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Die Erfindung betrifft einen Ventilkäfig für ein Stellventil (Hubventil) zum Anordnen in einer Prozessfluidleitung einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer chemischen Anlage, mit einem elastischen Bereich. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Stellventil mit dem erfindungsgemäßen Ventilkäfig.
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Zur Einstellung von Strömungen eines Prozessfluids werden in prozesstechnischen Anlagen Stellventile eingesetzt. Diese bestehen meist aus einem Ventilgehäuse mit einem Eingang und einem Ausgang für das Prozessfluid, wobei das Ventilgehäuse zwischen dem Einlass und dem Auslass eine Durchgangsöffnung aufweist. Zwischen Eingang und Ausgang im Bereich der Durchgangsöffnung ist dabei häufig ein Ventilkäfig in Form eines Hohlzylinders zur linearen Führung eines Ventilglieds (Stellglied) vorgesehen. Der Ventilkäfig hat wenigsten einen quer zu der Axialrichtung verlaufenden Durchlasskanal für das Prozessfluid, welcher meist mehrere am Umfang des Hohlzylinders verteilte Durchgangsöffnungen aufweist, die durch das Ventilglied je nach dessen Hubstellung freigegeben oder verschlossen werden. Im verschlossenen Zustand wird dabei die Prozessströmung vom Eingang zum Ausgang unterbunden und im geöffneten Zustand vollständig ermöglicht. Je mehr der Öffnungen durch das Stellglied freigegeben sind, desto größer ist folglich der Fluidstrom durch das Stellventil. Da der durch die Öffnungen gebildete Kanal im Ventilkäfig ebenfalls eine Drosselwirkung auf den Fluidstrom hat, wird im Rahmen der Anmeldung ebenfalls von Drosselöffnungen gesprochen.
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Weiterhin besitzt das Hubventil für die Geschlossenstellung des Stellglieds einen Dichtsitzbereich. Dieser befindet sich meist direkt angrenzend am unteren Teil des Ventilkäfigs, also dem Teil, der der Durchgangsöffnung im Stellventil zugewendet ist. Das Ventilglied und der Dichtsitzbereich besitzen formkomplementäre Konturen, um Leckageverluste möglichst gering zu halten. Häufig wird der Ventilkäfig zwischen einem Ventildeckel und dem Ventilsitz axial geklemmt und radial, beispielsweise durch einen Formschluss fixiert. Es ist ebenfalls möglich den Ventilsitz an den Ventilkäfig anzuformen, sodass der Ventilkäfig zwischen dem Ventildeckel und der Durchgangsöffnung fixiert wird.
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Bei derartigen Stellventilen mit einem Ventilkäfig kommt es aufgrund von Dimensionsschwankungen häufig zu ungewollten Leckageverlusten und/oder ungewollter Bewegungen einzelner Elemente im Stellventil. Die Dimensionsschwankungen sind dabei entweder auf Fertigungstoleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen oder auf prozessbedingte Faktoren wie beispielsweise Temperaturschwankungen oder ähnliches zurückzuführen.
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Das Dokument
EP 1 392 992 B1 aus dem Stand der Technik beschreibt ein Käfigventil, welches zwischen dem Ventildeckel und dem Ventilsitz im Gehäuse einen Ventilkäfig fixiert. Der Käfig besitzt im oberen Bereich einen wellenartig angeformten Deformationsbereich. Dieser elastische Deformationsbereich wird benötigt, um Fertigungstoleranzen auszugleichen und unterschiedliche Wärmedehnungen des Stellventilgehäuses und dem Deckel sowie dem Ventilkäfig auszugleichen, sodass der Käfig immer sicher zwischen dem Ventilgehäuse und dem Deckel geklemmt ist.
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Das Dokument
DE 2 602 577 A1 offenbart ebenfalls ein Käfigventil und beschreibt eine Möglichkeit für dessen Abdichtung zum Ventildeckel. Dazu wird eine elastische Membran als Dicht und Deformationskörper verwendet. Eine Ähnliche Anordnung geht auch aus der
US 6 932 321 B2 hervor.
