DE3902185C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehventil aus Keramik, mit einem um eine Achse drehbaren Ventilkörper, mit einer äußeren Umfangsfläche von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt konzentrisch zur Drehachse, einer Ventilöffnung, die sich quer zur Drehachse des Ventilkörpers erstreckt und zumindest je einer Kante im Bereich der stromaufseitigen und der stromabseitigen Mündung der Ventilöffnung des Ventilkörpers, wobei jede der Kanten einen vorauslaufenden Kantenabschnitt besitzt, der beim Öffnen des Drehventiles wirksam ist, und einen vorauslaufenden Kantenabschnitt besitzt, der beim Schließen des Drehventiles wirksam ist.

Ein Drehventil der eingangs genannten Art ist aus der EP-B1-00 29 732 bekannt. Ein derartiges Kugelventil erfordert jedoch im allgemeinen eine Schleifbearbeitung seines Fluidkanales und bildet eine für bestimmte Anwendungen unerwünschte Drosselstelle, da der Fluidkanal des Ventiles einen gegenüber der angeschlossenen Verrohrung verringerten Strömungsquerschnitt aufweist.

Ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Drehventiles zur Regulierung der Fluidströmung in einem Rohrsystem ist in Fig. 3 gezeigt. Bezugnehmend auf dieser Figur ist ein Drehventil A geöffnet, d. h. ist dessen Durchgangsöffnung B in Übereinstimmung mit dem Fluidkanal D eines Rohres C, wenn das Drehventil A die gezeigte Lage durch Drehung um seine Mittelachse in einer Richtung einnimmt, die durch den Pfeil angedeutet ist, so daß die Fluidströmung durch das Drehventil A hindurchgestartet wird. Das Drehventil A ist geschlossen wenn es in gleicher Richtung weitergedreht wird (für den Fall eines Einweg-Drehventils) oder in entgegengesetzte Richtung gedreht wird (im Falle eines Zweiweg-Drehventils). Das Drehventil A besteht aus Keramik, wenn das Fluid eine hohe Temperatur aufweist oder das Fluid hoch korrosiv ist.

Im Rahmen einer automatischen oder Fernsteuerung der Fluidströmung in einem Rohrsystem ist es erforderlich, genau das Öffnen und Schließen des Drehventils A zu steuern. Insbesondere in dem Fall, daß das Fluid, das gesteuert wird, Gas ist, ist es erforderlich, das Drehventil A exakt in bezug auf seine Lage, in der der Öffnungsbeginn erfolgt und der Lage, in der es das Öffnen des Strömungskanales beendet, zu steuern.

Wenn jedoch das Drehventil A aus Keramik besteht, weist seine gebrannte Außenseite eine verhältnismäßig geringe Maßgenauigkeit infolge von Schwingung in Verbindung mit dem Brennvorgang für die Keramik auf. Da außerdem derartige Preßformkörper sich in ihrem Kontraktionskoeffizienten voneinander unterscheiden, variiert der Drehwinkel des Drehventils A zwischen der Lage, in der es seinen Öffnungsbeginn aufweist und der Lage, in der es das Öffnen der Durchflußöffnung für das Fluid beendet, voneinander von einem Produkt zum anderen, d. h. von einem Ventil zum anderen infolge der unterschiedlichen Kontraktionskoeffizienten der Ventile. Aus diesem Grund ist es erforderlich gewesen, eine komplizierte maschinelle Feinbearbeitung an dem Drehventil vorzunehmen, um genaue Abmessungen desselben zu erhalten.

