DE2213893A1

DE2213893A1 - Schwenkbare Ventilklappe für ein Drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2213893A1
Application number: DE19722213893
Authority: DE
Inventors: Kalman North Scituate; Szilagyi Dezso Cranston; R.I. Kormos (V.StA.). P
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-03-22
Publication date: 1972-10-19
Also published as: US3726504A; FR2136126A5; DE2213893B2; CA956292A; DE2213893C3; GB1326176A; JPS5114291B1

Description

Unser Zeichen: G 1295

Schwenkbare .Ventilklappe für.ein Drosselklappenventil

Die Erfindung betrifft die Anordnung einer korrosionsfesten Ventilkante auf der schwenkbaren'Ventilklappe eines Drosselklappenventils. Die Ventilkante wird durch einen Ring aus korrosionsfestem Material gebildet, der in eine in dem Umfang der Ventilklappe ausgebildete Nut durch Schrumpfen eingepasst wird. Der Ring ist einer wesentlichen Ringspannung ausgesetzt, die den Ring fest gegen die Nutenfläche drückt und in der vorgesehenen Stellung hält. In einigen Fällen kann diese Selbsthaitewirkung durch eine Heftschweißung des Ringes an der Ventilklappe unterstützt werden.

Bei der üblichen Art eines Drosselklappenventils, das bei der Wasser-und Abwasserförderung und in industriellen Prozessen eingesetzt wird, wird ein Ventilsitz aus elastomerem Material, beispielsweise Gummi,.,verwendet, der in dem Ventilkörper angebracht ist und der so angeordnet ist, daß ei? mit einer korrosoinsfesten j starren Ventilkante auf der schwenkbaren Ven~

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tilklappe zusammenarbeitet. Bisher wurde die Ventilkante in einer von drei Arten ausgebildet. Sie konnte als einstückiger !Teil einer Ventilklappe durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden, wobei die gesamte Ventilklappe aus einem korrosionsfesten Material besteht. Als zweites konnte die Ventilkante ein vorgeformter Ring aus korrosionsfestem Material sein, der an eine gußeiserne Ventilklappe durch eine verschraubte und abgedichtete Verbindung angebracht ist. Als drittes könnte die Ventilkante aus einer auf einer gußeisernen Ventilklappe, aufgebrachten Aufschweißung aus korrosionsfestem Material herausgearbeitet werden. Diese !Techniken sind jedoch alle ziemlich teuer. Bei dem ersten Verfahren wird eine große Menge einer teueren Speziallegierung benötigt. Die beiden anderen Verfahren erfordern sowohl eine mechanische Bearbeitung des die Ventilkante aufnehmenden Abschnittes der Ventilklappe als auch der Ventilkante selbst.

Das Ziel der Erfindung ist es, eine billigere, korrosionsfeste Ventilkante für eine Ventilklappe eines Drosselklappenventils zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird die Ventilkante durch einen Ring aus korrosionsfestem Material gebildet, der in eine passende, kontinuierliche Nut eingesetzt wird, die in dem Umfang der Ventilklappe ausgebildet ist. Der Ring aus korrosionsfestem Material ist einer großen Ringspannung ausgesetzt, d.h. einer Zugspannung in Umfangsrichtung, so daß der Ring fest gegen die Oberfläche der Nut gepreßt wird. Der Ring ist aus einem Draht oder aus einem geraden Stangenmaterial aus korrosionsfestem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt, der bzw. das die gewünschte Querschnittsform hat. Das Stangenmaterial

