CH659512A5 - Vakuumschieberventil. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumschieberventil mit einer rechtwinkelig zur Ventilachse verschiebbaren Ventilplatte und einem Gegenlager sowie einem dazwischen angeordneten Spreizmechanismus, mit welchem in Verbindung mit einer Hubstange die Ventilplatte an den Ventilsitz dichtend anpressbar ist.

Vakuumschieberventile mit Spreizmechanismen verschiedenster Bauarten sind in der deutschen Offenlegungsschrift 30 28 786 beschrieben, gezeigt und erläutert. Bei all den hier gezeigten Konstruktionen rollen Flächen bei der Betätigung des Ventils gegen- und aneinander ab, zum Teil unter hohem Druck. Da sich diese Flächen im Vakuum befinden und daher gänzlich ungeschmiert sind, sind diese Bewegungen mit grossen Abnützungserscheinungen verbunden, die mit wachsendem Ausmass die Qualität des in der Regel sehr teuren Ventiles rasch erheblich beeinträchtigen. Die Abnüt-5 Zungserscheinungen sind dabei umso höher, je höher die spezifischen Flächenpressungen sind. Bei der Verwendung von Kugeln als Walz- oder Rollkörper erreichen diese spezifischen Flächenpressungen ganz erhebliche Werte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ventil der gegen-lo ständlichen Art so auszubilden, dass die Glieder des Spreizmechanismus während ihrer Betätigung lineare Auflagen haben, dass sie gegeneinander praktisch ohne Reibung bewegbar sind, und dass im Schliesszustand des Ventils,

wenn es seine höchste Belastung erfährt, die Glieder oder is Teile des Spreizmechanismus möglichst grossflächig unterstützt sind. Auch soll weiterhin durch den erfindungsge-mässen Vorschlag erzielt werden, dass das geschlossene Ventil in verriegeltem Zustand durch den Sperrmechanismus selbst gehalten wird, also ohne Einwirkung äusserer Hilfs-20 kräfte, die bei Betriebsstörungen ausfallen können. Solche äussere Hilfskräfte sind elektrischer Strom, Magnetismus, hydraulische und pneumatische Drücke. Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung nunmehr vor, dass zwischen der Hubstange einerseits und der Ventilplatte bzw. dem 25 Gegenlager andererseits quaderförmige Spreizkörper liegen, welche bei entlastetem Spreizmechanismus mit der Richtung, in welche die Hubstange zum Schliessen des Ventils verfahren wird, einen spitzen Winkel einschliessen und die quaderförmigen Spreizkörper mit ihren quer zur Bewegungs-30 richtung der Hubstange liegenden Schmalseiten anwinkelig zueinander stehenden, an der Hubstange und an der Ventilplatte bzw. dem Gegenlager vorgesehenen Stützflächen halbseitig anliegen und bei der Betätigung der Hubstange im Sinne einer Schliessbewegung die Spreizkörper um die Schei-35 tellinie der winkelig zueinander angeordneten Stützflächen schwenkend und den spitzen Winkel vergrössernd sich aufrichten.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 und 2 das erfindungsgemässe Prinzip anhand eines Schemas in zwei Stellungen;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Vakuumschieberventil;

45 Fig. 4 ist eine Querschnittdarstellung des Ventiles nach Fig. 3, wobei der Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 geführt ist;

die Fig. 5 bis 9 zeigen das in Fig. 3 von einer Kreislinie A eingegrenzte Detail, und zwar in verschiedenen Darstel-50 lungen während des Schliessvorganges des Ventils ;

Fig. 10 ist eine weitere Schemadarstellung einer möglichen Ausführungsvariante.

Die Fig. 1 und 2 zeigen im Schnitt das erfindungsgemässe 55 Prinzip. Zwischen einer Ventilplatte 1 und einem Gegenlager 2 ist eine Hubstange 3 bzw. ein von einer Hubstange bewegbarer Bauteil gelagert. Alle diese Teile sind hier nur schematisch dargestellt, um das erfindungsgemässe Prinzip möglichst deutlich zu veranschaulichen. Die Richtung der Bewe-60 gung dieser Hubstange 3 ist durch den Pfeil 4 angedeutet, wobei die gezeigte Pfeilrichtung (nach links) der Schliessbewegung der Hubstange 3 entspricht. Zwischen den genannten Bauteilen, nämlich der Ventilplatte 1, der Hubstange 3 und dem Gegenlager 2, sind paarweise quaderförmige Spreiz-65 körper 5, die sich beispielsweise über die ganze Breite der Ventilplatte 1 bzw. des Gegenlagers 2, also rechtwinkelig zur Zeichenebene erstrecken können, so dass die Fig. 1 und 2 ausschliesslich Querschnittsflächen dieser quaderförmigen

