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Betätigungseinrichtung für das verschwenkbare Abschlussorgan einer
Absperrvorrichtung
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beiliegenden, beispielsweisen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kugelventil, welches mit der erfindungsgemässen Betätigung ausgerüstet ist, wobei der Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 2 erfolgte, Fig. 2 einen Schnitt durch das Ventil nach Fig. 1 längs der Linie II-H, Fig. 2a ein Detail der Fig. 2 in vergrössertem Massstab, Fig. 3 das Steuer-Kurvenstück in seiner Übergangsposition zur Vorbereitung der Schliessung im Schnitt längs der Linie 1lI-1lI der Fig. 1, Fig. 4 und 5 Ansichten des gleichen Teiles wie Fig. 3, jedoch einmal in der Öffnungs-und einmal in der Schliessstellung, Fig. 6,7 und 8 den gleichen Teil wie Fig. 3, jedoch in abgewandelter Form, Fig.
9 die Gleitverbindung zwischen dem Abschlussorgan und dem Schwenkhebel für die Drehbewegung in der Öffnungsstellung, Fig. 10 den gleichen Teil wie Fig. 9, jedoch in der Übergangsstellung, welche die Schliessung vorbereitet, im Schnitt längs der Linie X-X der Fig. 1, Fig. 11 und 12 ebenfalls den gleichen Teil wie Fig. 9, jedoch die entsprechende Verbindung in der Schliessstellung und in der Mittelstellung zwischen der Übergangsstellung und der Schliessstellung, Fig. 13 eine Variante der Gleitverbindung ohne Spiel, Fig. 14 ein erfindungsgemäss ausgebautes Klappenventil, Fig. 15 das gleiche Ventil von oben gesehen, wobei einige Teile im Schnitt gezeigt sind, Fig. 16 ein erfindungsgemäss ausgebautes Kegelventil, Fig. 17 den Steuerteil dieses Kegelventils mit einigen Einzelheiten im Schnitt.
In der in den Fig. 1 - 5 dargestellten Ausführung, welche ein Kugelventil mit einer Vierteldrehung, mit direktem Durchgang und zweistufiger Bewegung darstellt, ist das Ventilgehäuse mit 7 bezeichnet, die Anschlussstutzen, welche durch das Ventil je nach Wunsch miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden sollen, mit 13. Das verschwenkbare Abschlussorgan 12 der Absperrvorrichtung trägt über zwei Gelenke 16 und 18 eine Abdichtplatte 11, die sich selbst zentriert und sich gegen einen Sitz 10 legen soll, der sich am Eingang einer der Anschlussstutzen 13 befindet. Das Abschlussorgan 12 besitzt einen zentralen Durchlass 15, welcher den gleichen Durchmesser besitzt wie die Anschlussstutzen 13.
Zur Bewegung des Abschlussorgans in zwei Stufen, der Schwenkung und der Anpressung, sind im Gehäuse 7 zwei Hebel 8 und 9 vorgesehen, welche sich im Gehäuse 7 um ein und dieselbe Achse 0 und mit vorzugsweise dem gleichen Drehradius drehen können. In dem dargestellten Beispiel umgibt der Hebel 8, welcher die Schwenkbewegung des Abschlussorgans 12 steuert, den Hebel 9, welcher die Anpressung dieses Abschlussorgans steuert.
Der Schwenkhebel 8 ist mit dem Abschlussorgan 12 durch eine Gleitverbindung 20 - 21 gekuppelt, während der Anpresshebel 9 mit diesem Abschlussorgan 12 exzentrisch verbunden ist, d. h. durch eine drehbare Verbindung 22, deren geometrisches Zentrum A gegenüber der Drehachse 0 exzentrisch liegt. In dem dargestellten Beispiel und in der Stellung nach Fig. 1 und 2 liegt der Punkt A senkrecht über dem Mittelpunkt A" des Absperrorgans 12, der gleichzeitig den Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche der Abdichtplatte 11 bildet und durch welchen die Mittellinie der Anschlussstutzen 13 geht.
