DE19501089C2 - Modulares Drosselklappenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselklappenventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Drosselklappenventil ist in U.S. Patent 5,236,003 des Anmelders erläutert. Solche Ventile haben sich vorzugsweise für kleine Aufgabebehälter bzw. Trichter mit begrenztem Fassungsvermögen bewährt. Die Möglichkeit der schnellen Befestigung und der modularen Struktur führte da­ zu, daß es auch als Ventil am Auslaß- oder Einlaß-Ende großer Behälter o. ä. verwendet wird. Die selbstzentrierenden Eigenschaften dieses Ventils haben jedoch bei starker Bean­ spruchung einen Nachteil, nämlich daß die Ventilscheibe in Materialströmungsrichtung verschoben wird. Sind so die auf die Scheibe einwirkenden Kräfte sehr hoch, so kann sich die Scheibe nach unten verschieben. Damit kann der Ventilsitz beim Rotieren der Scheibe verkratzt wer­ den.

Ferner ist es bei einem Drosselklappenventil bekannt (EP 0 156 581), daß die profilierte Ventilsitzfläche zwei Abflachungen zur Abdichtung der Nabe der Ventilscheibe aufweist. Ferner ist es aus DE 32 20 659 A1 bekannt, daß die Ventilscheibe direkt - ohne Zwischen­ schaltung von Lagerbuchsen zwischen den Wellenzapfen der Ventilscheibe und dem fle­ xiblen Ventilsitz - in dem flexiblen Ventilsitz gelagert ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Drosselklappenventil so zu verbessern, daß die selbstzentrierenden Eigenschaften auch bei hoher Belastung aufrechterhalten bleiben, ohne daß das Ventil bzw. der Ven­ tilsitz Schaden leiden.

Die genannte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein modulares Drosselklappen­ ventil;

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

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1; und

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt durch eine geän­ derte Ausführungsform mit gleicher Blickrichtung wie in Fig. 2, jedoch um 180° gedreht.

Der Aufbau des in den Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellten Dros­ selklappenventils 10 ist dem in U.S. 5,236,003 dargestellten Ventil sehr ähnlich. Das Ventil besitzt eine Ventilscheibe 12, einen Ventilsitz 14, ein Gehäuse 16 und mindestens einen mit Gelenk versehenen Schnellkupplungsring 18.

Die Ventilscheibe 12 besitzt zwei an ihr durch Schweißen o. ä. befestigte Naben 20. Die Schweißverbindung der Naben 20 ist vorzugsweise profiliert, um eine glatte Durchströmfläche zu erhalten und so das Ansetzen von Material zu vermeiden. Die Wellenstummel 22 und 24 liegen auf einer gemeinsamen Achse und sitzen an den Naben 20. Die Naben 20 sind vorzugs­ weise rund mit halbkugeligen inneren Enden. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Wellen 22 und 24 kleiner als die der Naben 20. In Fig. 3 besitzt die Welle 22 einen Abschnitt 26 mit verkleinertem Durchmesser 26, der um einen bestimmten Abstand vorsteht. Dieser Abschnitt 26 kann mit der Welle 22 einstückig oder auch getrennt ausgebildet sein, also ein Stift oder eine Nocke o.a. sein.

Die Welle 24 ist so lang, daß sie sich über das Ventil 20 nach außen erstreckt und damit die Ventilscheibe 22 drehbar ist, um sie zwischen einer Schließlage und einer Öffnungsla­ ge zu verschwenken. Fig. 1 zeigt die Schließlage. Das Ende der Welle 24 kann gegenüber der Nabe 20 bei 28 quadratisch o. ä. sein. Antriebe sind in U.S. 5,236,003 dargestellt.

Die Scheibe 12 ist zur Verringerung der Reibung glatt po­ liert. Die Umfangskante hat einen in Fig. 4 dargestellten Radius. Beispielsweise hat eine Scheibe aus 11 ga. rost­ freiem Stahl einen Radius von vorzugsweise 2,54 mm.

Das Gehäuse 16 besitzt eine zylindrische Durchgangsbohrung 30, eine Gegenbohrung 32 und einen äußeren Durchmesser 34. Die Gegenbohrung 32 liegt im wesentlichen konzentrisch zur Durchgangsbohrung 30. Die Gegenbohrung 32 hat eine bestimmte Tiefe und bildet so einen Flansch 36. Das Gehäuse 16 besitzt ferner einen ersten Halteflansch 38 und einen zweiten Halte­ flansch 40. Beide Flansche 38 und 40 sind außen radial am Durchmesser 34 des Gehäuses 16 angeformt. Beide Flansche 38 und 40 besitzen ein bestimmtes Profil, das zu dem Kuppelring 18 paßt. Eine zweite Schulter 39 ist in der Gegenbohrung 32 des Gehäuses 16 angeordnet und liegt um 180° gedreht gegen­ über einer ersten Öffnung 41. Diese ist so ausgebildet, daß zwischen der Welle 24 und den Wandungen ein bestimmtes Spiel vorgesehen ist.

