DE4102791A1 - Drehkegelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehkegelventil gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE 36 37 857 A1 ist ein derartiges Drehkegelventil bekannt, welches in einem Gehäuse einen exzentrisch gelager­ ten Drehkegel aufweist. Das Gehäuse enthält eine mit dem Drehkegel zusammenwirkende Sitzeinrichtung, wodurch einer­ seits die Durchflußkapazität und andererseits die Güte der Abdichtung in geschlossenem Zustand des Drehkegelventils also die Leckage, vorgegeben wird. Um mit dem vorbekannten Drehkegelventil in der Zustellung des Drehkegels eine mög­ lichst kleine Leckage zu erreichen, ist ein nicht unerheb­ licher Fertigungs- und Montageaufwand erforderlich. Das vorbekannte Gehäuse weist einen Gehäusebasisring mit einer kurzen Baulänge als achsspielfreie Drehkegellageraufnahme auf. Ferner ist ein Abdichtungsraum für die Ventilwelle vorgesehen und es ist ferner eine Aufnahme für Gehäuse­ endstücke vorhanden, wobei eine angefügte Ventil-Sitzeinrich­ tung gleichzeitig als Gehäuse-Endstück funktionieren soll. Hierdurch ist ein entsprechender konstruktiver Aufwand erfor­ derlich und die Einstellung und Optimierung auf eine minimale Leckage ist nicht ohne weiteres durchführbar.

Hiervon ausgehend liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Drehkegelventil dahingehend weiterzubilden, daß es eine vereinfachte Konstruktion auf­ weist, wobei mit geringem Montage/Justage-Aufwand eine Anpassung von Drehkegel und Sitzeinrichtung, insbesondere zur Reduzierung der Leckage, durchgeführt werden kann. Die Montage und Justierung soll vereinfacht werden, ohne daß insoweit besondere Fertigungstoleranzen zwischen den mitein­ ander zusammenwirkenden Teilen zu beachten sind. Das Dreh­ kegelventil soll für eine lange Lebensdauer minimale Leckage durch Nachjustierung vor Ort gewährleisten. Bei einer gegebe­ nenfalls vorgesehenen Revision sollen Ersatzteile ohne Nacharbeit in einfacher Weise ausgetauscht und justiert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Das erfindungsgemäße Drehkegelventil zeichnet sich durch eine verbesserte Konstruktion aus und ermöglicht eine verein­ fachte Fertigung und als Folge hiervon Kosteneinsparungen. Der Kegel ist in zweckmäßiger Weise zweiteilig mit einer einstellbaren Kalotte ausgebildet, welche in der Zustellung am Sitzeinlauf anliegt. Die Kalotte ist ein symmetrisches Drehteil und kann mit geringem Aufwand sehr präzise gefertigt werden. Die bei einem unsymmetrischen Drehkegel, insbesondere aufgrund von Unwuchten, Bezugs-, Anlage-, Einspannflächen auftretenden Schwierigkeiten und Unregelmäßigkeiten, führten in der Vergangenheit zu entsprechenden Leckraten, welche nunmehr aufgrund der symmetrischen Ausgestaltung der Kalotte vermieden werden. Mit geringem Aufwand kann zuverlässig die axiale Anpassung der Primärteile, nämlich Drehkegel und Sitzeinlauf, in der Zustellung bei der Montage justiert werden. Dies geschieht insbesondere durch Drehverstellung an der Kalottennabe mittels eines Schraubendrehers oder derglei­ chen. Diesbezügliche Toleranzen in den miteinander zusammen­ wirkenden Teilen entfallen. Des weiteren ist in einfacher Weise die Austauschbarkeit gewährleistet, ohne daß hierdurch eine Nachbearbeitung einzelner Bauteile notwendig würde. Die Kalotte kann bei der Montage in zuverlässiger Weise derart justiert werden, daß eine Leckage in der Zustellung des Drehkegels praktisch ausgeschlossen wird. Der mit der An­ triebswelle drehfest verbundene Basiskegel und die Kalotte können aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt werden, wobei insbesondere die Kalotte aus hochlegierten Stählen mit oder ohne Panzerung, Keramik oder aus einem für Weichstoff-Abdich­ tungen besonders geeigneten Werkstoff, wie insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE), besteht. Die Sitzeinrichtung wird in zweckmäßiger Weise ein- oder mehrteilig ausgebildet. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Sitzein­ richtung bzw. den Sitzeinlauf einteilig auszubilden. Die Verbindung des Basiskegels mit der Ventilwelle erfolgt in zweckmäßiger Weise mittels einer Gewindeverbindung, wobei eine definierte Vorspannung für Selbsthemmung vorgegeben wird. Anschließend an einen Gewindezapfen weist die Antriebs­ welle zweckmäßig eine Ringschulter auf, welche unter der vorgegebenen Vorspannung an eine Ringfläche des Basiskegels anliegt. In zweckmäßiger Weise enthält der Basiskegel eine Sackbohrung mit einem Innengewinde für den Gewindezapfen der Ventilwelle. Die vorgeschlagene Gewindeverbindung ermöglicht eine einfache Fertigung und Montage, wobei die Gewindeein­ drehrichtung die gleiche ist, wie die Drehrichtung der Antriebswelle, um den Drehkegel in die Zustellung zu fahren. Das Drehmoment wird als Anzieh-Vorspannmoment in der Weise vorgegeben, daß das Funktionsdrehmoment zum Drehen des Drehkegels wesentlich kleiner ist als das zulässige Dreh­ moment der Antriebswelle.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt,