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Käfigventile werden dabei ebenfalls häufig mittels additiver Fertigungsverfahren gefertigt, wie beispielsweise aus dem Patentdokument
DE 10 2021 120 551 A1 hervorgeht. Die oben genannten Möglichkeiten zum Ausgleich von Dimensionsschwankungen sind dabei mit einem vergleichsweise hohen Fertigungsaufwand verbunden und insbesondere nicht durch ein additives Verfahren herstellbar.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ventilkäfig, welcher möglichst vollständig durch additive Fertigungsverfahren herstellbar ist und trotzdem den Ausgleich von Dimensionsschwankungen im Stellventil ermöglicht, und ein Stellventil mit einem erfindungsgemäßen Ventilkäfig bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind dabei in den Unteransprüchen enthalten.
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Der erfindungsgemäße Ventilkäfig für ein Stellventil zum Anordnen in einer Prozessfluidleitung einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer chemischen Anlage, weist einen hohlzylinderförmigen Körper, welcher sich entlang einer Mittelachse erstreckt und wenigstens einen Drosselbereich und einen elastischen Bereich aufweist, auf, wobei der Drosselbereich mehrere Drosselöffnungen aufweist, welche eine Innenseite des hohlzylinderförmigen Körpers mit einer Außenseite des hohlzylinderförmigen Körpers fluidisch verbinden, und der elastische Bereich mehrere Federelemente aufweist, welche sich in einer axialen Richtung erstrecken und in eine tangentiale Richtung oder eine radiale Richtung zum Körper geneigt sind. Die axiale Richtung des Ventilkäfigs verläuft dabei in paralleler Richtung zur Mittelachse des hohlzylindrischen Körpers und wird ebenfalls als Aufbaurichtung bezeichnet. Die tangentiale Richtung ist definiert als die Richtung, in der sich ein gedachtes Objekt, das sich auf einer Kreisbahn bewegt, weiter fortbewegt, wenn es sich von der Kreisbahn löst. Die tangentiale Richtung verläuft dabei stets geradlinig. Die Kreisbahn wird dabei bezogen auf die Anmeldung durch den hohlzylinderförmigen Körper definiert, sodass ein Objekt entsprechend auf einer durch den hohlzylinderförmigen Körper definierten Kreisbahn um die Mittelachse rotieren würde. Die radiale Richtung hingegen ist definiert als Verlängerung einer Linie durch einen Punkt auf der Kreisbahn und die Mittelachse des hohlzylinderförmigen Körpers. Die tangentiale und die radiale Richtung sind somit für jeden Punkt auf der Kreisbahn unterschiedlich.
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Durch einen derart gestalteten elastischen Bereich eines erfindungsgemäßen Ventilkäfigs können bei der Anordnung des Ventilkäfigs in einem entsprechenden Ventil Dimensionsschwankungen in axialer Richtung, also in Richtung der Mittelachse, ausgeglichen werden und ein im Betrieb stets festsitzender Ventilkäfig in Aufbaurichtung sichergestellt werden. Ein elastischer Bereich, der durch in Tangentialrichtung oder Radialrichtung geneigte Federelemente gebildet ist, kann dabei ebenfalls durch rein additive Fertigungsverfahren hergestellt werden, sodass eine Vereinfachung des Fertigungsprozesses erzielt werden kann.
