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Drosselklappe.
Die Erfindung bezieht sich auf solche Ventile, welche unter dem Namen Schmetterlingsventil bekannt sind, die im eigentlichen Sinne zu den Drosselklappen gehören und bezweckt, bei solchen Ventilen ein sicheres Dichthalten in der Abschlussstellung zu bewirken.
Bisher ist es üblich gewesen, besonders in der Hydraulik, bei diesen Ventilen die Antriebsspindel in der Ebene der Scheibe diametral zu verlegen, so dass der Umfang der Scheibe an zwei Stellen durch die Enden der Spindel unterbrochen wird, die zur Anbringung der Spindel und des Ventils in einem Rohr oder einer andern Leitung hervorragen. Gewöhnlich wird der heraustretende Umfang des Ventils genutet, um zwei oder mehr bogenförmige Dichtungsstreifen anzubringen, die an den Spindelende endigen, wo es schwierig ist, eine vollständige Abdichtung des Ventils zu erreichen.
Der Grund hiefür liegt wahrscheinlich darin, dass es praktisch unmöglich ist, den Dichtungsstreifen die richtige Länge zu geben, um die immer auftretenden Änderungen-wie Werfen des Rohres und des Ventils selbst Steifheit des Streifens und gleichzeitiges Abschliessen der Teile des Ventils, die von der Spindel entfernt liegen, die alle dem Schliessdruck auf der einen Seite der Spindel und dem Eröffnungsdruck auf der andern Seite ausgesetzt sind-dem üblichen Einstellen des Ventils in einem kleinen Winkel senkrecht zu der Leitung anzupassen.
Wenn man die Ventilscheibe und Spindel etwas kippt, so dass sie nicht in derselben Ebene liegen, so kann der vollständige Randumfang so entblösst werden, dass sein Umfang ununterbrochen zur Aufnahme eines vollständigen, federnden Dichtungsringes oder eines Ringsegmentes mit Feder-oder Druckdichtung genutet werden kann. Die Scheibe kann dann wie der gewöhnliche Kolben mit einem federnden Ring oder einem zusammenhängenden Dichtungsring abgedichtet werden. Je nach dem Element des gewöhnlichen Ventils, welches gekippt wird, entstehen zwei besondere Ausführungsformen.
Wenn bei einem solchen Ventil in der Schliessstellung die Spindel in gekippter Lage in der Leitung sich befindet und das Ventil rechtwinkelig dazu liegt, dann braucht das Gehäuse nicht geschlitzt zu werden und keine kugelförmigen Innenwandungen zu tragen, die mit dem Ventil zusammenwirken, sondern kann zylindrisch bleiben, weil, wenn das Ventil auf der Spindel in die Offenstellung gedreht wird, nur zwei Punkte des Ventils zur Berührung mit der Innenwandung der Leitung kommen, vorausgesetzt, dass der Umfang des Ventils denselben Durchmesser hat wie die Leitung.
Wenn in der Schliessstellung bei einem solchen Ventil seine Spindel rechtwinkelig zu der Leitung liegt, dann ist das Ventil in einem Winkel zu der Leitung geneigt, der 900 zuzüglich oder abzüglich des
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die Messung stattfindet. In diesem Falle ist das Ventilgehäuse in einer Ebene geschlitzt, die durch die Spindel geht zur Aufnahme des Ventils und zur Lagerung der Spindel. Das Gehäuse hat auch eine kugelförmige Innenwandung, die mit dem Ventil zusammenwirkt.
In dem einen Falle wird eine Druckkomponente längs der Spindel auftreten, wenn das Ventil sich in der Schliessstellung'befindet. Diese ist gewöhnlich nicht nachteilig und kann durch ein einfaches Gegendrucklager aufgenommen werden.
Zur Erläuterung dieser beiden Fälle mag angenommen werden, dass die Kugeln, welche auf den Spindelaehsen gelagert sind, innerhalb der Leitungen liegen, die erste sei tangential zu der zylindrischen
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Leitung und die zweite tangential zu der kugelförmigen Zone der Leitung. Es mag dann angenommen werden, dass die Kugeln so weit fortgeschritten sind, dass nur Scheiben von solcher Dicke verbleiben, als zum Tragen der Dichtungsringe und der Spindeln zum Tragen der Scheiben notwendig sind. Wenn man ein geographisches Analogon heranzieht, so können die ausgeschnittenen Kugeln als Erden angesehen werden, die auf den äquatorialen Durchmessern gelagert sind, während die Packungsringe die Ekliptiken bilden, so dass die Erfindung als ekliptisches Ventil bezeichnet werden kann.
