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Absperrventil für heiße Gase
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Die Erfindung betrifft ein Absperrventil für heiße Gase, korrodierende
Gase etc..
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Derartige Absperrventile werden beispielsweise in die Abgasleitung
von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, wenn es notwendig ist, den Eintritt von
Wasser oder Gasen von außen bei stillstehender Verbrennungskraftmaschine zu verhindern.
So werden derartige Absperrventile in die Abgasleitung der Altriebsmaschinen von
Unterwasserfahrzeugen eingebaut. Die bisher bekannten Absperrventile sind als Klappenventile
ausgebildet, von denen jeweils 2 in Reihe eingebaut sein müssen.
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Diese Ventile haben den Nachteil, daß die Klappen mit ihren Ventilsitzen
nicht gekühlt werden können, wenn sie im geöffneten Zustand ständig vonheißen Gasen
umspült werden. Es besteht die Gefahr von
Verformungen und Spannungsrissen,
die durch hohe Temperaturschwankungen hervorgerufen werden können. Das führt zu
Undichtigkeiten in den Ventilsitzflächen. Außerdem besteht die Gefahr von Rußablagerungen
an den Ventllflachen, die einen dichten Ventilverschluß verhindern. Es ist deshalb
bekannt, aufwendige und umständlich zu bedienende Ein- bzw. Nachschleifvorrichtungen
an den Ventilen anzubringen, mit deren Hilfe die Dichtflächen vor jedem Schließen
in den ordnungsgemäßen Zustand gebracht werden sollen. Die gleichen Nachteile besitzen
auch Absperrventile, die mit Ventilkegeln ausgerüstet sind.
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Es sind weiterhin Absperrventile inform von Klappenventilen bekannt,
die mit Weichstoffdichtungen versehen sind. Die Weichstoffdichtung wird bei geöffneter
Klappe durch Einschwenken in eine neben der Abgasleitung angeordnete Zelle mit Kühlwasser
gekühlt. Die Weichstoffdichtung ist jedoch beim Einschwenken in die Schließstellung
den heißen Abgasen ausgesetzt. Außerdem ist es bekannt, die metallischen Ventilsitzflächen
durch Aufspritzen von erheblichen Kühlwassermengen ständig zu kühlen.
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Das erfordert nicht nur zusätzliche Einbauteile und Antriebsvorrichtungen,
sondern hat auch den Nachteil, daß das in den Heißgasstrom eingebrachte Kühlwasser
teilweise verdampft wird und außerdem Sprühnebel bildet. Das Abgasvolumen und der
Abgasgegendruck werden vergrößert. Außerdem sind umfangreiche Steuerungsvorrichtungen
notwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absperrventil der eingangs
genannten Art zu schaffen, das einfach im Aufbau und in der Herstellung ist und
das keiner besonderen Hilfsvorrichtungen bedarf. Die Bedienung des Absperrventiles
soll ohne komplizierte Anleitungen auAhvon ungeübtem Personal durchführbar sein.
Das Ventil soll weiterhin auch bei einseitig hohen Drücken und auch bei korrodierenden
Medien einwandfrei arbeiten, d. h. einwandfrei zu schließen sein und einen
sicheren
Verschluß auf lange Zeit zugewährleisten, ohne daß dabei Zerstörungen des Ventils
zu befürchten sind.
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Die Erfindung besteht bei dem eingangs genannten Ventil darin, daß
das Absperrventil als ein Schieberventil mit einem in einem Ventilgehäuse geführten
-Hohlkolben ausgebildet ist, wobei der Ventilgehäuseinnenraum auf der den heißen
Gasen abgekehrten hohlen Kolbenseite mit einem Wasservorrat verbunden ständig mit
Wasser gefüllt ist.