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Vorzugsweise ist der elastische Bereich an einer oberen Anlageseite ausgebildet. Die obere Anlageseite ist dabei als eine axiale Stirnseite des hohlzylinderförmigen Körpers, welche als Anlage für ein anderes Bauteil dient, zu verstehen. Die obere Seite ist dabei die von einer Durchgangsöffnung des Ventils abgewandte Seite des Ventilkäfigs. In üblichen Stellventilen wird der Ventilkäfig dabei axial zwischen Durchgangsöffnung des Ventils und Deckel des Ventilgehäuses eingeklemmt. Dazu können ebenfalls entsprechende ebenfalls hohlzylinderförmige Hülsen eingesetzt werden. Aufgrund der Tatsache, dass die untere Anlagenseite des Ventilkäfigs dicht mit dem Ventilsitz abschließen muss, ist die untere Anlagenseite des Ventilkäfigs vorzugsweise entsprechend dem Ventilsitz geformt. Hier einen elastischen Bereich vorzusehen wäre mit einem großen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand verbunden, sodass die Ausformung des elastischen Bereichs an der oberen Anlageseite bevorzugt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente in die gleiche tangentiale oder radiale Richtung geneigt. Es sind ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen die Federelemente in unterschiedliche Richtungen geneigt sind, sodass beispielsweise eine Hälfte der Federelemente in die eine tangentiale Richtung und die andere Hälfte in die andere tangentiale Richtung geneigt sind.
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Durch eine Ausbildung der Federelemente in die gleiche Richtung kann der Konstruktions- bzw. Fertigungsaufwand des Ventilkäfigs verringert werden.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Federelemente um maximal 75°, besonders bevorzugt maximal 70° und insbesondere bevorzugt 60° gegen eine Richtung parallel zur Mittelachse geneigt sind. Durch die Neigung der Federelemente kann dabei Einfluss auf die Federhärte des elastischen Bereichs genommen werden. Als Federhärte ist dabei der Widerstand der Federelemente gegen eine elastische Verformung zu verstehen, also die Kraft, die der verformenden Bewegung entgegenwirkt. Vorzugsweise sind dabei alle Federelemente um einen gleichen ersten Winkel gegen eine Richtung parallel zur Mittelachse geneigt. Durch den gleichen Winkel kann erreicht werden, dass die Federwirkung des elastischen Bereichs über den Umfang des hohlzylinderförmigen Ventilkäfigs konstant ist. Durch die Begrenzung der Neigung der Federelemente können die Überhänge der Federelemente begrenzt werden, sodass sie mit einem additiven Fertigungsverfahren ohne die Verwendung von Stützstrukturen herstellbar sind. Dadurch kann die Fertigung deutlich vereinfacht werden, da die Stützstrukturen nicht wieder durch mechanische Verfahren entfernt werden müssen.
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In einer weiterhin vorteilhaften Ausführungsform ist ein Teil der Federelemente um einen ersten Winkel gegen die Richtung der Mittelachse geneigt und ein anderer Teil der Federelemente ist um einen zweiten Winkel gegen die Richtung der Mittelachse geneigt, wobei die Federelemente derart angeordnet sind, dass sich immer ein Federelement aus dem ersten Teil mit einem Federelement aus dem anderen Teil abwechselt. Durch die unterschiedlichen Winkel kann die Charakteristik des elastischen Bereichs hinsichtlich seiner Federhärte definiert werden. Wird ein derartig ausgebildeter Ventilkäfig in ein Stellventil eingesetzt, kommt zunächst beispielsweise nur der Teil der Federelemente mit den angrenzenden Bauteilen in Kontakt, welcher weniger geneigt ist, da diese Federelemente in axialer Richtung des Ventilkäfigs weiter überstehen als die Federelemente, welche stärker geneigt sind. Somit tragen auch nur die weniger stark geneigten Federelemente zur Elastizität, also elastischen Verformbarkeit, des elastischen Abschnitts bei. Erfolgt eine starke Verformung kommen ebenfalls die stärker geneigten Federelemente mit den angrenzenden Bauteilen in Kontakt und stellen einen zusätzlichen Widerstand gegen die verformende Bewegung dar. Es können auch drei oder mehr unterschiedliche Teile mit jeweils unterschiedlichen Neigungen vorgesehen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es ebenfalls denkbar die Federelemente mit unterschiedlichen Längen bzw. Dicken auszugestalten, um weiterhin den Widerstand des elastischen Bereichs nach speziellen Wünschen und Anforderungen auszugestalten.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der wenigstens ein Teil der Federelemente ausschließlich aus einem geraden Abschnitt ausgebildet ist. Bei derartigen Ausführungsformen weisen die Federelemente in radialem Querschnitt keine Rundung auf. Federelemente mit ausschließlich geradem Abschnitt haben dabei Vorteile hinsichtlich des Fertigungs- und Konstruktionsaufwands insbesondere in Bezug auf eine Fertigung mit einem additiven Fertigungsverfahren. Zudem können derartige Federelemente hinsichtlich ihrer Federsteifigkeit einfacher ausgelegt werden.
