Die Erfindung betrifft ein Stellventil gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Sogenannte Käfigventile, d.h. einen Ventilkäfig aufweisende Stellventile, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und umfassen in der Regel ein im Ventilgehäuse des Stellventils in axialer Richtung a verfahrbar gelagertes Ventilglied sowie einen mit dem Ventilglied zusammenwirkenden Ventil käfig. Der Ventilkäfig weist dabei eine Vielzahl von derart angeordneten Drosselkanälen auf, dass über die Hubstellung des Ventilglieds die Öffnungsweite des Ventilkäfigs, also die Anzahl der verschlossenen bzw. geöffneten Drosselkanälen und damit die Drosselquoten, einstellbar ist. Neben dem Ventilkäfig weisen Käfigventile ferner in bekannter Art und Weise einen mit dem Ventilglied zusammenwirkenden, komplementär zum Ventilglied ausgebildeten Ventilsitz auf, sodass in Schließstellung, also wenn das Ventilglied in Anlage mit dem Ventilsitz ist, das Ventil geschlossen ist. Lediglich beispielhaft wird auf die DE 102015 005 611 A1 verwiesen.

Es ist weiterhin bekannt, dass zum Regeln oder Steuern von kryogenen Prozessmedien die Stellventile eine besondere konstruktive Ausgestaltung benötigen: Diese Stellventile, nachfolgend auch als Tieftemperaturventile bezeichnet, zeichnen sich dadurch aus, dass das Ventilgehäuse zwei Gehäusebereiche aufweisend ausgebildet ist, nämlich einen den Ventilein- und Ventilauslass, den Ventilkäfig sowie den Ventilsitz aufweisenden, mit dem kryogenen Prozessmedium in Kontakt kommenden ersten Gehäusebereich, sowie einen, sich an den ersten Gehäusebereich anschließenden, als Isolierteil wirkenden, den Gehäusedeckel tragenden zweiten Gehäusebereich. Rein optisch unterscheidet sich somit ein Tieftemperaturventil von anderen Stellventilen durch das lange Isolierteil, durch das ein Abstand zwischen dem von dem kryogenen Prozessmedium durchströmten Ventilgehäuse und Ventiloberteil realisiert wird. Somit verlängert das Isolierteil die Strecke von einem Bereich extremer niedriger Temperaturen zu dem Bereich der temperaturempfindlichen Dichtungsanordnung im Bereich des Gehäusedeckels und dem gehäuseaußenseitig angeordneten Antrieb, mit dem Effekt, dass eine Beschädigung der empfindlichen Bauteile Dichtungsanordnung und Antrieb (durch z.B. Vereisen der Stopfbuchspackung inklusive Blockieren des Ventils) verhindert wird.

Es ist weiterhin bekannt, zwischen den beiden Gehäusebereichen eine sogenannte Zirkulationssperre zu verbauen, die verhindert, dass das kalte Prozessmedium im Isolierteil zirkuliert.

Um den Energieaustausch zwischen dem kalten Ventilinnern und der warmen Umgebung zu verhindern, werden Tieftemperaturventile häufig einisoliert oder im Fall von Gasverflüssigungsprozessen in eine Gold Box eingebaut. Folglich sind Arbeiten am Ventil sehr aufwendig, sodass möglichst wartungsarme und langlebige Konstruktionen gefordert sind.

Ein gattungsgemäßes, sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweisendes Stellventil ist der DE 10 2019 104 589 A1 zu entnehmen. Das Stellventilgehäuse ist vorliegend einteilig ausgebildet, d.h. der den Ventilkäfig und den Ventilsitz aufweisende Gehäusebereich geht nahtlos in den als Isolierteil wirkenden zweiten Gehäusebereich über. Das offenbarte Stellventil zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Ventilkäfig und der Ventilsitz eine Baueinheit bilden, die mittels einer ersten Gewindehülse und einem zugeordneten, gehäuseseitigen Anschlag verklemmt im Ventilgehäuse gehalten ist. Die Befestigung der im Isolierteil angeordneten Zirkulationssperre ist entsprechend ausgebildet, d.h., die Zirkulationssperre ist zwischen einem gehäuseseitigen Anschlag und einer weiteren Gewindehülse verklemmt gehalten.

