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Die
vorliegende Erfindung betrifft Zwei- oder Dreiweg-Kugelventile und
insbesondere motorisierte Kugelventile, die in Heizungs-, Lüftungs-
und Klimatisierungsanwendungen verwendet werden.
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Beispielsweise
ist ein Zweiweg-Kugelventil wie das, das in der den Stand der Technik
darstellenden 1 gezeigt ist, auf diesem technischen
Gebiet bekannt. In der Regel enthält das Kugelventil 100 einen
Ventilkörper 105,
eine Kugel 110, eine Welle 115, einen Gestängearm 120,
eine Kugelwelle 125, eine Teflonmuffe 130, eine
Bohrung 132, O-Ringe 140, einen Sprengring 145,
eine Druckscheibe 150, eine Plattenbaugruppe 155,
Befestigungsmittel 160, eine Nietverbindung 165 und
eine Nietverbindung 170. Während des Betriebes wurde die
Welle 115 mit einem Motor gekoppelt, der bei Betätigung die
Welle dreht, um die Position der Kugel 110 zu verändern. Die
Welle 115 verlief durch das Lager 175 hindurch
in das Innere des Ventilgehäuses 105.
Das Ventilgehäuse 105 bildete
nach dem Zusammenbau mit der Plattenbaugruppe 155 einen
umschlossenen Raum, durch den ein Fluid, wie beispielsweise Wasser,
fließen
konnte.
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Die
Welle 115 bestand in der Regel aus Edelstahl. Die Welle
wurde dann mit dem Gestängearm 120 verbunden.
Der Gestängearm 120 bestand
in der Regel aus Messing und war mit zwei Löchern 180, 190 versehen.
Die Welle wurde mit dem Gestängearm
verbunden, indem ein Abschnitt der Welle durch das Loch 190 geführt wurde.
Dann wurde eine Vernietung ausgeführt, um die Nietverbindung 170 herzustellen
und so die Welle mit dem Gestängearm
zu verbinden.
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Gleichermaßen wird
die Kugel 110 mit Hilfe der Kugelwelle 125 mit
dem Gestängearm 120 verbunden.
An der Kugelwelle 125 wurde eine Vernietung durchgeführt, um
einen Kopf 127 auszubilden, der verhinderte, dass die Welle
komplett durch das Loch 180 hindurchrutschte. Der Kopf 127 konnte auch
auf andere Weise vorgeformt sein. Die Kugel 110 enthielt
eine Bohrung 130, durch die die Kugelwelle 125 hindurchgeführt werden
konnte. Die Kugel 110 bestand in der Regel aus einem elastomeren
Material wie beispielsweise Gummi. Die Kugel wurde mit Hilfe einer
Scheibe 135 und einer Nietverbindung 165 auf der
Welle gehalten. Bei einigen Ausführungsformen
wurde eine Buchse in die Bohrung 132 als eine Lagerfläche eingesetzt,
um während
einiger Ventiloperationen eine Drehbewegung der Kugel 110 zu
ermöglichen.
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Die
O-Ringe 140 verhinderten ein Entweichen von Fluid durch
das Lager 175. Der Sprengring 145 hielt die Welle 115 an
ihrem Platz und verhinderte eine axiale Bewegung der Welle in dem
Lager 175. Gleichermaßen
verhinderte die Druckscheibe 150 eine axiale Bewegung der
Welle 115. Die Befestigungsmittel 160 dienten
der Befestigung der Plattenbaugruppe 155 an dem Ventilkörper 105.
Ein gezackter Rand 180 ermöglicht einen festen Sitz für den Zusammenbau
und verhindert eine axiale Bewegung der welle 125. Wenden
wir uns nun der den Stand der Technik darstellenden 3 zu,
wo eine Schnittansicht von oben auf das Ventil 100 gezeigt
ist. Das Ventil 100 enthält einen Fluideinlass 192 und
einen Fluidauslass 194. Während des Betriebes wird die Kugel 110 durch
Drehung der Welle 115 in einem Bogen in Richtung des Fluideinlasses 192 oder
von dem Fluideinlass 192 weg bewegt. Je näher sich
die Kugel 110 am Mittelpunkt zwischen dem Fluideinlass 192 und
dem Fluidauslass 194 befindet, desto größer ist der Fluiddurchfluss
durch das Ventil. In dem Maße, wie
sich die Kugel 110 in Richtung des Fluideinlasses oder
des Fluidauslasses bewegt, wird der Durchfluss durch das Ventil
eingeschränkt.
