DE2822982C2

DE2822982C2 - Ventil

Info

Publication number: DE2822982C2
Application number: DE2822982A
Authority: DE
Inventors: Heinz 6450 Hanau Grönefeld
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1983-06-16
Also published as: GB2022777B; DE2822982A1; FR2426849A1; FR2426849B1; US4260129A; GB2022777A

Description

e) der Innendurchmesser (13) der Antriebsnabe (12) ist etwa 0,5% größer als der Außendurch- jo messet des in die Nabe (12) hineinragenden Teils (8) der Antriebswelle (9);

f) als Verbindungseisment (18) dient ein Zylinderstift;

g) die axiale Nut (17) in der Antriebswelle (9) und ü die langgestreckte Ausnehmung (14) in der Nabeninnenwand (13) haben jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt und ergänzen sich zu einem zylindrischen Loch vom Durchmesser des Zylinderstifts (18),

h) Nut (17) und Ausnehmung (14) sind derart angeordnet, daß sich das durch den Unterschied von Wellenaußendurchmesser und Nebeninnendurchmesser bedingte Spiel (A) in der Schließstellung des Schließkörpers bei Einleitung eines Drehmoments im Schließsinne auf der dem Schließkörper (5) zugewandten und im Öffnungssinne auf der dem Schließkörper (5) abgewandten Seite der Welle (9) befindet;

i) der Ventilsitz (3) ist starr ausgebildet. so

2. Ventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die halbzylindrische Ausnehmung (14) der Nabe (12) auf der der Gehäuselängsachse (15) zugewandten Seite (16) verschlossen und die Länge der Nut (17) im Anlriebswellenende (8) etwa der in Richtung der Antriebswelle (9) gesehenen Dicke der Nabe(12) entspricht.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (14) der Nabe (12) durch ein halbkreisförmiges Sackloch gebildet ist.

Die Erfindung betrifft ein vielfach als Drehkegelventil bezeichnetes Ventil gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Ventile dieser Art sind beispielsweise aus der DE-AS 23 55 773 bekannt. Um einen dichten Abschluß des Ventils zu gewährleisten, ist in der DE-AS 23 55 773 der Ventilsitzring als elastisch nachgiebige Balgmembran ausgebildet, und der Ringraum zwischen Sitzring und einem als Begrenzung der axialen Ausweichbewegung des Sitzringes dienenden Gewindering ist in der Schließstellung des Ventils mit einem Druck des Mediums auf der Zuflußseite beaufschlagbar. Bei einem ähnlichen Ventil nach dem DE-GM 75 06 291 ist die Wandstärke des äußeren Teils der den Schließkörper bildenden Kugelkalotte so bemessen, daß dieser in geringem Maße elastisch verformbar ist. Weiterhin ist es aus der DE-OS 16 75 549 bekannt, die den Schließkörper mit der Antriebswelle verbindenden Tragarme in begrenztem Maße elastisch verformbar auszubilden.

Die vorliegende Erfindung hingegen ist auf ein Drehkegelventil gerichtet, bei dem sowohl der Schließkörper und die Tragarme als auch der Ventilsitz starr ausgebildet sind. Bei all diesen Drehkegelventilen wird durch die exzentrische Lagerung des Drehkegels erreicht, daß nur in der Schließstellung Kegel und Sitzring aneinander anliegen. Beim Öffnen hebt die Kugelkalotte, bedingt durch die exzentrische Lagerung der Antriebswelle in bezug auf die Sitzringmittelachse, vom Sitzring ab, was zu geringer Reibung und hoher Regelgenauigkeit führt. Die benötigte Schließkraft wird bestimmt durch die Größe des freien Querschnitts im Einlaß, den anstehenden Differenzdruck zwischen Einlaß- und Austbßseite des Ventils sowie die Exzentrizität der Drehkegellagerung, d. h. den Abstand zwischen der Sitzringachse und der Mittellinie der Antriebsachse. Das maximale erforderliche Drehmoment ergibt sich aus dem Produkt von Querschnittsfläche, Differenzdruck und Exzentrizität. Im Interesse eines möglichst geringen Drehmoments und damit einer möglichst geringen vom Ventilantrieb aufzubringenden Kraft ist man bestrebt, die Exzentrizität so gering wie möglich zu halten. Hierbei ergeben sich jedocn Grenzen, welche in erster Linie durch die Reibung zwischen Drehkegel und Sitzring bestimmt sind. Ist die Exzentrizität zu gering, so ergibt sich ein sehr kleiner Winkel zwischen der Tangente an die Kugelkalotte im Bereich der Sitzkante einerseits und der Fläche des Sitzrings andererseits, so daß die Gefahr besteht, daß der Kegel im Ventilsitz verklemmt. Dies führt dazu, daß insbesondere bei federbelasteten pneumatischen Stellantrieben beim Öffnen des Ventils der Kegel ruckartig vom Sitzring abgehoben wird, was eine feinfühlige Regelung im Bereich geringer Durchflußmengen erschwert oder zum Teil unmöglich macht.

