DE2045639A1

DE2045639A1 - Drosselklappensteuerventil

Info

Publication number: DE2045639A1
Application number: DE19702045639
Authority: DE
Inventors: Peter Gloucester Walton (Groß britanmen) M
Original assignee: Serck Industries Ltd
Current assignee: Serck Industries Ltd
Priority date: 1969-09-22
Filing date: 1970-09-16
Publication date: 1971-04-22
Also published as: FR2066915B1; AU1692270A; FR2066915A1; GB1315955A; ZA704187B; CA937221A; US3677297A

Description

SERCK INDUSTRIES LIMITED, Warwick Road, Birmingham H₅

GROSSBRITANNIEN

Drosselklappensteuerventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drosselklappensteuerventil. Bei einem derartigen Ventil soll erfindungsgemäß eine erhebliche Verbesserung der Durchflußcharakteristik erzielt werden. Auch soll dabei die Dichtwirkung verbessert vier den.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Drosselklappenventil mit einem Ventilkörper mit einer Durchtrittsöffnung ausgeführt ist, in der eine im wesentlichen als Scheibe ausgebildete Klappe verschwenkbar abgestützt ist, die einen teilweise sphärischen, peripheren Flächenteil besitzt, wobei der übrige periphere Teil auf einer Seite der Scheibe derart ausgespart ist, daß wenigstens in einem Bereich der Winkeldrehung der Klappe praktisch das gesamte, durch das Ventil beim Betrieb desselben gesteuerte Fluid durch eine von der Aussparung der Scheibe gebildete Öffnung fließt.

In vorteilhafter Ausführungsform ist der genannte übrige periphere Teil mit einem sich auf einer Scheibenseite und an der Peripherie öffenden Ausschnitt versehen, wobei die

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Ausbildung der Scheibe mit einem Paar Ausschnitte an sich gegenüberliegenden Stellen der Peripherie zweckmässig ist.

Die Scheibe ist vorteilhaft derart ausgespart, daß sich ein sich verjüngender Abschnitt im Schnitt der Scheibenfläche und ihrer Peripherie ergibt, wobei der sich verjüngende Scheibenabschnitt einen Teil einer Toroidfläche bilden kann, und das Toroid weiterhin einen nicht kreisförmigen Querschnitt besitzen kann. Zweckmässig ist der sich verjüngende Abschnitt tangential in bezug auf den sphärisch ausgeführten Teil der Klappe ausgebildet. Auch können dabei ein Paar sich verjüngender Abschnitte an sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Scheibe vorgesehen sein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Scheibenöffnung eine zu ihrer Peripherie und ihrer Seite hin offene Bohrung, die auch in mehrfacher Anordnung an sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Scheibe vorliegen können.

Die Klappe ist auf einer während des Betriebes stromaufwärts gelegenen Seite mit einer Ausnehmung im Abstand von der Scheibenachse ausgeführt, die von der Fluidströmung durch das Ventil derart beaufschlagt wird, daß auf die Klappe ein sie in ihrer Öffnungsstellung zu bringen suchendes Drehmoment ausgeübt wird. Auf ihrer strömungsabwärts gelegenen Seite besitzt die Klappe zweckmässig eine weitere'Ausnehmung diametral gegenüber der Ausnehmung in ihrer strömungsaufwärts gelegenen Seite.

Schliesslich ist es von Vorteil, die Gelenkachse mit Abstand von der Achse in der Durchtrittsöffnung sowie mit Abstand vom Mittelpunkt der teils sphärischen Oberfläche anzuordnen und sie zur Ebene der Scheibenachse zu neigen.

