DE19641032A1 - Klappenventil - Google Patents

Description

Unter den Armaturen nehmen Klappenventile zunehmend größeren Raum ein, weil sie kostengünstiger herzustellen sind, als andere Armaturenarten für das Absperren und Regeln von Stoffströmen verschiedenster Zusammensetzungen.

Unter den vielen Bauformen, die den Stand der Technik repräsentieren, sind viele, deren Funktionsfähigkeit von der Materialzusammensetzung der Dichtung zwischen Klappenteller und der Dichtung im Gehäuse abhängt. Auch die maximale Einsatztemperatur ist davon wesentlich beeinflußt. Die Belastungen der Dichtung ergeben sich im wesentlichen aus dem Ablauf der Kinematik des Absperrorgans und der daraus resultierenden mechanischen Abnutzung unmittelbar vor und nach dem Dichtvorgang. Dieser Reibweg zwischen Dichtung und Sitz im Gehäuse, für den Fall, daß die Dichtung im Klappenteller angeordnet ist, kann als Hauptfaktor für den Verschleiß betrachtet werden. Für den höheren Temperatureinsatzbereich, über 300°C, sind fast ausschließlich metallische Dichtungsformen in oder ohne Kombination mit den verschiedensten Graphitformen im Einsatz. Falls keine ausreichende Kammerung des Graphit vorliegt, sind insbesondere auch Schäden an der kombinierten Dichtung bei geöffnetem Klappenteller durch die Erosionswirkung der Strömung zu erwarten.

Aus unterschiedlichen Temperaturen bei den Öffnungs- und Schließvorgängen und äußeren Kräften oder/und Momenten, die die Verformung der Sitzgeometrie bewirken, folgen zusätzliche Schwierigkeiten, die die Lebensdauer der Dichtung negativ beeinflussen.

In der EP 0581119 wird ein Klappenventil beschrieben, deren Kinematik von einer Antriebswelle über mehrere Lager und ein Hebelsystem auf eine Klappenwelle und einen Klappenteller übertragen wird. Das Hebelsystem befindet sich innerhalb des Klappengehäuses und ist dem Betriebsmedium voll ausgesetzt. Das Abheben des Klappentellers und dessen Drehbewegung sind direkt voneinander abhängig und können in ihrer Abfolge nicht direkt beeinflußt werden. Die Lagerung der Klappenwelle in zwei Lagern hat eine Begrenzung der Variationsfähigkeit der Kinematik und der Überdeckung der Sitzflächen zur Folge. Die erhebliche Anzahl der Gelenke hat negative Auswirkungen auf die Fähigkeit dieses Klappenventils bei Veränderung der Betriebstemperatur die Dichtwirkung im geschlossenen Zustand auch über längere Zeiträume hinweg zu erhalten. Durch die massiven Dimensionen und die beidseitige Lagerung der Klappenwelle wird die freie Querschnittsfläche des Klappenventils im geöffneten Zustand sehr beeinträchtigt.

Diese Nachteile zu vermeiden ist Gegenstand der vorliegenden Lösung und wird im folgenden beschrieben.

Das Hauptmerkmal vorliegende Lösung ist, daß die Kinematik der Antriebswelle durch eine Aufeinanderfolge von Winkelbewegungen in zwei verschiedenen Ebenen abläuft.

