DE4102791C2 - Drehkegelventil - Google Patents

Description

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

Aus der DE 75 06 291 U1 ist ein derartiges Drehkegelventil mit einer Ventilwelle bekannt, welche in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und mit welcher ein Drehkegel verbunden ist. Der Drehkegel enthält einen Basiskegel mit einer einstellbaren Kalotte, an welche ein Gewindezapfen angeschweißt ist. Dieser Gewindezapfen ist in ein Feingewinde des Drehkegels eingeschraubt und beispielsweise mittels einer Kontermutter gesichert. Die Ventilwelle ragt mit ihrem einen Ende in eine zylindrische Bohrung des Basiskegels, wobei zur Drehmomentübertragung sowie zur Dreh- und Axialsicherung ein Zylinderstift vorgesehen ist. Dieser Zylinderstift muß in miteinander fluchtende Bohrungen der Ventilwelle und des Basiskegels eingeschlagen werden. Es besteht die Gefahr einer Spaltkorrosion, wenn der Stift nicht satt und voll füllend die Bohrungen belegt mit der Folge von frühzeitigen Schäden und notwendigen Reparaturen. Die Fertigung und eventuelle Demontage sind recht aufwendig, zumal der Basiskegel und die Ventilwelle immer nur paarweise hergestellt bzw. ausgetauscht werden können. Der Basiskegel und die zugeordnete Ventilwelle sind mit hoher Präzision, zumindest im Verbindungsbereich zu fertigen, um vor allem im Hinblick auf das Einstell- oder Regel­ verhalten eine schlupffreie Übertragungskennlinie ohne Hysterese gewährleisten zu können. Ferner bedingt der genannte Zylinder- oder Paßstift eine Schwächung der Ventilwelle, welche daher einen entsprechend vergrößerten Querschnitt aufweisen muß, um die geforderten Drehmomente übertragen zu können. Hierdurch wird insgesamt, vor allem aber im Bereich der Lagerung, ein zusätz­ licher Platzbedarf erforderlich. Drehkegel und Ventilwelle werden paarweise gefertigt und aufeinander abgestimmt, damit die radia­ len Bohrungen für den Stift exakt miteinander fluchten, eine satte Anlage erreicht und ein Lockern vermieden wird. Im Repara­ turfalle müssen sowohl Ventilwelle als auch Drehkegel gemeinsam ausgetauscht werden, wodurch ein entsprechender Aufwand bedingt ist. Zudem ist zu beachten, daß bei kleinen Nennweiten der Ventilinnenraum praktisch nicht zugänglich ist und das Einbringen oder das Entfernen des genannten Stiftes nur mit Spezialwerkzeu­ gen und erheblichem Aufwand durchführbar ist.

Ferner ist aus der DE 36 37 857 A1 ein Drehkegelventil bekannt, dessen Drehkegel im Gehäuse exzentrisch gelagert ist. Das Gehäuse enthält eine mit dem Drehkegel zusammenwirkende Sitzeinrichtung, mittels welcher einerseits die Durchflußkapazität und anderer­ seits die Güte der Abdichtung im geschlossenen Zustand vorgebbar ist. Um in der Zustellung des Drehkegels eine möglichst kleine Leckage einstellen zu können, ist ein nicht unerheblicher Fer­ tigungs- und Montageaufwand erforderlich. Das Gehäuse weist einen Gehäusebasisring mit einer kurzen Baulänge als axialspielfreie Aufnahme des Drehkegellagers auf. Ferner ist ein Dichtungsraum für die Ventilwelle vorgesehen und eine Aufnahme für Gehäuseend­ stücke vorhanden, wobei eine angefügte Ventil-Sitzeinrichtung gleichzeitig als Gehäuse-Endstück vorgesehen ist. Auch insoweit ist ein nicht unerheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich, wobei die Einstellung auf minimale Leckage nicht ohne weiteres durchführbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Drehkegelven­ til der genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit gerin­ gem Fertigungs- und Montageaufwand einerseits eine funktions­ sichere Verbindung zwischen der Ventilwelle und dem Drehkegel gewährleistet ist und andererseits problemlos Teile austauschbar und Reparaturmaßnahmen durchführbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das vorgeschlagene Drehkegelventil zeichnet sich durch eine funktionsgerechte Konstruktion aus und ermöglicht eine verein­ fachte Fertigung. Die unter Vorspannung stehende Gewindeverbin­ dung des Basiskegels mit der Ventilwelle gewährleistet eine schlupffreie und funktionssichere Befestigung und erweist sich vorteilhaft für die Übertragungskennlinie. Für eventuelle notwen­ dige Reparaturmaßnahmen kann die Gewindeverbindung problemlos wieder gelöst werden und der Drehkegel gegen einen anderen ausgetauscht werden. Hierbei ist von besonderer Bedeutung, daß die Ventilwelle selbst nicht ausgetauscht werden muß, wodurch erhebliche Vorteile im Hinblick auf eine servicefreundliche Handhabung erreicht werden. Die Ventilwelle weist eine an der Ringfläche des Basiskegels anliegende Ringschulter auf oder liegt mit einer Stirnfläche an einem Boden der als Sackbohrung ausgebildeten Bohrung des Basiskegels an; das Bewegungsgewinde ist in der vorgegebenen Stellung als Festgewinde wirksam. Der Kraftfluß schließt sich auf kurzem Wege über die Gewindeflächen und die aneinander liegende Ringschulter und Ringfläche bzw. über die Stirnfläche der Ventilwelle und den Boden. Die Demontage der Gewindeverbindung kann durch Überwindung der Losbrechkraft, also Vorspannkraft zuzüglich wirksamer Reibkraft, ohne besondere Werkzeuge und mit geringem Aufwand in der Weise erfolgen, daß entgegen der Gewindedrehung ein Drehmoment aufgebracht wird. Hierzu wird beispielsweise der Drehkörper festgehalten oder nach Entfernung des mit der Ventilwelle zu verbindenden Antriebs im Gehäuse zur Anlage gebracht. Zudem bewirkt der auf die Stirn­ fläche der Ventilwelle wirksame Innendruck eine Sicherung gegen axiales Verschieben der Ventilwelle. Es sei festgehalten, daß die Gewindeeindrehrichtung 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 vorgege­ ben, daß das Funktionsdrehmoment zum Drehen des Drehkegels wesentlich kleiner ist als das zulässige Drehmoment der Antriebs­ welle.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Dreh­ kegelventils sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