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Der Ventilkolben liegt bei geöffnetem Ventil ständig außerhalb des
Medienstromes und ist wassergekühlt. Dies gilt auch für die Abdichtflächen. Die
Ventilbauteile sind nennenswerten Temperaturschwankungen nicht unterworfen. Störende
Stoffe können sich an den Ventilsitzflächen nicht ablagern. Diese Vorteile gelten
sowohl für das Ventil im geöffneten Zustand als auch für das Ventil in geschlossenem
Zustand. Das Ventil ist sehr einfach im Aufbau und bedarf keiner besonderenHilfsvorrichtung
für seine Wartung und seine Bedienung. Auch ist eine besondere Ausbildung des Bedienungspersonal
nicht erforderlich. Das Ventil ist einfach im Aufbau und ist auch einfach herzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann das Ventilgehäuse
von einem Wassermantel umgeben sein, der mit dem Wasservorrat verbunden ist. Der
Wassermantel kann aus einem Behälter gebildet sein, dem laufend Wasser, z. B. Kühlwasser
vom Auspuffmotor zugeführt wird. Auf diese Weise ist es ohne weiteres möglich, den
Wassermantel und den Wasserstand im Ventil gehäuse stets auf einer vorbestimmten
Höhe zu halten. Das Ventilgehäuse samt Hohlkolben werden gleichsam von außen und
innen laufend gekühlt.
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Zur weiteren Unterstützung der ständigen Wasserbewegung kann das Ventilgehäuse
mit Bohrungen versehen sein, die bei geschlossenem Ventil von dem Hohlkolben frei
gegeben sind und bei geöffnetem Ventil in dessen Hohlmantel eingelassenen
Bohrungen
gegenüberliegen. Dadurch wird der Wasserdurchfluß durch das Ventilgehäuse und durch
die hohlen Kolben erleichtet.
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Zur schnellen Abgas leitung unter geringem Druckabfall kann das Ventilgehäuse
mit mehreren auf seinen Umfang ringförmig nebeneinanderliegend angeordneten Bohrungen,
Schlitzen oder dergleichen versehen sein, die bei geöffnetem Ventil von diesem freigegeben
sind und die in einen das Ventilgehäuse umgebenden Ringkanal mit Anschluß an die
Abgasleitung münden.
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Aus Sicherheitsgründen kann das Ventil aus 2 hintereinander angeordneten
und kraftschlüssig miteinanderverbundenen Hohlkolben bestehen, die beide auf ihren
Umfang mit mindestens einer ringförmigen Ausbuchtung wie Rille oder dergleichen
zur Aufnahme von Dichtringen versehen sind. Dabei kann die Dichtung eine Weichstoffdichtung
seine An deren Stelle oder neben einer Weichstoffdichtung kann insbesondere der
in Gasströmrichtung hinten liegende Hohlkolben eine gegen das Ventilgehäuse abdichtende
Pneumostopdichtung tragen, die mit einer durch den Ventilantrieb geführten Druckleitung
verbindbar ist.
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Die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Hohlkolben kannignterschiedlicher
Weise ausgebildet sein. Zweckmässig ist in die kraftschlüssige Verbindung eine Tellerfeder.eingeschaltet.
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Eine einfache Bauform eines erfindungsgemäßen Ventils' das aus 2 Hohlkolben
gebildet ist, besteht darin, daß die den heißen Gasen zugekehrte Kolbenfläche des
ersten Hohlkolbens mit einem die Kolbenfläche des zweiten Hohlkolbens durchsetzenden
Mittelzapfen versehen ist, in den eine spannmutter- zur Halterung der sich an die
Kolbenfläche des zweiten Hohlkolbens abstützenden Tellerfeder trägt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Ventils mit 2 Kolben
besteht darin, daß die einander gegenüberliegenden Stirnflächen
der
beiden Kolben in ihrem Randteil mit ringförmigen Abätzen wie Ausnehmungen versehen
sind, in die je ein Dichtring eingesetzt ist und daß zwischen diesen ein Distanzring
angeordnet ist, der mit Bohrungen versehen ist, die bei geöffnetem Ventil den im
Ventilgehäuse gemäß Anspruch 3 angeordneten Bohrungen gegenüber liegen. Auf diese
Weise wird der Hohlraum des den Heißgasen zugekehrten Ventils im geöffneten Zustand
gut gekühlt.