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Vorzugsweise sind die Federelemente untereinander durch wenigstens einen Verbindungsabschnitt derart verbunden, dass der elastische Bereich zwischen den Federelementen Aussparungen aufweist. Als Aussparungen werden im Rahmen der Anmeldung Bereiche verstanden, die zwischen den Federelementen vorgesehen sind und kein Material oder ein anderes Material als das der Federelemente aufweisen. Dabei haben die Aussparungen ein geschlossenes Profil. In anderen Worten sind die Aussparungen als Löcher im elastischen Bereich zu verstehen, zwischen denen die Federelemente ausgebildet sind. Durch die Verbindung der Federelemente kann eine weitere symmetrische bzw. gleichmäßige Kraftverteilung auf die Federelemente sichergestellt werden. Vorzugsweise weisen die Aussparungen dabei eine ovale Form auf, welche insbesondere auch gerade Abschnitte, also ohne Radius, aufweisen kann.
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Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass er den elastischen Bereich in axialer Richtung abschließt. Dieser ist somit am oberen Ende des Ventilkäfigs angeordnet, sodass der Verbindungsabschnitt die obere Anlageseite ausbildet. Dadurch kann eine flächige Anlageseite erzeugt werden und somit die Kraft zum Verspannen des Ventilkäfigs weiterhin gleichmäßig von angrenzenden Bauteilen auf den Ventilkäfig und insbesondere die Federelemente übertragen werden.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der eine Länge des Verbindungsabschnitts zwischen zwei Federelementen maximal 10 mm insbesondere maximal 5 mm beträgt. Die Länge des Verbindungsabschnitts ist dabei als der Übergangsbereich (Giebelbogen) zwischen einem Überhang der Federelemente und dem Anschlussbereich des nächsten Federelements zu verstehen. Durch eine derartige Ausgestaltung des Verbindungabschnitts kann bei einem additiven Fertigungsverfahren auf die Verwendung von Stützstrukturen zur Ausbildung des Verbindungsabschnitts verzichtet werden, wodurch die Fertigung vereinfacht werden kann.
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Vorzugsweise ist der Ventilkäfig, insbesondere der elastische Bereich, mittels einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere einem Lasersinterverfahren, hergestellt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Ventilkäfig in seinem Drosselbereich eine Doppelwand auf, wobei in einem inneren Teil der Doppelwand innere Drosselöffnungen und in einem äußeren Teil der Doppelwand äußere Drosselöffnungen vorgesehen sind und ein Hohlraum zwischen dem inneren und dem äußeren Teil der Drosselwand angeordnet ist. Als innerer Teil der Drosselwand (oder innere Drosselwand) ist dabei der Teil zu verstehen, welcher in einer radialen Richtung weiter innen, also näher zur Mittelachse des hohlzylinderförmigen Körpers, angeordnet ist als der äußere Teil der Drosselwand (äußere Drosselwand). Vorzugsweise sind die Drosselöffnungen in der inneren Drosselwand dabei versetzt gegenüber den Drosselöffnungen in der äußeren Drosselwand. Durch die versetzte Anordnung wird der Fluss des durch den Ventilkäfig strömenden Prozessfluids verlangsamt und die Drosselwirkung des Ventilkäfigs erhöht.
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Das erfindungsgemäße Stellventil weist einen erfindungsgemäßen Ventilkäfig auf.
