DE1475972A1

DE1475972A1 - Ausgekleidete Drosselklappe

Info

Publication number: DE1475972A1
Application number: DE19651475972
Authority: DE
Inventors: Hanssen Albert Jacob
Original assignee: CONOFLOW CORP
Current assignee: CONOFLOW CORP
Priority date: 1964-10-29
Filing date: 1965-10-29
Publication date: 1969-04-24
Also published as: FR1451852A; FI44313B; BE671665A; US3346005A; DK123048B; NL6514054A; GB1115084A; FI44313C; SE313708B

Description

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PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN REI N HOLD SCHMIDT

8 MÖNCHEN ₂. THEREs.ENSTRAssE 33 Dipl.-Wirtsch.-lng. A X E L HANSMANN

Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

München,den 29. Oktober I965

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CONOPLOW CORPORATION
PHILADELPHIA 3, Pennsylvanien Arch Street 2100
V. St. A.

Ausgekleidete Drosselklappe

Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei ausgekleideten Drosselklappen. Insbesondere befaßt sie •ich alt verbesserten Anordnungen der Scheibe und der Auskleidung in de» Übergangsbereich von Schaft zur Scheibe.

Da Drosselklappen in verschiedenartigster Weise hergestellt werden, was letztlich von ihrem Einsatz abhängt, haben sie gewisse geneinsame Grundmerkmale, welche zum besseren Verstehen dieser besonderen Erfindung kurz aufgeführt werden. Eines der gemeinsamen Grundmerkmale ist ein Gehäusekörper, welcher einen gewöhnlich zylindrischen

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefom 292102 · Telegramm-Adresse: Lipatli/Mönchen

Bankverbindungen: Deutsche Bank AG, Filial« München, Dcp.-Kasse Vikhralienmarkt, Konto-Nr. 716728 Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 163397

ORIGINAL INSPECTlD

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Durchfluß entlang einer Längsachse aufweist, und ein Paar von Lageröffnungen besitzt, die sich auf entgegengesetzten Seiten des Durchflusses rechtwinklig zu der Längsachse des Durchflusses befinden. Schaftteile sind drehbar in diesen Lageröffnungen gehalten und wenigstens ein solcher Teil steht über das Äußere des Gehäusekörpers hinaus und ist mit einem Handhebel bzw. mit einem motorischen Antrieb verbunden. Ein anderes gemeinsames Grundmerkmal ist eine flache Scheibe, die zwischen den Schaftteilen montiert ist, sich in dem Durchfluß befindet und von solcher Größe und Gestalt ist, daß sie, wenn sie in die geschlossene Stellung gedreht wird, mit den Ecken entlang des gesamten Scheibenumfangs die Seitenwände des Durchflusses berührt, oder wenigstens fast an ihnen anliegt. Di· Schsib· ist auch von solcher Größe und §«stalt, daft ihre Ebene bsi Drehung in die offen· Stillung, gewöhnlioh parallel au der Achs· des Durchfluss·· zu

Ii«gen kommt.

Folglich wird die Strömung durch die Durchflußöffnung bei offener Stellung nur durch die Dicke der Scheibe gehemmt, wenn sie mit ihrer Ecke auf

die Strömung zusteht. Die Strömung durch die Klapp· ■ - *

wird bei geschlossener Stellung durch den festen

Sitz zwischen den Scheibenkanten und den Seitenwändtn

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BAD ORIGINAL

der Durchflußöffnung wirksam blockiert.

Wo ein vollkommenes Abschließen nicht nötig ist, können die Scheibenkante und der Sitz auf der Wandung der DurohfluDöffnung aus Metall oder aus einem anderen relativ unelastischen Material hergestellt werden. In diesem Fall wird ein zufriedenstellender Abschluß durch das Drehen der Soheibenkanten in eine Stellung, in der sie mit dem Sitz anliegen, oder nahezu anliegen, erreicht. Bei vielen Anwendungefällen jedoch wird ein vollkommener Abschluß verlangt; als Folge davon existieren eine Anzahl von DrosselklappenausfUhrungen bei denen entweder die Scheibenkante oder der Sitz de. Wandung mit einem relativ elastischen Auskleidungsmaterial versehen ist, welches bei Abschluß der Klappe das relativ härtere Material des anderen Teils festhält und etwas verformt wird, womit die Klappe eine undurchlässige Dichtung erhält. Es gibt außerdem Anwendungsbeispiele, wo es erwünscht ist, Wandungen für den Durchfluß zu haben, welche relativ be- * ■tändig gegen korrodierende Flüssigkeiten sind. Materialien, welche einigermaSen unempfindlich und stark genug sind, um die gewünsohte Widerstandsfähigkeit abzugeben (z.B. nicht rostender Stahl) sind gewühnlioh sehr teuer und demgemäß ist der Gebrauch von relativ unempfindlichen Auskleidungsmitteln beliebt. Die Verwendung des AuekleiAungsmaterials ermöglicht den Einsatz von billigen

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und leicht herstellbaren Materialien, wie z.B. Gußeisen, welches, wenn es ungeschützt wäre, von korrodierender Flüssigkeit leicht zerstört werden könnte. Die Auskleidung hindert die Flüssigkeit daran, mit diesen Materialien in Verbindung zu kommen. Es ist oft ein glücklicher Zufall, daß diese relativ beständigen Auskleidungsmaterialien genügend elastisch sind, um einen festen Abschluß herbeizuführen; eines der am meisten verwendeten Anwendungsbeispiele für diese beständigen und elastischen Auskleidungsmaterialien besteht darin, daß die gesamte Durchflußwandung mit einem einzigen Auskleidungsstück versehen ist, das eine Form aufweist, die der der Scheibe entspricht, und das von den Scheibenkanten bei der Drehung der Klappe in die geschlossene Lage zusammengedrückt wird.

