Die Erfindung betrifft ein Axialventil für eine prozesstechnische Anlage, wie eine chemische Anlage, insbesondere eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, eine Brauerei oder dergleichen.

Das Axialventil umfasst ein von dem Prozessfluid durchströmbares Ventilgehäuse, das eine Hauptströmungsrichtung definiert, die beispielsweise anhand der durchschnittlichen Strömungsrichtung in dem Innenraum des Ventilgehäuses bestimmbar ist, oder bei im Wesentlichen achsensymmetrischem Aufbau des Ventilgehäuses anhand der mittleren Strömungsrichtung am Gehäuseeintritt und/oder Gehäuseaustritt abschätzbar ist. Zum Einstellen der Pro- zessfluidströmung hat das Axialventil ein verlagerbares Ventilglied. Zwischen dem Ventilglied und dem Ventilgehäuse ist wenigstens eine Dichtung zum Abdichten des Ventils, insbesondere in einer geschlossenen Stellung des Ventilglieds, vorgesehen. Die wenigstens eine Dichtung weist einen Dichtungskörper mit umlaufendem Dichtungskontakt zu einer Dichtfläche auf, wobei die Dichtfläche vorzugsweise an dem Ventilglied vorgesehen ist, aber auch an dem Ventilgehäuse vorgesehen sein kann. Der Dichtungskörper ist vorzugsweise durch einen Dichtring, wie einem O-Ring, einem Simmerring, einen Quadring oder dergleichen, gebildet.

Ein Axialventil ist zum Beispiel aus DE 20 2012 003 033 Ul bekannt, bei dem innerhalb des Ventilgehäuses ein becherförmiger Führungszylinder vorgesehen ist, in dem ein Ringkolbenventilglied linear beweglich geführt ist. Das Ringkolbenventilglied hat eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche, die durch einen Umfangskontakt mit dem Führungszylinder linear geführt ist. Das Ventilkolbenglied ist mittig mit einem Antriebspleuel zum Übertragen einer Antriebsbewegung verbunden. Ein Nachteil des bekannten Axialventils besteht darin, dass aufgrund des Pleuelantriebs Querkräfte auf die Führungsfläche ausgeübt werden, die in Funktionsunion auch die Dichtfläche des Ventilkolbenglieds realisiert, so dass die Dichtfläche des Ventilkolbenglieds wegen der Reibung an dem Führungszylinder stark verschleißt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere ein Axialventil für eine prozesstechnische Anlage bereitzustellen, bei dem der Verschleiß an den Dichtflächen des Ventilglieds deutlich verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach hat ein erfindungsgemäßes Axialventil eine Lagerung zum axialen Führen des Ventilglieds parallel zur oder längs der Hauptströmungsrichtung und/oder insbesondere parallel oder koaxial zu einer Axialventilachse. Die Führungsrichtung der Lagerung fällt mit der Hauptströmungsrichtung zusammen, wobei insbesondere eine Richtungsabweichung von ± 10 % zumindest abschnittsweise bestehen darf. Er findungs gemäß ist die Lagerung gegenüber der Dichtung strukturell getrennt ausgebildet und weist zur Dichtfläche versetzte Lagerflächen, insbesondere Gleitla- gerflächen, auf. Die Lagerflächen sind an einem an dem Ventilglied befestigten Kraftübertragungsteil und an einem Ventilgehäuseabschnitt ausgebildet. Die Lagerung kann als Linearlagerung für das Ventilglied realisiert sein, so dass sich das Ventilglied nur linear entlang der Axialventilachse bewegen kann. Vorzugsweise sind der Eingangsquerschnitt und/oder der Ausgangsquerschnitt des Ventilgehäuses kreisförmig und die Axialventilachse erstreckt sich senkrecht zu der Eingangs- und/oder der Ausgangsfläche insbesondere durch den jeweiligen Kreismittelpunkt. Vorzugsweise sind also die Hauptströmungsrichtung und die Axialventilachse kollinear und insbesondere zum Prozessfluideingang und/oder dem Prozessfluidaus- gang des Axialventils koaxial. Indem die Führung des Ventilglieds mittels der Lagerung nicht an der Dichtfläche oder dem Dichtungskörper des Ventilglieds erfolgt, sondern an dem Kraftübertragungsteil, wird das Ventilglied von Querkräften entlastet, so dass Verschleiß durch Reibung des Ventilglieds an dem Ventilgehäuse erheblich reduziert werden kann,