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Nachfolgend werden unterschiedliche Ausführungsformen und vorteilhafte Aspekte der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Sie zeigen:
- 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Stellventils 100 mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Ventilkäfigs 3
- 2a zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilkäfigs 3
- 2b zeigt eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilkäfigs 3
- 2c zeigt eine Teilschnittansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilkäfigs 3
- 3 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilkäfigs 3
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Stellventils 100 mit einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilkäfigs 3 mit einem hohlzylinderförmigen Körper. Das Stellventil 100 weist einen Eingang 1 und einen Ausgang 2 für ein Prozessfluid auf, die in einem Gehäuse 6 angeordnet sind. Das Gehäuse 6 weist weiterhin einen Deckel 7 auf. Der Eingang 1 ist dabei durch eine Durchgangsöffnung 52 mit dem Ausgang 2 verbunden, welche von einem Ventilglied 4 (Stellglied) verschlossen und geöffnet werden kann, um den Fluidstrom des Stellventils 100 zu steuern. Das Ventilglied 4 ist dabei entlang einer Mittelachse m des Stellventils 100 beweglich angeordnet.
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Je nach Stellung des Ventilglieds 4 wird ein Durchfluss des Prozessfluids durch die Durchgangsöffnung 52 ermöglicht. Befindet sich das Ventilglied 4 in einem geschlossenen Zustand, so schließt es mit einem an der Durchgangsöffnung 52 angeordneten Ventilsitz 5 ab. Dieser Ventilsitz 5 ist in Form eines Ventilsitzelements 51 ausgebildet, welches in der Durchgangsöffnung 52 zwischen Eingang 1 und Ausgang 2 angeordnet ist.
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Der Ventilkäfig 3 weist eine Vielzahl von Drosselöffnungen auf und wird in Bezug auf die folgenden Figuren näher beschrieben. Wird das Ventilglied 4 vom Ventilsitz 5 abgehoben und in Zeichnungsebene der 1 entlang der Mittelachse m nach oben verfahren, gibt es die Drosselöffnungen 31 frei, welche das Innere des hohlzylinderförmigen Körpers des Ventilkäfigs 3 mit dessen Außenseite fluidisch verbinden. Dadurch gelangt das Prozessfluid vom Eingang 1 durch die Durchgangsöffnung 52 über die Drosselöffnungen 31 zum Ausgang 2.
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Der Ventilkäfig 3 ist in axialer Richtung des Stellventils 100, also in Richtung der Mittelachse m mit dem Ventilsitzelement 51 und einer Zwischenhülse 8 verspannt, wobei sich die Zwischenhülse 8 gegen den Deckel 7 des Stellventils 100 abstützt. Ventilsitzelement 51 und Ventilkäfig 3 sind dabei fluiddicht miteinander verbunden. Es kann also kein Fluid zwischen Ventilsitz 51 und Ventilkäfig 3 hindurchgelangen. Um auch bei Dimensionsschwankungen der Zwischenhülse 8 oder dem Ventilsitzelement 5 oder dem Ventilkäfig 3 selbst aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder einer durch thermische Beanspruchung hervorgerufene Ausdehnung zu ermöglichen, weist der Ventilkäfig 3 einen elastischen Bereich B auf, welcher derartige Dimensionsschwankungen in Richtung der Mittelachse m des Stellventils 100 ausgleichen kann, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
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2a, 2b und 2c zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilkäfigs 3. Zur Erläuterung dieser Ausführungsform werden die 2a, 2b und 2c gemeinsam herangezogen. Der Ventilkäfig 3 weist einen hohlzylinderförmigen Körper 30 auf, welcher sich entlang der Mittelachse m erstreckt. In Richtung dieser Mittelachse m wird er ebenfalls in ein entsprechendes Stellventil 100 verbaut und zwischen zwei entsprechenden Bauteilen des Stellventils 100 verspannt (siehe 1). Der Ventilkäfig 3 weist eine obere Anlageseite 35 und eine untere Anlageseite 34 auf, an welche die entsprechenden zur Verspannung vorgesehenen Elemente des Stellventils 100 anliegen. Die untere Anlageseite 34 wird dabei mit dem Ventilsitz 51 in Verbindung gebracht, wobei die untere Anlageseite 34 eine an den Ventilsitz 51 angepasste Abstufung 36 vorgesehen ist, sodass zwischen Ventilsitz 51 und Ventilkäfig 3 ein fluiddichter Formschluss erzeugt wird.
