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Ventilsitzeinrichtung, insbesondere
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für Drehkegelstellventile
Die Erfindung betrifft eine
einteilige, relativ einfache Ventilsitzeinrichtung mit unmittelbarer Anordnung am
Drehkegelventilgehäuse, so daß die Sitz- Dichtkante/Fläche sich gegenüber dem im
Gehäuse exzentrisch gelagerten weiteren Ventilprimärteil, dem Drehkegel (einstellbarer
Widerstand) in dessen Zustellung zentrierend anpassen kann, und die flanschförmige
Profilierung der Sitzausbildung nach außen hin, sowohl den Gehäuseabschluß als auch
den Rohrleitungsanschluß bildet.
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Die durchströmten Flächen der Ventilsitzeinrichtung haben keine unterbrochenen
Oberflächen (Nuten, Fugen) für den Montagewerkzeugformschluß oder bedingt durch
nicht einteilige Konstruktionsausführung.
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Bei den Drehkegelventilen, die zu der Gattung Stellamaturen/Stellventile/Regelventile
gehören, die den Richtlinien/Bedingungen nach VDI/VDE 2173, 2174 entsprechen/angepaßt
wurden, sind zwei Primärfunktionsteile im Gehäuse erforderlich, nämlich die Ventilsitzeinrichtung,
als nichteinstellbarer Widerstand und der Drehkegel als einstellbarer Widerstand.
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Der Sitzring/Ventilsitz bestimmt die maximale Druchflußkapazität (Kv-Wert)
des Stellventiles und die Regelung des Durchflußmediums, sowie die Abdichtungsqualität
des Ventilabschlusses (Leckage), in Verbindung mit dem Drehkegel, der sowohl exzentrisch
gegenüber der Sitzbuchsmitte, drehgelagert, als auch zentrisch (Kugelhahn) dazu,
drehgelagert
ist.
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Für die Regelung verfahrenstechnischer Vorgänge werden u.a. diese
Drehkegelventile eingesetzt. Bei der Regelung wird der Drehkegel gegenüber der Sitzkante
/Fläche von der Sitzeinrichtung, entsprechend verstellt/eingestellt, bzw. zugestellt,
um auch die vorgeschriebene/genormte Leckage zu erzielen. Verwirklichbar ist diese
Forderung nur, wenn die Teile sich an den Sitz, -Dichtkanten/ Flächen zentrisch
berühren, was nur durch automatische Anpassung des Sitzes gewährleistet werden kann
um die Fertigungstoleranzen der Teile ausgleichen zu können. Ferner muß die Ventilsitzeinrichtung,die
nicht nur als Primärfunktionsteil zählt, sondern auch Hauptverschleißteil ist, relativ
leicht bzw. einfach auszutausnhen sein, auch dann, wenn andere Kapazitätsgrößen
(Reduzierungen/Anderungen) in der Anlage verlangt werden.
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Bekannt sind Drehkegelventile verschiedener Fabrikate, die aber alle
als Sitzeinrichtung mit Sit.7dichtung zwei und mehr Teile benötigen. Die Sitzeinrichtung
ist im Inneren der Gehäuse unmittelbar mit Gewinderingen, Einlaßringen bzw.
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Einlaßflanschen, Halteringen, angeordnet. Die Teile bilden eine unterbrochene
Durchströmungsfläche an ihren Berührungsgrenzen (Fugen) bzw Bewegungsschlitzen,
und am Gewindeauslauf. Eine automatische Anpassung dieser mehrteiligen Ventilsitzeinrichtung
gegenüber dem Drehkegel, führt zu dem Nachteil, daß die beiden Teile, Sitzring
und
Fassung, keine zentrische nabtlose, versatzfreie Durchströmungsoberfläche mehr haben.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich diese Absätze, Kanten, Fugen, Nuten, Gewindegänge
nicht nur strömungsungünstig auswirken (Geräuschpegel) sondern auch die Demontage
für Ersatzteilaustausch oder Durchsatzänderung, sehr erschweren, ja sogar bei entsprechenden
Medien unmöglich machen, weil das Strömungsgut diese Spalten zugebacken.hatte, und
weil durch die Gewindeverspannung eine Materialverschweißung (Festfresser) entstand.
Weitere Nachteile sind die Spaltkorrosion und die Bakterienbildung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielzahl der Teile als
Sitzeinrichtung auf ein relativ einfaches Sitzteil zu vereinfachen, das die Funktion
der anderen Teile auch erfüllt, und die Handhabung bei Ersatzteil bzw. Größenaustausch
zu erleichtern, rationeller zu machen und um die Toleranzen der Vielzahl von Teilen
auf ein Teil einzuengen, damit die Leckagevorschrift ohne Teiletoleranzaufwand,
bzw. ohne Nacharbeit erreicht werden kann, (Ersatzteilaustausch) ferner um den Fertigungsaufwand
kostensparender zu gestalten.
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Dabei soll die Problematik überwunden werden, daß nach einer vorgegebenen
Betriebszeit in der Anlage, die Sitzaustauschbarkeit relativ schwierig bzw.
