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Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für ein Ventil zur Unterbrechung eines Gasstroms entlang eines durch das Ventil hindurchführenden Gasström ungsweges.
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Ventile sind Bauteile, welche zur Absperrung oder Regelung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen genutzt werden, wobei ein Dichtkörper innerhalb des Ventils bewegt wird. Die Strömung wird reduziert oder unterbrochen, indem der gesamte Dichtkörper an eine passend geformte Öffnung angepresst wird.
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Insbesondere werden Ventile auch in Gaszählern zur Unterbrechung des Gasstromes verwendet, wobei zur vollständigen Unterbrechung geeignete Dichtungssysteme mit Dichtungskörpern verwendet werden. Zur Regulierung oder Unterbrechung des Gasstromes in Gaszählern sind insbesondere Rotationsventile geeignet. Dabei wird ein Dichtkörper in einer geschlossenen und einer geöffneten Ventilstellung arretiert, so dass der Gasstrom unterbrochen oder durchgelassen wird.
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Im Stand der Technik sind bereits Dichtkörper in Kugel- oder Zapfenform aus Metall oder Kunststoff mit einem Durchlass für einen spezifizierten Volumenstrom bekannt. Außerdem existieren Dichtkörper in Kugelform, die aus einem Metallkern mit Kunststoffumspritzung bestehen. Das Funktionsprinzip bei dieser Art von Ventilen ist eine Drehbewegung des Dichtkörpers um 90°, so dass der Volumenstrom entweder gesperrt ist oder durchgelassen wird.
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In der WO 2015/ 074356 A1 wird ein Ventil offenbart, welches einen kugelförmigen Dichtkörper aufweist, der durch eine Antriebseinheit betätigt wird.
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Ein Kugelventil und ein Spritzgussverfahren zu dessen Herstellung sind in der
EP 0 575 643 B1 beschrieben. Eine Ventilkugel mit einer Durchlassöffnung in Form eines Langlochs kann mittels einer Schaltwelle geschaltet werden. Die einteilige Ausführung des Gehäuses vermindert Undichtigkeiten.
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Aus der
US 2015/0369377 A1 ist eine Ventilanordnung bekannt, bei der das Ventil mittels einer Drehbewegung eines Hohlzylinders, der über Öffnungen verfügt, schaltbar ist.
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Aus dem Stand der Technik ist ferner ein Kugelventil mit geöffnetem Strömungskanal bekannt, welches in der Druckschrift
DE 203 10 203 U1 beschrieben wird. Hierbei sind zwei Ventilelemente kugelförmig gestaltet, wobei das eine Ventilelement eine konkave und das andere eine konvexe Aussparung beinhaltet. Je nach Stellung der beiden Ventilelemente wird der Strömungskanal entweder frei gegeben oder versperrt.
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Typischerweise liegen die Dichtkörper im Stand der Technik sowohl in der geschlossenen als auch in der geöffneten Ventilstellung an der Dichtung an. Dabei werden in der Regel auch Federelemente genutzt, um einen gleichmäßigen Druck des Dichtkörpers auf die Dichtung zu gewährleisten. Vollkugeln aus Kunststoff mit Durchlass für einen spezifizierten Volumenstrom in Form eines Langlochs haben den Nachteil, dass eine erhöhte Zykluszeit im Spritzgussprozess aufgewandt werden muss, um eine ausreichende Formstabilität und Oberflächengüte zu gewährleisten.
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Es kann bei Ventilen nach dem Stand der Technik ferner zu unerwünschten Klebeeffekten zwischen der Dichtung und dem Dichtkörper für die offenen Ventilstellungen kommen.
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Steht das Ventil für einen längeren Zeitraum in der offenen Ventilstellung, relaxiert die unter Vorspannung stehende Dichtung. Dies erhöht für das geschlossene Ventil die Leckage.
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Die Kontaktfläche von Dichtung und Dichtkörper ist aufgrund von Toleranzen und Formabweichungen für die geschlossene und geöffnete Ventilstellung nicht identisch. Diese Abweichungen zwischen den beiden Ventilpositionen müssen durch die Dichtung ausgeglichen werden können. Ist dies nur unzureichend der Fall kann es zu unerwünschten Leckagen kommen.
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Aufgrund der hohen Anzahl an Einzelteilen ist die Montage eines Dichtungssystems aus dem Stand der Technik außerdem aufwendig und das Leckagerisiko ist erhöht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dichtungssystem für ein Ventil zur Verfügung zu stellen, welches eine zuverlässige Sperrung eines Gasstromes ermöglicht und ungleichmäßige Belastungen sowohl für die geöffnete als auch für die geschlossene Ventilstellung für die Dichtung aufgrund des Druckes des Dichtkörpers vermeidet, wobei insbesondere auch Wert auf eine kostengünstige Herstellung gelegt wird.