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Stützkörper 5 darstellen. Bei geöffnetem Ventil, also bei entlastetem Spreizmechanismus (Fig. 1) schliessen diese Stützkörper 5 mit der Richtung, in der die Hubstange 3 zum Schliessen des Ventils verfahren wird (Pfeil 4), einen spitzen Winkel a ein. Für diese Stützkörper 5 bzw. für ihre Lagerung sind an der Hubstange 3 und an den der Hubstange 3 zugewandten Seiten der Ventilplatte 1 und des Gegenlagers 2 winkelig zueinander liegende Stützflächen 6 und 7 vorgesehen, die hier in der Zeichnung zur Verdeutlichung mit einer gegenüber den anderen Linien verstärkten Linie ausgezogen sind, was ausschliesslich und allein der Veranschaulichung dient. Von den jeweilig paarig und winkelig zueinander angeordneten Stützflächen 6 und 7 liegt die Stützfläche 6 halbseitig an den Schmalseiten 8, 9 des quaderförmigen Spreizkörpers 5 an, wenn das Ventil in offener Stellung ist. Durch Blattfedernpaare 10, wie sie im Zusammenhang mit dem Ventil nach den Fig. 3 und 4 noch beschrieben werden, werden die Teile 1,2 und 3 zusammengehalten. Da für die Erläuterung des erfindungsgemässen Prinzips diese Federn nicht unbedingt erforderlich sind, wird darauf auch bei der Beschreibung der Fig. 1 und 2 nicht näher eingegangen.

Wird nun die Hubstange 3 im Sinne einer Schliessbewegung (Pfeil 4) betätigt, so weichen die Ventilplatte 1 und das Gegenlager 2, da sie der Bewegung in Richtung des Pfeiles 4 nicht folgen können, weil sie aufgrund eines Anschlages in ihrem weiteren seitlichen Versatz behindert sind, was im folgenden noch anhand einer Ventilkonstruktion im einzelnen erläutert werden wird, nach oben bzw. nach unten seitlich aus (Pfeil 11 in Fig. 2), und zwar deswegen, da die Spreizkörper 5 nunmehr um die Scheitellinie 12 der winkelig zueinander angeordneten Stützflächen 6 und 7 schwenken und dabei den Winkel a vergrössern und sich aufrichten, und zwar so lange, bis Ventilplatte 1 und Gegenlager 2 an den Ventilsitz im Ventilgehäuse (hier nicht gezeigt) anstossen bzw. an den Sitz angepresst werden.

Zweckmässigerweise liegt die eine Stützfläche 7 dabei parallel zur Bewegungsrichtung (Pfeil 4) der Hubstange 3, so dass, wenn die Schliesstellung des Ventils erreicht ist, die Spreizkörper praktisch rechtwinkelig (a — 90 Grad - Fig. 2) auf den Stützflächen 7 stehen. Die Stützflächen 7 und die Breite B der Schmalseiten 8 und 9 der Spreizkörper 5 sind so bemessen, dass die Stützflächen 7 in der Spreizstellung nach Fig. 2 mindestens die halben Schmalseiten 8 bzw. 9 der Spreizkörper 5 unterfangen. Dadurch ist der Spreizmechanismus in dieser Stellung in einem stabilen Gleichgewicht, so dass das Ventil ohne Einwirkung äusserer Kräfte auf die Hubstange 3 in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird.

Der Bewegungsablauf zwischen den beschriebenen und gezeigten Bauteilen nach den Fig. 1 und 2 ist praktisch reibungslos, da ausschliesslich und allein die Schmalseiten 8 und 9 der Spreizkörper 5 während der Schliessbewegung um die Scheitellinie 12 kippen, ohne dass dabei eine gleitende oder rollende Bewegung zwischen den gepaarten Flächen auftritt.

Über die Breite der Ventilplatte 1 bzw. des Gegenlagers 2 kann ein durchlaufender quaderförmiger Spreizkörper 5 vorgesehen sein, beispielsweise als kleine Leiste. Dieser Spreizkörper 5 kann aber auch über die Breite der Ventilplatte 1 bzw. des Gegenlagers 2 aus mehreren nebeneinander liegenden oder in Bewegungsrichtung der Hubstange gesehen hintereinander angeordneten quaderförmigen Elementen ausgebildet sein.