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 herkömmlichen Konstruk­ tionen 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 Abhängigkeit 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. Die 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 (6)

1. Drehkegelventil mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse drehbar gelagerten Ventilwelle, mit einem Sitzeinlauf und mit einem exzentrisch gelagerten Drehkegel, welcher einen mit der Ventilwelle drehfest verbundenen Basiskegel, in dessen Kupplungs­ naben-Bohrung die Ventilwelle mit einem Zapfen eingreift, sowie eine in einer Zustellung am Sitzeinlauf anliegende Kalotte aufweist, welche bezüglich des Basiskegels einstellbar angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Basiskegel (14) mit der Ventilwelle (2) über eine unter Vorspannung stehende Gewindeverbindung verbunden ist, wobei der Basiskegel (14) in der Bohrung (34) ein Innengewinde und der Zapfen der Ventilwelle (2) ein Außengewinde (32) aufweist,
und daß die Ventilwelle (2) eine Ringschulter (36) aufweist, welche an einer Ringfläche (38) des Basiskegels (14) anliegt,
oder daß die Ventilwelle (2) mit einer Stirnfläche an einem Boden (40) der als Sackbohrung ausgebildeten Bohrung (34) unter Vor­ spannung anliegt.

2. Drehkegelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei Ausbildung der Ventilwelle (2) mit der Ringschulter (36) die Bohrung (34) als Sackbohrung ausgebildet ist, wobei die Stirnfläche den Ventilwelle (2) zum Boden (40) einen Abstand aufweist, wobei der Boden (40) die Gewindeverbindung vom Innen­ raum (19) des Gehäuses (4) trennt.

3. Drehkegelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drehmoment zum Vorgeben der Vorspannung der Gewin­ deverbindung um einen vorgebbaren Faktor größer ist als das durch die Beanspruchung vom Stoffstrom (Medium) herrührende Drehmoment.

4. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindedreheinrichtung des Außengewindes (32) der Ventilwelle (2) in das Innengewinde der Bohrung (34) des Basiskegels (14) die gleiche ist wie die Drehrichtung der Ventil­ welle (2), um den Drehkegel (12) in die Zustellung zu fahren.

5. Drehkegelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in an sich bekannter Weise zur weiteren Lagerung des Basiskegels (14) im Gehäuse (4) koaxial zur Ventilwelle (2) ein Zapfen (18) in einer Sackbohrung des Gehäuses (4) angeordnet ist, welcher Zapfen in ein Auge des Basiskegels eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (18) mittels einer bevor­ zugt exzentrisch zur Längsachse (3) angeordneten Schraube (43) von außen her gegen Drehung gesichert ist.

6. Drehkegelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Ausrichtung des Drehkegels (12) bezüglich der Längs­ achse (3) der Zapfen (18) von einer am Basiskegel (14) anliegen­ den Hülse (24) umgeben ist.