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Lagerflächen axial und/oder radial zur Dichtfläche versetzt angeordnet. Ventilglieder mit axial versetzten Lager- und Dichtflächen lassen sich mit einem beispielsweise zylinderrohrförmigen Körper besonders einfach dadurch herstellen, dass ein Lagerflächenabschnitt und ein davon strukturell getrennter Dichtflächenabschnitt beispielsweise durch unterschiedliche Oberflächenbehandlungen, etwa durch Härten der Lagerfläche und durch Auftauen der Dichtfläche, gebildet werden. Vorzugsweise kommt der Dichtungskörper mit der ventilgehäuseseitigen Lagerfläche in keinen Dichtungseingriff, insbesondere über den gesamten Stellweg des Ventilglieds. Dadurch ist sichergestellt, dass eine funktionale Vermischung der strukturell voneinander getrennten Lager- und Dichtflächen vermieden ist, so dass die Flächen jeweils verschleißoptimiert auslegbar sind. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Kraftübertragungsteil eine Stellstange. Vorzugsweise hat die Stellstange einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt. Denkbar sind aber auch Stellstangen mit polygonalem Querschnitt mit abgerundeten Ecken. Vorzugsweise weist die Stellstange an einem stromabwärtigen Ende einen Aufsatzabsatz zum Befestigen des Ventilglieds auf. So können die Stellstange und das Ventilglied aus wenigstens zwei separaten Bauteilen gefertigt sein, die vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen, welche im Hinblick auf ihre jeweilige Funktion, also die Kraftübertragungs- und Lagerungsfunktion der Stellstange bzw. die Schließfunktion des Ventilglieds, optimiert ausgelegt sind.

Vorzugsweise weist die Stellstange an einem stromaufwärtigen Ende eine Antriebskraftaufnahmestelle zum Einleiten einer durch einen Stellantrieb bereitgestellten Stellkraft auf, wobei insbesondere die Lagerfläche der Stellstange zwischen dem Aufsatzabsatz und der Antriebskraftaufnahmestelle ausgebildet ist. Durch diese Anordnung der Lagerfläche der Stellstange kann sichergestellt werden, dass eventuell an der Antriebskraftaufnahmestelle in die Stellstange eingeleitete Querkräfte, also Antriebskräfte mit Richtungskomponenten, die nicht mit der axialen Führungsrichtung der Lagerung übereinstimmen, weitestgehend von der Lagerung aufgenommen werden, so dass eine Übertragung von insbesondere Antriebs- Querkräften zwischen dem Ventilglied und dem Ventilgehäuse weitestgehend vermieden werden können.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Kraftübertragungsteil an der Antriebskraftaufnahmestelle mit einem Rotations-Translations-Getriebe, wie einem Zahnstan- gengetriebe, einem Kniehebelgetriebe oder dergleichen, kraftübertragungsgemäß gekoppelt. Insbesondere ist das Rotations-Translations-Getriebe mit einer Antriebswelle des Stellan- triebskraftübertragungsgemäß gekoppelt.

Vorzugsweise ist die Antriebswelle senkrecht zur Längserstreckung des Kraftübertragungsteils am Ventilgehäuse gelagert. Wenn das Rotations-Translations-Getriebe als Kniehebelgetriebe realisiert ist, können die Schenlcel des Kniehebelgetriebes sich in parallelen Ebenen senkrecht zur Antriebswelle bewegen. Insbesondere liegt eine gedachte Verlängerung der Antriebswelle in Axialrichtung zwischen dem Ventilglied und der Antriebskraftaufnahmestelle und/oder die gedachte Verlängerung der Antriebswelle kreuzt eine axiale Erstreckung der vorzugsweise ventilgehäuseseitigen Lagerung. Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Bauweise des Axialventils möglich. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bildet die Außenfläche des Kraftübertragungsteils abschnittsweise eine Lagerfläche, die mittels Passung, insbesondere mittels Spielpassung, mit einer an die Lagerfläche des Kraftübertragungsteils formangepasste Lagerhülsenfläche oder Lagerschienenfläche des Ventilgehäuses gleitlagernd zusammenwirkt. Gleitlagerungen eignen sich besonders für die Verwendung in mit einem Prozessfluid gefluteten Bereichen. Zur Fertigung insbesondere kreiszylinderförmiger aneinander gepasster Stangen und Bohrungen existieren zahlreiche handelsübliche Werkzeuge, so dass eine Fertigung einer Lagerung mittels Passung, insbesondere Spielpassung, besonders kostengünstig realisierbar ist.

Vorzugsweise ist eine Längserstreckung der Lagerung, insbesondere der relativ zu dem Ventilgehäuse ortsfesten Lagerfläche zumindest so groß wie 20 %, insbesondere 50 %, vorzugsweise 100 %, des Kanaldurchmessers an einem Prozessfluideingang des Ventilgehäuses. Vorzugsweise misst die Längserstreckung der Lagerung zumindest 150 %, insbesondere zumindest 175 %, vorzugsweise zumindest 200 %, der Längserstreckung der Dichtfläche. Auf diese Weise ist eine stabile Lagerung des Ventilglieds gegenüber dem Ventilgehäuse über den gesamten Stellweg bereitgestellt.