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nicht mehr möglich war, weil sich die Fugespalten der Einzelteile
von der Sitzeinrichtung mit Medium zwbackten, bzw. durch die Gewindeverpressung
festgefressen
hatten. Auch sollten die Oberflächenunterbrechungen (Montagenuten, Gewindeauslauf,
Fügespalten an deren durchströmten Teilen aus strömungstechnischen Gründen (Wirbel,
Turbulenzen) vermieden werden, um einen nahtlosen glatten Strömungsübergang zwischen
Anlagerohrleitung und Amaturensitzeinlauf zu erreichen und zwar auch mit Rücksicht
darauf, daß auch die verschleißfestesten Werkstoffe, wie z.B. Oxidkeramik, Hartmetall,
verwendet werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilsitzeinrichtung
nur noch aus einem relativ einfachen Teil besteht, das (radial) sich dem Drehkegel
gegenüber automatisch bei der Montage (Kegel in Zustellung) anpaßt und mit seiner
Sitz, -Dich',kante/Fläche außerhalb, bzw.
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innerhalb des Gehäuses sich dem Kegel zuwendet, angeordnet ist. Ferner
mit seiner flanschförmigen Außenkontur sowohl den Gehäuseabschluß, als auch den
Rohrleitungsanschluß bildet.
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Die Querschnittsprofilierung kann SD hergestellt werden, daß außer
der radialen, auch eine axiale Anpassung gegenüber dem Drehkegel in Montagezustellung,
automatisch erreicht wird, um die Maße-Anderung bei thermischer Belastung (Ausdehnung)
oder durch die Fertigungstoleranz auszugleichen.
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Die Ventilsitzeinrichtung kann-auch so ausgebildet sein, daß ein Austausch
dieser Einrichtung
ohne Ausbau der ganzen Armatur aus der Anlagenrohrleitung
möglich ist (Ersatzteilaustausch).
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Die Ventilsitzeinrichtung zum-Kegel hin ist so orientiert uni ausgebildet,
daß Strömungstoträume auf ein Minimum reduziert werden.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile werden im folgenden weiterhin
erläutert.
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1. Vermeidung einer Vielzahl von Teilen mit deren Fertigungsaufwand,
Toleranzsummationen, Montage und Demontageproblematik,Teileaustauschbarkeit,sowie
deren Lagerhaltung;Schaffung eines einzigen einfachen geometrischen Körpers, eines
einzigen unabhängigen Teils, das außer der Mengendurchsatz, -Dicht, -Sitzfunktion
auch das Gehäuse abschließt/überbrückt und den Rohrleitungsanschluß bildet.
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2. Das einzige Teil zentriert/paßt sich dem Drehkegel gegenüber in
dessen Zustellung bei der Montage an und bleibt anpassbar bei en'-sprechender Querschnittsprofilierung,
wenn Maßänderungen, Ausdehnungen, z.B. durch thermische Belastungen, im Betriebszustand
auftreten.
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3. Dieses eine einzige Teil an sich und die Fügung mit dem Gehäuse
bewirkt, daß keine Spalten, Fugen, Hohlräume, Nischen, Gewindiele/Fasen vom Strömggut
(Medium) belegt werden und durch dessen Rückstände ein Zubacken der Teile entstehen
läßt, das eine Demontage erschwert, bzw. verhindert, zu Spaltkorrosion führt, oder
zur Bakterienbildung beiträgt (Lebensmittelindustrie).
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LI. Dieses einzige Teil hat weder einen direkten noch einen indirekten
Einpaß bzw. Gewindespannung, was erfahrungsgemäß zu Materialverschweißungen (Festfressen)
führen würde. Es kann außerhalb, also an das Gehäuse, oder innerhalb, also mit seiner
Sitz, -Dichtkante in das Gehäuse hineinragend, unmittelbar angeordnet werden.
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5. Diese Sitzeinrichtung läßt sich deswegen relativ leicht demontieren
und gestattet sogar bei entsprechender Querschnittsprofilierung einen Teileaustausch
ohne Ausbau der Armatur aus der Anlagenrohrleitung. Dadurch ist bei Verschleißteilaustausch,
bzw. wenn die Durchsatzkapazität (Kv-Wert) aus verfahrenstechnischen Gründen geändert
werden muß, eine kürzere Unterbrechung der Produktion erreicht, bzw.
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auf ein Minimum gesenkt.
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6. Das Teil hat keine unterbrochenen Durchströmungsoberflächen, und
besitzt dadurch den Strömungstechnischen Vorteil der Vermeidung von Wirbeln, Turbulenzen
und Geräuschen.
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Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun anhand der beiliegenden
Figuren, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, weiterhin erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Drehkegelstellventil, ohne Antrieb, längswandig
aufgeschnitten in perspektivischer
isometrischer Projektion, um
die relativ einfache Sitzeinrichtung 1 mit ihren ununterbrochenen Durchströmungsoberflächen
2, mit ihrer Anordnung gegenüber dem Gehäuse 3 und um die Anpassbarkeit gegenüber
dem Drehkegel 4, der aber nicht in geschlossener Stellung dargestellt ist um den
Durchströmungsverlauf durch das Stellventilinnere sichtbar zu machen.