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Weiterhin weist der Ventilkäfig 3 einen Drosselbereich A und einen elastischen Bereich B auf. Im elastischen Bereich sind die bereits erwähnten Drosselöffnungen 31 angeordnet, welche den Innenbereich, also das Innere, des hohlzylinderförmigen Körpers 30 mit dem Außenbereich, also der Umgebung, des hohlzylinderförmigen Körpers 30 fluidisch verbinden. Die Drosselöffnungen 31 ermöglichen somit, sofern sie nicht durch das Ventilglied 4 versperrt sind, dass Prozessfluid aus dem Inneren des Ventilkäfigs 3 in die Umgebung des Ventilkäfigs 3 und damit zum Ausgang des Stellventils 100 gelangen kann.
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Vorzugsweise weist der hohlzylinderförmige Körper 30 dabei im Drosselbereich A eine Doppelwand auf, welche in radialer Richtung aus zwei einzelnen Wänden mit einem hohlen Zwischenraum 313 gebildet ist. In der inneren Wand (innere Drosselwand) vorgesehene innere Drosselöffnungen 311 sind dabei versetzt zu in der äußeren Wand (äußere Drosselwand) vorgesehenen äußeren Drosselöffnungen 312 angeordnet. Durch die versetzte Anordnung kann das Prozessfluid beim Durchströmen der Drosselöffnungen 31 gebremst bzw. gedrosselt werden. Es sind dabei ebenfalls andere Arten von Drosselöffnungen 31 denkbar, die in dem Drosselbereich A angeordnet sind. Sie können dabei als verzweigte Kanäle oder ähnliches ausgebildet sein.
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Der elastische Bereich B ist an der oberen Anlageseite 35 vorgesehen und schließt somit den hohlzylinderförmigen Körper 30 in axialer Richtung ab. In der dargestellten Ausführungsform weist der elastische Bereich B eine Vielzahl von Federelementen 331 in Form von Federstegen auf, welche sich in axialer Richtung erstrecken und in tangentialer Richtung um einen ersten Winkel α geneigt sind. Die Federelemente 331 und insbesondere der gesamte Ventilkäfig 3 sind dabei vorzugsweise durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt. Die Federelemente 331 sind dabei direkt an den hohlzylinderförmigen Körper 30 angeformt. Der erste Winkel α hat dabei einen maximalen Wert von 75°. Dadurch kann sichergestellt werden, dass zur Fertigung des elastischen Bereichs mittels additiven Fertigungsverfahren, keine Stützstrukturen eingesetzt werden müssen, welche nach dem Herstellen der Federelemente wieder durch einen mechanischen Arbeitsschritt entfernt werden müssten. Somit kann die Herstellung des elastischen Bereichs mit additiven Fertigungsverfahren vereinfacht werden.
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Der elastische Bereich B kann sich durch die Federelemente 331 plastisch verformen und somit Dimensionsschwankungen von Bauteilen des Stellventils 100 in axialer Richtung im verbauten Zustand ausgleichen. Damit ist ein stets fester und fluiddichter Sitz des Ventilkäfigs 3 innerhalb des Stellventils sichergestellt. Die Federsteifigkeit des elastischen Bereichs B kann dabei durch die Neigung der Federelemente 331 und deren Dicke entsprechend den Anforderungen ausgelegt werden.
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Es sind dabei ebenfalls Ausführungsformen mit Federelementen 331 denkbar, welche unterschiedliche Längen aufweisen und/oder in unterschiedliche Richtungen und/oder um unterschiedliche Winkel geneigt sind. Dadurch lässt sich die Federsteifigkeit des elastischen Bereichs beeinflussen und an die entsprechenden Anforderungen anpassen. Es ist dabei ebenso denkbar, dass die Federelemente 331 in radialer Richtung geneigt sind.