Vorzugsweise ist der Radialabstand einer Lagerfläche, insbesondere einer Lagerfläche des Kjraftübertragungsteils, zu einer Axialventilachse kleiner als ein Radialabstand der Dichtfläche, zu der Axial ventilachse. Insbesondere ist der Lagerflächenradialabstand zur Axialventilachse kleiner als 50 %, vorzugsweise kleiner als 30 % und weiter bevorzugt kleiner als 20 % des Radialabstands der Dichtfläche zu der Axial ventilachse. Gegenüber dem bekannten Axialventil, dessen Dichtfläche in Funktionsunion mit einer Lagerfläche realisiert ist, ergibt sich der Vorteil, dass die Lagerung aufgrund der zur Dichtung geringeren radialen Ausdehnung mit geringerem Materialaufwand, präziser und kostengünstiger gefertigt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Ventilgehäuse einen Gehäuseaußenmantel. Der Gehäuseaußenmantel kann sich zwischen einem Flansch am Prozessfluideingang und einem Flansch am Prozessfluidausgang im Wesentlichen zylinderrohrförmig mit bauchartiger, konvexer Wölbung erstrecken. Vorzugsweise ist der Gehäuseaußenmantel im Wesentlichen rotationssymmetrisch zum Definieren einer Axialventilachse. Gegebenenfalls bildet der Gehäusemantel eine Stützstruktur eines Ventilsitzes des Axialventils. Vorzugsweise umgibt der Gehäusemantel radial, insbesondere vollumfänglich, einen den Ventilgehäuseabschnitt bildenden Gehäuselagerkern. Insbesondere kann sich der Gehäuseaußenmantel in Axi- alrichtung derart über die axiale Ausdehnung des Gehäuselagerkerns hinaus erstrecken, sodass der Gehäuselagerkern im Wesentlichen vollständig innerhalb des Gehäuseaußenmantels liegt.

Vorzugsweise ist der Gehäuselagerkern an einer prozessfluidführenden Innenseite des Gehäuseaußenmantels befestigt. Insbesondere kann zwischen der Innenseite des Gehäuseaußenmantels und der Außenseite des Gehäuselagerkerns ein Spaltkanal mit vorzugsweise ringförmigem Kanalquerschnitt begrenzt sein. Insbesondere ist der Gehäuselagerkern mittels wenigstens einer Tragsäule oder Strebe, vorzugsweise drei Tragsäulen, weiter bevorzugt fünf Tragsäulen, am Gehäuseaußenmantel getragen. Der ringförmige Kanalquerschnitt ist in diesem Fall abschnittsweise durch die wenigstens eine oder mehreren Tragsäulen durchbrochen. Insbesondere ist die Antriebswelle in der wenigstens einen Tragsäule vorzugsweise prozessfluid- dicht aufgenommen. Durch die wenigstens eine Tragsäule oder Strebe ist der Gehäuselagerkern gegenüber dem Gehäuseaußenmantel ortsfest. Vorzugsweise sind Gehäuseaußenmantel, Gehäuselagerkern und wenigstens eine Tragsäule weitestgehend aus dem gleichen Material hergestellt, insbesondere gegossen, damit sich Temperaturausdehnungen am Ventilgehäuse ausgleichen können.

Bevorzugt hat das Axialventil erfindungsgemäß einen Zylinderdurchgang für das Prozessflu- id, der durch das Ventilglied verschließbar ist und sich erstreckt zwischen einem ersten axialen Zylinderende am Gehäuselagerkern, insbesondere einer Stützstruktur des Ventilsitzes des Axialventils am Gehäuselagerkern, und einem zweiten axialen Zylinderende am Gehäuseaußenmantel, insbesondere der Stützstruktur des Ventilsitzes am Gehäuseaußenmantel. An den jeweiligen Ventilsitzen können Dichtungskörper vorgesehen sein, die mit einer Dichtfläche des Ventilglieds zusammenwirken, um das Ventil in einer geschlossenen Stellung des Ventilglieds abzudichten. Vorzugsweise ist ein insbesondere hülsenförmiger Drosselkörper zwischen der gehäuseaußenmantelseitigen Stützstruktur und der gehäuselagerkernseitigen Stützstruktur gehalten. Der Drosselkörper kann auch ein Sieb zum Schutz des Ventilglieds vor Verschmutzungen realisieren. Vorzugsweise umfasst der Drosselkörper zwei koaxial zueinander angeordnete hülsenförmige Drosselkörper mit vorzugsweise zueinander versetzt angeordneten, sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckenden Drosselkanälen.

Vorzugsweise erstreckt sich die ventilgehäuseseitige Lagerfläche in Axialrichtung bis in ein durch den Zylinderdurchlass definierten Zylindervolumen, wobei sich vorzugsweise zumindest 5 %, insbesondere zumindest 10 %, und/oder höchstens 50 %, vorzugsweise höchstens 20 % der ventilgehäuseseitigen Lagerfläche in Axialrichtung in das Zylindervolumen hineinerstrecken.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Gehäuselagerkern einen Einfahrschacht für das Ventilglied auf, in den insbesondere das Ventilglied für einen geöffneten Zustand einfahrbar ist und/oder aus dem das Ventilglied für einen geschlossenen Zustand ausfahrbar ist. Insbesondere ist an einem Eingang des Einfahrschachts eine gehäuselagerkernsei- tige Stützstruktur für einen Ventilsitz des Axialventils und/oder der Dichtkörper der wenigstens einen Dichtung angeordnet.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Außenseite des Gehäuselagerkerns in einer zur Axialventilachse parallelen Schnittebene im Wesentlichen parabolisch oder elliptisch geformt, so dass der Gehäuselagerkern insbesondere eine fluiddynamisch optimierte Außenfläche hat.