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wird zur Bildung eines Wickels gewalzt, der dann auf die genaue Länge geschnitten und zur Herstellung des fertigen Ringes verschweißt wird. Der Ring wird durch ein Schrumpfverfahren in die Nut eingesetzt. Durch das Schrumpfverfahren wird vorzugsweise ein so hoher Berührungsdruck zwischen dem Ring und der Nut erzeugt, der zur Verhinderung eines Lösens des Ringes durch hydrostatische Kräfte oder durch Reibungskräfte ausreicht , die durch die beim Betrieb auftretenden Kräfte beim Ineingriffkommen mit dem Ventilsitz entstehen. Jedoch kann erforderlichenfalls die selbsthaltende Wirkung durch eine Heftschweißung des Ringes an der Ventiklappe unterstützt werden. Da die Erfindung die erforderliche Menge des korrosionsfesten Materials ■ stark vermindert und eine mechanische Bearbeitung des die Ventilkante bildenden Teiles vermeidet, ohne daß teuere oder inzuverläßige Fertigungstechniken zur Anwendung kommen, stellt die Erfindung eine praktische und ausgezeichnete Lösung des Problems der Herstellung einer Ventilkante dar.

Im nachfolgenden sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in der Zeichnung gezeigt sind. In dieser sind:

Fig.1 ein Teil eines axialen Schnittes durch ein Drosselklappenventil mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 ein vergrößerter Ausschnitt der in Fig.1 gezeigten Ventilkante,

Fig.3 und 4- Ausschnitte ähnlich dem der Fig.2, die zwei

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alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen und

Fig.5 und 6 Querschnittdarstellungen der alternativen Hinge, die für eine Verwendung in großen Ventilen geeignet sind.

Gemäß Pig.1 ist die Erfindung in einem Drosselklappenventil eingebaut, das einen mit einem Strömungsdurchgang 12 ausgebildeten zylindrischen Ventilkörper 11 aus Gußeisen und eine von einer Drehwelle 14 gehaltene kreisförmige Ventilklappe 13 hat, wobei die Drehwelle 14 von in dem Ventilkörper 11 angebrachten Lagern gehalten ist. Der Ventilkörper ist mit einem Sitzring 15 aus Gummi ausgerüstet, der eine konische oder sphärische Sitzfläche 16 hat, die so angeordnet ist, daß sie mit einer erfindungsgemäßen Ventilkante 16 auf der Ventilklappe 13 zusammenwirkt. Der Sitzring 15 ist so geformt, daß er in eine Vertiefung paßt, die durch eine Nut in dem Ventilkörper 11 und durch einen verschiebbaren Klemmring 18 gebildet ist. Der Sitzring 15 wird zwischen einer Ringfläche 19 und einer Ventilkörperwand 21 durch eine Reihe von gleichmäßig auf dem Umfang im Abstand befindlichen, mit Schrauben arbeitenden Stellgliedern 22 zusammengepreßt. Diese einstellbare Ausführung eines Ventilsitzes ist bevorzugt, jedoch können auch übliche Formen von Ventilsitzen verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Ventilkante 17 wird durch einen unter Spannung stehenden Ring von kreisförmigem Querschnitt gebildet, der in eine entsprechend ausgebil-

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dete ringförmige Nut 23 eingesetzt ist, die in dem äußeren Umfang der Ventilklappe 13 herausgearbeitet ist. Der Ring ist aus einem Draht oder aus einem geraden Stangenmaterial aus korrosionsfestem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt und er

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hat eine Streckfestigkeit von ca. 3 500 kg/cm bis

4 200 kg/cm² (50 000 - 60 000. p.s.i.). Das Stangenmaterial hat die für die Ventilkante erwünschte Querschnittsform und es wird auf einer Maschine zum Herstellen eines Drahtes oder auf einer Federwickelmaschine zu einem Wickel gerollt. Nachdem der gerollte Wickel in die richtige Größe geschnitten ist, werden die Enden zusammengeschweißt,und der sich ergebende Schweißgrat wird beseitigt. Der hergestellte Ring hat einen Innendurchmesser, der geringfügig kleiner ist, beispielsweise cajO,001 mm pro Millimeter Durchmesser (0,001 inch pro 1 inch Durchmesser) als der geringste Durchmesser der Mut 23 > "und der Ring wird auf die .· Ventilklappe 13 aufgeschrumpft. Für dieses Verfahren muß der Ring auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der er sich um den erforderlichen Betrag zum Aufbauen ausdehnt. Der Ring darf jedoch nicht so hoch erhitzt werden, daß sich nachteilige Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Materials ergeben, aus dem der Ring bestehti Bei rostfreiem Stahl hat sich eine Temperatur von ca. 34-O⁰C bis 37O⁰C als ausreichend erwiesen. Die Passung'zischen dem Ring 17 und der Nut 23 belastet den Ring mit einer Ringspannung und sie bewirkt, daß der Ring fest gegen die Nutenfläche gepreßt wird. Der Betrag der Ringspannung soll hoch sein, jedoch ausreichend unterhalb der Streckfestigkeit des Ringmaterials liegen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen Anpreßdruck

