DE2065787A1

DE2065787A1 - Drehklappenventil fuer rohrleitungen

Info

Publication number: DE2065787A1
Application number: DE19702065787
Authority: DE
Inventors: Jean Gachot
Original assignee: Individual
Current assignee: Omnibrev Holding Ag Zug Ch
Priority date: 1969-03-07
Filing date: 1970-03-06
Publication date: 1976-08-12
Also published as: DE2065787C2

Description

unser Zeichen: G 1369

4:
27.

Drehklappenventil für Rohrleitungen ^ Ausscheidung aus Patent (P 20 10 632.5-Ϋ2)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehklappenventil für Rohrleitungen mit einem zwischen zwei Rohrleitungsflansche einzuspannenden Ringkörper, der einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Durchlaß für das Strömungsmedium aufweist, einer in dem Ringkörper drehbar gelagerten Drehklappe, die gegen ihre die Achse des Durchlasses senkrecht schneidende Drehachse versetzt ist, und mit einem von der Innenwand des Ringkörpers geringfügig in den Durchlaß vorspringenden Sitzring, der in der Schließstellung mit einer um den Umfang der Drehklappe verlaufenden Anlagefläche zusammenwirkt. ·

Es sind, beispielsweise aus der OE-PS 235 097 und der US-PS 3 282 558, Drehklappenventile dieser Art bekannt, bei denen die Anlagefläche der Drehklappe durch einen ringförmigen Abschnitt einer Kugel gebildet ist, während die in der Schließstellung mit ihr zusammenwirkende Innenfläche

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des Sitzringes ein ringförmiger Abschnitt einer Kegelfläche ist. Bei diesen bekannten Drehklappenventilen besteht aber der Sitzring aus Gummi, oder einem .--elaste·-, meren Kunststoff, und die Abdichtung in der Schließstel— lung ist durch die Elastizität des Materials des Sitzringes gewährleistet. Diese Drehklappenventile arbeiten zwar zufriedenstellend, wenn die: Betriebsbedingungen ..-: _; (Temperatur, Druck, Beschaffenhe it des_: StrömungsmittelsJ den Eigenschaften des Materials des elastischen Sitzringes entsprechen. Bei zahlreichen Anwendungsfällen haben aber elastische Sitzringe aus^ Gummi oder einem,gummiähnlichen Kunststoff keine, ausreichendeLebensdauer; dies gilt insbesondere, wenn das Drehklappenven.til .bei ,hohen Temperaturen oder großen Drücken arbeiten muß, oder wenn der Sitzring aggressiven oder.scheuernden Strömungsmitteln ausgesetzt ist, , - . , . - .

Es ist auch bekannt (PR-PS 1 365 570), bei Drehklappenventilen, der eingangs angegebenen Art den Sitzring aus Polytetrafluoräthylen herzustellen,.Dieses Material weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen, großen. Drücken und aggressiven oder scheuernden Medien auf. Polytetrafluoräthylen hat aber die Eigenschaft, daß es unter mechanischer. Belastung fließt; bei Verwendung dieses Materials für Sitzringe von Drehklappenventilen hat dies zur Folge, daß eine in der Schließstellung bei ausreichend großem Schließdruck zunächst erzielte gute Dicht- . wirkung im Laufe der Zeit verlorengeht, weil das Polytetrafluoräthylen unter dem Schließdruck von ,der Berührungsstelle zwischen Sitzring und Drehklappe wegfließt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dreliklappenventils der eingangs angegebenen Art, das bei hohen Temperaturen, großen Drücken und für aggressive oder scheuernde

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Strömungsmittel verwendbar ist und dennoch eine gute Dichtwirkung über lange Zeiträume und häufiger Betätigung des Drehklappenventils gewährleistet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) die Anlagefläche der Drehklappe ist durch einen Abschnitt einer Kugel gebildet, deren Mittelpunkt auf dem Schnittpunkt der Achse des Durchlasses und der Drehachse der Drehklappe liegt;

b) der Sitzring besteht aus einem Material auf der Basis von Polytetrafluoräthylen und ist in eine ringförmige Nut des Ringkörpers eingelassen;

c) die in der Schließstellung mit der Anlagefläche der Drehklappe zusammenwirkende Innenfläche des Sitzringes ist kegelstumpfförmig;

d) die gegenseitigen Stellungen des Sitzringes und der Drehklappe sind so gewählt, daß die kegelstumpfförmige Innenfläche und die kugelabschnittförmige Anlagefläche in der Schließstellung tangential zueinander liegen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Drehklappenventils ergibt eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen Drehklappe und Sitzring, ohne daß ein Fließen des Materials des Sitzringes auftritt. Damit können die vorteilhaften Eigenschaften von Polytetrafluoräthylen über lange Zeiträume voll ausgenutzt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

