DE2620072C3 - Drosselklappe - Google Patents

Description

beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Drosselklappe,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 dargestellte Drosselklappe mit teilweise geschnitten dargestelltem Gehäuse,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2,

Fig.4 eine perspektivische Darstellung eines Sitzdichtungsringes,

F i g. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansieht einer zweiten Ausführungsform der Drosselklappe und

F i g. 6 eine Stirnansicht der in F i g. 5 dargestellten Drosselklappe.

In den F i g. 1 bis 4 ist eine für Hochdruck-Strömungsleitungen geeignete Drosselklappe 10 dargestellt, die ein Gehäuse 12 mit einem zylindrischen Innenraum 14 aufweist, welcher eine sich gerade durch das Gehäuse 12 hindurch erstreckende Strömungsbahn bildet Die einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 12 können Flansche aufweisen oder in an .ich bekannter Weise mit anderen Anschlüssen ausgestattet sein, mit welchen das Gehäuse an einer Rohrleitung anschließbar ist

Innerhalb des Gehäuseinnenraums 14 ist eine 2s kreisförmige Klappenscheibe 16 drehbar gelagert, mit welcher die Strömung unterbrochen werden kann. Die Klappenscheibe 16 weist ein Paar diametral zueinander angeordnete vergrößerte Lagerbüchsen 18 und 20 auf, die koaxial zu Kreisbohrungen 22 und 24 des Gehäuses 12 angeordnet sind. Die Lagerbüchse 18 weist eine zylindrische Aussparung 26 auf, in welcher das innenliegende Ende eines zylindrischen Schwenkzapfens 28 drehbar gelagert ist, welcher durch die Bohrung 22 hindurchgreift und an dem Gehäuse 12 mit Hilfe einer geeigneten Befestigungseinrichtung, wie z. B. mittels eines Splintes 30, festgelegt ist Die Lagerbüchse 20 besitzt eine Aussparung 32 zur Aufnahme des innenliegenden Endes eines Schwenkzapfens 34, der in der Gehäusebohrung 24 drehbar gelagert ist und ein außenliegendts Ende 36 aufweist, welches radial aus dem Gehäuse 12 herausragt Unabhängig davon, daß andere Ausführungen denkbar sind, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Aussparung 32 und das innenliegende Ende des Schwenkzapfens 34 mit komplementären Querschnitten ausgebildet (z. B. mit quadratischen Querschnitten) und der Zapfen 34 ist in dem Gehäuse 12 mittels einer zylindrischen Lagerbüchse 38 gelagert in welche der Zapfen 34 eingepaßt ist und welche in der Gehäusebohrung 24 drehbar gelagert ist. Die Lagerbüchse 38 kann aus irgendeinem geeigneten reibungsarmen Lagerwerkstoff hergestellt sein.

Am äußeren Ende 36 des Zapfens 34 ist eine geeignete Bedienungseinrichtung, wie z. B. ein Handgriff 40 (der in der F i g. 1 nur zum Teil dargestellt ist) befestigt mit welchem die Klappenscheibe 16 um die von den Zapfen 28 und 34 gebildete, durch das Gehäuse hindurchgreifende Schwenkachse zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschwenkt werden kann, wobei die Klappenscheibe in der Schließstellung im rechten Winkel zur Strömungsrichtung (siehe F i g. 1 bis 3) angeordnet ist während sie in der nicht dargestellten Öffnungsstellung im wesentlichen in der Strömungsrichtung angeordnet ist, d. h. in einem Winkel von 90° zur Schließstellung. Die Drehbewegung der Klappenscheibe 16 in die 90°-Stellung ist durch geeignete Anschläge 42 begrenzt (ein Anschlag ist in der F i g. 1 dargestellt), welche die

Bewegung des Handgriffes 40 anhalten.

Innerhalb der Gehäuseinnenwand befindet sich eine umlaufende Nut die mit Ringsegmenten 46 und 48 die entsprechenden Gehäusebohrungen 22 und 24 an diametral gegenüberliegenden Stellen umschließt und ferner halbringförmige Abschnitte 50 und 52 aufweist welche sich an den Umfang der Ringsegmente 46 und 48 anschließen und diese miteinander verbinden. Wie dies am besten aus den F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist ist die Innenwand oder der Nutengrund 54 jedes Ringsegmentes 46 und 48 aus den nachfolgend beschriebenen Gründen sphärisch ausgebildet Die halbringförmigen Abschnitte 50 und 52 der Nut besitzten vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt wie dies aus der F i g. 3 zu entnehmen ist

