DE1171685B

DE1171685B - Klappenventil mit Differentialkolben

Info

Publication number: DE1171685B
Application number: DEB48640A
Authority: DE
Inventors: Karl Adams
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-04-21
Filing date: 1958-04-21
Publication date: 1964-06-04
Also published as: DE1181512B

Description

Klappenventil mit Differentialkolben Die Erfindung betrifft ein Klappenventil mit einer die Rohrleitung durchquerenden Welle. An der Welle ist ein vom Druckzustand vor und hinter der Klappe gesteuerter Differentialkolben angeschlossen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Klappe der genannten Art, bei der an die Welle wahlweise eine andere, willkürlich betätigbare Antriebsvorrichtung anschließbar ist.
Ein derartiges Klappenventil mit zentrischerWelle ist als Absperrklappe bekannt. Es kann wahlweise von Hand oder durch Kolbenkraft bedient werden. Die Einrichtung zur Ausübung der Kolbenkraft hat eine Steuervorrichtung, die in Abhängigkeit von dem Druckzustand vor oder hinter dem Klappenventil z. B. Preßluft auf die eine oder die andere von zwei verschieden großen Kolbenseiten gibt.
Die Erfindung bezweckt, ein Klappenventil, z. B. für größere Wasserversorgungsanlagen, zu schaffen, das zur Einsparung von Armaturen wahlweise entweder als durch den Druck des Fördermediums angetriebene Rückschlagklappe oder als mit einer Fremdenergie betätigbare Absperrklappe arbeitet.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei exzentrischer Lagerung der Welle der Zylinder der größeren Kolbenfläche durch ein Ausgleichrohr in ständig offener Verbindung mit dem in Strömungsrichtung hinter der Klappe gelegenen Teil des Gehäuses steht. Der Zylinder der kleineren Kolbenfläche steht durch ein Ausgleichrohr in ständig offener Verbindung mit dem vor der Klappe gelegenen Teil des Gehäuses. Der Durchflußwiderstand mindestens des zum Zylinder der kleineren Kolbenfläche führenden Ausgleichrohres ist derart bemessen, daß bei Auftreten einer Umkehrströmung in der Rohrleitung eine die Geschwindigkeit der Schließbewegung der Klappe kurz vor ihrem Ende bremsende Druckdifferenz an den beiden Kolbenflächen entsteht.
Ein Klappenventil mit exzentrischer Lagerung ist als Rückschlagklappe bekannt. Die exzentrische Lagerung erzeugt wie bei der erfindungsgemäßen Klappe ein schließendes oder öffnendes Differenzmoment aus dem strömenden Medium. Jedoch ist die bekannte Klappe in Achszapfen gelagert, während die erfindungsgemäße Klappe mit einer Welle drehbar ist. Die erflndungsgemäße Klappe erhält über die Welle von dem Differentialkolben schließende, öffnende oder bremsende Momente, die ihr als Rückschlagklappe vorteilhafte Eigenschaften geben und dabei vor allem ein sanftes Aufsetzen ermöglichen, wie in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels näher erläutert ist. Mit Hilfe des von dem Ventil über Verbindungsrohre sperrbaren Mediums die Klappe über einen Differentialkolben zu bedienen, ist nicht neu. Es sind nämlich Ventile bekannt die über handbetätigte Schalthähne die Druckseite und die drucklose Seite der Leitung so auf die beiden Kolbenseiten schalten, daß das Ventil keine fremde Betätigungsenergie benötigt. Ein anderes bekanntes Ventil dieser Art ist ein kolbenbetätigtes Schnellschlußventil für Dampfleitungen.
In zweckmäßiger Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen Klappenventils kann das zum Zylinder der kleineren Kolbenfläche führende Ausgleichrohr mit einer einstellbaren Drossel versehen sein. Einstellbare Drosselstellen zur Dämpfung eines Aufsetzstoßes sind bei einer Zylinderanordnung eines Ab- sperrklappenventils an sich bekannt.
