DE2851621A1

DE2851621A1 - Klappenventil

Info

Publication number: DE2851621A1
Application number: DE19782851621
Authority: DE
Inventors: Neil Robert Upham
Original assignee: Aeroquip AG
Current assignee: Aeroquip AG
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2008723A; US4209037A; FR2410198B1; DE2851621C2; GB2008723B; FR2410198A1

Description

PFENNING · MAAS

SEILER · MEINIG · LEMKE · SPOTT

PATENTANWÄLTE

BERLIN · MÜNCHEN · AUGSBURG

Patentanwälte ■ Kurfürstendamm 170 - D 1000 Berlin 15

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Pf/schu

J. Pfenning. Dipl.-lng. · Berlin Dr. I. Maas, Dipl.-Chem. ■ München H.Seiler, Dipl.-lng. ■ Berlin

K. H. Meinig. Dipl.-Phys · Berlin J, M. Lemke, Dipl.-lng ■ Augsburg Dr. G. Spott, Dipl.-Chem. * München

BÜRO BERLIN: Kurfürstendamm 170 D 1000 Berlin 15

Telefon:
030-8812008/88120 09

Telegrammadresse: Seilwehrpatent

Berlin
Date

27. November 1978

Aeroquip AG Bahnhofstraße 17, Zug, Schweiz

Klappenventil

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Klappenventil, und zwar auf ein solches, das ein Paar von schwenkbaren, der Steuerung des Durchflusses eines fließfähigen Mediums dienenden Klappenteilen aufweist.

Wenn auch die Erfindung für unterschiedliche Zwecke in verschiedenen Gebieten verwendbar ist, findet sie insbesondere Anwendung für in Leitungen geführte erhitzte Druckluft zum Starten von Flugzeug-Düsenmotoren. Eine Methode des Startens eines derartigen Düsenmotors besteht darin, daß erhebliche Luftmengen unter relativ hohem Druck und unter relativ hohen Temperaturen dem Starter einer Turbine zugeführt werden, die den Düsenmoto auf die zu einer Zündung erforderliche Geschwindigkeit bringt. Die Luft wird hierbei dem Starter der Turbine durch ein Leitungssystem zugeführt, das einen von der Außenseite der Motorverkleidung zugänglichen Zutrittsstutzen und ein Absperrventil aufweist, um einen Druckverlust in dem Leitungssystem zu verhindern.

Eines der schwierigsten Probleme besteht bei derartigen Systemen hinsichtlich des Absperrventils darin, daß es relativ hohen Temperaturen und Drücken bei der Förderung großer erhitzter Luftmengen unterworfen ist, wobei die

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Festigkeit der Ventilglieder kritisch ist und trotzdem ihr Gewicht minimal sein muß. üblicherweise sind die Ventilglieder aus dünnen Metallplatten geformt, die schnei Verwerfungen oder anderen Beschädigungen durch die erhitzte Druckluft unterworfen sind, wodurch das Absperrventil nach einer relativ kurzen Benutzungszeit ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Klappenventilen anhaftenden Nachteile auszuschließen, und das Klappenventil so auszubilden, daß es den Medienfluß aus dem Leitungssystem beschränkt, den Medienfluß in die Leitung zuläßt, dessen baggerartige Ventilklappen bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit besitzen und deren sich miteinander und mit der Ventilsitzfläche berührende Kanten gleichmäßig belastet sind, daß die Ventilklappen aus der geschlossenen in die offene Stellung durch einen bestimmten minimalen Mediumfluß bewegt werden und in offener Stellung einen vollen, ungehinderten Durchfluß gestatten, daß ein Flattern der in offener Stellung befindlichen Klappenteile bei Durchflußschwankungen nicht erfolgt, und daß das Ventil einen einfachen Aufbau bei wirtschaftlicher Herstellung und einwandfreier Arbeitsweise besitzt, in der Offenstellung einen vollen ungehinderten Durchfluß gestattet und in der

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Schließstellung den Durchfluß unterbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein eine zentrale Durchtrittsb ohrung für das Medium aufweisender Ringkörper vorgesehen ist, daß an der Stirnfläche des Ringkörpers eine Mehrzahl, vorzugsweise zwei zwischen einer Offen- und einer Schließstellung schwenkbare, die Durchtrittsbohrung übergreifende Klappenteile angeordnet sind, daß jeder Klappenteil aus einem einen halben Konus bildenden Segment mit einer konkaven inneren Oberfläche besitzt, die in einer quer und senkrecht zu der inneren Oberfläche liegenden Ebene ein elliptische Form besitzt, daß Vorrichtungen zur Anlenkung jedes Klappenteiles an dem Ringkörper angeornet sind, und daß zwischen dem Ringkörper und jedem Klappenteil eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die das Klappenteil derart in Schließrichtung beaufschlagt, daß es sich bei einem geringsten Druck des Mediums öffnet.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Klappenventil besteht aus einem mit einer zentralen Bohrung ausgestatteten Montagering,