Eine ernste Schwierigkeit, die bei der Ausführung mit einer Auskleidung aus einem Stück auftritt, besteht darin, daß bei der Massenproduktion von Klappen ein sauberer Sitz zwischen der Scheibenkante und der Oberfläche der Auskleidung in dem Bereich, in dem der Schaft von der Scheibe absteht und in die entsprechenden Lageröffnungen geführt wird, nur sehr schlecht erreicht werden kann. Diese Schwierigkeit ersteht aus der Tatsache , daß durch die Drehung der Scheibe in die geschlossene Stellung die Ecke der Scheibe nicht wesentlich näher an den Sitz herangeführt wird, als es bei geöffneter

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Stellung der Fall ist; demgemäß wird ein Druck der Scheibenkante gegen die Auskleidung in diesem Bereich sogar in offener Stellung aufrecht erhalten. Der Übergang von diese« beständigen Druck gegen die Auskleidung zu dem Druck, der nur dann auftritt, wenn die Klappe geschlossen wird, ist in der Vergangenheit nur sehr schwierig erreicht worden.

Diese Schwierigkeit wurde noch durch die Tatsache kompliziert, daß Drosselklappen dickere Nabenkörperteile am Zusammentreffen der Scheiben- und Schaftteile besitzen, um somit eine ringförmige, nach außen gerichtete Fläche (bezogen auf den Strömungsdurchfluß) zu erreichen. Diese ringförmige Fläche ist notwendig, um einen Streifenbereich zum beständigen Abdichten von der schmalen Scheibenkante auf einer Seite des Schaftkörpers zu der sohmalen Scheibenkante auf der anderen Seite des Sohaftkörpers zu bilden. Der bloße rechtwinklige Übergang der Scheibe von einer Seite über , den Schaftkörper zu der anderen Seite war keine sehr glückliche Lösung, da das Auskleidungsmaterial die scharfen Übergänge zwischen der Scheibenkante und dem Schaftkörper nicht genügend abdichten kann.

Theoretisoh besteht die ideale kreisförmige Oberfläche des Nabenkörpers aus einer Kugel, welche den Durchmesser dieser Scheibenkante aufweist; erst die

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Ausfuhrungsformen der Drosselklappen haben sich an dieser Konstruktion angelehnt. Es ist eine I4ealkonstruktion im Hinblick darauf, daß der ständige Druck der elastischen Auskleidung gegen die kreisförmigen Oberflächen genau derselbe ist wie der Druck in geschlossenem Zustand gegen die Scheibenkanten, so daß der Übergang des beständigen Drucks in den Druck, der bei Schließung der Klappe auftritt, sehr sanft ist. Wenn man den Durchmesser der Scheibenkante groß genug macht, damit ein leichter Sitz auf der Auskleidung (und ein Andruck) entsteht, wird derselbe Sitz (bzw. Druck) auf den kreisförmigen Nabenkörperteil in For« eines beständigen Drucks ausgeübt. Gegenüber dem übrigen Teil der Scheibenkanten tritt dieser Druck bei Schließung der Klappe auf. Der Druck wechselt von beständigem Druck in Druck, der beim Schließen der Klappe auftritt, er ist vollkommen weich und frei von Ecken oder scharfen Übergängen in der Auskleidung oder in Schultern oder scharfen Kanten auf der Scheibe.

Die Hauptschwierigkeit bei dieser "idealen" Kugelkonstruktion besteht in den relativ hohen Kosten der Herstellung; es ist gewöhnlich bekannt, daß die Massenherstellung solch ausgedehnter kugeliger Oberflächen bei Beachtung der engen Toleranzen, die dabei benötigt

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werden, äußerst teuer ist. Eine andere Schwierigkeit bei dieser "idealen" Konstruktion besteht darin, daß die Übergänge der Scheibenecken und der Scheibenseiten mit einer Schrägkante versehen werden müssen. Damit ist trotz der Tatsache, daß die Scheibenkante Teil einer kugeligen Oberfläche ist, der Radius der Kugel so groß, daß relativ scharfe Ecken bei diesen Abschrägungen entstehen, und ein Abfasen dieser Ecken notwendig wird. Dies ist sehr teuer, denn das Abfasen kann nur sehr schwierig automatisch durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung überwindet all- ™ gemein diese Schwierigkeiten, indem sie eine Kreisfläche neuer Form für den Nabenkörper der Scheibe bildet; die vorliegende Erfindung zeichnet sich auch durch eine neue Ausgestaltung der Auskleidung aus, indem sie die Oberflächen der Scheibe und der Auskleidung in einer besonders vortrefflichen Weise ausbildet und eine neuartige Abfasung der Scheibenkante aufzeigt. So wurde z.B. entdeckt, daß die kreisförmige Scheibenoberfläche nach innen versetzt sein kann und sich mit der imagären '

Kugelfläche schneiden kann, und daß trotz der Ecken oder Schultern, welche solch eine kreisförmige Scheibenoberfläche mit der Scheibenkante bildet, eine Überraschend zufriedenstellende Abdichtung über die Kreisoberflächen, über die Schultern und entlang der gekrümmten Scheibenkanten erzielt werden kann.

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Vorzugsweise ist die kreisförmige Oberfläche drehbar um die Schaftachse angeordnet, und die besten Ergebnisse wurden damit erzielt, daß diese neue Oberfläche, welche sich um die Achse des Schafts dreht, in einer flachen Ebene liegt, welche rechteckig zur Achse des Schafts steht und sie in einem Punkt schneidet, der sich wesentlich innerhalb der imagären Kugel befindet. Praktischerweise kann ein unbehandeltes Metallscheibengußstück eine flache Oberfläche aufweisen, die durch P einen Fräsvorgang hergestellt wurde, was, wie jeder Fachmann erkennen kann, weniger teuer ist als eine Bearbeitung mit einer Drehbank, mit der eine ausgedehnte kugelige Oberfläche hergestellt werden soll.

Es wurde auch herausgefunden, daß eine abgerundete ' Abfasung der Scheibenkante automatisch hergestellt werden kann, wenn sich die kreisförmige Oberfläche des Nabenkörpers der Scheibe innerhalb der imagären k Kugel befindet und sie seitlich schneidet. Ein wesentlicher Bestandteil der kreisförmigen Oberfläche ist näher am Mittelpunkt der imagären Kugel als irgendein Teil der abgefasten Kantenfläche. Bei solchen Ausmaßen kann der Scheibenrohling in eine Drehbank eingespannt werden, und um eine Achse, die durch den Mittelpunkt der Kugel verläuft und sich senkrecht zu der Scheibenehene und somit zum Kreis der abgefasten Scheibenkante befindet,

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in einem einzigen Gang bearbeitet werden. Obwohl es sich um eine Bearbeitung auf einer Drehbank handelt, ist diese viel leichter und billiger als der Arbeitsvorgang auf der Drehbank zum Herstellen einer kugeligen Oberfläche. Die Ausführung der Konstruktion kann so sein, daß beim Abschrägen der Scheibenkante überhaupt nicht in den Nabenkörper eingeschnitten wird. Auf jeden Fall kann nicht so tief eingeschnitten werden, daß der Zusammenhang der kreisförmigen Fläche wesentlich unterbrochen ist; ein großer Teil dieser kreisförmigen Oberfläche befindet sich nämlich innerhalb des Arbeitskreises beim Bearbeiten der Soheibenkante und beim Herstellen der Schrägkante.

Es wurde zusätzlich festgestellt, daß außer dem leichten Herstellen der kreisförmigen Oberfläche des Nabenkörpers der Scheibe und der Abschrägung der Scheibenkante, der Leckverlust, den man in der Nähe der Scheibenschultern erwarten könnte, dadurch vermieden wird, daß die Auskleidung mit einer entsprechenden kreisförmigen Oberfläche versehen ist, welche sich (bezogen auf die Achse des Schafts) etwas weiter nach außen erstreckt als diese Schultern. Die relativ schmale und seitlich ausgedehnt abgeschrägte Eckkante der Scheibe greift bei dieser Konstruktion in die Ecke bzw. Faltstelle, die durch das Zusammentreffen der kreisförmigen Oberfläche

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der Auskleidung und deren zylindrischen Seiteneinfassung gebildet wird, wenn die Klappe geschlossen wird. Die relativ schmale und in seitlicher Richtung ausgedehnt abgeschrägte Eckkante der Scheibe greift an dieser Stelle eher ein als die relativ weite und flache (oder sicherlich weniger gekrümmte) kreisförmige Oberfläche des Nabenkörpers der Scheibe, womit die Gefahr des Leckverlustes an dieser Stelle P deshalb geringer ist. Die schmale, abgeschrägte Eckkante der Scheibe dringt vorteilhafter in das weiche Auskleidungsmaterial an der Ecke der Auskleidung als es die weite kreisförmige Oberfläche des Nabenkörpers der Scheibe tun würde; an diesen Stellen wird deshalb eine bessere Abdichtung erreicht.

Man hat herausgefunden, daß durch solch eine Anordnung von Teilen die Abdichtungen durch den bek ständigen Druck des Auskleidungsmaterials an der Nabe (durch passende Größe des Klappenkörpers, der Auskleidung und der Scheibe erreicht) und die Abdichtung durch den Abschließdruck der Auskleidung in der zylindrischen Durchflußöffnung (durch Drehung der Scheibe in die geschlossene Stellung erreicht) ohne Leckverlust ineinadner übergehen. Dies ist ein überraschendes und unerwartetes Ergebnis für solch eine Anordnung,

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denn die Abdichtung wird ohne irgendwelche Druckdifferenzen des Auskleidungsmaterials in den abgeflachten und in den gekrümmten Bereichen erreicht, und die Abdichtung wird herbeigeführt ohne falsch angepaßte Scheibenschultern und Ecken der Oberfläche der Auskleidung. In Anbetracht des Vorhergehenden soll deshalb die vorliegende Erfindung eine ausgekleidete Drosselklappe darstellen, in welcher die Scheibe Eckteile aufweist, welche der Kurve einer imaginären kugeligen Fläche folgen, in welcher ™

ferner die Scheibe einen ringförmigen Oberflächenteil um die Achse des Schaftes besitzt, um welche sich die Scheibe dreht, und in welcher diese kreisförmige Oberfläche ruht und in die kugelige Fläohe

einschneidet.

Die Erfindung soll außerdem eine ausgekleidete Drosselklappe darstellen, wie sie beschrieben wurde, in welcher die kreisförmige Oberfläche dreh-bar um i

die Achse des Schafts gelagert ist.

