DE2023073A1

DE2023073A1 - Drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2023073A1
Application number: DE19702023073
Authority: DE
Inventors: Holtgraver Edward George
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1969-08-28
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1971-03-18
Also published as: FR2057672A5; GB1259244A; BE750136A; NL7006630A; AU1488870A

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG

PATENTANWALT

S HANNOVER ■ SCHACKSTRASSE 1 · TELEFON <O911) 814066 · KABEL PATENTION HANNOVER

Fisher Controls Comp. Inc. 233/170

Drosselklappenventil

Die Erfindung "betrifft ein insbesondere für korrodierende Flüssigkeiten verwendbares Droscellclappenventil mit einer ersten .bohrung zwischen zwei Endflächen eines Gehäuses, in der eine Ventilscheibe zur Steuerung des Durchflusses angeordnet ist und mit zwei weiteren fluchtenden Bohrungen,die quer zur ersten Bohrung verlaufen und zur Aufnahme einer mit der Ventilscheibe verbundenen Welle dienen, wobei zwischen (J-ehäuse und v'entilacheibe Dichtungsmittel vorgesehen sind.

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Es ist bekannt» bei Drosselklappenventilen zwischen der Ventilscheibe und dem Gehäusekö'rper Dichtungen aus elastomer'em Material, s.B. Gummi oder dgl» _f vorzusehen, um die notwendige Abdichtung zwischen dem Gehäusekörper und der Ventilscheibe zu erzeugen die drehbar in einem Durchflußweg des Gehäuses zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes angeordnet ist. Feuerdings sind hierfür auch zu~ sammengesetzte Dichtungsmittel verwendet worden. Solche zusammengesetzten Dichtungsmittel bestehen aus einer inneren Einlage aus korrosionsbeständigem und/oder chemisch resistentem Material, z.B. einem Fluor'- substituierten Ithylenpolymer, hinter der ein nachgiebiges Material angeordnet ist, um die innere Einlage in ihre ursprungliche Form zurückzubringen, wenn infolge von Temperaturänderungen der durch das Ventil strömenden Flüssigkeit eine Kontraktion der Ventilscheibe auftritt. Es sind auch Abichtungsmittel bekannt? die aus drei Elementen "bestehen, nämlich einer inneren korrisonsbeständigen und/oder chemisch resistenten Einlage, einem äußeren steifen Stützring und einem Elastomerring aus Gummi oder dgl. , der zwischen der inneren Einlage und dem Stützring angeordnet ist.

In der Praxis besieht ein großes Problem hinsichtlich der Abdichtung zwischen der Ventilscheibe und der Welle und zwischen der Ventilscheibe und dem Ventilsitz. Eine Undichtigkeit an dem Ventilschaft verhindert eine gleichförmige Wirkungsweise des Ventils, und eine Undichtigkeit am. Ventilsitz vermindert die Wirksamkeit des Ventils hinsichtlich der

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Sperrung dee Flüssigkeitstrpmes durch das Ventilgehäuse.

Eine "bekannte Abdichtungsanordnung ist in der US-Patentschrift 3 425 439beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Dichtungsmittel, die aus drei Elementen "bestehen, mit sich nach außen erstreckenden zylindrischen Teilen versehen, die in im Ventilkörper gegenüberliegend angeordnete Öffnungen hineinreichen. In.den gegenüberliegenden Bohrungen sind Keilmittel vorgesehen, um die äußeren zylinderischen Teile der Abdichtung gegen die die Ventilscheibe bewegenden Wellenenden zu pressen, so daß eine Abdichtung zwischen den zylindrischen Teilen der Dichtungsmittel und dem Ventilkörper bewirkt wird. Die Wellenenden sind bei dieser bekannten Anordnung der Flüssigkeit ausgesetzt und können daher korrodieren,wenn sie nicht aus einem veredeltem Spezialwerkstoff hergestellt oder mit einem korrosionsbeständigem Material beschichtet werden. Außerdem ist bei dieser Anordnung keine mittig ausbalancierte Ventilscheibe, sondern eine versetzt angeordnete Ventilscheibe vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drosselklappenventil zu schaffen, das sich durch eine verbesserte Dichtung.auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ventilscheibe an ihren Enden ringförmige, ebene, um die Welle verlaufende Bereiche aufweist, daß

