DE2226986B2

DE2226986B2 - Drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2226986B2
Application number: DE2226986A
Authority: DE
Inventors: Josef 5166 Kreuzau Becker; Heinz 5160 Dueren Schneider
Original assignee: Zimmermann and Jansen GmbH
Current assignee: Zimmermann and Jansen GmbH
Priority date: 1972-01-15
Filing date: 1972-06-02
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE2226986C3; DE2201940A1; DE2201940B2; DE2226986A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselklappenventil mit einer beim Öffnungsvorgang zunächst vom Ventilsitz senkrecht abhebbaren und anschließend um eine zum Sitz parallele Achse schwenkbaren Klappenscheibe, die in ihrem Mittelbereich mindestens einen Lagerbock trägt, mit dem auf der beidseitig im rohrförmigen Teil des Klappengehäuses gelagerten Betätigungswelle drehfest angeordnete Schwenkhebel über Schwenkbolzen gelenkig verbunden sind, nach Patent 22 01 940. Derartige Ventile werden insbesondere zum Drosseln bzw. Absperren gasförmiger Medien eingesetzt; durch den angegebenen Ablauf der Bewegung der Klappenscheibe wird erreicht, daß sie jeweils normal und unter Vermeidung tangentieller Bewegungskomponenten auf den Ventilsitz aufgelegt und von ihm abgehoben wird, so daß die Dichtungen bzw. Dichtungsflächen des Sitzes nur geringem Verschleiß unterworfen sind und eine gute Abdichtung über lange Zeiten erhalten wird, während die anschließende Kippbewegung einen großen Durchtrittsquerschnitt sichert, ohne daß es erforderlich ist, das Ventilgehäuse mit größeren Abmessungen auszuführen als die abzusperrenden Leitungen oder aber den Ventilsitz so zu teilen, daß die Klappenscheibe in der Sitzebene selbst geschwenkt werden kann.

Verbreitet sind den oben bezeichneten Bewegungsablauf benutzende Drosselklappenventile unter der

ίο Bezeichnung »Dreihebelklappen« in Gebrauch (Firmendruckschrift 1.2.03.01-09, Zimmermann & Jansen GmbH, Düren). Als Führungsmittel für die Klappenscheibe sind seitlich im Gehäuse gelagerte Lenker vorgesehen, während die Betätigungswelle

ι⁵ außerhalb des rohrförmigen Teiles des Klappengehäuses in einem gesondert anzusetzenden und auszusteifenden zusätzlichen Gehäuseteil angeordnet ist, so daß das Klappengehäusc einen erhöhten Raumbedarf aufweist und verhältnismäßig hohe Herstellungskosten erfordert Als nachteilig erweist sich hierbei weiterhin, daß das Gewicht sowie gegebenenfalls die Druckbelastung der Klappenscheibe von relativ lang ausgebildeten Schwenkhebeln aufzunehmen sind, so daß das an der Betätigungswelle aufzubringende Moment unerwünscht

^r> hoch ist und untersetzte bzw. äußerst kräftige Stellorgane vorzusehen sind.

Ein Drosselklappenventil mit den rohrförmigen Teil des Klappengehäuses durchdringender Betätigungswelle, das sich wegen des Verzichtes auf Führungsmittel

^J0 durch einfachen Aufbau und geringe Herstellungskosten auszeichnet, ist aus der DT-PS 7 59 156 bekannt. Der gewünschte Bewegungsablauf und damit der Schutz des Ventilsitzes werden durch das Vorspannen der Klappenscheibe mittels einer Feder jedoch nur unvollkommen erreicht, da der Rand der Klappenscheibe sich während der ersten Phase des Abhebens schleifend einseitig auf den Ventilsitz abstützt, und schon bei geringer Schmutzbeladung des abzusperrenden Mediums und/oder bei hohen Temperaturen

·'·' desselben versagt die Feder binnen kurzem durch Zusetzen mit Schmutz bzw. durch temperaturbedingte Erschlaffung.