Als nachteilig erweist sich hierbei, dass bei einer Wartung, beispielsweise wenn wegen Verschleißes ein Wechsel des Ventilsitzes durchzuführen ist, zwei Gewindehülsen zu lösen sind, nämlich einmal die die Zirkulationssperre verspannende erste Gewindehülse sowie die die Baueinheit aus Ventilkäfig und Ventilsitz verspannende zweite Gewindehülse, mit der Konsequenz, dass sich die Wartungsarbeiten als relativ zeitintensiv, aufwendig und damit teuer erweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellventil gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass eine vereinfachte Wartung ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 13 bilden vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stellventils. Das Stellventil, das insbesondere zum Regeln und Steuern von kryogenen Prozessmedien vorgesehen ist und daher nachfolgend auch alternativ als Tieftemperaturventil bezeichnet ist, umfasst in bekannter Art und Weise ein zwei Gehäusebereiche aufweisendes Ventilgehäuse, nämlich einen von dem kryogenen Prozessmedium zu durchströmenden, einen Ventilein- und Ventilauslass aufweisenden Grundkörper, in dem im Strömungskanal zwischen Ventilein- und Ventilauslass ein Ventilsitz und ein Ventilkäfig angeordnet sind, und einen den Grundkörper in axialer Richtung a verlängernden, als Isolationsteil wirkenden Verlängerungskörper. Das Stellventil bzw. Tieftemperaturventil umfasst ferner in bekannter Art und Weise ein in Bezug zum Ventilsitz und Ventilkäfig in axialer Richtung a verfahrbares Ventilglied, das über eine Antriebsstange mit einer Stellgliedstange eines Antriebs verbindbar ist, sowie einen den Verlängerungskörper dichtend verschließenden Ventildeckel, durch den die mit der Antriebsstange zu verbindende Stellgliedstange des Antriebs dichtend hindurchführbar ist. Um eine in axiale Richtung a zum Deckel hin gerichtete Zirkulation des kryogenen Prozessmediums zu unterbinden, umfasst das Stellventil ferner in bekannter Art und Weise eine im Ventilgehäuse angeordnete Zirkulationssperre.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass die Zirkulationssperre und der Ventilkäfig korrespondierend zueinander ausgebildete, in axialer Richtung a gegenüberliegend ausgerichtete Anpressflächen aufweisen, über die die Zirkulationssperre und der Ventilkäfig miteinander in Kontakt stehen und dass die über die gegenüberliegenden Anpressflächen miteinander in Kontakt stehenden Bauteile Zirkulationssperre und Ventilkäfig gemeinsam überein einziges Befestigungsmittel im Ventilgehäuse fixiert sind.

Lediglich der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass unter dem “Befestigungsmittel“ ganz allgemein ein Befestigungsmittel zu verstehen ist, welches ausgebildet ist, auf die Zirkulationssperre eine Axialkraft auszuüben.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stellventils erweist sich als besonders vorteilhaft, da nunmehr die Befestigung der Bauteile Zirkulationssperre und Ventilkäfig im Ventilgehäuse mittels eines einzigen Befestigungsmittels realisiert ist, bei Wartungsarbeiten nur ein einziges Befestigungsmittel zu lösen ist, sodass eine vereinfachte Wartung ermöglicht ist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellventils weist der Ventilkäfig eine käfigseitige Anschlagfläche auf und am Grundkörper ist eine korrespondierend dazu ausgebildete Gehäuseschulter ausgebildet. Über die käfigseitige Anschlagfläche und die korrespondierend ausgebildete Gehäuseschulter stehen der Ventil käfig und der Grundkörper des Ventilgehäuses miteinander in Kontakt, d.h. der Ventilkäfig ist über seine käfigseitige Anschlagfläche axial abgestützt an der Gehäuseschulter gehalten, sodass die Bauteile Zirkulationssperre und Ventilkäfig über das eine Axialkraft auf die Zirkulationssperre ausübende Befestigungsmittel verklemmbar sind. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass bei Wartungsarbeiten im Innern des Stellventilgehäuses ein vereinfachter Zugang zu den Bauteilen Zirkulationssperre, Ventilkäfig und/oder Ventilsitz ermöglicht ist, da hierzu lediglich das Lösen eines einzigen Befestigungsmittels erforderlich ist.

