DE102005005473A1 - Einteiliges Federblechventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein einteiliges Federblechventil, das aus einem plattenförmigen Blechbauteil mit einem Ventilsitz und einer Verschlusslasche besteht, wobei die Verschlusslasche eine Öffnung abdeckt und bei anliegendem Öffnungsdruck abhebt. DOLLAR A Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik besteht die Aufgabe darin, ein einteiliges Federblechventil zu schaffen, das sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und eine verbesserte Öffnungs- und Schließcharakteristik besitzt. DOLLAR A Als Lösung wird vorgeschlagen, dass das Blechbauteil 1 einen Befestigungsabschnitt 2 aufweist und die Verschlusslasche 3 durch eine umlaufende Trennfuge 4 gebildet ist, die an der zum Befestigungsabschnitt 2 gegenüberliegenden Seite durch eine biegesteife Verbindungsstelle 5 unterbrochen ist. Dadurch werden zwei symmetrische, die Veschlusslasche 3 umgebende und mit dieser in Verbindung stehende Biegearme 6, 7 gebildet, die sich an den Befestigungsabschnitt 2 anschließen. Die beiden Biegearme 6, 7 sind im montierten Zustand des Ventils mit einem positiven und einem negativen Biegemoment beaufschlagt, derart, dass bei anliegendem Öffnungsdruck die Verschlusslasche 2 durch eine nahezu parallele Bewegung abhebt und die Biegearme 6, 7 eine synchrone Schwenkbewegung ausführen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein einteiliges Federblechventil, das aus einem plattenförmigen Blechbauteil mit einem Ventilsitz und einer Verschlusslasche besteht, wobei die Verschlusslasche eine Öffnung abdeckt und bei anliegendem Öffnungsdruck abhebt.
• Ventile dieser Art werden insbesondere als Auslassventile für gasförmige oder flüssige Medien eingesetzt, z. B. als Überdruck- oder Unterdruckventil.
• Aus der DE 198 34140 A1 ist ein gattungsgemäßes Ventil bekannt, das aus einer runden, gelochten Blechplatte, dem Ventilsitz, und einer darüber liegendenden Verschlusslasche als Ventilkörper besteht. Das Ventil ist einstückig aus einem Blech ausgestanzt, wobei der Rand und die Verschlusslasche um 180° nach oben umgebördelt sind. Die Ventillasche liegt auf dem Ventilsitz auf und wird bei ausreichendem Öffnungsdruck nach oben bewegt, in eine Schrägstellung zur Bildung eines Öffnungsspaltes.
• Von Nachteil ist, dass die unter Vorspannung stehende Verschlusslasche wie ein Klappenventil wirkt und die Verschlusslasche mit zunehmendem Öffnungsdruck um ihre Drehachse nach oben geschwenkt wird. Dies wirkt sich nachteilig auf das Regelverhalten des Ventils aus. In bestimmten Anwendungsfällen steht nur ein eng begrenzter Bauraum zu Verfügung, der einen Einsatz eines Klappenventils, bedingt durch die Schwenkbewegung der Verschlusslasche, nicht zulässt.
• Außerdem ist das vorgenannte einteilige Ventil aufgrund der erforderlichen Umbördelungen aufwendig in seiner Herstellung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einteiliges Federblechventil zu schaffen, das sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und eine verbesserte Öffnungs- und Schließcharakteristik besitzt.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.
• Das einteilige Federblechventil ist so ausgelegt, dass das entsprechend der äußeren Kontur des Ventils ausgestanzte Blechbauteil einen Befestigungsabschnitt aufweist, an den sich zwei symmetrisch angeordnete Biegearme anschließen, die an der zum Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Seite in die Verschlusslasche übergehen. Gemäß der vorgegebenen äußeren Kontur für die Verschlusslasche wird diese durch eine umlaufende Trennfuge gebildet, die an der zum Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Seite durch eine biegesteife Verbindungsstelle unterbrochen ist. Die Trennfuge ist in Abhängigkeit vom angewendeten Trennverfahren, wie z. B. Stanzen oder Laserschneiden, als Spalt oder Trennschnitt ausgebildet. Dadurch werden zwei symmetrische, die Verschlusslasche umgebende und mit dieser in Verbindung stehende Biegearme gebildet, die von dem Befestigungsabschnitt abzweigen und mit diesem in Verbindung stehen. Der Befestigungsabschnitt bildet somit die Einspannstelle für die beiden Biegearme.
