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Absperr-, Rückschlagklappe Die Erfindung bezieht sich auf eine Absperr-
bzw. Rückschlagklappe mit einer in einem zylindrischen Gehäuse um eine außerhalb
ihrer Ebene gelegene Achse schwenkbaren Klappe und mit einem Gehäusedichtring, dessen
Berührungsfläche mit dem den Rand der Klappe umgebenden Dichtring einen Ausschnitt
aus dem Mantel eines Kegels bildet, dessen Spitze auf der der Schwenkachse gegenüberliegenden
Seite der Klappe liegt und dessen Achse ebenso wie die Normale auf die Ebene des
Gehäusedichtringes schräg zur Gehäuseachse liegt.
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Wenn bei Absperrklappen für Rohrleitungen mit einer ringförmigen,
in der Schließstellung an einer Mantelfläche des Gehäuses anliegenden Dichtung die
Drehachse der Klappe in der Dichtebene liegt, so kann - unter der Voraussetzung,
daß die Klappe zur kreisförmigen Rohrebene etwas schräg gestellt ist -ein Andrücken
der Dichtung in Schließstellung durch Drehen der Klappe nur in denjenigen Teilen
stattfinden, die nicht unmittelbar in der Nähe der Drehachse liegen. Man hat daher
die ringförmige Dichtung in der Nähe der Achse vielfach unterbrochen und hier besondere
Dichtmittel angebracht, um einen druckdichten Abschluß zu erzielen. Abgesehen davon,
daß ein zuverlässiger Abschluß bei an der Achse unterbrochener Dichtung bei höheren
Drücken kaum zu erreichen ist, sind derartige zusätzliche Dichtmittel in der Formgebung
kompliziert und in der Herstellung teuer.
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Es ist bereits bekannt, Absperrklappen um eine außerhalb der Dichtebene
liegende Achse zu drehen und die Innenfläche des Sitzringes am Gehäuse als Kugelfläche
auszubilden, während der Klappenrand mit einer geschlossenen, schmalen Lippendichtung
oder Ringdichtung versehen wird, die in Schließstellung in den Sitzring einpaßt.
Ein keilförmiges Festklemmen oder Anziehen der Dichtungsteile über den ganzen Umfang
der die Dichtung bewirkenden Flächen ist auch hierbei nicht möglich.
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Auch Rückschlagklappen sind bekannt, die um eine außerhalb ihrer Dichtebene
gelegene Achse schwenken und mit einem Dichtring versehen sind, dessen Berührungsfläche
mit dem den Rand der Klappe umgebenden Dichtring einen Kegel bildet, dessen Spitze
auf der der Schwenkachse gegenüberliegenden Seite der Klappe liegt. Auch diese Klappen
erreichen auf Grund der Lage der Kegelachse zur Dichtebene in Achsennähe keine einwandfreie
Dichtwirkung in beiden Strömungsrichtungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Absperrklappe,
Rückschlagklappe oder ähnlichen Armatur für Rohrleitungen der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß sie im Aufbau einfach und billig in der Herstellung ist
und bei der eine geschlossene ununterbrochene Ringfläche aus nachgiebigem Material
beim Einschwenken der Klappe in den Gehäusesitz auf dem ganzen Umfang einen keilförmigen
Andruck ergibt, ohne daß Verklemmungen der Dichtung eintreten, ehe sie ihre Endlage
im Gehäusesitz erreicht hat. Dabei soll die dichtende Ringfläche möglichst breit
sein, um bei mäßiger Flächenpressung die Anwendung einer hohen Anpreßkraft zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Normale
und die Achse des Kegels im entgegengesetzten Sinne schräg zur Gehäuseachse stehen
und daß die Achse des Kegels mit der Normalen auf die Ebene des Gehäusedichtringes
einen Winkel bildet, der zwischen 10 und 30° liegt. Die Drehachse kann dabei exzentrisch
zur Kegelachse angeordnet sein, d. h., in derjenigen durch die Kegelachse gelegten
Ebene, die senkrecht zur Drehachse der Klappe steht, hat das Lot von dem Schnittpunkt
der Drehachse auf die Kegelachse eine bestimmte Länge.