Bei Ventilen und Drosselklappen mit starrem Schließkörper, Ventilsitz und Tragarmen hat man auf verschiedene Weise versucht, zum Öffnen des Ventils zunächst den Schließkörper durch eine Schiebebewegung geringfügig vom Sitz abzuheben und erst dann zu schwenken. So zeigt die US-PS 31 58 172 ein Drehkegelventil, bei dem der Tragarm an einer Hülse mit exzentrischer Innenbohrung befestigt ist, in welche eine Antriebswelle hineinragt. Zum Abheben des Schließkörpers wird mit Hilfe eines ersten Antriebs zunächst die Exzenterhülse und anschließend zum Schwenken des Schließkörpers durch einen zweiten Antrieb die Antriebswelle gedreht. Dabei ist die Exzenterhülse mittels mehrsrer sich axial erstreckender Zylinderstifte starr mit einem die Kraft des Antriebs auf die Hülse übertragenden Joch verbunden. Die DE-AS 10 72 035 zeigt ein Klappenventil, bei dem die Nabe des Tragarms

eine nicht kreisförmige öffnung und das hineinragende Wellenende einen Exzenteransatz aufweisen. Weiterhin zeigt die GB-PS 2 26 087 einen Klappenantrieb, bei dem ebenfalls in der Nabe eine öffnung in Form einer nicht kreisförmigen Kurvenbahn und als Kraftübertragungsglied zwischen Antriebswelle und Nabe eine in eine teilkreisförmige Nut des Antriebswellenendes eingelegte Rolle vorgesehen ist. Weiterhin zeigt die US-PS 28 47 180 ein Ventil, dessen SchlieQkörper von einem in Offenstellung mil den Rohranschlüssen fluchtenden Durchgangsloch durchsetzt ist. Zum Drehen des Schließkörpers um eine zur Gehäuselängsachse senkrecht stehende Achse ragt ein prismatischer Ansatz der Antriebswelle mit Spiel in eine etwa rechteckförmige Ausnehmung des Schließkörpers hinein, so daß beim Drehen der Antriebswelle der Schließkörper ruckartig gedreht wird. All diese Lösungen sind relativ aufwendig in der Herstellung und im Betrieb teilweise beträchtlichem Verschleiß unterworfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehkegelventil derart auszugestalten, daß trotz geringer Exzentrizität ein Verklemmen des Schiießkörpers im Sitz vermieden und somit ein ruckfreies Öffnen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gegenüber herkömmlichen Drehkegelventilen zeichnet sich das neue Drehkegelventil nicht nur durch eine bessere Regelgenauigkeit im Bereich geringerer Durchflußmengen, sondern darüber hinaus durch eine einfache und leicht montierbare Bauweise aus, wobei keine besonders elastisch verformbaren Bauteile Anwendung finden, wie dies beim Stand der Technik in Form elastischer Tragarme, eines elastischen Sitzrings bzw. elastischer Schließkörperkanten erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 das Ventil in geschlossenem Zustand;

F i g. 2 die Stellung des Schließkörpers kurz nach dem Abheben vom Sitz;

F i g. 3 das Ventil in geöffnetem Zustand;

Fig. 4 den SchlieQkörper samt Tragarmen in seitlicher Ansicht;

F i g. 5 den Schließkörper, das zylindrische Verbindungselement und das Antriebswellenende vor dem Zusammenbau, wobei die Nabe der Tragarme und das Antriebswellenende im Bereich der Hohlkehle geschnitten dargestellt sind; und

F i g. 6 Schließkörper und Antriebswelle im zusammengebauten Zustand, ebenfalls in Richtung der Gehäuselängsachse von der Auslaßseite des Ventilgehäuses in Richtung auf den Ventilsitz blickend gesehen.