Besonders bevorzugt bilden dabei die Bauteile Ventilsitz und Ventilkäfig eine Baueinheit, sodass mittels des Befestigungsmittels die Zirkulationssperre sowie die Baueinheit aus Ventilsitz und Ventilkäfig axial verklemmt im Ventilgehäuse gehalten sind. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine besonders einfach zu handhabende Wartung ermöglicht, da nunmehr nach Demontage des Antriebs und des Gehäusedeckels und nach Lösen des Befestigungsmittels und Entnahme der Zirkulationssperre, der Ventilsitz und der Ventilkäfig zu Wartungszwecken als eine Einheit aus dem Stellventilgehäuse entnommen werden können. D.h., auch der “tief im Innern“ des Ventilgehäuses positionierte Ventilsitz ist nunmehr entnehmbar, ohne dass zusätzliche Befestigungsmittel zu lösen sind.

Eine alternative zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellventils sieht vor, dass der Ventilsitz und der Ventilkäfig eine Baueinheit bilden und dass der Ventilsitz eine sitzseitige Kontaktfläche und der Grundkörper des Ventilgehäuses einen dazu korrespondierend ausgebildeten grundkörperseitigen Anschlag aufweisen. D.h. die Baueinheit aus Ventilkäfig und Ventilsitz ist über die sitzseitige Kontaktfläche axial abgestützt am grundkörperseitigen Anschlag gehalten, sodass die Zirkulationssperre sowie die Baueinheit aus Ventilkäfig und Ventilsitz über das eine Axialkraft auf die Zirkulationssperre ausübende Befestigungsmittel verklemmbar sind. Entsprechend zu dem oben Dargelegten ist hierdurch wiederum eine besonders vereinfachte Wartung ermöglicht, da die Baueinheit, also Ventilkäfig und -sitz, als eine Einheit aus dem Gehäuse entnehmbar ist, ohne dass hierfür weitere, tief im Innern des Gehäuses angeordnete und damit schwer zur erreichende Befestigungsmittel zu lösen sind.

Bevorzugt sind dabei die eine Baueinheit bildenden Bauteile Ventilkäfig und Ventilsitz über eine zwischen Ventilkäfig und Ventilsitz ausgebildete Schraubverbindung miteinander verbunden. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Ventilkäfig ein Innengewinde und der Ventilsitz ein dazu korrespondierend ausgebildetes Außengewinde aufweist, über die Ventilkäfig und Ventilsitz miteinander verschraubbar sind. Um eine möglichst einfache und schnell durchzuführende axiale Verklemmung mittels des Befestigungsmittels durchführen zu können, sieht eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellventils vor, dass das Befestigungsmittel als eine ein Außengewinde aufweisende Gewindehülse ausgebildet ist, die in ein korrespondierend ausgebildetes Innengewinde im Ventilgehäuse einschraubbar ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellventils zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandstärken der Ventilgehäuseteile Grundkörper und Verlängerungskörper unterschiedlich ausgebildet sind, nämlich dass der Grundkörper eine im Vergleich zum Verlängerungskörper größere Wandstärke aufweist.

Bevorzugt sind der Grundkörper und der Verlängerungskörper einteilig ausgebildet, d.h., der Grundkörper geht nahtlos in den Verlängerungskörper über, wobei der Wandstärkenrücksprung den Übergang vom Grundkörper zum Verlängerungskörper angibt, mit anderen Worten, dass in axialer Richtung a betrachtet der Rücksprung der Wandstärke in Bezug auf den Grundkörper dessen verlängerungsseitiges Ende und in Bezug auf den Verlängerungskörper dessen grundkörperseitigen Anfang definiert. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass das Ventilgehäuse mittels Gießen kostengünstig herstellbar ist, da zusätzliche spanende Fertigungsschritte zum Ausbilden von Flanschflächen nicht erforderlich sind.

