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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein
Ventile und insbesondere Dichtungen in Ventilen. Ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Kugeldichtung für eine Welle in einem Ventil.
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Hintergrund
der Erfindung
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Insbesondere in Industrieanlagen
werden Ventile verwendet, verschiedene Gase, Flüssigkeiten und Schlämme über einen
weiteren Bereich von Temperaturen und Drücken zu transportieren und
zu steuern. Viele Arten von Ventilen sind entstanden, um den breiten
Bereich der industriellen Anwendungen abzudecken, wie etwa Kegelventile,
Kugelventile, Drosselventile, Schiebeventile, Rückschlagventile etc.. Viele
Ventile sind handbetrieben, während
andere Ventile automatische Aktuatoren aufweisen, um ein Ventil
von einem entfernten Ort aus zu betätigen oder um Ventile zu betätigen, die
zu groß sind
für Betätigung durch
menschliche Benutzer.
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Die meisten Ventile weisen ein Ventilelement (beispielsweise
der Stopfen in einem Kegelventil, die Kugel in einem Kugelventil,
die Scheibe in einem Drosselventil etc.) auf, welcher in einem Strömungsweg
angeordnet ist. Das Ventilelement hat eine Öffnungsposition, die den Fluss
des Mediums durch das Ventil erlaubt, und eine Schließposition,
die das Medium daran hindert, durch das Ventil zu fließen. Typischerweise
wird eine Welle dazu verwendet, das Ventilelement zwischen seiner
geöffneten
und seiner geschlossenen Position zu bewegen. Die Welle ist normalerweise
mit dem Ventilelement verbunden und erstreckt sich aus dem Ventil,
wo sie entweder manuell oder automatisch betätigt werden kann.
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Ventile verwenden eine oder mehrere
Dichtungen, um den Fluss des Mediums durch das Ventil zu steuern
und Undichtigkeiten zu verhindern. Undichtigkeit kann als intern
oder extern charakterisiert werden. Interne Undichtigkeit bezieht
sich auf einen Fluss des Fluids um die Dichtung und zurück in der Strömungsweg.
Ein Beispiel einer internen Undichtigkeit ist ein Ventil in der
geschlossenen Position, das trotzdem den Fluss einer gewissen Menge
des Fluids durch das Ventil erlaubt. Andererseits bezieht sich externe
Undichtigkeit auf die Undichtigkeit von innerhalb des Ventils in
die äußere Umgebung.
Da die Natur von Ventilen darin liegt, den Fluidfluss zu steuern,
ist jede Art von Undichtigkeit natürlich unerwünscht.
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Wellendichtungen werden verwendet,
externe Undichtigkeiten um die Welle zu verhindern. Mit der heutigen
zunehmenden Betonung von Emissionen ist die Bedeutung von effektiven
Wellendichtungen evident. Jedoch haben Wellendichtungen viele Konstruktionsparameter,
die die Konstruktion von Wellendichtungen erschweren. Beispielsweise
bewegen sich Wellen im Betrieb (beispielsweise drehen sich), wobei
eine Wellendichtung ihre Funktionsfähigkeit während des Betriebes beibehalten
muss. Über die
normalen Betriebsbewegungen hinaus sind die Wellen oft betriebsfremden
Bewegungen resultierend von externen Kräften (Seitenbelastung, axiale Belastung
usw.) ausgesetzt. Eine Wellendichtungskonstruktion behält ihre
Dichtungsfunktionalität
vorzugsweise bei, auch wenn sie solchen außergewöhnlichen Bewegungen ausgesetzt
ist. Eine Temperaturwechselbeanspruchung ist ein weiterer Konstruktionsparameter.
Da viele Ventile während
der Benutzung großen
Temperaturänderungen
unterliegen, wird eine ideale Wellendichtung ihre Dichtungsqualität während der
Dimensionsänderungen
beibehalten, die von der Temperatunnrechselbeanspruchung resultieren.
Zusätzlich
wird eine Welle vorzugsweise eine externe Abdichtung in Hochtemperaturumgebungen
beibehalten, die etwa unter Feuerbedingungen auftreten, die viel
Dichtmaterial verbrauchen würden.