Aus der GB-PS 4 05 439 sowie der FR-PS 9 03 215 sind Drosselklappenventile bekannt, deren Gehäuse-

■" flanken mit Führungskurven ausgestattet sind, in welche auf der Klappenscheibe vorgesehene Vorsprünge eingreifen. Als nachteilig erweist es sich, daß die jeweils seitlich angeordneten Führungskurven nur einseitig geöffnet sind, so daß sie vom abzusperrenden Medium mitgeführten Schmutz auffangende Taschen darstellen und schon nach kurzer Betriebszeit so weit zusetzen, daß die Klappenscheibe sich nur schwer bewegen läßt und dann völlig blockiert wird. Zudem sind die einseitig geschlossenen und auf der Wandung des Klappengehäuses aufliegenden Führungskurven nicht einfach zu erstellen; Bereits die nach außen geschlossene Führungskurve bedingt aufwendige Arbeitsvorgänge, und die Form des gesamten Kurvenstückes wird kompliziert, da die Frontfläche parallel zur Symmetrieebene des Klappengehäuses verlaufen muß, während die Rückseite der Form des mindestens in einer Richtung gekrümmten Gehäuses anzupassen ist.

Durch das DT-Gbm 67 51 338 ist ein Drosselklappenventil offenbart, dessen Klappenscheibe durch

^h> Schwenkhebel betätigt und durch Lenker zwangsläufig geführt wird. Die Länge des Lenkers überschreitet die des Schwenkhebels, und beide sind so lang, daß ihre Schwenkachse in einem gesonderten, mit dem rohrför-

migen Teil des Klappengehäuses verbundenen Gehäuseteil gehalten sind.

Auch die FR-PS 11 88 109 zeigt Drosselklappenventi- !e, bei denen die Länge der Schwenkhebel den Radius der Klappenscheibe überschreitet, so daß die die Schwenkhebel tragende Betätigungswelle in einer gesonderten Kapelle gelagert sind, die seitlich an das Klappengehäuse angesetzt ist, und die sowohl die Betätigungsmomente als auch die auf die Klappenscheibe einwirkenden Kräfte aufzunehmen hat und entsprechend auszusteifen ist. In jedem dieser Fälle ist die gemäß der Eifindung zu vermeidende, seitlich angesetzte Kapelle vorhanden, und in jedem der Fälle wurde eine Länge des Schwenkhebels für erforderlich erachtet, welche den Radius der Klappenscheibe überschreitet

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Drosselklappenventile der bezeichneten Gattung so auszubilden, daß bei einfachem Gehäuseaufbau durch Lagerung der Betätigungsteile im rohrförmigen Teil des Klappengehäuses mit einfachen Mitteln eine gegen aus dem Absperrmedium ausfallenden Schmutz unempfindliche Führung der Klappenscheibe erreicht wird, und mit geringem Aufwände lange Standzeiten des Ventiles erreicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem beidseitig des bzw. der Schwenkhebel Lenker angeordnet sind, deren Länge 90% der der Schwenkhebel unterschreitet, und deren eine Enden an in der Mittelzone der Klappenscheibe seitlich vorgesehenen Lagerböcken mit Hilfe von Bolzen angelenkt sind, deren Abstand von der Klappenscheibe den der Schwenkbolzen überschreitet, während die anderen Enden der Lenker auf gehäusefest angebrachten Bolzen gelagert sind. Damit wird die gewünschte, gegen ausfallenden Schmutz unempfindliche Führung der Klappenscheibe und damit eine lange Standzeit ihrer Dichtmittel erreicht, wobei gleichzeitig der hohe Aufwand des relativ kompliziert gebauten Gehäuses der bekannten Dreihebelklappen vermieden ist.