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Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Dichtungssystem für ein Ventil zur Unterbrechung eines Gasstromes entlang eines durch das Ventil hindurchführenden Gasströmungsweges. Dieses Dichtungssystem weist einen Einlassadapter, einen an den Einlassadapter anschließenden Ventilkörper, eine zwischen dem Einlassadapter und dem Ventilkörper angeordnete Dichtung mit einer Dichtungsöffnung, durch welche der Gasstrom bei geöffnetem Ventil strömt, und einen innerhalb des Ventilkörpers um eine innerhalb des Ventilkörpers und senkrecht zum Gasströmungsweg verlaufende Achse drehbar gelagerten Dichtkörper mit einem kugelsegmentförmigen Dichtflächenelement und seitlich angeordneten Lagerelementen auf. Dabei ist der Dichtkörper durch eine Drehbewegung in einer geöffneten und einer geschlossenen Ventilstellung positionierbar, wobei das Dichtflächenelement so ausgebildet ist, dass das Dichtflächenelement mit seiner Dichtfläche in der geschlossenen Ventilstellung die Dichtungsöffnung vollständig versperrt und nach Drehen des Dichtkörpers in die geöffnete Ventilstellung keinen Berührungspunkt mit der Dichtung hat.
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Der Einlassadapter und der Ventilkörper sind durch die Dichtung gasdicht gegeneinander abgedichtet, wenn der Dichtkörper in der geschlossenen Ventilstellung angeordnet ist. Dabei dichtet der Dichtkörper die Dichtung in der geschlossenen Ventilstellung vorteilhafterweise gasdicht ab.
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Ein kugelsegmentförmiges Dichtflächenelement, welches auch als Valve Shutter bezeichnet wird, hat im Sinne der Erfindung die Form eines Ausschnittes einer Kugeloberfläche, wobei es sich dabei nicht zwingend um eine perfekte Kugeloberfläche handelt. Es können auch Bereiche, insbesondere in der Mitte zwischen den seitlich angeordneten Lagerelementen, abgeflacht oder anderweitig verformt gestaltet sein. Es kommt hier vielmehr darauf an, dass es lediglich ein Ausschnitt einer Kugeloberfläche ist und dass es im Wesentlichen der Form einer Kugel folgt. Die Größe des einen kugelsegmentförmigen Dichtflächenelementes ist dabei bevorzugt an die Größe der Dichtung angepasst, wobei der Flächeninhalt der Oberfläche des Dichtflächenelementes größer ist als die Fläche der Dichtungsöffnung und bevorzugt weniger groß als die doppelte Fläche der Dichtungsöffnung.
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Eine offene Ventilstellung kennzeichnet im Sinne der Erfindung eine Anordnung der einzelnen Bestandteile eines Ventils, in der der Gasstrom entlang eines Strömungsweges durch das Ventil hindurch strömen kann. Im Gegensatz dazu ist der Strömungsweg des Gases durch das Ventil bei der geschlossenen Ventilstellung an einer Stelle blockiert. Die Bestandteile des Ventils sind dabei folglich derart angeordnet, dass wenigstens eines der Bestandteile den Weg des Gases durch das Ventil vollständig blockiert. In diesem Sinne kann insbesondere der Dichtkörper in einer geschlossenen Ventilstellung angeordnet sein, bei der der Dichtkörper den Durchfluss des Gases durch das Ventil blockiert. Ferner ist der Dichtkörper in einer offenen Ventilstellung angeordnet, wenn das Gas an dem Dichtkörper vorbeiströmen kann, insbesondere, wenn der Dichtkörper das Strömen des Gases nicht oder nur unwesentlich behindert. Der Dichtkörper ist ferner in einer Sperrposition angeordnet, wenn der Gasstrom verhindert wird und eine geschlossene Ventilstellung vorliegt. In einer Durchlassposition ist der Dichtkörper angeordnet, wenn das Gas den Dichtkörper passieren kann und das Ventil geöffnet ist. Somit besteht eine geöffnete Ventilstellung.
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Die seitlich angeordneten Lagerelemente sind an das Dichtflächenelement angrenzend angeordnet und können unterschiedliche Formen aufweisen. Die Lagerelemente können beispielsweise Ausstülpungen aufweisen, welche in entsprechende Öffnungen des Ventilkörpers greifen. Alternativ weisen die Lagerelemente selbst Öffnungen auf, durch welche Stäbe steckbar sind.
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Ein Einlassadapter ist im Sinne der Erfindung ein Bauteil, durch welches das Gas strömt, bevor es den Ventilkörper erreicht. Erfindungsgemäß durchströmt das Gas zunächst den Einlassadapter, dann die Dichtung und nachfolgend den Ventilkörper.