Eine alternative Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundkörper und der Verlängerungskörper zweiteilig ausgebildet sind und in axialer Richtung a der Grundkörper ein dem Verlängerungskörper zugewandtes verlängerungsseitiges Ende und der Verlängerungskörper einen dem Grundkörper zugewandten grundkörperseitigen Anfang aufweist, über die der Grund- und Verlängerungskörper einander kontaktierend Stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Durch die zweiteilige Ausgestaltung des Ventilgehäuses sind in vorteilhafter Weise größere Gestaltungsfreiräume ermöglicht, wie z.B. eine Ausbildung der beiden Gehäusekörper aus unterschiedlichen Materialien oder dergleichen.

Um eine ausreichende Isolierwirkung des Verlängerungskörpers zu gewährleisten, sind der Grundkörper und der Verlängerungskörper in Bezug auf ihre in axialer Richtung a betrachteten Bauteilhöhe hi, h ₂ vorzugsweise so dimensioniert, dass gilt: Höhe h ₂ des Verlängerungskörpers > 2 x Höhe hi des Grundkörpers, wobei mit i die sich in axialer Richtung a betrachtet, ausgehend vom Ventilsitz bis zum verlängerungsseitigen Ende des Grundkörpers erstreckende Höhe des Grundkörpers, und mit h ₂ die sich in axialer Richtung a betrachtet, ausgehend vom grundkörperseitigen Anfang bis zum deckelseitigen Ende erstreckende Höhe des Verlängerungskörpers bezeichnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in axialer Richtung a betrachtet die Zirkulationssperre im Bereich des Grundkörpers angeordnet. Denkbar ist aber auch die Zirkulationssperre in axialer Richtung a betrachtet im Bereich des Verlängerungskörpers anzuordnen.

In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Stellventils, und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Grundkörpers des Stellventils aus Fig. 1 .

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen ein Stellventil 10 für eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere zum Regeln oder Steuern eines kryogenen Prozessmediums. Derartige, zum Regeln oder Steuern von kryogenen Prozessmedien vorgesehene Stellventile 10, werden auch als Tieftemperaturventile bezeichnet. Die Strömungsrichtung ist in Fig. 1 mit S bezeichnet.

Das Stellventil 10 umfasst ein insgesamt mit der Bezugsziffer 12 bezeichnetes Ventilgehäuse, welches seinerseits einen den Ventilein- und Ventilauslass 14, 16 aufweisenden Grundkörper 12-1 und einen sich daran anschließenden, den Grundkörper 12-1 in axialer Richtung a betrachtet verlängernden Verlängerungskörper 12-2 und einen den Verlängerungskörper 12-2 zur Umgebung dichtend verschließenden Ventildeckel 12-3 aufweist. Das Stellventil 10 umfasst ferner in bekannter Art und Weise einen im Strömungskanal zwischen dem Ventilein- und Ventilauslass 14, 16 angeordneten Ventilsitz 18, einen im Strömungskanal zwischen Ventilein- und Ventilauslass 14, 16 angeordneten Ventilkäfig 20 sowie ein im Bezug zum Ventilsitz 18 und Ventilkäfig 20 in axialer Richtung a verfahrbares Ventilglied 22, das über eine Antriebsstange 24 mit einer Stellgliedstange 26 eines - hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten - Antriebs verbunden ist.

Während der Grundkörper 12-1 im Wesentlichen zur Aufnahme der für das Regeln und Steuern des kryogenen Prozessmediums notwendigen gehäusefesten Bauteile Ventilsitz 18 und Ventilkäfig 20 dient, wirkt der den Grundkörper 12-1 in axialer Richtung a verlängernden Verlängerungskörper 12-2 als ein Isolationsteil, durch das ein verlängerter Abstand zwischen dem das kryogene Prozessmedium führenden Grundkörper 12-1 und dem Ventildeckel 12-3 realisiert ist.

Mit anderen Worten, rein optisch unterscheidet sich ein Tieftemperaturventil von anderen bekannten Stellventilen insbesondere durch das lange Isolationsteil.