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Die Vorteile der neuen Bauart werden weiter unten im Zusammenhang
mit der Figurenbeschreibung näher erläutert.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Klappen gemäß
der Erfindung in geschlossenem Zustande in einem Schnitt durch die Mittelachse des
Gehäuses senkrecht zur Drehachse dargestellt, und zwar zeigt F i g.1 eine Absperrklappe,
F i g. 2 eine Absperr- und Rückschlagklappe.
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In beiden Figuren stellt 10 das Klappengehäuse mit den beiden
Anschlußflanschen dar. In dem Gehäuse befindet sich der Dichtring 12, dessen innere
Mantelfläche 20 das Auflager für den Außenrand 16
des
Dichtringes 15 der Klappe 14 bildet. Die Klappe 14 ist um die Achse 13 drehbar im
Gehäuse 10 gelagert. Der geschlossene Dichtring 15 der Klappe ist in einer umlaufenden
Randnut eingesetzt.
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Die Flächen 16 und 20 liegen auf einem Kegel, der als abgeschnittener
Stumpf dargestellt und dessen Begrenzungsflächen strichpunktiert angedeutet sind.
17 ist die größere, 18 die kleinere Grundfläche, 19 ist die Mantelfläche des Kegelstumpfes.
Man erkennt, daß die Spitze des Kegels auf der entgegengesetzten Seite der durch
die Mittelebene des Klappendichtringes 15 gebildeten Dichtebene liegt wie die Achse
13, um welche die Klappe 14 gedreht wird.
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Die mit 21 bezeichneten Pfeile deuten die Richtung an, in welcher
die Klappe beim Öffnen gedreht wird. a ist der Winkel, den die Achse des Kegels
mit der Normalen auf die Ebene des Gehäusedichtringes 12 bildet.
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Bei der Absperrklappe nach F i g.1 ebenso wie bei der Absperr- und
Rückschlagklappe nach F i g. 2 steht die Achse des (strichpunktiert angedeuteten)
Kegels im entgegengesetzten Sinne schräg zur Rohrachse wie die auf der Dichtebene,
nämlich der Mittelebene des Gehäusedichtringes 12 errichtete Normale. Wie man weiterhin
leicht feststellt, ist bei beiden Klappen der Winkel, den die Achse des erwähnten
Kegels mit der Rohrachse bildet, gleich dem halben Öffnungswinkel des Kegels. Man
sieht, daß der Klappendichtring verhältnismäßig breit gehalten ist, jedenfalls breiter
als bei den meisten bisher verwendeten Ausführungen. Dieses hängt mit der Art des
Schließvorganges zusammen, der im folgenden näher erläutert wird.
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Beim öffnen der Klappe 14 durch Drehen in der durch die Pfeile 21
bezeichneten Richtung drehen sich die einzelnen Punkte der Mantelfläche des elastischen
Dichtringes 15 in konzentrischen Kreisen um die Klappenachse 13. Die Drehbewegung
der einzelnen Punkte der Mantelfläche 16 des elastischen Dichtringes 15 kann, wenn
man sie auf die Achse des Kegels mit der Mantelfläche 19 bezieht, in eine senkrechte
und eine waagerechte geradlinige Bewegung zerlegt werden.
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Bei allen oberhalb der Klappenachse 13 gelegenen Punkten bewirkt die
nach oben gerichtete senkrechte Komponente der Drehbewegung auf der Mantelfläche
16 eine Zwängung des Dichtringes 15 auf der Mantelfläche 20 des Dichtringes 12.
Die (in der Zeichnung nach rechts gerichtete) waagerechte Komponente der Drehbewegung
bewirkt ein Abheben des ,elastischen Dichtringes 15 von der Mantelfläche 20 ,des
Dichtringes 12.
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Unterhalb der Klappenachse 13 liegen die Verhältnisse umgekehrt. Hier
bewirkt die nach oben gerichtete senkrechte Komponente der Drehbewegung ein Abheben
der einzelnen Punkte der Mantelfläche 16 des Dichtringes 15 von der Mantelfläche
20 des Dichtringes 12, während die (nach links gerichtete) waagerechte Komponente
der Drehbewegung eine Zwängung der elastischen Ringdichtung 15 auf der Mantelfläche
20 bewirkt.