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Es gelingt mit der Erfindung die Robustheit des Dichtungssystems zu erhöhen und es können sowohl die Teileanzahl als auch die Teilekosten reduziert werden. Insbesondere ist das angestrebte Design automatisierungsgerecht.
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Die Erfindung ermöglicht aufgrund der miniaturisierten Bauteile, insbesondere des Dichtkörpers, welcher somit unter geringerem Kraftaufwand schaltbar ist, eine sichere Ventilfunktion mit reduzierter Energieaufnahme der Antriebseinheit.
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Die Dichtungsöffnung in der Dichtung ist vorzugsweise rund oder oval ausgebildet.
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Der Dichtkörper weist zwei seitlich angeordnete Lagerelemente auf, welche bevorzugt an zwei gegenüberliegenden Seiten des Dichtflächenelementes angeordnet sind. Dabei ist der Dichtkörper in einer vorteilhaften Ausführung um eine durch die seitlich angeordneten Lagerelemente hindurchführende Achse innerhalb des Ventilkörpers drehbar gelagert. In einer vorteilhaften Variante hat das Dichtflächenelement bei einer Positionierung des Dichtkörpers in der geöffneten Ventilstellung einen Abstand zur Dichtung.
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Bevorzugt schließt der Dichtkörper zwischen der geöffneten und der geschlossenen Ventilstellung des Dichtkörpers einen Winkel ein, welcher größer als 90° ist. Dabei schließt eine durch den Dichtkörper hindurchgehende Achse, welche senkrecht zur Drehachse des Dichtkörpers steht und ortsfest zum Dichtkörper ausgebildet ist, zwischen der Lage in der geöffneten Ventilstellung und der Lage in der geschlossenen Ventilstellung einen Winkel ein, welcher größer ist als 90°.
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Vorzugsweise ist die Dicke des Dichtflächenelementes konstant. Eine konstante Dicke des Dichtflächenelementes vereinfacht den Spritzgussprozess und reduziert die Anfälligkeit für Fehler. In einer alternativen Variante ist die Dicke des Dichtflächenelementes im Wesentlichen konstant, allerdings weist der Dichtkörper zusätzlich Greifrippen auf. Diese Greifrippen sind Erhebungen an dem Dichtflächenelement, welche bevorzugt selbst eine geringe Größe aufweisen, und an denen ein Greifarm den Dichtkörper greifen und in der Position variieren kann. Besonders bevorzugt sind die Greifrippen als innenliegende Greifrippen im Inneren des kugelsegmentförmigen Dichtflächenelementes ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Variante ist der mittlere Bereich des Dichtflächenelementes abgeflacht. Dieser mittlere Bereich ist auch besonders geeignet, um an diesem mittleren Bereich des Dichtflächenelementes Greifrippen anzuordnen. Diese dienen der besseren Greifbarkeit des Dichtkörpers durch automatisierte Systeme.
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Die Dichtung ist in einer möglichen Ausgestaltung als Dichtlippe ausgebildet.
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Bevorzugt weisen die Lagerelemente Öffnungen für eine Verbindung mit einem Antriebsrad auf. In einer möglichen Ausgestaltung weist das Dichtflächenelement eine ringförmige Dichtfläche auf, welche an eine ringförmige Dichtung anlegbar ausgebildet ist.
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Das Dichtungssystem weist vorzugsweise ein Federelement auf, welches wegbegrenzt innerhalb des Dichtungssystems angeordnet ist und mittels dessen die Dichtung und das Dichtflächenelement des Dichtkörpers aufeinander gepresst werden. Das Federelement ist also derart in dem Dichtungssystem angeordnet, dass die Ausdehnung des Federelementes einerseits durch ein Gehäuseteil des Dichtungssystems, wie beispielsweise das Federführungselement, und andererseits durch die Dichtung oder das Dichtflächenelement begrenzt wird. Dadurch wirkt eine Federkraft auf die Dichtung oder das Dichtflächenelement, wodurch die Dichtung und das Dichtflächenelement bei Positionierung des Dichtkörpers in geschlossener Ventilstellung aneinander gepresst werden. Somit weist das Dichtungssystem in einer möglichen Variante ein Federelement auf, welches an der Dichtung angeordnet ist und durch das Federführungselement wegbegrenzt ist. Dabei wird bei einer Positionierung des Dichtkörpers in einer geschlossenen Ventilstellung ein derartiger Druck von dem Federelement auf die Dichtung ausgeübt, dass die Dichtung an das Dichtflächenelement gepresst wird.