Die Exzentrizität OA, bezeichnet mit x (Fig. 2 und 2a), verläuft in der Stellung dieser Figuren im Winkel a = 450 gegenüber der Mittellinie der Anschlussstutzen 13 geneigt und ihre Projektion auf diese
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stalten.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1 sind die Verbindungen 20 - 21 und 22 im Oberteil des Abschlussorgans 12 angeordnet. Die Verbindung 22 besteht gemäss Fig. 1 aus einem Kugelgelenk mit dem Mittelpunkt A, welches die Exzentrizität zur Annäherung schafft. Wie insbesondere aus dieser Fig. 1 zu ersehen ist, besitzt diese Anordnung ausser dem Gelenk 22 noch ein Gelenk 23, welches den Unterteil des Abschlussorgans 12 mit dem Gehäuse 7 verbindet. Das Gelenk 23, welches den Unterteil des Abschlussorgans lagert, ermöglicht es diesem, sich frei zwischen seinen verschiedenen Stellungen unter der Einwirkung der zweistufigen Steuerung auf seinen Oberteil zu bewegen.
Der Mittelpunkt des Gelenkes 23 kann sich an jeder beliebigen Stelle befinden, z. B. im Punkt A'senkrecht unter dem Punkt A bei der Stellung nach Fig. 1 und 2 oder auch auf der Achse 0 oder an irgendeinem andern passenden Platz.
Die Steuerung des Abschlussorgans 12 zur Schliessung verläuft folgendermassen in zwei Bewegungen
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Stufen :1. In einer Stufe der Drehung, die durch eine Drehung des Hebels 8 gesteuert wird, während der Hebel 9 festliegt. Über die Gleitverbindung 20 - 21, welche als Kupplung wirkt, wird das Abschlussorgan 12 um den Mittelpunkt A in Drehung versetzt, wobei dieser Punkt A als Mittelpunkt der Verbindung 22 augenblicklich festliegt, da der Hebel 9 sich nicht bewegt.
Dadurch wird das Abschlussorgan 12 aus einer Öffnungsposition 11 (in Fig. 2 in strichpunktierten Linien gezeichnet), bei welcher der Durchlass 15 mit
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der Mittellinie der Anschlussstutzen 13 zusammenfällt, in eine vorbereitende Schliessstellung geschwenkt (voll ausgezeichnet in Fig. 2), bei der die Abdichtplatte 11 gegenüber dem Sitz 10 liegt, jedoch etwas von ihm entfernt ist. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt diese Drehbewegung 900, d. h. eine Vierteldrehung.
2. In einer Stufe der Anpressung, die durch die Drehung des Hebels 9 gesteuert wird, während der Hebel 8 festliegt. Über den Exzenter 22, dessen geometrischer Mittelpunkt A um den Punkt 0 von einer Position A zu einer Position B dreht (Fig. 2 und 2a) nähert sich das Abschlussorgan 12 dem Sitz 10, wobei die Richtung dank der Gleitverbindung 20-21, deren Teil 21 augenblicklich durch das Festliegen des Hebels 8 fixiert ist, aufrechterhalten bleibt. Das Abschlussorgan 12 wird dadurch aus der Schliessstellung in die Dichtstellung (llf in Fig. 2) gebracht, in welcher die Abdichtplatte 11 gegen den Sitz 10 gedrückt wird.
Durch die Verwendung der Gelenke 22 und 23 dreht sich das Abschlussorgan in der ersten Stufe um die Achse AA'und vollführt während der zweiten Stufe eine Pendelbewegung, deren unterer Scheitelpunkt A'ist und die in ihrem oberen Teil längs des Kreisbogens AB verläuft. Durch die selbstzentrierende Montage der Abdichtplatte 11 auf dem Abschlussorgan 12 mittels der Gelenke 16 und 18 ist es ermöglicht, dass die Platte trotz einer nicht symmetrischen Annäherung sich unverrückbar fest auf den Sitz 10 auflegt.
Die Schwenkbewegung und die Anpressbewegung werden nacheinander in der Reihenfolge der Absätze 1. und 2. beim Schliessen des Ventils durchgeführt und in der umgekehrten Reihenfolge und Richtung beim Öffnen. Die Steuerung der Hebel 8 und 9 umfasst ein Kurvenstück 24 (Fig. 1 - 5),welches um eine festliegende Achse M drehbar angeordnet ist, wobei diese Drehachse parallel zur Achse 0 verläuft. Das Kur- venstück 24 weist eine Nut 25 auf, in welcher eine Rolle 26 gleitet, die mit dem Schwenkhebel 8 verbunden ist, und eine Rolle 27, die mit dem Anpresshebel 9 verbunden ist.