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die Dichtungsmittel aus einer korrosionsbeständigen, mit einem nachgiebigen 'l'eil hinterlegten Einlage bestehen, und daß in den fluchtenden Bohrungen Lagerbüchsen für die Welle vorgesehen sind, die sich derart bis in die Dichtungsmittel hineinerstrecken, daß sie das nachgiebige '.L'eil zusammendrücken und die korrosionsbeständige Einlage abdichtend gegen die benachbarten flachen Bereiche der Ventilscheibe pressen.

• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens eine Lagerbüchse mittels eines Druokkörpers in ihrer Lage gehalten, wobei Mittel zur verstellbaren Befestigung des Druckkörpers mit dem Gehäuse vorgesehen sind, mit denen die Lagerbüche in Achsrichtung, der Welle zur Einstellung des auf die Dichtungsmittel wirkenden Dichtungsdruckes verschiebbar ist.

Die Welle ist dabei vorzugsweise einteilig ausgebildet und mittig in der Ventilscheibennabe angeordnet wobei sich die flachen Bereiche an den Enden der Nabe befinden.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Lagerung der Welle verbessert und ein Beam-Effekfr oder eine Verbiegung der Welle verhindert und damit eine ungünstige Wirkung" auf die· Arbeitsweise des Drosselklappenventils vermieden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

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Pig 1 eine Querschnittsansicht"

eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Drosselklappenventilsj

Pig. 2 eine vergrößerte Detailansioht

zur Veranschaulichung der Abdichtung an der Nabe?

Pig. 3 eine Querschnittsansioht des in

Pig. I dargestellten Drosselklappenventils entlang der Linie 3-3 und

Pig. 4 eine ähnliche Querschnittsansioht

wie in Pig. 2 mit einer abgewandelten' Ausftthrungsform der Nabenabdichtung der Ventilscheibe,

J3ei dem in Pig. 1.-3 dargestellten Ausftihrungsbeijpiel der Erfindung enthält das Drosselklappenventil 10 ein Ventilgehäuse 12, daß vorzugsweise aus gegossenem Metall, z.ß. Gußeisen, Kohlenstoffstahl oder dgl. hergestellt ist. In einer üohrung 14 sind Dichtungsmittel 16 vorgesehen, und innerhalb der Dichtungsmittel befindet sich eine Ventilocheibo 18, die auf einer Welle 20 sitzt, welche eine ' vohimß dor Scheibe innerhalb des durch die Dichtungsmittel 16 bectimmt-en Durchflußv/eges ermöglicht. Ein Ende der Welle 20 ΐνΛ .'in. eine geeignete, v.on Hand oder durch Premdenergie botäticl>°.re Vorrichtung angeschlossen, mit der die Welle u¹"· ihm Achoe gedroht werden kann, so daß in Abhängigkeit von _Pnv fjV.O.lunc ß_cr Vontilscheibe 18 der PlUooigkeitsstrom durch

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BAD-ORIGINAL ■

die von den Dichtungsmitteln 16 gebildete Passage gesteuert werden kann. Um die zentral gelagerte Welle 20 'ist eine Nabe 19 der Ventilsoheibe 18 angeordnet.

Im Ventilkörper 12 sind weitere Bohrungen 22 und 24 vorgesehen, die in· Achsrichtung miteinander fluchten. Innerhalb der Bohrungen 22 und 24 sind jeweils lagerbüchsen 26 und 28 vorgesehen, die die Welle 20 aufnehmen. Die lagerbüohsen 26 und 28 bilden einen Teil der einstellbaren Dichtungsmittel flir die Ventilscheibe und wirken als Druckstücke, wie im einzelnen noch weiter unten erläutert wird.