Der Kupplungsring 18 hat eine V-förmige Nut 44 an seiner In­ nenfläche 46 der beiden halbkreisförmigen Ringabschnitte 48 und 50. Diese sind über die Gelenkplatte 52 schwenkbar mitein­ ander verbunden. Der Kupplungsring 18 wird am Gehäuse 16 mit einem Bolzen und Spannmutter 54 festgeklemmt. Eine ge­ schlitzte Öffnung 56 erlaubt ein schnelles Öffnen bzw. Befe­ stigen des Kupplungsringes 18.

Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, hat der Ventilsitz 14 einen äußeren Durchmesser 58, eine profilierte Sitzfläche 60 und Enden 62. Der Ventilsitz 14 ist von bestimmter Länge, gemessen als Abstand zwischen den Enden 62. Die profilierte Sitzfläche 60 ist so ausgeformt, daß ein Innendurchmesser am Mittelpunkt 64 zwischen den Enden 62 etwa 0,3 mm kleiner ist als der Innen­ durchmesser an den Enden 62. Vorzugsweise hat der Mittel­ punkt 64 einen radialen Scheitelabschnitt, der glatt in die Enden 62 einläuft.

Der Ventilsitz 14 ist vorzugsweise aus einem elastischen Ma­ terial, beispielsweise einem FDA-geprüften Elastomer herge­ stellt. Die Härte des Elastomer beträgt vorzugsweise etwa 40 Durometer. Der Ventilsitz 14 besitzt ferner zwei querlaufen­ de eingeformte Öffnungen 66. Die Größe der Öffnungen 66 ist so gewählt, daß sich mit den Wellen 22 und 24 ein enger La­ gersitz ergibt. Beträgt beispielsweise der Durchmesser der Wellen 22 und 24 19 mm, so sollte die Öffnung einen Durch­ messer von etwa 18,4 mm besitzen. Auf der Innenfläche des Sitzes 14 angeformte Abflachungen 67 liefern eine Flächen­ dichtung. Diese Abflachungen 67 stoßen an die Stirn der Na­ ben 20. Der Abstand zwischen den entgegengesetzten Abfla­ chungen 67 ist etwas kleiner als der Abstand zwischen den Stirnflächen der Naben 20. Dieser Längenunterschied ergibt für die Scheibe 12 eine Vorspannwirkung, die zu einem Selbstzentrieren der Scheibe 12 gegenüber dem Sitz 14 führt.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist zum Befestigen des Ventilsitzes 14 ein mit Schulter versehener Klemmring 68 vorgesehen. Da­ bei ist der Ventilsitz 14 abgedichtet und zwischen dem Flansch 36 und einer Stirnfläche 70 des Klemmrings 68 fest­ gehalten. Dieser Klemmring besitzt eine zweite Durchgangs­ bohrung 72, einen Schulterdurchmesser 74 und einen dritten Halteflansch 76. Die Größe des Schulterdurchmessers 74 ist so gewählt, daß sich ein enger Sitz in der Gegenbohrung 32 des Gehäuses 16 ergibt. Die Größe des dritten Halteflansches 76 ist so gewählt, daß er zum zweiten Halteflansch 40 paßt. Der dritte Halteflansch 76 ist ferner so profiliert, daß er von dem Kupplungsring 18 vorzugsweise im Anschlag an dem zweiten Halteflansch 40 gehalten wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat sich herausge­ stellt, daß ein Spiel zwischen dem verkleinerten Durchmes­ ser-Abschnitt 26 und dem zweiten Flansch von etwa 0,59 mm die Bewegung der Ventilscheibe 12 in Richtung des Material­ durchflusses minimiert, während die selbstzentrierenden Eigenschaften des Ventils beibehalten werden. Diese Begren­ zung der Bewegung ist besonders bedeutsam, wenn das Ventil am Auslaßende großer Behälter mit strömungsfähigem Material angeordnet ist. Ein ähnliches Spiel sollte zwischen der ersten Öffnung 41 und der zugehörigen Welle 24 vorhanden sein.

Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dann wirk­ sam, wenn das Ventil vom Material in Pfeilrichtung der Fig. 2 durchströmt wird. Eine zweite Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird bevorzugt, wenn der Materialstrom umgekehrt ist oder in beiden Richtungen verläuft. In dieser Ausführungsform ist ein Anschlag 78 gegenüber der zweiten Schulter 39 angeord­ net. Eine Stirnseite dieses Anschlags 78 liegt etwa 0,59 mm von dem Abschnitt 26 mit verkleinertem Durchmesser entfernt. Es hat sich herausgestellt, daß ein in den Klemmring 68 ein­ gepreßter Stift zufriedenstellende Resultate liefert. Dieser Stift erlaubt auch ein einfaches Zerlegen des Ventils. Als Anschlag kann auch ein Anschlagklotz am Gehäuse befestigt sein. Der Anschlag 78 begrenzt die Verlagerung der Ventil­ scheibe 12 bei hohen auf die Scheibe 12 einwirkenden Kräfte.

Claims (8)

1. Drosselklappenventil mit verbesserten Lasteigenschaften bestehend aus

• (a) einer Ventilscheibe (12), die zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung verschwenkbar ist, und mit einander gegenüberliegenden Naben (20) ver­ sehen ist, an denen Wellen (22, 24) vorgesehen sind, wobei sich die eine Welle (24) zur Betätigung nach außen erstreckt und eine zweite Welle (22) mit einem Abschnitt verringerten Durchmessers von bestimmter Länge (26) versehen ist;
• (b) einem Gehäuse (16) mit einer ersten Durchgangsbohrung (30), einer Ge­ genbohrung (32) von bestimmter Tiefe zur Ausbildung einer Auflage (36), mit ei­ nem ersten und zweiten Halteflansch (38, 40) an dem Gehäuse zum Befestigen eines Kupplungsringes (18), mit einer querverlaufenden Öffnung (41) zum Durchstecken der ersten Welle (24) und einer zweiten Auflage (39) von bestimmter Größe und Tiefe in einer Wandung des Gehäuses gegenüber der querverlaufenden Öffnung (41);
• (c) einem flexiblen Ventilsitz (14) mit profilierter Ventilsitzfläche (60) , mit zwei querverlaufenden Öffnungen (66), mit einem Außendurchmesser, dessen Größe so gewählt ist, daß der Ventilsitz (14) im Paßsitz entfernbar in der Gegen­ bohrung des Gehäuses einsitzt, jede der Öffnungen (66) einen bestimmten Durch­ messer für einen engen Lagersitz der beiden Wellen (22, 24) aufweist und die profi­ lierte Ventilsitzfläche (60) zwei Abflachungen (67) zur Abdichtung gegen die radial außenliegenden Stirnflächen der Naben (20) aufweist;
• (d) einem Klemmring (68), der eine zweite Durchgangsbohrung (72) besitzt, einen Absatz (74) und einen dritten Halteflansch (76), wobei die zweite Durch­ gangsbohrung (72) im wesentlichen gleich dem Durchmesser der ersten Durch­ gangsbohrung (30) ist, der Absatz (74) des Klemmrings (68) in der Gegenbohrung (32) sitzt und den Ventilsitz (14) zwischen einer Stirnfläche (70) des Klemmrings (68) und der Auflage (36) des Gehäuses hält, und der dritte Halteflansch (76) so profiliert ist, daß er zusammen mit dem zweiten Halteflansch (40) des Gehäuses von dem Schnellkupplungsring (18) befestigt wird,

wobei die Ventilscheibe (12) zum Selbstzentrieren in einer zur Materialströ­ mungsrichtung querverlaufenden Richtung, in dem elastischen Ventilsitz gelagert und vorgespannt ist, und ein zweites Spiel zwischen dem Abschnitt (26) verkleiner­ ten Durchmessers der zweiten Welle (22) und der zweiten Auflage (39) vorgesehen ist, das mit dem ersten Spiel zwischen der Welle (24) und der Durchtrittsöffnung (41) im Gehäuse zusammenwirkt, um eine Bewegung der Ventilscheibe (12) gegen­ über dem Ventilsitz (14) in Materialströmungsrichtung zu begrenzen.

2. Drosselklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnellkupplungsring (18) zwei halbkreisförmige Hälften (48, 50) aufweist, die mit einer Gelenkplatte (52) schwenkbar verbunden sind und die am entgegengesetzten Ende mit einer schwenkbaren Befestigungseinrichtung (54) versehen sind.

3. Drosselklappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbkreisförmigen Hälften (48, 50) eine V-förmige Nut (44) auf der Innenseite auf­ weisen, die mit den Halteflanschen am Klemmring und dem Gehäuse zusammen­ wirkt.

4. Drosselklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilsitzfläche (60) so profiliert ist, daß ihr innerer Durchmesser am Mittelpunkt (64) gegenüber dem Innendurchmesser an den beiden Enden (62) um einen bestimmten Betrag verkleinert ist.

5. Drosselklappenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser am Mittelpunkt (64) einen radialen Scheitelabschnitt aufweist, der glatt in die beiden Enden (62) einläuft.

6. Drosselklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Anschlag (78) vorgesehen ist, der in einem bestimmten Abstand von der zweiten Auflage (39) angeordnet ist, um eine Verlagerung der Ventilscheibe (12) gegenüber dem Ventilsitz (14) in einer Richtung parallel zur Materialströ­ mungsrichtung auf beiden Seiten zu begrenzen.

7. Drosselklappenventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag ein längerer Stift (78) verwendet wird, der am Klemmring (68) befestigt ist.