DE2521376C3 - Drosselklappe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselklappe der im Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Sie kann in Regelanlagen zur Einstellung des Druckes und Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen dienen, wobei insbesondere auch korrodierende Flüssigkeiten oder Gase dicht abzusperren sind.

Bei einer bekannten derartigen Drosselklappe befindet sich der stromabwärts, an ihrer Rückseite ingelenkte Kniehebelmechanismus bei Schließstellung der Drosselklappe in seiner Totpunktstellung (US-PS 28 064). Die Schließstellung wird erreicht, indem die Drosselklappe zunächst mit der Rückseite an einem als Anschlag dienenden, senkrecht zur Strömungsrichtüng angeordneten Stift anschlägt, dann etwas auf demselben und schließlich in Richtung des zur Stromungsrichtung senkrecht verlaufenden Ventilsitzes verschoben wird, Wobei die Innenwand des Kläppengehäuses die Fühfungsfiäche für den Rand der Drosselklappe bildet. Bei dieser Bewegung sowie bei der entgegengesetzten

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Bewegung in der ersten Öffnungsphase kann es zu erheblicher Reibung zwischen der Umfangsfläche und der parallelen Gehäuseinnenwand kommen, was insbesondere bei Einsatz der Drosselklappe als Stellglied einer Regelanlage störend ist

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbeschriebene Drosselklappe dahingehend zu verbessern, daß in der letzten Schließ- und in der ersten öffnun^sphase möglichst wenig reibende Relativbewegung auftritt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.

Durch den Hebel, in dem sich die Welle in der letzten Schließphase um einen kleinen Winkel dreht, und den in ihm verschiebbaren Stift wird die Klappenscheibe an einer Verschiebung parallel zur Welle gehindert bzw. in Richtung Ventilsitz geführt, während sie um ihren Auflagepunkt an der schrägfläche des Anschlages schwenkt Dieser Auflagepunkt verschiebt sich gleichzeitig auf der Schrägfläche nach außen. Dieses Zusammenspiel des Klappenrandes mit der Schrägfläche ist möglich aufgrund der im Anspruch 1 gekennzeichneten Winkelrelation.

Es ist an sich bekannt eine Absperrklappe durch zwei Stifte zu führen, die in einem an der Betätigungswelle gehaltenen Hebel verschiebbar sind (G3-PS 12 33 381). Im bekannten Fall dient eine auf der Welle befestigte Kurvenscheibe, die mit der Klappenrückseite in Eingriff steht zum Einschieben der Klappe in den Ventilsitz, wobei die Stifte gegen Federkraft aus dem Hebel ausgefahren werden. Die Kurvenscheibe besitzt hierzu einen Kurvenabschnitt. Für die Endphase des Schließvorganges bzw. für die Anfangsphase des Öffnungsvorganges sind relativ große Drehwinkel der Welle notwendig, wobei zudem zwischen der Kurvenscheibe und der Klappenrückseite erhebliche Reibung auftritt. Die Kurvenscheibe besitzt ferner einen geraden Abschnitt der zur Drehung der Drosselklappe dient. Die Drehung der Drosselklappe und ihr Einführen in den Ventilsitz erfordert zum einen einen Drehwinkel der Welle von mindestens 180°, wogegen für die Welle der Drosselklappe gemäß vorliegender Erfindung nur ein Stellwinkel von 90° erwünscht ist. Zum anderen sind in der letzten Schließphase ebenso wie bei der eingangs beschriebenen bekannten Drosselklappe starke, eine genaue Regelung störende Reibungskräfte zu überwinden. Bei der erfindungsgemäßen Drosselklappe wird von der vorteilhaften Stiftführung Gebrauch gemacht, im Gegensatz zu beiden bekannten Drosselklappen jedoch in der letzten Schließphasc gleichzeitig um eine Randauflage der Klappe auf der Schrägfläche des Anschlages geschwenkt, wobei nur eine geringe gleitende Bewegung auf letzterer erfolgt.

Die Anordnung einer Feder auf dem Stift gemäß Anspruch 2 dient vorteilhaft /ur Vermeidung einer Flatterbewegung der Drosselklappe, was bei Einsatz der Drosselklappe als Stellglied in einem Regelkreis für eine schnelle und stabile Regelung wichtig ist.

Die Anordnung von zwei Hebeln mit Federn gemäß Anspruch 3 stellt sicher, daß die Drosselklappe exakt geführt wird bzw, keine Verschiebungen auftreten können, die ihrerseits zu störenden Reibungen, Z. B. zwischen Stift und Hebel, führen würden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht der Klappenscheibe von hinten, in Schließstellung,

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Fig.2 einen Schnitt längs der abgewinkelten Linie II-II durch den Gegenstand der F i g. 1, in Offenstellung,

Fig.3 und 4 zwei Schnitte längs der Linie IH-IV durch den Gegenstand der Fi g. 1, in zwei aufeinanderfolgenden Phasen des Schließvorganges,

Fig.5 einen Schnitt längs der Linie II-II durch den Gegenstand der Fig. 1, in der in Fig.3 dargestellten Phase des Schließvorg&nges.