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Um das Schließen des Ventils zu erleichtern und gegebenenfalls störende
Absetzungen an der Innenwand des Ventilgehäuses zu beseitigen, kann in den Mantel
des den heißen Gasen zugekehrten Ventils in der Nähe seiner Kolbenfläche eine umlaufende
Nut zur Aufnahme eines Metallringes eingelassen sein. Dieser wirkt als Abstreifring
für Ruß- und andere Ablagerungen beim Schließen des Ventilgehäuses.
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Der Antrieb des erfindungsgemäßen Ventils kann in unterschiedlicher
Weise ausgebildet sein, so z. B. als Gewindespindel, Elektroantrieb, Zahnstangenantrieb
oder dergleichen. Eine einfache Ausführungsform besteht darin, daß im Ventilgehäuseraum
auf der den heißen Gasen abgekehrten Seite des Hohlkolbens ein hydraulisch betätigter
Teleskopzylinder angeordnet ist, dessen geschlossenes Endglied mit der Kolbenfläche
des Hohlkolbens verbunden ist.
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Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß an der Ventileingangsseite
ein Krümmer angeschlossen ist, der von einer Führung für eine mit dem Hohlkolben
verbundene Steuerstange durchsetzt ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand dessen in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert und zwar zeigen
Figur
1 - einen Längsschnitt durch das geschlossene in wobei der rechten Darstellung Ventil,
wobeij<uch die Einbauteile geschnitten sind, dagegen in der linken Darstellung
einen Längsschnitt bei geöffnetem Ventil ohne daß die Einbauteile geschnitten sind.
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Figur 2 - einen Schnitt in der Ebene A-B Figur 3 - einen Schnitt
in der Ebene C-D Das erfindungsgemäße Absperrventil besteht einmal aus dem Ventilgehäuse
1, das an eine Wand 2 befestigt ist, die einen im einzelnen nicht dargestellten
Behälter abschließt, der mit Wasser gefüllt ist, sodaß das Ventilgehäuse 1 allseits
von Wasser 3 umgeben ist. Dem nicht dargestellten Behälter wird laufend Wasser z.B.
Kühlwasser von einem Motor zugeführt. Wasserüberschuß läuft durch die obere Bohrung
4 ab. Auf diese Weise wird das Ventilgehäuse fortlaufend gekühlt.
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Das Ventilgehäuse ist über seinen Anschlußstutzen 5 an den nur dünn
gezeichneten Abgaskrümmer 6 angeschlossen, durch den heiße Gase in Richtung des
Pfeiles S dem Ventil zugeführt werden.
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Das Ventilgehäuse ist auf seinem Umfang mit Schlitzen7a versehen,
die in einen Ringkanal 7 münden, durch den das Abgas zum Abgangsstutzen 8 geführt
wird. Die Abgasleitung ist im einzelnen nicht dargestellt.
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Das Absperrventil besteht zum anderen aus einem Hohlkolben, der aus
2 hintereinander angeordneten Hohlkolben 9 und 10 gebildet ist. Der untere Hohlkolben
9 liegt mit einer konischen Anschlagfläche 1t in der Verschlußstellung des Ventils
der entsprechend konisch geformten Anschlagfläche 12 dem unteren Teil des Ventilgehäuses
1 an. Der untere Hohlkolben 9 besteht aus
einem Mantelteil 13 und
dem Bodenteil 14. Dieser trägt einen Mittelzapfen 15, der die Kolbenfläche 16 des
oberen zweiten Kolbens 10 durchsetzt. Dieser Mittelzapfen trägt weiterhin eine Spannmutter
17, die sich gegen eine Tellerfeder 18 abstützt, deren Widerlager ein Bund der Kolbenfläche
16 ist.
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Auf diese Weise wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
unteren ersten Kolben 9 und dem oberen zweiten Kolben 10 geschaffen.
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Der obere Kolben 10 ist aus 2 miteinander verbundenen Teilen 10a und
1Ob gebildet, um die Montage zu erleichtern.
