DE2460182A1

DE2460182A1 - Drosselventil, insbesondere fuer aggressive oder empfindliche fluids

Info

Publication number: DE2460182A1
Application number: DE19742460182
Authority: DE
Inventors: Maurice Bonafous
Original assignee: AMRI
Current assignee: AMRI
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1974-12-17
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE2460182C2; FR2255522B1; IT1024237B; CH594839A5; BE823567A; NL159765B; US3991974A; SU632310A3; NL7416530A; FR2255522A1; GB1488387A

Description

PATENTANWALTSB Cl RO BERLIN — MÜNCHEN PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DlPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

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Ihr Zeichen . Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den I » ·

LW/st - MÜ-46 39.833/51

Applications Mecaniques et Robinetterie Industrielle A. M. R. I. 188 bis rue de Charenton 75012 Paris / Frankreich

Drosselventil, insbesondere für aggressive oder empfindliche Fluids

Die Erfindung betrifft ein Drosselventil, insbesondere für aggressive oder empfindliche Fluids, wie etwa chemische Fluids oder Nahrungsmittelflüssigkeiten. Dabei handelt es sich um ein Ventil herkömmlicher Bauart, dessen um eine Vierteldrehung verdrehte scheiben- oder linsenförmige Drosselklappe den Flüssigkeitsdurchlauf dadurch unterbindet, daß sie an einem ringförmigen Sitz zur Anlage gebracht wird, dessen ü-förmiger Abschnitt das Ventilinnere und die Flanken des Ventilkörpers bedeckt.

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-858 44	■ INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK ΑΘ.	W. MEISSNER, BLN-W
ST, ANNASTR. 11	INVEN d	BERLIN	030/885 60 37	BERLIN 31	12282-108
TEU: 089/22 85«			030/886 23 82	3695716000

Der ringförmige Sitz soll, um Dichtheit zu gewährleisten, zugleich elastisch ausgebildet sein, er soll gegenüber aggressiven und /oder empfindlichen Flüssigkeiten reaktionsträge sein und die Reibung der Drosselklappe einerseits mit einem kleinen Reibungskoeffizienten und andererseits ohne bleibende und ohne verschleißbedingte Verformung zulassen. SIn einziger Werkstoff könnte diese entgegengesetzten Eigenschaften nicht in sich vereinigen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, den ringförmigen Sitz aus Elastomer auszubilden» beispielsweise aus Kautschuk, der - an der Außenseite des ^HU^M- mit einer Schicht aus Qualitäts-Polymer, beispielsweise aus "Teflon¹¹, überzogen ist. Diese beiden Werkstoffe unterscheiden sich jedoch notwendigerweise und beträchtlich einerseits durch ihre Elastizitätsmodule und andererseits durch die Größe ihrer Elastizitätsbereiche, so daß ihre Verbindung, im allgemeinen durch Kleben, ein schwieriges und schwer zu lösendes technisches Problem bildet, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der dauernden Verformung des Polymers und seines Fließens während des Betriebes.

Demnach ist es Ziel und Zweck der Erfindung, durch neuartige Strukturierung des Elastomers an der Polymerschicht die genannten Mängel und Nachteile zu beseitigen.

Andererseits ist bei der obengenannten herkömmlichen Bauart &9Λ Drosselventils die Drosselklappe an einer sich nach oben erstreckenden Welle oder über und unter dem Sitz befestigt, nach oben oder nach oben und unten im Ventilkörper drehbar gelagert und nach oben zur Betätigung der Klappe herausgeführt. Angesichts der aggressiven und/oder

empfindlichen Fluids ist es notwendig, diese Durchgänge derartig dicht zu gestalten, daß für die aggressiven und/ oder empfindlichen Flüssigkeiten jede Möglichkeit eines Kontaktes nit der Drosselklappenlagerung ausgeschlossen ist.

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Folglich ist es ferner Ziel und Zweck der Erfindung, diesen Funktionsanforderungen zu genügen.