Die Kinematik soll am Beispiel des Öffnungsvorgangs verdeutlicht werden. Der Öffnungsvorgang wird zunächst durch das nahezu parallele Schwenken des Klappentellers vom Sitz im Gehäuse eingeleitet, d. h. der Reibweg zwischen den Dichtflächen des Klappentellers und des Klappengehäuses ist sehr klein. Das erforderliche Maß dieses Abhebens ist dabei von dem Grad der Überdeckung zwischen Klappenteller und gegenüberliegendem Sitz im Klappengehäuse, d. h. der halben Durchmesserdifferenz sowie der Summe der Spiele aller bewegten Teile, sowie deren elastischer Verformung abhängig. Erst bei einem ausreichenden Abstand des Klappentellers vom Sitz im Gehäuse wird der Drehvorgang eingeleitet und mit weiterem Schwenken überlagert. Der kinematische Vorgang wird durch einen, außerhalb des Klappengehäuses gelagerten und deshalb durch Strömungsvorgänge nur unwesentlich beeinflußten, Formkörper zwangsgesteuert. Der Formkörper durchläuft eine Nut, die so geformt ist, daß dem ausschließlichen Abheben des Klappentellers die 90°-Drehung zur Vollöffnung folgt. Der Übergang vom Abheben zur Drehung des Klappentellers wird durch ein Drehmoment erzeugt, das dadurch zustande kommt, daß die Gerade in Antriebskraftrichtung keinen Schnittpunkt mit der Achse der Klappenwelle hat. Die erforderliche Neigung der Antriebswelle vor dieser 90°-Drehung wird durch ein Lager realisiert, das mit dem Klappengehäuse verbunden ist. Durch ein zweites Lager, das neben dem Formkörper auf der Klappenwelle angeordnet ist, wird die erforderliche Kraft zur Bewegung und zur Aufbringung der Dichtkraft auf den Klappenteller eingeleitet. Dabei ist es für die Funktion des Klappenventils unerheblich, ob diese Antriebskraft translatorisch durch einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, oder durch eine Drehbewegung etwa durch einen Elektroantrieb über einen Hebel aufgebracht wird. Durch einen annähernd gleichen Hebelabstand zwischen den beiden Gleitlagern einerseits und zwischen Mitte Klappenteller und naheliegendem Gleitlager andererseits entspricht die Antriebskraft der mittig auf den Klappenteller aufgebrachten Dichtkraft. Die Dichtkraft kann dadurch gleichmäßig auf die Dichtfläche verteilt werden und wirkt verlustfrei senkrecht zu den Dichtflächen. Es ist auch möglich, den Hebelarm der Antriebskraft auf Kosten deren Erhöhung zu verringern.

Die Abdichtung der Klappenwelle erfolgt durch eine Kombination von Stopfbuchse und Metallfaltenbalg und kann so Bewegungen der Klappenwelle in jeder Position abdichten. Diese Kombination ist immer gegen Verdrehung gesichert. Je nach Gestalt der Form der Nut zur Führung des Formkörpers muß die Verdrehsicherung für die Stopfbuchse einen oder zwei Freiheitsgrade aufweisen. Die Verbindung zwischen Klappenwelle und Klappenteller ist flexibel gestaltet. Dadurch kann sich der Klappenteller bei jedem Schließvorgang an den Sitz im Gehäuse anpassen. Mit dieser Anordnung kann jede Art von Dichtung zwischen Klappenteller und Sitz im Gehäuse in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen verwendet werden.

Die nachfolgend zusammengestellten Figuren sollen eine detaillierte Erklärung der Funktion der Klappenventils ermöglichen.

Fig. 1 Vorderansicht, Ausführung 1,

Fig. 2 Draufsicht, Ausführung 1,

Fig. 3 Seitenansicht (geschlossene Position) Ausführung 1,

Fig. 4 Seitenansicht (geöffnete Position, noch keine Drehbewegung) Ausführung 1,

Fig. 5 Seitensicht (voll geöffnete Position) Ausführung 1,

Fig. 6 Vorderansicht, Ausführung 2,

Fig. 7 Draufsicht, Ausführung 2,

Fig. 8 Seitenansicht (geschlossene Position) Ausführung 2,

Fig. 9 Seitenansicht (geöffnete Position, noch keine Drehbewegung) Ausführung 2,

Fig. 10 Seitensicht (voll geöffnete Position) Ausführung 2,

Fig. 11 Vorderansicht, Ausführung 3,

Fig. 12 Ansicht gelüfteter Klappenteller, Ausführung 3,

Fig. 13 Dichtungsanordnung, Einzelheit B von Fig. 1, 6, 11,

Fig. 14 Dichtungsanordnung, Einzelheit B von Fig. 1, 6, 11,

Fig. 15 Dichtungsanordnung, Einzelheit B von Fig. 1, 6, 11,

Fig. 16 Modifikation Formkörper,

Fig. 17 Verbindung Klappenteller, geschlossener Zustand, Einzelheit A von Fig. 1, 6, 11,