Vorzugsweise umfasst der Gehäuseabschnitt eine ortsfest innerhalb des Gehäuselagerkerns angeordnete Lagerhülse, die die gehäuseseitige Lagerfläche definiert, wobei insbesondere die Lagerhülse einen Flansch zum Befestigen am Ventilgehäuse aufweist und/oder eine Gleitlagerhülse ist. Indem eine Lagerhülse zum Definieren der Lagerfläche des Ventilgehäuses eingesetzt wird, kann die gehäuseseitige Lagerung separat von eventuellen Gussteilen des Ventilgehäuses gefertigt werden, so dass für die Lagerung ein anderes Material, insbesondere mit besonders guten Gleitreib-Eigenschaften, verwendet werden kann. Außerdem ermöglicht das Verwenden einer austauschbaren Lagerhülse eine erheblich vereinfachte Wartung des Axialventils.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Gehäuselagerkern teilweise mit Hohlräumen versehen, wobei insbesondere ein stromaufwärtiger Hohlraum des Gehäuselagerkerns einen freien Stellweg für die Stellstange bereitstellt und/oder das Translations- otations-Getriebe aufnimmt. In dem Gehäuselagerkern können das Translations-Rotations- Getriebe und/oder die Stellstange auf diese Weise geschützt sein.

Bevorzugt umfasst das Ventilglied einen verstärkten Abschnitt zum Befestigen des Ventilglieds am Kraftübertragungsteil, wobei insbesondere der Befestigungsabschnitt eine der Lagerung zugewandte Radialfläche aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einem ventilgehäuseseitigen Anschlag, insbesondere an einem Axialende der Lagerhülse, zum Begrenzen der Ventilgliedbewegung vorzugsweise in Öffnungsrichtung des Ventilglieds und/oder entgegen der Hauptströmungsrichtung zusammenzuwirken.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Ventilglied einen vorzugsweise zylindrischen Kolbenabschnitt, an dem die ventilgliedseitige Dichtfläche ausgebildet ist, wobei insbesondere der Kolbenabschnitt an einem Versatzabschnitt des Ventilglieds gehalten ist, der sich ausgehend von dem Befestigungsabschnitt vorzugsweise kegelstumpfför- mig mit konvexer Außenseite derart radial nach außen und axial in Richtung der Antriebskraftaufnahmestelle erstreckt, so dass die Dichtfläche des Ventilglieds in Axialrichtung vorzugsweise vollständig von dem Aufsatzabsatz versetzt ist. Auf diese Weise kann in dem Ventilgehäuse eine besonders große Längserstreckung der Lagerung erreicht werden, indem das Aufsatzende des Ventilglieds in Axialrichtung stromabwärts von dessen Dichtfläche vorgesehen wird.

Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Axialventils;

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht des Axialventils gemäß Fig. 1 mit vertikaler Schnittebene;

Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht eines Axialventils gemäß Fig. 1 mit horizontaler Schnittebene;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf einen Gehäuselagerkern mit darin angeordneter Stellstange und Kniehebelgetriebe für ein Axialventil beispielsweise gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 5a-d schematische Ansichten eines Kniehebelgetriebes und einer Stellstang

terschiedlichen Positionen.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Axialventil, das zum Steuern einer Prozessfluidströmung einer nicht dargestellten prozesstechnischen Anlage, wie einer chemischen Anlage, insbeson- dere einer petrochemischen Anlage, einem Kraftwerk oder einer lebensmittelverarbeitenden Anlage, wie einer Brauerei oder dergleichen, eingesetzt wird, im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Dieses Axialventil umfasst als Hauptbestandteile ein Ventilgehäuse und ein verlagerbares Ventilglied 5, das zum Einstellen der Prozessfluidströmung vorgesehen ist, die durch das Ventilgehäuse in einer Hauptströmungsrichtung H fließt. In Fig. 1 bis 5 bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Bauteile.

Das Axialventil hat eine Axialventilachse A, zu der das Ventilgehäuse 3, insbesondere dessen Innenseite 21, im Wesentlichen koaxial sein kann, so dass die Hauptströmungsrichtung H im Wesentlichen parallel zu der Axialventilachse A ist. Das Ventilglied 5 des Axialventils 1 kann sich insbesondere nur in Richtung der Axialventilachse A bewegen.

Das Ventilgehäuse 3 hat eingangsseitig und ausgangsseitig je einen Flansch 7 zum Befestigen einer stromabwärtigen bzw. stromaufwärtigen Prozessfluidleitung. Zwischen den axialen Enden des Ventilgehäuses 3 erstreckt sich ein Gehäuseaußenmantel 11 im Wesentlichen zylin- derrohrförmig mit einer bauchigen oder konvexen Wölbung. Der Gehäuseaußenmantel 11 hat zwei diametral gegenüberliegende Streben 13, die einen Gehäuselagerkern 15 tragen, der in Radialrichtung innerhalb des Gehäuseaußenmantels 11 angeordnet ist. Die Innenseite 21 des Gehäuseaußenmantels 11 begrenzt den vom Prozessfluid durchströmten Bereich. Nahe der Axialventilachse ist der vom Prozessfluid durchströmte Bereich durch eine Außenseite 23 des Gehäuselagerkerns 15 begrenzt, die in dem in Fig. 1 dargestellten Axialquerschnitt parabolisch bzw. elliptisch geformt ist.