Der Differentialkolben kann über ein Zahnstangengetriebe mit dem Zapfen der Welle verbunden sein, und das Rad des Zahnstangengetriebes kann Losrad einer Kupplung sein, dessen anderes Losrad ein Schneckenrad ist.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein wahlweise als Absperr- oder Rückschlagklappe betreibbares Klappenventil einer Großrohrflüssigkeitsleitung, ün Querschnitt nach Linie 1-1 der Fig. 2, F i g. 2 das Klappenventil nach F i g. 1 im Längsschnitt nach Linie II-II.
In einem aus einem kurzen Rohr 1, das an beiden Enden mit Vorschweißflanschen 2 versehen ist, bestehenden Gehäuse 3 sitzt ein an beiden Enden spitz zulaufendes Futterrohr 4. Der Innenmantel des Futterrohres ist Dichtsitz für eine Klappe 5. Die Klappe 5 nimmt in der Schheßstellung eine Schräglage ein. Die Nahe 6 der Klappe 5 liegt exzentrisch zu dem Umkreis der Klappe. Hierdurch ist der in Richtung der Strömung 12 öffnende Teil 7 der Klappe länger als der Teil 8. Die Nabe wird durch eine Welle 9 durchdrungen, die zwei Paßfedern 10 hat. Die Welle 9 durchtritt Büchsen 13 bzw. 14. Im Bereich der Büchse 13 ist ein mit einem Deckel 16 versehener Flansch 15 an das Rohr 1 angeschweißt. In dem Deckel liegt zentrisch eine Kugel 17, auf der das eine Ende der Welle drehbar gelagert ist. Auf der dem Flansch 15 gegenüberliegenden Seite des Rohres 1 ist auf die Büchse 14 der Boden 18 eines Gehäuses 19 aufgesteckt und mit dem Rohr 1 verschraubt. Auf dem Boden 18 ist der Flansch 20 des Gehäuses 19 mit Schrauben 21 befestigt. Das Gehäuse 19 nimmt die Antriebsteile und die andere Lagerung der Welle 9 auf. Die Lagerung besteht ebenfalls aus einer Kugel 17, die jedoch durch eine mit einem Teller 52 versehene Einstellschraube 53 nachstellbar ist.
In einem zweistufigen Zylinder 22 ist ein Differentialkolben 23 verschiebbar, der über eine Kolbenstange 24 mit einer Zahnstange 25 verbunden ist. Der Zylinder 22 ist mit seinem dünneren Ende an einem Auge 26 des Gehäuses 19 festgesehraubt. Das Auge 26 trägt innen eine Führungsbüchse 27 für die Kolbenstange 24 und eine Dichtung 28. Das andere Ende des Zylinders ist durch einen Deckel 29 verschlossen. In den Zylinder führen Ausgleichrohre 30 und 31 hinein. Das Ausgleichrohr 30 bewirkt eine ständig offene Verbindung der kleineren Kolbenfläche 23 a mit dem in Strömungsrichtung 12 vor der Klappe 5 gelegenen Teil des Klappengehäuses 3, und das Ausgleichrohr 31 bewirkt eine ständig offene Verbindung der größeren Kolbenfläche 23 b mit dem in Strömungsrichtung hinter der Klappe gelegenen Teil. Am übergang zwischen den beiden Zylinderdurchmessern hat der Zylinder eine oder mehrere Entlüftungsbohrungen 32.
Die Zahnstange 25 wird durch eine mit Spurkränzen versehene Rolle 33 geführt und liegt auf einem Zahnrad 34 auf, das als Losrad einer Schaltkupplung 35 auf der Welle 9 drehbar gelagert ist. In das Zahnrad 34 können Mitnehmerbolzen 38 des Festrades 39 der Kupplung hineingreifen. Das Festrad ist drehmomentschlüssig auf der Welle 9 verschiebbar. Ein anderes Losrad 41 der Kupplung kämmt als selbsthemmendes Schneckenrad mit einer Schnecke 44, die auf einer aus dem Gehäuse heraustretenden Welle 45 sitzt und mit einem Handrad 46 versehen ist. Das Festrad 39 hat eine Ringnut 47, in die Zapfen 48 eines im Punkt 51 gelagerten Handhebels 49 hineingreifen.
Beim Betrieb des Klappenventils als Absperrklappe befindet sich das Festrad 39 der Kupplung 35 in Verbindung mit dem Schneckenrad 41. Der Handhebel 49 befindet sich in der strichpunktiert angedeuteten unteren Stellung. Die Klappe 5 ist damit in der Absperrstellung arretiert, weil das Schneckengetriebe 44/41 selbsthemmend ist. Durch Drehen des Handrades 46 wird über das Schneckengetriebe und über das Festrad 39 die Welle um nahezu 90' gedreht. Die Klappe 5 nimmt dann die Stellung 5' ein. Sie kann in dieser Stellung arretiert bleiben, oder sie kann durch Umschaltung der Kupplung 35 auf den Betrieb als Rückschlagklappe umgestellt werden.