Fig. 18 Verbindung Klappenteller, geöffneter Zustand, Einzelheit A von Fig. 1, 6, 11,

Fig. 19 Draufsicht, Ausführung 4,

Fig. 20 Seitenansicht, Ausführung 4,

Fig. 21 Schnitt A-B von Fig. 19, voll geschlossen,

Fig. 22 Schnitt C-D von Fig. 19, voll geschlossen,

Fig. 23 Schnitt A-B von Fig. 19, Schwenken beendet, noch kein Drehen,

Fig. 24 Schnitt C-D von Fig. 19, Schwenken beendet, noch kein Drehen,

Fig. 25 Schnitt A-B von Fig. 19, Drehen beendet, voll geöffnet,

Fig. 26 Schnitt C-D von Fig. 19, Drehen beendet, voll geöffnet.

Bezugszeichenliste

1

Klappengehäuse

2

Klappenteller

3

Klappenwelle

4

Lager

5

Lager

6

Stopfbuchse

7

Faltenbalg

8

Befestigung

9

Gelenk

10

Gelenk

11

Buchse

12

Flansch

13

Flansch

14

Seitenteil

15

Seitenteil

16

Frontteil

17

Klappenventil

18

Sitz

19

Formkörper

20

Antriebskraftrichtung

21

Nut

22

Achse

23

Federelement

24

Klappenventil

25

Klappenwelle

26

Sitz

27

Gehäuse

28

Frontplatte

29

Klappenteller

30

Neigungswinkel

31

Klappenwelle

32

Klappenventil

33

Sitz

34

Frontplatte

35

Nut

36

Klappenteller

37

Anschlag

38

Dichtlippe

39

Dichtlippe

40

Dichtung

41

Anschlag

42

Dichtung

43

Dichtlippe

44

Dichtlippe

45

Graphitfaserlage

46

Achse

47

Achse

48

Achse

49

Lager

50

Hebel

51

Achse

52

Radiusmittelpunkt

53

Formkörper

54

Radius

55

Radius

56

Nut

57

Winkel

58

Winkel

59

Radius

60

Rollenlager

61

Zwischenraum

62

Schräge

63

Raum

64

Schräge

65

Winkel

66

Klappenventil

67

Klappenteller

68

Sitz

69

Klappengehäuse

70

Klappenwelle

71

Ende Klappenwelle

72

Schwenkpunkt

73

Achse

74

Punkt

75

Führung

76

Verdrehsicherung

77

Stopfbuchse

78

Antriebshebel

79

Verbindungshebel

80

Wellenhebel

81

Schwenklager

82

Drehpunkt

83

Winkel

84

Mittelachse

85

Mittelachse

86

Mittelachse

87

Winkel

88

Punkt

89

Teil

90

Abstand

91

Drehpunkt

92

Radius

93

Punkt

94

Laufrolle

95

Laufrolle

96

Faltenbalg.