Fließt das Prozessfluid durch das Ventilgehäuse 3, so passiert es am Eingang 31 zunächst einen kreisförmigen Kanalquerschnitt, bis es auf die Außenseite 23 des Gehäuselagerkerns 15 trifft. Ab dieser Stelle teilt sich das Prozessfluid, um durch einen ringförmigen Spaltkanal zu fließen, der durch die Tragsäulen 13 abschnittsweise durchbrochen ist.

Der Gehäuselagerkern 15 bildet zusammen mit dem Gehäuseaußenmantel 11 einen zylinder- flächenförmigen Durchlass 25, den das Prozessfluid durchströmen muss, um vom Eingang 31 des Ventilgehäuses 3 zu dessen Ausgang 33 zu gelangen. Dieser Zylinderdurchgang 25 kann durch das Ventilglied 5 verschlossen werden. Zu diesem Zweck umfasst das Ventilglied 5 einen Kolbenabschnitt 41 mit einer zylindrischen Dichtfläche 43. Der Fluss des Prozessfluids durch das Ventilgehäuse 3 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Demnach verläuft die lokale Strömungsrichtung S des Prozessfluids entlang des Gehäuselagerkerns 15 und durch den Zylinderdurchlass 25.

Das Axial ventil 1 hat an dem Gehäuseaußenmantel 11 und an dem Gehäuselagerkern 15 jeweils einen Dichtring 51 und 52, mit denen die Dichtfläche 43 des Ventilglieds 5 in einem (nicht dargestellten) geschlossenen Zustand des Ventilglieds 5 in Dichtkontakt steht. Es sei klar, dass aufgrund des Dichtkontakts zwischen den Dichtringen 51 und 52 mit der Dichtfläche 43 des Ventilglieds 5 Dichtkräfte zwischen dem Ventilglied 5 und dem Ventilgehäuse 3 wirken können, wobei diese Dichtkräfte im Wesentlichen auf der Deformation des jeweiligen Dichtrings 51 oder 52 beruhen und vorzugsweise keine Querkraft aufgrund des Stellantriebs über die Dichtfläche 43 übertragen wird.

Zum Aufnehmen des Dichtrings 52 an dem Gehäuseaußenmantel 1 1 ist ein Stützring 53 vorgesehen. Eine Stützstruktur 61 nimmt am Gehäuselagerkern 15 den Dichtungsring 51 auf. Zwischen dem Stützring 53 und der Stützstruktur 61 ist ein Drosselkörper 63 angeordnet, der insbesondere als sogenannter Cage bzw. als zwei ineinander geschachtelte Hülsen mit in Radialrichtung orientierten Drosselkanälen realisiert ist. Der Drosselkörper 63 stützt sich in Axialrichtung an der Stützstruktur 61 des Gehäuselagerkerns 15 und an dem Stützring 53 ab. Der Drosselkörper 63 verdeckt also den Zylinderdurchlass 25 des Axialventils 1, so dass der Drosselkörper 63 die maximale Durchflussfläche des Axialventils 1 reduziert. Dadurch kann in dem Axialventil 1 eine starke Reduktion des Prozessfluiddrucks vor dem Ventilglied 5 erzeugt werden.

Ein Befestigungsring 55 arretiert den Stützring 53 und den Drosselkörper 63 in dem Ventilgehäuse 3. Der Befestigungsring 55 kann beispielsweise an dem Ausgang 33 des Ventilgehäuses 3 ver schraubt werden. Zwischen dem Gehäuseaußenmantel 11 und dem Stützring 53 und/oder dem Befestigungsring 55 können Dichtungsringe vorgesehen sein, um eine Leckage des Prozessfluids entlang der Kontaktflächen der Ringe 53 und 55 und dem Gehäuseaußenmantel 1 1 zu verhindern.

In dem Gehäuselagerkern kann eine Lagerhülse 71 angeordnet sein, die sich über einen Montageflansch 73 an dem Gehäuselagerkern 15 bzw. der Strebe 13 abstützt. Die Lagerhülse 71 definiert eine Lagerung 75, in der eine Stellstange 81 des Ventilglieds 5 aufgenommen ist. Die Stellstange 81 ist im Wesentlichen zylindrisch und erstreckt sich koaxial zu der Axialven- tilachse A. Abschnittsweise ist die Stellstange 81 mit einer zylindrischen Lageraußenfläche 83 versehen, die mit der Lagerinnenfläche 77 der Lagerhülse 71 nach Art einer Spielpassung eine lineare Gleitlagerung realisiert.