Das im wesentlichen rohrförmige Ventilgehäuse I ist auf der Einlaßseite 2 mit einem Ventilsitz 3 versehen und wird mit seinem Einlaß 2 und seinem Auslaß 4 zwischen den Flanschen einer Rohrleitung eingespannt. Der als Kugelkalotte ausgebildete Schließkörper 5 wird von zwei Tragarmen 6 und 7 gehalten, von denen der Tragarm 7 mit dem Wellenende 8 einer Antriebswelle 9 kraftschlüssig verbunden ist, während die Nabe 11 des Tragarms 6 auf einem nicht dargestellten gehäusefesten Wellenstumpf sitzt. Die Nabe 12 des Tragarms 7 ist auf der Innenseite der Nabenbohrung 13 mit einer halbzylindrischen Ausnehmung 14 versehen, welche nach Art eines Sackicehes von der Nabenaußenseite in die Nabe hineinragt und somit auf der der Gehäuselängsachse 15 zugewandten SeI₁':. 16 verschlossen ist. In der aus Fig. 1 ersichtlichen Schließstellung fallen die Gehäuselängsachse, die Mittelachse des Ventilsitzes 3 und die Mittelachse des als Kugelkalotte ausgebildeten Schlicßkörpers 5 zusammen.

Im Wellenende 8 der Antriebswelle 9 ist eine ebenfalls halbzylindrische Hohlkehle 17 vorgesehen, deren Form und Länge derart an die Ausnehmung 14 angepaßt sind, daß ein zylindrisches Verbindungselement 18 gerade in die beiden halbzylindrischen

ίο Ausnehmungen 14 und 17 hineinpaßt Ober dieses Verbindungselement 18 wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Welle 9 und dem Schließkörper 5 hergestellt. Dadurch daß einerseits die Ausnehmung 14 am inneren Ende 16 verschlossen ist und

li andererseits die Länge der Hohlkehle 17 etwa der in Richtung der Antriebswelle gesehenen Dicke der Nabe 12 entspricht, kann im zusammengebauten Zustand gemäß Fig.6 das zylindrische Verbindungselement 18 nicht herausfallen. Andererseits ist, wie ein Vergleich der Fig.5 und 6 erkennen läßt, ein einfacher Zusammenbau gewährleistet Durch eir ,,enau definiertes Spiel A zwischen der Welle 9 und dem Innendurchmesser der Nabe 12, welches vorzugsweise etwa 0,5% des Wellendurchmessers beträgt, wird ein Verklemmen des Schließkörpers 5 mit dem Sitz 3 des Ventils mit. Sicherheit vermieden. In der Schließstellung des Ventils gemäß F i g. 1 übt die Welle 9 ein Drehmoment in Richtung der Pfeile 20 auf das Verbindungselement 18 aus, so daß dieses über die Nabe

in 12 und den Haltearm 7 den Schließkörper 5 in Richtung des Pfeiles 21 an den Sitz 3 drückt. Damit befindet sich das durch den Unterschied von Wellenaußendurchmesser und Nabeninnendurchmesser bedingte Spiel A auf der dem Schließkörper 5 zugewandten Seite der Welle

Zum Öffnen des Ventils wird die Richtung des von der Welle 9 ausgeübten Drehmoments umgekehrt, so daß dieser nunmehr entsprechend den Pfeilen 22 in Fig. 2 im Uhrzeigersinn wirksam ist. Damit zieht das Verbindungselement 18 den Schließkörper 5 in Richtung der Gehäuselängsachse um den Abstand B vom Sitzrirg 3 ab, wobei das Spiel A nunmehr auf der dem Schließkörper abgewandten Seite der Welle zwischen dieser und der Nabe 12 vorhanden ist. Diese Bewegung in Richtung der Gehäuselängsachse 15 ist durch den Pfeil 23 angedeutet. Durch dieses axiale Abziehen des Schließkörpers 5 vom Ventilsitz 3 erfolgt ein nahezu reibungsfreies Lösen des Schließkörpers 5 vom Sitz, so daß das Ventil ruckfrei geöffnet werden kann.