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der zwei von einer Stirnfläche vorspringende Paare von Armen besitzt, von denen jedes Paar benachbart zur Durchtrittsbohrung angeordnet ist, und die beiden Paare in diametraler Lage vorgesehen sind. An jedem Paar von Armen ist ein Klappenteil schwenkbar befestigt, der durch den Fluß des Mediums zwischen einer offenen und einer geschlossei nen Stellung bewegt wird. In geschlossener Position bilden die Klappenteile einen Konus, dessen konkave Oberfläche elliptisch geformt ist in einer quer und senkrecht zur Oberfläche liegenden Ebene. Jedes Paar von Armen ist mit einem Halteteil ausgestattet, das den einen Teil einer Torsionsfeder aufnimmt und außerdem als Anschlag für den zugeordneten, in der Offenstellung sich befindenden Klappen-jteil dient. Das andere Ende der Torsionsfeder liegt an dem Klappenteil an und beaufschlagt es in Schließrichtung.

Die besondere Ausbildung und Anordnung der Klappenteile gewährleistet eine hohe Festigkeit und ein niedriges Gewicht und damit eine vielfach längere Lebensdauer gegenüber den bisher verwendeten üblichen Drosselklappenventilen Außerdem bedingt die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventils eine gleichmäßige Belastung der Berührungsflächen zwischen den Ventilklappen selbst und zwischen diesen und dem Ventilsitz.

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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Ventils in geschlossener Stellung mit einem gestrichelt dargestellten Einlaßstutzen;

Fig. 2 axialer Schnitt gemäß Fig. 1;

Fig. 3 teilweise Aufsicht gemäß Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 Axialschnitt gemäß Fig. 2 des Ventils in Offenstellung; und

Fig. 5 Schnitt gemäß Linie 5-5 der Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt das Klappenventil 10, das an dem Austrittsende eines Zuflußstutzens N angeordnet ist. Das Klappenventil 10 besitzt einen an dem Zuflußstutzen N befestigbaren Ringkörper 11 mit einer zentralen Durchtrittsbohrung 12 (Fig. 2) und eine diese übergreifende Klappenanordnung 13, die aus einem Paar von federbelasteteii

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Klappenteilen 14, 14 besteht, die schwenkbar zur selektive Steuerung des Mediumflusses durch die Durchtrittsbohrung 12 in Richtung des Pfeiles A gelagert sind.

Die Stirnfläche 15 des Ringkörpers 11 trägt zwei Paare von axial vorspringenden, im Abstand angeordneten Armen 16, 16, und die Paare sind benachbart zur Durchtrittsöffnu 12 in diametraler Gegenüberlage angeordnet. Die Oberfläche der Stirnfläche 15 ist geschliffen und bildet eine ringförmige ebene Sitzfläche für die Klappenteile 14, 14. Jeder Arm 16 der beiden Paare ist mit einem Paar zueinander ausgerichteter Durchbohrungen 17, 18 ausgestattet(Fig. 3), deren Zweck später im einzelnen beschrieben wird.

Wie sich aus den Fig. 1 und 2 bei geschlossenem Ventil und aus Fig. 4 bei offenem Ventil ergibt, sind die Klappenteile 14, 14 spiegelbildlich zueinander angeordnet, so daß die Beschreibung eines Klappenteiles 14 ausreicht. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, besitzt jeder Klappenteil 14 die Form eines halben Konus, der einen inneren ebenen Rand 19 und einen axial gerichteten ebenen Anschlagrand 20 besitzt; die Ränder 19 und 20 liegen senkrecht zueinander.

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Die Ventilklappen 14, 14 bilden bei geschlossener Stellunc einen gegenüber dem Ringkörper 11 vorstehenden, sich verjüngenden, keilförmigen Konus. Jeder Klappenteil besitzt ein radial nach außen vorspringendes Auge 21, das an der Mitte der inneren Kante 19 angeordnet ist.

Wie vorstehend erwähnt wurde, sind die hohe Festigkeit und das niedrige Gewicht der Klappenteile 14, 14 kritisch bezüglich ihrer wirkungsvollen Arbeitsweise.