Durch die Lagerung 75 ist das Ventilglied 5 in Axialrichtung und im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung H gelagert. Alternativ könnte zum Lagern der Stellstange 81 in der Lagerhülse 71 auch eine andere Lagerung, wie ein Linearkugellager oder dergleichen, vorgesehen sein. Anstelle einer abgebildeten Lagerhülse 71, die eine kanalförmige Lagerung mit zylindrischer Lagerfläche realisiert, kann eine weitere nicht dargestellte bevorzugte Ausführung mehrere, vorzugsweise drei, fünf oder mehr Gleitschienen aufweisen, die mit einer Lagerfläche 83 der Stellstange 81 gleitlagernd zusammenwirken.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist die Längserstreckung der gehäuseseitigen Lagerfläche größer als der Durchmesser des Ventilgehäuses 3 an dessen Eingang 31 und auch größer als die Längserstreckung des Zylinderdurchgangs 25.

Nahe dem stromaufwärtigen axialen Ende der Stellventilstange 81 ist diese an ein Kniehebelgetriebe 91 gekoppelt, das mittels einer Antriebswelle 93 eines nicht dargestellten Stellantriebs betätigt ist. Zur Ankopplung des Kniehebelgetriebes 91 an die Stellstange 81 ist ein Kopplungsstift 95 vorgesehen, über den die Stellkraft bzw. Stellbewegung in die Stellstange 81 eingeleitet werden kann, um das Ventilglied 5 zu betätigen.

Der Kopplungsstift 95, an dem die Stellkraft vom Kniehebelgetriebe 91 in die Stellstange 81 eingeleitet wird, liegt stromaufwärts von der Antriebswelle 93, wohingegen der Montageabschnitt 113 der Stellstange 81 am gegenüberliegenden Ende der Stellstange, also stromabwärts der Antriebswelle 93 angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt schematisch die Stellkinematik der Stellstange 81, die mittels des Kniehebelgetriebes 91 betätigbar ist. In Fig. 4 ist die Lagerhülse 71 nicht dargestellt, deren Lagerinnenflächen die Lagerung für die Stellstange realisiert. Gut zu erkennen ist, dass die Stellstange 81 und das Kniehebelgetriebe 91 in Strömungsrichtung geschützt und eingefasst sind durch den Gehäuselagerkern 15, der sich kelchartig um das Kniehebelgetriebe 91 erstreckt. Dadurch stört das Kniehebelgetriebe 91 nicht die Prozessfluidströmung durch das Axialventil 1 und ist weitgehend von Beeinträchtigungen durch das Prozessfluid geschützt. Die Bewegung der Stellkinematik wird im Folgenden unter Zuhilfenahme des Koordinatensystems auf Basis der Axialventilachse A und einer Senkrechten bzw. Normalen N zu der Axial ventilachse A beschrieben. Das Kniehebelgetriebe 91 umfasst eine Antriebswelle 93, die sich vertikal bezüglich der Axialventilachse A und der Normalen N erstreckt, wie in Fig. 1 und 2 gut zu erkennen ist. Die Antriebswelle 93 ist mittels einer Zahnwellenverbindung 94 und drehfest mit einer Kurbel bzw. Schwinge 96 gelagert. Die Schwinge 96 kann zudem durch Sicherungen 92, wie einem Sicherungsstift, positionsfest an der Antriebswelle 93 gehalten werden. In Fig. 4 und Fig. 5c erstreckt sich die Schwinge 96 ausgehend von der Antriebswelle 93 im Wesentlichen in Normalenrichtung N.

An dem gegenüber der Antriebswelle 93 entfernten Hebelende der Schwinge 96 ist die Schwinge 96 mit einer Koppel- oder Pleuelstange 98 drehbar mittels eines Kopplungsstifts 97 verbunden. Die Koppel- oder Pleuelstange 98 erstreckt sich zwischen dem Kopplungsstift 95 auf Seiten der Stellstange 81 und dem Kopplungsstift 97 auf Seiten der Schwinge 96. Die effektive Länge der Pleuelstange 98 zwischen den Drehachsen der Stifte 95, 97 ist in etwa 1,5 mal so groß wie die effektive Länge der Schwinge 96 zwischen der Drehachse der Antriebswelle 93 und der des Stifts 97. Die Drehachse der Antriebswelle 93 und die gemeinsame Drehachse der Stellstange 81 und Pleuelstange 98 erstrecken sich beide parallel zueinander in Vertikalrichtung. Die beiden Drehachsen können zur Vermeidung einer Momentbeaufschlagung der Stellstange 81 die Axialventilachse A schneiden.

Fig. 4 und 5c zeigen eine Stellung der Stellstange 81, die im Wesentlichen der in Fig. 1 bis 3 dargestellten entspricht, in der das Ventilglied 5 das Axialventil 1 etwa zur Hälfte öffnet. In der in Fig. 5a dargestellten Stellung wäre das Axialventil 1 vollständig geschlossen und der in Fig. 5d dargestellten Stellung wäre es voll geöffnet.

