DE2945817A1

DE2945817A1 - Ventilsitz

Info

Publication number: DE2945817A1
Application number: DE19792945817
Authority: DE
Inventors: Folke Hubert Hubertson
Original assignee: SOMAS AB
Current assignee: Somas Ventiler AB
Priority date: 1978-11-17
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1980-05-29
Also published as: SE437711B; NO152308B; JPS6249511B2; FI793305A; FI70461C; JPS5569362A; FI70461B; SE7909460L; NO791933L; CA1131607A; NO152308C; DE2945817C2

Description

Dipl-Ing Hpirv los'.ft Oipl Im] ruin Mug··! rnt"r,t,_lnw;illi' Π H Munchnii ΠΙ CosiriM".li;iHe M

AB SOIIAS - 3 - L 11.527/sä/wa

Für diese AnmeldunE wird die Priorität der Anmeldung Nr. 78 11065-0 vom 17. November 1978 in Schweden in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht yich auf oinen Ventilsitz in einem Ventilgehäuse laut Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere auf einen Ventilsitz für DrosselklappenvnntiIe.

Bekannten Drosselklappenventilen liegt im allgemeinen das Prinzip der Weichdichtungen zugrunde. Bei einer Ventilart, die man häufig vorfindet (SE-PS 199 07Θ) ist das ganze Ventilgehäuse mit einem weichen Werkstoff wie Gummi oder Polymer ausgekleidet. Oftmals wird auch nur der Ventilsitz selbst aus einem weichen Werkstoff hergestellt (SE-PS 175 und 178 131). Es gibt auch Fälle, in denen das weiche Dichtelement auf die Dichtfläche der Drossel aufgesetzt wird (SE-PS 195 072 und DE-PS'en 1 011 683 und 1 232 422). Weiche Dichtelemente in Drosselklappen sind allerdings von dem Nachteil behaftet, daß ihre Beständigkeit gegen Medien hoher Temperatur oftmals gering ist. Zwar hat sich die Unempfindlichkeit von synthetischen Gummiarten und gewissen anderen Polymeres gegenüber hohen Temperaturen zunehmend verbessert, doch stehen derartige Werkstoff in Bezug auf die Temperaturbeständigkeit immer noch in keinem Vergleich zu Stählen und anderen Metallen und Legierungen. Das gleiche gilt auch für die Beständigkeit gegRn gewisse chemisch aggressive Medien. Auch hier liegen die Eigenschaften von hochlegierten, rostfreien Stählen und anderen Legierungen weit über denjenigen der weichen, gummiartigen Stoffe bzw. Werkstoffe. Diese Fakten sind hinreichend bekannt, und es wurde vielfach versucht, die weichen Dichtelemente durch metallische zu ersetzen (z.B. US-PS 4 050 290). Ein Nachteil bei diesen Ventilen ergibt sich jedoch durch den Verschleiß zwischen der

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Dipl -Ing Horn/ l.psst¹» Dipl Ιπη Olio Hug··). F\it«nl,inw.ill»> Π 8 Miinchon 8t Cosimnstr.iOe fit

AB SOMAS - 4 - L 11.527/sa/wa

Drossel bzw. Drosselklappe und dem Sitz, der die Form eines Federringes aufweist, und auch zwischen dem Sitzring und dem Gehäuse des Sitzrings, da der Sitzring bei jedem öffnen und Schließen der Drosselklappe relativ zu dem Gehäuse verlagert wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilsitz mit guter Dichtfähigkeit und ggf. vollständig aus Metall vorzuschlagen. Die Prizipien der Erfindung sollen die Verwendung von weichen Stoffen wie zum Beispiel PTFE (PoIytetrafluoräthylen) und Nylon für die Herstellung eines Ventilsitzes nicht ausschließen, wenn solche Werkstoffe aus dem einen oder anderen Grund metallischen Werkstoffen vorzuziehen sind. Durch die Erfindung wird also bezweckt, eine freie Wahl zwischen verschiedenen Werkstoffen mit Hinblick auf ihre Eignung für das Zusammenwirken mit dem jeweiligen Medium zu ermöglichen.

