 des Ventils mit Sicherheit vermieden. In der Schließstellung des Ventils gemäß Fig. 1 übt die Welle 9 ein Drehmoment in Richtung der Pfeile 20 auf das Verbindungselement 18 aus, so daß dieses über die Nabe 12 und den Haltearm 7 den Schließkörper 5 in Richtung des Pfeiles 21 an den Sitz 3 drückt- Damit befindet sich das durch den Unterschied von Wellenaußendurchmesser und Nabeninnendurchmesser bedingte Spiel A auf der dem Schließkörper 5 zugewandten Seite der Welle 9.

Zum Öffnen des Ventils wird die Richtung des von der Welle; 9 ausgeübten Drehmoments umgekehrt, so daß dieses nunmehr entsprechend den Pfeilen 22 in Fig. 2 im Uhrzeigersinn wirksam ist. Damit zieht das Verbindungseleraent 18 den Schließkörper 5 in Richtung der Gehäuselängsachse um den Abstand B vom Sitzring 3 ab, wobei das Spiel A nunmehr auf der dem Schließkörper abgewandten Seite der Welle zwischen dieser und der Nabe 12 vorhanden ist. Diese Bewegung in Richtung der Gehäuselängsachse 15 ist durch den Pfeil 23 angedeutet. Durch dieses axiale Abziehen des Schließkörpers 5 vom Ventilsitz 3 erfolgt ein nahezu reibungsfreies Lösen des Schließkörpers 5 vom Sitz, so daß das Ventil rückfrei geöffnet werden kann.

Beim weiteren Drehen der Antriebswelle 9 wird nunmehr der Schließkörper 5 in Richtung der Pfeile 22 um die Mittellinie 24 der Antriebswelle 9 gedreht, bis der Schließkörper in der Offenstellung gemäß Fig. 3 weitgehend aus dem Strömungsweg herausgeschwenkt ist. Bedingt durch das Gewicht des Schließkörpers 5 und/oder Reaktionskräfte des das Ventil durchströmenden Mediums liegt auch hier das Spiel A auf der dem Schließkörper 5 abgewandten Seite der Welle 9. Die Exzentrizität C zwischen der Mittelachse 15 des Ventilsitzes 3 und des Gehäuses 1 einerseits und der Mittellinie 24 der Antriebswelle 9 andererseits ist der besseren Deutlichkeit halber in der Zeichnung vergrößert wiedergegeben.

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Beim Schließen des Ventils laufen die Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab. Sobald der Schließkörper aus der Offenstellung gemäß Fig. 3 soweit im Gegenuhr zeiger sinn geschwenkt ist, daß er mit einer Kante am Sitzring -3 anliegt, kippt und verschiebt die Antriebswelle 9 über das Verbindungselement 18 den Schließkörper 5 im wesentlichen in Achsrichtung der Gehäuselängsachse 15 soweit, bis über den gesamten Umfang ein dichtender Abschluß erreicht ist. Das zunächst gemäß Fig. 2 auf der dem Schließkörper 5 abgewandten Seite der Welle 9 vorhandene Spiel A wandert mit der Verringerung des Spaltes B auf die dem Schließkörper 5 zugewandte Seite, so daß sich wiederum die aus Fig. 1 ersichtliche Schließstellung ergibt. Da beim Schwenken des Schließkörpers keinerlei Reibung zwischen diesem und dem Sitzring auftritt, kann der Schließkörper genau und druckfrei eingestellt werden. Dies bedeutet eine gute Regelgenauigkeit des Ventils auch im Bereich kleiner Öffnungsquerschnitte. Die Verwendung eines zylindrischen Verbindungselements führt zudem gegenüber einemprismatischen Kraftübertragungskeil zu einer erheblichen Verringerung der Flächenbelastung des Verbindungselements und der angrenzenden Wandteile von Welle und Nabe.

Le e rs e i t e

Claims

HONEYWELL GmbH 24. Mai 1978

Frankfurt am Main 07-0381 Ge

Drehkegelventil

Patentansprüche:

M.) Ventil, insbesondere Regelventil, mit einem in einem rohrförmigen Gehäuse konzentrisch zur Gehäuselängsachse angeordneten, ringförmigen Ventilsitz sowie einem als Kugelkalotte ausgebildeten Schließkörper, der mittels eines von zwei starren Tragarmen an einer sich rechtwinklig zur Gehäuselängsachse erstreckenden und gegenüber dieser mit geringer Exzentrizität versetzten Antriebswelle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendur climes ser (13) deir am wellenseitigen Ende des Tragarms (7) vorgesehenen Nabe (12) etwas größer bemessen ist als der Außendurchmesser des' in die Nabe (12) hineinragenden Teils (8) der Antriebswelle (9) und daß zur kraftschlüssigen Verbindung von Antriebswelle (9) und Nabe (12) ein zylindrisches, sich in Richtung der Antriebswelle erstreckendes Verbindungselement (12) dient, welches zur Hälfte in einer halbzylindrischen axialen Nut (17) in der Mantelfläche der Antriebswelle (9) liegt und mit seiner anderen Hälfte von einer halbzylindrischen Ausnehmung (14) in der Innenwand der Nabenbohrung (13) aufgenommen wird.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbzylindrische Ausnehmung (14) der Nabe (12) auf der der Gehäuselängsachse (15) zugewandten Seite (16) verschlossen und die Länge der Nut (17) im Antriebswellenende(8) etwa der in Richtung der Antriebswelle (9) gesehenen Dicke derNabe (12) entspricht.
3. Ventil nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (14) der Nabe (12) durch ein halbkreisförmiges Sackloch gebildet ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserdifferenz zwischen Außendurchmesser des Antriebswellenendes (8) und Innendurchmesser der Nabe (12) etwa 0,5% des Wellendurchmessers beträgt.

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