Nach den Fig. 1, 2 besteht das Klappenventil (17) aus einem Klappengehäuse (1) mit Flanschen (12, 13), die dem Anschluß an Rohrleitungen dienen. In dem Klappengehäuse (1) ist ein Sitz (18) angeordnet. Der Klappenteller (2) ist mittels der zweigeteilten Befestigung (8) mit der Klappenwelle (3) verbunden. Eine Buchse (11) ist in das Klappengehäuse (1) eingeschweißt. Die Buchse (11) nimmt das Lager (4) auf, in der die Klappenwelle (3) gelagert ist. Das Klappengehäuse (1) wird mit der Stopfbuchse (6) und dem Faltenbalg (7) gegenüber der Klappenwelle (3) abgedichtet. Die Stopfbuchse (6) kann sich mit Hilfe der Gelenke (9, 10) in zwei Ebenen bewegen. Eine Drehbewegung der Stopfbuchse (6) um die Achse (46) der Klappenwelle (3) wird jedoch verhindert. Mittels eines Lagers (5) wird die Antriebskraft in Antriebskraftrichtung (20) auf die Klappenwelle (3) aufgebracht. Mit der Klappenwelle (3) ist ein Formkörper (19) symmetrisch verbunden, der die Steuerung der Bewegung übernimmt. Dadurch entsteht bei Krafteinwirkung in Antriebskraftrichtung (20) ein Drehmoment, das die Drehrichtung vorherbestimmt. Der Formkörper (19) gleitet bei der Öffnung oder dem Schließen der Klappe (17) in einer dreidimensional geformten Nut (21), die sich in einem Frontteil (16) befindet. Durch die dreidimensionale Ausformung der Nut (21) wird eine linienförmige Berührung einer Breite des Formkörpers (19) in Richtung der Achse (46) der Klappenwelle (3) erzeugt, die im wesentlichen der Dicke des Frontteils (16) entspricht. Das Frontteil (16) ist mit den Seitenteilen (14, 15) mit dem Klappengehäuse (1) verbunden. Mit den beiden Gelenken (9, 10) hat die Klappenwelle (3) insgesamt drei Freiheitsgrade, die in Verbindung mit der Zwangssteuerung durch den Formkörper jeden erforderlichen Bewegungsablauf entsprechend der Einbaulage der Klappe (17) ermöglichen.

In Fig. 3 ist die Seitenansicht der Klappe (17) in voll geschlossener Position dargestellt. Der Formkörper (19) in der Nut (21) befindet sich in einer Position parallel zur Achse (22) der Ventilklappe (17).

In Fig. 4 ist die Position des Formkörpers (19) gezeigt, nachdem der Klappenteller (2) einen ausreichenden Abstand von dem Sitz (18) erreicht hat, um mit der 90°-Drehung zu beginnen. Von der voll geschlossenen Position (Fig. 3) bis zu dieser Position ist Druckausgleich zu erwarten, was einer Bypassfunktion gleichkommt. In dieser Position wirkt das Drehmoment durch den Abstand der Antriebskraft von der Achse (46) der Klappenwelle (3) als reibungsmindernd zwischen dem Formkörper (19) und der Nut (21).

In Fig. 5 ist die Klappe (17) in voll geöffneter Stellung gezeigt. Zwischen den Stellungen der Fig. 4 und 5 findet eine 90°-Drehung der Klappenwelle (3) und ein weiteres Schwenken des Klappentellers (2) statt. Das Drehmoment nimmt dabei in der Mitte zwischen Vollöffnung und der geschlossenen Stellung ein Minimum an, weil der Abstand der Berührungslinie zwischen dem Formkörper (19) und der Nut (21) einerseits sowie der Achse der Klappenwelle (3) andererseits sich zunächst verringert, dann aber wieder vergrößert.

In den Fig. 6 bis 10 ist eine Ventilklappe (24) gezeigt, die mit zwei Freiheitsgraden der Klappenwelle (25), d. h. einem Freiheitsgrad der Stopfbuchse (6), auskommt.

Dazu ist es erforderlich, daß die Achse der Klappenwelle (25) im geschlossenen Zustand parallel zur Ebene des Sitzes (26) im Gehäuse (27) verläuft und die Frontplatte (28) so geneigt ist, daß beim Öffnen des Klappenventils (24) der Klappenteller (29) diesen Neigungswinkel (30) durch Schwenken erreicht und sich durch die 90°-Drehung nicht verändert.

Der Ablauf der Kinematik ist in den Fig. 8 bis 10 dargestellt. Das Schwenken des Klappentellers (29) sowie dessen Drehbewegung laufen nacheinander ab und sind voneinander vollkommen getrennt. Dabei ist es wesentlich, daß der Radiusmittelpunkt (52) des Formkörpers (53) auf der Achse (48) des Klappentellers (29) liegt und der Drehwinkel des Formkörpers (53) geringfügig unter 90 Grad liegt. Das ist für die eindeutige Drehrichtung der Klappenwelle (25) bei Beginn der Schließbewegung erforderlich. Auf den Widerstandsbeiwert des Klappenventils (24) bei Vollöffnung hat das nur unwesentliche Auswirkungen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird in den Fig. 11 und 12 offenbart. Hier ist die Klappenwelle (31) des Klappenventils (32) im geschlossenen Zustand gegenüber der Ebene des Sitzes (33) geneigt, erreicht vor dem Beginn der 90°-Drehung Parallelität zur Ebene des Sitzes (33) und behält sie bis zur Erreichung der Vollöffnung bei. Damit entfällt die erforderliche Neigung der Frontplatte (34) und die Dreidimensionalität der Nut (35).