Fig. 2, 3 vergrößert einen Schnitt sowie eine Ansicht des Drehkegels.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt das Drehkegelventil mit einer Ventilwelle 2 und einem Gehäuse 4. Mit dem freien Ende der Ventilwelle 2 ist ein hier nur schematisch angedeuteter Stellantrieb 6 drehfest verbunden. Der Stellantrieb 6 enthält zweckmäßig eine Hohlwelle 8, welche eine Lagerstelle der Ventilwelle 2 bildet. Ferner ist die Ventilwelle 2 mittels zwei Lagern 10, 11 im Gehäuse 4 gelagert. Die Ventilwelle 2 ist drehfest mit dem Drehkegel 12 verbunden, welcher einen Basiskegel 14 und eine Kalotte 16 aufweist. Der Drehkegel 12 ist auf seiner der Ventilwelle 2 abgewandten Seite mittels eines Zapfens 18 im Gehäuse 4 drehbar gelagert. Zwischen den Lagern 10, 11 sind zwecks Abdichtung Stopfbuchsen 20, 21 unter Zwischenschaltung einer Distanzhülse 22 vorgesehen. Im Bereich der Durchführung der Ventilwelle in den vom Medium durchströmbaren Raum 19 sind zur axialen Fixierung/Lagerung des Drehkegels 12 in Gehäuse 4, Hülsen 24 und 25 vorgesehen, welche einerseits an den Lagernabenaußenplanflächen 38 des Basiskegels 14 und andererseits am Lagerring 11 bzw. im Gehäuse 4 anliegen und erfindungsgemäß gleichzeitig als Wellen-, Zapfenschutzhülsen funktionieren. Das Lager 10 ist als ein Radialgleitlager ausgebildet, während der Lagerring 11 zur Aufnahme von Axialkräften dient und auch Radialkräfte aufnehmen kann und im Vergleich mit herkömmlicher Konstruk­ tion oder dem Radialgleitlager 10 wesentlich kürzer baut. Wie mittels strichpunktierten Linien 26 angedeutet, kann das Gehäuse 4 auch eine kürzere Baulänge am Wellendurchführungs-, Stopfbuchsraum aufweisen und die Distanzhülse 22 zwischen den genannten Stopfbuchsen entfallen. Die Einstellung und/ oder Nachstellung der Wellenabdichtung mittels Stopfbuchsen erfolgt durch einen Flanschring 28, der mit der Fassung des Lagers 10 formschlüssig verbunden ist oder an dieser Fassung direkt angeformt ist, also in einteiliger Ausführung herge­ stellt werden kann, wobei mittels Bohrungen 30 und Halte­ schrauben die Verbindung zum Gehäuse 4 hergestellt ist. Die Ventilwelle 2 ist folglich an maximal vier Stellen gelagert, wobei der Lagerring 11 vor allem aufgrund der kurzen axialen Länge praktisch keine besondere Lagerfunktion mehr ausüben muß und letztendlich nur zur Abstützung der Stopfbuchsen dient.