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Bei hinreichendem öffnungswinkel des Kegels und bei hinreichender
Größe des Winkels x zwischen der Kegelachse und der Normalen auf die Ebene des Gehäusedichtringes
12 führt die durch beide geradlinigen Komponenten der Drehbewegung hervorgerufene
Gesamtwirkung beim öffnen der Klappe 14 sowohl oberhalb als auch unterhalb der Kläppenachse
zu einem Abheben des Klappendichtungsringes 15 von der Fläche 20 des Gehäusedichtungsringes
12 unmittelbar nach Einleiten der Drebewegung aus der geschlossenen Stellung heraus.
Ein Überdrehen der Klappe 14 über die Endlage der geschlossenen Stel= Jung bringt
ein keilartiges Festklemmen des Klappendichtungsringes 15 mit sich, wodurch eine
zuverlässige Abdichtung in beiden Strömungsrichtungen auch bei hohen Drücken erzielt
wird.
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Eine Vorstellung von der Dichtwirkung der Absperrklappe und vom keilförmigen
Anzug der Mantelfläche des Dichtringes erhält man auch dann, wenn man beim Schwenken
der Klappe in Schließlage dem Kreisbogen eines beliebigen Punktes des Klappendichtringes
15 die zugeordnete in der Ebene des Kreisbogens liegende Hyperbel des Kegels vom
Gehäusedichtring 12 (gewissermaßen als Kegelschnitt) gegenüberstellt.
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Dieses wesentliche Merkmal der Klappe: Klemmungsfreies Schwenken aus
der Schließlage heraus oder in die Schließlage hinein und keilförmiger Anzug in
der Schließlage und beim Überdrehen der Dichtung am gesamten Dichtungsumfang wird
durch mehrere Kenngrößen der Klappe in unterschiedlicher Weise beeinflußt.
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Je größer der Winkel zwischen der Kegelachse und der Normalen ,auf
die Dichtungsebene, um so größer wird der Bereich am Dichtungsumfang, der einen
keilförmigen Anzug in der Schließlage erfährt, und um so kleiner wird der Bereich
am Dichtungsumfang, der Klemmungen vor der Schließlage aufweist. Eine Vergrößerung
dieses Winkels bedingt jedoch gleichzeitig eine Vergrößerung der Klappe und der
Baulänge des Klappengehäuses, so daß als praktische obere Grenze ein Winkel zwischen
der Kegelachse und der Normalen auf die Dichtungsebene von 30° angesehen werden
kann. Dieser größte Winkel wird dann erreicht, wenn die Kegelachse und die Normale
auf die Dichtungsebene im entgegengesetzten Sinne zur Rohrachse schräggestellt werden.
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Auch der Abstand zwischen Dichtebene und Klappenachse beeinflußt die
Funktion der Dichtung. Je kleiner dieser Abstand, um so geringer wird die Klemmung
der Dichtung vor der Schließlage, und um so kleiner wird der Bereich am Dichtungsumfang,
der Klemmungen vor der Schließlage aufweist. Dieser Abstand kann nicht beliebig
verkleinert werden. Die praktische untere Grenze ergibt sich aus der Summe von Klappenachsenradius,
Lagerwandstärke und Dichtungsbreite.
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Bei der Absperrklappe nach F i g.1 geht die Drehachse sowohl durch
die Rohrachse als auch durch die Achse des erwähnten Kegels. Bei der Absperr-und
Rückschlagklappe nach F i g. 2 liegt ein beträchtlicher Abstand zwischen dem Punkt,
an dem die Drehachse der Klappe die Zeichenebene durchsetzt, und der Achse des Kegels.
Der Abstand zwischen Kegelachse und Klappenachse - im Rahmen der vorliegenden Anmeldung
als Exzentrizität bezeichnet - übt ebenfalls einen bedeutenden Einfluß auf die Funktion
der Dichtung aus. Mit der Vergrößerung dieses Abstandes wird derjenige Bereich des
Klappendichtungsringes, der in der Nähe der Achse beim öffnen der Klappe eine Zwängung
erfährt, kleiner. Von einem bestimmten Abstand und einer bestimmten Größe des genannten
Winkels a an tritt auch in Achsnähe keine Zwängung des
Dichtringes
auf der Mantelfläche des Gehäusedichtringes auf.
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Infolge des großen Einflusses, den - der Abstand zwischen Kegelachse
und Klappenachse auf die Beseitigung der Klemmung vor der Schließlage hat, eignet
sich die Ausführung der Klappe nach F i g. 2 in besonderem Maße als Rückschlagklappe
oder als kombinierte Absperr-Rückschlagklappe.