Beim Betrieb des Klappenventils als Rückschlagklappe befindet sich das Festrad 39 in Verbindung mit dem Losrad 34. Die Klappe 5 wird durch die Wirkung des Differentialkolbens 23 geöffnet, wenn p, um so viel größer als P2 wird, daß die Verschiebekraft der kleineren Kolbenfläche 23 a größer als die Verschiebekraft der Kolbenfläche 23 b ist. Dann nimmt der in der Zeichnung nach rechts wandernde Differentialkolben 23 über die Kolbenstange 24 die Zahnstange 25 mit und öffnet die Klappe 5. Während des öffnens, d. h. bei geringer werdendem Drosselwiderstand der Klappe auf das in Richtung 12 strömende Medium, wird das Verhältnis p,Ip. kleiner, bleibt aber wegen des restlichen Durchflußwiderstandes größer als 1. Hierdurch sind in der geöffneten Endstellung die Kräfte an den Kolbenflächen 23 a und 23 b etwa gleich groß. Der öffnungsvorgang wird durch die exzentrische Lagerung der Klappe unterstützt. Wird Pl = P2, d. h. wird die Wasserströmung gleich Null, so überwiegt die Verschiebekraft an der Kolbenfläche 23 b. Die Folge ist ein langsames Schließen der Klappe. Wird P, < P2, d. h. tritt eine Rückströmung auf, so geschieht das Schließen wesentlich rascher, weil nicht nur die Verschiebekraft des Differentialkolbens größer als vorher geworden ist, sondern auch, weil der längere Teil 7 der Klappe ein die Klappe schließendes Drehmoment ausübt.
Das Drehmoment ist kurz vor der Absperrstellung der Klappe sehr groß. Trotzdem schließt die Klappe nicht so schnell, daß sie schlagartig auf den Innenmantel des Futterrohres 4 auftrifft. Der Differentialkolben 23 wirkt nämlich jetzt als Bremse, d. h. als Dämpfer. Die Ausgleichrohre 30 und 31 sind dazu so eng bemessen, daß sie kurz vor der Schließstellung als Drosseln für das in die Zylinderräume eintretende bzw. austretende Wasser wirken. Man kann die Drosselwirkung auch durch ein einstellbares, in das Ausgleichrohr 30 eingebautes Regulierventil erzeugen, wobei die Durchmesser der Ausgleichrohre 30 und 31 dann größer bemessen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Klappenventil mit einer die Leitung durchquerenden, an einem vom Druckzustand vor und hinter der Klappe gesteuerten Differentialkolben angeschlossenen Welle, vorzugsweise mit einer wahlweise an die Welle anschließbaren anderen, mechanisch willkürlich betätigbaren Antriebsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß bei exzentrischer Lagerung der Welle der Zylinder der größeren Kolbenfläche(23b) durch ein Ausgleichrohr (31) in ständig offener Verbindung mit dem in Strömungsrichtung (12) hinter der Klappe (5) gelegenen Teil des Klappengehäuses (3) steht, daß der Zylinder der kleineren Kolbenfläche (23a) durch ein Ausgleichrohr (30) in ständig offener Verbindung mit dem vor der Klappe gelegenen Teil des Gehäuses steht, und daß der Durchflußwiderstand mindestens des zum Zylinder der kleineren Kolbenfläche führenden Ausgleichrohres derart bemessen ist, daß bei Auftreten einer Umkehrströmung in der Rohrleitung eine die Geschwindigkeit der Schließbewegung der Klappe kurz vor ihrem Ende bremsende Druckdifferenz an den beiden Kolbenflächen (23 a und 23 b) entsteht.
2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Zylinder der kleineren Kolbenfläche (23 a) führende Ausgleichrohr (30) in an sich bekannter Weise eine einstellbare Drosselstelle hat. 3. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (23) über ein an sich bereits bekanntes Zahnstangengetriebe (25/34) mit dem Zapfen der Welle (9) verbunden ist. 4. Klappenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (34) des Zahnstangengetriebes das eine Losrad einer wahlweise mit diesem oder einem anderen Losrad (41) verbindbaren, mit der Welle drehfest verbundenen Kupplung (35) ist, wobei das andere Losrad ein Schneckenrad ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 349 305, 361642, 586 304; schweizerische Patentschriften Nr. 109 350, 324 814; französische Patentschrift Nr. 417 438; USA.-Patentschriften Nr. 2 390 882, 2 761424.