Daher besteht ein Bedarf für
eine Wellendichtung, die die vorangehenden Konstruktionsparameter
erfüllt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe
der Erfindung, eine verbesserte Wellendichtung vorzuschlagen. Weitere
Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden in der
folgenden Beschreibung dargelegt und werden dem Fachmann zum Teil
bei der Prüfung
oder Ausführung
der Erfindung deutlich werden. Diese Aufgaben und Vorteile der Erfindung
können
durch die in den beiliegenden Ansprüchen insbesondere hervorgehobenen
Mittel und Kombinationen realisiert und erhalten werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist eine Wellendichtungsbaugruppe. Eine Welle weist ein oberes Ende
und ein unteres Ende auf und ist so gestaltet, dass sie in einen
Ventilkörper passt
und mit einem Ventilelement innerhalb des Ventilkörpers in
Verbindung steht. Ein mit der Welle verbundenes Kugelsegment hat
eine nach oben weisende Oberseite und eine nach unten weisende Unterseite.
Eine erste Dichtung greift in die Oberseite des Kugelsegments und
eine zweite Dichtung greift in die Unterseite des Kugelsegments
ein. Vorzugsweise enthält
die Welle einen zylindrischen Abschnitt oberhalb des Kugelsegments
und enthält
ferner eine dritte Dichtung zum Eingriff in den zylindrischen Abschnitt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist eine Ventilbaugruppe. Ein Körper hat einen Einlass, einen
Auslass und einen zwischen Einlass und Auslass [sich?] erstreckenden Strömungsweg.
Eine Wellenöffnung
verläuft
zwischen der Außenseite
und der Innenseite des Körpers.
Ein Ventilelement wie ein Stopfen, eine Kugel oder eine Scheibe
ist beweglich in dem Strömungsweg
angeordnet und hat eine Öffnungsposition
und eine Schließposition.
Wenigstens eine In-Line-Dichtung ist zwischen dem Körper und
dem Ventilelement angeordnet. Eine Welle ist in der Wellenöffnung angeordnet.
Die Welle hat ein oberes Ende, eine in das Ventilelement eingreifendes
unteres Ende, ein oberes sphärisches
Segment und ein unteres sphärisches
Segment mit dem gleichen radialen Ursprung wie das obere sphärische Segment.
Eine erste Wellendichtung ist zwischen dem oberen sphärischen Segment
und dem Körper
angeordnet. Eine zweite Wellendichtung berührt das untere sphärische Segment.
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Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Wellendichtungsbaugruppe.
Eine Welle hat ein nahes Ende, ein fernes Ende und eine Rotationsachse.
Eine imaginäre Ebene
senkrecht zu der Achse teilt die Welle in einen nahen Abschnitt
und einen fernen Abschnitt. Ein erstes sphärisches Segment am fernen Abschnitt
der Welle wird definiert durch Drehung eines ersten Bogens um die
Achse. Der erste Bogen hat einen Radius mit Ursprung an dem Schnittpunkt
der Ebene und der Achse und erstreckt sich zwischen ersten und zweiten
fernen spitzen Winkeln relativ zu der Achse. Eine erste Dichtung
greift in das erste sphärische Segment
ein. Das zweite sphärische
Segment an dem fernen Abschnitt der Welle ist definiert durch Drehung
eines zweiten Kreisbogens um die Achse. Der zweite Kreisbogen erstreckt
sich zwischen ersten und zweiten fernen spitzen Winkeln relativ
zu der Achse. Der Radius des zweiten Kreisbogens beginnt an dem
Schnittpunkt der Ebene mit der Achse und ist vorzugsweise gleich
dem Radius des ersten Kreisbogens. Eine zweite Dichtung greift in
das zweite sphärische
Segment ein.
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Noch weitere Aspekte der vorliegenden
Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele deutlich,
die der Illustration eines der bevorzugten Ausführungen zur Ausführung der
Erfindung dient. Es wird deutlich, dass die Erfindung andere und
naheliegende Aspekte umfasst, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Entsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen ihrer Natur
nach illustrativ und nicht beschränkend.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen, die
einen Teil der Beschreibung bilden, illustrieren verschiedene Aspekte
der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit deren Beschreibung
der Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung.