In der Nut befindet sich ein O-ringartig ausgebildeter einstückiger elastischer Dichtungsring 60 mit halbringförmigen Abschnitten 62 und 64, welche in die entsprechenden halbringförmigen Abschnitte 50 und 52 der Nut eingesetzt sind, sowie mit Ringen oder ringförmigen Abschnitten 66 und 68, welche zwischen den halbringförmigen Abschnitten 62 und 64 angeordnet und mit diesen verbunden sind und weiche in die entsprechenden Ringsegmente 46 und 48 der Nut eingesetzt sind Der Dichtungsring 60 besteht aus elastischem Werkstoff, welcher entsprechend der Verwendungsart des Ventils gewählt ist wie z. B. aus Naturgummi, synthetischen Elastomeren, Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen und dergl. Der Dichtungsring 60 besitzt vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und ist derart bemessen, daß er radial aus der Nut herausragt so daß er gegen die als Sitz dienende Umfangsfläche der Klappenscheibe 16 anliegt worauf noch eingegangen wird.

Die Klappenscheibe 16 besitzt einen mit der Gehäusesitzfläche abdichtend zusammenwirkenden sphärischen Rand mit diametral gegenüberliegend angeordneten halbkreisförmigen Abschnitten 70 und 72, welche sich zwischen den Lagerbüchsen 18 und 20 erstrecken und dichtend gegen die halbringförmigen Abschnitte 62 bzw. 64 des Dichtungsringes 60 anliegen, wenn sich die Klappenscheibe in der Schließstellung befindet, wie dies am besten aus der Fig.3 zu entnehmen ist. Die übrigen Teile der Klappensitzfläche werden von den halbsphärischen Außenflächen 74 und 76 der Lagerbüchsen 18 bzw. 20 gebildet. Die Außenflächen 74 und 76 der Lagerbüchsen sind in allen Stellungen der Klappenscheibe 16 konzentrisch im Abstand zu den halbsphärischen Nutengründen der Ringsegmente 46 und 48 der Nut angeordnet Auf diese Weise werden die ringförmigen Abschnitte 66 und 68 des Dichtungsringes dauernd zwischen den sphärischen Flächen der Lagerbüchsen und den teilsphärischen Nutengründen der ringförmigen Nutenabschnitte eingeklemmt, so daß an den Lagerstellen der Zapfen 28 und 34 in allen Stellungen der Klappenscheibe 16 eine geeignete Abdichtung erzielt wird und Leckagen vermieden werden.

Die Klappenscheibe 16 weist im Bereich ihres Umfanges mehrere axiale und über den Umfang verteilt angeordnete Halteeinrichtungen in Form von Rippen 78 und 80 auf, die jeweils eine gekrümmte, teilweise sphärische Außenfläche 82 besitzen, die die Wölbung des Scheibenrandes fortsetzt und welche gegen die halbringförmigen Abschnitte 62 und 64 des Dichtungsi Inges 60 zur Anlage kommen, wenn sich die Klappenscheibe zu Beginn ihrer Bewegung aus der Schließstellung heraus beim öffnen der Drosselklappe

um ein bestimmtes Stück dreht, bzw. wenn sieb die Scheibe 16 beim Schließen der Drosselklappe der Schließstellung nähert. Aus den Fig.2 und 3 ist am besten zu erkennen, wie die Halterippen 78 und 80 entlang dem Umfang der halbkreisförmigen Abschnitte 70 und 72 der Scheibe 16 zwischen den Lagerbüchsen 18 und 20 auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe verteilt angeordnet sind. Wenn z. B. die Strömung durch die Drosselklappe in Richtung des in die Fig.3 eingezeichneten Pfeiles 83 erfolgt, dann sind die Rippen 78 auf der stromauf gelegenen Seite der Klappe angeordnet, während sich die Rippen 80 auf der stromab gelegenen Seite der Scheibe befinden. Obwohl die benachbarten Ri >pen einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen können, besitzen sie bei dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten bevorzugten Äusführungsbeispiel einen gleichen Abstand zueinander Zum Beispiel beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen in Umfangsrichtung etwa 20°, wobei die am nächsten zu den Lagerbüchsen angeordneten Rippen etwa einen Abstand von 30° zur Schwenkachse der Scheibe 16 besitzen.

Die Rippen können im wesentlichen an ihrem Fußteil die gleiche radiale Länge aufweisen, während ihre Höhe oder ihre axiale Länge von der Mitte des Umfanges zwischen den Lagerbüchsen auf die Lagerbüchsen zu zunehmend abnimmt Die Höhe oder die axiale Länge jeder Rippe ist vorzugsweise direkt proportional dem Abstand, den die Rippe von der Drehachse der Scheibe besitzt, so daß alle Rippen während der Drehbewegung der Scheibe über die gleiche Zeit gleitend gegen die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes anliegen. Die Rippen können z. B. derart dimensioniert sein, daß sie bei einer Drehbewegung der Klappe um etwa 10 bis 20° während des beginnenden öffnens und endgültigen Schließens der Klappe gleitend gegen die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes anliegen. Wie dies am besten aus der F i g. 3 zu entnehmen ist, sind die Außenflächen 82 der Rippen 78 und 80 vorzugsweise gekrümmt und bilden teilweise sphärische Sitzflächen der Scheibe 16. Das heißt, daß die äußere Geometrie der Klappe einschließlich der Sitzfläche und der Außenfläche der Rippen der Geometrie eines mittleren Segmentes einer Kugel entspricht

Wenn die Drosselklappe ihre Schließstellung einnimmt, die in den F i g. 1 bis 3 dargestellt ist, dann liegt die sphärische Sitzfläche der Scheibe 16 dichtend (d. h. unter Ausübung eines kleinen Druckes) sowohl gegen die beiden halbringförmigen Abschnitte als auch gegen die ringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes an, so daß auf beiden Seiten der Scheibe ein Strömungsmitteldruck wirken kann, ohne daß eine Leckage auftritt Die Außenflächen 74 und 76 der Lagerbüchsen liegen in allen Stellungen der Scheibe 16 dichtend gegen die ringförmigen Abschnitte 66 und 68 des Dichtungsringes an, wie dies bereits ausgeführt wurde.

Wenn die Scheibe 16 aus ihrer Schließstellung heraus in die Öffnungsstellung gedreht wird (z. B. in Richtung des Pfeiles 86, der in F i g. 3 eingezeichnet ist) und der Dichtsitz zwischen den halbkreisförmigen Abschnitten 70 und 72 der Scheibendichtungsfläche und den entsprechenden halbringförmigen Abschnitten 62 und 64 des Dichtungsringes unterbrochen wird, dann neigt der hohe Differentialdruck zwischen der stromauf und der stromab gelegenen Seite der Scheibe normalerweise dazu, die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes aus ihren jeweiligen Nutenabschnitten herauszudrücken. Dies wird jedoch dadurch verhindert, daß die Außenfläche 82 der Rippen 78 und 80 während eines vorbestimmten Drehwinkels der Scheibe gleitend gegen die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes anliegen und auf diese einen Druck ausüben, was in de! Fig.3 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Sobald die Abdichtung durch die Scheibe unterbrochen ist, beginnt die Strömung des Strömungsmittels durch die zwischen den Rippen angeordneten Strömungsmitteldurchlässe 84 hindurch, so daß der Unterschied des auf

ίο der stromauf und der stromab gelegenen Scheibenseite herrschenden Druckes sich auszugleichen beginnt. Während der weiteren Drehbewegung der Scheibe 16 bleiben die Rippen mit den halbkreisförmigen Abschnitten des Dichtungsringes in Kontakt und halten diese so

;s lange in den Nuten, bis die von dem Differentialdruck auf den Dichtungsring ausgeübten Kräfie, weiche die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes aus den Nuten herauszuheben versuchen, im wesentlichen ausgeglichen sind. Die Rippen bilden daher in vorteilhafter Weise eine Einrichtung, mit welcher der Dichtungsring mechanisch in den Nuten gehalten wird, und verhindern einen zu schnellen Ausgleich der stromauf und stromab der Scheibe herrschenden Drücke, der bei Drosselklappenventilen auftritt die lediglich mit Nuten oder Kerben ausgestattet sind, wie z.B. die in der vorgenannten US-PS 29 87 072 beschriebene Klappenkonstruktion.

Wenn die Scheibe aus der Öffnungsstellung in ihre Schließstellung bewegt wird, dann liegen die Außenflächen 82 der Rippen 78 und 80 gleitend gegen die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes an, bevor die Scheibe eine Position erreicht in welcher der an der Scheibe herrschende Differentialdruck ein Niveau erreicht bei welchem die Strömungsmittelkräfte die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes aus der Nut herauszudrücken versuchen. Während der fortgesetzten Schließbewegung der Scheibe halten die Rippen die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes in der Nut bis die Sitzfläche der Scheibe dichtend gegen diese Abschnitte anliegt

Die Rippen können vorteilhaft einstückig mit der Scheibe ausgebildet sein. Da die Sitzfläche der Scheibe und die Außenflächen der Rippen ein Kugelsegment bilden, können die Außenflächen mit Hilfe herkömmlieher Fräsmaschinen und -verfahren mit kleinen Toleranzen hergestellt werden.

In den Fig.5 und 6 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Scheibe dargestellt Bei dieser Konstruktion können das Gehäuse und der Dichtungsso ring genauso ausgebildet sein, wie die in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Teile, während die Scheibe 16 durch die Scheibe 100 ersetzt ist die von einer geschlitzten oder mit Nuten versehenen Kugel gebildet ist Die Scheibe 100 besitzt einen zentralen, abgeplatteten kreisförmigen Teil 102 mit einer teilweise sphärischen Sitzfläche ähnlich der Scheibe 16 gemäß den F i g. 1 bis 4, welche die Strömung unterbricht, wenn das Ventil seine Schließstellung einnimmt Im einzelnen weist das Teil 102 diametral gegenüberliegend angeordnete vergrö-

eo Berte Lagerbüchsen 104 und 106 auf, die koaxiale Aussparungen zur Aufnahme entsprechender Zapfen besitzen. Die Außenflächen 108 der Lagerbüchsen 104 und 106 sind wie die Außenflächen der Lagerbüchsen 18 und 20 der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Konstruktion sphärisch ausgebildet und zu den teilweise sphärischen Bodenflächen der entsprechenden Ringnutabschnitte konzentrisch angeordnet, wobei sie die ringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes in aBen

Stellungen der Scheibe 100 in die Ringnutabschnitte hineindrücken. Die einander gegenüberliegend angeordneten äußeren Umfangsflächen 110 und !!2 des Teiles 102, welche sich genauso wie die halbkreisförmigen Abschnitte 70 und 72 der in den F i g. 1 bis 4 gezeigten Scheibe 16 zwischen den Lagerbüchsen 104 und 106 erstrecken, sind teilweise sphärisch ausgebildet und liegen dichtend gegen die halbkreisförmigen Abschnitte des Dichtungsringes an, wenn die Klappe 100 ihre Schließstellung einnimmt.

Auf beiden Seiten des Teiles 102 erstrecken sich mehrere in seitlichem Abstand zueinander angeordnete

Rippen 114, welche außer in der Schließstellung der Drosselklappe dauernd gegen die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes gleitend anliegen und auf diese eine Druckkraft ausüben. Die Lücken 116 zwischen den Rippen 114 dienen als Strömungsmitteldurchlässe, wenn die Scheibe sich in ihrer Öffnungsstellung befindet. Die halbringförmigen Abschnitte des Dichtungsringes werden daher während des öffnens und Schließens der Drosseleinrichtung in allen Stellungen der Scheibe durch die Rippen mechanisch in der Nut gehalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Drosselklappe mit einer kreisförmigen Klappenscheibe, die im zylindrischen Gehäuseinnenraum um eine in der Ebene der Klappenscheibe verlaufende und die Gehäuseachse schneidende Achse schwenkbar ist, deren mit der Gehäusesitzfläche abdichtend zusammenwirkender Rand sphärisch ausgebildet ist, einer in der Gehäuseinnenwand angeordneten, durch die einander gegenüberliegenden Lagerungen für die Schwenkzapfen der Klappenscheibe unterbrochenen umlaufenden Nut und mit einem in die Nut eingelegten elastischen Sitzdichtungsring, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Klappenscheibe (16,100) eine aus mehreren über deren Umfang gleichmäßig verteilten Teilen bestehende Halteeinrichtung (78 80; 114, 116) vorgesehen ist, deren Teile je eine die sphärische Wölbung des Scheibenrandes fortsetzende Teilfläche (82) haben, die während einer ersten Phase der Öffnungsbewegung und während einer letzten Phase der Schließbewegung mit dem Sitzdichtungsring (60) gleitend in Berührung stehen und daß bereits während dieser beiden Phasen die Strömung des Mediums zwischen den Teilen der Halteeinrichtung ungehindert erfolgt

2. Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Halteeinrichtungen als Rippen (78,80) ausgebildet sind und daß ein erster Teil (78) der Halterippen auf der von der Strömung beaufschlagten Klappenscheibenseite und der übrige Teil (80) der Halterippen auf der nicht von der Strömung beaufschlagten Klappenscheibenseite angeordnet sind.

3. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe einer jeden Halterippe (78, 80, 114) dem Abstand der jeweiligen Rippe von der Drehachse der Klappenscheibe (16, 100) direkt proportional ist

4. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterippen (78, 80, 114) im Abstand von 20° am Umfang der Klappenscheibe (16,100) angeordnet sind.

5. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die am dichtesten an der Schwenkachse der Klappenscheibe (16, 100) angeordneten Halterippen in einem Abstand von 30° von dieser Achse angeordnet sind.

6. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenscheibe (100) mit ihren Halterippen (114) einstückig aus dem Äquatorialbereich (102) einer Kugel besteht, dessen Umfang den Scheibenrand bildet, wobei die Rippen jeweils durch Schlitze (16) voneinander getrennt sind.

Die Erfindung betriff* eine Drosselklappe mit einer kreisförmigen Klappenscheibe, die im zylindrischen Gehäuseinnenraum um eine in der Ebene der Klappenscheibe verlaufende und die Gehäuseachse schneidende Achse schwenkbar ist, deren mit der Gehäusesitzfläche abdichtend zusammenwirkender Rand sphärisch ausgebildet ist, einer in der Gehäuseinnenwand angeordneten, durch die einander gegenüberliegenden Lagerungen für die Schwenkzapfen der Klappenscheibe unterbroche-

nen umlaufenden Nut und mit einem in die Nut eingelegten elastischen Sitzdichtungsring.

Eine derartige Drosselklappe ist bereits aus der US-PS 29 87 072 bekannt Diese bekannte Drosselklappe ist insofern nachteilig, als während der ersten Phase der Öffnungsbewegung und während einer letzten Phase der Schließbewegung der Klappenscheibe als Folge der großen Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Klappenscheibe Kräfte entstehen, die den Sitzdichtungsring aus der ihn aufnehmenden Nut herausziehen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Drosselklappe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß insbesondere zu Anfang der Öffnungsbewegung und zu Ende der Schließbewegung der Klappenscheibe keine Kräfte gebildet werden, die den Sitz des Dichtungsringes in seiner Nut gefährden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Klappenscheibe eine aus mehreren über deren Umfang gleichmäßig verteilten Teilen bestehende Halteeinrichtung vorgesehen ist, deren Teile je eine die sphärische Wölbung des Scheibenrandes fortsetzende Teilfläche haben, die während einer ersten Phase der Öffnungsbewegung und während einer letzten Phase der Schließbewegung mit dem Sitzdichtungsring gleitend in Berührung stehen und daß bereits während dieser beiden Phasen die Strömung des Mediums zwischen den Teilen der Halteeinrichtung ungehindert erfolgt

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß durch die genannten Teile der Halteeinrichtung ein Herauslösen des Sitzdichtungsringes aus seiner Nut verhindert wird, ohne daß dadurch der Druckausgleich zwischen den beiden Seiten der Klappenscheibe und damit die Strömung behindert wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Drosselklappe sind die genannten Teile der Halteeinrichtung als Rippen ausgebildet wobei ein erster Teil dieser Halterippen auf der von der Strömung beaufschlagten Klappenscheibenseite befestigt ist, während der übrige Teil der Halterippen auf der nicht von der Strömung beaufschlagten Seite der Klapptnscheibe angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet daß bei jeder Schwenkbewegung der Klappenscheibe, unabhängig vom Richtungssinn, ein Herausziehen des Sitzdichtungsringes aus seiner Nut verhindert ist.

Vorteilhafterweise ist die Höhe in axialer Richtung einer jeden Halterippe so bestimmt, daß diese Höhe dem Abstand der jeweiligen Rippe von der Drehachse der Klappenscheibe direkt proportional ist. Dabei hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, daß die Halterippen in Abständen von 20° am Umfang der Klappenscheibe angeordnet sind. Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, daß die am dichtesten an der Schwenkachse der Klappenscheibe angeordneten Halterippen in einem Abstand von 30° von dieser Achse angeordnet sind.

Die Klappenscheibe kann einstückig mit ihren Halterippen aus dem Äquatorialbereich einer Kugel bestehen, dessen Umfang den Scheibenrand bildet, wobei die Halterippen jeweils durch Schlitze voneinander getrennt sind. Dabei ist unter dem Begriff »Äquatorialbereich« derjenige Bereich einer Kugel zu verstehen, der übrigbleibt, wenn die beiden einander gegenüberliegenden Kugelkalotten abgeschnitten sind.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher