DE1905947A1

DE1905947A1 - Drosselklappenventil und dafuer geeigneter Dichtungsring

Info

Publication number: DE1905947A1
Application number: DE19691905947
Authority: DE
Inventors: Rohrer Daniel F
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1968-02-19
Filing date: 1969-02-06
Publication date: 1969-09-04
Also published as: US3526385A; FR2002140A1; GB1242637A; CH489737A

Description

zunehmen, die vom Ringteil des Nullringes naeh innen reicht, um die Ventilwelle gegen die Ventilscheibe abzudichten. Zusätzlich dichten die diametralen, ringförmigen Teile des Nullringes, die die Ventilwelle umgeben, dauernd die Querbohrung im Ventilgehäuse gegen die Ventilscheibe ab. Ein solches Drosselklappenventil ist ausserordentlich einfach und billig herzustellen^ weil der eine, einstückige Nullring sowohl die Ventildichtung als auch die Wellendichtung bildet und der Nullring auf der Ventilscheibe sitzt»

Stand der Technik?

Es sind bereits Drosselklappenventile bekannt, die als Dichtung einen Nullring am Umfang der Ventilsoheibe aufweisen (US-Patentschrift 2 657 896). Bei diesem bekannten Ventil ist der Nullring an einer Seite um die Ventilwelle herum abgeleitet,, um einen kontinuierlichen Abdiehtungsring ffir die Ventilacheibe zu erhalten. In der Quarbohrung des Gehäuses sind getrennte Nullringe untergebracht* um die Ventilwelle gegen das Gehäuse abzudichten«, Eins solche Ventilkonstruktion hat zwar den Vorteil eines einfachen kontinuierlichen DiohtiHigsrin= ges um die Ventilscheibe herum, dsr Aufbau führt jedoch 2m einer un« erwünschten Kompliaierung durch zusätzliche Nullringe sur Abdichtung der Ventilwelle gegen das Gehäuse.

Bei einem anderen bekannten Drosselklappenventil ist der Nullring zur Abdichtung der Drosselklappen-Ventilscheibe in einer Ringnut in der Innenwand des Strömungsmittelkanals angeordnet» Der Nullring weist ebenfalls zwei diametral einander gegenüberliegende Ringteile zur Aufnahme ,der Ventilwelle auf, um die Ventilwelle gegen das Gehäuse abzudichten (US-Patentschriften 2 847 181 und .3 095 177). Das letzte»' re Drosselklappenventil hat zwar den Vorteil, daß nur ein einziger Dichtungsring sowohl zum Abdichten der Ventilwelle als auch zum Abdichten dee Ventils erforderlich ist, solche Ventile sind jedoch re~_ lativ teuer und kompliziert herzustellen, und zwar durch die Schwie-

90 9 8 38/Ί113

rigkeit, die Nullring-Nut in die Innenwand des Strömungsmittel» kanalβ zu fräsen. Weiter ist es bei dieser bekennten Konstruktion schwierig» den Nullring auszuwechseln» verglichen mit dem relativ einfachen Strecken des Nullrings über den Auesenuafang einer Ventilseheibe· Ferner, wenn die Ventilscheibe in die geschlossene Stellung gedreht wird» ruft sie eine ungleichmäesige Schruppwirkung am sta~ tionären Nullring hervor, die dazu neigt, den Nullring zu verformen und die Dichtung zu öffnen. Während diese Bewegung stattfindet, muss der Nullring, der in der Ringnut um die Ventilwellenbohrung herum angeordnet ist, zwei rotierende Stellen abdichten, einmal die Ventil* welle und zum anderen den Teil der Ventilscheibe, der sich mit den diametralen Ringteilen des Nuilringes in Berührung befindet. Ba sich also zwei rotierende Dichtflächen und eine statische Dichtfläche an diesem Punkt treffen, neigt die Drehung der Ventilsoheibe und der Ventilwelle dazu, die diametralen ringförmigen Teile des Nullringes in der Bewegungsrichtung zu drehen und den Nullring aus seiner ursprünglichen Form, heraus zu verformen, so daß ein Leck entsteht.

Es ist deshalb erwünscht, eine verbesserte Drosselventilkonstruktion zu erhalten, bei der der Nullring am Umfang der Ventilscheibe sitzt und der Nullring angeferste Einrichtungen zur Abdichtung der Welle aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung»

Durch die Erfindung soll also ein verbesserter Nullring mit angeformter Dichteinriohtung für die Ventilwelle und ein für solche Nullringe geeignetes Drosselklappenventil verfügbar gemacht werden.

Erfindungsgemäes wird ein Drosselklappenventil mit einem Dichtungs-NuIIring in einer Nut am umfang der Ventilscheibe verfügbar gemacht,

909 836/1113

bei dem der Dichtungsring wenigstens einen Ringteil aufweist, der an der Ventilwelle angeordnet ist und diese umfasst, um die Ventilscheibe gegen eine Querbohrung abzudichten, durch die die Ventil=· welle durch das Ventilgehäuse zur Ventilscheibe reicht.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilscheibe eine Einsenkung um die Ventilwelle herum auf, und weist der Nullring eine radial vorstehende Hülse auf, die in die Einsenkung passt, um die Ventilwelle gegen die Ventilscheibe zu dichten.

Gemäss einer anderen Weiterbildung der Erfindung führt die Ventilwelle diametral durch die Ventilscheibe.

Gemäße einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Nullringdichtung verfügbar gemacht, die aus einem Stück nachgiebigem Material besteht, und bei der der Sing mit zwei diametral einander gegenüberliegenden kleineren Ringen ausgestattet ist, die so angeordnet sind, daß ihre Umdrehungsachsen axial miteinander und mit den auf einem Durchmesser des Dichtungsringes liegenden Achsen zusammenfallen, und bei dem jeder der kleineren Binge eine radial gerichtete Hülse aufweist, die radial vom Nullring nach innen hervorsteht, um eine Welle abzudichten, die axial durch diese Hülsen längs des Durchmessers des Di chtungerings hindurch tri 11.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt mit einer teilweise geschnittenen Ansicht eines Drosselklappenventils mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

- 5 ο

909838/1113

Pig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Nullringdichtung mit Merkmalen der Erfindung; und

Pig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Pig· ¹·

In Pig. 1 ist ein erfindungsgemässes Drosselklappenventil 1 dargestellt. Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2, beispielsweise ein Hohrstück, auf, das eine Längsbohrung 3 hat, die einen Strömungen mittelkanal bildet, der gesteuert werden soll. Das Gehäuse 2 weist eine Bohrung 4 mit kleinerem Durchmesser auf, die die Längsbohrung quer durchsetzt und diametral über das rohrförmige Gehäuse 2 durch eine Seitenwand und in den diametral gegenüberliegenden Teil der Seitenwand führt, so daß zwei querliegende Bohrungen 4 und 4' gebildet werden. Eine verdrehbare Ventilwelle 5 ist axial durch die Querbohrung 4 eingesetzt. Ein Ende der Ventilwelle 5 wird in der Seiten= wand des rohrförmigen Gehäuses 2 gehaltert, während das andere Ende der Ventilwelle 5 aus dem Gehäuse hinausreicht, um einen Knopf oder Handgriff 6 zum Verdrehen der Ventilwelle 5 zu tragen.

Eine Ventilscheibe 7 ist bei 8 mit einer Mittelbohrung längs eines Durchmessers der Scheibe versehen, die die Ventilwelle 5 axial verschiebbar aufnimmt. Die diametrale Bohrung 8, die die Ventilwelle 5 aufnimmt, ist in der Mittelebene der Scheibe 7 angeordnet, und eine Einstellschraube 9 dient dazu, die Ventilscheibe 7 an die Ventil« scheibe 5 zu klemmen, damit die Ventilscheibe7 verdreht werden kann.

Die Ventilscheibe 7 weist eine Umfangsnut 11 auf» die vollständig um den ganzen Umfang der Ventilscheibe 7 reicht. In den Bereichen der Ventilscheibe 7» die die Ventilwelle 5 umgeben, ist die Umfangsnut 11 in zwei Teile 11' aufgeteilt, die unterteilt sind, um an beiden Seiten an der Ventilwelle 5 vorbeizulaufen, so daß die Nut 11' die Ventilwelle 5 im wesentlichen umfasst (vgl» Fig. 2). Die Ventilscheibe 7 ist in den Bereichen in der Nähe ihres Umfanges, in denen die

909836/1113

Ventilwelle 5 durch die Ventilscheibe 7 hindurchtritt, verdickt aus« geführt, um die Ringnuten 11*. aufzunehmen. In gleicher Weise ist die Ventilscheibe 7 zur Aufnahme der Einstellschraube 9 verdickt«, Die diametrische Bohrung 8 an der Ventilscheibe 7 ist niit zwei Einsenkungen 12 an ihren Enden in der Nähe des Umfange der Ventilscheibe 7 versehen.