Die Erfindung soll weiterhin ein ausgekleidetes Drosselventil zeigen, in deren Achsbereich die Kante der Scheibe und die Oberfläche des Sitzes der Auskleidung sich in einer neuen Beziehung zueinander gegenüberstehen.

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Die Erfindung soll auch eine ausgekleidete Drosselklappe darstellen, in welcher die Oberfläche des Sitzes der Auskleidung sich von dieser Achse nach außen erstreckt, in einem Abstand, der wenigstens so groß ist wie der des kreisförmigen Soheibenflächenteils.

Die Erfindung soll eine ausgekleidete Drosselklappe von der Art wie sie beschrieben wurde, darstellen, in ^ welcher die kreisförmige Oberfläche der Scheibe Schultern mit den gekrümmten Kantenteilen der Scheibe bildet, in welcher die kreisförmige Fläche der Auskleidung Ecken bildet mit den gekrümmten Wandteilen der Auskleidung, und in welcher die Schultern der Scheibe sich innerhalb der Ecken der Auskleidung befinden, bezogen auf die Drehachse der Scheibe, wenn diese in geschlossener Stellung ist.

Die Erfindung soll auch eine ausgekleidete Drosselklappe aufzeigen, von der Art wie sie beschrieben wurde, in welcher die kreisförmige Fläche der Scheibe sich in einer Ebene befindet, die senkrecht zur Drehachse der Scheibe steht und sich von dieser Achse bis zu den Schultern der Scheibe in dem gleichen Abstand erstreckt, wie es die entsprechende kreisförmige Oberfläche der Auskleidung tut, die bis zu den Ecken der Auskleidung refcht.

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Die Erfindung soll weiterhin eine ausgekleidete Drosselklappe darstellen, von der Art wie sie beschrieben wurde, in welcher die kreisförmige und flache Oberfläche der Scheibe einen Hauptteil aufweist, der sich auf dem Endteil eines Nabenkö'rpers der Scheibe befindet, in welcher sich außerdem ein Paar von SoheibenflUgeln von den gegenüberliegenden Seiten dieses Nabenkörpers aus seitlich erstrecken,

in welcher die gekrümmten Eckteile der Scheibe Be- f

standteil dieser Flügel sind, und in welcher die flache kreisförmige Oberfläche der Scheibe zusätzliche Bereiche besitzt, welche kurz und schmal sind und welche sich entlang der Flügel nach außen erstrecken.

Als weitere Aufgabe soll die Erfindung eine ausgekleidete Drosselklappe darstellen, von der Art wie sie beschrieben wurde, in welcher der Hauptteil der flachen a

kreisförmigen Scheibenoberfläche innerhalb eines Kreises liegt, welchervon der innersten Begrenzungslinie der Abschrägung auf den gekrümmten Eckteilen der Scheibe bestimmt ist.

Die Erfindung soll weiterhin eine verbesserte ausgekleidete Drosselklappe aufzeigen, welche relativ billig in der Herstellung ist, leicht zu bedienen und zu erhalten,

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und die insbesondere dicht in geschlossener Stellung ist.

Andere Aufgaben der Erfindung werden später verständlich.

Es zeigen:

Fig. i einen seitlichen Querschnitt einer erfindungsgemäßen ausgekleideten Drosselplatte, wobei sich die Klappe in einer Rohrleitung befindet und in offener Stellung dargestellt ist.

Fig. 2 eine Querschnitt- Stirnansicht der Klappe von Figur i, auf Linie 2-2 in Fig. i.

Fig. 2a eine vergrößerte Teil- Querschnittsansicht der Abdichtung des Schafts, der in Fig. 2 dargestellt ist.

) Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht einer Drosselklappenscheibe, wobei auf der linken Seite der Mittellinie eine Ausführung der Erfindung dargestellt ist und auf der rechten Seite der Linie zum Vergleich eine theoretische Konstruktion aufgezeigt ist.

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Fig. k eine Draufsicht der bruchstiickartigen Ansicht von Fig. 31 von Linie k-h in Fig. 3·

Fig. 5 eine vergrößerte bruchstUckartige Seitenansicht der Auskleidung einer Drosselklappe, wobei auf der linken Seite der Mittellinie eine Ausführungsform der Erfindung und auf der rechten Seite zum Vergleich eine theoretische Konstruktion dargestellt wird. g

Fig. 6 Eine Grundriflansioht des Teils der Auskleidung von Fig. 5» von Linie 6-6 in Fig. 5.

Fig. 7A eine bruchstUckartige teilweise Seitenansicht der Scheibe und d - Auskleidung von den Figuren 3- 6 (der linken Seiten) in einer Klappe, wenn die Scheibe sich in weitgeöffneter Stellung befindet.

Fig. 7B eine Ansicht wie in Fig. 7A, jedoch in '

teilweise geschlossener Stellung.

Fig. 7C eine Ansicht wie in den Figuren 7A und 7B, jedoch nicht im Querschnitt, wobei die Scheibe sich in einer weiter geschlossenen Stellung befindet.

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Fig. 7D eine Ansicht Mrie in den Figuren 7A und 7B, wobei die Scheibe vollkommen geschlossen ist.

Fig. 8 Eine geschnittene perspektivische Ansicht der Auskleidung von Figur 1 und 2; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht der Form des Scheibenflügels, von Linie 9-9 in Fig. 3.

