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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Drosselventil gemäß den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Merkmalen. Ein derartiges
Ventil ist beispielsweise aus der DE-A-2 231 277 bekannt.
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Um eine ausreichende Dichtungswirkung zwischen
der Umfangsendkante des Kükens
und der ringförmigen
Dichtung sicherzustellen, müssen
bei Drosselventilen nach dem Stand der Technik die Dichtung und
das Küken
gegeneinander mit einer relativ hohen Kraft, die ausreicht, um der
Wirkung des Drucks des abgesperrten Fluids entgegenzuwirken, zusammengedrückt werden.
In diesen Ventilen sind die Dichtungskontaktflächen zwischen dem Drosselküken und
der Dichtung im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet.
Druck wird durch das Fluid gegen die Seitenflächen des Kükens und der Dichtung, d. h.
tangential oder senkrecht zur radialen Druckkraft zwischen dem Küken und
der Dichtung, ausgeübt,
wodurch die Dichtungswirkung sichergestellt wird. Diese Voraussetzung
ist sehr ungünstig.
Das Fluid übt
eine Keilwirkung zwischen den beiden Oberflächen aus, und der Druck des
abgesperrten Fluids wird nicht genutzt, um zum Dichtungskontakt
zwischen dem Küken
und der Dichtung beizutragen. Derart ausgeführte Drosselventile nach dem
Stand der Technik werden daher so hergestellt, daß das Küken, wenn
das Ventil geschlossen wird, die Dichtung, die eine gewisse Elastizität und Kompressibilität besitzt,
mit einer vorbestimmten Kraft so zusammendrückt, daß die beiden Teile gegeneinander
in einem solchen Umfang vorbelastet sind, daß sie der starken Schiebewirkung
der abgesperrten Fluidströmung
widerstehen.
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Aufgrund dieser Ausführung ist
jedoch eine beträchtliche
Kraft erforderlich, um das Drosselküken aus der Öffnungs-
in die Schließposition
bzw. umgekehrt zu bewegen, und diese Kraft wird allgemein noch durch
diejenige erhöht,
die durch den Druck des Fluids auf das Drosselküken einwirkt, wenn das letztere
in die Schließposition
bewegt wird.
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Aufgrund dieser beiden Merkmale erfordern Ventile
nach dem Stand der Technik sehr kräftig ausgebildete Kükenbetätiger, die
einen ausreichenden Widerstand gegenüber den erforderlichen Bewegungskräften sicherstellen
müssen.
Darüber
hinaus erfolgt in der handbetätigten
Version die Betätigung durch
Bedienungshebel, die sehr lang ausgeführt sein müssen, um es Personen mit durchschnittlicher Körperkraft
zu ermöglichen,
den Widerstand gegenüber
der Kükenbewegung
zu überwinden.
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Dieser beträchtliche Widerstand gegenüber der
Drosselkükenbewegung
hat sogar noch ernsthaftere Nachteile zur Folge, wenn das Ventil
durch einen motorbetriebenen Betätiger
betätigt
werden muß.
In diesem Fall muß der
motorbetriebene Betätiger
entsprechend dimensioniert sein, da er die Kraft zur Verfügung stellen
muß, die
erforderlich ist, um das Küken
zu bewegen. Bei so ausgeführten
Ventilen haben sich die Betätiger
aufgrund des vorstehend erwähnten
Widerstands gegenüber
der Bewegung als das bei weitem schwierigste Element erwiesen. Des
weiteren werden durch die beträchtlichen
Beanspruchungen, die auf die Betätiger
einwirken, der Verschleiß erhöht, ihre
durchschnittliche Lebensdauer begrenzt sowie häufigere Wartungsarbeiten und
sogar ein frühzeitiger
Austausch der Betätiger
erforderlich. Außerdem
ist die Auswahl der Betätigerausführungen
auf solche Motortypen beschränkt,
die die erforderliche Leistung liefern können.
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In der
DE 22 31 277 A1 wird ein Absperrventil für Tieftemperaturflüssigkeiten
beschrieben. Ein ringförmiger
Ring ist zwischen einem Gehäuseabschnitt
des Ventils und einem Metallring angeordnet. Der Ring besteht aus
einem Material, das bei allen Temperaturen während der Montage und des Betriebs
des Ventils flexibel bleibt. Der ringförmige Ring besteht aus einem
Dichtungsabschnitt, der mit der Kante der Absperrscheibe zusammenwirkt,
und einem Sitzabschnitt mit einer Nut, die mit einem Vorsprung am Gehäuseabschnitt
zusammenwirkt. Der Ring ist so ausgelegt, daß Abdichtung und Sitzpassung
bei allen Temperaturen trotz Schrumpfung wirksam sind.
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In der US-4,289,296 A1 wird eine
ringförmige Dichtung
für ein
Absperrventil beschrieben. Die ringförmige Dichtung besitzt ein
radial innenliegendes Teil zur Abdichtung gegenüber dem Drosselküken und
ein radial außenliegendes
Teil, das zwischen einem ersten Hauptgehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil,
das als ein Haltering dient, festgeklemmt ist. Die beiden Gehäuseteile
werden individuell hergestellt und an einer Ebene zusammenfügt, die
von der mittleren Ebene des Dichtrings abweicht.