Die Nut 25 (Fig. 3) weist zwischen den Punkten No und Nl einen Abschnitt 250 auf, der den Schwenkhebel 8 über die Rolle 26 betätigt und einen Abschnitt 25s zwischen den Punkten N und Nus der die Rolle 27 für den Anpresshebel 9 betätigt. Die beiden Abschnitte 25 und 25. sind durch einen Mittelabschnitt
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In der Öffnungslage (Fig. 4) befindet sich die Rolle 26 am Ende des Astes 25, während die Anpressrolle 27 durch den Verriegelungsabschnitt 250 in N festgehalten wird. Um das Ventil zu schliessen, wird die Steuerkurve im Uhrzeigersinn gedreht. Der Ast 250 stösst die Rolle 26 an und bewirkt so eine Drehung des Schwenkhebels 8, während die Rolle 27 und der mit ihr verbundene Anpresshebel 9 durch den Verriegelungsabschnitt 25b festgehalten werden. Das Abschlussorgan 12 vollführt so die Schwenkbewegung in der vorstehend angegebenen Art.
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griff mit dem Verriegelungsabschnitt 25b'während der Abschnitt 25s die Rolle 27 ergreift, wodurch der Schwenkhebel 8 unbeweglich wird und der Anpresshebel 9 gedreht wird.
Das Absperrorgan 12 vollführt alsdann die Stufe der Anpressung auf den Sitz 10 in der angegebenen Weise. Diese Bewegung setzt sich fort, bis die Abdichtplatte fest auf den Sitz gedrückt ist und damit das Ventil geschlossen ist (Fig. 5).
Die Öffnung des Ventils zwischen den Positionen der Fig. 5 und 4 erfolgt durch genau umgekehrte Steuerung. Durch eine einfache Drehung des Kurvenstückes 24 wird somit ein folgerichtiger Ablauf der beiden Bewegungsstufen des Ventils bei der Öffnung wie beim Schliessen erzielt. In der Übergangsstellung (Fig. 3) nimmt das Kurvenstück 24 eine symmetrische Lage ein, in der die Rollen 26 und 27 in einem Winkel von 450 von der Senkrechten auf den Radien N 0 und N 0 in bezug auf die Achse M liegen. Dieser Angriffswinkel tritt jedoch nur für einen sehr geringen Betätigungswinkel des Kurvenstückes in Erscheinung, da er bereits bei einer Drehung desselben um einige Grade aus der Übergangsstellung beinahe 900 wird, also sehr günstig, und dies über die ganze Drehung des Kurvenstückes hinweg.
In der symmetrischen Lage der Fig. 3 weist die Steuerung eine absolute Beständigkeit auf, da die Reaktion der Rollen 26 und 27 auf die Nut 25 auf einer Linie erfolgt, welche durch den Punkt M geht.
Bei dem Beispiel der Fig. 1 - 5 ist der Abstand zwischen den Achsen M und 0 gleich dem Drehradius R der Rollen 26 und 27 um die Achse 0 gewählt und das Kurvenstück muss eine Drehung von 1370
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50'um M vollführen für einen vollständigen Umlauf bei einer Drehung von 900 um 0 für jeden der Hebel 8 und 9. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung auch alle andern passenden Werte umfasst. So kann z. B. (Fig. 6) OM grösser sein als R und z. B. R. 1 {3.
Bei diesem Kurvenverlauf und bei einem Wert von 450 für die Winkel ist die Drehung des Kurvenstückes für einen vollständigen Umlauf nur 900. Der Punkt M kann sogar ins Unendliche verlegt werden, wie bei der Fig. 8, wo das Kurvenstück zur Verschiebung dient. Umgekehrt dann kann OM, wenn ge-
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B.lage dargestellt ist. Bei dieser Lage und entsprechend diesem Kurvenverlauf sind die Winkel ct = 450 und die Radien ON und ON bilden miteinander einen Winkel von 90ù. Dieses Kurvenstück von kleiner Ab- messung ermöglicht eine Drehung jeden Hebels um den Punkt 0 bis zu einem Wert von 2250. Für einen vollständigen Umlauf mit 900 Drehung für jeden der Hebel dreht sich das Kurvenstück um 1970 12'um M.