In Fig. 13 ist eine metallische Dichtungsanordnung mit metallischen Dichtflächen sowohl im Klappenteller (2, 29, 36) als auch im Sitz (18, 26, 33) für höhere Temperaturen dargestellt. Der Klappenteller (2, 29, 36) weist eine gekrümmte Dichtfläche mit einem Radius (59) auf und erzeugt so unabhängig vom Spannungszustand des Klappentellers immer eine Dichtlinie. Der Sitz besitzt eine Schräge (64) unter einem Winkel (65), die bewirkt, daß bei Längenänderung der Klappenwelle durch Temperaturänderungen im geschlossenen Zustand der Klappenteller (2, 29, 36) seine ursprüngliche Dichtlinie nicht verläßt. Der Winkel (65) sollte im Bereich zwischen 5 und 30 Grad liegen, um ein Verklemmen des Klappentellers (2, 29, 36) im Sitz (18, 26, 33) zu verhindern. Die Druckdifferenzkraft und die Kraft zur Abdichtung müssen über die Klappenwelle aufgebracht werden.

Fig. 14 zeigt ebenfalls eine metallische Dichtungsanordnung, die aber nur das Aufbringen der Druckdifferenzkraft und die Vorspannung des Dichtelements erfordert. Der Klappenteller (2, 29, 36) besitzt einen kreisförmigen Anschlag (37), der gewährleistet, daß die Dichtung (40) beim Schließen nicht überbeansprucht werden kann und die Dichtlippen (38, 39) nur ein konstantes Maß gepreßt werden können. Abhängig von der Druckrichtung wird dann die Dichtlippe (38) oder (39) proportional zum anstehenden Druck auf den Sitz (18, 26, 33) gepreßt.

Fig. 15 zeigt eine metallische Dichtungsanordnung, die eine Erweiterung von Fig. 14 enthält.

Der Klappenteller (2, 29, 36) besitzt einen kreisförmigen Anschlag (41), der gewährleistet, daß die Dichtung (42) beim Schließen nicht überbeansprucht werden kann und die Dichtlippen (43, 44) nur ein konstantes Maß gepreßt werden können. Zwischen den metallischen Komponenten ist eine Schicht von reibungsvermindernden und dichtenden Graphitfaserlagen (45) angeordnet. Abhängig von der Druckrichtung wird dann die Dichtlippe (38) oder (39) proportional zum anstehenden Druck auf den Sitz (18, 26, 33) gepreßt. Es entstehen dadurch mehrere konzentrische Dichtlinien.

Fig. 16 zeigt eine Möglichkeit die Gleitreibung in der Nut zu verringern. Der Formkörper zur Zwangssteuerung der Klappenwelle wird durch zwei Rollenlager ersetzt, deren Maximalabstand der des Formkörpers entspricht. Dadurch kann die Nutbreite im wesentlichen dem Durchmesser der Rollenlager entsprechen und die aufwendige Form der Nut entfällt.

Die Fig. 17 und 18 zeigen die Konfiguration der Klappenwelle (3, 25) mit dem Klappenteller (2, 29), die sowohl axial als auch radial beweglich gelagert ist. Zwischen der Klappenwelle (3, 25) und der Befestigung (8) sichert der Zwischenraum (61) die radiale Beweglichkeit.

Die Fig. 17 zeigt die Position in geschlossener Stellung des Klappentellers (2, 29). Dabei ist das Federelement (23) auf minimale Höhe gepreßt und die Klappenwelle (3, 26) liegt nicht an der Schräge (62).

Die Fig. 18 zeigt die Konfiguration von Fig. 17 in geöffnetem Zustand. Hier liegt die Klappenwelle (3, 25), vorzugsweise durch das Eigengewicht des Klappentellers (2, 29) unterstützt an der Schräge (62) an. Auf diese Weise kann die Verschmutzungsgefahr vermindert und die Beweglichkeit der Klappenwelle gegenüber dem Klappenteller langfristig gesichert werden.