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Der untere Hohlkolben 9 ist auf seinem Umfang im Bereich seiner dem
anderen Kolben gegenüberliegenden Stirnfläche mit einer Ausnehmung 20 versehen,
während der obere Kolben 10 auf seiner unteren Stirnfläche mit einer entsprechenden
Ausnehmung 21 versehen ist. In die Ausnehmung 20 ist eine Weichstoffdichtung 22
und in der Ausnehmung 21 eine Weichstoffdichtung 23 eingelegt. Zwischen beiden ist
ein Distanzring 24 eingespannt, der auf seinem Umfang mit mehreren öffnungen 25
versehen ist.
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Der obere Kolben ist mit einem weiteren Aussparung 26 zur Aufnahme
einer Pneumostopdichtung 27 versehen.
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Im oberen Innnenraum des Ventilgehäuses ist ein dreistufiger Teleskopantrieb
28 untergebracht, der pneumatisch oder hydraulisch in nicht näher dargestellter
Weise betätigt werden kann und dessen untere Abschlußfläche 29 mit dem Zwischenboden
30 des oberen Hohlkolbens 10 verbunden ist. Mit diesem Antrieb können die miteinander
verbundenen Hohlkolben 9,10 bewegt werden.
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Eine andere Antriebs art besteht aus einer in dünner Linienführung
angedeuteten Antriebsstange 31, die an der Kolbenfläche des unteren Hohlkolbens
9 angreift und mit Hilfe einer Führung 32 durch den Krümmer 6 geführt ist.
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Die Mantelfläche 13 des unteren Kolbens 9 ist im Bereich der Kolbenfläche
14 mit einer Ringnut zur Aufnahme eines Abstreifringes 33 versehen.
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Der obere Kolben 10 ist im Bereich seiner oberen Stirnfläche mit einer
Ringnut zur Aufnahme einer weiteren Dichtung 34 zur Abdichtung des Innenraumes des
Ventilgehäuses 1 gegen den Abgangsstutzen versehen.
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Das Ventilgehäuse 1 besitzt auf seinem Umfang mehrere Bohrungen 35,
die sich nach innen erweitern.
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In der linken Seite Figur 1 ist das Ventil in geöffnetem Zustand dargestellt.
Der Hohlkolben 9, 10 befindet sich in seiner oberen Endlage, in der der untere Hohlkolben
9 die Schlitze 7a des Ringkanals 7 frei gibt. Das Abgas kann ungehindert durch den
Krümmer 6 zum Abgangsstutzen 8 strömen. In dieser Endlage liegen die Bohrungen 25
des unteren Kolbens 9 den Bohrungen 35 gegenüber, sodaß Außenwasser durch diese
Bohrungen in den Innenraum 36 des unteren Kolbens 9 treten und diesen damit kühlen
können. Der obere Kolben 10 wird durch das oben im Ventilgehäuse befindliche Wasser
gekühlt. Der Wasseraustausch geschieht ohne besondere Hilfsmaßnahmen durch Thermalwirkung.
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Wenn das Ventil geschlossen wird, bewegen sich die beiden miteinander
verbundenen Kolben 9,10 in Richtung des Anschlages 12 bis zum Anliegen an diesen
Anschlag. Damit ist die Gaszufuhr gesperrt. Verunreinigungen wie Ruß, die sich in
den Wandungen haben absetzen können, werden durch den Abstreifring 33 abgeschabt.
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Im abgesperrten Zustand kann die Pneumodichtung 27 aufgeblasen werden,
die eine zusätzliche Sicherheitsdichtung zu den Dichtungen 22, 23 darstellt.
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Bei abgesperrtem Ventil bleibt der obere Hohlkolben ständig auf seiner
Innenseite gekühlt, wobei Wasser durch die Bohrung 40 zwischen den beiden Bauteilen
10a und-10b stets bis zur Kolben
fläche 16 gelangen und diese kühlen
kann.
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Bei geschlossenem Absperrventil wird diesem keine weitere Wärme zugeführt,
sodaß das Ventil insgesamt schnell auf die Wassertemperatur abkühlt.
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Das Verschieben der miteinander verbundenen Kolben 9,10 kann mit dem
Teleskopantrieb 28, oder mit der Steuerstange 31 erfolgen. Als mechanischer Antrieb
kann auch eine Gewindespindel, eine Elektroantieb, oder ein Zahnstangenantrieb etc.
treten.
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L e e r s e i t e