• Da die gehäuseseitige Befestigungsstelle für die Befestigung des Ventils unterhalb des Öffnungsrandes bzw. der Verschlusslasche, in einem definierten Abstand zum Öffnungsrand liegt, wird während der Montage, die Verschlusslasche liegt auf dem Öffnungsrand auf, durch die Befestigung des Befestigungsabschnittes des Ventils an der entsprechenden gehäuseseitigen Befestigungsstelle die Vorspannung in den Biegearmen erzeugt.
• Die Biegearme werden während der Montage zum Teil mit einem positiven und einem negativen Biegemoment beaufschlagt. Ein Biegemoment ist „positiv", wenn an der Unterseite des Biegearmes Zug erzeugt wird, und „negativ", wenn an der Unterseite des Biegearmes Druck erzeugt wird.
• Durch die eingeleiteten Biegemomente wird das Teilstück der Biegearme, das sich an den Befestigungsabschnitt anschließt, einer Krümmung „nach oben" unterworten und das sich anschließende Teilstück, das mit der Verschlusslasche in Verbindung steht, wieder „nach unten" gebogen, so daß die Verschlußplatte in eine parallele Lage zum Öffnungsrand zu liegen kommt.
• Der gleiche Effekt wird erzeugt wenn die Biegearme entsprechend der Verformung wie beschrieben vorgebogen werden und das Federblechventil anschließend gegen eine ebene Fläche geschraubt und dabei vorgespannt wird.
• Durch die aufgebrachten Biegemomente wird erreicht, dass die Verschlusslasche im Betriebszustand, bei anliegendem Öffnungsdruck, eine nahezu parallele Bewegung zur Öffnung bzw. dem Öffnungsrand ausführt, also abhebt, und dabei die beiden Biegearme eine synchrone Schwenkbewegung ausführen. Bei abnehmendem Öffnungsdruck erfolgt dann ebenfalls eine parallele Bewegung der Verschlusslasche in entgegengesetzter Richtung.
• Durch die nahezu parallele Abhebbewegung der Verschlusslasche beim Öffnen des Ventils wird somit ein gleichmäßiger Ringspalt zum Abströmen des Mediums freigegeben. Die Verschlusslasche als solche wird durch den anliegenden Öffnungsdruck keiner Schwenk oder Drehbewegung ausgesetzt. Ist der Öffnungsdruck kleiner als der durch die Vorspannung erzeugte Anpressdruck der Verschlusslasche, so wird diese gleichmäßig fest gegen den Öffnungsrand der abzudeckenden Öffnung gedrückt, da die Wirkungslinie der Anpresskraft genau in der Mitte der Verschlusslasche liegt. Die Verschlusslasche bewirkt somit eine gute Abdichtung der Öffnung.
• Im montierten Zustand des Ventils liegt die gehäuseseitige Befestigungsstelle für die Befestigung des Ventils unterhalb des Öffnungsrandes bzw. der Verschlusslasche, in einem definierten Abstand zum Öffnungsrand. Durch Veränderungen dieses Abstandes lässt sich die Vorspannung für die Biegearme einstellen.
• Eine auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Federcharakteristik kann durch eine Veränderung der Breite der Biegearme und/oder der Blechdicke erfolgen.
• Die Verschlusslasche kann in ihrer Form bzw. äußeren Kontur unterschiedlich ausgebildet sein, in Abhängigkeit von der Querschnittsform der zu verschließenden Öffnung bzw. der Außenkontur des Gehäuses im Bereich der Öffnung. Vorzugsweise besitzt die Verschlusslasche eine kreisrunde, ovale oder rechteckige Form.