Das vorstehend beschriebene und erläuterte Konstruktionsprinzip ist bei einem Vakuumschieberventil nach den Fig. 3 und 4 angewandt. Dieses Ventil besitzt ein Ventilgehäuse 15 mit zwei Anschlussflanschen 16 und 17. An der I nnenseite des einen Anschlussflansches 16 ist der gehäuse-seitige Ventilsitz 18 für die Ventilplatte 1 ; die Innenseite des anderen Anschlussflansches 17 bildet die Anschlussfläche 19 für das Gegenlager 2. Die Hubstange 3 ist endseitig abgeflacht und ragt mit dem abgeflachten Teil 3' zwischen die Ventilplatte 1 und das Gegenlager 2. Diese Hubstange 3 ist axial in Richtung des Pfeiles 4 verschiebbar und zweckmässigerweise um eine zur Ventilachse parallele Achse schwenkbar, so dass die Ventilplatte 1 aus der in Fig. 1 gezeigten Durchgangszone des Ventiles seitlich herausgeschwenkt werden kann, wie dies bei solchen Ventilen üblich ist. Randseitig an der Ventilplatte 1 bzw. dem Gegenlager 2 sind Blattfedernpaare 10 angeordnet, welche die einzelnen Konstruktionsteile elastisch zusammenhalten. Die einen Enden der Blattfedernpaare 10 sind über ein Verbindungsstück 21 miteinander vereint, und dieses Verbindungstück 21 wird gleichzeitig einen Anschlag bilden für die Verschiebebewegung dieser Bauteile in Richtung des Pfeiles 4. Auf der Seite der Hubstange 3 sind die Enden der ein Paar bildenden Blattfedern 10 mit Schrauben 14 miteinander verbunden.

An den einander zugewandten Seiten von Ventilplatte 1. Gegenlager 2 und abgeflachtem Teil 3' der Hubstange 3 sind Vertiefungen eingearbeitet, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind. Diese Vertiefungen bzw. Aussparungen erstrecken sich quer über die Bauteile 1, 2 und 3' und die von diesen Vertiefungen begrenzten Aussparungen nehmen paarweise angeordnete quaderförmige Stützkörper 5 auf, die hier als Leisten ausgebildet sind. Die hier winkelig zueinander stehenden Stützflächen für diese quaderförmigen Spreizkörper sind dabei durch stufenförmige Absätze in den Vertiefungen gebildet und bei geöffnetem Ventil (Fig. 3 und Fig. 5) begrenzen diese Vertiefungen umfangsseitig geschlossene Aussparungen, in welchen die erwähnten Spreizkörper 5 liegen.

Bei geöffnetem Ventil ist durch die Hubstange 3 die Ventilplatte 1 und das mit ihr über Federpaare 10 verbundene Gegenlager aus der in Fig. 3 ersichtlichen Durchgangszone des Ventils seitlich herausgeschwenkt. Soll das Ventil geschlossen werden, so wird über die Hubstange 3 die Ventilplatte vorerst in die Durchgangszone des Ventils eingeschwenkt und dann die Hubstange 3 in Richtung des Pfeiles 4 verschoben, bis der als Anschlag dienende Steg 21 an der Gehäuseinnenseite anstösst. Diese Stellung der Ventilteile ist in Fig. 3 dargestellt. Wird die Hubstange 3 in Richtung des Pfeiles 4 weiterbewegt, so treten nun die Spreizkörper 5 in Aktion. Die erwähnte Bewegung der Hubstange 3 bewirkt nämlich, dass die quaderförmigen Spreizkörper 5 sich allmählich aufstellen und diese Vorgänge sind in einzelnen Stufen in den Fig. 5 bis 9 dargestellt, wobei die Spreizkörper 5 um die Scheitellinie 12 der winkelig zueinander angeordneten Stützflächen 6 und 7 (siehe die Fig. 1 und 2) reibungslos kippen. Die Teile sind so bemessen und aufeinander abgestellt, dass bei der in Fig. 9 gezeigten aufrechten Stellung der Spreizkörper 5 das Ventil dicht geschlossen ist. Da die Stützfläche 7 der stufenförmigen Absätze mindestens so breit ist, gemessen in der Bewegungsrichtung 4 der Hubstange 3, wie die halbe Schmalseite 8 bzw. 9 der quaderförmigen Spreizkörper, ist das Ventil in der aus Fig. 9 ersichtlichen Schliesstellung durch den Sperrmechanismus verriegelt, d.h., zur Aufrechterhaltung der Schliesstellung ist kein äusserer Kraftaufwand erforderlich.