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Die Erfindung basiert somit auf dem
Problem, ein Ventil der hierin vorstehend beschriebenen Ausführung so
zu verbessern, daß das
Küken,
dank relativ einfacher und billiger Hilfsmittel, mit einem geringeren
Widerstand in seine beiden Positionen, d. h. seine Öffnungs-
bzw. seine Schließposition,
bewegt werden kann und gleichzeitig eine bessere Dichtungswirkung
sowie niedrigere Kosten für
die servobetätigten
Betätiger
sicherstellt.
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Die Erfindung löst die vorstehenden Probleme,
indem sie ein Ventil der hierin vorstehend beschriebenen Ausführung mit
den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 bereitstellt. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Die ringförmige Dichtung besitzt vorteilhafterweise
ein radial außenliegendes
ringförmiges
Teil und ein radial innenliegendes Teil, während der Ventilkörper einen
Sitz zur Halterung der Dichtung, einschließlich eines Sitzes zum Festklemmen
des radial außenliegenden
Teils, sowie einen Sitz zur Aufnahme des radial innenliegenden Teils
der Dichtung aufweist, der geringfügig größer als das radial innenliegende
Teil der Dichtung und so ausgeführt
ist, daß er Kanäle, Öffnungen
und/oder Durchgänge
für das
Fluid auf der Seite des innenliegenden Teils der Dichtung aufweist, die
mit den Kompressionsflächen
ausgestattet ist, die mindestens eine Richtungskomponente parallel
zur Strömung
aufweisen, um eine Kompression senkrecht zum abgesperrten Fluid
zu erzeugen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, daß die
Kompressionsflächen
der Dichtung, die sich gegen das Küken pressen, aus den Seitenwänden von
zwei im wesentlichen mittleren zusammenfallenden ringförmigen Nuten,
die in den beiden Stirnflächen
der ringförmigen
Dichtung ausgebildet sind, bestehen, wobei die Nuten einen ringförmigen Hals
zur Verbindung des innenliegenden Teils mit dem außenliegenden
Teil der Dichtung bilden. Die Sitze zum Festklemmen des außenliegenden
Teils und jene zur Aufnahme des innenliegenden Teils der Dichtung sind
durch eine ringförmige
kompressionsbewirkende Verengung verbunden, die auf der den Kompressionswänden des
innenliegenden Teils der Dichtung zugewandten Seite Seitenwände aufweist,
die sich in einem gewissen Abstand von den Kompressionswänden erstrecken,
so daß sie
an der Stelle, an der der Gehäusesitz
breiter als die Dicke des innenliegenden Teils der Dichtung ist,
an der entsprechenden Seite des Drosselkükens im wesentlichen ringförmige Kammern
bilden, in die das abgesperrte Fluid eindringen kann.
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Der Sitz zur Aufnahme des innenliegenden Teils
der Dichtung und das innenliegende Teil der Dichtung besitzen zusammenwirkende
ringförmige- Dichtungskontaktflächen, die
quer zur Achse der Dichtung und zur Strömungsrichtung ausgerichtet und
insbesondere dem hydrostatischen Druck des Fluids ausgesetzt sind
und mindestens eine quer zur Strömungsrichtung
des Fluids angeordnete Komponente aufweisen, so daß der hydrostatische
Druck des Fluids auch in der Richtung einer axialen Dichtungskompression
der seitlichen Stirnflächen
des innenliegenden Teils der Dichtung gegen die entsprechende gegenüberliegende
Seitenwand des Sitzes wirkt, von dem sie aufgenommen wird.
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Wenn sich die ringförmige Dichtung
in einem Gehäusesitz
befindet, der in einem gewissen Abstand von der Umfangsendkante
des mit dem innenliegenden Teil der Dichtung in Berührung stehenden Kükens endet,
hat die kombinierte Wirkung des hydrostatischen Drucks des abgesperrten
Fluids, die sich sowohl radial als auch axial auf die Dichtung auswirkt,
zur Folge, daß das
innenliegende Teil der Dichtung zwischen der Umfangsendkante des
Kükens
und der Seitenwand des Gehäusesitzes
gegenüber
dem abgesperrten Fluid im wesentlichen keilförmig zusammengedrückt wird.
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Dank der vorstehenden Merkmale weist
das Küken
des Drosselventils gemäß der Erfindung
einen geringeren Widerstand gegenüber einer Bewegung auf, da
die Kompressionskraft, die erforderlich ist, um die Dichtungswirkung
zwischen der Dichtung und dem Küken
sicherzustellen, zumindest teilweise durch den hydrostatischen Druck
des Fluids erzeugt wird, das abgesperrt ist, wenn sich das Küken in der Schließposition
befindet. Die Dichtung kann so dimensioniert sein, daß es möglich ist,
die Aufteilung der Kükenkompression
gegenüber
der Dichtung in die mechanische Kompression des Kükens gegenüber der
Dichtung und die vom hydrostatischen Druck des Fluids ausgeübte Kompression
so zu kalibrieren, daß die
beste Abdichtung und der geringste Widerstand gegenüber der
Bewegung des Kükens
sichergestellt werden.