In der voll geschlossenen Stellung gemäß Fig. 5a ist das Kmehebelgetriebe 91 durch eine derartige Betätigung der Antriebswelle 93 eingestellt, dass die Schwinge 96 um den Winkel _a , hier etwa 60°, in Fließrichtung aus der Normalen N gekippt ist. In der in Fig. 5d dargestellten vollständig geöffneten Stellung ist die Schwinge 96 des Kniehebelgetriebes 91 um den Winkel _d , hier etwa 30°, entgegen der Strömungsrichtung versch werdet.

Das Kniehebelgetriebe 91 könnte einen größeren Bewegungsbereich als den in Fig. 5 gezeigten zulassen. Allerdings ist die Bewegung bei einem etwas größeren Winkel als dem in Fig. 5a dargestellten a _a dadurch beschränkt, dass die Schwinge 96 gegen die Lagerhülse 71 schla- gen würde. In Öffnungsrichtung ist die Stellkinematik durch den (nicht dargestellten) oben beschriebenen Axialvorsprung 105 beschränkt, der als Anschlag für das Ventilglied 5 wirken kann. Die Kniehebelkinematik allein könnte eine Verlagerung der Schwinge 96 aus der Normalen N bis hin zu etwa 90°, also bis hin zur Axialventilachse A, erlauben. Das in Fig. 4 und 5 im Detail dargestellte Kniehebelgetriebe 91 gestattet also zum Verfahren des Ventilglieds 5 aus der geschlossenen in die geöffnete Stellung eine Schwenkbewegung der Schwinge 96 von etwa 90°. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Axialventils kann ein Kniehebelgetriebe vorgesehen sein, das einen Schwenkweg von bis zu 180°, insbesondere von einer in Strömungsrichtung parallel zur Axialventilachse A ausgerichteten Stellung bis hin zu einer entgegen der Strömungsrichtung parallel zur Axialventilachse A ausgerichteten Stellung der Schwinge 96.

Wie in Fig. 1 und 2 zu erkennen, ist die Pleuelstange 98 des Kniehebelgetriebes 91 in Vertikalrichtung zwischen dem stirnseitigen Ende der Antriebswelle 93 und der Stellstange 81 angeordnet. Die Schwinge 96 ist am stirnseitigen Ende der Antriebswelle 93 drehfest befestigt. Die Kopplungsstifte 95, 97 verbinden die Pleuelstange 98 mit der in Vertikalrichtung benachbarten Schwinge 96 bzw. Stellstange 81 und stellen jeweils ein Schwenkgelenk bereit.

In Fig. 5a befindet sich die Stellstange 81 in der geschlossenen Stellung (l _a ; nicht dargestellt). Fig. 5b zeigt eine geöffnete Stellung mit einem Schwingen- Winkel (etwa 30°) und einem Öffnungsweg l _b für eine geringfügige Öffnung des Ventilglieds 5. In Fig. 5c ist die Stellung gemäß Fig. 1 bis 3 dargestellt, bei der das Ventilglied 5 um einen Verfahrweg l _c von etwa 50 % der maximalen Öffnungsweite verfahren ist. Die Schwinge 96 befindet sich dabei in etwa in Normalenrichtung N. In Fig. 5d ist die Stellung der Stellstange 81 zur vollständigen Öffnung des Ventilglieds 5 um den maximalen Öffnungsweg L _d dargestellt, wobei die Schwinge 96 um einen Winkel _d (etwa 30°) verstellt ist. Ausgehend von der voll geschlossenen Position ist also bei der dargestellten bevorzugten Ausführung ein Verschwenken der Schwinge um etwa 60° erforderlich um die erste Hälfte des Öffnungswegs zu erreichen und eine weitere Schwenkung um etwa 30° um zur vollständigen Öffnung zu gelangen. Dies erlaubt insbesondere im Bereich einer nahezu geschlossenen Stellung eine besonders präzise Positionierung des Ventilglieds 5.

In Fig. 2 ist zu etwa 50 % geöffneter Zustand des Ventilglieds 5 dargestellt, bei dem die am Ventilkolbenabschnitt 41 vorgesehene Dichtfläche 43 zum Teil in eine Tasche 101 des Ge- häuselagerkerns eingefahren ist, so dass das Ventilglied 5 den Zylinderdurchlass 25 teilweise freigibt.

Im (nicht dargestellten) voll geöffneten Zustand können eine Radialfläche eines verstärkten Abschnitts 103 des Ventilglieds 5 gegen einen Axialvorsprung 105 der Lagerhülse 71 oder ein stromaufwärtiges Ende des Ventilglieds 5 gegen einen Radialboden der Tasche 101 schlagen, so dass die maximale Öffnungsstellung des Ventilglieds 5 erreicht ist. Die Dichtflächen 43 befinden sich dann im Wesentlichen vollständig in der Tasche 101. In dieser voll geöffneten Stellung des Ventilglieds 5 ist die Stellstange 81 in einen Hohlraum 111 des Gehäuselagerkerns 15 ausgefahren und das Kniehebelgetriebe 91 wie in Fig. 5d dargestellt ausgelenkt. Um das Ventilglied 5 ausgehend von der nicht dargestellten voll geöffneten Stellung in Richtung einer Schließstellung zu bewegen, kann der nicht dargestellten Stellantrieb die Antriebswelle 93 drehen, wobei die Drehbewegung über das Kniehebelgetriebe 91 in eine translatorische Linearbewegung der Stellstange 81 in der Lagerung 75 umgewandelt wird. Die Antriebswelle 93 steht vertikal senkrecht auf der Axialventilachse A und eine gedachte Verlängerung der Antriebswelle kreuzt die gehäuseseitige Lagerfläche 77 der Lagerung 75.

Die Stellstange 81 hat an ihrem stromaufwärtigen Ende eine Montagestelle 113 mit einem Radialabsatz und einem zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Lagerabschnitt, auf den das Ventilglied 5 insbesondere mit seinem verstärkten Befestigungsabschnitt 103 aufgesetzt werden kann. Unmittelbar an dem stromabwärtigen Ende der Ventilstange 81 ist ein Gewinde 123 vorgesehen, auf das eine Mutter (nicht dargestellt) zum Befestigen des Ventilglieds 5 aufgeschraubt werden kann, so dass zwischen der Stellstange 81 und dem Ventilglied 5 keine Relativbewegung stattfinden kann. Bei einer anderen, nicht dargestellten bevorzugten Ausführung können Ventilglied und Stellstange auch einstückig gefertigt, beispielsweise fest aneinander verschweißt, sein.

Zwischen dem verstärkten Abschnitt 103 des Ventilglieds 5 und dem Kolbenabschnitt 41 kann ein Versatzabschnitt 131 vorgesehen sein, der sich kegelstumpfförmig von dem verstärkten Abschnitt 103 sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung aufweitet und an dessen Ende der Kolbenabschnitt 41 befestigt ist. Für eine besonders reibungsarme Führung des Prozessfluids entlang des Ventilglieds von dem Zylinderdurchlass 25 in Richtung des Ausgangs 33 des Axial ventils 1 kann der Versatzabschnitt 131 an seiner Außenseite vorzugsweise hyperbolisch und/oder konvex geformt sein. Vorzugsweise umfasst der Versatzabschnitt 131 mehrere Druckaus gleichbohrungen 133, durch die Prozessfluid strömen kann, so dass beim Verstellen des Ventilglieds 5 nur eine geringe Kraft aufgebracht werden muss, um einen Druckunterschied zwischen Hohlräumen in dem Gehäuselagerkern 15 und dem strom- abwärtig zum Zylinderdurchlass 25 liegenden Leitungsabschnitt zu vermeiden.

Nachdem das Prozessfluid gemäß den lokalen Strömungsrichtungen S entlang des Gehäuselagerkerns 15 zwischen dessen Außenseite 23 und der Innenseite 21 des Gehäuseaußenmantels 11 und durch den Zylinderdurchgang 25 geströmt ist, in dem ein Drosselkörper 63 sitzen kann, kann das Prozessfluid bei geöffnetem Ventilglied 5 entlang dessen Versatzabschnitt 131 fließen, wozu eine hyperbolische oder konvexe Außenseitenform vorgesehen sein kann. Die Druckausgleichsbohrungen 133 im Versatzabschnitt 131 erlauben einen Rückfluss in Richtung der Pfeile R in das Innere des Gehäuselagerkerns 15, in dem der Hohlraum 111 und die Taschen 101 Ausgleichsräume zur Aufnahme von Prozessfluid bereitstellen, welche beim Verfahren des Ventilglieds 5 in Schließstellung verdrängt wird. Dabei kann es in den Taschen 101 und in dem Hohlraum 111 zur Bildung von Wirbeln W kommen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

SAMSON AKTIENGESELLSCHAFT + Ringo Valvulas SL

Bezugszeichenliste

1 Axialventil

3 Ventilgehäuse

5 Ventilglied

7 Flansch

11 Gehäuseaußenmantel

13 Tragsäule / Strebe

15 Gehäuselagerkern

21 Innenseite

23 Außenseite

25 Zylinderdurchgang

31 Eingang

33 Ausgang

41 Kolbenabschnitt

43 zylindrische Dichtfläche

51, 52 Dichtring

53 Stützring

55 Befestigungsring

61 Stützstruktur

63 Drosselkörper

71 Lagerhülse

73 Montageflansch

75 Lagerung

77 Lagerinnenfläche

81 Stellstange

83 Lagerfläche

91 Kniehebelgetriebe

92 Sicherung

93 Antriebswelle 94 Zahnwellenverbindung

95, 97 Kopplungsstift

96 Schwinge

98 Koppel- oder Pleuelstange

101 Tasche

103 Befestigungsabschnitt

105 Axial vorsprang

111 Hohlraum

113 Montageabschnitt

123 Gewinde

131 Versatzabschnitt

133 Druckaus gleichbohrungen

A Axialventilachse

N Normale

H Hauptströmungsrichtung

S lokale Strömungsrichtung

R Rückflussrichtung

W Wirbel