Hit wenigen Worten ausgedrückt ist bei dem erfindungsgemäßen Drosselventil der herkömmlichen Bauart ein Träger (sommier) von geringer Dicke aus Elastomer-Werkstoff an der Basis des ⁿUⁿ des Plastomer-Sitzes in einer ringförmigen Eindrehung des Ventilkörpers, die er genau ausfüllt, angeordnet. Der Träger ist vom Sitz unabhängig und die Anordnung von Sitz und Träger ist an der Stelle sehr elastisch ausgebildet, wo die geschlossene Drosselklappe aufliegt, d. h. in der Mittelebene der Basis des

Man erreicht somit gemäß der Erfindung, daß die elastischen Verformungen sehr nahe an der Anlagestelle der Drosselklappe in ihrer geschlossenen Stellung auftreten und auf diese Weise in der Mitte des Sitzes lokalisiert sind. Andererseits gewährleistet die geringe Dicke des Trägers infolge einer schwachen elastischen Deformation einen Stoßdruck auf den Sitz, der für einen dichten Abschluß ausreicht. Bei schwacher Anlage der Drosselklappe auf dem Sitz bleibt die Deformation des Sitzes schwach, folglich im Elastizitätsbereich des Sitz-Plastomers. Während einer bedeutenden Zusammendrückung des Elastomers ruft das Ausmaß der Zusammendrückung im Verhältnis zur Stärke des Trägers eine ebenso starke Kompression hervor. Andererseits ist der die ringförmige Ausnehmung des Sitzes exakt ausfüllende Träger darin solide festgelegt, ebenso, wie der Sitz, und zwar durch die Arme des "U" und durch die Basis des "U" an jeder Seite des Trägers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Sitz zur Erzielung einer größtmöglichen Elastizität in der Mitte der Basis des ⁿUⁿ eine sehr geringe Dicke auf.

Vorzugsweise kann das Elastomer des Trägers aus Natur- oder

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Synthetik-Kautschuk sein und das Plastomer des Sitzes kann aus FEP, aus PFA, aus Polytetrafluoräthylen oder aus anderem fluorisierten Polymer sein, das die erforderlichen Eigenschaften aufweist.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung weist die Drosselklappe an den Trägern der Achsen zwei sphärische Kalotten auf. Die Abdichtung sowohl nach oben/unten als auch nach außen wird an den Durchgängen der Achsen gewährleistet durch eine sphärische Form des Sitzes, der durch den gegen die sphärische Form der Kalotten der Drosselklappe wirkenden Träger zusammengedrückt wird.

Die Montage sichert vorteilhafterweise Formbeständigkeit, Anpassungsfähigkeit, Elastizität und einen Verdichtungsgrad um die ganze Drosselklappe herum.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bilden der Träger und der Sitz eine Manschette um die Achse herum. Die Drosselklappe ist in diesem Falle mit einem etwas größeren Durchmesser versehen, als die vom Träger gebildete Manschette, und zwar derart, daß der größere Durchmesser der Drosselklappe ein Maß für die allgemeine elastische Kompression bestimmt und damit eine Abdichtung sowohl nach oben/nach unten, als auch zu den Durchgängen der Achse hin.

Man stellt in diesem Zusammenhang fest, daß die Abdichtung am sphärischen Teil der Drosselklappe dazu ausreicht, bei normalen Betriebsbedingungen jegliches Austreten von Flüssigkeit durch den Achsdurchgang zu unterbinden.

Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung weist das Ventil außerdem ein zweites Abdichtungssystem an den Achsdurchbrechungen auf, das durch Zusammenwirken mit einer oder beiden hindurchgehenden Teilen der Achse gewährleistet ist. Eine Abdichtungsanordnung, beispielsweise aus mit Graphit angereichertem Polytetrafluoräthylen, die von einer Feder

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zusammengedrückt wird, die angeordnet ist zwischen einem Ring, der sich auf einer Schulter der Bohrung des Ventilkörpers in der Höhe der Oberseite des Trägers aus Elastomer abstützt, und einem Drehlager der Achse. Die Abdichtungsanordnung kommt an einem Bund zur Anlage, der am oberen Teil der vom Sitz gebildeten Manschette angeordnet ist und der über das Innere des Ringes hinausragt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 und 2 Querschnitte durch das erfindungsgemäße Ventil entlang der Achse der in offener Stellung gezeigten Drosselklappe, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt und die Fig. 2 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils darstellen;

Fig. 3 und 4 Querschnitte durch das Ventil gemäß den Fig. 1 und 2 quer zur Achse der Drosselklappe entlang der Achse des Durchlasses, wobei die Drosselklappe in Fig. 3 in geöffneter Stellung und in Fig. 4 in geschlossener Stellung dargestellt ist und Fig. 5 einen Teilschnitt in Längsrichtung in vergrößerter Darstellung mit einer Darstellung der beiden im Ventil gemäß den Fig. 1 bis 4 verwendeten Abdichtungsarten, nämlich der Betriebsdichtung und der Sicherheitsdichtung.

Gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt das Ventil einen Körper, der zwei durch Schrauben 3 miteinander verbundene Teile 1 und aufweist. Im Ventilkörper dreht sich eine scheiben- oder linsenförmige Drosselklappe 4, die an den Achsdurchführungen der Achse X-X mit zwei sphärischen Kalotten 5 und 6 versehen ist.

Vorzugsweise ist die die Drosselklappe bildende Scheibe 4 /

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sphärisch ausgebildet und weist den gleichen Durchmesser auf, wie die sphärischen Kalotten 5 und 6.

Die Drosselklappe ist entweder aus (säure-) beständigem und passivem Metall oder, wie dargestellt, aus angestrichenem oder emailliertem Metall oder mit Elastomer oder Polymer, beispielsweise mit Teflon, beschichtet. Die Drosselklappe 4 ist einerseits an einer Welle 7 angebracht, die zur Betätigung des Ventils aus dem Ventilkörper an der Stelle 8 austritt, und andererseits an einer unten gelegenen Gegenwelle 9, die bei Ventilen mit kleineren Abmessungen weggelassen werden kann, befestigt. Das Ventil ist gemäß Fig. 1 mit Hilfe von Flanschen B zwischen den Elementen einer Rohrleitung C anbringbar, wobei die Flansche B gemäß Fig. 4 an der Rohrleitung C angeschweißt bzw. angelötet sein können. Die Flansche B können ebenso wie die Leitung C mit einem herkömmlichen Schutzwerkstoff D beschichtet sein.

Gemäß den Fig. 1 und 3 weist das erfindungsgemäße Ventil einen aus Plastomer gefertigten, ringartigen und querschnittlich ü-förmigen Sitz 11 auf, wobei die Arme 12 des "U"-Profils bei der Montage zwischen die Flansche B (die in Fig. 3 zur Verdeutlichung der Zeichnung von dem "U" etwas abgerückt dargestellt sind) geklemmt sind. Die Abdichtung des Körpers 1, 2 ist durch die solide Halterung des Sitzes vollkommen gewährleistet. In dieser bevorzugten AusffShrungsform der Erfindung ist die Dicke der Basis des ¹¹U" des Sitzes 11 in der Mitte der Basis des ⁿü^M kleiner ausgebildet, und ein aus Elastomer gefertigter Träger 14 mit geringer Dicke füllt genau eine im Körper 1, 2 ausgebildete ringförmige Eindrehung 15 aus.

Es ist festzustellen, daß die Form der Außenfläche der Basis des ^HU^N des Sitzes vorzugsweise sphärisch ausgebildet ist. Bei der gemäß der Darstellung der Fig. 4 geschlossenen Stellung des Ventils verformt die Drosselklappe 4 die Mitte des dünnen Teils 13 des Sitzes 11 nur schwach,

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wohingegen das schwache Teil des Trägers 14 aus Elastomer dieser Verformung zur Erzielung der erforderlichen Abdichtung mit einer Reaktionskraft erforderlicher Größe entgegenwirkt. Aus Fig. 4 ist andererseits zu ersehen, daß der Träger 14 nicht aus der Ausnehmung 15 entweichen kann, die er exakt ausfüllt, und daß die dicken Teile des Sitzes 11 aus Piastomer gegenüber Fließen (fluage) nicht beansprucht sind und das schwache Hittelteil 13 schützen, das sie solide festhalten.

Für ein Ventil mit einem Durchgangsdurchmesser von 80 mm seien nachfolgend einige bevorzugte Maße angegeben: Die Dicke des aus Teflon gebildeten Sitzes kann im Hittelteil der Basis des "U" 1 mm, zu den Rändern der Basis des "U" hin 3 mm und an den Schenkeln des "U^M 2 mm betragen, während der Kautschukträger 14 eine Dicke von 5 mm aufweisen kann.

Gemäß Fig. 5 umfaßt das Ventil 2 separate und unterschiedliche Arten von Abdichtungen an den Durchlässen der Achse 7, nämlich, wie vorstehend bereits erwähnt, eine Betriebsabdichtung und eine Sicherheitsabdichtung.