Vorstehend wurden die Spreizkörper 5 als quaderförmige Leisten, die sich über die Breite der Ventilplatte bzw. des Gegenlagers 2 erstrecken, beschrieben. Es ist möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, als Spreizkörper nur relativ kurze Quader zu verwenden, wobei dann auf jeder Seite des abgeflachten Teiles 3' der Hubstange 3 beispielsweise 4 solcher Quader angeordnet werden können, deren Verbindungslinien dann ein Polygonal bilden. Andere Anordnungen und Ausbildungen der Spreizkörper hinsichtlich

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ihrer Lage und ihrer Unterteilung sind durchaus möglich.

Soll das geschlossene Ventil nunmehr geöffnet werden, so wird die Hubstange entgegen des Pfeiles 4 nach aussen gezogen, die Spreizkörper kippen dabei um die Scheitellinie 12 in ihre Ausgangslage zurück und der anhand der Fig. 5 bis 9 ersichtliche Bewegungsablauf vollzieht sich nun in umgekehrter Reihenfolge, d.h., die Spreizkörper 5 gehen aus der in Fig. 9 ersichtlichen Stellung beim Zurückziehen der Hubstange 3 in die aus Fig. 5 ersichtliche Lage zurück, die Federpaare 10 ziehen dieTeile in ihre Ursprungslage, wie aus Fig. 3 ersichtlich zurück und das Ventil ist geöffnet, die Ventilplatte 1 befindet sich noch in der Durchgangszone des Ventiles, worauf durch Schwenken der Hubstange 3 um eine zur Ventilachse parallele Achse die Ventilplatte seitlich ausgefahren wird.

Hubstange 3 und abgeflachter Teil 3' wurden im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 einstückig dargestellt. Es ist durchaus möglich, hier zwei getrennt gefertigte Bauteile vorzusehen, die dann in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Für den Antrieb der Hubstange 3 dienen bekannte Stelltriebe, die elektrisch, motorisch, magnetisch, pneumatisch, hydraulisch od. dgl. betätigt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind ferner sowohl die Ventilplatte 1 wie auch das Gegenlager 2 als relativ starre Bauteile dargestellt. Es ist durchaus möglich, einen oder beide der erwähnten Bauteile so auszugestalten, und zwar vorzugsweise mit ringfederartigen oder tellerfederartigen Elementen, dass sie grössere Masstoleranzen in sich auszugleichen vermögen. Für Vakuumventile zu diesem Zweck entwickelte Elemente werden hier mit Erfolg eingesetzt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die stufenförmige Absätze bildenden Stützflächen 6,7 in Vertiefungen der Bauteile vorgesehen. Grundsätzlich wäre es möglich, eine oberflächige Stufe an diesen Bauteilen vorzusehen, wie dies schematisch die Fig. 10 verdeutlicht. Im Interesse einer möglichst geringen Baulänge L des Ventils ist es jedoch zweckmässig, diese winkelig zueinander stehenden, stufenförmige Absätze bildenden Stützflächen 6,7 vertieft anzuordnen, so dass bei der Offenstellung des Ventils (Fig. 3 und Fig. 5) diese Vertiefungen umfangsgeschlossene Aussparungen bilden, in welchen diese Spreizkörper 5 zur Gänze aufgenommen sind. Vorstehend wurde auch erläutert, dass die Stützfläche 7, auf welcher der Spreizkörper 5 bei verriegeltem Ventil aufsteht,

sich parallel zur Verschieberichtung 4 der Hubstange 3 erstreckt. Es ist auch möglich, diese Stützfläche 7 gegenüber dieser Verschieberichtung 4 etwas zu neigen, und zwar in dem Sinne, dass sich der Winkel zwischen den beiden Stützflächen 6 und 7 (siehe Fig. 9) etwas verkleinert. Beim Schliessen des Ventils überfährt dann der Spreizkörper 5 die in Fig. 9 gezeigte aufrechte Stellung und kippt dabei über seine Totpunktlage hinaus etwas nach rechts. Dadurch wird eine absolut sichere Verriegelung des Ventils erzielt, da damit sozusagen die Totpunktlage des Verriegelungskörpers überfahren worden ist und daher eines entsprechenden, wenn auch geringen Kraftaufwandes in der Folge bedarf, um das Ventil wieder zu öffnen, also den Spreizkörper 5 über die erwähnte Totpunktlage hinaus zu kippen in jene Lage, die die Fig. 8 und in der Folge die Fig. 7,6 und 5 zeigen.

