DE2901353A1

DE2901353A1 - Drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2901353A1
Application number: DE19792901353
Authority: DE
Inventors: Yoshitsugu Okada; Masahiro Yasuoka
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1979-01-15
Publication date: 1979-08-09
Also published as: AU4313579A; FR2415761A1; AU520431B2; GB2013309A; AT373985B; ATA2779A; JPS54101519A; US4221360A; DE2901353C2; GB2013309B; FR2415761B1

Description

Drosselklappenventil

Die Erfindung betrifft ein Drosselklappenventil, bestehend aus einem Ventilkörper mit einer Durchgangsöffnung und einer Ventilplatte, die um eine Achse rechtwinkelig oder annähernd rechtwinkelig zur Mittellinie der Durchgangsöffnung drehbar ist, wobei ein harter ringförmiger Ventilplattensitz am Umfang der Ventilplatte vorgesehen ist, der mit einem im Ventilkörper angeordneten harten ringförmigen Sitz entlang des gesamten Umfanges des Ventilkörpers in Berührung ist, wenn die Ventilplatte in einer zur Mittellinie der Durchgangsöffnung rechtwinkeligen oder annähernd rechtwinkeligen Lage steht, und wobei der Sitz am Ventilkörper eine Dichtfläche ent-

sprechend einem imaginären Zylinder aufweist, dessen Achse gegenüber der Mittellinie der Durchgangsöffnung in der Dreh-Schließ richtung der Ventilplatte unter einem Winkel geneigt ist.

Bei der genannten Ventilart ist sowohl der Ventilsitz im Ventilkörper als auch der Sitz an der Ventilplatte aus einem · härten Material hergestellt, das über einen langen Zeitraum seine Qualität beibehält, korrosionsbeständig, mechanisch fest und widerstandsfähig gegen SohleifWirkungen von in Flüssigkeiten enthaltenem Sand und dgl. ist; der Ventilsitz im Ventilkörper und an der Ventilplatte haben daher eine hohe Lebensdauer. Da die Ventilplatte zum Verschließen der Durchgangsöffnung eine zur Mittellinie derselben rechtwinkelige Stellung einnimmt, weist sie die Form einer Scheibe auf, was besonders vorteilhaft hinsichtlich der Herstellung und Bearbeitung ist. Weiters ist es von Vorteil, daß der mit der

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Ventilplatte in Berührung stehende Ventilsitz im Ventilkörper eine zylindrische Oberfläche aufweist, da damit eine leichte Herstellung der Dichtfläche des Ventilsitzes im Ventilkörper mit hoher Präzision und mit Werkzeugmaschinen weitverbreiteter Art möglich ist.

Bei der Überprüfung der Dichtheit zwischen Ventilsitz im Ventilkörper und dem Sitz an der Ventilplatte, wobei diese beiden Teile in der Schließstellung einander in einer geneigten Lage berühren,' übt ein innerer Flüssigkeitsdruck bei geschlossenem Ventil einen den Ventilkörper erweiternden Druck aus, wodurch es in weiterer Folge zu einem Weiterdrehen der Drosselklappenwelle kommt. Dadurch ergibt sich eine gegenseitige Beziehung zwischen dem Ventilsitz im Ventilkörper und der Ventilplatte, wobei der Ventilsitz die Ventilplatte entlang des gesamten Umfanges fest umschließt und eine ausgezeichnete Abdichtung entsteht.

Bezüglich der Wechselwirkung zwischen dem Neigungswinkel der Achse des imaginären Zylinders und einer weiteren, geringfügigen Drehung der Ventilplatte nach dem Schließen des Ventils wurde folgende Beobachtung gemacht: Wenn der Neigungswinkel groß ist, steigt die auf die Dichtfläche wirkende Komponente der auf die Ventilplatte einwirkenden Drehkraft an und die zur weiteren Drehung der Ventilplatte erforderliche Schließkraft kann die Reibungskräfte zwischen den Dichtflächen nicht überwinden. Daher entstehen bereits bei relativ geringem Innendruck Undichtigkeiten. Um eine gute Abdichtung zu erzielen^ist es wichtig, für eine gewisse konstruktive Flächenpressung zu sorgen, um auch ge-

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ringes Spiel zwischen den Dichtflächen so weit wie möglich zu vermeiden. Andererseits ermöglicht ein kleiner Neigungswinkel ein leichtes Weiterdrehen der Ventilplatte, sodaß selbst bei hohem Innendruck gute Dichtheit erreicht wird.