Um eine Zirkulation des kryogenen Prozessmediums in den Verlängerungskörper 12-2 zu verhindern, umfasst das Stellventil 10 ferner in bekannter Art und Weise eine Zirkulationssperre 28.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind vorliegend der Ventilsitz 18 und der Ventilkäfig 20 mittels einer Schraubverbindung miteinander verbunden, d.h. der Ventilsitz 18 und der Ventilkäfig 20 bilden eine Baueinheit. Über eine am Ventilkäfig 20 ausgebildete käfigseitige Anschlagfläche 21 und eine dazu korrespondierend im Grundkörper 12-1 des Ventilgehäuses 12 ausgebildete Gehäuseschulter 13 ist die Baueinheit aus Ventilsitz 18 und Ventilkäfig 20 axial abgestützt im Ventilgehäuse 12 gehalten.

Wie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, stehen die Zirkulationssperre 28 und der Ventilkäfig 20 über korrespondierend zueinander ausgebildete, in axialer Richtung a gegenüberliegende Anpressflächen 28-1 , 20-1 miteinander in Kontakt, d.h. die Zirkulationssperre 28 sowie die Baueinheit aus Ventilkäfig 20 und Ventilsitz 18 sind an der Gehäuseschulter 13 axial abgestützt gehalten.

Die Befestigung der Bauteile Zirkulationssperre 28 und der Baueinheit aus Ventilkäfig 20 und Ventilsitz 18 erfolgt über ein einziges, die Bauteile Zirkulationssperre 28, Ventilkäfig 20 und Ventilsitz 18 gegen die Gehäuseschulter 13 axial verspannendes Befestigungsmittel 30. Das Befestigungsmittel 30 ist vorliegend als eine ein Außengewinde aufweisende Gewindehülse ausgebildet, die in ein entsprechendes, im Ventilgehäuse 12 korrespondierend ausgebildetes Innengewinde einschraubbar ist.

Diese Ausgestaltung, nämlich die Befestigung der Bauteile Zirkulationssperre 28 sowie der Baueinheit aus Ventilkäfig 20 und Ventilsitz 18 über ein einziges - hier in Form einer Gewindehülse ausgebildetes - Befestigungsmittel 30 erweist sich als besonders vorteilhaft, da zu Wartungszwecken lediglich ein Befestigungsmittel zu lösen ist.

Wie weiterhin aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, sind der Grundkörper 12-1 und der Verlängerungskörper 12-2 zweiteilig ausgebildet, die mittels Verschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Der

Übergang zwischen dem Grundkörper 12-1 und dem Verlängerungskörper 12-2 ist somit vorliegend durch die Schweißnaht 32 definiert, da hier das dem Verlängerungskörper 12-2 zugewandte verlängerungsseitige Ende des Grundkörpers 12-1 mit dem dem Grundkörper 12-1 zugewandten grundkörperseitigen Anfang des Verlängerungskörpers 12-2 miteinander verbunden sind.

Die in axialer Richtung a betrachteten Bauteilhöhen der Bauteile Grundkörper 12-1 und Verlängerungskörper 12-2 sind in Fig. 1 mit hi und h ₂ bezeichnet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, handelt es sich bei h ₁ um die ausgehend vom Ventilsitz 18 bis zur Schweißnaht 32 erstreckende Bauteilhöhe des Grundkörpers 12-1 und bei h ₂ um die sich bis zum Ventildeckel 12-3 erstreckende Bauteilhöhe des Verlängerungskörpers 12-2. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich, ist vorliegend in axiale Richtung a betrachtet die Zirkulationssperre 28 im Bereich des Grundkörpers 12-1 angeordnet.

Bezugszeichenliste

10 Stellventil

12 Ventilgehäuse

12-1 Grundkörper

12-2 Verlängerungskörper

12-3 Ventildeckel

13 Gehäuseschulter

14 Ventileinlass

16 Ventilauslass

18 Ventilsitz

20 Ventilkäfig

20-1 Anpressfläche

21 käfigseitige Anschlagfläche

22 Ventilglied

24 Antriebsstange

26 Stellgliedstange

28 Zirkulationssperre

28-1 Anpressfläche

30 Befestigungsmittel

32 Schweißnaht a axiale Richtung

S Strömungsrichtung hi Bauteilhöhe Grundkörper h ₂ Bauteilhöhe Verlängerungskörper