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Die mechanische Kompression der Dichtung gegenüber dem
Küken ergibt
sich im wesentlichen aus der Differenz zwischen dem Innendurchmesser der
Dichtung und dem Außendurchmesser
des Kükens
sowie aus der Elastizität
oder Kompressibilität der
Dichtung, während
die von der Strömung
ausgeübte
Kompression von der Größe der Komponente der
parallel zur Achse der Dichtung ausgerichteten nutzbaren Fläche und
offensichtlich vom Druck des abgesperrten Fluids abhängt.
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Daher kann sowohl die manuelle Betätigung als
auch die Betätigung
durch servounterstützte
Betätiger
dadurch erfolgen, daß eine
Mindestbetätigungskraft
auf das Küken
ausgeübt
wird. Dies hat positive Auswirkungen auf die Kosten und auf die
Abmessungen der Ventilbetätiger,
sowohl in der handbetätigten
als auch in der motorbetätigten
Version, sowie auf die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des
Ventils.
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Da die Dichtungskompression zwischen
dem Küken
und der Dichtung zumindest teilweise durch den Druck des Fluids
ausgeübt
wird, wird die höchste Funktionszuverlässigkeit
des Ventils für
zunehmende Fluiddrücke
erreicht. Wenn der auf das Küken
und die Dichtung einwirkende Fluiddruck ansteigt, nimmt die Kompression
der Flächen,
zwischen denen die beiden Teile abdichten sollen, dementsprechend
zu, während
die Dichtung, d. h. der innere aktive Teil davon, durch eine höhere Kraft
zwischen den beiden parallelen Kontaktflächen, die quer zur Strömungsrichtung
oder zur Achse der Dichtung und/oder zur Durchgangsspannweite ausgerichtet
sind, keilförmig zusammengedrückt wird.
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Da die Vorkompression der Dichtung
nicht als vom höchsten
Betriebsdruck, sondern als von den niedrigsten Betriebsbedingungen
abhängig
bestimmt werden darf, ist darüber
hinaus hinsichtlich der Betätigungsbeanspruchung,
insbesondere bei niedrigen Drücken,
ein enormer Unterschied zu beobachten, wobei diese Vorteile bei
höheren
Drücken
abgeschwächt
werden, da die Betätigbarkeit
zunehmend von der Reibung der Betätigungsachse in den Sitzen abhängig ist.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung wird die Betätigungsspindel des Kükens durch
einen Zahnrad- und Schneckenantrieb betätigt. Insbesondere wenn das
Ventil nahezu vollständig
aus Kunststoff besteht, kann auch der Schnecken- und Zahnradantrieb-
aus Kunststoff hergestellt sein, wobei die Schnecke vorteilhafterweise
als sogenannte Globoidschnecke ausgeführt ist. In diesem Fall weist
die Umfangsaxialkante der Getriebezähne eine Form auf, die im wesentlichen
dem Innendurchmesser des Schneckengewindes entspricht, während das
entlang der gesamten Schnecke verlaufende Gewinde sich nicht um eine
zylindrische Fläche, sondern
um eine mit Rücksprüngen ausgestattete Fläche herum
erstreckt, deren Rücksprünge dem Zahnradradius
entsprechen.
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Während
diese Antriebsausführung
sehr teuer ist, wenn sie aus Metall hergestellt wird, ist ihre Herstellung
aus Kunststoff wesentlich einfacher, wobei sich das Zahnrad und
die Schnecke durch ein übliches
Spritzgießverfahren
herstellen lassen.
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Vom mechanischen Standpunkt aus läßt der präzise Formschluß zwischen
dem Zahnrad und der Schnecke zu, daß mehrere Zähne, im wesentlichen über ihre
gesamte Länge,
in die Schnecke eingreifen können,
so daß der
Antrieb, obwohl er aus Kunststoff besteht, merkbar höheren Beanspruchungen
widerstehen kann, ohne daß weder
an der Schnecke noch am Zahnrad ein frühzeitiger Schaden oder Verschleiß auftritt.
Dies wird erreicht, während
gleichzeitig die Herstellungs- und Wartungskosten auf einem niedrigen
Niveau gehalten werden.
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Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt
hinsichtlich des Drosselventils gemäß der Erfindung besteht darin,
daß es
sich um ein Drosselventil handelt, das bezüglich der Strömungsrichtung
absolut symmetrisch ist. Das Küken
und die Dichtung besitzen Dichtungskontaktflächen, die keine wesentliche Komponente
aufweisen, die quer zur Strömungsrichtung
angeordnet, sondern lediglich im wesentlichen parallel dazu ausgerichtet
ist.