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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, stellt die Fig.l eine Seiten-Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Drosselklappe dar. Diese Klappe besitzt einen starren Körper 10, vorzugsweise aus einem Metallgußstück hergestellt, das in gewissem Ausmaße bearbeitet wurde, und im wesentlichen die Form eines Rings mit flachen Seiten aufweist, welcher einen inneren Durchmesser besitzt, der etwas größer als der Durchmesser des Leitungsrohrs 12 ist, in welchem die Klappe eingebaut werden soll. Die flachen Seiten 14 dieses Ringkörpers sind zueinander parallel, liegen an den Flansch- " teilen 16 der Rohrleitungsabschnitte 18 an und haben avisgekehlte Teile 2o, in welche die radial ausgestreckten Auskleidungs-Flanschteile 22 eingreifen. Diese Flanschteile sind auf einer Gummi- oder gummiähnlichen Auskleidung angebracht und sind dick genug, um sich in Längsrichtung über die Seitenflächen der nicht ausgekehlten Teile der Körperseiten zu erstrecken. Auf diese Weise drücken die Rohrleitungsflansche 16, wenn sie gegen den Ringkörper

angezogen werden, nur gegen die Seitenflächen 23 der Aus- (

kleidung. Dieses Zusammenziehen wird durch eine Muf fen- und Schraubenanordnung 26 erreicht, welche sich durch den Ringkörper 10 und durch die Rohrleitungsflanschteile 16 erstreckt.

Zwischen den Auskleidungs-Flanschteilen 22 besteht die Auskleidung 24 gewöhnlich aus der Form eines Zylinders,

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mit einer Außenfläche 28 um die Innenfläche 30 des Ringkörpers lO festzuhalten, und eine Innenfläche 52, welche mehr oder weniger mit den Innenflächen 34 der Rohrleitungsabschnitte fluchtet.

Die Auskleidung weist ausgerichtete Nabenteile 36 auf, die sich radial von der gegenüberliegenden Seite der Außenfläche 28 der Auskleidung erstrecken und welche in entsprechen-

™ de Bohrungen 38 in dem Ringkörper passen und mit füich^-tenden krasförmigen Öffnungen 40 versehen sind. Die Bohrungen 38 setzen sich durch den Ringkörper bis zu dessen äußerem Ende in der radialen Verlängerung 42 fort. Diese Verlängerungen bilden längere Drehlager für den Klappenschaft 44, welcher in den Öffnungen 40 und den Bohrungen 38 ruht, als es sich aus der normalen radialen Dicke des Ringkörpers ergeben würde. Der Schaft in dieser Anordnung besteht aus einem Stück, das sich vollkommen durch die Klappe erstreckt und leicht bei

} über eine Ringkörperverlängerung 42 hinausragt; dort ist ein Handgriff 48 angebracht, welcher mit dem Schaft verbolzt ist und ihn leicht drehen kann. Metallbüchsen 50 sind in den äußeren Endteilen der Ringkörperbohrungen 38 angebracht und umgeben Büchsen 51 aus Plastikmaterial; diese bilden Drehlager, um die Drehung des Schafts zu erleichtern. Die Nabenöffnungen 40 der Auskleidung, durch welche sich der Schaft ebenfalls erstreckt, haben befestigte Metallhülsen 54, um die O-Ring-Dichtungen 56 aufzunehmen, welche den Leckverlust von Medium

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aus der Klappe entlang dos Schafts verhindern sollen.

Fig. 2A zeigt, daß jede Aufnahmehülse 54 im wesentlichen aus einem Ring besteht, welcher in dem elastischen Auskleidun gsma te riaL eingebettet wird, was während des Versteilens der Auskleidung geschehen kann; die Aufnahmehülse 54 ist mit einer Hohlkohle 58 versehen, welche groß genug ist, um einen O~Ring 56 in dem gewöhnlichen Abdichtungsverhältnis zwischen den Wänden der Hohlkehle und des Schafts aufzunehmen. f Wie gezeigt ist, ist jede Aufnahmehülse in der Nähe des Endes der Nabe 36 angebracht, aber es ist klar ersichtlich, daß sie sich in jeder anderen St Ie der Bohrung 40 befinden kann.

Die Büchsen 50 werden durch Platten 59, die an den Enden der Verlängerungen 42 durch Bolzen 59a befestigt sind, gesichert. Die obere Platte weist eine Öffnung auf, um die Verlängerung des Schafts 46hindurchzulasson.

Der Durchfluß für das zu kontrollierende Medium wird durch die Innenfläche 32 der Auskleidung begrenzt; eine Scheibe 60 ist auf den Schaftteil montiert, der sich in diesem Durchfluss befindet. Diese Scheibe ist gewöhnlich kreisförmig und abgeflacht, so dass in der Lage von Fig. 1 nur ihre Dicke der Strömung entgegensteht; wenn die Scheibe aus

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dieser Stellung um 90 Grad gedreht wird, ist der Durchfluss vollkommen abgeschlossen.

Die grössto Dicke wird durch einen zentralen Nabenkörper 62 bestimmt, weichereine Bohrung aufweist, durch welche der Schaft verläuft, der von den Innenwänden des Nabenkörpers umhüllt wird» Bolzen 64, welche durch den Schaft und durch die Wände des Nabenkörpers verlaufen, verhindern, dass sich die Scheibe dreht.

Der übrige Teil der Scheibe braucht nicht so dick wie der Nabenkörper zu sein, und besteht vorzugsweise aus einem Paar von flachen Flügeln 66 auf den gegenüberliegenden Seiten des Nabenkörpers.