Ein nachgiebiger Dichtungs»Nullring 1 5 aus einem Stück ist in die Umfangsnut 11 und die Einsenkungen 12 eingepasst. Der Bing 13 ist in Fig. 3 dargestellt und weist zwei diametral einander gegenüberlie» gende Ringteile I4 auf» die mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Bögen 13 verbunden sind. Zusätzlich weist der Ring 13 zwei zylindrische Hülsen 1β auf, die axial mit der Mittelöffnung 17 der Ringteile I4 ausgefluchtet sind» Die Ringteile I4 und die Hülsen·= teile 16 passen in die Ringteile 11^s der TTrafangsnttt bzw. die radial gerichteten Einsenkungen 12.

Die Hüleenteile 16 sind in den Einsenkungen 12 gegen die Ventilwelle 5 gepresst, so daß eine Abdichtung zwischen dar Scheibe 7 und der Ven= tilwelle 5 gebildet wird. Zusätzlich dienen die Hülsenteile 16 dazu, die Ringteile 14 zu verstärken, um damit ein Verziehen der Ringteile 14 zu verhindern, wenn die Ventilscheibe 7 in die geschlossene Stel=· lung verdreht wird. Die Ringteile des Nullrings I4 werden kontinuierlich gegen die Innenwand der grossen Bohrung 3 ao Umfang der diese durchsetzenden Querbohrung 4 gepresst, um eine strSmungsmitteldiehte Abdichtung zwischen der Ventilscheibe 7 und der grossen Bohrung 3 in einem Bereich zu erhalten, der die durchsetzende Bohrung 4 umgibt, so daß die Bohrung 4 dauernd strömungsmitteldicht mit der Vantilscheibe 7 abdichtet.

Geeignete Nullringmaterialien sind natürliches Gummi, Neopren, Buna Nitril, Fluorooarbongummi und Silicongummi· Geeignete Nullringma-

90 9 8 36/1113

terialien werden von der Firma Parker ileal Company» Culver City, California, V. St. v. Amerika, geliefert.

Die Ventilscheibe 7 (vgl. Fig. 1 und 4) weist auch einen daran befestigten Positionsanschlag auf. Der Anschlag 21 weist einen rechtwinkeligen Arm 22 auf, der fest an der Ventilscheibe 7 befestigt ist, beispielsweise mit einer nicht dargestellten Schraube. Der nach aussen vorstehende Schenkel 23 des Armes 22 weist eine Göwindebohrung zur Aufnahme einer Schraube 24 auf. Eine Kontermutter 25 ist vorgesehen, um die Schraube 24 in einer gewünschten Einstellung festzulegen. Die Schraube 24 wird so eingestellt, daß, wenn der Hebel 6 in Richtung aus der Papierebene heraus bewegt wird, wie durch den Pfeil angedeutet ist, die Ventilscheibe 7 sich dreht, bis die Posi= tionsschraube 24 an der Innenwand der Bohrung 3 anliegt, wodurch eine, weitere Verdrehung der Ventilscheibe 7 verhindert wird.

Bei einem typischen Drosselklappenventil 1 von 50 mm (2 Zoll) nach der Erfindung betrug der Innendurchmesser der Umfangsnut 11 44»2 mm (1,740 Zoll), der Durchmesser der Ventilscheibe 7 betrug 49,8 mm (1,96O Zoll) und die Breite der Umfangsnut 11 betrug 3,45 mm (0,136 Zoll), und das war auch der Durchmesser des Querschnitts des Null" ringes. Der Nullring I3 wurde im Durchmesser um 0,13 mm (0,005 Zoll) zusammengepresst. Dieses Zusammenpressen um 0,13 rom (0,005 Zoll) wurde kontinuierlich längs der Achse der Ventilwelle 5 erreicht, wenn sich das Ventil 7 in der geschlossenen Stellung befand. Die Ventilwelle 5 hatte 4*75 mm (0_t187 Zoll) Durchmesser, und die radialen Bohrungen 17 des Nullringes 13 hatten einen Durchmesser von 3»8 mm (0,15 Zoll), so daß der Innendurchmesser der Hülsen 16 etwa 0,94 ma (O,O37 Zoll) zu klein war, um eine Kompressionsdichtung am Ventil 5 zu erhalten. Dieses Drosselklappenventil 1 war besonders brauchbar sus Steuern von Gasen in einer Vakuumanlage und hat sich als sehr wirksam erwiesen, wenn Vakuumkammem und dergleichen bei Drucken bis

909836/1 1 13

herab zu 10* Torr mit Leckraten von weniger als 1 χ 10** cnr Helium pro Sekunde vollständig abgeschlossen werden sollen· Drossel« klappenventile 1 nach der Erfindung sind besonders brauchbar in Grossen zwischen etwa 10 und 100 mm (0,5 - 4 Zoll) Durchmesser.