Zur Kupplung des Drehkegels 12 weist die Ventilwelle 2 am Ende einen Gewindezapfen mit einem Außengewinde 32 auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde einer Bohrung 34 des Basiskegels 14 mit Vorspannung eingeschraubt ist. Die Ventilwelle 2 weist eine Ringschulter 36 auf, welche an einer Ringfläche 38 des Basiskegels 14 fest anliegt. Diese beson­ ders zweckmäßige Gewindeverbindung vermeidet eine bei her­ kömmlichen Kupplungen auftretende wesentliche Schwächung der Ventilwelle. Die Montage ist sehr einfach, da die Ventilwelle lediglich eingeschraubt wird und mit einem entsprechenden Anzieh-Vorspannmoment funktionssicher mit dem Drehkegel verbunden wird. Das Drehmoment als Anzieh-Vorspannmoment wird in zweckmäßiger Weise in der Weise vorgegeben, daß das Funktionsdrehmoment wesentlich kleiner ist als das zulässige Drehmoment zur Belastung der Ventilwelle 2. So beträgt beispielsweise für ein Drehkegelventil der Nennweite DN 50 das Funktionsdrehmoment in Abhängikeit vom Differenzdruck des Stoffstroms von, z. B. Delta-p = 40 bar 37 Nm, während das maximal zulässige Drehmoment der Welle bei 148 Nm liegt; es wird folglich eine vierfache Sicherheit zuzüglich des Los­ brechmomentes gewährleistet.

Das Außengewinde 32 und das entsprechende Innengewinde 34 können in zweckmäßiger Weise als Feingewinde ausgebildet sein. Aufgrund der vorgebbaren Gewinde-Vorspannung wird Selbsthemmung dieser Verbindung zwischen der Ventilwelle 2 und dem Basiskegel 14 sichergestellt. Die Montage ist äußerst einfach, da die Ventilwelle 2 mit dem genannten Außengewinde 32 lediglich eingeschraubt wird und das erforderliche Vor­ spann-Drehmoment aufgebracht werden muß; eine zusätzliche Wellensicherung, welche eine Schwächung der Ventilwelle erfordern würde, kann entfallen. Die Bohrung 34 ist zweck­ mäßig als eine Sackbohrung ausgebildet, welche über einen hier strichpunktiert eingetragenen Boden 40 gegenüber dem vom Medium durchströmbaren Innenraum 19 des Gehäuses 4 abgetrennt ist. Diese Maßnahme dient in bevorzugter Weise zur Sicherung der Gewindeverbindung, selbst bei einem korrosiven Medium. Die Gewindeverbindung ist mittels des Bodens 40 zuverlässig gegen nachteilige Einwirkungen geschützt. Ferner kann im Rahmen dieser Erfindung der Boden 40 als Anschlag für die Stirnfläche der Ventilwelle 2 zum Festspannen dienen; die Ringschulter der Ventilwelle 2 entfällt dann!

Mit dem Gehäuse 4 ist ferner ein einteilig ausgebildeter Sitzeinlauf 42 fest verbunden, an welchem in der Zustellung die Kalotte 16 des Drehkegels 12 dicht anliegt. Der Basis­ kegel 14 weist eine Durchgangsbohrung mit einem Innengewinde 44 auf, welche ebenso wie das eingreifende Außengewinde der Kalotte 16 als Feingewinde ausgebildet ist. Das genannte Außengewinde ist an einem Zapfen 46 der Kalotte 16 angeord­ net, wobei dieser Zapfen vom Innenraum 19 des Gehäuses her zugänglich ist, da er im Basiskegel 14 in die Durchgangs­ bohrung geschraubt ist. Der Zapfen 46 enthält eine Ausneh­ mung 48, in welche ein Montagewerkzeug einführbar ist. In der Zustellung des Drehkegels 12 kann somit in einfacher Weise die Justierung der Kalotte 16 durchgeführt und die Leckage praktisch zugedreht werden. Ggfs. kann auch problemlos eine Nachjustierung erfolgen. Zur Sicherung kann beispielsweise durch einen kleinen Einschlag mittels eines Körners am Innengewinde und Außengewinde erfolgen. Des weiteren kann eine Drehsicherung dadurch erreicht werden, daß der Zapfen 18 wenigstens eine abgeschrägte Fläche insbesondere parallel zur Symmetrieachse 50 der Kalotte 16 aufweist. Die Gewindegänge enden jeweils an dieser Schrägfläche und gewährleisten ein festes Einhaken oder Festklemmen in den durchgehenden Ge­ windegängen des Außengewindes im Basiskegel 14.