• Das erfindungsgemäße Federblechventil zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus und lässt sich kostengünstig als Blechstanzteil herstellen. Bedingt durch den extrem flachen Aufbau und die parallele Bewegung der Verschlusslasche erfordert es nur einen kleinen Einbauraum. Eine bevorzugter Anwendungsfall ist daher der Einsatz in sogenannten schaltbaren Minizyklonen zur Ölabscheidung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen von Verbrennungsmotoren. Das Federblechventil befindet sich am Gasauslassrohr des Zyklons. Das als Tauchrohr ausgebildete Gasauslassrohr überragt den Deckel des Zyklons in einem Abstand entsprechend der gewünschten Vorspannung. Die Verschlusslasche deckt die Gasauslassöffnung ab und der Befestigungsabschnitt des Federblechventils liegt auf dem Deckel des Zyklons auf und wird an diesem befestigt, z. B. durch Schweißen oder eine Schraubverbindung. Bei einem Einsatz von sogenannten Mehrfachzyklonen kann das Federblechventil auch als Mehrfachventil, z. B. Doppelventil, ausgebildet sein. In diesem Fall besitzen die Biegearme zweier spiegelbildlich angeordneter Ventile einen gemeinsamen Befestigungsabschnitt. Durch eine unterschiedliche Breite der Biegearme der Ventile kann die Öffnungscharakteristik der Ventile auf die in den Zyklonen herrschenden Druckverhältnisse abgestimmt werden, so dass einzelne Zyklone nacheinander zuschaltbar sind.
• Das vorgeschlagene Federblechventil besitzt, aufgrund der in der Mitte der Verschlusslasche wirkenden resultierenden Anpresskraft und der nahezu parallelen Öffnungs- und Schließbewegung der Verschlusslasche, eine sehr gute Öffnungs- und Schließcharakteristik.
• Das Federblechventil wird vorzugsweise als Absperr- und Regelventil für gasförmige oder flüssige Medien eingesetzt, z. B. auch als Rückschlagventil oder Überdruckventil. Es kann auch als Druckbegrenzungsventil in Hydrauliksystemen eingesetzt werden. Die Dicke des eingesetzten Federbleches richtet sich nach den jeweiligen Einsatzbedingungen und Anforderungen.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
• 1 das Federblechventil als Draufsicht,
• 2 das Federblechventil gemäß 1 im montierten Zustand als Schnitt gemäß der Linie A-A in 1,
• 3 den Momentenverlauf der Biegearme,
• 4 die Biegelinie der Biegearme im verformten und unverformten Zustand,
• 5 die Ausführungsvariante eines Doppelventils als Draufsicht und
• 6 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 5.
• Das in 1 gezeigte einteilige Ventil 1 ist aus einem Federblech entsprechend der gewünschten Außenkontur ausgestanzt oder ausgeschnitten. Es besitzt einen Befestigungsabschnitt 2, eine Verschlusslasche 3 mit einer kreisrunden Außenkontur und zwei Biegearme 6 und 7, die mit der Verschlusslasche 3 in Verbindung stehen. Das Ventil 1 ist zur Abdeckung einer kreisförmigen Öffnung bestimmt, die durch eine gestrichelte Linie (Kreis) in 1 gekennzeichnet ist. Die Verschlusslasche 3 ist durch eine umlaufende Trennfuge 4 gebildet. Die Trennfuge 4 wird durch einen Stanzvorgang oder einen Laserschnitt erzeugt, in Form einen Kreisausschnittes von ca. 300°. An der zu dem Befestigungsabschnitt 2 gegenüberliegenden Seite ist die Trennfuge 4 durch eine biegesteife Verbindungsstelle 5 unterbrochen. An den Befestigungsabschnitt 2 schließen sich zwei symmetrische, die Verschlusslasche 3 umgebende Biegearme 6 und 7 an, die durch die Trennfuge 4 gebildet werden. Die beiden symmetrischen Biegearme 6, 7 gehen, gegenüberliegend zu dem Befestigungsabschnitt 2, wieder in die verbindungssteife Verbindungsstelle 5 über.