Um dieses Problem zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, die Durchgangsbohrung bzw. -öffnung kleiner als einen Enddurchmesser nach dem Brennen auszulegen und anschließend die Durchgangsöffnung auf den erforderlichen Durchmesser zu schleifen. Dies erfordert jedoch eine teure maschinelle Bearbeitung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Fertigungsaufwand bezüglich einer Nachbearbeitung des Ventiles ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit seiner Abmessungen verringert und eine genaue Steuerung des Öffnens und Schließens des Drehventiles unter Berücksichtigung von Maßabweichungen innerhalb einer Fertigungsserie durch eine einfache Endbearbeitung des Ventiles erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Drehventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der vorauslaufenden Kantenabschnitte abgeschrägt ist, derart, daß eine Schrägfläche gebildet ist, die Teil einer Mantelfläche eines gedachten, zugehörigen Kegels ist, dessen Spitze mit der Drehachse des Drehventils zusammenfällt.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Drehventiles nach der vorliegenden Erfindung, das vorzugsweise in einem Rohrsystem, für das eine besonders gute Wärme- und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, verwendet wird oder das für eine exakte Steuerung der Fluidströmung in einem Rohrsystem vorgesehen ist, sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 einen horizontalen Schnitt eines Teiles eines Rohrsystems, in dem ein keramisches Drehventil nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht des Drehventils nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Vertikal-Schnittdarstellung eines Teiles eines Rohrsystems, in dem ein keramisches Drehventil nach dem Stand der Technik eingesetzt ist.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 ist ein Rohrsystem gezeigt mit einem Rohr 1, das einen Fluidkanal 5 aufweist, einem Paar Dichtungsringe 3, die in dem Rohr 1 derart angeordnet sind, daß sie in axialer Richtung des Rohres 1 voneinander beabstandet sind, einem keramischen Drehventilkörper 2, der in den Dichtringen 3 derart angeordnet ist, daß er um eine Achse 6 drehbar ist, die sich quer zur Achse des Rohres 1 im rechten Winkel zu dieser erstreckt und einem Paar Druckteile 4, die zwischen den Dichtringen 3 und den entsprechenden Schultern 1a, ausgebildet in dem Rohr 1, eingesetzt sind.

Im einzelnen ist das Drehventil bzw. der Drehventilkörper 2 im wesentlichen in Form einer zylindrischen Stange ausgebildet und ist mit einer Ventilöffnung 7 von kreisförmigem Querschnitt versehen, wobei sich die Mittelachse 11 dieser Öffnung im rechten Winkel quer zur Drehachse 6 des Drehventilkörpers 2 erstreckt. Auf diese Weise ist der Drehventilkörper 2 drehbar in teilzylindrischen Vertiefungen 3a, ausgebildet in den Dichtungsringen 3, gelagert und aufgenommen.

Ein Formteil, d. h. der Ventilkörper 2 für das keramische Drehventil 10 wird durch Spritzgießen hergestellt. Der Formling hat ein Paar Kanten im Bereich des Überganges bzw. der Verbindung zwischen der im wesentlichen zylindrischen Außengeometrie (Außenumfang) und der Ventilöffnung 7. Jede dieser Kanten besitzt einen vorauslaufenden Kantenabschnitt 8, mit dem der Drehventilkörper 2 seine Öffnung, d. h. die Einstellung des Durchflußzustandes, beginnt, und einen vorauslaufenden Kantenabschnitt 9, mit dem der Drehventilkörper 2 seinen Schließvorgang abschließt, d. h. durch den der Durchflußzustand beendet wird. Die vorauslaufenden Kantenabschnitte 8 und 9 sind angefast bzw. abgeschrägt, so daß sie Flächenteile der Mantelfläche zweier rechtwinkliger Kegel bilden, deren Achsen mit der Mittelachse 11 der Durchgangsausnehmung 7 zusammenfallen und deren Spitzen in der Drehachse 6 des Drehventilkörpers 2 liegen. Im einzelnen sind die abgeschrägten Kantenabschnitte 8 und 9 so ausgeführt, daß sie Schrägflächen mit einer Breite von zumindest 0,2 mm bilden nachdem der Formling gebrannt ist und nachdem die Außenfläche bzw. der Außenumfang einer Endschleifbearbeitung unterzogen worden ist. Das Drehventil 2 ist von der Art des Einweg-Drehventiles, d. h. vom Typ eines Drehventils, das nur in einer Richtung gedreht wird.