Der Lagerzapfen 18 des Drehkegels 12 ist in einer Sackbohrung 41 des Gehäuses angeordnet und mittels einer Schraube 43 von außen her gegen Drehung gesichert. Die Sackbohrung 41 wird in zweckmäßiger Weise gemeinsam mit der gegenüberliegenden Durchgangsbohrung im Gehäuse 4 für die Ventilwelle 2, Lager 24 und 10, sowie der Stopfbuchsteile/Dichtringe 20 und 21 hergestellt und bearbeitet, wodurch eine hohe Genauigkeit erreicht wird. Der Lagerzapfen 18 kann aus Keramik ebenso bestehen wie aus PTFE oder einem vergleichbaren Werkstoff. Der Zapfen 18 greift unmittelbar oder mittels einer festsit­ zenden Lagerbuchse im Auge 23 des Basiskegels 14, welcher folglich bezüglich des Zapfens 18 und des Gehäuses 4 drehbar ist. Zur axialen Ausrichtung der Ventilwelle 2 bezüglich der Längsachse 3 sind die beiden Hülsen 24, 25 vorhanden, deren axiale Länge erfindungsgemäß in der Weise vorgegeben wird, daß die Symmetrieachse 50 exakt mit dem Sitzeinlauf 42 fluchtet. Die Hülse 25 greift in die gleiche Sackbohrung 41 des Gehäuses 4 wie der Zapfen 18 und es ist ersichtlich, daß entsprechend der Tiefe der Sackbohrung und/oder der Länge der Hülse 25 die axiale Positionierung des Drehkegels 12 in definierter Weise vorgebbar ist. Die Hülse 25 übernimmt gleichzeitig eine Radiallagerfunktion.

Fig. 2 und 3 zeigen in einem Längsschnitt bzw. in einer seitlichen Ansicht den Basiskegel 14 mit der eingeschraubten Kalotte 16. Aus Fig. 3 ist die bezüglich der Symmetrieachse 50 exzentrische Anordnung der Bohrung 34 mit der Ringfläche 38 zu erkennen. Die Kugelkalotte ist ein symmetrisches Drehteil und kann mit hoher Präzision ohne besonderen Aufwand gefertigt werden. In Fig. 2 ist ferner die bereits erwähnte Schrägfläche 52 angedeutet, welche insbesondere parallel zur Symmetrieebene 50 und hier senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen soll. Der durch gekreuzte Straffur angegebene Bereich 54 ist vom Zapfen 46, beispielsweise durch Abschlei­ fen, entfernt worden. Gegebenenfalls können auch weitere Schrägflächen vorhanden sein, so daß der Zapfen beispiels­ weise einen quadratischen oder dreieckförmigen Querschnitt nur noch aufweist. Die noch stehengebliebenen Teile des Außengewindes des Zapfens verhaken mit dem Innengewinde 44 der Durchgangsbohrung, wodurch in zweckmäßiger Weise eine Drehsicherung mit geringem Aufwand erreicht wird. Bedarfs­ weise kann jedoch die Kalotte 16 zwecks Justierung ohne weiteres verdreht werden, indem ein Schraubendreher in die Ausnehmung 48 eingeführt und entsprechend gedreht wird. Die Oberfläche der Kalotte 16 ist Teil einer Kugeloberfläche mit Radius 56, wobei in zweckmäßiger Weise der Kugelmittelpunkt auf der Symmetrieachse 50 liegt und zur Längsachse 3 eine Exzentrizität 58 aufweist.