Die Dichtungsmittel bestehen aus drei Komponenten einer inneren korrosionsbeständigen und/oder chemisch resistenten Einlage 32 von im allgemeinen U-förmigem Querschnitt, einem mittleren Teil 34 aus nachgiebigem Elastomer und einem äußeren steifen Kern oder Stützteil 36. Die innere Einlage 32j die vorzugsweise aus Fluor- substituiertem Ä'thylenpolymer,z.B, der unter dem Handelsnamen Teflon bekannten Polytetrafluoräthylen beebeht, bildet eine weitgehend gleichförmige Deckschicht aus hochkorrosionsbeständigem, chemisch und hitzeresistentem Material, das die Oberfläche der Dichtungsmittel 16 und die Oberfläche der Bohrung 14 vor korrodierenden Flüssigkeiten, die durch das Ventil fließen, schützt. Der nachgiebige Ring 34, der z.B. aus einem Silikon-Elastomer wie HYCAR, EPT oder-dgl. besteht, ist erwünscht, um die innere Einlage 32 bei einer Kontraktion der Ventilscheibe 18 .in ihre ursprüngliche Form zurückzubringen, in der sie abdichtend

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mit der Ventilscheibe in Eingriff ist» Der Stützring ' 36 kann aus Metall oder Kunststoff "bestellen und sorgt 'für eine ausreichende Steifigkeit der Dichtungsmittel 16.

Die Dichtungsmittel 16 enthalten keine nach außen gerichteten zylindrischen Teile, die mit den Wellenbohrungen im Ventilgehäuse im Eingriff sind, und sie können zunächst zusammengebaut und dann als Einheit in die Bohrung 14 des Ventilsgehäuses 12 eingesetzt werden.

In Fig. 1 und 2 ist zu erkennen, daß die Ventilscheibennabe 19 an jedem Ende mit einer ringförmigen ebenen Fläche 40 versehen ist. Die innere Einlage 32 ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie in Eingriff mit den ringförmigen ebenen Flächen 40 der Ventilscheibe 18 ist. Die innere Einlage 32 enthält i'eile 32 a, die in Eingriff mit den ringförmigen ebenen Flächen 40 auf der Ventilscheibe sind sowie Teile 32b, die sich von den Teilen 32a aufwärts erstrecken und einen zur Welle 20 konzentrischen Ring bilden. Die radial nach außen gerichteten Ränder der ringförmigen Teile 32b der inneren Einlage 32 haben etwa die gleichen Abmessungen wie das 'üeil 34 der Dichtungsmittel 16. Die Lagerbüchsen 26 erstrecken sich durch den Stützring 36 in die Dichtungsmittel 16 hinein, so daß sie auf dem nachgiebigen Teil 34 lagern, um dieses vorzuspannen oder zusammenzudrücken und um die Einlage 32 in Achsrichtung der Welle 20 gegen den ebenen Oberflächenbereich 40 der Nabe 19 der Ventilscheibe zu pressen und damit eine

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wirksame Abiehtung zwischen den Dichtungsmitteln und der Ventilscheibe zu. schaffen» Vorsugsweise liegt die ebene. Fläche 40 senkrecht zur Achse derWelle 20«, Die Lagerbüchsen 26 dienen somit einerseits gur Aufnahme der Welle 20 und andererseits als Druckringe, mit denen , von den Druckplatten 46 su den Dichtungsmitteln 16 eine Kraft übertragen wird, die eine sichere und einwandfreie Abdichtung zwischen der'Ventilscheibe 18 der Ventilwelle 20 und den Dichtungsmitteln 16 bewirkt. Die Druckplatten 26 sind am Ventilgehäuse 12 mit Hilfe von Muttern 48 und Stehbolzen 50 befestigt. Durch diese Anordnung ist der auf die Druckplatten 46 ausgeübte Druck durch Drehung der Muttern 48 auf den Bolzen 50 einstell— bar.