Infolge der Abweichungen im Schwindungskoeffizienten bzw. Kontraktionskoeffizienten beim Brennen, weichen die gebrannten Keramikprodukte voneinander in ihren Abmessungen ab. Zum Beispiel können zwei gebrannte Teile 10 und 10′ in ihren Abmessungen sich so unterscheiden, wie dies in übertriebener Weise in Fig. 2 dargestellt ist, in der das eine Teil 10 durch eine Vollinie repräsentiert ist und das andere Teil 10′ durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. In diesem Fall ist α ein Winkel zwischen der Mittellinie 11 (der Durchflußöffnung) und einer diametralen bzw. diagonalen Linie 12, die in einer gemeinsamen Querschnittsebene verlaufen und β ist ein Winkel zwischen der Mittellinie 11 und einer weiteren diametralen bzw. Diagonallinie 13, die ebenfalls in der vorerwähnten gemeinsamen Querschnittsebene verlaufen. Da die Formteile bezüglich ihrer Gesamtform gleichartig beim Brennen schwinden bzw. die gebrannten Produkte in entsprechender gleicher Weise einer Kontraktion unterworfen sind, ändern sich die Winkel α und β relativ zueinander zwischen den gebrannten Formteilen 10 und 10′ nicht, d. h. die abgeschrägten Kanten 8 und 9 bilden Teile der Mantelflächen der vorerwähnten Kegel, selbst nach dem Brennen. Infolgedessen wird es durch Schleifen der Außenumfangsflächen der gebrannten Teile 10 und 10′ auf die erforderlichen Abmessungen, wie dies in übertriebener Darstellung durch die unterbrochene Strichlinie in Fig. 2 dargestellt ist, für die beiden Drehventile 10 und 10′ möglich, sich zwischen der Lage, in der das Öffnen des Ventils beginnt und der Lage, in der das Schließen des Ventils abgeschlossen ist, über den gleichen Winkel hinweg zu bewegen, selbst dann, wenn die Ventilöffnungen 7 der beiden Ventile 10, 10′ sich in ihrem Bohrungsdurchmesser bzw. Öffnungsdurchmesser voneinander unterscheiden.

Nach der Endschleifbearbeitung wird der Drehventilkörper 2 einer Trommelendbearbeitung bzw. Reinigung unterzogen, um hierdurch die scharfkantigen Bereiche an den gegenüberliegenden Enden der Ventilöffnung 7 in gerundete bzw. gebrochene Kantenabschnitte von 0,1 bis 0,3 mm Radius umzubilden. Dies ist wirksam, um außerdem ein Absplittern oder Ausbrechen des Drehventilkörpers 2 an seinen gegenüberliegenden Enden zu vermeiden, zusätzlich zur Wirkung des vorerwähnten Abschrägens bzw. Anfasens.

Aus dem Vorangehenden wird deutlich, daß die abgeschrägten bzw. angefasten Kantenabschnitte 8 und 9 sich während der Kontraktion des Produktes auf der Mantelfläche der vorbeschriebenen Kegel bewegen, da die Formteile sich proportional bzw. entsprechend ihrer Formgebung zusammenziehen bzw. eine der jeweiligen Form entsprechende übereinstimmende Schwindung aufweisen. In diesem Zusammenhang werden die Breiten der abgeschrägten Kantenabschnitte 8 und 9 vor dem Trennen so ausgebildet, daß sie größer als 1% des Ventilradius (Radius des zylindrischen Ventilkörpers 2) betragen, um die Veränderungen der Außenumfangsabmessungen des Drehventils 2 zu berücksichtigen. In diesem Zusammenhang sind praktisch 2-3% des vorgenannten Radius wünschenswert.

Es ist außerdem deutlich, daß nach der vorliegenden Erfindung eine genaue Steuerung des Öffnens und Schließens des Drehventilkörpers 2 lediglich durch Endschleifbearbeitung des Außenumfanges bzw. der Außenumfangsfläche des Drehventilkörpers 2 erreicht werden kann und es gleichzeitig möglich wird, die Möglichkeit eines Absplitterns oder Abbrechens des Drehventilkörpers 2 an den gegenüberliegenden Enden der Ventilöffnung 7 praktisch beseitigt, zumindest wesentlich vermindert wird.

Es ist außerdem deutlich, daß es zum Erreichen einer reproduzierbaren Genauigkeit der jeweiligen Stellung, in der das Drehventil mit dem Öffnen und Schließen beginnt, die abgeschrägten Kantenabschnitte 8 und 9 erforderlich sind und auch nach der Endschleifbearbeitung des Außenumfanges des Drehventilkörpers 2 vorhanden sein müssen. In Verbindung hiermit ist es wünschenswert, daß die abgeschrägten Kantenabschnitte 8 und 9 Schrägflächen von zumindest 0,2 mm oder mehr Breite aufweisen bzw. bilden, um zu verhindern, daß der keramische Drehventilkörper 2 Absplitterungen oder einem Ausbrechen an diesen Bereichen unterliegt.