Die Verschmutzung, und damit die Erhöhung der Reibung innerhalb des Lagers (4) durch feste Medienbestandteile, ist durch einen ständigen Überdruck im Verhältnis zum Druck innerhalb des Klappenventils (17, 24, 32) zu verhindern.

Die Fig. 19 bis 26 zeigen eine weitere Ausführungsform des Klappenventils (66) mit einer besonders vorteilhaften Möglichkeit mittels relativ niedriger Antriebsdrehmomente große Schließkräfte zwischen Klappenteller (67) und Sitz (68) im Klappengehäuse (69) sowie Transformationen des Antriebsmoments bei der Öffnung des Klappenventils (68) zu erzeugen. Grundsätzlich ist die Funktion die gleiche, wie in den Fig. 11 und 12 beschrieben.

In Fig. 19 ist der Schnitt des Klappenventils (66) in geschlossener Stellung dargestellt. Besonders zu erwähnen ist, daß die Zwangsführung der Klappenwelle (70) zwischen deren Ende (71) und Schwenkpunkt (72) angeordnet ist. Die Klappenwelle (70) ist gegenüber der Senkrechten zur Achse (73) des Klappenventils (66) um den halben Betrag des Gesamtwinkels geneigt, d. h. der Faltenbalg wird insgesamt nach Ende der Schwenkbewegung nur mit entgegengesetzter Richtung der angularen Auslenkung beaufschlagt. Das bedeutet auch, daß der Punkt (74) des Klappentellers (67) nach Beendigung der Schwenkbewegung den gleichen Abstand vom Innendurchmesser des Klappengehäuses (69) wie zu Beginn aufweist. Um den halben Betrag der Gesamtwinkelauslenkung durch das Schwenken ist auch die Führung (75) gegenüber der Achse (73) geneigt. Die Stopfbuchse (77) ist mit einer Verdrehsicherung (76) gesichert. Die Klappenwelle (70) wird mittels Laufrollen (94, 95) in der Führung (75) zwangsgeführt.

Die Kinematik soll an Hand der Fig. 21 bis 26 erläutert werden.

Die Fig. 21 und 22 zeigen den geschlossen Zustand des Klappenventils (66).

Die Fig. 21 zeigt das Hebelsystem, das aus dem Antriebshebel (78), dem Verbindungshebel (79) und dem Wellenhebel (80) besteht. Sie sind untereinander über Schwenklager (81) verbunden. Das Antriebsmoment wirkt um den Drehpunkt (82). Durch den kleinen Winkel (83) zwischen Mittelachse (84) des Antriebshebels (78) und der Mittelachse (85) des Wellenhebels (80) wird die Kraft in Richtung der Mittelachse (86) des Verbindungshebels (79) sehr groß. Deren Komponente in Richtung der Mittelachse (85) des Wellenhebels (80) ist wegen des noch kleineren Winkels (87) zwischen Mittelachse (85) des Verbindungshebels (79) und Mittelachse (85) des Wellenhebels (80) annähernd gleich der Gesamtkraft im Verbindungshebel (79).

In Fig. 22 ist die Position der Klappenwelle (70) in der Führung (75) in geschlossener Position dargestellt. Die Klappenwelle (70) stützt sich im Punkt (88) der Führung (75) sowie auf dem Teil (89) ab. Damit ist eine Drehbewegung ausgeschlossen. Die beiden Laufrollen (94, 95) sind nicht im Eingriff.

Die Fig. 23 und 24 zeigen den Zustand der Beendung der Schwenkbewegung des Klappenventils (66). Die Drehbewegung hat noch nicht begonnen.