Besondere Aussteifungen des rohrförmigen Teiles des Gehäuses werden entbehrlich, wenn die effektive Länge des bzw. der Schwenkhebel den halben Radius der Klappenscheibe unterschreitet. Günstige Führungseigenschaften lassen sich erreichen, wenn die Länge der Lenker die des bzw. der Schwenkhebel um mehr als 30% unterschreitet. Eine günstige Anordnung der Elemente wird erhalten, wenn in der Schließstellung der Klappenscheibe sowohl der bzw. die Schwenkhebel als auch die Lenker jeweils über die ihre Schwenkachse aufweisende Achsnormale des Klappengehäuses hinaus gegen den Klappenteller geneigt sind und in einander parallelen Ebenen stehen. Sowohl der Aufbau als auch die Montage werden erleichtert, wenn zwei einander parallele, den zugeordneten Lagerbock zwischen sich einschließende Schwenkhebel vorgesehen sind, die jeweils eine gesonderte Nabe zur Verbindung mit der Betätigungswelle aufweisen, und wenn der Lagerbock gleichachsig mit den freien Enden nach außen weisend angeordnete Schwenkbolzen trägt.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung an Hand der Beschreibung eines Auführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die axiale Ansicht eines Drosselklappenventiles, dessen Klappengehäuse im Bereiche der die Betätigungswelle abstützenden Lager geschnitten dargestellt ist, und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das in F i g. 1

dargestellte Drosselklappenventil.

In den Figuren ist ein Drosselklappenventil dargestellt, dessen Klappengehäuse 1 rohrartig ausgebildet ist, beidendig durch Flansche abgeschlossen wird und einen Ventilsitz 2 aufweist. In der dargestellten Schließstellung liegt die Klappenscheibe 3 mit ihrer Dichtung 4 auf dem Ventilsitz 2 auf.

Auf ihrer vom Dichtsitz 2 fortweisenden Seite ist die Klappenscheibe 3 mitt'ig durch eine Platte 5 versteift, die einen Lagebock 6 trägt. An seinem freien Ende ist der Lagerbock beidendig durch Teller verstärkt, mittels deren er einen Schwenkbolzen 7 trägt. Die gleichachsig angeordneten freien Enden des Schwenkbolzens 7 werden von in den freien Enden von Schwenkhebeln 8 vorgesehenen Lagerbuchsen 9 umgriffen. Die Schwenkhebel 8 sind jeweils mit Naben 10 verbunden, welche auf eine Betätigungswelle 11 aufgeschoben und mit dieser durch Keile 12 drehfest verbunden sind, während einer Sicherung gegen axiale Verschiebungen durch Schrauben 13 bewirkt ist. Die Betätigungswelle 11 ist beidseitig in Lagerkörpern 14, 18 gehalten, die in Ausnehmungen der Wandung des Klappengehäuses 1 eingesetzt und eingeschweißt sind. Das Ausarbeiten der Ausnehmungen sowie das Einschweißen werden dadurch wesentlich erleichtert, daß die Lagerkörper 14, 18 mit rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt ausgebildet sind. Während der Lagerkörper 14 durch einen Deckel 15 abgeschlossen ist, ist der Lagerkörper 18 zum Durchgreifen des freien Endes der Betätigungswelle 11 geöffnet. Die Lagerköi per 14 und 18 sind jeweils mit Buchsen 16 und 19 für die Betätigungswelle 11 ausgestattet, und sie weisen Schmiernippel 17 auf, falls sie für niedrige und mittlere Temperaturen einhaltende Durchtrittsmedien bestimmt sind. Insbesondere bei der Beaufschlagung mit höheren Drucken wird mindestens der Lagerkörper 18 mit in den Figuren nicht gezeigten Dichtungen ausgestattet. Bei der Anwendung höherer Drucke kann es sich empfehlen, auch den Lagerkörper 14 mit Dichtungen auszustatten, und den Deckel 15 zu durchbohren, um eine axiale Druckbeaufschlagung der Betätigungswelle 11 zu vermeiden. Für Durchflußmedien mit höheren Temperaturen sind die Buchsen 16 und 19 wartungsfrei ausgeführt und bspw. aus graphithaltigem Guß hergestellt.