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Darüber hinaus sind die Dichtungskontaktflächen im
Verhältnis
zur mittleren Ebene des Ventils zentriert, die quer zur Strömungsrichtung
ausgerichtet ist und die Drehachse des Kükens enthält. Die Kükenscheibe ist so montiert,
daß sie
im Verhältnis
zur Durchmesserdrehachse davon zentriert ist und mit der Dichtung
zusammenwirkt, d. h. mit demjenigen Teil davon, das aufgrund seines
ringförmigen
Umfangsrands, der im wesentlichen zylindrisch oder sogar möglicherweise
geringfügig
kronenförmig
ausgebildet ist und insbesondere die Form eines Kugelausschnitts
aufweist, jedenfalls immer symmetrisch zur mittleren Ebene des Kükens, das
die Drehachse enthält,
ausgeführt
ist. Die Oberfläche
des mit der Kükenscheibe
zusammenwirkenden Teils der Dichtung ist ebenfalls zylindrisch.
Diese Konstruktion ist vorteilhaft, da sie dafür sorgt, daß das Ventil im Verhältnis zur
Strömungsrichtung
absolut symmetrisch ist, so daß es
sich in Rohrleitungen einbauen läßt, die Fluide
in beiden Strömungsrichtungen
befördern können, ohne
daß auf
eine korrekte Positionierung des Ventils im Hinblick auf die relevante
Strömungsrichtung
geachtet werden müßte. Was
die Konstruktion betrifft, kann das Ventil gemäß der Erfindung zu geringeren
Kosten als andere Ventilausführungen, insbesondere
Ventile mit einem Küken,
das im Verhältnis
zur Drehachse exzentrisch angeordnet ist und konische Kontaktflächen zwischen
Küken und
Dichtung aufweist, hergestellt werden. Tatsächlich erfordern diese Ventile
kompliziertere Formwerkzeuge, insbesondere wenn sie aus Kunststoff
bestehen und durch Spritzgießen
hergestellt werden, und zusätzlich
erfordern die konischen Flächen
häufig
eine zusätzliche
Herstellungsphase, in der sie geschliffen werden.
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Aufgrund der Symmetrie des Ventils
gemäß der Erfindung
ist es möglich,
zwei diametral gegenüberliegende
Schließpositionen
für das
Küken zu
erzielen. Dies schließt
den Vorteil ein, daß ein
Verschleiß an
den Antriebsmitteln des Kükens
und der Dichtung in nur einer Richtung oder auf nur einer Seite
verhindert wird.
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Im Hinblick auf bekannte Ventile
mit symmetrischer Konstruktion bietet das Ventil gemäß der Erfindung
die Vorteile eines geringeren Widerstands gegenüber dem Antrieb des Kükens, wobei
sich diese Vorteile aus der exzentrischen Anordnung der Drehachse
gegenüber
der Kükenscheibe
ergeben. Diese Vorteile werden unter Beibehaltung derjenigen Vorteile
erzielt, die sich aus der zentrierten oder symmetrischen Position
der Drehachse gegenüber
der Kükenscheibe
ergeben, wobei gleichzeitig die Nachteile der asymmetrischen oder exzentrischen
Anordnung der Drehachse gegenüber
der Kükenscheibe verhindert
werden.
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Die Merkmale der Erfindung und die
sich daraus ergebenden Vorteile werden durch die nachstehende Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform,
wie sie in den beiliegenden Zeichnungen, ohne dadurch eine Einschränkung zu
erfahren, dargestellt ist, verdeutlicht; dabei sind:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Drosselventils gemäß der Erfindung;
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2 eine
Vorderansicht des Ventils gemäß 1, in Richtung der Achse
des sich für
den Fluidstrom öffnenden
Durchgangs gesehen;
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3 eine
Querschnittsansicht im Verhältnis zu
einer Ebene parallel zur mittleren zentralen Achse des Kükens und
des Ventilsitzes;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Dichtung für das Ventil gemäß den vorstehenden
Figuren;
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5 eine
Ansicht der Dichtung gemäß 4, zur Hälfte freiliegend und zur anderen
Hälfte als
Schnittansicht dargestellt;
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6 eine
Querschnittsansicht der Dichtung im Verhältnis zu einer mittleren Ebene
parallel zur Achse der Dichtung;
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7 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Details der Dichtung im Verhältnis
zur Umfangsendkante des Kükens
und zum Ventilsitz;
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8 eine
Ansicht wie 7, wobei
ein vorbestimmter hydrostatischer Druck durch das abgesperrte Fluid
auf das Küken
und die Dichtung einwirkt;
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9 eine
Querschnittsansicht des Ventils gemäß den vorstehenden Figuren
im Verhältnis
zu einer Ebene parallel zur Achse der Betätigungsspindel;
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10 eine
Draufsicht des Antriebs gemäß 9;
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11 eine
vergrößerte Ansicht
des Details im Hinblick auf die Fläche, in der die Schnecke in
Eingriff mit dem Zahnrad steht;
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12 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante des Ventils
gemäß den vorstehenden
Figuren; und
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13 eine
Ansicht des Ventils der 12 in
Verbindung mit den durch gepunktete Linien dargestellten beiden
Flanschen und den durch durchgehende Linien dargestellten Abstandselementen.