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1 illustriert
eine Ventilbaugruppe.
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2 ist
eine Detailansicht einer Wellendichtung mit einer optionalen Undichtigkeitserfassungs-Öffnung.
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3 illustriert
eine alternative Wellendichtungsanordnung.
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4 illustriert
eine alternative Wellendichtungsanordnung.
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5 illustriert
eine alternative Wellendichtungsanordnung.
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6 zeigt
eine Wellendichtung mit einem optionalen Wellenlager.
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7 demonstriert
eine nicht betriebsbedingte Bewegung resultierend von einer Seitenbelastung.
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8 zeigte
eine Metall-Metall-Dichtung in dem Fall, wenn der Dichtungseinsatz
verbraucht ist.
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Es wird nun Bezug genommen auf das
vorliegende bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, welches in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft
illustriert ist, wobei gleiche Bezugsziffern das gleiche Element
in verschiedenen Ansichten bezeichnen.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 zeigt
eine Ventilbaugruppe 10. Zu Illustrationszwecken wird die
Erfindung in Verbindung mit einem Kugelventil demonstriert; die
Erfindung ist jedoch auch mit anderen Ventilkonfigurationen nützlich,
umfassend Kegelventile, Drosselventile und andere drehbare Ventile.
Die Ventilbaugruppe 10 umfasst einen Ventilkörper 20,
der durch zwei miteinander verschraubte Hälfte gebildet wird. Der Körper 20 hat
einen Einlass 21, einen Auslass 22 und einen sich
zwischen Einlass 21 und Auslass 22 erstreckenden
Strömungsweg 23.
Der Körper 20 enthält auch eine
Wellenöffnung 26,
die sich zwischen dem Außenraum 24 und
dem Innenraum 25 des Kör pers
erstreckt. Durch die Wellenöffnung 26 erstreckt
sich die Welle 40, die als mechanische Verbindung zwischen dem
Betätigungsglied 15 und
dem Ventilelement 30 dient. Wie hier gezeigt, ist das Betätigungsglied 15 ein
manuell betätigter
Handgriff. Jedoch können durch
Elektrizität,
unter Druck stehende Fluide, Federn oder dergleichen angetriebene
Betätigungsglieder
ebenfalls verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Ventilelement
eine Kugel 30 mit einer Öffnung 31, die sich
durch das Ventilelement erstreckt. Interne Dichtungen 32 sind
zwischen dem Körper 20 und
dem Ventilelement 30 angeordnet und ausgebildet, eine interne
Undichtigkeit zu verhindern.
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Das Ventilelement 30 ist
drehbar im Strömungsweg 23 angeordnet
und hat eine Öffnungsposition
und eine Schließposition.
Wie in 1 gezeigt, befindet
sich das Ventilelement 30 in seiner Öffnungsposition, in der die Öffnung 31 mit
dem Strömungsweg 23 ausgerichtet
ist. In der Öffnungsposition
besteht eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass 21 und
dem Auslass, die es dem Medium erlaubt, durch das Ventil 10 zu
fließen.
Die Ventilelementgrenzfläche 48 der
Welle 40 ist verbunden mit und greift ein in die Wellengrenzfläche 33 des
Ventilelements 30. In einem Ausführungsbeispiel bilden die Grenzflächen 33, 38 einen
Schlitzgleiterverschluss, der die Umsetzung einer Drehbewegung der Welle 40 auf
das Ventilelement 30 erlaubt. Die Gleitverbindung hat den
Vorteil, dass sie in der Lage ist, Drehmoment zu übertragen,
auch wenn die Welle 40 und das Ventilelement 30 nicht
vertikal oder axial zueinander ausgerichtet sind. Wenn das Betätigungsglied 15 um
90° gedreht
wird, wird die Drehung auf die Welle 40 umgesetzt, die
wiederum auf das Ventilelement 30 umgesetzt wird, wodurch
die Ventilanordnung 10 geschlossen wird. In der Schließposition ist
der Durchlass 31 nicht mit dem Strömungsweg 23 ausgerichtet,
wodurch der Fluss des Mediums zwischen Einlass 21 und Auslass 22 blockiert
wird.