Es wird außerdem deutlich, daß die Kanten an den Verbindungsstellen bzw. Übergängen zwischen dem Außenumfang und den gegenüberliegenden Enden der Ventilöffnung 7 vollständig in der vorerwähnten Weise angefast bzw. abgeschrägt sein können, d. h. so abgeschrägt sein können, daß sie Teile der Mantelfläche der erwähnten Kegel bilden, deren Achsen mit der Mittelachse 11 der Ventilöffnung 7 übereinstimmen und deren Spitzen in der Drehachse 6 des Drehventils liegen. Wenn dies der Fall ist, bilden die vollständig angefasten bzw. abgeschrägten Kanten 8 und 9 keinen spitzen Winkel mit der teilzylindrischen Außenumfangsfläche des Drehventilkörpers 2, so daß sie noch wirkungsvoller sind, um ein Absplittern des Drehventilkörpers 2 an den gegenüberliegenden Enden der Ventilöffnung 7 während der Handhabung des Ventils als Einzelteil oder während seiner Verwendung innerhalb des Systems zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehventil aus Keramik, mit Kanten an den Verbindungs- bzw. Übergangsstellen zwischen einer im wesentlichen zylindrischen Außenfläche des Ventilkörpers und gegenüberliegenden Enden einer Ventildurchgangsausnehmung. Jede dieser Kanten hat einen vorauslaufenden Kantenabschnitt, mit dem das Ventil seinen Öffnungszustand beginnt und einen vorauslaufenden Kantenabschnitt, mit dem das Ventil seinen Öffnungszustand beendet. Die vorauslaufenden Kantenabschnitte sind so abgeschrägt, daß sie Teil der Mantelfläche rechtwinkliger Kegel bilden, deren Spitzen mit der Drehachse des Drehventils zusammenfallen und deren Achsen mit der Mittelachse der Durchgangsöffnung des Ventils zusammenfallen.

Obwohl das Drehventil hier als ein Ventil erläutert und dargestellt wurde, das im wesentlichen eine zylindrische Außengestalt und eine zylindrische Außenkontur aufweist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Drehventil kugelförmig sein, d. h. eine Kugelfläche als äußere Umfangsfläche besitzen.

Daher kann die Erfindung auch auf ein Drehventil angewandt werden, daß eine Außengestalt mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, konzentrisch mit seiner Drehachse, aufweist.

Claims (7)

1. Drehventil aus Keramik, das um eine Achse drehbaren Ventilkörper, mit einer äußeren Umfangsfläche von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt konzentrisch zur Drehachse, einer Ventilöffnung, die sich quer zur Drehachse des Ventilkörpers erstreckt und zumindest je einer Kante im Bereich der stromaufseitigen und der stromabseitigen Mündung der Ventilöffnung des Ventilkörpers, wobei jede der Kanten einen vorauslaufenden Kantenabschnitt besitzt, der beim Öffnen des Drehventiles wirksam ist und einen vorauslaufenden Kantenabschnitt besitzt, der beim Schließen des Drehventiles wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der vorauslaufenden Kantenabschnitte (8, 9) abgeschrägt ist, derart, daß eine Schrägfläche gebildet ist, die Teil einer Mantelfläche eines gedachten, zugehörigen Kegels ist, dessen Spitze mit der Drehachse (6) des Drehventiles zusammenfällt.

2. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche nach einer Endschleifbearbeitung der äußeren Umfangsfläche des Drehventils eine Breite von zumindest 0,2 mm aufweist.

3. Drehventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) ein Zylinderkörper mit koaxial zur Drehachse (6) verlaufender äußerer Umfangsfläche ist, die Ventilöffnung (7) eine Mittelachse (11) aufweist, die sich rechtwinklig zur Drehachse (6) des Ventilkörpers erstreckt und die Schrägflächen der gegenüberliegenden Mündungen der Ventilöffnung (7) auf der Außenumfangsfläche des Ventilkörpers (2) Teil der Mantelflächen zweier gedachter, rechtwinkliger Kegel bilden, deren Spitzen in der Drehachsen (6) des Ventilkörpers (2) liegen und deren Kegelmittelachsen mit der Mittelachse (11) der Ventilöffnung (7) zusammenfallen.

4. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kanten einen vorauslaufenden Kantenabschnitt (8), der den Beginn der Öffnung des Drehventiles bestimmt, und einen vorauslaufenden Kantenabschnitt (9), der den Eintritt des Sperrzustandes des Drehventiles bestimmt, aufweist und die Kanten lediglich im Bereich der das Öffnen und Schließen bestimmenden, vorauslaufenden Kantenabschnitt (8, 9) mit einer Schrägfläche versehen sind.

5. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten entlang ihrer die Ventilöffnung (7) begrenzenden Gesamtlänge mit einer Schrägfläche versehen sind.

6. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehventil (10, 10′) in ein einen Fluidkanal (5) bildendes Rohr (1) eingesetzt ist.

7. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) des Drehventiles (10, 10′) zum Öffnen und Schließen in einer Drehrichtung drehbar ist.