Die Erfindung sei in ihren Ausführungsformen weiterhin unter Bezugnahme auf die Beispielszeichnungen veranschaulicht. Darin zeigen: 109817/1237

Figur 1 einen teilweisen Querschnitt durch ein Drosselklappensteuerventil ,

Figur 2 einen Schnitt entsprechend der Linie 2-2 der Figur 1,

Figuren 3 und 4 zwei Ansichten einer Klappe des Drosselklappenventils ,

Figuren 5 und 5a ein Verfahren für die Herstellung der Klappe,

Figuren 6 und 7 eine andere Ausführungsform der Klappe,

Figur 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles der Figur 7, f

Figuren 9 und 10 in unterschiedlicher Darstellung andere Methoden für die Montage der Klappe in einem Ventil und

Figur 11 eine Darstellung in Richtung des Pfeiles der Figur 10.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ventil enthält eine Klappe 10 von sphärischer Grundform, bei welcher zwei Segmente entfernt wurden, um eine Scheibenform zu bilden, die ein Paar flache Seiten 11 und 12 sowie eine teils sphärische Peripherie 13 besitzt. Zwei Ausschnitte 14 und 15 bestehen in den Flächen 11 und 12 an sich diametral gegenüberliegenden f Seiten; sie sind zur Peripherie 13 hin offen. Diese beiden Ausschnitte 14 und 15 erstrecken sich nicht vollständig über die Dicke der Klappe 10. Die Klappe 10 ist auf einem Schwenkbolzen 16 mit einem Keilabschnitt 16a angeordnet, dessen Achse durch den Mittelpunkt der sphärischen Grundform geht. Dex> Schwenkbolzen 16 ist innerhalb des Ventilkörpers 17 gelagert, der eine Durchtrittsöffnung mit einer strömungsaufwärts gelegenen Seite 18 und einer strömungsabwärts gelegenen Seite 19 besitzt.

Das im Ausführungsbeispiel dargestelj. ,<, Ventil besitzt im Bereich des Schwenkbolzens 16 oder der Fläche 17a des Ventilkörpers 17 keine Dichtungsmittel. Wenn die Klappe 10 in

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ihrer Schliesslage ist, liegt ihre Peripherie 13 dicht an der Fläche 17a an, so daß eine wirkungsvolle Absperrung des Durchflußes durch das Ventil geschaffen wird. Dieses Fehlen von Dichtungsmitteln hat zur Folge, daß das Ventil nicht dichtend einrastet. Wenn während des Betriebes die Klappe entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gedreht wird, wie sich aus Figur 2 ergibt, werden zunehmende Bereiche der Aisschnitte 14 und 15 auf den in Bezug auf den Durchlaß strömungsaufwärts und strömungsabwärts gelegenen Seiten 18 und 19 freigegeben. Somit fließt die gesamte Flüssigkeit über die Ausschnitte IH und 15, bis ein Teil der teils sphärischen Peripherie 13 sich von der Körperfläche 17a abhebt. Man kann somit eine gewünschte Strömungscharakteristik für das Ventil durch Ausgestaltung der Ausschnitte 14 und im erforderlichen Ausmaß verwirklichen. Wie ohne weiteres verständlich ist, läßt sich die Klappe 10 mit einem einzigen Ausschnitt oder auch mit einer Kombination von Ausschnitten ausbilden, um eine gewünschte Strömungscharakteristik zu s chaffen.

Eine wahlweise Ausführungsform der Klappe 20 eines Drosselklappenventils ist in den Figuren 3 und 4 beschrieben, wobei grundsätzlich Ähnlichkeit mit der vorbeschriebenen Ausführungsform besteht. Die teils sphärische Peripherie 13 ist mit teils sphärischen, sich verjüngenden Abschnitten 22 und 2 3 ausgeführt, die jeweils die flachen Seiten 24 und 25 einschliessen, sich jedoch nicht über die gesamte Dicke der Klappe 20 erstrecken. Die Klappe 20 ist in dem allgemein mit 26 bezeichneten Ventilkörper angeordnet und im wesentlichen in gleicher Weise wie die vorbeschriebene Ausführungsform gemäß Figuren 1 und 2 zu betätigen, wobei die Fluidströmung anfänglich über die sich verjüngenden Abschnitte 2 2 und 2 3 erfolgt.

Ein Verfahren für die Herstellung der Abschnitte 22 und 2 3 der Klappe 20 ergibt sich aus Figur 5.