' Die Fig. 3 und 4 zeigen auf den linken Seiten einerMittellinie 67. die neue Anordnung der Scheibe in dem Bereich, wo der Schaft 44 aus der Bohrung im Nabenkörper 62 herausragt; zum Zwecke des Vergleichs, zeigen die Figuren 3 und 4 auf der rechten Seite der Mittellinie die theoretisch ideale aber undurchführbare Konstruktion der Teile in diesem Bereich. Entsprechend zeigen die Fig. 5 und 6 auf den linken Seiten die neue Anordnung der Auekleidung in demselben Bereich und auf den rechten Seiten die "ideale" Konstruktion.

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Das Ende des Nabenkörpers 62 hat eine kreisförmige Oberfläche 68, welche die Schaftbohrung umgibt und4n Richtung der Schaftachse 104 (Fig.4) dem ringförmigen Teil 70 auf der inneren Oberfläche 32 der Auskleidung gegenübersteht. Dieser ringförmige Teil umgibt die Öffnung 40 in der Auskleidung für den Schaft und erstreckt sich nach innen in Richtung auf die Schaftachse 104 zu. Die ringförmigen Oberflächen 68 und 70 des Nabenkörpers und der Auskleidung dienen dazu, die Flügelecken 72 der Scheibe ^ auf dem Schaft abzudichten, da es sehr schwierig ist, die Abdichtung durch das Anliegen der FlUgelkante der Scheibe am Schaft selber herbeizuführen. Die Schaftoberfläche steht rechtwinklig zur Oberfläche der Scheibenkante und bildet mit ihr eine Ecke 76, Solch eine Ecke ist bekanntermaßen schwer mit Auskleidungsmaterial zu füllen.

Auf der rechten Seite der Mittellinie 67 in Fig.3 und

4 sind die kreisförmige Nabenkörperoberflache 68 und die (

Oberfläche 72 der Scheibenkante beide Teil einer kugeligen Fläche, welche einen Durchmesser aufweist, der dem Scheibendurchmesser 78 entspricht. Entsprechend ist der ringförmige Oberflächenteil 70 der Auskleidung, wie auf der rechten Seite der Schnittlinie in den Figuren 5 und 6 gesehen werden kann, Teil einer Kugel, welche einen Durchmesser 80 aufweist, der dem Durchmesser der übrigen Auskleidung entspricht.

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Man kann den Durchmesser 80 der Auskleidung etwas kleiner als den Durchmesser 78 der Scheibe machen; damit wird, auf der rechten Seite der Mittellinie, wenn das Ventil zusammengesetzt ist und sich in offener Stellung befindet, ein beständiger Druck auf das elastische Auskleidungsmaterial Über die ringförmig kugeligen Oberflächen 68 und 70 des Nabenkörpers und der Auskleidung ausgeübt; k wenn die Scheibe in die geschlossene Stellung gedreht wird, ist der Andruck gegen das Auskleidungsmaterial entlang der engen Flügelkante 72 der Scheibe der selbe wie der Druck auf die ringförmigen Oberflächen, Der Übergang dieses beständigen Druckes (über die ringförmigen Oberflächen) auf den Druck, der beim Schließen des Ventils ausgeübt wird (entlang der Flügelkante) ist vollkommen weich und ohne Winkel und Ecken. Dies wird auf der rechten Seite der Fig,5 durch Gegenüberstellung der Linie 32-70 und der gestrichelten Linie 68-72 gezeigt. Die Linie 32-70 zeigt die Form des Auskleidungsmaterials, wenn es nicht zusammengedrückt wird; die gestrichelte Linie 68-72 stellt die Außenkante der Scheibe in geschlossener Stellung dar.

Die Form der Brfindung, wie sie auf der linken Seite der Figuren 3 bis 6 gezeigt ist, stellt tatsächlich eine Verbesserung der theoretisch idealen Konstruktion auf den rechten Seiten dar. Während es leicht ist, die elastische

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Auskleidung in kugeliger Form, wie auf der rechten Seite der Figuren 5 und 6, herzustellen, ist es Mußeret schwierig, und daher sehr teuer, eine kugelige Oberfläche auf solch einer Metallscheibe bei Serienproduktion zu erzeugen. Außerdem erfordert die Konstruktion auf der rechten Seite der Figuren 3 und 4 einen relAiv scharfen Übergang 83 von der kugeligen Oberfläche der Scheibenflügelecke 72 zu den flachen Flügeleeiten 84. Die Kurvenfläche der kugeligen Oberfläche der Kante 72 ist so schmal, daß keine Abfasung der Kante 83 durchgeführt werden kann. Solch eine scharfe Ecke kann in das Auskleidungsmaterial einschneiden, wenn sie sich darauf zubewegt.

Die erfindungsgemäße Anordnung auf der rechten' Hand der Figuren 3 bis 6 vermeidet die Notwenigkeit, eine kugelige Scheibenoberfläche herzustellen und gestattet außerdem auf billige Weise, eine Abphasung 96 zwischen der Flügelkante und den Flügelseitenflachen anzubringen. Obwohl der Übergang des beständigen Drucks gegen die ringförmige Oberfläche der Auskleidung in den Druckzustand, wenn das Ventil geschlossen ist, nicht so weich ist, wie in der Idealkonstruktion auf der rechten Seite, ist die erfindungsgemäße Aueführung so, daß überraschenderweise bei diesem übergang kein Leckverlust auftritt; außerdem kann die erwünschte Abphasung 96 zwischen der Flügel-

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kante 72 und den Seiten 84 relativ billig maschinell hergestellt werden.