Um beim Stand der Technik den Durchfluss durch das Ventil zu schließen, wurde
die Kugel 110 in Kontakt mit der äußeren Kante 196 und
der inneren Kante 198 gebracht, um einen Fluiddurchfluss
durch den Fluideinlass 192 zu verhindern. Die Kugel 110 berührte wiederum
beim Stand der Technik zuerst die äußere Kante 196 und dann
die innere Kante 198. Dies bewirkte eine Drehbewegung der
Kugel 110 um die Welle 115 in der Richtung des
Pfeils 199.
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Im
Stand der Technik gab es jedoch einige Probleme. Als erstes sind
viele Fertigungsschritte erforderlich, um mehrere Teile herzustellen
und die Kugel-Kurbelwellen-Baugruppe
zusammenzusetzen. Die Welle 115 muss maschinell bearbeitet
werden. In den Gestängearm 120 müssen zwei
Löcher
gestanzt werden. Die Welle 115, der Gestängearm 120 und die
Kugelwelle 125 müssen
mit einer Nietverbindung zusammengesetzt werden.
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Außerdem wurden
vier Basisteile benötigt, um
die Kurbelwellenbaugruppe herzustellen. Weil die Welle 115 und
die Kugelwelle 125 gewöhnlich
aus Edelstahl bestanden und der Gestängearm 120 aus Messing
bestand, konnte es darüber
hinaus zu galvanischer Korrosion an den Kontaktstellen dieser ungleichen
Metalle kommen.
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Und
schließlich
war es aufgrund der verschiedenen Maschinenbearbeitungsanforderungen für die vier
separaten Teile schwieriger, die eng sitzende Buchse 132 und
die Kugel 110 korrekt auf die Welle zu setzen. Der Grund
dafür war
die Fehlerakkumulation infolge der Maschinenbearbeitungstoleranzen,
des Lötens
und Vernietens der Wellenkomponenten.
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US-Patent
Nr. 4,452,426 offenbart einen Ventilkörper, der einen Durchgang für einen
Fluiddurchfluss durch den Ventilkörper hindurch enthält. Ein
Ventilelement, wie beispielsweise ein Kugelventilelement, ist so
in dem Durchgang angeordnet, dass es eine Drehbewegung um eine erste
Drehachse herum zwischen einer geöffneten Position und einer
geschlossenen Position vollführen
kann, um den Durchgang zu öffnen
und zu schließen.
Ein Stell glied bewegt sich in einer Kreisbahn um die erste Achse
herum, um das Ventilelement zwischen der geöffneten und der geschlossenen
Position zu bewegen. Ein gebogener integral ausgebildeter Ventilschaft
erstreckt sich zwischen dem Ventilelement und dem Stellglied.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Ventilkurbelwelle nach Anspruch
1 unten bereit. Die Ventilkurbelwelle kann die Merkmale nach einem
oder mehreren der Ansprüche
2 bis 4 aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Ventil mit einer integral ausgebildeten
Kurbelwelle. Die Kurbelwelle kann aus einem Material wie beispielsweise Edelstahl
oder Messing kaltgeformt werden. Die einstückig ausgebildete Welle ist
mit einer Winkelregion und einer Kugelhalteregion ausgebildet. Durch
Ausbilden der Kurbelwelle als eine einstückig ausgebildete Vorrichtung
lassen sich viele der Probleme des Standes der Technik beheben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein Querschnitt durch ein Ventil, das mit der Kugel- und Kurbelbaugruppe
des Standes der Technik arbeitet.
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2 ist
ein Querschnitt durch ein Ventil, das mit der erfindungsgemäßen Kurbelwelle-Kugel-Baugruppe
arbeitet.
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3 ist
eine Draufsicht auf ein Ventil, das mit der Kurbelwelle-Kugel-Baugruppe
des Standes der Technik arbeitet.