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Ein sphärischer Grundkörper wird mit einem Paar Flächen 27 und 28 hergestellt j die jeweils Teile der Oberflächen eines Paares gedachter Toroide 27a und 28a bilden, die voneinander mit gleichen Abständen auf jeder Seite eines Durchmessers D des sphärischen Körpers parallel beabstandet sind. Die Toroide 27a und 28a haben kreisförmige Querschnitte und sind in Bezug auf die den gesamten Segmentumfang umgebene Kugel an den Stellen 27b und 28b tangential. Von der sich ergebenden Form wird Metall abgetragen, um eine Scheibe zwischen den Linien 29a und 29b zu bilden, die die gewünschte Klappe bildet.

Wie hieraus verständlich ist, können die sich verjüngenden Abschnitte der Klappe aus Toroiden von nicht kreisförmigem Querschnitt entsprechend 5a gebildet sein, um die gewünschte DurchfLuScharakteristik des Ventiles zu schaffen. Der sich ergebende verjüngende Abschnitt kann daher in irgendeiner Kegelschnittform, Evolvente oder auch irgendeiner beliebigen Gestalt vorliegen, die eine weiche, tangentiale Übergangskurve in den sphärischen Teil der Klappe ermöglicht.

Die in Figur 6 mit 4£ bezeichnete Klappe entspricht im wesentlichen der Klappe 20: sie besitzt eine teils sphärische periphere Oberfläche 4 6 und ein Paar teils sphärischer, sich verjüngender Abschnitte 47 und 48. Die Flächen 49 und 50 der f Klappe 45 sind jedoch jeweils mit Aussparungen 51 und 5 2 ausgeführt. Diese Aussparungen wirken während des Betriebes in einer ähnlichen Weise wie ein Pelton-Rad, um ein Drehmoment zu schaffen, das die Tendenz hat, die Klappe 45 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn in eine Öffnungsstellung innerhalb ihres Ventiles unabhängig von der Richtung der Flüssigkeitsströmung zu drehen. Dieses üffnungsmoment wirkt dem Schließmoment entgegen, welchem die Klappen Üblicher Drosselklappenventile während des Betriebes ausgesetzt bind.

Die in Figuren 7 und 3 gezeigte Klappe 55 besitzt eine teils sphärische Peripherie 56 und ein Paar Flächen 57 und Sy, uie

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jeweils mit Aussparungen 5 9 und 60 versehen sind. Bohrungen 61 erstrecken sich von der Peripherie 5 6 in die Aussparungen 59 und 60. Die Bohrungen 61 sind vorzugsweise in Reihen angeordnet und können in abgestufter Größe vorliegen, wie dargestellt ist. Die Klappe 55 ist in ihrem zugehörigen Ventil so angeordnet, daß dann, wenn das Ventil geschlossen ist, die Bohrungen 61 vom Ventilsitz 62 geschlossen werden. Die Klappe 55 wird für die öffnung des Ventiles entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht, wie sich aus Figur 7 ergibt, wobei die Aussparungen 59 und 60 für das vorbeschriebene Öffnungsmoment maßgeblich sind. Wenn das Ventil geöffnet ist, fließt die Flüssigkeit anfänglich durch die Bohrungen 61, da diese vom Ventilsitz 62 abgehoben werden. Die Anzahl und Größen der Bohrungen 61 werden so gewählt, daß sich eine gewünschte Durchflußcharakteristik für das Ventil ergibt.

Eine Klappe 30, wie sie in Figur 9 dargestellt ist, besitzt eine teils sphärische Peripherie 31 mit einem Paar Ausschnitte 32 und 33, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Klappe 30 ist in einem Ventilkörper 34 mittels eines Schwenkbolzens 35 angeordnet, der sowohl vom Mittelpunkt der Fläche 31 und von der Achse 3 6 durch die Durchtrittsöffnung innerhalb des Ventilkörpers 34 beabstandet ist. In ihrer öffnungestellung bewegt sich die Klappe 30 in ihre mit 30a bezeichnete Stellung. Diese Anordnung hat die Wirkung, daß ein auf die Seite des Schwenkbolzens 35 der Klappe 30 ausgeübter Druck die Klappe 30 gegen das entsprechende Teil des Körpers 34 preßt, was zu einer verbesserten Dichtwirkung beiträgt.