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Fig. 2 das Drehkegelstellventil nach Fig. 1, in einer Ansicht im Längsschnitt,
mit der Sitzeinrichtung 1 mit ihrem konischen, düsenförmigen Durchströmungsübergang
2 oberhalb der Gehäuseachse 5, als alternativer Durchströmungsübergang unterhalb
der Achse 5 eine lippen-,blendenförmige Profilierung 6, um die Vorteile nach Fig.
3 zu erreichen. Der Drehkegel 4 ist in Zu-Stellung dargestellt. Das Gehäuse 3 kann
sowohl ohne Flansche als auch in Flanschausführung wie an der Stelle 1o gezeichnet,
verwendet und in die Rohrleitung eingeklemmt, bzw. geflanscht werden.
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Fig. 3 im Längsschnitt die einteilige Sitzeinrichtung 1, als einfachste
ringmembranförmige Scheibe. Die Sitzeinrichtung 1 paßt sich radial mit seiner Sitz-,Dichtkante/Fläche
7 bei der Montage und axial sowohl bei der Montage, als auch im Betriebszustand
durch Maßänderungen durch
z.B. thermische Ausdehnung an. Die Abdichtung
8 nach außen zwischen Sitzeinrichtung 1 und Gehäuse 3, ist in eine der jeweiligen
Planflächen eingelassen/ gekammert.
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Fig. 4 das Drehkegelstellventil im Längsschnitt mit der Sitzeinrichtung
1 als relativ einfachen Körper, der mit einem Vor-Zentrierabsatz 9 im Gehäuse 3
etwas eingelassen ist, aber den erforderlichen radialen Ausgleich 11 gegenüber dem
Drehkegel 4 gestattet. Die Sitz-Dichtkante/Fläche 7 der Sitzeinrichtung 1 ragt noch
mehr in das Gehäuse 3 hinein um eine längere Durchströmungsoberfläche 2 mit konischem,
oder balligem, konvexem, strömungstechnisch günstigen Übergang zu erzielen, bzw.
um an den Drehkegel 4 heranzukommen mit Rücksicht auf die genormte Baulänge der
Gehäuse 3 Fig. 5 das Drehkegelstellventil im Längsschnitt mit der Sitzeinrichtung
1, als Körper wie Fig. 4, aber ohne Vorzentrierabsatz 11, gegenüber dem Gehäuse
3. Dafür ist der größere Abstand 12 zwischen dem Gehäuse 3 und der in das Gehäuse
hineinragende Profil 13 der Sitzeinrichtung 1 besser mit dem Medium umspülbar, wodurch
die Nachteile von Spalten, Fugen nicht auftreten.
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Weitere Vorteile wie nach Fig. 4 beschrieben.
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Fig. 6 das Drehkegelstellventil im Längsschnitt mit der Sitzeinrichtung
1, als Körper wie Fig. 4 und Fig. 5, aber mit relativ tief eingelassener, gekammerter
Dichtung 8, zwischen Gehäuse 3 und Sitzeinrichtung 1.
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Die Sitz-,Dichtkante/Fläche 7 kann sowohl schräg angefast, eckig,
oder gerundet werden mit Rücksicht auf Funktion und '.derkstoffqualitat, z.B. sehr
harter verschleißfestes Material wie Hartmetall oder Keramik.
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Eine Montage-, Transportsicherung 14 für die Sitzeinrichtung 1 kann
mit dem Gehäuse 3 verbunden sein. (2 Stück, oder mehr als 2 Stück Schrauben).
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Fig. 7 das Drehkegelstellventi im Längsschnitt mit der Sitzeinrichtung
1, als totraumarme, strömungsgünstigste Konstruktion, die sowohl in das Gehäuse
3 eingelassen werden kann, oder wie dargestellt, vor das Gehäuse 3 gesetzt ist um
die Fugen, Spalten wegzubekommen, und um die Vorteile der radialen Anpassung und
der Montage, bzw. bei Ersatzteilaustausch, zu haben.
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L e g e n d e 1 Sitzeinrichtung 2 Durchströmungsoberflächen vom Teil
1 3 Gehäusekörper 4 Drehkegel 5 Längsachse (geometrisch) 6 Lippenförmige, blendenartige
Profilierung der Durchströmungsfläche von Teil 1 7 Sitz-, Dichtkante/Fläche 8 Abdichtung
nach außen hin, zwischen Teil 1 und 3 9 Vorzentrierabsatz 1o Flanschausführung von
Teil 3 11 Ausgleichsspiel radial bei Vorzentrierabsatz 9 12 Abstand, Raum zum Mediumumspülen,
zwischen Teil 1 und 3 13 Profilierung, Kontur von Teil 1 innerhalb von Teil 3 14
Montage-, Transportsicherung (Ösen, Lappen für z.B. Schraubenanbringung)