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3 zeigt den erfindungsgemäßen Ventilkäfig 3 in einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht. Zu der in den 2a bis 2c gezeigten Ausführungsform unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß 3 lediglich in der Ausgestaltung des elastischen Bereichs, weshalb auch lediglich auf die hier vorliegenden Unterschiede eingegangen wird.
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Der elastische Bereich B weist dabei einen Verbindungsabschnitt 333 auf, welcher die einzelnen Federelemente 331 miteinander verbindet und so die obere Anlageseite 35 bildet. Durch den Verbindungsabschnitt 333 sind zwischen den Federelementen 331 ovale Aussparungen 332 ausgebildet. Die Federelemente 331 sind dabei alle um einen ersten Winkel α geneigt.
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Eine Länge I des Verbindungsabschnitts 333 zwischen zwei Federelementen 331 beträgt dabei maximal 10 mm, bevorzugt maximal 5 mm. Die Länge I des Verbindungsabschnitts 333 ist dabei als der Übergangsbereich (Giebelbogen) zwischen einem Ende des Überhangs der Federelemente 331 und dem Anschlussbereich des nächsten Federelements 331 definiert. Der Anschlussbereich ist dabei der Bereich, in dem der Verbindungsabschnitt 333 in das nächste Federelement 331 übergeht. Durch eine derartige Ausführungsform kann erreicht werden, dass für die Fertigung eines derartigen elastischen Bereichs B mit Federelementen 331 und Verbindungsabschnitt 333 mittels einem additiven Fertigungsverfahren keine Stützstrukturen oder ähnliches verwendet werden müssen, welche im Anschluss wieder mechanisch entfernt werden müssten. Dadurch kann die Fertigung vereinfacht werden.
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Der Verbindungsabschnitt 333 bildet in dieser Ausführungsform im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß der 2a bis 2c den Vorteil, dass die obere Anlageseite 35 als gerade Fläche ausgebildet ist und somit bei der Verklemmung mit daran anliegenden Bauteilen die Kraft gleichmäßig übertragen werden kann. Ebenso wird durch den Verbindungsabschnitt 333 sichergestellt, dass die Federelemente 331 gleichmäßig belastet werden. Nachteilig ist jedoch, dass im Vergleich zu Ausführungsform gemäß 2a bis 2c die Fertigung aufgrund der Ausgestaltung des Verbindungsabschnitts 333 aufwändiger ist.
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Es sind dabei ebenfalls Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen der Verbindungsabschnitt 333 die Federelemente 331 nicht an deren Spitzen miteinander verbindet, sondern mittig, sodass die Spitzen der Federelemente 331 über den Verbindungsabschnitt 333 hinausragen. Die Form der Aussparungen kann ebenfalls elliptisch oder rund oder oval ausgebildet sein.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 100
- Stellventil
- 1
- Eingang
- 2
- Ausgang
- 21
- Sammelvolumen
- 3
- Ventilkäfig
- 30
- Körper
- 31
- Drosselöffnung
- 311
- innere Drosselöffnung
- 312
- äußere Drosselöffnung
- 313
- Zwischenraum
- 321
- Federrippe
- 331
- Federelement
- 332
- Aussparung
- 333
- Verbindungsabschnitt
- 34
- untere Anlageseite
- 35
- obere Anlageseite
- 36
- Abstufung
- 4
- Ventilglied
- 5
- Ventilsitz
- 51
- Ventilsitzelement
- 52
- Durchgangsöffnung
- 6
- Gehäuse
- 7
- Deckel
- 8
- Zwischenhülse
- A
- Drosselbereich
- B
- elastischer Bereich
- α
- Anstellwinkel
- m
- Mittelachse
- I
- Länge des Verbindungsabschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1392992 B1 [0005]
- DE 2602577 A1 [0006]
- US 6932321 B2 [0006]
- DE 102021120551 A1 [0007]