DE2917757A1

DE2917757A1 - Drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2917757A1
Application number: DE19792917757
Authority: DE
Inventors: Folke Hubert Hubertson
Original assignee: Somas Ventiler AB
Current assignee: Somas Ventiler AB
Priority date: 1979-05-02
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2917757C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselklappenventil laut Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Drosselklappenventile sind auf dem Prinzip weicher Dichtungen aufgebaut (SE-PS 199 078). Bei dieser Art Ventil ist das gesamte Ventilgehäuse mit einem weichen Material, beispielsweise Gummi oder einem anderen polymeren Werkstoff ausgelegt. Häufig wird der Ventilsitz selbst aus einem weichen Material gebildet (z.B. SE-PS'en 175 149 und 178 131). Es gibt ebenfalls Fälle, daß ein weiches Dichtelement anstelle der Dichtfläche des Ventils verwendet wird (SE-PS 195 072 und DE-PS'en 1 011 683 und 1 232 422).

Ein Nachteil von weichen Dichtelementen in Drosselklappenventilen besteht darin, daß sie Medien mit hoher Temperatur oftmals schlecht widerstehen. Zwar trifft zu, daß die Unempfindlichkeit eines synthetischen Gummimaterials oder anderen polymeren Werkstoffen bezüglich hoher Temperaturen langsam verbessert worden ist, jedoch können diese Arten von Materialien in keiner Weise günstig mit dem Widerstandsvermögen gegenüber hohen Temperaturen mit Stahl oder anderen Metallen und Legierungen verglichen werden. Dasselbe gilt auch für die Widerstandsfähigkeit gegenüber gewissen chemischen aggressiven Medien. In diesen Fällen sind die Eigenschaften von hochlegierten, rostfreien Stählen und anderen Legierungen wesentlich besser als jene des weichen Materials. Diese Umstände sind bekannt und viele Versuche sind unternommen worden, diese weichen Dichtelemente durch metallische Elemente zu ersetzen. In diesen Fällen ist die Dichtfunktion doch nicht befriedigend gewesen, oder sind die Dichtvorrichtungen und/oder deren Teile so kompliziert geworden, daß die-

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se Art von Ventilen eine praktische Bedeutung bislang nicht erlangt hat (z.B. SE-PS 193 923).

Die Hauptaufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein Drosselklappenventil mit einer guten Dichtfähigkeit bereitzustellen, das nachgiebige Dichtelemente aus Gummi, Kunststoff oder gleichen Materialen nicht verwendet. Insbesondere soll ein Ventil mit einer guten Dichtfähigkeit bereitgestellt werden, das insgesamt aus Metall hergestellt werden kann, obgleich die Verwendung von nachgiebigeren Materialien, beispielsweise Polytetrafluoräthylen und Nylon nicht ausgeschlossen sein soll, beispielsweise für Ventilsitze. Mit anderen Worten soll also gemäß vorliegender Erfindung eine Wahlfreiheit zwischen verschiedenen Materialien bezüglich ihrer Eignung für das Medium bereitgestellt werden, welches durch das Ventil hindurchgeleitet werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Drosselklappenventil laut Oberbegriff des Anspruchs .1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale erzielt.

Die Dichtfläche der mit einem Drehzapfen versehenen Drosselklappe weist zwei entgegengesetzte, im wesentliche sphärische Abschnitte auf, die durch eine Symmetriefläche durch das Ventil geschnitten werden, wobei die Ebene mit dem Drehzapfen des Ventils und zwei gegenüber liegenden, im wesentlichen konisch ausgebildeten Abschnitten auf beiden Seiten der zuvor genannten Symmetrieebene zwischen den zwei im wesentlichen sphärischen Abschnitten zusammenfällt, und dadurch daß die im wesentlichen sphärischen und konischen Abschnitte sukzessive ineinander übergehen.

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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß beim Betätigen des Ventils von seiner geschlossen in die offene Stellung dieses nicht in Berührung mit dem Ventilsitz ist, was sich insbesondere vom Gesichtspunkt der Abnutzung als äußerst günstig gezeigt hat. Des weiteren wird insgesamt also ein massives und zuverlässiges, einfach zu betätigendes Ventil mit einer langen Lebensdauer bereitgestellt.