Fig.6 das Detail VI aus Fig.5 in vergrößerter Darstellung, i"

Fi g. 7 einen Schnitt längs der Linie III-IV durch den Gegenstand der F i g. 1, in Schließstellung, und

Fig.8 einen Schnitt längs der Linie II-II durch den Gegenstand der F i g. 1, in Schließstellung.

F i g. 1 zeigt die Klappenscheibe 2 in Schließstellung, ι > und zwar die von der vom abgesperrten Medium abgewandte Rückseite. Die Welle 4 der Klappenscheibe 2 ist drehbar in einem linken Lager 6 und einem rechten Lager 8 gelagert. Aus dem Lager 8 ragt die Klappenwelle 4 heraus und kann dort mittels einer nicht > <> dargestellten Betätigungsvorrichtung gedreh' werden. Das Klappengehäuse ist im Querschnitt rund; jede andere Querschnittsform wäre denkbar, welche zur Klappenwelle 4 symmetrisch ist

Die Klappenwelle 4 trägt zwei sich zur Klappenscheibe 2 parallel erstreckende Hebel 10 und 12. Der Hebel 10 ist genauer in der Schnittfigur 2 zu erkennen. Er weist eine sich senkrecht zur Klappenscheibe 2 erstreckende Bohrung 14 auf, in der ein senkrecht zur Klappenscheibe 2 sich erstreckender Stift 16 verschiebbar ist Dieser Stift trägt an seinem freien Ende ein Gewinde mit Mutter 18. Diese Mutter 18 hält einen Federteller 20, gegen den eine Druckfeder 22 drückt Man erkannt, daß diese Druckfeder bestrebt ist, den Stift 16 aus der Bohrung 14 (in F i g. 2 nach unten) heraus und somit die Klappenscheibe in Richtung zur Klappenwelle 4 zu ziehen. Der in Fig. 1 links eingezeichnete Hebel 12 ist ebenso aufgebaut wie der in der Schnittfigur 2 dargestellte Hebel 10.

Die Hebel 10 und 12 sind drehbar auf der -to Klappenwelle 4 angeordnet, so daß sie nicht geeignet sind, das zum Schließen der Drosselklappe erforderliche Drehmoment auf die Klappenscheibe 2 zu übertragen. Aus diesem Grund sind weiterhin auf der Klappenwelle 4 drehfest ?wei einarmige Hebel 24 ·\ηά 26 angeordnet, « welche jeweils Teil eines Kniehebelmechanismus sind.

Anordnung und Aufbau des einarmigen Hebels 26 ist Fig.3 zu entnehmen, welche den Schnitt II-IV durch den Gegenstand der F i g 1 zeigt.

Der einarmige Hebel 26 ist drehfest auf der Klappenwelle 4 angeordnet; diese drehfeste Verbindung ist durch die Nut-Feder-Verbindung 28 angedeutet. An dem freien Ende 30 des einarmigen Hebels 26 ist eine Stange 32 anjelenkt, deren anderes Ende an der Klappenscheibe 2 angelenkt ist. Die Anlenkung 36 der Stange 32 an der Klappenscheibe 2 befindet sich gemäß Fig. 3 in einer nach vorn (in Fig. 3 links, gegen die Strömungsrichtung) vorstehenden Tasche 40, in deren Seitenwände die Stange schwenkbar (Anlenkung 36) gelagert ist. ω

Der einarmige Hebel 24 ist ebenso aufgebaut und ingeordnet wie der in Fig.3 im Schnitt dargestellte einarmige Hebel 26. Prinzipiell würde ein einziger in der Mitte der Klappenwelle 4 sitzender einarmiger Hebel genügen, doch ofdndt man vorteilhaft mindestens Zwei derartige einarmige Hebel an. Die beiden dargestellten einarmigen Hebel 24 und 26 sitzen jeweils im Bereich Zwischen dem Rand 58 der Klappenscheibe 2 und dem Schwerpunkt der linken bzw. rechten Hälfte der Fläche der Klappsnscheibe 2. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß einerseits diese beiden einarmigen Hebel 24 und 26 die Klappenscheibe 2 gegen den Mediumsdruck möglichst gleichmäßig stützen, andererseits Belastung auf die Klappenwelle 4 verteilt wird und diese nicht übermäßig stark dimensioniert werden muß.