Wenn der eine Hebel um 900 dreht und der andere um 2250 um den gleichen Punkt C, dann wird sich das
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können die Äste 250 und 25$ der Nut 25 statt symmetrisch und kreisbogenförmig entsprechend dem gleichen Radius R wie in den Fig. 3 und 7 asymmetrisch, verschieden lang und nicht kreisbogenförmig sein und auch in umgekehrter Richtung umgebogen verlaufen wie in Fig. 3. Das Kurvenstück könnte auch zwei Nuten aufweisen, deren Mittelteile den gleichen Mittelpunkt M besitzen und deren eine mit dem richtungweisenden Ast (zur Schwenkung) und die andere mit dem Anpressungsast verbunden sind ; das Kurvenstück könnte auch in mehrere Teile unterteilt sein oder auch verdoppelt werden usw.
Bei der Konstruktion nach den Fig. 1-5 und wie aus dem vorstehenden hervorgeht, erfolgt die Anpressungsbewegung des Abschlussorgans 12 auf den Sitz 10 hin entsprechend dem Kreisbogen AB mit dem Mittelpunkt 0 (Fig. 2a). Dank der Wahl der Neigung von OA mit 450 ist die Abweichung z sehr gering und gleich 0, 293 x. Um einen genauen Ablauf der Vorgänge zu gewährleisten, ist die Gleitverbindung 20 - 21 derart ausgebildet, dass sie nicht nur die Schwenkung des Abschlussorgans 12 über den Hebel 8 im Verlaufe der ersten Stufe gewährleistet, sondern dass sie ausserdem noch die Abweichung z während der beiden Stufen ausgleicht. Zu diesem Zweck ist in der Verbindung 20 - 21 ein Spiel vorgesehen, welches gleich z ist.
In der Öffnungslage liegt das Spiel z neben der Kante 201 (Fig. 9). Nach einer Drehung von 900 geht dieses Spiel auf die andere Kante 20 Über. Dann, nach einer Gesamtdrehung von 900, d. h. in der Übergangslage der Fig. 10, geht das Spiel z zurück zur Kante 201. Während der Anpressbewegung nach einr halben Umdrehung geht das Spiel wieder zur Kante 202 über (Fig. 12). Alsdann, am Ende der Anpressbewegung, geht das Spiel z zurück zur Kante 20 (Fig. 11).
Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 ist die Gleitverbindung 20 - 21 ohne Spiel aufgebaut und das Spiel z wird durch die Verschiebung eines Gleitstückes 28, welches ohne Spiel auf den Zapfen 29 gleitet, die mit dem Abschlussorgan 12 verbunden sind, absorbiert. In diesem Falle ist das Gleitstück 28 und nicht mehr das Abschlussorgan 12 mit dem Hebel 9 durch die Exzenterverbindung 22 verbunden. Die Anordnung nach Fig. 13 ermöglicht die Anpressung der Abdichtplatte 11 auf den Sitz 10 genau in der vertikalen Symmetrieebene der Anschlussstutzen 13 durchzuführen.
Die Anordnung nach Fig. 14 und 15 entspricht der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 - 5 beschriebenen, jedoch ist die Erfindung hier auf ein Klappenventil angewendet worden, wobei einige Details abge- ändert wurden.
Bei dem Beispiel der Fig. 14 und 15 wird die Betätigung des Abschlussorgans 12 durch zwei diametral entgegengesetzt liegende Kurvenstücke und mit synchronisierter Steuerung durchgeführt. In diesem Falle sind die Kugelgelenke 22 und 23 durch zylindrische Drehzapfen 30 ersetzt, deren geometrische Achse A gegenüber der Achse 0 exzentrisch liegt, entsprechend der Konstruktion der Fig. 2a. Die Schwenkung des Abschlussorgans wird durch die Hebel 8 durchgeführt, welche sich um die Achse 0 drehen und durch die Gleitverbindung 20 - 21 mit dem Spiel z mit den Drehzapfen 30 verbunden sind. Die Anpressung des Abschlussorgans erfolgt über die Hebel 9, welche sich ebenfalls um die Achse 0 drehen und deren Zentralbohrung um ein Stück x gegenüber dieser Achse 0 exzentrisch liegt und die Zapfen 30 aufnimmt.