Das Hebelsystem in Fig. 23 hat sich gegenüber der Fig. 21 wie folgt verändert. Der Winkel (83) zwischen Mittelachse (84) des Antriebshebels (78) und Mittelachse (85) des Wellenhebels (80) hat sich vergrößert, ohne die Winkelposition des Wellenhebels (80) zu verändern. Das führt dazu, daß sich der Abstand (90) zwischen den Drehpunkten (82, 91) des Antriebshebels und des Wellenhebels verringert. In dieser Position steht ein Bruchteil des Gesamtantriebsmoments für die noch nicht begonnene Drehbewegung zur Verfügung. Das entspricht dem Erfordernis, daß in dieser Stellung im wesentlichen nur das Reibungsmoment der Stopfbuchse (77) überwunden werden muß.

Die Fig. 24 zeigt die Laufrolle (94) mit der Führung (75) am Punkt (88) in Kontakt. Das Teil (89) ist nicht mehr in Kontakt mit der Führung (75).

Die Fig. 25 und 26 zeigen den Zustand der Beendung der Drehbewegung zur Offenstellung des Klappenventils.

Die Stellung des Hebelsystems in Fig. 25 zeigt, daß hier das Maximum des Drehmomentes um den Drehpunkt des Wellenhebels erreicht wurde, weil der Antriebshebel (78) insgesamt, von der Schließstellung bis zur Offenstellung des Klappenventils (66), einen Winkel größer als 90° vollführt. Nahe der Offenstellung tritt auch das Maximum des zu überwindenden Strömungsmomentes auf.

In Fig. 26 ist ersichtlich, daß in Offenposition des Klappenventils (66) sich die Laufrolle (95) im Radius (92) und die Laufrolle (94) am Punkt (93) in der Führung (75) abstützt und so die Drehbewegung begrenzt.

Durch eine geeignete Auslegung des Hebelsystems, die den Winkel zwischen Antriebshebel (78) und Verbindungshebel (79) in Offenstellung des Klappenventils (66) minimiert läßt sich prinzipiell jedes erforderliche Drehmoment um den Drehpunkt (91) des Wellenhebels (80) erzeugen. Als positiver Nebeneffekt dieser Hebelkonfiguration treten mit konstanten Winkelgeschwindigkeiten des Antriebshebels (78) nahe der beiden Endpositionen des Klappentellers (67) kleine Geschwindigkeiten des Wellenhebels (80) auf. Das ist ein erwünschter Effekt wenn durch den Klappenteller (67) zusätzliche Anschläge im Klappengehäuse (69) angefahren werden sollen.

Claims (39)

1. Klappenventil (17) bestehend aus Gehäuse, Flanschen, Klappenteller und Klappenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (46) der Klappenwelle (3) nacheinander eine Bewegung in einer geraden Ebene und dann eine Drehbewegung um die Klappenachse (46), verbunden mit einer Bewegung der Klappenachse (46) auf einer gekrümmten Ebene vollführt.

2. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchse (6) über einen Faltenbalg (7) mit dem Gehäuse druckdicht verbunden ist.

3. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchse (6) gegen Verdrehung gesichert ist.

4. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchse (6) gegenüber dem Gehäuse (1) zwei Freiheitsgrade aufweist.

5. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Klappenwelle (3) durch die Bewegung eines Formkörpers (19) in einer Nut (21) zwangsgesteuert wird.

6. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraftrichtung bei Beginn der Öffnungsbewegung die Achse (46) der Klappenwelle (3) senkrecht schneidet und parallel zur Achse (47) ist.

7. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lager (4) in einer Buchse (11) gelagert ist, die mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.

8. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft mittels eines Lagers (5) auf die Klappenwelle (3) aufgebracht wird.

9. Klappenventil nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (4, 5) Pendelrollenlager verendet werden.

10. Klappenventil nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (4, 5) Gleitlager verendet werden.

11. Klappenventil nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (4, 5) Keramikhybridlager verwendet werden.

12. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Hauptachse (22) des Klappentellers (2) und Mitte Gleitlager (4), sowie Mitte Gleitlager (4) und Mitte Gleitlager (5) etwa gleich ist.

13. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nut (21) im wesentlichen der übertragenen Breite des Formkörpers (19) entspricht.

14. Klappenventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut in der Frontplatte (16) eine dreidimensionale Bahn aufweist.