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ORIGINAL INSPECTED

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Pig. 1 einen durch die Drehachse der Drehklappe gehenden Diametralschnitt eines Drehklappenventils in der Schließstellung,

Pig. 2 einen Diametralschnitt längs der Linie II-II der Pig. 1 in der Öffnungsstellung in kleinerem Maßstab,

Pig. 3 eine geschnittene Teilansciht des Sitzringes und £ der Drehklappe in der Schließstellung in größerem

Maßstab, .-..."

Pig. 4 eine radial geschnittene Teilansicht einer anderen Einbauart des Sitzringes der Drehklappe,

Pig. 5 und 6 Teilansichten einer weiteren Einbauart der Dichtung in einem Radialschnitt bzw. in Draufsicht,

Pig. 7 eine Teilansicht einer Ausführungsabwandlung der Ausbildung von Pig. 5 und 6,

W Pig. 8 einen durch die Drehachse der Drehklappe gehenden

Diametralsohnitt des den Sitzring tragenden Teils des Ringkörpers und des benachbarten Halteringes in großem Maßstab und

Pig. 9 eine Weiterbildung der Anordnung von Pig. 8 in' größerem Maßstab.

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ORIGINAL INSPECTED

Das in Pig. 1 bis 3 dargestellte Drehklappenventil 1 ist zwischen den Planschen 2 einer Rohrleitung 3 eingebaut. Es besteht aus einem Ringkörper 4 mit einem zwischen den beiden Abschnitten der Rohrleitung 3 liegenden zylindrischen Durchlaß 5 und einer Drehklappe 6, die in Achszapfen und 8 im Ringkörper 4 drehbar gelagert ist. Die Drehklappe ist gegen die Drehachse der Achszapfen 7 und 8 seitlich versetzt.

Der Ringkörper 4 hat zwei parallele Stirnflächen 9, welche den Rohrleitungsflanschen 2 gegenüberliegen, und er ist zwischen den Rohrleitungsflanschen durch nicht dargestellte, durch Bohrungen 11 der Plansche tretende Zugschrauben eingespannt.

An jeder Stirnfläche 9 ist ein in einer Nut 13 angeordneter, nach außen vorspringender Dichtungsring 12 aus Polytetrafluoräthylen zur Abdichtung zwischen dem Ringkörper 4 und den Rohrleitungsflanschen 2 angebracht.

Ein zu dem Durchlaß 5 konzentrischer Sitzring 14 ist zwischen einer Schulter 15 des Ringkörpers 4 und einem an dem Ringkörper 4 durch Senkschrauben 17 befestigten Haltering angeordnet. Der Sitzring 14 springt etwas in das Innere des Durchlasses 5 vor, und zwar größenordnungsmäßig um 1 bis 2 mm. Die Öffnung des Sitzringes 14 weist eine kegelstumpfförmige Oberfläche auf.

Der Sitzring 14 besteht aus einem Material auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, beispielsweise aus reinem PoIytetrafluoräthylen oder aus einem Gemisch aus Polytetrafluoräthylen und gemahlenen Glasfasern, wobei der Anteil an zugesetzten Glasfasern zwischen 12 °/o und 18 $ schwankt, was einem für agressive Reagenzien indifferenten» für hohe Temperaturen (etwa 280⁰C) geeigneten Material entspricht.

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ORIGINAL INSPECTED

Ein nicht dargestellter Betätigungsgriff ist auf das mit Gewinde versehene Ende 27 des Achszapfens 7 aufgeschraubt. Der Achszapfen ist mit der Drehklappe 6 durch einen Antriebsvierkant 28, der in einen an der Drehklappe befestigten Ring 29 eingreift, drehfest verbunden.