Die in den Figuren 10 und 11 veranschaulichte Klappe 40 stimmt im wesentlichen mit der Klappe 10 der Figuren 1 und 2 überein und besitzt ein Paar Ausschnitte 41 und 42. Jedoch ist die Klappe 40 auf einem Schwenkbolzen 43 angeordnet, dessen Achse sich durch den Mittelpunkt der peripheren Achse der Klappe 40 erstreckt, wobei sie in bezug auf die Ebene der Klappe 40 geneigt ist. Der Schwenkbolzen 4 3 ist in einem

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zeichnerisch nicht dargestellten Ventilkörper so angeordnet, daß die Drehachse der Klappe 40 während des Betriebes nicht senkrecht zur Achse des Durchlasses im Ventilkörper steht.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Drosselklappensteuerventil, dadurch gekennzeichnet! daß es einen Ventilkörper (17) mit einer Durchtrittsöffnung aufweist, in dem eine im wesentlichen als Scheibe ausgebildete Klappe (10) verschwenkbar abgestützt ist, die einen teilweise sphärischen, peripheren Flächenteil (13) besitzt, wobei der übrige periphere Teil auf einer Seite der Scheibe derart ausgespart ist, daß wenigstens in einem Bereich der Winkeldrehung der Klappe (10) praktisch das gesamte, durch das Ventil bei dessen Betrieb gesteuerte Fluid durch eine von der Aussparung (14, 15) der Scheibe gebildete öffnung fließt.
2. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet ₃ daß der übrige periphere Teil mit einem sich auf einer Scheibenseite und an der Peripherie öffnenden Ausschnitt versehen ist.
3. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet j daß die Scheibe mit einem Paar Ausschnitte an sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Peripherie ausgeführt ist.
4. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Material von der Scheibe derart ausgespart ist, daß sich ein sich verjüngender Abschnitt (22, 2 3) im Schnitt der Scheibenfläche und ihrer Peripherie ergibt.
5. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch U, dadurch ge kennzeichnet j daß der sich verjüngende Abschnitt einen Teil einer Toroidflache bildet.
6. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Toroid von nicht kreisförmigem Querschnitt ist.

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7. Drosselklappensteuerventil nach den Ansprüchen 5 oder 6, daduvoh gekennzeichnet₃ daß der sich verjüngende Abschnitt tangential in Bezug auf den sphärischen Klappenteil ausgebildet ist.
8. Drosselklappensteuerventil nach den Ansprüchen k bis 7, dadurch gekennzeichnet₃ daß ein Paar sich verjüngender Abschnitte an sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Scheibe vorgesehen ist.
9. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Scheibenöffnung eine zur Peripherie und ä zur Seite der Scheibe hin offene Bohrung (61) ist.
10. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet ₃ daß mehrere, an sich diametral gegenüberliegenden Stellen der Scheibe befindliche Bohrungen (61) vorgesehen sind.
11. Drosselklappensteuerventii nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet ₃ daß die Klappe auf einer, während des Betriebes stromaufwärts gelegenen Seite mit einer Ausnehmung (51, 52, 59,60) im Abstand von der Scheibenachse ausgeführt ist, die von der Fluidströmung durch das Ventil derart beaufschlagt wird, daß auf die Klappe ein sie in I ihre Öffnungsstellung zu bringen suchendes Drehmoment ausgeübt wird.
12. Drosselklappensteuerventil nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet:, daß die Klappe an ihrer ütrömungsabwärts gelegenen Seite mit einer Aussparung versehen ist, die sich diametral gegenüber der Aussparung in der strömungsaufwärts gelegenen Seite befindet.
13. Drosselklappensteuerventil nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet₃ daß die Schwenkachse einen Abstand von der Achse der Durchtrittsöffnung sowie einen Abstand vom

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Mittelpunkt der texlsphärischen Fläche besitzt.
14. Drosselklappensteuerventil nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch, gekennzeichnet, daß die Schwenkachse in Bezug auf die Ebene der Scheibenachse geneigt ist.

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