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Wie aus den 1, 2 und 3 ersichtlich, umfaßt ein Drosselventil
einen Ventilkörper 1,
in dem ein Durchgangskanal mit einer im wesentlichen zylindrischen
Form vorgesehen ist. Der Durchgangskanal bildet einen Ventilsitz 2,
der mit einem Drosselküken 3,
das die Form einer Scheibe aufweist, zusammenwirkt. Eine Querspindel 4,
die senkrecht zum Durchgangskanal angeordnet ist, ist radial am
Drosselküken 3 befestigt
und ragt an beiden diametral gegenüberliegenden Seiten aus der
Umfangskante des letzteren heraus, während eines der Enden der Betätigungsspindel 4 mit
einem nichtrunden Greifende 104, das an einem handbetätigten Hebel
oder an einem Element des motorbetriebenen Betätigers befestigt sein kann,
nach außen
ragt.
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Im Zwischenbereich zwischen dem nichtrunden
Greifende 104 und dem Küken 3 besitzt
die Spindel 4 eine ringförmige Verengung 204,
die eine Dichtung 304 in O-Ring-Ausführung aufnimmt. Das gegenüberliegende
Ende 404 der Spindel 4 wird in einem Loch des
Ventilkörpers 1 gehalten,
wobei sich dazwischen eine Hülse 18 aus
einem Material mit einem sehr niedrigen Reibungsfaktor befindet,
während
der Boden des Lochs mittels eines Entlüftungs- oder Entlastungskanals 101 zur
Umgebung hin geöffnet
ist.
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Zusammenfallend mit dem Küken 3,
das absolut senkrecht zur Achse des Durchgangskanals angeordnet
ist, weist der Ventilsitz 2 eine im wesentlichen ringförmige Dichtung 5 auf,
die in einer ringförmigen
Nut oder Verengung 6, die in der Wand des Durchgangskanals
ausgebildet ist, gehalten wird, um mit der Umfangsendkante des Drosselkükens 3 zusammenzuwirken.
Das letztere weist eine Form auf, die im wesentlichen der Spannweite
des Durchgangskanals entspricht, und ihr Außendurchmesser ist geringfügig kürzer als
der Innendurchmesser des Durchgangskanals.
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Die Dichtung 5 besitzt eine
ringförmige
geschlossene Form und ist auf dem Niveau der Spindel 4 mit
zwei integralen Ringen 105, die aus dem gleichen Material
bestehen, ausgeführt.
Die Ringe 105, die koaxial zueinander angeordnet sind,
sind so ausgerichtet, daß ihre
Achse im wesentlichen diametral zur ringförmigen Dichtung 5 verläuft. Wenn
sich die Dichtung 5 im montierten Zustand befindet, wirken die
Endseiten der Ringe 105, die dem Küken 3 zugewandt sind,
mit koaxialen ringförmigen
Abflachungen 103 der Endkante des Kükens 3 zusammen, das
an der Verbindungsfläche
mit der Betätigungsspindel 4 eine
ringförmige
Form, koaxial zu derjenigen der Ringe 105, aufweist und
das Ende umgibt, das die Spindel 4 mit dem Küken 3 verbindet.
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Eine ringförmige Verengung 6 zur
Aufnahme der ringförmigen
Dichtung 5 ist im Kanal in einer Position vorgesehen, die
mit der Endkante des Kükens 3 zusammenfällt und
koaxial dazu angeordnet ist. In den für den Durchgang der Spindel 4 vorgesehenen Bereichen
weist die Verengung 6 eine Form auf, die derjenigen der
Ringe 105 entspricht. Die Ringe 105 besitzen,
im Verhältnis
zur Achse des Durchgangskanals, vorteilhafterweise radial innenliegende
Endflächen 405 und
radial außenliegende
Endflächen 305,
die im Verhältnis
zur mittleren Ebene der Verengung 6 symmetrisch geneigt
angeordnet sind. Diese Neigung ist so beschaffen, daß sich die
idealen Verlängerungen
der Endflächen
der Ringe 105 an der Achse der Spindel 4 in einer
radial äußeren Richtung im
Verhältnis
zur Achse des Durchgangskanals schneiden. Die ringförmigen Abflachungen 103 um die
Verbindungsbereiche der Spindel 4 mit dem Küken 3 sind
ebenfalls im wesentlichen entsprechend geneigt ausgeführt.
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Wie aus den 4 bis 7 ersichtlich,
besitzt die ringförmige
Dichtung 5 zwei Abzweigungen 205 mit einem ringförmigen Ausschnitt,
die im Verhältnis zur
Achse der Ringe 105 symmetrisch identisch ausgeführt sind.
Die beiden Abzweigungen 205 bestehen aus einem radial außenliegenden
Teil und einem radial innenliegenden Teil 305 bzw. 405.