Aus Fig« 1 und 2 ergibt sich, daß die durch das Ventilgehäuse strömende Flüssigkeit nicht in Berührung mit"der Ventilwelle 20 kommt ₉ so"daß die Ventilwelle weder aus veredeltem Material hergestellt noch beschichtet werden muß. Die Abdichtung wird durch Kompression des elastomeren Teils 34 der Dichtungsmittel 16 wie auch durch die Kraftübertragung von der Lagerbüchse 2β zu der inneren Polytetrafluorätyhlen-Einlage 32 bewirkt. Die Lagerbüchsen 26 ragen aus den Öffnungen oder Bohrungen 22, 24 im Ventilgehäuse heraus und können somit leicht aus den Bohrungen entfernt werden, wenn.das Ventil gewartet oder repariert werden muß. Die B'ohrungen 22 und 24 haben den gleichen Durchmesser und sind verhältnismäßig groß« Die erfindungsgemäße Konstruktion

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erlaubt eine einfache Ausrichtung der Lagerbüchsen 26 und
28 um die Welle 20 innerhalb des Ventilgehäuses 12 und
erleichtert die Bearbeitung des Ventilgehäuses,'da beide
Bohrungen in einem einzigen Durohlauf gebohrt werden können.

Die Dichtungsmittel, 16 bestehen aus drei !'eilen, j

die miteinander verbunden werden, so daß sie eine Bauein- |

heit bilden, die leicht in das Ventilgehäuse eingesetzt I

und aus diesem entfernt werden kann. Es* sind keine zy- |

lindrischen Ohren wie bei der bekannten Anordnung gemäß |

der US-Patent schrift 3 425 439 vorgesehen, die sich von j. den Dichtungsmitteln 16 nach außen erstrecken und in
Bohrungen des Ventilgehäuses eingreifen und damit den
Einbau der Dichtungsmittel in das Ventilgehäuse beein- j trächtigen. ' !

• !

Ein Ventil gemäß der in Pig. 1-3 gezeigten Aus- j

führungsform wurde geprüft und zeigte auch nach 20.000 ; Arbeitszyklen bei einer Temperatur von 20° G keine Un- ; dichtigkeiten. Das Ventil wurde auch bei Temperaturen
bis hinauf zu 260° C geprüft ohne daß dabei Undichtigkeiten auftraten.

Die Nabenabdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt auch eine Beschichtung der Ventilscheibe 18
mit beispielsweise einem Polytetrafluoräthylen, ohne daß
es dabei erforderlich ist, die Wellenbphrung in der Ve-ritilsoheibe 18 zu beschichten, da die durchströmende Flüssigkeit

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infolge der Nabenabdiehtung nicht In diese Zone gelangen kann.

Die Abdiohtungsmitt©! 16 sind in Fig,' 3 "besser verdeutlicht, und es ist zu. erkennen, daß die Einlage 32 nach, außen gerichtete Flansehteile enthält, die mit den' Endflächen des nachgiebigen Teils 34 abschließen , die die Enden des Teils 34 abdecken und die innerhalb der Bohrung 14 des Ventilgehäuses 12 liegen« Die Einlage 32 verläuft ferner außerhalb der gegenüberliegenden Flächen 47 und 49 cfes Gehäuses 12 und kann somit mit den Planschen einer Rohrleitung in Eingriff gebracht werden, in der das Drosselklappenventil 10 verwendet werden solle In eingebautem Zustand sind somit die Außenseiten der Einlage 32 in Eingriff mit den Flanschen der Rohrleitung und werden einwärts in Richtung auf das Ventilgehäuse 12 gedrückt, so daß das Teil 34 zusammengedrückt wird und· dadurch die Abdichtung zwischen den Dichtungsmitteln 16 und den gegenüberliegenden Planschen der Rohrleitung, in der das Ventilgehäuse 12 angeordnet wird, verbessert wird.