• Das Ventil zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus und lässt sich sehr kostengünstig herstellen. Die Biegearme 6, 7 sind im montierten Zustand des Ventils mit einem positiven und einem negativen Biegemoment beaufschlagt, derart, dass bei anliegendem Öffnungsdruck auf die Verschlusslasche 3 diese durch eine nahezu parallele Bewegung abhebt, wobei die beiden Biegearme 6, 7 eine synchrone Schwenkbewegung ausführen.
• Die Beaufschlagung der Biegearme mit einem positiven und negativen Biegemoment kann entweder vor der Montage des Ventils oder unmittelbar während der Montage erfolgen.
• Im montierten Zustand des Ventils liegt die Verschlusslasche 3 vollkommen dicht auf dem Öffnungsrand 9 der abzudeckenden Öffnung 8 auf. Die Befestigungsstelle, z. B. eine Abdeckung 12 oder ein Gehäusebauteil, zur Befestigung des Ventils ist in einem definierten Abstand a zum Öffnungsrand 9 der abzudeckenden Öffnung angeordnet. Das die Auslassöffnung bildende Teilstück überragt die Abdeckung 12 um den Abstand a. Durch die Größe des Abstandes a zwischen der Befestigungsstelle 10 und dem Öffnungsrand 9 lässt sich die Vorspannung für die ein Biegearmpaar bildenden Biegearme 6, 7 einstellen. Außerdem kann durch eine Veränderung der Breite der Biegearme 6, 7 und/oder die Blechdicke die Federcharakteristik des Ventils verändert werden. Eine Veränderung der Breite des Biegearmpaares kann z. B. durch die Einstellung unterschiedliche Spaltbreiten bei Bildung der Trennfuge erfolgen.
• Ein wesentlicher Vorteil des Ventils besteht darin, dass während der Öffnungs- oder Schließbewegung die Verschlusslasche 3 eine nahezu parallele Bewegung ausführt. Dadurch wird in Abhängigkeit vom anliegenden Öffnungsdruck ein gleichmäßig konstanter Ringspalt s freigegeben, wie in 2 gezeigt. In bestimmten Anwendungsfällen, wie z. B. bei der Abführung von in einem Zyklon oder Abscheider abgetrennten gasförmigen Komponente, ist es von großem Vorteil für die Betriebsverhältnisse im System, wenn diese gleichmäßig abströmen kann. An sich bekannte Klappenventile weisen vergleichsweise eine ungünstigere Öffnungscharakteristik auf.
• Der Momentenverlauf der Biegearme sowie deren Verformung (Biegelinie) sind in den 3 und 4 gezeigt, wobei mit M_b das Biegemoment und mit F die eingeleitete Kraft bezeichnet sind.
• In 2 ist das Ventil im montierten Zustand gezeigt. Der Öffnungsrand 9 einer Gasauslassöffnung 8 überragt die Befestigungsstelle für das Ventil um den Abstand a, der z. B. 5 mm beträgt. Durch diesen Abstand a wird die Vorspannung für das Ventil 1 festgelegt. Nach dem Aufliegen der Verschlusslasche 3 auf dem Öffnungsrand 9 wird der Befestigungsabschnitt 2 des Ventils an der Abdeckung 12 befestigt, z. B. mittels einer Schraubverbindung 10, wodurch die Biegearme 6, 7 mit den erforderlichen Biegemomenten beaufschlagt und verformt werden. Dabei wird die Verschlusslasche 3 fest und dicht gegen den Öffnungsrand 9 gedrückt. Bei anliegendem Öffnungsdruck, der in 2 durch einen Pfeil angedeutet ist, hebt die Verschlusslasche 3 nahezu parallel zum Öffnungsrand 9 ab und gibt einen Ringspalt s zur Abströmung des Gases frei. Während der Abhebbewegung führen die Biegearme 6, 7 eine synchrone Schwenkbewegung aus.