Wenn jedoch dieses Weiterdrehen etwas zu weit geht, entsteht ein anderes Problem. Der innere Flüssigkeitsdruck wirkt bei geschlossenem Ventil auf einer Seite der Ventilplatte und das Ventil wird, wenn es der Betrieb erfordert, geöffnet, nachdem der Druck abgesenkt wurde. Wenn in einem solchen Fall die Weiterdrehung der Ventilplatte zum Zeitpunkt des Aufbaues oder des Absenkens des Druckes zu groß ist und es beim Absenken des Druckes zum Zusammenziehen des Ventilkörpers kommt,während die Ventilplatte in ihrer gegenüber der Schließstellung weiter verdrehten Position verbleibt, wird die einen größeren Durchmesser aufweisende Ventilplatte in den nun einen kleineren Durchmesser aufweisenden Ventilsitz des Ventilkörpers gedrückt. Dies erfordert dann eine größere Betätigungskraft zum öffnen des Ventile als zum Schließen und es kann vorkommen, daß ein Öffnen dee Ventils nicht möglich ist, ohne ein ao großes Drehmoment aufzubringen, daß die Dichtflächen am Ventilsitz im Ventilkörper und an der Ventilplatte beschädigt werden.

Wenn der Neigungswinkel noch kleiner ist, kann es vor- konen, daß die Ventilplatte über den der vollen Schließstellung entsprechenden Totpunkt hinaus bewegt wird, sodaB dann ein Öffnen des Ventil· nur dadurch möglich iet, dafi der Ventilkörper alt der Ventilplatt· erweitert wird.

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Unter Berücksichtigung der vorstehend angeführten Zustände wurden zur Bestätigung Versuche durchgeführt, und es wurde gefunden, daß der Neigungswinkel innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen muß, um ein Öffnen des Ventils ohne Beschädigung des Ventilsitzes im Ventilkörper oder an der Ventilplatte mit einer Betätigungskraft, die nicht viel größer als die zum Schließen des Ventils erforderliche Kraft ist, zu ermöglichen, selbst wenn ein Druckaufbau oder eine Absenkung in der Schließstellung des Ventils bei wirkungsvoller Abdichtung erfolgt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Öffnen und Schließen der Ventilplatte mit geringen Stellkräften möglich ist und stets gute Dichtheit in der Schließstellung des Ventils erhalten bleibt. Gemäia der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Winkel,den die Achse des imaginären Zylinders mit der Mittellinie der Durchgangsöffnung einschließt 2° 30* 6° 3o»beträgt. Es wurden Studien ausgeführt, über die Beziehung zwischen dem Anfangsdruck X, bei dem die ersten Undichtigkeiten auftreten, wenn ein Flüssigkeitsdruck auf der einen Seite der Ventilplatte in der Schließstellung des Ventile einwirkt, und dem erforderlichen Drehmoment Z zum Öffnen des Ventils, wenn der Flüssigkeitsdruck abgesenkt wird. Bei den Untersuchungen diente als Bezugsgröße ein Ventilschließmoment Y, und der ieiguagswinkel θ wurde in verschieden«Stufen von 2°bis 7° verändert. Wie aus Fig.,4 ersichtlich ist, steigt der Plüssigkeitsdruck, bei dem die ersten Undichtigkeiten auftreten, mit kleiner werdendem Ieigungswinkel an, wobei jedoch

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auch das erforderliche Drehmoment zum Öffnen des Ventils größer wird. Wenn dagegen der Neigungswinkel verringert wird, wird auch das erforderliche Drehmoment zum Öffnen des Ventils niedriger, aber desto niedriger ist gleichzeitig der Anfangsdruck, bei dem die ersten Undichtigkeiten auftreten. Aufgrund dieser Versuchsergebnisse wurde ein Bereich des Neigungswinkels von 2° 3O¹ - 6° 30' gefunden, in dem gute Dichtheit in der Schließstellung des Ventils sichergestellt ist und wobei gleichzeitig die Betätigungskräfte für das Ventil gering sind.

In Fig. 5A bis 5E ist eines der genannten Versuchsergebnisse bei einem Neigungswinkel von 7° dargestellt und in Fig.6A bis 6E ein weiteres, wobei der Neigungswinkel auf 2° eingestellt war. In beiden Fällen wurde ein Drosselklappenventil mit 2-400 mm lichter Weite verwendet, dessen Ventilsitze im Ventilkörper und an der Ventilplatte auf einen Druck von 19,6 bar (20 kp/cm ) ausgelegt waren.

Fig. 5A und 6A zeigen jeweils einen ersten Schritt dieser Versuchsreihen, wobei die Ventilplatte 9 sich im Schließvorgang, jedoch noch in einer geöffneten Stellung befindet. Fig.5B und 6B zeigen einen zweiten Schritt, wobei die Ventilplatte 9 sich in der Schließstellung befindet. In diesem Zustand ist der Ventilsitz b im Ventilkörper von der auf die Ventilplatte 9 einwirkenden Schließkraft geringfügig aufgeweitet.

Die Fig.5C und 6C zeigen einen dritten Schritt, wobei an einer Seite der Ventilplatte 9 eine Flüssigkeit drucklos den Raum ausfüllt. In diesem Zustand erweitert sich der Ventil-

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sitz b weiter und die Ventilplatte 9 wird verschoben und gleichzeitig um die Drosselklappenwelle 4- gedreht, wobei der Ventilsitz a an der Ventilplatte 9 mit dem Ventilsitz b in Berührung gebracht wird.

Die Fig.5D und 6D zeigen einen vierten Schritt, wobei ein Druck von 19*6 bar (20 kp/cm ) auf einer Seite der Ventilplatte 9 aufgebracht ist. In diesem Zustand erweitert sich der Ventilsitz b noch weiter und die Ventilplatte 9 wird weiter verschoben und um ihre Achse zum Ventilsitz b weiter hin gedreht. In diesem Augenblick neigt die Ventilplatte 9 dazu, aufgrund von Lagerspielen der Dorsselklappenwelle 4- und Biegung derselben, parallel zur Richtung der Durchgangsöffnung verschoben zu werden. Daraus resultiert ein ungleichmäßiger Dichtungseffekt zwischen einem fest schließenden Bereich T und einem lose schließenden Bereich S des Ventilsitzes b und des Sitzes a' an der Ventilplatte 9· Im Falle der Anwendung eines Neigungswinkel von 7°, wie in Fig.5D dargestellt, berührte die Ventilplatte 9 den Ventilsitz b nicht gleichmäßig und ihre Verdrehung war gering, worauf ein geringer Druck zwischen dem Ventilsitz der Ventilplatte und jenem des Ventilkörpers oder ein Spalt in einem gewiesen Bereich des Umfange ε der Ventilplatte und damit Undichtigkeiten resultierten. Im Gegensatz dazu war bei der Anwendung eines Neigungswinkels von 2° eine dichte Anlage des Ventilsitzes a der Ventilplatte und des Ventilsitzes b im Ventilkörper vorhanden, sodaß keine Undfchtigkeiten auftraten.

Bi* Fig.^E und GE zeigen einen fünften Schritt, wobei der Druck von 19,6 bar (20 kp/cm²) in der Scmlieiatelliang des

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Ventils auf Null abgesenkt wurde, worauf sich der Ventilsitz b zusammenzog und die Ventilplatte 9 fest umschloß. Im Falle der Anwendung des Neigungswinkels von 2° befanden sich der Ventilsitz a und der Ventilsitz b unter hohem Druck miteinander in Berührung, wobei gegenseitig ein Druck und eine Keilwirkung ausgeübt wurde, und es war unmöglich die Ventilplatte 9 zu öffnen. Im Falle der Anwendung des Neigungswinkels von 7° berührte der Ventilsitz b nur eine schmale Fläche der Ventilplatte 9 und diese konnte daher leicht geöffnet werden. Diese Ergebnisse bestätigen, daß das Öffnungsdrehmoment des Ventils umso kleiner ist, je größer der Neigungswinkel ausgeführt ist, während mit kleiner werdendem Neigungswinkel die Qualität der Abdichtung ansteigt.

Die Erfindung soll es ermöglichen, ein Drosselklappenventil so auszubilden, daß es mit geringen Stellkräften geöffnet und geschlossen werden kann und gleichzeitig eine gute Qualität der Dichtung erreicht wird.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 einen Querschnitt durch ein Drosselklappenventil nach der Erfindung, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig.1, Fig.3 einen Ventilkörper in Ansicht gemäß der Linie III-III in Fig.1, Fig.4 eine Diagrammdarstellung und die Fig.5A bis 5E und 6A bis 6E Illustrationen von Versuchsergebnissen.

Ein Ventilkörper 1 aus Gußeisen oder Stahl, z.B. Stahlguß oder Schmiedestahl, weist eine Durchgangsöffnung für «ine Flüssigkeit auf und ist mit Flanschen 3a und 3b sum Anschluß

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an Rohrleitungen 2, sowie mit zylindrischen Teilen 5a und 5b zur Lagerung einer drehbaren Welle 4 versehen, deren Achse P1 rechtwinkelig zur Mittellinie P der Durchgangsöffnung steht. Die Drosselklappenwelle 4 ist in den zylindrischen Teilen 5a und 5b mittels der Lager 6a und 6b drehbar gelagert. Ein Ende der Drosselklappenwelle 4 ragt über den zylindrischen Teil 5a hinaus und ist dort mit einer Antriebseinrichtung 7 versehen ; das andere Ende ruht im gegenüberliegenden zylindrischen Teil 5b, der von einem Deckel 8 abgeschlossen ist.

An der Drosselklappenwelle 4 ist eine Ventilplatte 9 befestigt, die an ihrem Umfang einen ringförmigen metallischen Ventilsitz a aufweist. Die DurchgangsÖffnung ist vollständig verschlossen, wenn die Ventilplatte 9 rechtwinkelig oder annähernd rechtwinkelig zur Mittellinie P der Durchgangsöffnung steht, und sie ist vollkommen offen, wenn die Ventilplatte 9 parallel oder etwa parallel zur Mittellinie P liegt.

Der Ventilkörper 1 ist an seiner inneren Umfangsfläche mit einer ringförmigen Nut 10 versehen, in der ein ringförmiger metallischer, mehrteiliger Ventilsitz b eingepaßt und dort durch Schweißung befestigt ist.

In der Schließstellung der Ventilplatte 9 berühren die Ventilsitze a und b einander entlang des gesamten Umfanges,, um ausreichende Dichtheit zu ermöglichen. Wie in Fig_#2 dargestellt, sind-der fentilsitz a an der Ventilplatte und der Ventilsitz Ib im ·lerntilkörper s© ausgebildet« daß sie nach Art eines Keiles in Kontakt gebracht werden koaneßs, soiaS die lieht- " flächen der fentilsitse ier Urafaagsfläcfee ©!bob imaginäres ®ntspreeh©Ea₀ äGSG©n Ä&tise 3?2 nalt ios· MittQlllaiG i¹

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der Durchgangsöffnung einen Winkel einschließt, wobei die Achse P2 gegenüber der Mittellinie P in der Dreh-Schließrichtung der Ventilplatte 9 geneigt ist. Die Mittellinie P der Durchgangsöffnung und die Achse P2 des imaginären Zylinders schneiden die Achse P1 der Drosselklappenwelle 4 im Zentrum der Ventilplatte 9.

Der Neigungswinkel Q der Achse FZ des imaginären Zylinders (bzw. der Dichtflächen des Ventilsitzes a an der Ventilplatte und des Ventilsitzes b im Ventilkörper) gegenüber der Mittellinie P der Durchgangsöffnung beträgt 2° 3O¹ bis 6° 30· und liegt vorzugsweise im Bereich von 5°.

'Als Material für die harten·ringförmigen Ventilsitze a und b kommen Plastik, Hartgummi oder ähnliches in Frage. Der Ventilsitz b im Ventilkörper kann mit dem Ventilkörper 1 einstückig oder von einem aufgeschweißten Wulst gebildet sein. Im Falle, daß der Ventilsitz b mit dem Ventilkörper 1 nicht einstückig ausgeführt ist, können verschiedene Befestigungsarten zur Anwendung kommen, z.B. kann der Ventilsitz b mittels Schrauben oder ähnlichem am Ventilkörper 1 befestigt sein oder direkt am Ventilkörper 1 angeschweißt sein.

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Claims

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KUBOTA, LTD.

22-banchi, 2-chome, Funade-cho, Naniwa-ku, Osaka-shi, Osaka-fu / Japan

Drosselklappenventil

Patentanspruch:

Drosselklappenventil, bestehend aus einem Ventilkörper mit einer Durchgangsöffnung und einer Ventilplatte, die um eine Achse rechtwinkelig oder annähernd rechtwinkelig zur Mittellinie der Durchgangsöffnung drehbar ist, wobei ein harter ringförmiger Ventilplattensitz am Umfang der Ventilplatte vorgesehen ist, der mit einem im Ventilkörper angeordneten harten ringförmigen Sitz entlang des gesamten Umfanges des Ventlikörpeepers in Berührung ist, wenn die Ventilplatte in einer zur Mittellinie der Durchgangsöffnung rechtwinkeligen oder annähernd rechtwinkeligen Lage steht, und wobei der Sitz am Ventilkörper eine Dichtfläche entsprechend einem imaginären Zylinder aufweist, dessen Achse gegenüber der Mittellinie der Durchgangsöffnung in der Dreh-Schließrichtung der Ventilplatte unter einem Winkel geneigt ist, d?a durch gekennzeichnet, daß der Winkel, den die Achse (P2) des imaginären Zylinders mit der Mittellinie (P) der Durchgangsöffnung einschließt, 2°3o' - 6°3o' beträgt.

B 9o96 - Z/G

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