Das Ventil erfährt seine grösste Belastung, wenn es geschlossen ist, sei es, dass diese Belastung durch den Schliessdruck oder durch einen am geschlossenen Ventil anstehenden Differenzdruck oder durch eine Überlagerung dieser beiden Drücke hervorgerufen wird. Bei einem Ventil mit einer Nennweite von ca. 100 mm und in Ganzmetallausführung ist in einem solchen Falle der Ventilteller und das Gegenlager und damit der gesamte Spreizmechanismus mit ca. 10 000 N belastet. Während dieser enormen Belastung liegen die Spreizkörper 5 grossflächig auf ihren jeweiligen Stützflächen 7 auf. Während des Schliessvorganges aber bzw. während des Öffnens des Ventils wirken auf die erwähnten Teile nur jene Kräfte ein, die von den Blattfedernpaaren 10 aufgebracht werden. Diese Kräfte liegen bei ca. 800 N. Nur während dieser relativ geringen Belastung sind die Spreizkörper 5 von der Scheitellinie 12 linienförmig unterstützt. Diese Betrachtungsweise der neuen Konstruktion zeigt, welch ausserordentlichen Vorteil gegenüber den bekannten Konstruktionen diese Erfindung bringt.

Durch die erfindungsgemässe Konstruktion wird auch eine besonders günstige Übersetzung von Schliesskraft zu Dichtkraft am Ventil erzielt. Diese Übersetzung liegt hier gegenüber den bekannten Spreizmechanismen ca. um das Doppelte höher, so dass mit kleinen Stellkräften hohe Schliessdrücke gewonnen werde können, so dass in weiterer Folge die Stellmechanik entsprechend klein dimensioniert werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

659 512 PATENTANSPRÜCHE

1. Vakuumschieberventil mit einer rechtwinkelig zur Ventilachse verschiebbaren Ventilplatte und einem Gegenlager sowie einem dazwischen angeordneten Spreizmechanismus, mit welchem in Verbindung mit einer Hubstange die Ventilplatte an den Ventilsitz dichtend anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hubstange (3) einerseits und der Ventilplatte ( 1 ) bzw. dem Gegenlager (2) andererseits quaderförmige Spreizkörper (5) liegen, welche bei entlastetem Spreizmechanismus mit der Richtung, in welche die Hubstange (3) zum Schliessen des Ventils verfahren wird, einen spitzen Winkel (a) einschliessen und die quaderförmigen Spreizkörper (5) mit ihren quer zur Bewegungsrichtung der Hubstange liegenden Schmalseiten (8,9) an winkelig zueinander stehenden, an der Hubstange (3) und an der Ventilplatte ( 1 ) bzw. dem Gegenlager (2) vorgesehenen Stützflächen (6,7) halbseitig anliegen und bei der Betätigung der Hubstange (3) im Sinne einer Schliessbewegung (4) die Spreizkörper (5) um die Scheitellinie (12) der winkelig zueinander angeordneten Stützflächen (6,7) schwenkend und den spitzen Winkel (a) vergrössernd sich aufrichten.

2. Vakuumschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die winkelig zueinander stehenden Stützflächen (6,7) durch stufenförmige Absätze in Vertiefungen der Hubstange (3) und der Ventilplatte (1) bzw. des Gegenlagers (2) gebildet sind.

3. Vakuumschieberventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Ventil die Vertiefungen umfangsseit geschlossene, die Spreizkörper (5) aufnehmende Aussparungen begrenzen.

4. Vakuumschieberventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Ventilplatte (1) bzw. im Gegenlager (2) einerseits und in der Hubstange (3) andererseits vorgesehenen, die der Aufnahme der quaderförmigen Spreizkörper (5) dienenden Aussparungen begrenzenden Vertiefungen korrespondierend zueinander ausgebildet sind, jedoch bezüglich der Trennebene der Aussparungen seitenverkehrt zueinander angeordnet sind.

5. Vakuumschieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest annähernd parallel zur Verschieberichtung (4) der Hubstange (3) liegende Stützfläche (7) eine Breite aufweist, die zumindest gleich der Breite der halben Schmalfläche (8,9) des Spreizkörpers (5), vorzugsweise etwas grösser als diese ist und der Spreizkörper (5) bei geschlossenem Ventil auf dieser Stützfläche (7) aufsteht.

6. Vakuumschieberventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (7), auf welcher der Spreizkörper (5) bei geschlossenem Ventil aufsteht, gegenüber der Verschieberichtung (4) etwas geneigt ist, so dass bei geschlossenem Ventil der Spreizkörper (5) sich in einer seine Totpunktlage überfahrene Lage befindet.