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Alternativ ist das Federelement innerhalb eines im Ventilkörper drehbar gelagerten Lageradapters angeordnet. Dieser Lageradapter ist dabei beweglich mit dem Dichtkörper verbunden. Die Drehachse des Dichtkörpers führt dabei in einer möglichen Ausgestaltung nicht durch den Dichtkörper, sondern durch den Lageradapter.
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In einer bevorzugten Variante ist das Federelement in die Dichtung integriert. Dabei führen vorzugsweise die Form der Dichtung und die Anordnung der Dichtung innerhalb des Dichtungssystems zur erwünschten Federwirkung und zur Anpresskraft zwischen dem Dichtflächenelement und der Dichtung. Die Dichtlippe muss dazu im Bauraum geeignet vorgespannt werden, vorzugsweise am Ventilkörper, um zwischen dem Dichtkörper und der Dichtung genügend Anpresskraft zum Abdichten zu erhalten.
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Alternativ kann das Federelement auch in den Dichtkörper integriert sein.
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Vorteilhaft kann durch die Erfindung die Montage des Dichtungssystems vereinfacht werden, wobei in einer bevorzugten Variante erst der Dichtkörper, dann die Dichtung und nachfolgend das Federelement montiert wird.
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Konzeptionsgemäß wird der Dichtkörper durch eine Kugelteilfläche realisiert. Im Falle eines offenen Ventils berührt der Dichtkörper die Dichtung nicht, wodurch es nicht zu einer einseitigen Materialbeanspruchung an den Auflageflächen kommen kann. Der wesentliche Teil des Dichtkörpers ist folglich die Fläche, welche die Dichtungsöffnung in der Dichtung abdeckt und somit das Ventil verschließt. Im Wesentlichen besteht der Dichtkörper also aus dieser „Ventil zu“-Fläche, also eine Fläche zur Abdichtung beziehungsweise Abdeckung der Dichtungsöffnung, und Elementen zur Lagerung des Dichtkörpers im Ventilkörper. Ferner weist das Dichtungssystem eine Dichtung und bevorzugt auch wegbegrenzte Federelemente auf, wobei die Federelemente für einen Anpressdruck zwischen dem Dichtkörper und der Dichtung sorgen.
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Der Dichtkörper wird im Wesentlichen auf ein Dichtflächenelement reduziert, dessen Oberfläche oder Dichtfläche die Dichtungsöffnung und somit den Strömungsweg durch das Ventil blockiert. Dadurch wird vorteilhaft das Gewicht minimiert und die Baugröße reduziert.
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Es ist bei einer solchen Konstruktion möglich, dass der Dichtkörper die Dichtung vollständig verlassen kann. Dadurch kann die ungleichmäßige Belastung der Dichtung bei Positionierung des Dichtkörpers in der geöffneten Ventilstellung verhindert werden.
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Der Dichtkörper weist vorzugsweise eine feste Position der Achse der Lagerstelle auf, so steht der Dichtkörper ideal in der Dichtfläche und die Toleranzketten sind minimiert.
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Ferner ist es vorteilhaft, die Dichtung auf der Ventileingangsseite einzubauen, da dadurch die Anzahl der erforderlichen Dichtungen reduziert wird.
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Des Weiteren drückt ein Federelement, wie beispielsweise eine oder mehrere Druckfedern, die Dichtung über einen Federhalter an den Dichtkörper. So sind keine speziellen Federkennlinien der Dichtung erforderlich. Die Dichtung dichtet direkt am Dichtkörper als auch rückseitig die Gehäuseteile gegeneinander ab. Das erfolgt bevorzugt axial, radial oder als kombiniertes Dichtungssystem axial und radial kombiniert. Somit werden weitere Dichtungen und Teile eingespart.
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Bevorzugt ist die Federkraft wegbegrenzt um ein sicheres Einfädeln des Dichtkörpers in die Dichtung zu gewährleisten. Weiterhin ist so die Belastung und Deformation der Dichtung für die offene Ventilstellung begrenzt. Das bietet zusätzlich einen großen Vorteil für die Montage der Feder. Weiterhin kann diese Wegbegrenzung so eingestellt werden, dass die maximale Deformation aufgrund der Federkraft der als Dichtlippe ausgeführten Dichtung begrenzt wird. Dadurch kann das Einfädeln des Dichtkörpers in die Dichtung optimiert werden.