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des Ringes gegen die Nut auszuwählen, der wenigstens dem vierfachen Betrag der Druckstufe des Ventils entspricht, für den die Ventilklappe "bestimmt ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß dieser minimale Anpreßdruck eine ausreichende Sicherheit gibt, daß der Hing 17 sich nicht von der Nut 23 während des Betriebes entweder durch die hydrostatischen Kräfte oder durch die Reibungskraft, die beim Reiben der Ventilkante quer über den Ventilsitz 15erzeugt wird, löst.

In den Fällen, in denen die Ringspannung auf eine Größe begrenzt ist, die die Erzeugung des gewünschten minimalen .Anpreßdruckes zwischen dem Ring und der Nut bei dem in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispiel verhindert, sollten verschiedene Alternativen vor der Verringerung des bei diesem minimalen Wert enthaltenden Sicherheitsabstandes berücksichtigt werden. Eine naheliegende Möglichkeit ist die, den Ring 17 aus einem Material herzustellen, das eine höhere Streckfestigkeit hat, um die zuläßige Ringspannung zu erhöhen. Eine andere Alternative ist die, die vorhandene Haltekraft durch die Schrumpfpassung durch eine Heftschweißung des Ringes 17 an die Ventilklappe 13 zu unterstützen, wie dies bei 24 in Fig.3 dargestellt ist. Die Schweißungen werden im gleichmäßigen Abstand voneinander um den Umfang der Ventilklappe ausgeführt, und die erforderliche Anzahl der Schweißstellen wird gemäß dem Durchmesser des für den Ring 17 verwendeten Drahtes ausgewählt, so daß ein Verbiegen der Drahtabschnitte zwischen den Schweißstellen verhindert ist. Eine andere und weniger aufwendige Alternative ist die, einen mittleren Abschnitt der Nut 23 heraus-

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zuschneiden, wie dies in Fig.4 mit einer ringförmigen Vertiefung 25 dargestellt ist. Diese Maßnahme verringert den Berühmngshereich zwischen dem Ring und der Nut, und dementsprechend wird der Berührungsdruck für eine bestimmte Größe einer Eingspannung _;erhöht. Natürlich kann jede dieser Maßnahmen alleine oder in Verbindung mit einer oder mit zwei anderen Maßnahmen getroffen werden.

Obwohl der Ring 17 fest gegen die Nut 23 gepreßt ist, verändern Unregelmäßigkeiten in den passenden Metallflächen eine Ausbildung einer flüßigkeitsdichten Verbindung. Aus diesem.Gründen wird bei dicht schließenden Ventilen, beispielsweise bei solchen Ventilen, die dem Luftblasentest der "American Water Works Association" unterworfen werden,' eine Dichtungsmasse an Rändern 26, 27 der Fläche zwischen dem Ring und der Nut aufgebracht. Eine geeignete Masse ist die AW Qualität der LOCKTITE Dichtungsmasse, die durch die Locktite Corporation of Newington, Connecticut vertrieben wird. Als eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme hat es sich als wünschenswert erwiesen, eine Schulter X auf der Drehwellenseite der Nut 23 zur Herstellung einer keilförmigen Vertiefung an dem Rand 26 in radialer Richtung nach außen um ca. 1,5 im (1/16 inch) über die Mitte.des Ringes 17 zu; verlängern. Diese Maßnahme erleichtert ein Eindringen der Dichtungsmasse in die Fläche zwischen dem Ring und der Nut.