909836/1113

Claims

71 P2O1 D Patentansprüche

1. Drosselklappenventil, bei dem ein Ventilgehäuse einen Strömungsmittelkanal aufweist, eine Ventilscheibe in diesem Kanal verschwenkbar ist, um den Strömungsmitteldurchfluss durch dieses hindurch zu steuern, das Gehäuse eine Bohrung durch seine Wand aufweist, die den Kanal quer durchsetzt, eine Ventilwelle durch die Bohrung hindurch und in die Scheibe längs eines Radius der Scheibe und im wesentlichen in einer Mittelebene der Scheibe führt, die Ventilscheibe eine Umfangsnut in der Randlippe aufweist, die sich vollständig um den Umfang der Scheibe erstreckt, und ein kontinuierlicher nachgiebiger Dichtungsring in der Nut angeordnet ist und die Scheibe umfasst, um diese gegen die Innenwand des Strömungsmittelkanals abzudichten, wenn die Scheibe in ihre Schliessstellung geschwenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring wenigstens eine radial gerichtete Bohrung aufweist, um die Ventilwelle hindurchzulassen, die Ringlippe dieser Bohrung in dem Dichtungsring so angeordnet ist, daß sie die Öffnung in der Wand des Kanals umfasst, wo dieser von der Bohrung durchsetzt wird, so daß ein Dichtungsring in kontinuierlicher Dichtungsanlage zwischen der Scheibe und der Innenwand des Strömungsmittelkanals gebildet wird, um die Querbohrung im Gehäuse zur Ventilscheibe dauernd abzudichten.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine weitere Bohrung aufweist, die den Strömungsmittelkanal quer durchsetzt und axial mit der Bohrung ausgefluchtet ist, die Ventilwelle durch die Ventilscheibe und in die andere Bohrung im Gehäuse reicht, der Dichtungsring eine zweite querliegende Radialbohrung aufweist, die axial mit der erst genannten Radialbohrung

909836/ 1113

ausgefluchtet ist, um die Ventilwelle aufzunehmen, der ringförmige Lippenteil der zweiten Bohrung im Dichtungsring so angeordnet ist* daß er die andere Bohrung im Gehäuse umfasst und einen Dichtungs=» ring bildet, der kontinuierlich dichtend zwischen der Scheibe und der Wand des Strömungsmittelkanals anliegt, um die andere Quer*= bohrung im Gehäuse gegen die Ventilscheibe dauernd abzudichten.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring dichtend an der Veritilwelle an der inneren Randkante der radialen Bohrung im Dichtungsring anliegt, um die Ventil= welle strömungsmitteldicht gegen die Ventilscheibe abzudichten«

4. Ventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Di_chtungs» ring eine radial einwärts gerichtete Hülse aufweist_s die eine ein·= wärts gerichtete Verlängerung der Randkante der radialen Bohrung im Dichtungsring bildet, und diese Hülse dichtend an der durch sie hindurchgehenden Ventilwelle anliegt, um eine zusätzliche konti= nuierliche Strömungsmitteldichtung der Ventilwelle gegen die Ven« tilscheibe zu bilden.

5· Ventil nach Anspruch 4» dadureh gekennzeichnet, daß die Ventil= scheibe eine radiale Bohrung und eine dazu konzentrische Einsen«- kung aufweist, die die Ventilwelle aufnehmen, die Einsenkung in der Nähe des Umfangs der Ventilscheibe angeordnet ist, und die Innenwand der radialen Einsenkung dazu dient, die Hülse des Dich= tungsringes radial zur dichten Anlage an der Ventilwelle zusammenpresste

6. Dichtungsring für Dras3elklappenventlle, der aus einem Stück eines nachgiebigen Materials besteht und eine allgemein ringartige Form hat und dazu zwei diametral einander gegenüberliegende Ringteile aufweist, die so geformt sind, daß ihre Umdrehungsachsen axial

909836/1113

miteinander ausgefluchtet sind und mit einem Durchmesser des Dichtungsringes zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die diametral einander gegenüberliegenden Ringteile jeweils eine radial gerichtete Hülse aufweisen, die radial von der allgemein ringartipen Pore nach innen hervorstehen, um gegen eine Welle ab zudichten, die axial durch die Hülse längs eines Durchmesser des Dichtungsringes hindurchführt.

909836/1113

43

47gl 1-226 19 05 9^7 O.T: 4.9.1969

O/5

FIG. 2

FIG. I

I5

FIG fr I /., ■} .4
^; Λ V 1

FIG. 3

909836/1113