Einer der besonderen Zwecke der Erfindung besteht in einer Vorrichtung, die den auf den Dichtungsring ausgeübten Flüssigkeitsdruck regelt. Weiterhin besteht die Erfindung in einer Abdichtung der Spindel an dem einen Ende, wo sich das Stosslager befindet. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht in der umgekehrten Anordnung von zwei Ventilen, um den Endstoss auszugleichen.
In der Zeichnung stellen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Achse der Leitung, teilweise im Aufriss für ein vollständiges Ventilgehäuse und Leitung, wo das Ventil rechtwinklig zu der Leitung liegt bzw. die Drehachse der Drosselklappe mit der Rohrleitungsachse einen von 900 verschiedenen Winkel einschliesst ; Fig. 2 einen gleichen Schnitt und Aufriss in einer Ebene rechtwinklig zu derjenigen der Fig. 1 ; Fig. 3 eine andere Ausführungsform, bei welcher die Drehachse der Drosselklappe senkrecht zu der Rohrleitungsachse liegt ; Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende andere Ausführungsform ; Fig. 5 einen Teilschnitt des Ventils, der Dichtung und des Gehäuses zu Fig. 3 und 4 ; Fig. 6 einen Teilschnitt für die Abdichtung der Spindel an dem Ende des Stosslagers ;
Fig. 7 eine schematische Ansieht, teilweise im Schnitt, für eine Zweig-oder Mehrfachleitung mit zwei umgekehrten Ventilen der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art ; Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Leitung mit umgekehrtem Ventil der in Fig. 3 und 4 gezeigten Art ; Fig. 9 einen Schnitt in vergrössertem Massstabe der Einrichtung zur Regelung des Druckes, gehörig zu den Fig. 1, 2 und 10 ; Fig. 10 einen Schnitt eines vollständigen Ventilgehäuses mit Leitung, die die Aus- führungsformen nach Fig. 1, 2,6 und 9 vereinigt und in der Nähe des Mittelpunktes des Ventils die Vorrichtung zur Regelung des Druckes für die Packung trägt, so dass eine bessere Verteilung des Druckes auf die verschiedenen Stellen längs des Dichtungsringes erreicht wird ;
Fig. 11 einen Aufriss, teilweise im
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äusseren Dichtungsringes an der Z-Fuge.
Eine Leitung oder Röhre 1 ist mit einem Ventilgehäuse 2 versehen, in welchem eine Ventilscheibe 3 gelagert ist. Diese wird von einer Spindel 5 getragen, die in den Lagern 6,6 des Gehäuses 2 geführt wird und die Rohrleitung senkrecht oder schräg durchquert. Der Umfang 7 des Ventils erhält eine Nut 8 zur Aufnahme einer biegsamen Dichtung 9 (Fig. 5) ; diese besteht aus einem Ring 10, der aus einem einstückigen Hauptdichtungsring 11 mit einem darin gelagerten Hilfsdichtungsring 12 besteht. Der Hauptring 11 bildet einen zusammenhängenden abdichtenden Teil und ist mit einer Z-Fuge 13 geschlossen (Fig. 12). Der Hilfsring 12 ist an dem Hauptring durch einen Stift 14 verriegelt, der in eine Nut 15 eintritt.
Die Dichtung 9 ist erwünscht, aber nicht unumgänglich notwendig, weil die Scheibe selbst eine scharfe, kreisförmige Kante bildet, die den abdichtenden Teil schafft. Auf jeden Fall muss die Scheibe kreisförmig sein, ebenso wie die Nut 8, die Dichtung 9 und die Leitung 1 selbst. Die Dichtung 9 kann auch in Segmenten mit-mehreren Z-Fugen hergestellt werden ;, selbstverständlich wird in jedem Falle der innere Hilfsring 12 so gestaltet, dass er die Fugen mit seiner eigenen Fuge überdeckt, die zwischen den Fugen des Hauptringes 11 liegt.
Ein wesentliches Merkmal besteht darin, dass die Ventilscheibe 3 zu ihrer Spindel in einem kleinen Winkelgeneigtist, so dass der abdichtende Teil des Ventils, wenn, eine Dichtung verwendet wird, wenigstens an den Enden der Spindel einen Zwischenraum frei lässt.
Bei der in den Fig. 1, 2,6, 7,9 und 10 gezeigten AUJ3führungsformliegt die Ventilscheibe 3 in ihrer Schlussstellung in Ringwinkeln zu der Leitung 1, so dass die Spindel in eine geneigte Lage zu der Leitung 1 kommt, die einem rechten Winkel zuzüglich oder abzüglich des kleinen Winkels zwischen dem Ventil und der Spindel gleich ist, je nach der Seite der Leitung, an welcher gemessen wird. Der Dichtungsring 11 hat zweckmässig eine zylindrische Berührungsfläche.