Die Betriebsabdichtung, die sowohl nach unten/oben als auch zur Außenseite des Ventils hin wirkt, ist an jedem der Achsdurchtritte 7 vorgesehen, und zwar durch eine sphärische Form 31 des Sitzes 11, die von dem Träger 14 gegen die sphärische Form der der Drosselklappe 4 entsprechenden Kalotte 5, 6 gedrückt wird. Hierzu bilden der Träger 14 und der Sitz 11 um die Achse 7 herum eine Manschette,

In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß der Durchmesser der sphärischen Formen des Sitzes 11 an den Durchlässen der Achsen 7 vorteilhafterweise gleich sein kann dem Durchmesser der sphärischen Form der Außenfläche der Basis des ¹¹U" des Sitzes 11. Um die gleiche Elastizität zu erhalten, sind außerdem die Dicken des Sitzes 11 identisch ausgebildet.

Die Drosselklappe 4 weist dann einen Durchmesser auf, der

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etwas größer ist, als derjenige der Manschette des Sitzes 11, die von dem Träger 14 derart gehalten wird, daß der größere Durchmesser der Drosselklappe 4 ein Maß für die elastische Kompression, und damit für die Dichtigkeit sowohl nach oben/unten als auch zu den Durchtritten der Achse 7 hin bestimmt. Diese Abdichtungsart reicht dazu aus, jeglichen Flüssigkeitsdurchtritt durch die Durchführungen der Achse unter normalen Betriebsbedingungen zu unterbinden. Dabei ist vorteilhafterweise eine Kontinuität der Form, der Anpassungsfähigkeit, der Elastizität und des Maßes der ZusammendrUckung um die Drosselklappe 4 herum gewährleistet.

Die Sicherheitsabdichtung entlang der Achse 7 wird durch eine Einrichtung bewirkt, die einen, beispielsweise aus Bronze gefertigten Ring 32 aufweist, der von einem Federring 33 gehalten und mit zwei Dichtungen, nämlich einer inneren Dichtung 34 und einer äußeren Dichtung 35*versehen ist. Die Drehung der Achse 7 wird durch zwei Wellenlager 38, 39 ermöglicht, zwischen denen eine Druckfeder 40 wirkt. Das zweite Lager 39 wirkt mit seinem unteren, abgeschrägten Ende 41 gegen ein querschnittlich dreieckig ausgebildetes Ringelement 42, das beispielsweise aus mit Graphit angereichertem Polytetrafluoräthylen gefertigt ist und als Dichtungsmaterial dient. Das ringförmige Element 42 wird von einer beispielsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigten Scheibe 43 mit einer abgeschrägten Fläche 44 gehalten, die sich auf einer in der Bohrung 43 des Körpers ausgebildeten Schulter abstützt, die in Höhe der oberen Fläche der vom Träger 14 gebildeten Manschette angeordnet ist.

Die Sicherheitsdichtung ist infolgedessen im wesentlichen durch das Ringelement 42 ( oder durch das Dichtungsmaterial) befestigt. Während dieses mittels der Feder 40 zwischen den Wellenlagern 39 und der Scheibe 43 in zusammengedrücktem Zustand gehalten wird, legt es sich an der Fläche eines Bundes 46 an, der am oberen Teil der vom Sitz 11 gebildeten

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Manschette angeordnet ist. Dazu überragt dieser Bund 46 des Sitzes den oberen Teil der vom Träger 14 gebildeten Manschette und ragt leicht über die Scheibe 43 hinaus. Die Wirkung des Ringelementes 42 auf die Scheibe 46 bildet somit eine Abdichtungsbarriere, die jegliches Durchfließen von Flüssigkeit nach außen unterbindet in dem Falle, wo die sphärische Abdichtung sich ais unvollkommen erweisen oder aus irgendeinem Grunde zerstört sein sollte.

Bs ist festzustellen, daß das MaS der Zusammendrückung des Ringelementes 42 deutlich von größerer Bedeutung ist als die ZusammendrUckung des aus Elastomer gefertigten Trägers 14, so daß die Scheibe 43 sich stets auf der Schulter der Bohrung 45 des Körpers abstützt. Außerdem ist der Träger in einem bestimmten Abstand festgeklemmt und die beiden Abdichtungsarten sind so absolut voneinander unabhängig.

In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der untere Teil des Ventils mit Hilfe eines Metallstopfens 50 geschlossen. Eine von einem Federring 52 gehaltene Hülse 51 dient als Abstützung für eine starke Druckfeder 53» deren anderes Ende sich unter einem Bund 54 der Gegenachse 9 abstützt, wobei die Achse 9 ein Lager 55 zur Aufnahme des Endes der Achse 7 der Drosselklappe 4 trägt. Über einen Ring 56 nach Art des vorstehend beschriebenen Ringes stützt sich der Bund 54 unter einer Abdichtung 57 aus mit eingelagertem Graphit versehenen Teflon ab. Die Abdichtung 57 stützt sich wiederum unter einer von einer Schulter der Bohrung des Körpers festgehaltenen Scheibe 58 ab. Die Abdichtung 57 selbst liegt an einem Teil eines Bundes an, der am unteren Teil der vom Sitz 11 gebildeten Manschette angeordnet ist.