• In den 5 und 6 ist eine Ausführungsvariante des Federblechventils als Doppelventil 11 gezeigt. An den mittig angeordneten Befestigungsabschnitt 2 schließen sich die Biegearmpaare 6, 7 und 6', 7' an, die jeweils gegenüberliegend zu dem Befestigungsabschnitt 2 in die verbindungssteife Verbindungsstelle 5, 5' übergehen. Die Biegearme 6, 7 und 6', 7' weisen eine unterschiedliche Breite auf. Dadurch besitzen die beiden Ventile eine unterschiedliche Öffnungscharakteristik. Die unterschiedliche Breite der Biegearme, einerseits 6, 7 und andererseits 6', 7' wird durch Ausstanzen von Kreissausschnitten unterschiedlicher Spaltbreiten erhalten. Ein derartiges Doppelventil ist z. B. für die Gasauslassöffnungen 8, 8' von zwei aneinandergrenzenden Zyklonen bestimmt, die einen gemeinsamen Deckel 12 besitzen.

Claims (9)

1. Einteiliges Federblechventil, bestehend aus einem plattenförmigen Blechbauteil mit einem Ventilsitz und einer Verschlusslasche, die eine Öffnung abdeckt und bei anliegendem Öffnungsdruck abhebt, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (1) einen Befestigungsabschnitt (2) aufweist und die Verschlusslasche (3, 3') durch eine umlaufende Trennfuge (4, 4') gebildet ist, die an der zum Befestigungsabschnitt (2) gegenüberliegenden Seite durch eine biegesteife Verbindungsstelle (5, 5') unterbrochen ist, wodurch zwei symmetrische, die Verschlusslasche (3, 3') umgebende und mit dieser in Verbindung stehende Biegearme (6, 7, 6', 7') gebildet sind, die sich an den Befestigungsabschnitt (2) anschließen, und die beiden Biegearme (6, 7, 6', 7') im montierten Zustand des Ventils mit einem positiven und einem negativen Biegemoment beaufschlagt sind, derart, dass bei anliegendem Öffnungsdruck die Verschlusslasche (3, 3') durch eine nahezu parallele Bewegung abhebt und die Biegearme (6, 7) eine synchrone Schwenkbewegung ausführen.
2. Federblechventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand die Verschlusslasche (3, 3') abdichtend auf dem Öffnungsrand (9) der abzudeckenden Öffnung (8, 8') aufliegt und die Befestigungsstelle für die Befestigung des Ventils (1, 11) in einem definierten Abstand (a) zum Öffnungsrand (9) angeordnet ist.
3. Federblechventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Abstand (a) zwischen der Befestigungsstelle und dem Öffnungsrand (9) die Vorspannung für die Biegearme (6, 7, 6', 7') einstellbar ist.
4. Federblechventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilstück der Biegearme (6, 7, 6', 7'), das sich an den Befestigungsabschnitt (2) anschließt, mit einem positiven Biegemoment beaufschlagt ist und das Teilstück, das sich an die Verbindungsstelle (5) anschließt, mit einem negativen Biegemoment beaufschlagt ist.
5. Federblechventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Breite der Biegearme (6, 7, 6', 7') und/oder die Blechdicke des plattenförmigen Blechbauteils (1) die Federcharakteristik veränderbar ist.
6. Federblechventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusslasche (3, 3') eine kreisrunde, ovale oder rechteckförmige Außenkontur besitzt.
7. Federblechventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfuge (4, 4') zwischen der Verschlusslasche (3, 3') und den Biegearmen (6, 7, 6', 7') als Spalt oder Trennschnitt ausgebildet ist.
8. Federblechventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Mehrfachventil (11) ausgebildet ist, wobei die Biegearme (6, 7, 6', 7') der einzelnen Ventile einen gemeinsamen Befestigungsabschnitt (2) besitzen.
9. Federblechventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ventile eine unterschiedliche Federcharakteristik besitzen.