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2 illustriert
eine Detailansicht des Wellendichtungsbaugruppenabschnitts der Ventilbaugruppe 10.
Die Welle 40 wurde um 90° gedreht, um
das Ventilelement 30 in der geschlossenen Position zu zeigen.
Das Betätigungsglied 15 ist
von der Welle entfernt, um die Betätigungsendfläche 47 der Welle 40 zu
zeigen. Die Ansicht der Welle 40 illustriert auch die Dimensionierung
der Ventilelementgrenzfläche 48,
die das Außenglied
der Gleitkopplung zwischen Welle 40 und Ventilelement 30 bildet. Die
Welle 40 hat ein oberes oder äußeres Ende 41, das
außerhalb
des Körpers 20 angeordnet
ist, und ein unteres oder nahes Ende 42, das innerhalb
des Körpers 20 angeordnet
ist. Das obere Ende 41 ist außerhalb des Körpers 20 in
dem Sinne angeordnet, dass das obere Ende 41 nicht dem
unter Druck stehenden Medium innerhalb des Ventils ausgesetzt ist. Die
Wellendichtungsbaugruppe wird verwendet, um ein externes Austreten
jeglichen unter Druck stehenden Fluids von innerhalb des Ventils 25 nach
außerhalb
des Ventils 24 zu verhindern.
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Das Kugelsegment 43, das
vorzugsweise am Stück
mit der Welle 40 ausgebildet ist, hat eine nach oben weisende
Oberseite 44 und eine nach unten weisende Unterseite 45.
Die Oberseite 44 des Kugelsegments 43 ist ein
sphärisches
Segment mit einem radialen Ursprung 62. Der Begriff "radialer Ursprung" bezieht sich auf
den Ursprungspunkt des Radius. Entsprechend ist die Unterseite 45 ebenfalls
ein sphärisches
Segment mit dem gleichen radialen Ursprung 62 wie die Oberseite 44.
Da die Ober- und Unterseiten 44, 45 Teile des
gleichen Kugelsegments sind, sind die Radien der Oberflächen 44, 45 gleich. Vorzugsweise
sind die Ober- und Unterseiten 44, 45 kontinuierlich,
wie in 2 gezeigt ist.
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Geometrisch ausgedrückt hat
die Welle 40 eine Drehachse 60, die sich zwischen
dem fernen Ende 42 und dem nahen Ende 41 erstreckt.
Eine imaginäre
Ebene senkrecht zu der Achse 60 schneidet einen Punkt 62 und
teilt die Welle 40 in einen nahen Abschnitt und einen fernen
Abschnitt auf. Ein erstes sphärisches
Segment entsprechend der Oberseite 44 befindet sich am
fernen Abschnitt der Welle 40. Das erste sphärische Segment 44 wird
definiert durch Drehung eines Kreisbogens um die Achse 60. Dieser
Kreisbogen hat einen Radius mit Ursprung an der Schnittstelle der
Ebene und der Achse (d. h. dem Radiusursprung 62) und erstreckt
sich zwischen den ersten und zweiten fernen spitzen Winkeln relativ
zu der Achse 60. Ein zweites sphärisches Segment entsprechend
der Unterseite 45 befindet sich am nahen Abschnitt der
Welle 40. Das zweite sphärische Segment 45 ist
definiert durch, Drehung eines zweiten Kreisbogens um die Achse 60.
Der zweite Kreisbo gen erstreckt sich zwischen ersten und zweiten
fernen spitzen Winkeln relativ zu der Achse 60. Der zweite
Kreisbogen hat einen radialen Ursprung 62, definiert durch
den Schnittpunkt der imaginären
Ebene in der Achse 60. Vorzugsweise ist der Radius des zweiten
Kreisbogens gleich dem Radius des ersten Kreisbogens.
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Die obere Dichtung 51 dichtet
die Oberseite 44 des Kugelsegments 43 ab und die
untere Dichtung 52 dichtet die Unterseite 45 des
Kugelsegments 43 ab. Vorzugsweise sind die obere und untere
Dichtung 51 und 52 in einem Stück ausgebildet mit einem einzigen
Dichtungseinsatz 50, gebildet aus kontinuierlichem Material,
vorzugsweise aus fluoroplastischem Material wie Polytetrafluorethylen
("PTFE"), fluoriertem Ethylen-Propylen
("FEP"), Perfluoralkoxy ("PFA"), und Ähnlichem.
Andere Materialien wie Graphit, Keramik, gemahlenes Metall, Metall,
Hochtemperaturkunststoff und dergleichen kann ebenfalls als obere
und/oder untere Dichtungen verwendet werden. Ein Ring 53 ist
radial zwischen dem Kugelsegment 43 und dem Dichtungseinsatz 50 und
axial zwischen der oberen und unteren Dichtung 51, 52 gehalten.
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Während
der Montage wird der Dichtungseinsatz 50 zuerst auf der
Wellenöffnung 26 angeordnet
und gegen das Lager 29 gehalten. Das obere Ende 41 der
Welle wird dann durch den Dichtungseinsatz 50 und durch
die Wellenöffnung 26 geschoben,
bis die Oberseite 44 die untere Dichtung 52 berührt. Alternativ
wird der Dichtungseinsatz 50 gegen das Kugelsegment gehalten
und die Anordnung wird aufwärts
durch die Wellenöffnung 26 geschoben. Eine
Beeinflussung besteht zwischen dem Kugelsegment 43 und
der unteren Dichtung 52. Das Kugelsegment ist so dimensioniert,
dass die Welle 40 aufwärts gedrückt werden
kann, um die untere Dichtung 52 radial zu bewegen, bis
die Oberseite 44 die obere Dichtung 51 berührt. Alternativ
könnte
der Radius des Kugelsegments zwischen der Oberseite und der Unterseite 44, 45 verringert
oder abgeflacht sein, um die gegenseitige Beeinflussung zwischen
unterer Dichtung 52 und Kugelsegment 43 während der
Montage zu verringern.
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Während
des Betriebes wird Druck von dem Innenraum des Ventils 25 eine
nach oben wirkende Kraft auf die Welle 40 ausüben. Der
nach oben wirkenden Kraft wird wenigstens zum Teil durch eine abwärts wirkende
Kraft von dem Lager 29 durch den Dichtungseinsatz 50 entgegengewirkt,
welche wiederum auf die Oberseite 44 wirkt. Diese Kräfte bewirken
eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Oberseite 44 und
der oberen Dichtung 51 und dem Lager 29 und dem
Dichtungseinsatz 50. Mit anderen Worten ist die Dichtung
druckunterstützt.
Weiterhin nimmt bei einer Zunahme des inneren Drucks im Ventil die Belastung
der oberen Dichtung 51 proportional zu, wodurch die Dichtigkeit
der Dichtung um das Lager 40 erhöht wird. Die andere Dichtung
ist vorzugsweise eine druckunterstützte Dichtlippe. Der Druck
von dem Innenraum 25 des Ventils wird eine Last auf die untere
Dichtung 52 erzeugen, der eine normale Last von der Unterseite 45 entgegenwirkt.
Diese Last und Gegenlast erzeugt eine fluiddichte Abdichtung zwischen
der unteren Dichtung 52 und der Unterseite 45.
Da die untere Dichtung 52 druckunterstützt ist, nimmt die Dichtungsdichtigkeit
proportional mit dem internen Druck im Ventil zu. Die druckunterstützten Dichtungen 51, 52 sind
insbesondere nützlich,
wenn die Welle dem vollen Leitungsdruck ausgesetzt ist, wie bei
einem schwebenden Kugelventil, Kegelventilen, Drosselventilen, Schiebeventilen
und dergleichen.
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Da die Dichtungen 51, 52 symmetrisch
um die Drehachse 60 sind, kann sich die Welle 40 relativ zu
dem Körper 20 drehen,
wobei die Dichtungsdichtigkeit in der Wellenöffnung 26 erhalten
bleibt. Die Wellendichtung wird auch während nicht betriebsbedingter
Bewegungen in Form einer Abwärtsverschiebung
der Welle 40 relativ zu dem Körper 20 beibehalten.
Während
eine extreme Abwärtslast
die Oberseite 44 von der oberen Dichtung 51 lösen wird,
nimmt die Dichtungslast zwischen der unteren Dichtung 52 und
der Unterseite 45 aufgrund der erhöhten radialen Zusammenwirkung
zwischen Kugelsegment 43 und unterer Dichtung 52 zu,
wodurch die Dichtungsdichtigkeit um das Kugelsegment 43 beibehalten
wird.
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Die Welle 40 weist ferner
einen zylindrischen Abschnitt 46 auf, der oberhalb des
Kugelsegments 43 angeordnet ist. Die Wellenmanschette 54 ist
zwischen der zylindrischen Oberfläche 46 und dem Körper 20 angeordnet,
um eine dritte Dichtung zur Verhinderung einer externen Undichtigkeit
in dem Ventil zu bilden. Die Wellenmanschette wird durch eine feste
Rohrdurchführung 55 komprimiert,
die eine abwärts
wirkende Last von einer Rohrdurchführungs-Halterung 56 erfährt. Die
abwärts
wirkende Last kann auf verschiedene geeignete Art und Weise wie
eine Schraubverbindung mit dem Körper 20,
eine Schraubverbindung mit der Welle 40, einen Federring
und dergleichen erzeugt werden.
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Die Dimensionierung des Kugelsegments 43 kann
relativ zu der Dimensionierung des zylindrischen Abschnitts 46 als
Verhältnis
zwischen deren Radien (d. h. Kugelsegmentradius zu Radius des zylindrischen
Abschnitts) ausgedrückt
werden. Vorzugsweise ist das Verhältnis von 1 : 3 bis 3 : 1,
insbesondere zwischen 1,2 : 1 und 2,0 : 1 und besonders bevorzugt
von 1,3 : 1 bis 1,6 : 1. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
verwendet beispielsweise eine 2-Inch-Kugel mit einem Wellen-zu-Zylinder-Verhältnis von
1,43.
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Optional erstreckt sich eine Undichtigkeitserfassungsöffnung 27 von
außerhalb
des Ventils 24 zu dem Ring zwischen der Wellenmanschette 54 und der
oberen Dichtung 51. Die Undichtigkeitserfassungsöffnung 27 wird
benutzt, um zu bestimmen, ob eine Undichtigkeit um die Dichtungen 51 und 52 auftritt.
Wenn keine solche Undichtigkeit erfasst wird, kann die Wellenmanschette 54 entfernt
und ohne Drukkentlastung des Ventils 10 ersetzt werden,
wodurch ein Ersetzen der Wellenmanschette während des Betriebes erleichtert
wird. Wie der Fachmann unschwer feststellt, sollten Sicherheitsvorkehrungen eingehalten
und geeignetes Sicherheitswerkzeug verwendet werden, insbesondere
wenn dass Flussmedium potentiell gefährlich ist, bevor ein Ersatz
der Wellenmanschette während
des Betriebs angestrebt ist. Normalerweise wird die Undichtigkeitserfassungsöffnung 27 abgedeckt
oder blockiert, um jegliche mögliche
Undichtigkeit während
des normalen Betriebes durch die Undichtigkeitserfassungsöffnung 27 zu
vermeiden.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Dichtungskonfiguration um das Kugelsegment 43. Eine druckunterstützte Dichtungslippe 52 berührt die
Unterseite 45. Eine zweite druckunterstützte Dichtungslippe 58 berührt den
Körper 20,
was die Dichtungsdichtigkeit durch die Wellenöffnung gegen den Körper verstärkt. Das
Temperaturzyklus-Lager 29A erstreckt sich radial nach außen und
axial nach oben, um eine konisch zulaufende Oberfläche zu bilden.
Wenn die Dichtung 10 einer Temperaturwechselbeanspruchung
unterliegt, können
sich Kugelsegment 43 und Körper 20 mit unterschiedlichen
Raten ausdehnen oder schrumpfen. Das abgewinkelte Lager 29A hilft
dabei, die Dichtungsdichtigkeit zwischen der Dichtung 50 und
dem Körper 20 während einer solchen
Temperaturwechselbeanspruchung zu erhalten. Wenn sich beispielsweise
der Körper 20 stärker ausdehnt
als die Welle 40, erhöht
sich die Last zwischen dem Dichtungseinsatz 50 und dem
angewinkelten Lager 29A. Gleichzeitig erhält die aufwärts gerichtete
Last auf die Welle aufgrund des Druckunterschiedes von dem Innenraum 25 zu
dem Außenraum 24 des
Ventils die Dichtungslast gegen das obere sphärische Segment 44 aufrecht.
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4 zeigt
ein alternatives Temperaturwechselbeanspruchungs-Lager 29B,
das auf die gleiche Art und Weise arbeitet wie Lager 29A,
aber die Querschnittsform eines abwärts weisenden Dreiecks annimmt. 5 zeigt noch ein weiteres
Temperaturwechselbeanspruchungs-Lager 29C, welches eine
rechteckförmige
Querschnittsform aufweist. 6 zeigt
ein optionales Wellenlager 57, das zwischen der Welle 40 und
dem Körper 20 angeordnet und
zwischen der Wellenmanschette 54 und dem Dichtungseinsatz 50 positioniert
ist. Das Wellenlager 57 wird verwendet, um die axiale Ausrichtung
der Welle 40 relativ zu dem Körper 20 beizubehalten.
Eines oder mehrere Lager können überall entlang
der Welle angeordnet sein. Der in 6 gezeigte
Dichtungseinsatz 50 umfasst eine feste Oberfläche, die das
Lager 29 berührt
und umfasst außerdem
eine Abschrägung,
die sich von der unteren Dichtung 52 zu dem Körper 20 erstreckt.
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7 illustriert,
wie die Dichtungsdichtigkeit zwischen den oberen und unteren Dichtungen 51 und 52 und
dem Kugelsegment 43 während
nicht betriebsbedingten Bewegungen resultierend von Seitenlasten
gewährleistet
wird. Die Phantom-Verschiebungen 49 der
Welle 40 sind übertrieben,
um die Bewegung der Welle in Reaktion auf eine seitliche Last zu
zeigen. Da das obere und untere sphärische Segment 44 und 45 beide
den gleichen Radiusursprung aufweisen, wird die Dichtigkeit gegenüber dem
Kugelsegment 43 gewährleistet.
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8 illustriert
die Dimensionswechselwirkung zwischen dem Kugelsegment 43 und
der Wellenöffnung 26,
die verhindert, dass sich die Welle von dem Körper 20 befreit. Die
Wellenöffnung 26 ist
so dimensioniert, dass wenigstens ein Abschnitt einen kleineren
Radius aufweist als das obere sphärische Segment 44 des
Kugelsegments 43. 8 illustriert eine
Metall-Metall-Dichtung, die entsteht, wenn der Dichtungseinsatz 50 verbraucht
ist, was in Hochtemperaturumgebungen wie in einem Feuer auftreten kann.
Wenn der Dichtungseinsatz 50 verbraucht ist, zwingt der
Druckunterschied von der dem Ventilinnenraum zu dem Außenraum 24 des
Ventils die Welle 40 nach oben. Die Kante 28 des
Lagers 29 berührt das
obere sphärische
Segment 44, um eine Metall-Metall-Dichtung zu bilden, die eine externe
Undichtigkeit verhindert. Vorzugsweise hat die Kante 28 eine
leichte Abschrägung
oder einen Radius, um die Dichtungsfläche mit der Oberseite 44 zu
verbessern.
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Die vorangehende Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der Erfindung wurde zu Zwecken der Illustration und Beschreibung
präsentiert.
Sie ist nicht gedacht, erschöpfend
zu sein oder die Erfindung auf die offenbarte genaue Form einzuschränken. Viele
Alternativen, Modifikationen oder Veränderungen sind für den Fachmann
im Lichte der obigen Lehre offensichtlich. Entsprechend ist beabsichtigt,
dass die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Veränderungen
umfasst, die in den breiten Bereich der beiliegenden Ansprüche fallen.