Pig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei sind für gleiche Teile die gleichen Besugszeichen verwendet. Die Anordnung gemäß. Pig- 4_stimmt weitgehend mit der Anordnung gemäß Pig. 1 überein mit der Ausnahme, daß die Ventilscheibe 18⁸ in der ebenen Fläche 40' der Ventilscheibennabe mit einer Rille 56 versehen ist. Die Lagerbüchse 26 ist in Eingriff mit dem nachgiebigen Teil 34 und preßt das mitwirkende benachbarte Teil der Einlage

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i.n die Rille 56 der ebenen Fläche der Scheibe 18'. Diese Konstruktion gibt eine zusätzliche Sicherheit · . ■ für die Abdichtung bei bestimmten Anwendungen. Auch hier ist die Abdichtung im Bedarfsfall mittels der Druckplatten 46 einstellbar. Die Lagerbüchsen 26 und 28 reichen in die Dichtungsmittel 16 hinein und weisen eine enge Nachbarschaft mit der Ventilscheibe 18' auf, so daß auf . die Welle 20 wirkende Biegekräfte stark vermindert werden.

Eine einzelne Bohrung wird im Ventilgehäuse 12 quer zur Bohrung 14 hergestellt, so daß gleich große, fluchtende Bohrungen 22 und 24 zur Aufnahme der Welle und der Lagerbuchse! entstehen. Diese Konstruktion macht eine Reihe von Bearbeitungsvorgängen entbehrlich und vereinfacht die Entwicklung, die Bemessung und die Herstellung des Ventilgehäuses.

Mit der Erfindung wurde ein verbessertes Drosselklappenventil geschaffen, das Abdichtungsmittel enthält, die aus einer inneren korrosionsbeständigen und chemisch resistenten Einlage und einem nachgiebigen Elastomerteil bestehen. Die Ventilscheibe weist an den Enden abgeflachte, ringförmige Flächen auf, die senkrecht zur Welle für die Ventilscheibe verlaufen und die zusammenwirkende Teile der inneren Einlage .aufnehmen. Lagerbüchsen für die Welle. der Ventilscheibe v/erden einwärts in Richtung der Durchflußöffnung im Ventilgehäuse gedrückt, so daß sie das nachgiebige Teil der Dichtungsmittel zusammendrücken und dadurch die in^ η ere Einlage gegen das abgeflachte, ringförmige Teil der

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Drosselklappenventil rait einer Bohrung zwischen zwei Endflächen eines Gehäuses, in der eine Ventilseherbe zur Steuerung des Durchflusses angeordnet ist und mit zwei weiteren fluchtenden Bohrungen, die quer zur ersten Bohrung verlaufen und zur Aufnahme einer mit der Vontilscheibe verbundenen Welle dienen, wobei zwischen Gehäuse und Ventilscheibe Dichtungsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet« daß die Ventilscheibe (18) an ihren Enden ringförmige, ebene, um die Welle (2O)'verlaufende Bereiche (40) aufweist, daß die Dichtungsmittel aus einer korrosionsbeständigen, mit einem nachgiebigen 'feil (34) hinterlegten Einlage (32) bestehen, und daß in den fluchtenden Bohrungen (22, 24) Lagerbüchsen (26, 28) für die Welle (20) vorgesehen sind, die sich derart bis in die Dichtungsmittel hineinerstrecken, daß sie das nachgiebige Teil (34) zusammendrücken und die korrosionsbeständige Einlage (32) abdichtend gegen die benachbarten flachen Bereiche (40) der Ventilscheibe (18) pressen.
2. Drosselklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,.. daß die Dichtungsmittel (16) ein steifes Stützteil (36)enthalten und das nachgiebige l'eil (34) zwischen der korrosionsbeständigen Einlag© (32) und dem Stützteil (36) angeordnet ist.

3« Drosöelklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lagerbüchse (26,28) mittels eines Druckkörpers (46) in ihrer Lage gehalten ist.

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