Des weiteren wird erfindungsgemäu der Drehzapfen der konisch ausgebildeten Stirnseiten mit einem geringen Winkel zu dem Drehzapfen angeordnet, der mit der zuvorgenannten Symmetrieebene zusammenfällt und senkrecht zu dem Drehzapfen des Dämpfers bzw. des Schiebers ist. Der Winkel kann sich gemäß dem Winkel zwischen dem Schwenkzapfen und der Erzeugungslinie verändern und ist ebenso durch die Abmessungen des Ventils, wie dessen Durchmesser und der Breite der Dichtfläche bestimmt. In Normalfällen sollte der Winkel zwisc-hen 5> und 8 betragen. Zugleich ist es vorteilhaft, wenn der Winkel zwischen den konischen Abschnitten, das ist der Öffnungswin-. kel des Kegels, zwischen 10 und
reich der optimale Winkel liegt.

kel des Kegels, zwischen 10 und 40° beträgt, in welchem Be-

Des weiteren ist gemäß der Erfindung der Sitz so ausgebildet, daß er flexibel in seiner Ebene ist, so daß wenn die im wesentlichen konisch ausgebildeten Oberflächen gegen ihn gedrückt werden, er mit dem Umriß der um den Umfang der Dichtfläche an einem Bereich herumgehenden Kurve zusammenwirken kann, die durch die Berührungspunkte zwischen der Dichtfläche und dem Ventilsitz bestimmt sind. Zweckmäßig ist die vorstehend genannte Kurve elliptisch ausgebildet, wobei deren Hauptachse in die Symmetrieebene des Ventils fällt. In offener Stellung des Ventils weist der Sitz des weiteren einaivorzugsweise kreisförmigen Umriß auf. Dies hat zur Folge, daß der

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Sitz flexibel in diesem Bereich ist, so daß er aus den konischen Oberflächen in Richtung der Hauptachse gezogen und zugleich in Richtung der kleinen Achse zusammengedj Ückt werden kann, wobei im wesentlichen ein konstanter Umfang erhalten bleibt. Der Ventilsitz ist dann in geeigneter Weise in einer kreisringförmigen Nut in dem Ventilgehäuse bewegbar angeordnet, die vorzugsweise durch zwei Federscheiben gebildet ist, die zu Dichtzwecken an beide Seiten des Ventilsitzringes angedrückt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsform. Es zeigt:

Fig. 1 die Drosselklappe in dem Ventil mit deren geometrischen Abmessungen;

Fig. 2 der Drosselklappenventil in Draufsicht; Fig. 3 einen Schnitt III-III gemäß Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt IV-IV gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist in Seitenansicht das insgesamt mit 1 bezeichnete Drosselklappenventil gemäß der Erfindung dargestellt. Dieses besteht aus einer Drosselklappe 2 mit einer ringförmigen Dichtfläche 4 und einem Lager 3. Die Hauptlinie a_, die um die gesamte Dichtfläche 4 herumreicht, weist eine elliptische Form auf. Des weiteren bildet die Hauptlinie a eine Ellipse,

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die als Kegelschnitt durch einen imaginären Kegel mit einem Kopfwinkel ρ erhalten wird, mit der Senkrechten b bezüglich des kegelförmigen Teils, iivdem ein Winkel^x mit der Achse c des Kegel <■ gebildet wird.

Die Torsionsachse j_ des Drosselklappenventils 1 , die parallel zu der Hauptlinie a ist, ist im Abstand X von dieser entfernt. Speziell ist der Abstand X so gewählt, daß die Geraden d und e_ zwischen der Torsionsachse j_ (an der Symmeti ; egeraden des Drosselklappenventils nach Fig. 1) und den Schnittpunkten f_ und g der Hauptlinie a einen Winkel 90°+# und 90°-^ , jeweils zu der Hauptachse der Ellipse bezüglich der Erzeugungslinie der Umhüllungsoberfläche 4 bildet, die im Bereich der Punkte f_ und g einen konischen Umriß auf v/eist. Insbesondere ist der Abstand X so gewählt, daß der Winkel V^s" = ⁰^ beträgt.

Diese geometrischen Bedingungen bewirken, daß der f_. genannte Punkt in Fig. 1 einen Bogen mit einem Radius beschreibt, der größer als jener Bogen ist, der durch den Punkt f_₂ beschrieben wird, wenn das Drosselklappenventil um sein Torsionszentrum j_ gedreht wird. Auf gegenüberliegenden Seiten der Dichtfläche 4, d.h. in dem konischen Bereich des Punktes £ sind diese Bedingungen zueinander entgegengesetzt. Deshalb weist der durch den Punkt g_ erzeugte Bogen einen kleineren Radius als der durch den Punkt g_~ erzeugte Kreis auf. Diese Bedingungen können ebenso als jjf- > j_f ;> jjf«. und jjcj... >· jjg_ >» Jg^ jeweils ausgedrückt werden.