Beim weiteren Drehen der Antriebswelle 9 wird nunmehr der Schließkörper 5 in Richtung der Pfeile 22 um die Mittellinie 24 der Antriebswelle 9 gedreht, bis der Schließkörper in der Offenstellung gemäß Fig.3 weitgehrnd aus dem Strömungsweg herausgeschwenkl ist. Bedingt durch das Gewicht des Schließkörpers 5 und/oder Reaktionskrifte des das Ventil durchströmenden Mediums liegt auch hier das Spiel A auf der dem Schließkörper 5 abgewandten Seite der Welle 9. Die Exzentrizität C zwischen der Mittelachse 15 des

«ι Ventilsitzes 3 und d.s Gehäuses 1 einerseits und der Mittellinie 24 der Antriebswelle 9 andererseits ist der besseren Deutlichkeit halber in der Zeichnung vergrößert wiedergegeben.
Beim Schließen des Ventils laufen die Vorgänge in

h5 umgekehrter Reihenfolge ab. Sobald der Schließkörper aus der Offenstelluiig gemäß Fig. 3 soweit im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt ist, daß er mit einer Kante am Sitzring 3 anliegt, kippt und verschiebt die

Antriebswelle 9 über das Verbindungselement 18 den Schließkörper 5 im wesentlichen in Achsrichtung der Gehäuselängsachse 15 soweit, bis über den gesamten Umfang ein dichtender Abschluß erreicht ist. Das zunächst gemäß Fig. 2 auf der dem Schließkörper 5 abgewandten Seite der Welle 9 vorhandene Spiel A wandert mit der Verringerung des Spaltes B auf die dem Schließkörper 5 zugewandte Seite, so daß sich wiederum die aus F i g. 1 ersichtliche Schließstellung ergibt. Da beim Schwenken des Schlicßkörpers

keinerlei Reibung zwischen diesem und dem Sitzring auftritt, kann der Schließkörper genau und druckfrei eingestellt werden. Dies bedeutet eine gute Regelgenauigkeit des Ventils auch im Bereich kleiner Öffnungsquerschnitte. Die Verwendung eines zylindrischen Verbindungselement* führt zudem gegenüber einem prismatischen Kraftübertragungskeil zu einer erheblichen Verringerung der Flächenbelastung des Verbindungselements und der angrenzenden Wandteile von Welle und Nabe.

Hicr/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:
1, Ventil, insbesondere Regelventil, bei dem

a) in einem rohrförmigen Gehäuse (1) konzentrisch zur Gehäuselängsachse (15) ein ringförmiger Ventilsitz (3) angeordnet ist;

b) ein als Kugelkalotte ausgebildeter Schließkörper (5) von zwei schwenkbaren Tragarmen (6,7) gehalten ist, die an ihren freien Enden je eine Nabe (11,12) bilden;

c) einer (7) der beiden Tragarme mit einer sich rechtwinklig zur Gehäuselängsachse (15) erstreckenden und gegenüber dieser mit geringer Exzentrizität (c) versetzten Antriebswelle (9) is verbunden ist;

d) zur Verbindung ein sich in Richtung der Antriebswelle (9) erstreckendes langgestrecktes Verbindungselement (18) dient, das zur Hälfte in einer axialen Nut (17) in der Mantelfläche der μ Antriebswelle (9) liegt und mit seiner anderen Hälfte von einer langgestreckten Ausnehmung (14) in der Innenwand der Nabenbohrung (13) aufgenommen wird;

25

gekennzeichnet dur^h die Kobination folgender Mermale: