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Gegenstand der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Ventil mit einer Betätigungsvorrichtung in Form
eines beweglichen Trägers,
der mit einer Steuerstange fest verbunden ist, wie ein Klappenventil.
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Stand der Technik
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Klappenventile sind wohlbekannt;
sie bestehen im wesentlichen aus einer beweglichen Klappe im Ventilkörper, die
fest mit einer Steuerstange verbunden ist und die sich schließt, wenn
eine Druckkraft auf die Klappe ausgeübt wird und öffnet, wenn eine
Zugkraft auf dieselbe Klappe ausgeübt wird.
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Um eine gute Abdichtung des besagten
Ventils beim Schließen
zu gewährleisten,
wurde bekannterweise bereits ein Kugelgelenksystem vorgeschlagen,
das die gleichmäßige Verteilung
des durch die Steuerstange ausgeübten
Drucks über
die gesamte Kontaktfläche
der besagten Klappe ermöglicht.
Dadurch können
eventuelle Fehler bei der Axialität und/oder senkrechten Ausrichtung
der Druckkräfte
in Bezug auf die besagte Klappe beseitigt werden.
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Dieses Kugelgelenk liegt üblicherweise
in Form eines kugelförmigen
Meniskus vor, der auf einer ebenen oder kegelförmigen Fläche der beweglichen Klappe
aufliegt. Die Stange ist in diesem Fall fest mit dem besagten Gelenk
verbunden.
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Nichtsdestotrotz ist die Kräfteverteilung
auf der Klappenoberfläche
bei einer auf die besagte Steuerstange, eventuell durch hydraulische
Kompensation oder anderweitig ausgeübten Zugkraft zum Öffnen des
Ventils oft von der Fluchtgenauigkeit der Rückhaltevorrichtung abhängig, die
die Stange mit der Klappe verbindet. Aufgrund dessen beobachtet man
häufig,
dass die Zugkraft nicht mehr mittig wirkt.
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Im Dokument US-A-4 185 659 wird ein
Eingriff-Mischhahn beschrieben. Dieser Hahn beinhaltet ein Ventil
mit zwei Scheiben, einer beweglichen und einer festen, wobei diese
Scheiben so angeordnet sind, dass ihre Kontaktfläche parallel zur Achse des Ventilkörpers steht.
Die bewegliche Scheibe soll sich um einen Drehpunkt bewegen und
geschwenkt werden, der parallel zur Achse des Hahns verschiebbar ist.
Die Ventilelemente befinden in einer Muffe, die einer Patrone ähnelt.
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Im Dokument US-A-3 883 111 wird ein
Ventil vom Typ Rückschlagventil
in Form einer Schale beschrieben, das über ein Kugel- und Kniegelenk
auf einen Arm montiert ist. Der Arm ist an einer Stange befestigt,
die manuell zum Öffnen
und Schließen
des Rückschlagventils
betätigt
werden kann. In der geschlossenen Stellung kann das Rückschlagventil
frei in eine Richtung geschwenkt werden, bis es die geöffnete Stellung
erreicht, und ein Anzeigearm zeigt jederzeit die Stellung des Rückschlagventils
an. Wenn das Ventil offen ist und ein Fördermedium durch den Abflusskanal
des Ventils fließt,
verhindert ein Flügel
im unteren Teil des Klappenventils jegliche freie Drehbewegung der
Klappe um das Kugel- und Kniegelenk, das sie mit dem Arm verbindet.
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Im Dokument US-A-4 738 281 wird ein Mischventil
zur Mischung von zwei Flüssigkeiten
beschrieben, das insbesondere für
den Sanitärbereich bestimmt
ist, um heißes
und kaltes Wasser zu mischen. Dieses Ventil enthält zwei Keramikscheiben, eine
feste und eine bewegliche, wobei diese Scheiben in einem Gehäuse angebracht
sind, in dem sich ebenfalls ein mit der beweglichen Scheibe über einen außermittigen Überstand
verbundener Kugelhebel befindet, wobei die Form der beweglichen
Scheibe, die kein Loch hat, ungefähr die eines Trapezes mit abgerundeten
Enden ist.
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Im Dokument US-A-4 887 642 wird ein
Eingriff-Mischventil zum Mischen von heißem und kaltem Wasser in bestimmten
Verhältnissen
und nach einer bestimmten Durchflussmenge beschrieben. Dieses Ventil
umfasst zwei Scheiben, wobei die eine Scheibe sich gleichzeitig
gegen die andere Scheibe drehen und sich quer zu dieser verschieben
kann. Die bewegliche Scheibe ist über ein Kugelgelenk mit einem
dreh- und neigbaren
Griff verbunden. Die Drehachse der beweglichen Scheibe und des Griffs durch
das Kugelgelenk während
der Drehung der besagten beweglichen Scheibe und die Neigungsachse des
besagten Griffs in Bezug auf die besagte bewegliche Scheibe beim
Kugelgelenk während
der Querbewegung der besagten beweglichen Scheibe sind so geartet,
dass im wesentlichen alle durch den Griff auf das besagte Kugelgelenk
ausgeübten
Kräfte
eher radial in Bezug auf das besagte Gelenk wirken als längs an der
Ventilachse entlang, wodurch die Reibungskräfte zwischen den Scheiben des
Ventils und damit die Gefahr der Beschädigung verringert werden.
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Im Dokument DE-A-1939711 steht ein
weiteres Beispiel für
eine Eingriff-Mischbatterie für
warmes, kaltes oder Mischwasser.
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Ziele der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung hat die
Aufgabe, das Problem der mangelnden Zentrierung beim Wirken der
Kräfte
sowohl beim Schließen
wie auch beim Öffnen
des Ventils zu lösen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Lösung
vorzuschlagen, mit der die Bearbeitungstoleranzen der einzelnen
Bestandteile eines Klappenventils erhöht werden können.
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Wichtigste typische Bestandteile
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Ventil mit einer Betätigungsvorrichtung
in Form eines beweglichen Trägers,
der mit einer Steuerstange fest verbunden ist, und mit einem Bauteil,
das erste Elemente aufweist, die die Funktion eines Kugelgelenks zur
Verteilung der Druckkräfte
beim Schließen
des Ventils ausüben,
dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Betätigungsvorrichtung ein Bauteil
umfasst, das zweite Elemente aufweist, die die Funktion eines Kugelgelenks
zur Verteilung der Zugkräfte
beim Öffnen
des Ventils ausüben.
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In dieser Betätigungsvorrichtung des Ventils können das
Bauteil, das die ersten Elemente aufweist, die die Funktion eines
Kugelgelenks haben, und das Bauteil, das die zweiten Elemente aufweist, die
die Funktion eines Kugelgelenks haben, verschieden sein, oder es
kann sich um das gleiche Bauteil handeln.
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Vorzugsweise ist der bewegliche Träger die Klappe
eines Klappenventils.
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Es gibt mehrere Alternativen für die Elemente,
die die Funktion eines Kugelgelenks zur Kräfteverteilung ausüben. Im
allgemeinen handelt es sich darum, zwei Flächen anzubieten, die eine möglichst
kleine Kontaktfläche
aufweisen. Es handelt sich zum Beispiel um eine konvexe und vorzugsweise
kugelförmige
Fläche,
die eine Ebene berührt,
um zwei zylinderförmige
Flächen,
deren Achsen nicht parallel sind und die daher einen einzigen Berührungspunkt haben
oder um eine kegelförmige
Fläche,
die senkrecht zu einer Ebene steht.
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Es ist wünschenswert, dass die Kontaktfläche, an
der die Zug- oder Druckkräfte
wirken, deutlich kleiner als der Querschnitt der Steuerstange ist.
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Auf besonders vorteilhafte Weise
wird empfohlen, den Mittelpunkt der Kontaktflächen auf der Symmetrieachse
der Steuerstange anzuordnen. Und besonders bei konvexen Flächen werden
die Krümmungsmittelpunkte
auf der Achse der Steuerstange angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden
die ersten Elemente durch eine kugelförmige Fläche gebildet, deren Krümmungsmittelpunkt
sich entgegengesetzt zum beweglichen Träger befindet und die auf einer
ebenen Fläche
aufliegt, während die
zweiten Elemente auch eine kugelförmige Fläche darstellen, deren Krümmungsmittelpunkt
aber zum beweglichen Träger
hin gerichtet ist und die auf einer anderen ebenen Fläche aufliegt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
können
die zweiten Elemente im wesentlichen durch eine kegelförmige Fläche gebildet
werden, die eventuell mit einer leicht abgeflachten Fläche abschließt und deren
Krümmungsmittelpunkt ebenfalls
zum beweglichen Träger
hin gerichtet ist und die auf einer ebenen Fläche aufliegt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 und 2 zeigen jeweils einen Längsschnitt
und einen Querschnitt gemäß einer
Ebene C-C' eines
Klappenventils nach der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung
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1 und 2 stellen eine besonders
bevorzugte Ausführungsform
eines Klappenventils mit den wichtigsten Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung dar.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Ventil ein Klappenventil. Die Klappe bildet
den beweglichen Träger 1 der
Betätigungsvorrichtung
und ist fest mit einer Steuerstange 2 verbunden. Die Betätigungsvorrichtung
umfasst außerdem ein
erstes Bauteil 3' und
ein zweites Bauteil 3''. Das erste
Element 3' hat
eine erste konvexe Fläche
A, die in Verbindung mit der ebenen Fläche A', auf der sie aufliegt, die Funktion
eines Kugelgelenks zur Verteilung der Druckkräfte beim Schließen des
Ventils ausübt.
Die Fläche
A ist eine kugelförmige
Fläche,
deren Krümmungsmittelpunkt
dem beweglichen Träger 1 entgegengesetzt
ist. Die Kontaktfläche
D zwischen A und A',
an der die Druckkräfte
wirken, ist deutlich kleiner als der Querschnitt der Steuerstange 2,
und ihr Mittelpunkt befindet sich auf der Symmetrieachse S der Steuerstange 2.
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Das zweite Element 3'' umfasst eine zweite konvexe Fläche B, die
in Verbindung mit der ebenen Fläche
B', auf der sie
aufliegt, die Funktion eines Kugelgelenks zur Verteilung der Zugkräfte beim Öffnen des
Ventils ausübt.
Diese Fläche
B ist bei dem betrachteten Beispiel eine kegelstumpfförmige Fläche, die
eine leicht abgeflachte Fläche
aufweist, die zum beweglichen Träger 1 entgegengesetzt
liegt. Die Kontaktfläche
E zwischen B und B',
an der die Zugkräfte
wirken, ist deutlich kleiner als der Querschnitt der Steuerstange 2,
und ihr Mittelpunkt befindet sich auf der Symmetrieachse S der Steuerstange 2.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bilden die Bauteile 3' und 3'' eine
einzige Vorrichtung.
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Dank dieser Betätigungsvorrichtung des Ventils
mit doppeltem Kugelgelenk werden die Zug- und Druckkräfte daher
auf der Symmetrieachse der Steuerstange und nicht in der Peripherie
der Achse wie bei herkömmlichen
Fällen übertragen.
Dadurch kann ein eventueller Fehler in Bezug auf die Flucht der
einzelnen Systemteile und/oder ein eventueller Fehler bei der senkrechten
Richtung der Druck- und Zugkräfte in Bezug
auf die besagte Klappe beim Schließen bzw. Öffnen des Ventils beseitigt
werden. Somit verfügt
man über
eine sicherere Steuerung des Ventilbetriebs und somit auch eine
bessere Strömungssteuerung
des Fördermediums.