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Claims

λ 7 DtI Wi Patentansprüche *

1. Drosselventil mit einer drehbaren und an einem ringförmigen

Sitz aus Plastomer zur Anlage bringbaren Drosselklappe,

wobei der den Innenraum und die Flanken des Ventilkörpers

querschnittlich auskleidende ringförmige SitzjO-xörmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ventil (1, 2) einen vom Sitz (11) unabhängigen Träger (sommier) (14) von geringer Dicke aufweist, der aus elastomerem Material gefertigt und in einer ringförmigen Ausnehmung (15) des Ventilkörpers (2) angeordnet ist und letztere genau ausfüllt und dessen freie Fläche mit der Basis des U-förmigen Sitzes (11) derart in Berührung steht, daß der Träger (14) aus der Ausnehmung (15) nicht entweichen kann, /^₁ \

daß der Sitz nicht vom Fließen (fluage) beansprucht ist und daß schließlich die Einheit aus Sitz (11) und Träger (14) an der Stelle, wo die geschlossene Drosselklappe (4) anliegt, mit größerer Elastizität ausgestattet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dessen Drosselklappe um eine den ringförmigen Sitz durchsetzende Achse herum drehbar ist, dadurch gekennzeichnet.

daß an den Durchführungen für die an der Drosselklappe (4) angeordneten Achswellen (7, 9) eine zur Achse (X-X) der Achswelle (7, 9) koaxiale sphärische Kalotte (5, 6) vorgesehen ist und

daß der Sitz (11) eine der Form der Kalotte (5, 6) deutlich entsprechende sphärische Form (31) aufweist derart, daß die sphärische Form (31) des Sitzes (11), der vom Träger (14) gegen die sphärische Form der Kalotte (5, 6) der Drosselklappe (4) gedrückt wird, an den Durchführungen der Achswellen (7, 9) eine erste Abdichtung, Betriebsdichtung genannt, bildet, die sowohl stromaufwärts/stromabwärts als auch zur Außenseite des Ventils (1 ,2) hin wirkt.

3. Drosselventil mit einer um eine einen ringförmigen Sitz durchsetzende W«llenachee herum drehbaren Drosselklappe, wobei der den Innenraum und die Flanken des Ventilkörpers

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auskleidende ringförmige Sitz U-förmig ausgebildet ist, nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1, 2) um jedes der den Ventilkörper (1, 2) durchsetzenden Wellenachsenteile (7» 9) ein als Alidichtungseinrichtung dienendes, vorzugsweise aus mit Graphit angereichertem Teflon gefertigtes Ringelement (42, 57) aufweist, das mit Hilfe eines elastischen Organs, beispielsweise einer Druckfeder (40, 53) zwischen einem Wellenlager (38,39) der Wellenachse (7, 9) und einem an der Bohrung (45) des Ventilkörpers (1, 2) ausgebildeten Absatz festgehalten ist, daß die Bohrung (45) das ringförmige Element (42) von einer von einem um die Achse (7» 9) angeordneten Träger (14) gebildeten Manschette trennt und daß das Ringelement (42, 57) gleichfalls an einem Bund (46) anliegt, der am oberen Teil der Manschette vorgesehen ist, die von einem um die die Bohrung (45) durchsetzende Wellenachse (7, 9) herum angeordneten Sitz (11) gebildet ist, und zwar derart, daß die Wirkung des Ringeleaentes (42, 57) auf den Bund (46) eine zweite Abdichtung, Sicherheitsdichtung genannt, bildet, die in dem Falle, wo die erste Abdichtung sich als unvollkommen erweist, jegliches Austreten von Flüssigkeit nach außen unterbindet.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abdichtungen voneinander unabhängig sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß das ringförmige Element (42) sich auf einer auf einem an der Bohrung (45) des Ventils (1, 2) ausgebildeten Absatz aufliegenden Scheibe (43) abstützt, wobei der Betrag der Zusammendrückung des Ringelementes (42) wesentlich größer ist als die Zusammen^rück/ing des, aus Elastomer gefertigten Trägers (14).

Dipl.-In

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