Auf das freie Ende der Betätigungswelle 11 ist, mittels eines Keiles drehfest, die Nabe 20 eines Antriebshebels aufgesetzt, der gabelartig eine Spindelmutter umgreift und gegen Drehungen gesichert führt. Die von der Spindelmutter umfaßte Stellspindel läßt sich mittels eines Handrades 21 betätigen; üblicherweise jedoch wird der Stellvorgang mittels eines Stellmotors 22 durchgeführt, der zweckmäßig als Getriebemotor ausgebildet ist. Der dem Drosselklappenventil zugeordnete Kraftantrieb kann auch anders, bspw. als an den Antriebshebel angreifender Druckzylinder, ausgebildet sein.

Die Führungsmittel der Klappenscheibe 3 weisen Lagerböcke 23 auf, an die vermittels von Bolzen 24 Lenker 25 angelenkt sind, die um Bolzen 26 von gehäusefest angeordneten Distanzstücken 27 schwenkbar sind. Die Bolzen 26 können einstückig mit den mit der Wandung des Klappengehäuses 1 verbundenen Distanzstücken 27 erstellt sein. Die Bolzen 24 stehen, wie F i g. 2 zeigt, in der gleichen Mittelebene, welche auch den Schwenkbolzen 7 aufweist, und sind in größerem Abstande von der Klappenscheibe 3 angeordnet als der Schwenkbolzen 7. In de«· in F i g. 2 dargestellten Verschlußstellung stehen die Lenker 25 in

einer den Schwenkhebeln 8 parallelen Ebene, und ihre effektive, d. h. von Achse zu Achse gemessene Länge be'.rägt etwa 55% derer der Schwenkhebel, Auch hier sind wartungsfreie Buchsen mit solchem Spiel sowie Abdeckmitteln vorgesehen, daß auch bei schwierig zu beherrschenden Durchtrittsmedien ein über lange Zeit störungsfreier Betrieb erzielt wird.

Beim Betätigen des Absperrorganes durch Drehen der Betätigungswelle 11 zeigt es sich, daß die Bewegung der Klappenscheibe 3 gewünscht gelenkt erfolgt: Der Schwenkbolzen 7 wird in einem Kreisbogen von etwa 90' Länge mit dem effektiven Radius der Schwenkhebel 8 um die Betätigungswelle 11 geführt, während gleichzeitig die Achse der Bolzen 24 mit wesentlich geringerem Radius mittels der Lenker 25 um die durch die Bolzen 26 bestimmte Schwenkachse bewegt wird. Durch die parallele Ausgangslage sowie die geringfügige Neigung sowohl der Schwenkhebel als auch der Lenker auf die Klappenscheibe 3 hin verlaufen beide Bewegungen zu Anfang der Bewegungsbahnen annähemd tangential zu den durch die Schwenkhebel sowie die Lenker beschriebenen Kreisbahnen und im wesentlichen gleichartig, so daß die Klappenscheibe im wesentlichen normal vom Ventilsitz 2 abgehoben wird. Am Anfang der Bewegungsbahn wirken demnach die Schwenkhebel 8 im Verein mit den Lenkern 25 annähernd so wie ein Parallelogrammgetriebe. Mit zunehmendem Schwenkwinkel jedoch macht es sich bemerkbar, daß der Radius der Lenker 25 geringer ist als der der Schwenkhebel 8, und schon bald nach Abheben der Klappenscheibe 3 vom Ventilsitze 2 beginnt die Achse der Bolzen 24 zusätzlich seitlich ausgelenkl zu werden, so daß aus dem ursprünglich nahezu achsnormalen Abheben der Kiappenscheibe 3 heraus mit zunehmendem Maße eine Drehbewegung bewirkt wird, bis nach einem Stellwinkel von etwa 90° auch ein Schwenken der Klappenscheibe 3 um 90° erwirkt ist, so daß sie flach im Durchtrittswege des Durchflußmediums liegt und den Durchtrittsquerschnitt freigibt.