Die Drehklappe 6 ist in ihrem mittleren Abschnitt verdickt, damit sie den Druck des Strömungsmittels aushält. Sie besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder einem anderen korrosionsfesten Metall. An ihrem Umfang besitzt sie eine ringförmige konvexe Anlageflache 32, welche in der Schließstellung an der kegelstumpfförmigen Innenfläche des Sitzringes 14 anliegt.

Die konvexe ringförmige Anlagefläche 32 ist durch einen Abschnitt einer Kugel S gebildet, deren Mittelpunkt auf dem Schnittpunkt 0 der Achse des Durchlasses 5 und der Drehachse der Drehklappe 6 liegt.

Die gegenseitigen Stellungen des Sitzringes 14 und der Anlagefläche 32 sind so gewählt, daß die kegelstumpfförmige Oberfläche des Sitzringes 14 und die Anlagefläche 32 in der Schließstellung tangential zueinander liegen (Pig.3).

Das beschriebene Drehklappenventil arbeitet folgendermaßen:

Wenn sich die Drehklappe 6 zu Anfang in der Öffnungsstellung (Pig. 2) befindet, und das Strömungsmittel in dem Sinn des Pfeils G strömt, wird zum Schließen des Ventils der Betätigungsgriff in dem Sinn des Pfeils P gedreht, wodurch die von dem Yierkant 28 angetriebene Drehklappe 6 in die in Pig. 2 strichpunktiert dargestellte Stellung kommt, die der Schließstellung von Pig. 1 entspricht. Sie wird durch einen nicht dargestellten Anschlag angehalten.

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Die sphärische Anlagefläche 32, deren Mittelpunkt auf dem Schnittpunkt O der Achse des Durchlasses 5 und der Drehachse der Drehklappe 6 liegt, beschreibt bei der Drehung der Drehklappe 6 eine zu der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Sitzringes 14 tangentiale Kugel.

Während der Drehung der Drehklappe 6 bleibt die Anlagefläche 32 auf ihrem ganzen Umfang oder einem Teil desselben in tangentialer Berührung mit der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Sitzringes 14, so daß der vollständige Verschluß ohne Schwierigkeit erhalten wird.

In der Schließstellung sucht der in dem Sinn des Pfeils G wirkende Druck des Strömungsmittels den Sitzring 14 in Richtung auf den Abschnitt großen Durchmessers der Anlagefläche 32 umzubiegen, wodurch die Abdichtung verstärkt wird. Wenn daher der Sitzring 14 aus Polytetrafluoräthylen besteht, zeigt er bei hohem Druck keine Pließneigung. Da er nur unreinen oder zwei Millimeter vorspringt, besteht keine Gefahr, daß er durch eine bedeutende Ringfläche zurückgedrückt wird.

Die Einarbeitung von gemahlenen Glasfasern, welche nach dem Mahlen eine längliche Struktur beibehalten, hat die überraschende Wirkung, den Ausdehnungskoeffizienten des Gemische stark zu verringern, und zwar größenordnungsmäßig um zwei Drittel. Der aus diesem Gemisch bestehende Sitzring 14 hat daher einen bemerkenswerten Widerstand gegen das Fließen, insbesondere bei hohen Temperaturen und starken Drücken. Er hat ferner eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Strömungsmittel mit Abriebwirkung.

In der Praxis werden sehr gute Ergebnisse erhalten, wenn der Neigungswinkel a (Pig. 3) der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Sitzringes.14 (d.h. der halbe Kegelwinkel) zwischen 6° und 10° liegt und vorzugsweise 8° beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED

Wenn das Schließen im Betrieb unter bedeutenden Drücken erfolgt, zeigt die Praxis, daß bei der beschriebenen Ausbildung das in der Schließrichtung v/irkende Drehmoment bis nahezu zum Erreichen der Schließstellung unbedeutend ist. Beim Öffnen ist das Drehmoment in der Nähe des Abhebens groß, worauf es sehr schnell unbedeutend wird.

Bei geringen Drücken bleibt die Abdichtung befriedigend, wenn das Strömungsmittel in der dem Pfeil G- entgegengesetzten Richtung strömt.

Bei einer anderen Ausführung (Pig. 4)ist der in das Innere des Kanals vorspringende Sitzring 14 in eine Nut des Ringkörpers 4 eingelassen, welche praktisch die gleiche Breite wie der Sitzring hat. Der Einbau erfolgt durch Verformung des Sitzringes 14.