Insbesondere ist die kreisförmige Oberfläche 68 des Nabenkörpers, auf der linken Seite der Figuren 3 bis 6, flach ausgebildet und nahe genug.den Mittelpunkt 88 der Scheibe gelegen (in einer Entfernung von 90) um somit etwas in die Scheibenflügel 66 einzuschneiden und dadurch kurze, flache Schnittflächen 92 zu erzeu-

W gen. Je kleiner die Entfernung 90 ist, umso größer ist die Länge 94 der Schnittflächen 92; die Länge 9k der Schnittflächen soll groß genug sein, daß ein Werkzeug zum Abschrägen, welches die Abfasungen 96 auf den FlUgelecken 72 der Scheibe erzeugt, nicht in die kreisförmige Oberfläche 68 einschneidet. Das Werkzeug soll zumindest nicht so tief in die Oberfläche einschneiden, daß damit die Abdichtung beeinträchtigt wird. Die Linie 98 zeigt die innere Grenze dieser Abschrägung und ihren

) Übergang in die kreisförmige Oberfläche 68, wobei überhalb dieser Grenzlinie ein Einschneiden in die kreisförmige Oberfläche 68 vermieden wird. Die Kanten bzw. Schultern 100 bilden die Übergänge zwischen der gekrümmten Flügelkante der Scheibe 72 und der flachen Schnittfläche 92 des Flügels; diese Schultern befinden sich in einem Abstand 102 von der gemeinsamen Achse 104 des Schaftes kk und dessen Bohrung 106.

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In den Figuren 5 und 6 ist die Auskleidung auf der linken Seite mit einer entsprechenden flachen und kreisförmigen Oberfläche 70 versehen, die eine Weite 108 aufweist, (gemessen in einer Ebene 110, welche die Achse 104 umschließt und welche sich rechtwinklig zum Durchfluß befindet), die größer als der Abstand 102 auf der Scheibe ist, so daß, wenn die Scheibe in geschlossene Stellung gebracht wird, die Schulter 100 gegen die flache, kreisförmige Oberfläche 70 der Auskleidung drückt; die schmale- ™ ren, gekrümmten und abgefasten Ecken 72 der Scheibe erstrecken sich über die Ecke 112 zwischen dem flachen kreisförmigen Oberflächenteil 70 und dem zylindrischen Teil der Auskleidungsoberfläche 32. Vorzugsweise sind die ringförmigen Oberflächen 70 der Auskleidung weit genug, damit die Ecke die Länge 118 aufweist.

Die Figuren 7A, 7B, 7C und 7D sind bruchstückartige

Schnittansichten, welche die Scheiben- und Auskleidungs- (

anordnung auf der linken Seite der Figuren 3 bis 6 in verschiedenen Stellungen, zwischen offener und geschlossener Lage zeigen; die Figuren sollen vor allem die Verformung des elastischen Auskleidungsmaterials aufzeigen. So zeigt Fig.7A die Scheibe, wenn sie in weit geöffneter Stellung ist, wobei die kreisförmige Oberfläche 68 des Nabenkörpers etwas in die etwas weitere Oberfläche 70 der Auskleidung eingreift. Die Figuren 7B und 7C zeigen die Scheibe 60,

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wenn sie auf ihre geschlossene Position zu bewegt wird. Die Verformung der Auskleidung ist ungefähr dieselbe wie in Fig.7A. In der Fig.7B wird die Scheibe in vollkommen geschlossener Position dargestellt. Die gestrichelte Linie 32-70 zeigt das Profil der Oberfläche der Auskleidung, wenn sie noch nicht zusammengedrückt ist. Der Unterschied zwischen dieser gestrichelten Linie und der ausgezogenen Linie 68-72 zeigt an, in welchem Ausmaße die Auskleidung in der geschlossenen Stellung des Ventils zusammengedrückt wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN _#J|# Df. R E I N H O L D S C H M I D T

IMDNCHENI.THERES.ENSTRASSE33 J^ DipUVirtsch.-lng. A X E L HANSMANN

ι / nenn η Dipl.-Phys. S E B A S TIA N HERRMANN

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OONOFLOW CORPORATION MOnchen.den 29. Oktober 1965

PHILADELPHIA 3, Pennsylvanien _lhrZtidl._n un-r*.!*.«

/HM Arch Street 2100

V. St. A.

Patentanmeldung; Auegekleidete Drosselklappe

PATENTANSPRÜCHE

1. Auegekleidete Droasei läppe, gekennzeichnet durch einen Körper (10), der aus einem festen Material besteht, eine innere und eine äußere Einfassungeoberfläche aufweist, die sich in einem Abstand voneinander befinden, ferner einen Innenraum, der von der inneren Einfassungsfläche begrenzt ist und außerdem eine Öffnung (38) für einen Schaft (44) besitzt, welche entlang einer Achse mit dem Innenraum eine Einheit bildet; ferner gekennzeichnet durch eine Auskleidung (24), welche aus elastischem Material besteht, eine Außenfläche (28) aufweist, die die Innenseite (30) des Ringkörpers (10) festhält und umschließt, außerdem eine Innenfläche (32),die sich bezogen auf die Außenfläche der Auekleidung auf der Innenseite befindet und eine gewöhnlich

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hantmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann S MDNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 2921(B · Telegramm-Adresse: UpaM/München

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Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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zylindrische Durchflußöffnung bildet, ferner einen Sitzteil beeitzt, der durch den Schnittpunkt der Innenflächen der Auskleidung und einer ersten Ebene entsteht, die die • Öffnung für den Schaft (44) umgibt, wobei die Auekleidung erste Teile aufweist, die von der Öffnung dee Schafts (40) entfernt liegen und einer Kurve folgen, und sich ein zweiter Teil in der Nähe der Schaftöffnung (40) mit dem ersten Auskleidungsteil schneidet, wodurch sich Ecken