Die beiden Teile 305 bzw. 405 sind durch einen
dünnen
Zwischenbereich, der aus zwei im wesentlichen dazwischenliegenden
und zusammenfallenden Nuten 505 auf den beiden Stirnflächen der
ringförmigen
Dichtung 5 gebildet ist, miteinander verbunden. Das radial außenliegende
Teil 305 besitzt einen im wesentlichen polygonalen, insbesondere
hexagonalen, Querschnitt, während
das radial innenliegende Teil 405 mit einem radial innenliegenden,
im wesentlichen flachen Ende, insbesondere mit abgerundeten Ecken, endet.
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Die Verengung 6, die das
Gehäuse
bildet, besitzt eine festklemmende Einschnürung 106, die die
Dichtung 5 in ihrer Position verriegelt und den Nuten 505 der
ringförmigen
Dichtung 5 entspricht. Während das radial außenliegende
Teil der Verengung 6 so dimensioniert ist, daß es am
radial außenliegenden
Teil 305 der ringförmigen
Dichtung 5 anhaftet und sie dadurch in ihrer Position verriegelt,
ist das radial innenliegende Teil 206 der Verengung 6 im
Verhältnis
zur Einschnürung 106 breiter
als das radial innenliegende Teil 405 der Dichtung 5.
Des weiteren ist der festklemmende Hals oder die festklemmende Einschnürung 106 so
ausgeführt,
daß, wenn
sich die Dichtung 5 in der montierten Position befindet,
ihre Seitenwände 406,
die dem radial innenliegenden Teil 405 der Dichtung 5 zugewandt
sind, einen gewissen Abstand von der Seitenwand aufweisen, die die
Nuten 505 mit dem radial innenliegenden Teil 405 der Dichtung 5 verbindet,
so daß, ähnlich einem
ringförmigen
Ausschnitt, zwei C-förmige
Kammern entstehen, die dank der geringeren Breite des radial innenliegenden
Teils 405 der Dichtung 5 im Verhältnis zum dazugehörigen Teil 206 der
Verengung 6 mit dem Durchgangskanal in Verbindung stehen.
Das Ganze ist so dimensioniert, daß der Durchmesser der Dichtung 5 geringfügig länger als
die Außenkante
der Öffnung 206 der
Verengung 6, die die Dichtung 5 aufnimmt und festklemmt,
ist, während
der Außendurchmesser
der Kükenscheibe 3,
innerhalb von Toleranzgrenzen, im wesentlichen demjenigen des Durchgangskanals
entspricht oder geringfügig
kürzer
ist.
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In seiner herausragenden Ausführung ist
das innenliegende Teil 405 der Dichtung 5 so beschaffen, daß, wenn
das Küken 3 in
die Schließposition
bewegt wird, das Küken
eine gewisse Kompression auf das innenliegende Teil 405 der
ringförmigen
Dichtung 5 ausübt,
was jedoch nur eine geringe Anstrengung erfordert und eine ausreichende
Dichtungswirkung sicherstellt, wenn Fluid mit sehr niedrigem Druck
abgesperrt wird. Diese Kompression ist, durch entsprechende Dimensionierungsvorgänge, so
kalibriert, daß die
zum Bewegen des Kükens 3 erforderliche Anstrengung
auf ein gewisses Niveau reduziert wird.
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Die Kompressionsflächen 605,
die die Nuten 505 mit den radial innenliegenden Wänden 405 der Dichtung 5 verbinden,
sind geneigt ausgerichtet, so daß sie eine zur Strömungsrichtung,
d. h. zur Achse des Durchgangskanals, quer angeordnete und eine parallel
dazu angeordnete Komponente aufweisen.
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Durch Erhöhen des Drucks des abgesperrten
Fluids auf das Küken 3,
wenn sich das letztere in der Schließposition befindet, übt das Fluid,
das auch in die C-förmigen
Kammern eindringt, einen hydrostatischen Druck auf die Flächen 605 aus,
wodurch eine Komponente axialer Kompression des innenliegenden Teils
der Dichtung 5 gegenüber
der Seitenwand des radial innenliegenden Teils 206 der
Verengung 6 und eine Komponente radialer Kompression des
innenliegenden Teils 405 der Dichtung 5 gegenüber der
Endkante des Kükens 3 erzeugt
wird. Insbesondere wird auf das innenliegende Teil 405 der Dichtung 5 durch
den hydrostatischen Druck des abgesperrten Fluids eine Schiebewirkung
ausgeübt,
um eine keilförmige
Abdichtung gegenüber
den Wänden zu
bewirken, die quer zueinander angeordnet sind und aus der Endkante
des Kükens 3 und
der Seitenwand des innenliegenden Teils 206 der Gehäuseverengung 6 bestehen.
Die Neigung der Flächen 605 und
ihre Ausdehnung sind so gewählt,
daß die
radiale Kompressionskraft des innenliegenden Teils 405 der
Dichtung 5 gegenüber
dem Küken 3 stärker als die
radial ausgeübte
Schiebewirkung ist, sich jedoch, bedingt durch den Druck des Fluids,
in der Richtung der Dichtung 5 von der Endkante des Kükens 3 wegbewegt,
wobei die Neigung besteht, zwischen den beiden gegenseitigen Kontaktflächen eine
keilförmige
Ausbildung zu bewirken. Dieser Zustand ist in 8 dargestellt.