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4 ist
eine Draufsicht auf ein Ventil, das mit der erfindungsgemäßen Kurbelwelle-Kugel-Baugruppe
arbeitet.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Wenden
wir uns nun 2 zu, wo eine Ventilbaugruppe 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt ist. Die Ventilbaugruppe enthält einen Ventilkörper 205,
eine Fluidsperrvorrichtung 210, eine Welle 215,
O-Ringe 240, einen Sprengring 245, eine Druckscheibe 250,
eine Abdeckbaugruppe 255, Befestigungsmittel 260,
einen Sprengring 265 und ein Lager 275. Die Welle 215 erstreckt
sich durch das Lager 275 hindurch und ist in wenigstens
drei voneinander unterscheidbare Regionen unterteilt. Die erste Region, 219,
ist eine Antriebsregion zum Verbinden mit einer Ventilantriebsvorrichtung,
wie beispielsweise einem Elektromotor. Die Antriebsregion kann Abflachungen 217 oder
andere Verkeilungsmittel enthalten, um ein Motorantriebsmoment zu übertragen, um
die Fluidsperrvorrichtung 210 zu veranlassen, den Fluideinlass 292 oder
den Fluidauslass 294 abzusperren. Ein Stift 223 sorgt
für eine
konzentrische Ausrichtung zwischen der Kurbelwelle und dem Antriebsmechanismus.
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Die
zweiten Region ist die Winkelregion 216. Der Winkel β darf nicht
zu groß sein,
weil sonst das Wellenende oder die Fluidsperrvorrichtungshalterung 218 in
den Bohrungen 292 und 294 endet, wodurch das Schließen des
Ventils verhindert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist β gleich
45°. Die
Bünde 224 dienen
als Axiallagerflächen,
in einem Fall gegen das Lager 275, in anderen Fall gegen
die Kugel 210.
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Die
dritte Region ist die Fluidsperrvorrichtungsgegenregion 218.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Fluidsperrvorrichtung eine elastomere Kugel. Die Fluidsperrvorrichtungsgegenregion
wird bei der bevorzugten Ausführungsform
durch Ausbilden einer konzentrischen Vertiefung 222 in
der Stange 215 hergestellt. Die Vertiefung ist so ausgebildet,
dass sie zu dem Spreng ring 265 in der Bohrung 237 der
Fluidsperrvorrichtung 210 passt. Die Vertiefung hält nicht
nur die Fluidsperrvorrichtung, sondern bildet auch eine Lagerfläche, die
es der Fluidsperrvorrichtung 210 gestattet, sich um die
Stange 215 herum zu drehen, um eine gleichmäßige Abnutzung
zu ermöglichen.
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Die
Ventilbaugruppe enthält
des weiteren Befestigungsmittel 260 zum Befestigen der
Abdeckbaugruppe 255 an dem Ventilkörper 205. Die Druckscheibe 250 verhindert
eine axiale Bewegung der Stange 215 durch das Lager 275.
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Wenden
wir uns nun 4 zu, wo gezeigt ist, wie während des
Betriebes die Fluidsperrvorrichtung 210 in einem Bogen
durch eine Drehbewegung der Welle 215 zu den Bohrungen 292 und 294 hin oder
von den Bohrungen 292 und 294 weg bewegt wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik gestattet es die hier besprochene
Baugruppe der Fluidsperrvorrichtung, zuerst die innere Kante 298 und
dann die äußere Kante 296 zu
berühren.
Das Schließen
des Ventils in dieser Weise verringert oder beseitigt das Wasserschlagen.
Des Weiteren gestattet der Aufbau der hier besprochenen Fluidsperrvorrichtungsbaugruppe
eine höhere
Kraft beim Schließen
dank eines verkürzten
Hebelarms.
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Die
Welle 215 wird mittels eines geeigneten Verfahrens wie
beispielsweise Schmieden oder Drehen hergestellt. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
besteht die Welle aus Edelstahl oder Messing. Die Kugel besteht
aus einem elastomeren Material wie beispielsweise EPDM oder Nitral.
Weil die Welle als ein einstückig
ausgebildetes Teil hergestellt ist, gibt es weniger Fehlerakkumulation
bei den Fertigungstoleranzen zum Positionieren der Fluidsperrvorrichtung
im Fluidauslass 294 oder Fluideinlass 292. Dementsprechend
ist das Anordnen der Fluidsperrvorrichtung auf der erfindungsgemäßen Welle keine
so heikle Angelegenheit wie im Fall der Welle nach dem Stand der
Technik, wo die aus mehreren Teilen bestehende Struktur zu einer
Fehlerakkumulation geführt
hat.
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Das
oben Dargelegte war eine Beschreibung einer neuartigen, mit einem
erfinderischen Schritt verbundenen Kurbelwelle für ein Ventil. Diese Beschreibung
dient lediglich der beispielhaften Veranschaulichung der Erfindung
und nicht ihrer Einschränkung.
Die Erfinder definieren die Grenzen ihrer Erfindung durch die folgenden
Ansprüche.