In den Bereichen der Punkte f_ und g_f d.h. im Bereich der sich schneidenden Punkte zwischen der Hauptlinie a. und der Hauptachse, weist die Dichtfläche 4 einen konischen Umriß auf. Im Bereich der Schnittpunkte h und i. der kleinen Achse mit der Hauptlinie a. weist die Dichtfläche 4 jedoch einen vorgegebenen sphärischen Umriß mit dem Radius R auf, der dem Abstand

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von den Punkten h und i zum Mittelpunkt der durch die Hauptlinie a. gebildeten Ellipse entspricht. In den Bereichen zwischen den konischen und sphärischen Teilen der Dichtfläche 4 gehen die konischen und sphärischen Umrisse ineinander über. Die Umrisse des Ventils 1 können durch kopieren eines Gußwerkstückes hergestellt werden.

In den Figuren 2-4 ist ein Ventilgehäuse insgesamt mit 5 bezeichnet. Dieses bildet eine kreisförmige Öffnung 6, für das durch das Ventil hindurchzulassene Medium auf, wobei die Öffnung 6 einen etwas größeren Durchmesser als die Hauptachse der durch die Hauptlinie a. der Dichtfläche 4 des Ventils 1 gebildeten Ellipse aufweist. Das Ventilgehäuse 5 ist mit einem Flansch 7 zur Verbindung einer Einstelleinrichtung und für eine Stopfbüchse 8 versehen, die mittels Gewindebolzen 9 festgelegt ist. Ein Paar von Ansätzen 10 sind mit Löchern 11 versehen, um den Anschluß an eine Rohrleitung einfacher zu gestalten.

Eine Stange 12, die von dem Lager in dem Ventilgehäuse 5 getragen ist, geht durch das Gehäuse durch und ist auf der Steuerseite mittels einer Stopfbuchse 13 und auf der gegenüberliegenden Seite mittels eines Stopfens 14 festgelegt. Des weiteren geht die Stange 12 durch das Lager 3 des Ventils 1. Dieses ist an der Stange 12 mittels konischer Niete 15 festgelegt. Die Achse der Spindel fällt mit der Torsionsachse j_ des Ventils zusammen.

Eine Abdeckplatte 16 ist an dem Ventilgehäuse 5 mittels Schrauben 17 festgelegt. Zwischen der Abdeckplatte 16 und dem Ventilgehäuse 5 ist ein Ventilsitz 18 angeordnet. Dieser besteht aus einem verglexchsweise flachen Ring mit einer abgerundeten

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inneren Kante. Durch "vergleichsweise flach" wird verstanden, daß die Dicke beträchtlich kleiner als die radiale Ausdehnung ist. Das Material des Ventilsitzes 18 ist normalerweise Stahl oder eine andere Legierung, jedoch ist ein anderes, vergleichsweise bis zu einem gewissen Grad steifes Material wie Kunststoff, sowie gewisse steife Polytetrafluoräthylen-Kunststoffe denkbar. Der Ventilsitz 18 wird in einem Lager zwischen einem Paar einander gegenüberliegenden Ringscheiben 19, 20 für die Feder getragen, die eine Nut 21 bilden, in welcher der Ventilsitz in radialer Richtung bewegbar ist. Zwei Dichtungen sind jeweils mit 22,2J bezeichnet.

Der den Ventilsitz 18 bildende flache Ring weist in seiner Ruhestellung, d.h. bei offenem Ventil einen völlig kreisförmigen Umriß auf. Wenn das Ventil geschlossen wird, indem die Stange im Gegenuhrzeigersinn um die Torsionsachse j_ (Fig. 2 und A) gedreht wird, gleiten die konischen Teile in der Dichtfläche 4 in den Bereichen der Punkte f_ und £ in Richtung auf den Ventilsitz 18. Da der Abstand zwischen der Torsionsachse j_ und den Berührungspunkten der konischen Teile kontinuierlich größer wird, wenn das Ventil im Gegenuhrzeigersinn betätigt wird (jjüo ¹^ 21. ^- ii-i ^unc^ JSLi **"· 23. ^- 23.o^ > ^werc^^en die konischen Teile der Dichtfläche 4 den Ventilsitzring 18 in die Richtung der Hauptachse der Hauptlinie öl ziehen. Zugleich wird der Ventilsitzring 18 nach innen in Richtung der kleinen Achse gedrängt, so daß der Umfang des Ventilsitzes im wesentlichen konstant bleibt. Schließlich wird der Ventilsitz gegen die Dichtfläche 4 um dessen gesamten Umfang gedrückt werden, was entsteht, wenn der Ventilsitz 18 mit dem elliptischen Umriß der Hauptlinie a. zusammenwirkt, was zur Folge hat, daß in dieser Stellung der Ventilsitz 18 ebenso auf die sphärischen Tel-