Die radiale Höhe der Schulter X auf der Wellenseite der Nut 23 ist nicht begrenzt mit Ausnahme der Forderung, daß der Sitz 15 mit dem Ring 17 in Eingriff kommt und nicht irgendein Teil der Ventilklappe 13. Jedoch muß

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die Höhe einer Schulter Y auf der entgegengesetzten Seite der Nut unter Berücksichtigung des Verfahrens festgelegt werden, durch das der Ring 17 eingesetzt wird. Das bedeutet, daß die Höhe der Schulter X durch den Durchmesser der Ventilklappe 13»durch den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Materials des Ringes 17, durch die in dem Ring erforderliche Ringspannung, d.h. das Maß der Passung zwischen dem Ring und der Nutenfläche, und durch die maximale Temperatur, auf die der Ring 17 während des Schrumpfprozesses erhitzt werden darf, bestimmt ist. Die Begrenzung einer Schulterhöhe, die durch diese Faktoren bestimmt ist, kann im Falle von kleinen Ventilen ein Problem darstellen, denn es ist unter der Berücksichtigung der normalen Herstelltoleranzen immer eine minimale Schulterhöhe von ca. 0.4 mm (0.015 inch) erforderlich. Falls diese Forderung nicht erfüllt werden kann oder nur mit einer Verringerung des Berührungsdruckes zwischen dem Ring und der Nut unter das gewünschte Minimum,- ist es empfehlenswert, daß eine oder beide Hilfsmaßnahmen, die in den Fig.3 und aufgezeigt sind, verwendet werden.

Für eine maximale Halterung des Ringes muß die Höhe der Nutenschulter Y vergrößert werden, wenn der Durchmesser der Ventilklappe größer wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß Ventile der Art, wie sie bei der Wasser- und Abwasserförderung verwendet werden, d.h. solche Ventile mit Durchmessern in der Größenordnung von ca. 15o mm bis ca. 1 800 mm, die für einen Druck

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zwischen ca. 1,7kg/cm und ca. 10,5 kg/cm ausgelegt sind, eine dichte Anpassung der Schulterhöhe an den Durchmesser der Ventilklappe nicht erforderlich ist.

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Insbesondere hat die Erfahrung gezeigt, daß jede Größe der Ventilklappe bei dieser Fabrikationsreihe eine Schulter Y' mit der gleichen Hohe verwenden kann, wie die entsprechende Schulter der nächsten kleineren Ventilklappe, vorausgesetzt, daß die Ringe 17 beider Ventilkappen aus demselben Drahtdurchmesser bestehen. Diese Erkenntnis ist in den Fällen von Bedeutung, in · denen die Muten 23 gefräst werden, dadies die Ver- , wendung desselben Schneidwerkzeuges für aufeinanderfolgende Ventilgrößen erlaubt und somit die Werkzeugkosten verringert.

Heben der !Tatsache, daß der Außendurchmesser des Hinges 17, d.h. der Teil, der mit dem Sitz 15 in Eingriff kommt, abgerundet sein muß, ist die Querschnittsform des Ringes nicht von besonderer Bedeutung. Es wird heute ein kreisförmiger Querschnitt als im allgemeinen günstigster Querschnitt betrachtet, da er die engsten Toleranzen bezogen auf den Preis bietet Im Falle von sehr großen Ventilen sollten jedoch andere Formen berücksichtigt werden, da ein kreisförmiger Draht einen relativ kleinen Durchmesser hat, was vom Standpunkt der Abdichtung zwischen dem Ventilsitz und der Ventilklappe von Vorteil ist, wobei jedoch unter Umständen nicht die hohe Ringspannung erreicht werden kann, die zur Erzeugung des gewünschten Berührungsdruckes zwischen dem Ring und der Nut erforderlich ist. Zwei alternative Querschnittsformen für die Ringe bei diesen Ventilen sind in den Fig.5 und 6, dargestellt. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele bietet der Ring sowohl einen großen Querschnittsbereich und dementsprechend eine hohe zuläßige Ringspannung als auch einen Außendurchmesser, der auf einem, kleinen Radius abgerundet ist.