Die Erfahrung zeigt, daß bei gängigen Betriebsdrücken und mittleren Ventildurchmessern (von großenordnungsmäßig 10 cm) der so in die Nut 50 eingelassene Sitzring 14 sehr gut hält.

Der Einbau des Sitzringes 14 wird hierdurch vereinfacht. Der Gestehungspreis des Ventils wird durch den Portfall des Ringes 16 und der -Schrauben 17 der Ausführung der Fig. 1 beträchtlich gesenkt.

Bei einer anderen Ausführung (Pig. 5 und 6) ist der Sitzring 14 in eine Nut 51 des Ringkörpers 4 eingesetzt, deren Breite größer als die des Sitzringes ist. Der Sitzring 14 wird in die Nut 51 durch Verformung eingesetzt.

Ein starrer Ring 52, dessen Breite dem verbleibenden Zwischenraum in der Nut 51 entspricht, wird ebenfalls in die Nut 51 eingesetzt, derart, daß der Sitzring 14 in seiner Ausnehmung festgehalten wird, wenn der Ring 52 eingesetzt ist.

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Zur Ermöglichung des Einbaus ist der Ring 52 in wenigstens zwei Segmente 52a, 52b unterteilt. Diese werden mit ihren Enden aneinander anliegend in die Nut 51 eingesetzt, wodurch der Ring 52 nach dem Einbau wieder hergestellt wird.

Die gegenseitige Pressung der Segmente 52a, 52b und des Sitzringes 14 in der Nut 51 hält die Segmente mit ihren Enden aneinander, ohne daß sie ihre Stellung zu verlassen suchen, wobei der Sitzring 14 seinerseits festgehalten wird.

Diese Weiterbildung erleichtert wie die vorhergehende den Einbau des Sitzringes 14 und führt zu einem geringeren Gestehungspreis des Yentils 1. Der Sitzring H kann leicht in die Nut 51 eingesetzt werden, wobei die Breite desselben die Verringerung der erforderlichen Verformung ermöglicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform von Pig. 5 und 6 werden die Segmente des Ringes 52 nach dem Einbau in die Nut 51 miteinander durch wenigstens eine Schweißnaht befestigt, welche zwei ihrer miteinander in Berührung stehender Enden fest miteinander verbindet und z.B. längs der Berührungslinie 53 verläuft.

Es besteht dann keine Gefahr, daß die Segmente die Nut verlassen, und der Sitzring 14 wird wirksam in dieser gehalten.

Bei einer anderen Ausführung (Fig. 7) ist in den miteinander in Berührung stehenden Enden der beiden Segmente 52a, 52b ein Innengewinde 54 ausgebildet, in welches eine Schraube 55 eingeschraubt wird, deren Durchmesser so gewählt ist, daß sie die beiden Enden der Segmente 52a, 52b auseinanderzuspreizen sucht und so das etwaige Spiel zwischen allen Segmenten aufholt.

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Hierdurch wird sichergestellt, daß die Segmente nicht die Nut 51 verlassen können, und daß der Sitzring 14 nicht aus ihr herausspringen kann.

Bei der Ausführungsfortn von Pig. 8 erkennt man einen Teil des Ringkörpers 4 des in Pig. 1 dargestellten Drehklappenventils, welcher eine Ausdrehung 150 besitzt, welehe eine Schulter 15 bildet, an welcher sich der Sitzring 14 für die sphärische Anlagefläche 32 der Drehklappe 6 abstützt.

An die Ausdrehung 150 schließt sich eine Ausdrehung 153 an, die sich über einen Teil der dem Plansch 2 zugewandten Stirnfläche 9 des Ringkörpers 4 erstreckt. Der Haltering ist in entsprechender Weise mit einem sich in die Ausdrehung 153 legenden Bund 154 versehen. Die Befestigung des durch den Haltering 16 und den Bund 153 gebildeten gekröpften Teils erfolgt wie in Pig. 1 durch Schrauben 17. Dieser Einbau kann sehr leicht und schnell erfolgen. Diese Ausgestaltung ermöglicht ferner den sehr bequemen Ersatz des Sitzringes 14.