In der Offenstellung gemäß F i g. 2 erstreckt sich die Klappenscheibe 2 parallel zur Strömungsrichtung (Pfeil 42). Von der Druckfeder 22 ist die Klappenscheibe 2 so weit an die Klappenwelle 4 herangezogen, daß der Stiftansatz 23 am Ansatz 10 anliegt

Dreht man die Klappenwelle 4 entgegen dem Uhrzeigersinn, so wird die Klappenscheibe 2 von den beiden einarmigen Hebeln 24 und 26 in Pfeilrichtung 44 in die in den Fig.3 und 5 dargestellte Stellung verschwenkt Während dieses Schwenkvorganges bis zum Erreichen der Stellung der F i g. 3 und 5 ändert sich an der Stellung der Klappenscheibe 2 gegenüber dem Ansatz 10 und der Druckfeder 2. nichts, d. h. der Abstand zwischen der Klappenscheite 2 und der Klappenwelle 4 bleibt der in Fig.2 dargestellte Mindestabstand. Der hintere Rand 46 der Klappenscheibe 2 stößt in der Stellung der Fig.3 und 5 an eine Schrägiiäche 60 eines Anschlages 48 an, wie dies genauer im vergrößerten Detail der F i g. 6 gezeigt wird. Der Anschlag 48 ist an der Wand 50 des Klappengehäuses angeordnet

Bei weiterer Drehung der Klappenweüe führt die Klappenscheibe 2 gleichzeitig zwei Bewegungsvorgänge aus:

1. Derjenige Punkt, in dem ihre Ruckseite 61 bzw. der Rand 46 die Schrägfläche 60 berührt, gleitet auf dieser Schrägfläche 60 so weit, bis der Rand 58 der Klappenscheibe 2 eine zur Achse 55 des Klappengehäuses parallele Führungs bzw. Anschlagfläche 64 berührt, deren Abstand von der Achse 55 des Klappengehäuses gleich dem Abstand des üandes 58 der Klappenscheibe 2 von dieser Achse ist, wenn sich die Klappenscheibe 2 in Schließstellung befindet.

2. Gleichzeitig führt die Klappenscheibe 2 um den Punkt, in welchem ihr Rand 46 auf der Srhrägfläche 60 gleitet, eine Schwenkbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn aus, bis sie gemäß Fig.4 mit ihrer vorderen Dichtfläche 51 an denjenigen Bereich des Ventilsitzes 52 anschlägt, der dem Anschlag 48 gegenüberliegt.

Bei weiterer Drehung der Klappenwelle 4 drücken die aus den einarmigen Hebeln 24,26 und ihren Stangen 32 gebildeten Kniehebelmechanismen die Klappenscheibe 2 gegen die St.-ömungsrichtung. Die gesamte rindlierum laufende Dichtfläche 51 wird gegen den Ventilsitz 52 gepreßt. Es ist dabei möglich, die Klappenscheibe 2 exakt in den Ventilsitz !52 .ju pressen, da sich die Kniehebelmechanismen 26/32, 24/32 im Gegensatz zur aus der US-PS 34 28 064 bekannten Anordnung in der Schließstellung nicht in Totpunktlage befinden, sondern noch ein weiteres Einschieben in den Ventilsitz 52 erlauben.

Die Dichtfläche 51 und der Ventilsitz 52 können aus Metall sein; anstelle einer derartigen metallischen Dichtung kann auch eine Weichstoffdichlung Vorgesehen sein. Der Dichtr.ng ist im Gehäuse oder eventuell an der Klappenscheibe 2 befestigt

Während des letzten Sehließvorganges, Von der Stellung der F i g. 3 bzw. 5 (Beginn des Zusammenpressen der Druckfeder 22) bis zur vollständigen Schließ-

stellung der Fig.7 und 8, wird die Druckfeder 22 zusammengepreßt. Der Abstand zwischen der Klappenwelle 4 und der Klappenscheibe 2 nimmt zu, wie man durch Vergleich der F i g. 2 einerseits ufid 8 andererseits erkennt. Während dieser Phasen des Schließvorganges dreht sich die Klappenwelle 4 geringfügig innerhalb der einarmigen Hebel 10 und 12. Während des gesamten sonstigen Bewegungsablaufes halten die einarmigen Hebel 10 und 12, zusammen mit den Druckfedern 22, die Klappenscheibe 2 in geringstmöglicliem Abstand zur in Klappenwelle 4, damit die Klappenscheibe 2 während des Schwenkens den Ventilsitz 52 nicht berührt und die Dichtung nicht beschädigt.