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Claims

Patentansprüche

Schwenkbare Ventilklappe für ein Drosselklappen-· ventil, gekennzeichnet durch eine korrosionsfeste Ventilkante, die durch einen Ring aus korrosionsfestem Material gebildet ist, der in einer kontinuierlichen ringförmigen Nut eingesetzt ist, die in dem Umfang der Vintilklappe gebildet ist, wobei der Ring unter einer wesentlichen Ringspannung steht und fest gegen die Nutenfläche gepreßt ist.
2. Ventilklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring einen abgerundeten äußeren Umfangsabschnitt hat und daß der innere Umfangsabschnitt in Übereinstimmung mit der Wut ausgebildet ist.
3. Ventilklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ring einen kreisförmigen Querschnitt hat.
4. Ventilklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungsdruck zwischen dem Ring und der Nutenfläche wenigstens dem vierfachen Druckwert des Ventils entspricht, für den die Ventilklappe verwendet wird.
5· Ventilklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Nut einen mittleren Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser hat und daß die Endabschnitte einen größeren, jedoch ungleichen Durchmesser haben, daß der Endabschnitt des größeren Durchmessers dichter an der

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Schwenkachse der Ventilklappe liegt als der äußere Endabschnitt und daß der Ring im ungespannten Zustand einen kleineren Innendurchmesser hat als der Durchmesser des Mittelabschnittes der Nut.
6. Ventilklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring an der Ventilklappe an voneinander im Abstand befindlichen Stellen um den Umfang der Ventilklappe durch Heftschweißungen befestigt ist.
7· Ventilklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenfläche einen vertieften mittleren Abschnitt hat, der in radialer Richtung nach innen von der inneren Umfangsfläche des Ringes sich im Abstand befindet.
8. Verfahren zur Herstellung einer korrosionsfesten Ventilkante auf einer schwenkbaren Ventilklappe eines Drosselklappenventils, gekennzeichnet durch das Ausbilden einer kontinuierlichen, ringförmigen Nut in dem äußeren Umfang der Ventilklappe, durch das Herstellen eines Ringes aus korrosionsfestem Material mit einem Querschnitt, der in die Nut paßt und mit einem Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als der minimale Durchmesser der Nut, und durch ein Aufschrumpfen des Ringes in die Nut.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring an der Ventilklappe an voneinander im Abstand befindlichen Stellen um den Umfang der Ventilklappe nach dem Aufschrumpfen durch Heftschweißen befestigt wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9? dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschrumpfen aus einem Aufwärmen des Ringes "besteht, um dadurch den Ring ausreichend auszudehnen, damit er auf die Ventil-• klappe aufgebracht werden kann.
11..Verfahrennach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Ringes und dem minimalen Durchmesser der Nut derart ist, daß der Ring nach dem Aufschrumpfen gegen die Hutenfläche mit einem Druck anliegt, der wenigstens der vierfachen Druckstufe des Ventils entspricht, für die die Ventilklappe verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen des Ringes aus einem Wickeln einer Länge eines korrosionsfesten Drahtes oder einer Stange besteht, die zu einem Wickel ausgebildet wird, daß der Wickel in eine vorbestimmte Größe geschnitten wird, daß die Enden des Wickels zur Bildung des Ringes zusammengeschweißt werden und daß das Aufschrumpfen aus einem Erhitzen des Ringes besteht, damit der Ring sich ausreichend ausdehnt, um über die Ventilklappe zu passen.

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