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Dank der hierin vorstehend beschriebenen Hilfsmittel
wird die Dichtungswirkung mit einer vorbestimmten Mindestanstrengung
bis zu vorbestimmten sehr niedrigen Drücken des abgesperrten Fluids
sichergestellt, da die Differenz zwischen dem Durchmesser des Kükens 3 und
dem Durchmesser der Dichtung 5 für eine erste gegenseitige Mindestkompression
der beiden Teile sorgt. Wenn der hydrostatische Druck im abgesperrten
Fluid zunimmt, trägt
der Fluiddruck selbst zur Erhöhung
der Kompression zwischen der Dichtung 5 und dem Küken 3 in
einem größeren Umfang
als die Kraft bei, die durch den Druck in der Richtung des Loslösens und
Eindringens zwischen der Dichtung 5 und dem Küken 3 ausgeübt wird.
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Das Bewegen des Kükens 3 aus einer Position
in die andere der beiden Positionen ist daher mit wesentlich weniger
Anstrengung verbunden, da das Küken 3 die
Dichtung 5 nicht mit der Kraft zusammendrücken muß, die erforderlich
ist, um die Dichtungswirkung, selbst bei hohen Drücken des
abgesperrten Fluids, sicherzustellen. Dadurch ist es möglich, die
Ventilteile in kleinen Größen, speziell
bei den Antriebsmitteln, zu verwenden, die keinen beträchtlichen
Lasten und dynamischen Beanspruchungen widerstehen müssen.
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Gemäß der Erfindung besteht die
Verengung 6 aus zwei Teilen, die sie entlang der mittleren Symmetriequerebene
unterteilen. Eines der Teile ist im Ventilkörper 1 integral ausgeführt, während das
andere aus einem entfernbaren Ring 10 besteht, der durch
speziell vorgesehene Schrauben an der Dichtung 5 und am
Ventilkörper 1 oder
mittels Klemmflanschen der entsprechenden Verschraubung am Ventil befestigt
ist.
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Auf diese Weise ist die Verengung 6 zur
Aufnahme und zum Festklemmen der Dichtung 5 von der Seite
her vollständig
zugänglich,
und die Dichtung 5 kann mit Hilfe des Rings 10 einfach
in ihre korrekte Position hineingeschoben werden, so daß eine einteilige
Konstruktion des Ventilkörpers 1 im
wesentlichen beibehalten werden kann.
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Wie aus den 9 bis 11 ersichtlich,
sieht die Erfindung vor, daß die
Spindel 4 zur Betätigung des
Kükens 3 in
drehbarer Weise durch einen Antrieb mit einem Zahnrad 15 und
einer Schnecke 16 angetrieben wird. Da der Antrieb starken
Beanspruchungen ausgesetzt sein kann, können Vorteile dadurch erzielt
werden, daß die
Schnecke 16 und das Zahnrad 15 mit sogenannten
Globoidprofilen ausgestattet werden, bei denen die das Gewinde der
Schnecke 16 bildende Rippe nicht um eine zylindrische Fläche, sondern
um eine drehbar symmetrische Fläche
herum verläuft,
die in einem Umfang, der dem Radius der Krümmung des Zahnrads 15 entspricht,
bogenförmig
ausgebildet ist, während
die Zähne 115 des Zahnrads 15 nicht
gerade ausgeführt,
sondern im Verhältnis
zu einem Krümmungsradius
der Schnecke 16, insbesondere zum Mindestkrümmungsradius
der Schnecke 16, paarweise gekrümmt ausgebildet sind.
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Dank dieses Hilfsmittels greifen
die Schnecke 16 und das Zahnrad 15 nicht nur mit
einigen Zähnen
und im wesentlichen an den gegenseitigen Berührungsflächen ineinander ein, sondern
mehr Zähne des
Zahnrads 15 wirken gleichzeitig mit dem Gewinde der Schnecke 16 zusammen.
Diese Antriebsausführung
ermöglicht
eine Verschleißreduzierung
und läßt es insbesondere
zu, daß schwächere Materialien,
wie beispielsweise Kunststoffe, für seine Herstellung verwendet
werden können.
Dank dieser Antriebsausführung
können
das Zahnrad 15 und die Schnecke 16, wie der Rest
des Ventils, aus Kunststoff hergestellt werden.
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Durch die Verwendung von Kunststoff
können
Schwierigkeiten und die Kosten der Herstellung des Antriebs beträchtlich
reduziert werden, da das Zahnrad 15 und die Schnecke 16 durch
Spritzgießen hergestellt
werden können.
Durch diese Herstellungsmethode ist es möglich, Bauteile mit einer komplizierten
Form leicht herzustellen.