Die Klappenwelle ist, wie man in Pig. I erkennt, in der Mitte des Klappengehäuses angeordnet, d.h., die Höhe des Ventilsitzes wird von der (mathematischen) Achse 53 der Klappenwelle 4 halbiert« welche sich mit ucF ACnäc 55 ucs KiäppcilgeuäüsSs SChficiüei. Der Abstand der Klappenwelle 4 vom Ventilsitz 52 muß wie im bekannten Fall (US-PS 34 28 064) groß genug sein, um eine Schwenkung auf 90° zu ermöglichen.

Die in Fig.6 dargestellte Schrägfläche 60 ist gegenüber der Wand 50 des Klappengehäuses um den Winkel β 1 geneigt Dieser Winkel β 1 ist kleiner als der Winkel β 2, den die Rückseite 61 der Klappenscheibe 2 2Ί mit der Wand 50 des Klappengehäusies beim Schließvorgang im Augenblick des Anschlagens an die Schrägfläche 60 einschließt. Dieser Winkel β 2 ist auch Fig. 5 zu entnehmen.

An die Schrägfläche 60 schließt sich eine zur Wand 50 des Klappengehäuses parallele Führungs- bzw. Anschlagfiäche 64 an, welche sich in Richtung zum Ventilsitz 52 erstreckt. Der Abstand c dieser Anschlagfläche 64 von der Achse 55 des Klappengehäuses ist gleich dem Abstand des Randes 58 der Klappenscheibe 2 von deren Mitte. Man erkennt, daß in der Stellung der F i g. 6 die Klappenscheibe 2 die Anschlagfläche 64 noch nicht berührt, sondern daß in dieser Stellung die Rückseite 61, genauer der Rand 46, die Schrägfläche 60 des Anschlages 48 etwas über dieser Fläche 64 berührt. Bei der Schwenkbewegung um diesen Berührungspunkt, zur Stellung der Fig.4 hin, gleitet der Rand 46 an der Schrägfläche 60 abwärts, bis der Rand 58 der Klappenscheibe 2 auf der zur Wand 50 des Gehäuses parallelen Fläche 64 sitzt In der letzten Schließphase, von der Sieiiung üef Fig.4 zur Scniieusieiiüng tief F i g. 7 und 8, wird der Rand 46 der J<Iapperischeibe 2 von der Schrägfiäche 60 abgehoben. Die Klappenscheibe 2 gleitet auf der Fläche 64 so weit, bis sie in den Ventilsitz 52 gelangt.

Damit die Klappenscheibe 2 sich nicht im Ventilsitz 52 verklemmt, ist vorteilhaft der Winkel β 3 zwischen der Fläche des Ventilsitzes 52 und der Wand 50 des Klappengehäuses größer als der Reibungswinkel der sich k& Ventilsitz berührenden Materialien; vorzugsweise sollte der Winkel 45° seini

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Drosselklappe mit hinter der Klappenscheibe mittig durch das Klappengehäuse verlaufender, in diesem drehbar gelagerter und von außen angetriebener KlappenweHe, an welcher die Klappenscheibe befestigt ist und die drehfest mit mindestens einem andererseits an der Klappenscheibe angelenkten Kniehebelmechanismus verbunden ist, wobei in Schließstellung die Klappenscheibe zwischen der Klappenwelle und einem dem vorderen Rand der Klappenscheibe zugeordneten Ventilsitz steht und wobei in Offenstellung die Klappenscheibe um bis zu 90° gegenüber der Schließstellung gedreht ist, mit einem an der Wand des Klappengehäuses in dem Bereich, welcher hinter der offenstehenden Klappenscheibe liegt, angeordneten Anschlag, der mit der Rückseite der Klappenscheibe zusammenarbeitet und mit einer Führungsfläche, an der der Umfang der Klappenscheibe in Schließstellung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwelle (4) drehbar mindestens einen sich parallel zur Klappenscheibe (2) erstreckenden Hebel (10,12) trägt in dessen sich senkrecht zu Klappenscheibe erstreckender Bohrung (14) ein an der Klappenscheibe befestigter Stift (16) verschiebbar ist daß der Anschlag (48) eine zur in Strömungsrichtung verlaufenden Achse (55) des Klappengehäuses in einem von 90° abweichenden Winkel (ß\) verlaufende Schrägfläche (60) aufweist und daß der Winkel (ßi) der Schlugfläche (60) gegenüber der Achse (55) des Klappengehäuses .'-.leiner 'Ά als der Winkel (ßi), welchen die Klappenscheibe (2) beim Schließvorgang im Augenblick des A "uchlagens an der Schrägfläche (60) mit der Achse (55) des Klappengehäuses einschließt.

2. Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Stift (16) mittels einer Feder (22) in seiner Achsrichtung beaufschlagt ist

3. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hebel (10, 12) mit Bohrung (14), Stift (16) und Feder (22) symmetrisch zum Mittelpunkt der Klappenscheibe (2) an der Klappenwelle (4) befestigt sind.