In den Ausführungsformen nach Fig. 3, 4 und 8 liegt die Spindel rechtwinklig zu der Leitung 1 und die Ventilscheibe 3 ist etwas breiter als die Leitung, und ihre geschlossene Lage bildet einen Winkel quer zu der Leitung. In diesem Falle ist es notwendig, mit Rücksicht auf diesen Winkel und die Grösse der Ventilscheibe, dass die Leitung eine Kugelzone 16 erhält, deren Durchmesser demjenigen der grösseren Ventilscheibe entspricht und natürlich breiter ist, als der entsprechende Teil der Leitung. Hieraus folgt auch, dass das Gehäuse diametral durch den kugelförmigen Teil geschlitzt wird und zweckmässig in einer Ebene durch die Spindelachse, also rechtwinklig zur Leitung. Der Dichtungsring 11 hat hier zweckmässig eine kugelförmige Berührungsfläche.
Bei beiden Ausführungsformen ist der Druck auf die Ventilscheibe 3 senkrecht zu ihrer Ebene.
Angenommen, dass die Flüssigkeit bei offenem Ventil in der durch den Pfeil (Fig. 1 und 3) gezeigten Richtung hindurchgeht, dann erfolgt die Druckwirkung von rechts. Da dieser Druck aber hauptsächlich von den Lagern 6,6 aufgenommen wird und diese rechtwinklig zu der Ebene der Ventilscheibe 3 liegen, so sucht das Ventil nach abwärts zu gleiten (Fig. 1 und 3) längs der Achse seiner Spindel, und es müssen deshalb bei grösseren Abmessungen Gegendrucklager vorgesehen werden. Diese ist in Gestalt eines
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Flansches 77 auf dem Schaft 5 ausgeführt, der mit einer flachen Fläche 18 zusammenwirkt, rechtwinklig zu der Spindelachse ; das Ende der oberen der beiden Buchsen 19 bildet einen ersetzbaren Teil für die Spindellager 6, 6.
Die Buchsen 19 liegen in Flanschen 20 des Ventilgehäuses 2 und werden durch durchbohrte Kappen 21, die mit Bolzen befestigt werden, gehalten. Das so angeordnete Drucklager nimmt nur denjenigen Teil des auf die Scheibe 3 ausgeübten Gesamtdruckes auf, der durch den Sinus des kleinen Winkels zwischen der Ventilscheibe 3 und seiner Spindel bewegt wird, mit andern Worten den Gesamtdruck, multipliziert mit dem Sinus des Winkels. Angenommen, das Ventil 1 sei vollgefüllt und der Druck in der Leitung betrage 7 kg/cund der Winkel zwischen Ventil und Spindel entspreche dem dargestellten, dann ist der Gesamtdruck auf die Ventilspindel etwa 6 kg.
Es ist notwendig, eine kleine Korrektur zu berücksichtigen, weil der Enddruck. etwas geringer ist, nämlich vermindert um den Leitungsdruck, multipliziert mit der Querschnittsfläche der Spindel 5. Dieses folgt daraus, dass das obere Ende der Spindel dem Atmosphärendruck unterworfen ist.
Das untere Ende der Spindel wird durch eine Stopfbüchse 22 abgeschlossen, was nicht gerade notwendig ist, weil dieses sich an der Austrittsseite des Ventils befindet. Es hat sich als zweckmässig herausgestellt, das obere Ende der Spindel so abzudichten, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Hier ist der Flansch 210 mit einer Stopfbüchse 221 ausgestattet und wird durch die bogenförmigen Wandungen 222 verlängert, die eine Stossplatte 180 tragen, mit welcher der Bund 171 auf dem verlängerten oberen Spindelende zusammenwirkt. Eine undurchbohrte Kappe 210 ist an der Stossplatte befestigt. Bei dieser Bauart ist das Stosslager nicht den Wirkungen irgendeiner Undichtheit ausgesetzt, die eintreten könnte, wenn die Spindel nicht besonders abgedichtet ist.
In einigen Fällen, wo die durch das Ventil gesteuerte Leitung mehrfach ausgebildet werden soll, wie bei Fig. 7 und 8 gezeigt, werden zwei Ventile umgekehrt auf derselben Spindel angeordnet, so dass der Endstoss, der auf das eine Ventil ausgeübt wird, den Endstoss auf dem ändern ausgleicht. In Fig. 7 sind ähnliche Ventile gezeigt, wie in Fig. 1 und die Zweigleitungen der Mehrfachleitung liegen im Winkel zueinander, der das Doppelte des Winkels zwischen dem Ventil und der Spindel beträgt. Gemäss Fig. 8 werden ähnliche Ventile wie bei Fig. 3 verwendet und die Zweigleitungen der Mehrfachleitung liegen parallel zueinander. Wenn beide Ventilarten zusammen verwendetwerden, dann würden die Zweigleitungen der Mehrfachleitung gleich dem Winkel zwischen dem Ventil und der Spindel sein.
Sowohl in Fig. 7 und 8 werden die Zweigleitungen durch ein gemeinsames Lager 61 verbunden, und dieses ist dem Druck ausgesetzt, wie in Fig. 7 gezeigt, so dass eine Abdichtung an den Ventilenden unnötig ist. Wenn die Druckverhältnisse diejenigen sind, wie sie in Fig. 8 dargestellt sind, dann müssen Stopfbüchsen 22 für die Ventilenden vorgesehen sein.
Der Dichtungsring 10 für die Ventilscheibe 3 in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Druckpackung ohne Regelung und für kleinere Ventile geeignet. Diese Dichtung könnte auch für das Ventil nach Fig. 1 verwendet werden. Dieses ist deutlicher in Fig. 5 gezeigt. Die Nut 8 in dem Umfang 7 des Ventils 3 hat Kanäle 23, die mit der Unterseite an der Druckseite des Ventils in Verbindung stehen.
Eine regelbare Druckpackung wird zweckmässig bei grösseren Ventilen verwendet. Dieses ist in Fig. 9 gezeigt. Die Kappe 211 hat einen durchbohrten Mittelflansch 212 zur Aufnahme einer Schraubenspindel 213, die in eine Bohrung 51 der Spindel 5 eintritt und am oberen Ende ein Handrad 214 trägt, während das untere Ende als doppeltes Kolbenventil 215 ausgebildet ist. Ein Kanal 216 führt zu dem Dichtungsring 10, ein zweiter Kanal 217 zu der Auslaufseite des Ventils, ein dritter Kanal 218 von der Druckseite des Ventils. Die Ventile münden in die Bohrung 51 der Spindel 5 derart, dass die Ringnut zwischen dem Kolbenventil 215, den Dichtungsring 10 mit der Druckseite der Ventilscheibe oder der Auslaufseite in Verbindung bringt.
Ein Entlastungskanal 2171 ist an der Seite der Bohrung 51 zwischen dem Ende und dem Auslaufkanal 217 vorgesehen.
Die in Fig. 9 gezeigte regelbare Druckpackung deutet an, wie die Regelung erfolgt, wenn man an einer Stelle längs des Dichtungsringes 10 den Druck ein-und austreten lässt. Eine deutlicher Darstellung für die Verteilung ist in Fig. 10 und 11 gegeben. Hier verläuft die Bohrung 51 zu der Mitte der Ventilscheibe 3, wo sie mit einer Ringkammer 2161 mittels der Kanäle 216 in Verbindung steht. Die Ringkammer mündet dann durch den radialen Kanal 2162 in die Nut 8 der Ventilscheibe 3 an verschiedenen Punkten zur besseren Verteilung des Druckes und des Ausflusses. Ein Entlastungskanal 2172 läuft von der Ausflussseite des Ventils nach dem unteren Teil der Bohrung 51.
Die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform der Erfindung entspricht dem Ventil nach Fig. 1 und ist mit dem Stosslager gemäss Fig. 6 vereinigt, um eine Stopfbüchsenpaclung anzubringen, die unmittelbar in der Buchse 19 vorgesehen ist.
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der Dichtung erfolgt ; das Ventil arbeitet wie das gewöhnliche Schmetterlingsventil. Es mag jedoch hervorgehoben werden, dass, wenn das Ventil gemäss Fig. 1 geöffnet wird, dann der Ring zuerst etwas nach innen federt wegen seiner Breite und wenn er die Diagonalen überschreitet, beginnt der Ring die Berührung mit dem Ventilgehäuse an entfernten Punkten von der Spindel zu verlassen und federt wieder nach aussen. Die Ventildichtung nach Fig. 3 arbeitet nicht so, weil das Ventil in einer sphärischen Zone sich bewegt.
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Wenn die Druckregelung der Dichtung bei beiden Ventilarten verwendet wird, dann ist die Wirkung nur darin anders, dass der Druck angesetzt wird, indem man durch Drehen des Handrades das Ventil 215 so einstellt, dass der Druckkanal 218-mit dem Dichtungsringkanal 2M verbunden wird. Der Dichtungring 10 wird dann innerhalb des Ventilgehäuses 2 fest angedrückt, und es entsteht keine Undichtheit hinter der Ventilscheibe 3. Vor Öffnen der Ventilscheibe wird der Druck durch den Ausflusskanal 217 aufgehoben, worauf der Dichtungsring von dem Gehäuse abfedert, so dass das Ventil leicht geöffnet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drosselklappe mit quer durch die Leitung verlaufender Drehachse, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (5) mit der Klappenebene einen spitzen Winkel bildet.