Die beiden Kurvenstücke 24 bestehen aus zwei Teilen und besitzen (Fig. 15) gezahnte Sektoren 31, welche mit den Zahnrädern 32, die auf einer gemeinsamen Welle 33 sitzen, in Eingriff stehen. Diese Welle 33 wird durch die Schnecke 34, die Kardanwelle 35 und das Handrad 36 betätigt. Der Funktionsablauf in zwei
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Stufen verläuft analog dem vorstehend beschriebenen. Die Anwendung einer Steuerung dieser Art ist vor allem bei hohen Drücken vorteilhaft.
Auch die Anordnung nach Fig. 16 und 17 ist analog der wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 - 5 beschrieben wurde, aber in diesem Falle wurde die Erfindung auf ein Kegelventil angewendet, wobei wiederum einige Details abgeändert wurden.
Bei diesem Beispiel besteht das bewegliche Abschlussorgan 12 aus einem Kegel mit einer zentralen Bohrung 15 und ist derart ausgebildet, dass es sich gegen die entsprechende konische Fläche 10 des Gehäuses 7 presst. Der Schwenkhebel 8 ist über eine Gleitverbindung 20 - 21 ohne Spiel mit einem Flansch 37 verbunden, welcher mit dem Kegel 12 verschraubt ist. Der Anpresshebel 9 schraubt sich bei einer Drehung um die Achse 0 auf die Mutter 38, welche sich wohl in der Höhe verschieben kann, gegen Verdrehung im Gehäuse 7 jedoch durch die Hohlkehlen 39 gesichert ist. Durch die Montage der Mutter 38 zwischen dem Kegel 12 und dem Flansch 37 kann sich der Kegel 12 zwar frei um die Mutter 38 drehen, ist jedoch mit der Verschiebung dieser Mutter fest verbunden.
Wenn. man das Kurvenstück 24 zum Schliessen um M dreht, dreht sich der Schwenkhebel 8 zunächst um die Achse 0, während der Anpresshebel 9 unbeweglich bleibt. Durch die Verbindung 20 - 21 erhält der Kegel 12 eine Drehung um 900, bleibt jedoch von den Lagerstellen 10 frei (Fig. 16 und 17). Sodann wird der Schwenkhebel 8 festgehalten und der Anpresshebel 9 in Drehung versetzt. Durch die Schraubverbindung 38 wird der Kegel ohne Verdrehung um das Stück D bis zum innigen Kontakt mit dem Gehäuse 7 angehoben. Dadurch ist der Verschluss einwandfrei vollzogen. Die Öffnung vollzieht sich in umgekehrter Reihenfolge durch umgekehrte Drehung des Kurvenstückes 24.
Bei dem in den Fig. 16 und 17 dargestellten Beispiel ist das Kurvenstück 24 in der Art der Fig. 7 ausgebildet und dreht sich um 2780 36'um M bei einem vollständigen Umlauf bei einer Drehung von 900 des Hebels 8 und von maximal 2250 des Hebels 9.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Betätigungseinrichtung für das verschwenkbare Abschlussorgan einer Absperrvorrichtung, wobei der Schliess- bzw. Öffnungsvorgang in zwei Stufen nacheinander erfolgt, u. zw. aus einer. Offenstellung durch eine Schwenkbewegung in eine Schliessstellung und aus dieser durch eine Anpressbewegung in eine Dichtstellung bzw. umgekehrt und die Bewegungen durch exzentrische Mitnehmer oder Kurvenstücke ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwenkhebel (8) und ein Anpresshebel (9) um eine gemeinsame Achse (0) drehbar gelagert sind und dass zu ihrer Steuerung ein Kurvenstück (24) vorgesehen ist, welches um eine zur Achse (0) parallele Achse (M) drehbar gelagert sowie von Hand oder motorisch ange-
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der andere bewegt wird und umgekehrt.