Bezugszeichen

 2 Ventilwelle
 3 Längsachse
 4 Gehäuse
 6 Stellantrieb
 8 Hohlwelle von 6
10, 11, 25 Lager
12 Drehkegel
14 Basiskegel
16 Kalotte
18 Zapfen
19 Innenraum von 4
20, 21 Stopfbuchse, Packungsringe (Dichtungen)
22 Distanzhülse
23 Auge in 14
24, 25 Hülse/Lager
26 strichpunktierte Linie
28 Ring-Flansch (Stopfbuchsbrille)
30 Bohrungen in 28
32 Außengewinde
34 Bohrung in 14
36 Ringschulter von 2
38 Ringfläche von 14
40 Boden von 34
41 Sackbohrung in 4
42 Sitzeinlauf
43 Schraube
44 Innengewinde in 14
46 Zapfen von 16
48 Ausnehmung in 46
50 Symmetrieachse
52 Schrägfläche von 46
54 Bereich
56 Radius
58 Exzentrizität

Claims (11)

1. Drehkegelventil mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Ventilwelle und mit einem Sitzeinlauf, an welchem ein mit der Ventilwelle drehbarer Drehkegel in der Zustellung dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkegel (12) einen mit der Ventilwelle (2) verbundenen Basiskegel (14) sowie eine in der Zustellung am Sitzeinlauf (42) anliegende Kalotte (16) aufweist, welche bezüglich des Basiskegels (14) einstellbar angeordnet ist.

2. Drehkegelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (16) einen mit einem Außengewinde versehenen Zapfen (46) aufweist, welcher in ein Innengewinde (44) des Basiskegels (14) einschraubbar ist, wobei das Innengewinde (44) bevorzugt in einer Durchgangsbohrung des Basiskegels (14) angeordnet ist.

3. Drehkegelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kalotte (16) in der Zustellung des ins­ besondere exzentrisch ausgebildeten Drehkegels (12) gegenüber dem Sitzeinlauf (42) auf minimale Leckrate einstellbar und/ oder gegen nachfolgende Verdrehung gesichert ist.

4. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (16) in der Zustellung durch den Innenraum (19) des Gehäuses (4) sowie eine Anschlußöff­ nung hindurch mittels eines Montage-Werkzeuges zugänglich und/oder verstellbar ist und bevorzugt eine Ausnehmung (48) zum Ansetzen des Werkzeuges aufweist.

5. Drehkegelventil, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkegel (12), bevorzugt dessen Basiskegel (14) mit der Ventilwelle (2) über eine unter Vorspannung stehende Gewindeverbindung verbunden ist.

6. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment zum Vorgeben der Vorspan­ nung der Gewindeverbindung an der Welle (2) mit der Bohrung (34) immer größer ist als das durch die Beanspruchung vom Stoffstrom (Medium) herrührende Drehmoment, und zwar um den Faktor der sich ergibt aus dem Verhältnis dieser Drehmomente.

7. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (34) als Sackbohrung ausge­ bildet ist, wobei aufgrund eines Bodens (40) eine Trennung und/oder Dichtung bezüglich des Innenraumes (19) vorhanden ist.

8. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilwelle (2) eine Ringschulter (36) aufweist, welche an einer Ringfläche (38) des Basis­ kegels (14) unter Vorspannung anliegt.

9. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilwelle (2) mit ihrer Stirnfläche unter Vorspannung an dem Boden (40) der als Sackbohrung ausgebildeten Bohrung (34) anliegt.

10. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (4) koaxial zur Ventilwelle (2) ein Zapfen (18), insbesondere in einer Sackbohrung (41) angeordnet ist, wobei der Zapfen (18) in ein Auge (23) des Basiskegels (14) eingeführt ist.

11. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Ausrichtung bezüglich der Längsachse (3) der Zapfen (18) von einer am Basiskegel (14) anliegenden Hülse (25) und/oder die Ventilwelle (2) im Bereich der Durchführung in den Innenraum (19) von einer Hülse (24) umgeben ist, welche gleichfalls am Basiskegel (14) anliegt.