Gemäß Pig. 9 besitzt die Schulter 15 dem Sitzring 14 zugewandte Rippen 151. In komplementärer Weise besitzt die Anlagefläche 16a des Halteringes 16 wenigstens eine ebenfalls dem Sitzring 14 zugewandte Rippe 152. Die Rippen 151 und 152 sind vorzugsweise prismatisch und besitzen je eine scharfe Kante, welche sich in den Sitzring 14 eindrückt. Ferner sind vorzugsweise die Rippen 151 und 152 gegeneinander versetzt.

Wenn dann der Haltering 16 gegen die Schulter 15 gedrückt wird, drückt er den Sitzring 14 zusammen. Die Rippen 151» 152 verformen diesen elastisch, wodurch konzentrische Abdichtungszonen erzielt werden.

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In allen Fällen stellt man "bei Betätigung des Drehklappenventils fest, daß die Pressung zwischen dem konischen Sitzring und der sphärischen Anlagefläche der Drehklappe sehr gering ist. Trotzdem bleibt das Ventil unter sehr hohen Drücken dicht. So kann ein Ventil von 50 mm Durchmesser ohne Leck einen Druck von großenordnungsmäßig 40 kg/cm aushalten, wobei die Drehklappe sehr beweglich bleibt, was ein überraschendes Ergebnis darstellt.

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Claims

Patentansprüche

( 1J Drehklappenventil für Rohrleitungen mit einem zwischen zwei Rohrleitungsflansche einzuspannenden Ringkörper, der einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Durchlaß für das Strömungsmedium aufweist, einer in dem Ringkörper drehbar gelagerten Drehklappe, die gegen ihre die Achse des Durchlasses senkrecht schneidende Drehachse versetzt ist, und mit einem von der Innenwand des Ringkörpers geringfügig in den Durchlaß vorspringenden Sitzring, der in der Schließstellung mit einer um den Umfang der Drehklappe verlaufenden Anlagefläche zusammenwirkt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Anlagefläche (32) der Drehklappe (6) ist durch einen Abschnitt einer Kugel (S) gebildet, deren Mittelpunkt (O) auf dem Schnittpunkt der Achse des Durchlasses (5) und der Drehachse der Drehklappe (6) liegt;

b) der Sitzring (14) besteht aus einem Material auf der Basis von Polytetrafluoräthylen und ist in eine ringförmige Nut des Ringkörpers (4) eingelassen;

c) die in der Schließstellung mit der Anlagefläche (32) der Drehklappe (6) zusammenwirkende Innenfläche des Sitzringes (14) ist kegelstumpfförraig;

d) die gegenseitigen Stellungen des Sitzringes (14) und der Drehklappe (6) sind so gewählt, daß die kegelstumpfförmige Innenfläche und die kugelabschnittförmige Anlagefläche (32) in der Schließstellung tangential zueinander liegen.

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2. Drehklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring (14) aus einem Gemisch aus Polytetrafluoräthylen und Glasfasern besteht.
3. Drehklappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Glasfasern zwischen 12 fo und 18 fo beträgt,
4. Drehklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring (14) aus mit Zusatzstoffen versehenem Polytetrafluoräthylen besteht.
5. Drehklappenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sitzring (14) aufnehmende Nut durch die Schulter (15) einer im Ringkörper (4) angebrachten Ausdrehung (150) und die Stirnfläche eines in die Ausdrehung eingesetzten Halteringes (16) gebildet ist.
6. Drehklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (50, 51) in die Innenfläche des Ringkörpers (4) eingeschnitten ist.
7. Drehklappenventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nut (50) gleich der Breite des Sitzringes (14) ist.
8. Drehklappenventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nut (51) größer als die Breite des Sitzringes ist, und daß der Sitzring (14) in. der Nut (51) durch einen Ring (52) gehalten ist, dessen Breite dem in der Nut (51) verbleibenden Zwischenraum entspricht und der für seinen Einbau in die Nut (51) in wenigstens zwei Segmente (52a, 52b) unterteilt ist.

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9. Drehklappenventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei miteinander in Berührung stehende Enden der Segmente (52a, 52b) des Ringes (52) nach dem Einbau in die Nut (51) durch eine Schweißnaht (53) verbunden sind.
10. Drehklappenventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens zwei miteinander in Berührung stehenden Segmenten (52a, 52b) des Ringes (52) eine Schraube (55) in eine Gewindebohrung (54) eingeschraubt ist, die jeweils zur Hälfte in den miteinander in Berührung stehenden Enden der Segmente ausgebildet ist.

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