* auf den gegenüberliegenden Teilen bilden, die sich in einem gewiesen Abstand von der Öffnung (40) des Schafts befinden; weiterhin gekennzeichnet durch eine Scheibe (60) aus starrem Material, welche sich in dem Durchfluß befindet und eine Dicke aufweist, welche wesentlich geringer ist als die im rechten Winkel dazu gemessene Weite der Durchflußöffnung, welche weiterhin eine Ecke in einer zweiten, die Öffnung (40) des Schafts umhüllenden Ebene besitzt, mit ersten, von der Öffnung des Schafts entfernten Teilen, die sich einer Kurve entlang mit den ersten Teilen des Sitzes des Auskleidungsmaterials überschneiden, und mit zweiten Teilen in der Nähe der Öffnung (40) für die Achse des Schafts gelegen, die so gebildet sind, daß sie mit der Form der zweiten Teile des Sitzes der Auskleidung übereinstimmen, und dadurch gekennzeichnet, daß sich die ersten Eckteile der Scheibe (60) in Form von Schultern auf beiden Seiten der Öffnung (40) des Schafts in einem.

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Abstand von der Achse befinden, der nicht größer ist, als der gewisse Abstand der Auskleidungsecken; schließlich gekennzeichnet durch einen Schaft (44), der in der Öffnung (40) liegt und mit der Scheibe (60) verbunden ist und eine Vorrichtung, um die Scheibe (60) um die Öffnung (40) der Achse des Körpers (10) und der Auskleidung zu drehen.

2. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten ersten Teile des Schnittpudcts der Innenfläche der Auskleidung und der ersten Ebene Teile eines ersten Kreises sind, welcher sich in der ersten Ebene befindet und welcher seinen Mittelpunkt auf der Achse für die Schaftöffnung hat.

3. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten ersten Teile

der Kante der Scheibe Teile eines zweiten Kreises sind, (

welcher sich in dieser zweiten Ebene befindet und dessen

Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des ersten Kreises zusammentrifft.

4. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zweiten Kreises etwas größer als der Druchmesser des ersten Kreises ist.

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5. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Auskleidungsbereichs der Sitzfläche, wenn die Scheibe (60) darunter zu liegen kommt, in einer dritten Bbene liegt, welche senkrecht zu der Öffnung (40) der Achse des Schaftes liegt und welche sich in einem Abstand von dem Mittelpunkt des ersten Kreises befindet, der etwas geringer ist als der erste Kreisdurchmesser.

6. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil der Scheibenkante in einer vierten Bbene liegt, welche sich senkrecht zu der Öffnung der Achse des Schaftes befindet und in welcher die zweite Kante der Scheibe das elastische Material des zweiten Teils der Sitzfläche der Auskleidung verformt.

7. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Auskleidung (112) sich in einem größeren Abstand von der Öffnung (40) der Achse des Schafts befinden, als die Schultern (100) der Scheibe.

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8. Ausgekleidete Drosselklappe nach/ Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eckteil der Scheibe eine ringförmige Oberfläche (68) aufweist, welche die Öffnung (40) der Achse des Schaftes umgibt.

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9, Auegekleidete Drosselklappe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eckteil der Scheibe ein Paar von kurzen, schmalen Dereichen (92) enthält, welche sich radial nach außen von der flachen Oberfläche (68) auf entgegengesetzten Seiten der Öffnung der Schaftachse erstrecken.

10. Ausgekleidete.Drosselklappe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (60) einen Nabenkörper (62) enthalt, der die Öffnung der Achse des Schafte umhüllt,und ein Paar von flach» Flügeln (66), welche wesentlich dünner sind als der ibenkörper und die sich von den gegenüberliegenden Seiten des Nabenkörpers aus erstrecken, und welche die zweite Ebene einschließen, in der die kreisförmige Fläche des zweiten Eckteils der Scheibe (6o) von dem Übergang des Nabenkörpers in die vierte Bbene gebildet wird und in welcher die kurzen und schmalen Bereiche (92) des zweiten Eckteils der Scheibe durch das Zusammentreffen der schmalen Flügel und der vierten Ebene gebildet werden.

11. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen und schmalen Bereiche (92) des zweiten Eckteils der Scheibe innere Beßrenzungen aufweisen, welche die kreisförmige Oberfläche in einem gewissen radialen Abstand von dem Mittelpunkt des zweiten Kreises schneiden, wobei der radiale

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Abstand wesentlich kleiner ist/^als der Durchmesser des zweiten Kreises.

12. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten gekrümmten Teile der Scheibenkante auf den Ecken der Flügel der Scheibe sind, wobei die Flügelecken (72) abgeschrägte Kanten aufweisen und die Abgrenzungen der kurzen, schmalen Bereiche (92) des zweiten Eckteils der Scheibe durch das Zusammenlaufen der abgesdirägten Kanten aus der vierten Ebene gebildet worden.

13. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (62) Seitenteile im Bereich des Zusammentreffens mit der vierten Ebene aufweist und daß diese Seiten die äußeren Ecken der kreisförmigen Oberfläche bilden und mit der vierten Ebene einen Winkel bilden, der überall wesentlich größer als 90° ist.

14. Ausgekleidete Drosselklappe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken der Auskleidung ein Paar von Falten bilden, welche sich auf beiden Selten der Sitzfläche parallel zum Durchfluß erstrecken.

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