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Das Hilfsmittel gemäß den 9 bis 11 kann auch separat vom speziellen Hersteller
des Drosselventils genutzt und für
jede beliebige Ventilausführung
verwendet werden, um zu geringen Kosten und in einer funktionswirksamen
Weise eine Reduzierung der Anstrengungen bei der manuellen Betätigung des
Ventils zu erreichen. Die Abmessungen und die besondere Ausführung des
Zahnrads 15 und der Schnecke 16 können je
nach Bedarf und Anwendung variieren.
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Indem ein Antrieb aus einem Zahnrad 15 und einer
Schnecke 16 in Globoidausführung bereitgestellt wird,
kann Kunststoff für
seine Herstellung verwendet werden, und es lassen sich somit sichere,
zuverlässige
und in ihrer Funktion langlebige Antriebe herstellen.
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Wie aus einer in den 12 und 13 dargestellten
Ausführungsvariante
ersichtlich, weist der Ventilkörper 1 in
diesem Fall auch außen
ein kreisförmiges
Aussehen auf, wobei die Verstärkungsflügel, in
den 1 und 2 der vorstehenden Ausführungsform
mit 201 bezeichnet, entfallen.
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In der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 besitzt der Ventilkörper 1 ein ringförmiges,
insbesondere zylindrisches, Teil mit koaxialen und gegenüberliegenden
Ausdehnungen zur Aufnahme der Spindel 4, wobei die Ausdehnungen
mit dem Ventilkörper 1 mittels
Verstärkungsflügeln 201 verbunden sind,
die mit radialen Schlitzen 301 ausgestattet sind, durch
die die Schrauben zur Befestigung der Flansche geführt werden
können.
Die letzteren sind aneinander durch die Schrauben und gleichzeitig
gegenüber
dem Ventilkörper 1 befestigt.
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In der zweiten Ausführungsform
wird der Ventilkörper 1 durch
die nicht vorhandenen Flügel 201 geschwächt, so
daß das
Entlüftungsloch 101, das
das Loch zur Aufnahme des Endes 404 der Spindel 4 mit
der Umgebung verbindet, vorteilhaft ist, weil dadurch der Sitz der
Dichtung 5, d. h. das radial außenliegende Teil davon, mit
der Umgebung kommunizieren kann. In beiden Ausführungsformen kann das unter
Druck stehende Fluid, im Falle von starken Wasserschlägen oder
hohen Drücken,
zwischen der Dichtung 5 und der Innenwand des radial außenliegenden
Bereichs des Ventilkörpers 1 eindringen,
und in diesem Fall, und insbesondere in der zweiten Ausführungsform,
ist der Ventilkörper 1 hohen
Drücken ausgesetzt.
Der Entlüftungskanal 101 ermöglicht es, die
Drücke
zu entspannen, ohne den Ventilkörper 1 zu
beanspruchen. Andererseits ist es dadurch möglich, ein Ventil in einer
Ausführung
gemäß dem Beispiel
der 12 und 13 zu verwenden, wodurch
beträchtliche
Materialeinsparungen und eine beträchtliche Vereinfachung der
Formwerkzeuge erzielt werden.
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Da, wie insbesondere aus 13 ersichtlich, mit dem
Wegfall der Verstärkungsflügel 201 auch Zentrierführungen
für die
beiden gegenüberliegenden
Flansche zur Verbindung mit den Einlaß- und Auslaßkanälen entfallen,
werden Abstandshülsen 20 vorgesehen,
deren Dicke der radialen Distanz der Befestigungsschraube vom Ventilkörper 1 entspricht.
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Während
im vorstehenden Beispiel, um sicherzustellen, daß unterschiedliche Flansche
mit unterschiedlichen Abmessungen verwendet werden, die Durchführungslöcher 301 in
den Verstärkungsflügeln 201 die
Form radial ausgerichteter Schlitze aufweisen, können in der zweiten Ausführungsform
Abstandshülsen 20 vorgesehen
werden, die Wände
mit unterschiedlicher Dicke gemäß der Ausführung des verwendeten
Flansches besitzen. Gemäß einer
Verbesserung kann die äußere Umfangswand
des Ventilkörpers 1 Formen,
die denjenigen der Hülsen
entspricht, beispielsweise einen oder mehrere Rücksprünge, besitzen, deren Axialschnitt
die Form eines kreisförmigen
Ausschnitts mit einem Radius aufweist, der im wesentlichen demjenigen
der Hülsen entspricht,
oder sie kann mit V-förmigen
Nuten ausgestattet sein, die verhindern, daß die kreisförmigen Hülsen entlang
dem Außenumfang
des Ventilkörpers nach
unten gleiten. Alternativ können
die Hülsen selbst
im gemeinsamen Kontaktbereich ein Außenprofil besitzen, das entsprechend
dem Profil des Ventilkörpers
ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist natürlich nicht
auf die hierin beschriebene und dargestellte Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann weitgehend, insbesondere hinsichtlich der Konstruktion,
variiert werden, ohne von den vorstehend und in den nachstehenden
Ansprüchen
beschriebenen Leitlinien abzuweichen.