15. Klappenventil (17, 66) bestehend aus Gehäuse, Flanschen, Klappenteller und Klappenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (48) der Klappenwelle (25) nacheinander eine Bewegung in einer geraden Ebene und dann eine Drehbewegung um die Achse (48) vollführt.

16. Klappenventil nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchse (6) einen Freiheitsgrad aufweist.

17. Klappenventil nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwelle (25) mittels eines Hebels (50) und eines Lagers (49) betätigt wird.

18. Klappenventil nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiusmittelpunkt (52) des Formkörpers auf der Achse (48) der Klappenwelle (25) liegt.

19. Klappenventil nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (53) einen Radius (54) aufweist, dessen Betrag mit dem des Radius (55) der Nut (56) identisch ist.

20. Klappenventil nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (57) unter 90° liegt.

21. Klappenventil nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (28) mit einem Neigungswinkel (30) gegenüber der Achse (51) schräg gestellt ist.

22. Klappenventil nach Patentanspruch 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (31) im geschlossenen Zustand des Klappenventils (32) im geschlossenen Zustand des Klappentellers (36) zum Sitz (33) einen Winkel (58) aufweist.

23. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsführung (75) zwischen dem Wellenende (71) und dem Wellenhebel (80) angeordnet ist und die Klappenwelle (70) nach Beendigung der Schwenkbewegung aus der Schließstellung mit der Betätigungsführung einen Winkel von 90° einschließt.

24. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (85) des Wellenhebels (80) mit der Achse (73) des Klappenventils (66) einen endlichen Schnittpunkt hat.

25. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (84) des Antriebshebels (78) mit der Mittelachse (85) des Wellenhebels (80) in Schließstellung des Klappenventils (66) einen Winkel zwischen 0° und 20° aufweist.

26. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (78) von der Schließstellung bis zur Offenstellung einen Winkel zwischen 100° und 180° überstreicht.

27. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (78) und der Verbindungshebel (79) in Offenstellung einen Winkel zwischen 0° und 30° einschließen.

28. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwelle durch zwei Laufrollen (94, 95) während der Drehbewegung in einer Führung (75) zentrisch geführt wird.

29. Klappenventil (66) nach Patentanspruch 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwelle während der Schwenkbewegung durch ein Teil (89), das mit dem Wellenhebel (80) fest verbunden ist, und durch die Führung (75) gleitend gelagert ist.

30. Klappenventil nach einem der Patentansprüche 1, 15, 22, 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappenteller (2, 29, 36) einen Radius (59) und der Sitz (18, 26, 33) eine Schräge (64) aufweist.

31. Klappenventil nach einem der Patentansprüche 1, 15, 22, 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappenteller (2, 29, 36) und eine Dichtung (40) druckdicht miteinander verbunden sind.

32. Klappenventil nach Patentanspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einen V-förmigen Querschnitt aufweist.

33. Klappenventil nach Patentanspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (40) im kontaktlosen Zustand mit dem Sitz (18, 26, 33) über den Anschlag (37) hinausragt.

34. Klappenventil nach Patentanspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (42) mit dem Dichtelement (43) formschlüssig verbunden ist und zwischen ihnen eine Zwischenlage (44) aus einem elastischeren Material angeordnet ist.

35. Klappenventil nach einem der Patentansprüche 1, 15, 22, 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (19, 53) mit den Rollenlagern (60) versehen ist und nur sie mit der Nut (21, 56) in Berührung kommen.

36. Klappenventil nach einem der Patentansprüche 1, 15, 22, 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwelle (3, 25, 31) im geschlossenen Zustand mit dem Klappenteller (2, 29, 36) Punktkontakt hat.

37. Klappenventil nach Patentanspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwelle (3, 25, 31) über die Befestigung (8) mit dem Klappenteller (2, 29, 31) verbunden ist und das zwischen der Befestigung (8) und der Klappenwelle (3, 25, 31) ein Zwischenraum (61) besteht.

38. Klappenventil nach Patentanspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung (8) eine Schräge (62) aufweist.

39. Klappenventil nach einem der Patentansprüche 1, 15, 22, 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Raum (63) in jedem Betriebszustand höher ist, als innerhalb des Klappengehäuses (2).