Die dargestellte Anordnung hat sich als außerordentlich vorteilhaft erwiesen. Die erhebliche Reduzierung der effektiven Länge der Schwenkhebel bekannter Dreihebelklappen auf ein Drittel bis ein Viertel von deren Länge, die bei üblicher, außerhalb des Klappengehäuses durchgeführter Lagerung der Betätigungswelle erforderlich ist, erfordert für den Stellweg zwar einen vergrößerten Stellwinkel, aber nur geringere Antriebsmomente als üblich, so daß der Antrieb über

κι Untersetzungen geringeren Untersetzungsverhältnisses erfolgen kann, oder aber bei der Anwendung von Druckstellgeräten solche verwendet werden können, die ein günstigeres Hub-Kraft-Verhältnis aufweisen. Dementsprechend kann im Bedarfsfalle auch ein gegebenenfalls mit dem freien Ende der Betätigungswelle verbundener Antriebshebel mit geringerer Länge als üblich und damit raumsparend ausgeführt werden Als wesentliche Vorteile aber ergeben sich die einfache und wenig aufwendige Herstellung des Klappengehäu-

2ü ses, da auf eine besondere, an den rohrförmigen Teil seitlich angesetzte Kapelle verzichtet werden kann, und der hierdurch bedingte geringere Raumbedarf des Drosselklappenventiles. Das nach den Lehren der Erfindung ausgeführte Drosselklappenventil läßt sich

2^r> daher bedeutend billiger, einfach und statisch günstiger herstellen als die bekannten mit vergleichbarer Klappenscheibenbewegung, und es weist der im rohrförmigen Teil des Klappengehäuses gelagerten Betätigungswelle wegen auch wesentlich geringere Abmessungen

JO auf. Statisch günstiger erweist sich das Klappengehäuse des gemäß der Erfindung ausgebildeten Drosselklappenventiles vergleichbaren bekannten gegenüber, weil durch das Entfallen des Ansetzens einer Kapelle e: vermieden wird, seinen rohrförmigen Körper aufzu-

Ji schneiden, so daß die Kraftlinien es beanspruchender Kräfte in idealer Wirkrichtung verlaufen können. Auch die Antriebsmittel sind denkbar einfach und robusi ausgeführt, so daß neben der einfachen Herstellung sich auch die Vorteile einfacher Montage und Unterhaltung

■·<> sowie geringer Störanfälligkeit ergeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drosselklappen ventil mit einer beim öffnungsvoirgang zunächst vom Ventilsitz senkrecht abhebbairen und anschließend um eine zum Sitz parallele Achse schwenkbaren Klappenscheibe, die in ihrem Mittelbereich mindestens einen Lagerbock trägt, mit deim auf der beiseitig im rohrförmigen Teil des Klappengehäuses gelagerten Betätigungswelle drehtest angeordnete Schwenkhebel über Schwenkbolzen gelenkig verbunden sind, nach Patent 2201 940,5, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des bzw. der Schwenkhebel (8) Lenker (25) angeordnet sind, deren Länge 90% der der Schwenkhebel unterschreitet, und deren eine Enden an in der Mittelzone der Klappenscheibe (3) seitlich vorgesehenen Lagerböcken (23) mit Hilfe von Bolzen (24) angelenkt sind, deren Abstand von der Klappenscheibe den der Schwenkbolzen (7) überschreitet, während die anderen Enden der Lenker auf gehäusefest angebrachten Bolzen (26) gelagert sind.

2. Drosselklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Länge des bzw. der Schwenkhebel (8) den halben Radius der Klappenscheibe (3) unterschreitet.

3. Drosselklappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lenker (23) die des bzw. der Schwenkhebel (8) um mehr als 30% unterschreitet.

4. Drosselklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schließstellung der Klappenscheibe (3) sowohl der bzw. die Schwenkhebel (8) als auch die Lenker (25) jeweils über die ihre Schwenkachse aufweisende Achsnormale des Klappengehäuses (1) hinaus gegen die Klappenscheibe (3) geneigt sind und vorzugsweise in einander parallelen Ebenen stehen.

5. Drosselklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander parallele, den Lagerbock (6) zwischen sich einschließende Schwenkhebel (8) vorgesehen sind, die jeweils eine gesonderte Nabe (10) zur Verbindung mit der Betätigungswelle aufweisen, und daß der Lagerbock (6) gleichachsig mit den freien Enden nach außen weisend angeordnete Schwenkbolzen (7) trägt.