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le der Dichtfläche gedrückt wird. Wenn diese letzteren sich in dieser Stellung befinden, wirken sie als sphärische Gleitlager in Richtung auf den Ventilsitz 18, und verkleinern die Abnützung sowie erhalten die flache Ausbildung des Ventilsitzes, Die Verformung des Ventilsitzes 18 im Bereich des Sitzes ist des weiteren so unbeträchtlich, daß er sich innerhalb des Bereichs der Elastizität des Materials befindet. Wenn das Ventil geöffnet wird, indem es im Gegenuhrzeigersinn (Figuren 2 und 4) von der geschlossenen Stellung bewegt wird, nimmt der Ventilsitz wieder seinen kreisförmigen Umriß ein. Zugleich wird die Oberflächenberührung zwischen dem Ventil 1 und dem Sitz verkleinert, indem der Ventilsitz sich nach außen in Richtung der kleineren Achse bewegt und seine größere _t gänzlich kreisförmige Ausdehnung in dieser Richtung einnimmt. Während des Hauptteils beim Betätigen des Ventils von dessen geschlossener in die offene Stellung und umgekehrt, ist das Ventil auf diese Weise nicht in Berührung mit dem Ventilsitz 18, was vom Gesichtspunkt der Abnutzung selbstverständlich äußerst vorteilhaft ist.

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Drosselklappenventil

PATENTANSPRÜCHE

.J Drosselplappenventil mit einem Ventilgehäuse, einem Ventilsitz und einer Drosselklappe, die so angeordnet ist, daß sie mittels einer durch das Ventilgehäuse hindurchgehenden Stange zwischen einer offenen und einer geschlos senen Stellung bewegt werden kann, in welcher eine Dichtfläche der Drosselklappe gegen den Sitz in dem Ventilgehäuse gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (4) zwei entgegengesetzte, im wesentlichen sphärisch ausgebildete Abschnitte (h,_i) , die durch eine durch das Ventil hindurchgehende Symmetrieebene geschnitten werden, die mit der Torsionsachse

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Innere Wieriersstr. β · SOOO München 8O · Tel. (Ό893 448 42 47 - Garichtsatonrl für beid» r^ila Mmirtwn. Bankverbindung: Deutliche Bank Münohon fZwst. Isartorplatz} CBLZ 700/OO 1OJ₁ Konto Nr. 2/a6iiöfj

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des Venbils zusammenfällt, und zwei im veaentLichen konisch ausgebildete Abschnitte (f,g) beiderseits der Symmetrieebene zwischen den zwei im wesentlichen sphärischen und im wesentlichen konischen Abschnitten aufweist, daß die im wesentlichen spärischen und im wesentlichen konischen Abschnitte ineinander übergehen, und daß der Sitz (18) flexibel und beweglich in seiner Ebene so angeordnet ist, daß bei gegen den Sitz gepreßten im wesentlichen konischen Oberflächen, er mit dem Umriß einer ovalen, vorzugsweise im wesentlichen elliptisch ausgebildeten Kurve (a) zusammenwirken kann, die um den Umfang der Dichtfläche herumgeht.
2. Ventil nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsachse (j_) / die parallel zu der durch die Kurve (a) gebildeten Ebene und längs des Umfangs der Dichtfläche herumläuft, so weit entfernt von der Ebene angeordnet ist, daß die senkrechten (d,£) von den Schnittpunkten (f_/g) zwischen der vorzugsweise im wesentlichen elliptisch geformten Kurve (ei) und der Hauptachse zu der Torsionsachse (j_) jeweils die Winkel 90 + i^· und 90°-/bezüglich den Erzeugunslinien der konischen Oberflächen bildet, wobei der Winkel ^- im wesentlichen gleich dem Winkel<X. zwischen der Mittellinie bzw. der zentralen der konisch ausgebildeten Oberflächen und einer senkrechten zu der durch die im wesentlichen vorzugsweise elliptisch ausgebildeten Kurve (a) gebildeten Ebene ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i
liegt.

zeichnet, daß der Winkel CK zwischen 5 und 8

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4. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß der öffnungswinkel der konischen Oberflächen zwischen 10 und 40 betiägt.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilsitz aus einem vergleichsweise flachen Ring (18) gebildet ist, der so angeordnet ist, daß er in radialer Richtung in einer ISIut in dem Ventilgehäuse (5) verschiebbar bzw. bewegbar ist.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (18) einen ringförmigen Umriß in seiner Ruhestellung aufweist.

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