Es wurde gefunden, daß dann, wenn die konkave innere Oberfläche 22 des Klappenteiles 14 in Form einer Ellipse ausgebildet ist, in einer quer und senkrecht zur inneren Oberfläche liegenden Ebene, wie Fig. 3 zeigt, der Klappen· teil über ein hohes Verhältnis der Festigkeit zu dem Gewicht verfügt. Ein solches Klappenteil 14 kann in üblicher Weise durch Spritzgießen hergestellt werden. Ein wesentlicher Vorteil der konisch und elliptisch ausgebildeten Klappenteile 14, 14 besteht darin, daß die Klappenteile 14, 14 an der Berührungsfläche ihrer inneren Kante 19 mit der Stirnfläche 15 des Ringkörpers 11 einen Kreis, und die sich berührenden Kanten 20, 20 einen Halbkreis bilden, wodurch eine ausgezeichnete Dichtungscharakteristik gewährleistet ist.

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Außerdem geben, wie Fig. 5 zeigt, die im Querschnitt elliptischen Klappenteile 14, 14 in der Offenstellung die Durchflußöffnung 12 vollkommen frei.

Jeder Klappenteil 14, 14 ist schwenkbar an dem Ringkörper 11 durch einen Schwenkbolzen 23 angelenkt, der die zueinander ausgerichteten Bohrungen 17 der Arme 16 und eine in dem Auge 21 angeordnete Bohrung 24 durchgreift, wie Fig. 3 zeigt.

Die Fig. 1 zeigt eine neue Befestigungsart einer Torsionsfeder 25, die an jedem Klappenteil 14, 14 anliegt und dieses in Richtung der Schließstellung beaufschlagt. Diese Befestigungsart ermöglicht eine leichte Auswechselung der Federn 25 und/oder eine Änderung der Federkraft, wenn dies erforderlich ist aufgrund von Schwingungen des Systems, in dem das Klappenventil 10 angeordnet ist. An jedem Paar von Armen 16 ist ein Halteteil 26 angeordnet, der sich vor die Enden der Arme 16 erstreckt.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besitzt der Halteteil 26 einen ersten linearen Abschnitt 27, der die zueinander ausgerichteten Durchbohrungen 18 der Arme 16 durchgreift, und einen zweiten linearen Abschnitt 28, der in

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Achsrichtung des Ventils 10 gesehen vor den Enden der Arme 16 liegt und parallel zum ersten Abschnitt 27 gerichtet ist. Der Halteteil 26 kann aus einem geeigneten Draht bestehen, bei dem ein den ersten und den zweiten Abschnitt 27, 28 verbindender Abschnitt 29 vorgesehen ist, der nach rückwärts unter das Ende des ersten Abschnittes 2 7 zurückgebogen ist. An dem zweiten Abschnitt 28 ist ein Abschnitt 30 rechtwinklig abgebogen und greift in eine Bohrung 30a des Ringkörpers 11 ein, um eine Drehung des Halteteiles 26 um den ersten Abschnitt 27 zu verhindern.

Wie Fig. 3 zeigt, liegt jedes Ende 31 der Torsionsfeder 25 an den Abschnitten 29 und 30 des Halteteiles 26 an, und die Torsionsfeder 25 besitzt zwei Teile 32, die um den zweiten Abschnitt 2 8 des Halteteiles 26 gewunden und miteinander durch einen T-förmig ausgebildeten Teil 33 verbunden sind, der an dem mittleren Bereich des Klappenteiles 14 anliegt, um dieses in Richtung der Schließstellung zu beaufschlagen.

Wie vorher gesagt wurde, ist das Klappenventil 10 mit Anschlägen 34 ausgestattet, gegen die die Klappenteile 14, 14 bei voll geöffneter Stellung zur Anlage gelangen,

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um ein Flattern zu verhindern bei auftretenden Schwankungen der Fließgeschwindigkeit und dadurch bedingten DrückSchwankungen des Mediums. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist in axialer Richtung des Ventils 10 der Zwischenraum zwischen dem Schwenkbolzen 23 und dem ersten Abschnitt 27 des Halteteiles 26 so angeordnet, daß die Fläche 35 des Auges 21 an dem mittleren, freien Teil des ersten Abschnittes 27 des Halteteiles 26 in Anlage tritt, wenn die Klappenteile 14, 14 ihre volle Offenstellung erreichen

Beim Betrieb übt das unter Druck fließende Medium eine Kraft auf die inneren Oberflächen 22 der Klappenteile 14, 14 aus, die an den rückwärtig liegenden Achsen der Schwenkbolzen 23 ein Drehmoment erzeugen, das die Klappenteile 14_r 14 in ihre volle Offenstellung in Anlage an den Anschlägen 34 schwenkt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, um den Durchtritt für das Medium freizugeben. Die Federkraft wird hierbei leicht überwunden durch die auf die Innenflächen 22 der Klappenteile 14, 14 wirkenden Kräfte, so daß diese um die Schwenkbolzen 23 sofort in die Offenstellung gelangen. Wie Fig." 5 zeigt, ist bei Offenstellung der Klappenteile 14, 14 ein freier ungehinderter Fluß durch die Durchtrittsbohrung 12 gewährleistet und aufgrund der Form der Klappenteile 14, 14 und der Anordnung ihrer

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Oberflachen 22 zu den Schwenkbolzen 23 erfolgt eine praktisch momentane öffnung der Klappenteile 14, 14 bei relativ kleinen Differenzdrücken.

Wenn der Fluß des Mediums unterbrochen wird, oder wenn ein Rückfluß eintreten sollte, bringen die Federn die Klappenteile 14, 14 in die die Durchflußöffnung verschließende Stellung. Die Federn 25 zusammen mit einer Umkehr des Flüssigkeitsdruckes bewirken ein zuverlässiges Schließen und Halten der Klappenteile 14, 14 in geschlossener Stellung, bei der die sich gegenseitig berührenden Kanten 20 und die auf der Stirnfläche 15 des Ringkörpers 11 aufliegenden inneren Kanten der Klappenteile 14_f 14 eine sichere Abdichtung gewährleisten.

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eerseite

Claims

ANSPRÜCHE

1./ Klappenventil für fließfähige Medien führende Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine zentrale Durchtrittsbohrung (12) für das Medium aufweisender Ringkörper (11) vorgesehen ist, daß an der Stirnfläche (15) des Ringkörpers (11) eine Mehrzahl, vorzugsweise zwei zwischen einer Offen- und einer Schließstellung schwenkbare, die Durchtrittsbohrung (12) übergreifende Klappenteile (14) angeordnet sind, daß jeder Klappenteil (14) aus einem einen halben Konus bildenden Segment mit einer konkaven inneren Oberfläche (22) besitzt, die in einer quer und senkrecht zu der inneren Oberfläche (22) liegenden Ebene eine elliptische Form besitzt, daß Vorrichtungen (16,21,23) zur Anlenkung jedes Klappenteiles (14) an dem Ringkörper (11) angeordnet sind, und daß zwischen dem Ringkörper (11) und jedem Klappenteil eine Spannvorrichtung (25, 26,16) vorgesehen ist, die das Klappenteil (14) derart in Schließrichtung beaufschlagt, daß es sich bei einem geringsten Druck des Mediums öffnet.

ORfGiNAL IMSPECTED

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2. Klappenventil nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klappenteil (14) in der Schließstellung eine mit der als Ventilsitz ausgebildeten Stirnfläche (15) des Ringkörpers (11) in Anlage tretende hintere Randkante (19) und eine mit einer entsprechenden Randkante (20) des benachbarten Klappenteiles (14) in Anlage tretende Randkante besitzt, daß die Randkanten (19 und 20) planar ausgebildet sind und senkrecht zueinander stehen, und daß die Randkanten (19) der Klappenteile (14) auf der Sitzfläche (15) des Ringkörpers (11) einen Kreis und die aufeinanderliegenden Randkanten (20) einen Halbkreis bilden.

3. Klappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anlenkvorrichtung (16,21, 23) ein radial nach außen von der Mitte der hinteren Randkante (19) jedes Klappenteils (14) vorspringendes Auge (21) besitzt, und daß der Ringkörper (11) einen Anschlag (27) trägt, an dem das Auge (21) bei Erreichung der Offenstellung eines jeden Klappenteiles (14) in Anlage tritt.

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4. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von diametral gegenüberliegenden von der Stirnfläche (15) des Ringkörpers (11) axial gerichteten Armen (16) vorgesehen sind, die benachbart zur Durchbohrung (14) angeordnet sind, und daß zwischen dem Paar von Armen (12) ein Klappenteil angelenkt ist.

5. Klappenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Anschlag (27) durch ein Halteteil (26) gebildet ist, das an jedem Paar von Armen (16) in axialer Richtung vor dem Auge (21) liegt, und daß der Halteteil (26) einen ersten Abschnitt (27) und einen zweiten Abschnitt (28) besitzt, wobei der zweite Abschnitt (28) in Achsrichtung gesehen vor dem den Anschlag für das Auge (21) bildenden ersten Abschnitt (27) liegt.

6. Klappenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß auf dem zweiten Abschnitt (28) jedes Halteteiles (26) eine auf der Außenseite eines Klappenteiles (14) aufliegende Torsionsfeder (25) aufgenommen i.st.

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7. Klappenventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auge (25) jedes Klappenteiles (14) zwischen den Armen (16) eines Paares von Armen angeordnet ist, und daß eine Oberfläche des Auges (21) in der Offenstellung des Klappenteiles (14) mit dem ersten Abschnitt (27) des Haltegliedes (26) in Anschlag tritt.

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