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Um die Baugröße des Dichtkörpers weiter reduzieren zu können, wird der Radius der Dichtfläche minimiert. So wird auch das erforderliche Drehmoment reduziert. Dadurch kann die Energieaufnahme der Antriebseinheit reduziert werden. Der Dichtkörper weist ein Dichtflächenelement aus einer Dichtfläche und einem tangentialen Übergang in eine Einlauffläche auf und gewährleistet so das sichere Einfädeln in den finalen Dichtungssitz. Außerdem ist der Dichtkörper vorzugsweise symmetrisch aufgebaut. Er weist zwei identische Lagerstellen auf und somit muss das Bauteil nicht lagerichtig zugeführt werden. Eine derartige Bauweise ist auch automatisierungsgerecht.
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Der Anschnitt des Dichtkörpers sollte symmetrisch im Zentrum des Kugelsegmentes, also im Zentrum des kugelsegmentförmigen Dichtflächenelementes erfolgen, um eine ideale Rundheit und minimale Fließrinnen auf der Dichtfläche beim Spritzgießen zu erzielen. Ferner ist das kugelförmige Dichtflächenelement abgesetzt, um für die Montage eine geeignete Standfläche für das Teil bereit zu stellen. So kann der Dichtkörper einfach zugeführt und gemessen werden.
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Es erfolgt in einer möglichen Variante die direkte Ankopplung vom Dichtkörper an den Antriebsstrang. Das Antriebsrad vom Getriebe wird über die Lippendichtung abgedichtet und greift direkt in den Dichtkörper ein, vorzugsweise mittels eines Vierkants oder eines Sterns.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: eine Explosionszeichnung eines Dichtungssystems,
- 2A und 2B: einen Schnitt längs/quer eines geschlossenen Ventils,
- 3A und 3B: einen Schnitt längs/quer eines geöffneten Ventils,
- 4A, 4B und 4C: ein Dichtungssystem mit einem Lageradapter,
- 5A und 5B: ein Dichtungssystem mit mehreren kleineren Federelementen,
- 6A und 6B: Dichtungssysteme ohne einzelne Federelemente und
- 7: ein Dichtungssystem mit einer alternativen Dichtung ohne einzelne Federelemente.
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In 1 ist eine Explosionszeichnung eines Dichtungssystems 1 für ein Ventil dargestellt. Durch das Dichtungssystem 1 wird das Ventil abgedichtet und es kann je nach Einstellung des Ventils der Durchfluss eines Gases durch das Ventil ermöglicht oder der Durchfluss des Gases durch eine mechanische Sperre, den Dichtkörper 2, verhindert werden. Der Dichtkörper 2 weist im Wesentlichen ein Dichtflächenelement 3 mit einer Dichtfläche 3a sowie zwei seitlich angeordnete Lagerelemente 4 auf. Die Dichtfläche 3a des Dichtflächenelementes 3 ist derart konzipiert, dass eine kreisförmige Dichtungsöffnung 6 in einer ringförmigen Dichtung 5 durch Anlegen der Dichtfläche 3a des Dichtflächenelementes 3 an die Dichtung 5 abgedichtet werden kann. Dabei ist die Dichtfläche 3a die Fläche des Dichtflächenelementes 3, welches bei geschlossener Ventilstellung in Richtung der Dichtung 5 weist und an der Dichtung 5 sowie an der Dichtungsöffnung 6 anliegt. Die Dichtungsöffnung 6 in der Dichtung 5 ist somit durch das Dichtflächenelement 3 des Dichtkörpers 2 vollständig verschließbar, wodurch der Durchfluss eines Gases durch diese Dichtungsöffnung 6 verhindert werden kann. Der Durchflussweg des Gases verläuft axial zur Dichtung 5 durch die Dichtungsöffnung 6. Der Dichtkörper 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch die Lagerelemente 4 um eine Achse, welche durch die seitlich angeordneten Lagerelemente 4 verläuft, drehbar gelagert. Dadurch ist das Dichtflächenelement 3 von der Dichtungsöffnung 6 weg verschwenkbar. Der Dichtkörper 2 ist innerhalb eines Ventilkörpers 7 angeordnet, in welchem der Dichtkörper 2 über die Lagerelemente 4 fixiert ist.
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Um eine gute Abdichtung zwischen der Dichtung 5 und dem Dichtkörper 2 zu gewährleisten ist an der dem Ventilkörper 7 abgewandten Seite der Dichtung 5 ein Federelement 8 angeordnet, welches durch ein Federführungselement 9 geführt und somit in Position gehalten wird. Das Federelement 8 übt eine Kraft auf die Dichtung 5 aus und erhöht so den Druck zwischen der Dichtung 5 und dem Dichtkörper 2. Das Gegenstück, welches ermöglicht, dass das Federelement 8 eine Kraft auf die Dichtung 5 ausübt, ist hier ein Einlassadapter 10, welcher mittels Befestigungselementen durch eine Schnapp-Verbindung mit dem Ventilkörper 7 verbindbar ist. Nach erfolgter Montage wird das Federelement 8 räumlich durch das Federführungselement 9 begrenzt. So wird eine Gegenkraft zu der Kraft verursacht, welche durch das Federelement 8 auf das Federführungselement 9 einwirkt. An der der Dichtung 5 abgewandten Seite des Ventilkörpers 7 ist ein zweites Adapterelement, der Auslassadapter 11, angeordnet, welcher ebenfalls mit dem Ventilkörper 7 verbindbar ausgebildet ist.
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Das Dichtungssystem ist insbesondere zur einfachen und schnellen Montage in axialer Richtung der Dichtung 5 konzipiert. Dabei rastet der Dichtkörper 2 über eine Schnappverbindung in den Ventilkörper 7 ein. Der Dichtkörper 2 ist symmetrisch ausgeführt. Folglich ist eine lagerichtige Montage nicht notwendig. Der Dichtkörper 2 ist derart ausgeführt, dass die Lagerstellen bei der Montage nach innen verformt werden. So kann ein ausreichender Hinterschnitt überwunden werden, um den Dichtkörper 2 im montierten Zustand sicher zu fixieren. Weiterhin verfügt der Dichtkörper 2 in diesem Ausführungsbeispiel im Inneren des kugelsegmentförmigen Dichtflächenelementes 3 über ein Kreuz beziehungsweise über eine kreuzförmige Erhebung. Dieses Kreuz ermöglicht einem einfachen Greifer, welcher für die automatische Montage eingesetzt wird, eine selbstzentrierende Bauteilaufnahme und eine sichere Montage.
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Zur Montage der Dichtung 5 wird die Dichtung 5 auf den Ventilkörper 7 aufgelegt und aufgrund der vorgegebenen Geometrie der Bauteile vorzentriert. Bei der Montage des Federelementes 8 wird das Federelement 8 in den Einlassadapter 10 eingelegt und das Federführungselement 9 wird zusammen mit dem Federelement 8 durch eine Schnappverbindung in den Einlassadapter 10 eingerastet. Daraufhin wird der individuelle Einlassadapter 10 mit dem montierten Federsystem, welches aus Federelement 8, Federführungselement 9 sowie dem Einlassadapter 10 besteht, mittels einer Schnappverbindung am Ventilkörper 7 eingerastet. Dabei erfolgt auch die Feinzentrierung der Dichtung 5. Die Dichtung 5 ist dann statisch rückseitig abdichtend zwischen dem Ventilkörper 7 und dem Einlassadapter 10 fixiert.
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In 2A und 2B ist ein Dichtungssystem 1 mit geschlossenem Ventil dargestellt. Dabei zeigen beide Darstellungen einen Schnitt durch das Dichtungssystem 1. 2B ist gegenüber 2A um 90° gedreht dargestellt.
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Der Dichtkörper 2 verhindert hier den Durchfluss von Gasen durch das Ventil, wobei die Dichtung 5 zwischen dem Einlassadapter 10 und dem Ventilkörper 7 gasdicht abdichtet. Das Dichtflächenelement 3 des Dichtkörpers 2 liegt mit der Dichtfläche 3a an der Dichtung 5 an und versperrt vollständig den Durchflussweg des Gases.
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Der Dichtkörper 2 weist seitlich angeordnete Lagerelemente 4 auf, mittels derer der Dichtkörper 2 innerhalb des Ventilkörpers 7 drehbar gelagert ist. Dabei weisen die seitlich angeordneten Lagerelemente 4 Lagerzapfen auf, auf welchen der Dichtkörper 2 in dem Ventilkörper 7 gelagert ist. Ferner weist der Dichtkörper 2 Öffnungen im Bereich der seitlich angeordneten Lagerelemente 4 auf, durch welche eine Antriebswelle greifen kann.
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Der Einlassadapter 10 ist mit dem Ventilkörper 7 verbunden. Es wirkt eine Federkraft von dem Federelement 8 auf die Dichtung 5, was zu einer Abdichtung zwischen Dichtflächenelement 3 und Dichtung 5 führt. Das Federelement 8 ist um das Federführungselement 9 herum angeordnet. Die Kraftwirkung des Federelementes 8 auf die Dichtung 5 verstärkt die Abdichtung zwischen der Dichtung 5 und dem Dichtkörper 2. Durch den Anschlag am Einlassadapter 10 ist die Federwirkung auf die Dichtung 5 wegbegrenzt.
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Die Dichtung 5 ist ferner derart geformt, dass zusätzlich auch die Gehäuseteile oberhalb und unterhalb der Dichtung 5 gegeneinander abgedichtet werden und dass auch eine statische, rückseitige Abdichtung zwischen dem Einlassadapter 10 und dem Ventilkörper 7 erfolgt. Möglich ist hier sowohl eine axiale Dichtung, wie in diesem Ausführungsbeispiel, oder eine Realisierung als radiale Dichtung oder als Kombination aus radialer und axialer Dichtung. Am unteren Ende des Ventilkörpers 7 schließt der Auslassadapter 11 das Dichtungssystem nach unten ab. Der Auslassadapter 11 kann kundenspezifisch an den Ventilkörper 7 angeschlossen werden, wobei beispielsweise eine mechanische und gasdichte Verbindung durch Laserschweißen geeignet ist.
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Bei geschlossenem Ventil strömt das Medium, also das Gas, von „oben“ durch den kundenspezifischen Einlassadapter 10, dann durch das Federführungelement 9 und wird auf Grund der Dichtung 5 und dem Dichtkörper 2 am weiterströmen gehindert. Das Ventil ist zu.
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Die 3A und 3B zeigen ein Dichtungssystem 1 mit geöffnetem Ventil. Ein Durchströmen und Passieren des Ventils durch das Medium entlang des Durchflussweges ist folglich möglich. Die Darstellung in 3B ist um 90° gedreht in der geöffneten Ventilstellung angeordnet zur Darstellung in 3A. Der Dichtkörper 2 ist gegenüber seiner Position in den 2A und 2B nun um mehr als 90° gedreht angeordnet. Dabei wurde der Dichtkörper um eine Achse gedreht oder geschwenkt, welche durch die Lagerelemente 4 verläuft. Das Dichtflächenelement 3 mit der Dichtfläche 3a des Dichtkörpers 2 hat in dieser Position keinen Kontakt zur Dichtung 5 und das Gas kann durch die Dichtungsöffnung 6 in der Dichtung 5 strömen. Das Ventil ist vollständig offen. Ein Schwenken des Dichtflächenelementes 3 um einen Winkel von mehr als 90° ist bei der Konstruktion in diesem Ausführungsbeispiel erforderlich, um einen Abstand zwischen der Außenfläche des Dichtflächenelementes 3 und der Dichtung 5 zu gewährleisten. Besonders vorteilhaft ist eine Drehung um einen Winkel von 115°, wodurch das Dichtflächenelement 3 die Dichtung 5 sicher verlässt. Bei einer alternativen Ausgestaltung mit etwas mehr Bauraum kann das auch bei einem Winkel von nur 90° gewährleistet werden. Ferner kann ein Winkel zwischen den Positionen des Dichtkörpers 2 zwischen der geöffneten und der geschlossenen Ventilstellung von weniger als 115° dadurch erreicht werden, dass die Dichtungsöffnung 6 im Verhältnis zur Größe des Dichtkörpers 2 verkleinert wird. Das ermöglicht auch eine vorteilhafte Verringerung der Dichtfläche 3a und somit auch des Dichtflächenelementes 3.
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Das Federführungsteil 9 wurde in den kundenspezifischen Einlassadapter 10 durch eine Schnapp-Verbindung eingerastet. Durch das Federführungselement 9 ist die Formbarkeit des Federelementes 8 derart fixiert, dass das Federelement 8 nur entlang der Achse des Federelementes 8 bewegbar ist. Dadurch ist auch die Richtung der Kraft, welche das Federelement 8 auf die Dichtung 5 ausübt, auf die axiale Richtung beschränkt. Das Federführungselement 9 wird aufgrund der Federkraft des Federelementes 8 axial ausgelenkt. Das Federelement 8 ist axial ausgelenkt und wirkt gleichmäßig auf die Dichtung 5. Folglich ist die Dichtung 5 vorteilhaft rotationssymmetrisch belastet. Die Auflagefläche für die Dichtung 5 am Ventilkörper 7 begrenzt die Auslenkung der Dichtung. Dadurch wird das Einfädeln des Dichtkörpers 2 in die Dichtung 5 während des Schließvorgangs begünstigt. Die Dichtung 5 dichtet zusätzlich statisch zwischen dem Einlassadapter 10 und dem Ventilkörper 7 rückseitig ab. Das kann sowohl axial dichtend, wie hier dargestellt, als auch radial dichtend oder kombiniert axial und radial dichtend realisiert werden.
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Das Ventil wird durch eine Drehbewegung des Dichtkörpers 2 geöffnet und geschlossen. Dabei wird der Dichtkörper 2 mittels eines Antriebsrades 12, welches an eine Motorgetriebeeinheit angeschlossen ist, von einer geöffneten Ventilstellung, bei der das Gas durch die Dichtungsöffnung 6 strömen kann, in eine geschlossene Ventilstellung geschwenkt. In der geschlossenen Ventilstellung liegt das Dichtflächenelement 3 mit der Dichtfläche 3a an der Dichtung 5 an und versperrt die Dichtungsöffnung 6 wie in den 2A und 2B dargestellt.
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In 4A ist ein Dichtungssystem 1 dargestellt, bei dem der Dichtkörper 2 durch die seitlich angeordneten Lagerelemente 4 mit einem Lageradapter 4a verbunden ist. Dieser Lageradapter 4a ist drehbar innerhalb des Ventilkörpers 7 gelagert. Innerhalb des Lageradapters 4a sind Federelemente 8 angeordnet. Diese Federelemente 8 sind durch den Lageradapter 4a sowie durch den Dichtkörper 2 wegbegrenzt. Es wird mittels dieser Federelemente 8 eine Kraft auf den Dichtkörper 2 ausgeübt. Bei geschlossenem Ventil, wie es hier dargestellt ist, wird durch diese Kraftwirkung vom Federelement 8 auf das Dichtflächenelement 3 des Dichtkörpers 2 mit der Dichtfläche 3a gegen die Dichtung 5 gepresst, was die Abdichtung zwischen Dichtung 5 und Dichtkörper 2 verbessert.
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4B zeigt den Dichtkörper 2 mit dem Dichtflächenelement 3 sowie dessen Dichtfläche 3a und den Lageradapter 4a. Dabei sind die seitlich am Dichtkörper 2 angeordneten Lagerelemente 4 mit dem Lageradapter 4a verbunden. Die Lagerelemente 4 sind derart bewegbar mit dem Lageradapter 4a verbunden, dass die Lagerelemente 4 um einen gewissen Weg gegenüber dem Lageradapter 4a verschiebbar sind. Dadurch wirkt die Federkraft des Federelementes 8 über den Dichtkörper 2 auf die Dichtung 5. In 4C ist ein Lageradapter 4a dargestellt. In diesen können Federelemente 8 montiert werden. Der Lageradapter 4a ist mit einem Dichtkörper verbindbar und in einem Ventilkörper lagerbar.
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In 5A und 5B ist ein Ausführungsbeispiel eines Dichtungssystems 1 dargestellt, bei dem mehrere Federelemente 8 innerhalb des Einlassadapters 10 angeordnet sind. Dabei stellt 5A eine Schnittdarstellung durch den Ventilaufbau und 5B eine perspektivische Ansicht von schräg oben dar.
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In den 6A und 6B sind Ausführungsbeispiele dargestellt, welche kein separates Federelement aufweisen. Die notwendige Federkraft zur Unterstützung der Abdichtung der Dichtungsöffnung 6 sowie zur gasdichten Abdichtung zwischen dem Einlassadapter 10 und dem Ventilkörper 7 wird hier durch die Dichtung 5 selbst bereitgestellt. Die Dichtung 5 kann dabei so gestaltet werden, dass ein Federelement mit in die Dichtung 5 integriert wird oder sich die Dichtung 5 geeignet am Ventilkörper 7 oder am Einlassadapter 10 abstützen kann und die gleiche Dichtfunktion wie mit einem separaten Federelement realisiert werden kann, jedoch mit reduzierter Teileanzahl, also ohne separates Federelement 8 und Federführungselement 9. In 6A ist die Dichtung derart geformt, dass ein Federelement in Form von federnden Rippen oder Ausstülpungen in die Dichtung 5 integriert ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in 6B kann sich die Dichtung 5 am Einlassadapter 10 oder am Ventilkörper 7 abstützen. Dabei ist die als Dichtlippe ausgeführte Dichtung 5 aufgrund des Einbauraumes vorgespannt und die Dichtung 5 ist derart gestaltet, dass ein sicheres Einfädeln vom Dichtkörper 2 in die Dichtung 5 auch ohne eine wegbegrenzte Federkraft möglich ist.
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In 7 ist ein Dichtungssystem 1 dargestellt, bei der die Dichtung 5 auf der Seite des Einlassadapters 10 montiert ist. Der am Ventilkörper 7 angeordnete Dichtkörper 2 verschließt die Öffnung und dichtet den Ventilkörper 7 gegen den Einlassadapter 10 ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungssystem
- 2
- Dichtkörper
- 3
- Dichtflächenelement
- 3a
- Dichtfläche
- 4
- Lagerelement
- 4a
- Lageradapter
- 5
- Dichtung
- 6
- Dichtungsöffnung
- 7
- Ventilkörper
- 8
- Federelement
- 9
- Federführungselement
- 10
- Einlassadapter
- 11
- Auslassadapter
- 12
- Antriebsrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0575643 B1 [0006]
- US 2015/0369377 A1 [0007]
- DE 20310203 U1 [0008]