Diese Aufgaben werden bei einem Ventilsitz laut Oberbegriff des Anspruches 1 orfinriunRQßemnD durch cieouen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Zur Lösung dieser Aufgaben weist der erfindungsgemaBe Ventilsitz einen Sitzring mit flachen, parallel zueinander liegenden Seitenflächen auf und ist aus einem steifen Werkstoff hergestellt, der über eine gewisse mechanische Verformbarkeit in radialer Richtung des Ringes verfügt, so daß die Form des Sitzringes, wenn dieser einer Radialbelastung ausgesetzt ist, in der Ebene, in der sich der Sitzring in einer in dem Ventilgehäuse ausgebildeten Nut bzw. Ausnehmung befindet, im wesentlichen ohne Änderung seines Umfangs verlagerbar und/oder verformbar ist, und es ist eine Vort-ichtunc vorgesehen, die dazu dient, daß die neue Form und Lage des Sitzrings beibehalten wird, wenn dieser von der Radialbelastung frei wird. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß sie die parallel zueinander liegenden Seitenflächen des Sitzrings dichtend schließt, wenn sich

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Πμ'Ι -lint Hein/ I es ..τ [)i|.| liu) ι ■■(<-. Πικ). ι r.ilcitnnw.tli" D 8 Miirirbon IM Γ. ,sinMMi.ilV Hi

AB SOMAS - 5 - L 11.527/sä/wa

der Sitzring in die Nut bzw. Ausnehmung schiebt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Vorrichtung von einem Paar Federringscheiben gebildet, die von jeder Seite gegen die Seitenflächen des Sitzringes drücken. Die Federringscheiben in dieser Ausführungsform sind formgleich mit der Nut bzw. Ausnehmung ausgebildet, in der der Sitzring verlagerbar angeordnet ist. Der Sitzring ist außerdem verhältnismäßig flach gestaltet, so daß seine Ausdehnung in radialer Richtung zumindest zweimal der in axialer Richtung ist. Gewöhnlich ist der Sitzring aus Stahl, vorzugsweise aus rostfreiem oder säurebeständigem Stahl, anderem Material oder einer Legierung gefertigt. Die Erfindung schließt jedoch die Möglichkeit nicht aus, den Sitzring ganz oder zum Teil aus einem steifen Kunststoff herzustellen, wenn das Medium, mit dem das Ventil betätigt werden soll, dies zuläßt.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise ein Ventilsitz bereitgestellt, der für Drosselklappen verschiedener Formen passend ist, zum Beispiel für Drosseln mit zylindrischen, sphärischen oder konischen Dichtflächen oder Kombinationen dieser oder anderer Formen. Nichtzuletzt wird ein Drosselklappenventil geschaffen, das sich durch Stabilität, einfache Betätigung und lange Lebensdauer aufgrund von minimalem Verschleiß zwischen den Dichtflächen auszeichnet.

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

Es folgt die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit den Zeichnungen:

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ventilgehäuses mit einem erfindiingsgemiißen Ventilsitz sowie eine Drossel bzw.

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Oipl Ing Horn/ I.p^spi Dipl Ing < ilto F"turji·' Pnt»ntiinw;i'lf» Π fl München 81 Cor.imaslraftp HI

AB SOMAS - 6 - L 11.527/sä/wa

DrosselklappR, dia sich mit dRm Ventilsitz in geschlossenem bzw. Dichtknntakt befindRt und

Fig. 2 fline dRtailliertfl Darstflllung des Ventilsitzes sowie dessen Funktinnelles Zusammenwirken mit der Drosselklappe gemäß Fig.1.

In Fig.1 bezeichnet Ziffer 1 eine Drossel bzw. Drosselklappe. Diese kann mit Hilfe eines in einem auf der Drossel befestigten Lager 3 gehaltenen Stößels 2 im Uhrzeigersinn aus der in Fig.1 gezeigten Schließ- bzw. Dichtposition in Öffnungsposition und umgekehrt geschoben bzw. gedreht werden. Ziffer 4 bezeichnet eine Dichtfläche auf der Drossel 1. Die Dichtfläche 4 ist rund und ihre Mittellinie 5 weist eine elliptische Form auf, wobei die Hauptachse mit einer vertikalen Ebene in Fig.1, beispielsweise der Zeichenebenn, zusammenfällt. In einer alternativen Ausführungsform ist die Mittellinie 5 kreisförmig. Die Drossel 1 ist exzentrisch in Lagern befestigt, diR sich in einem Ventilgehäuse befinden, das heißt, daß die Mittelachse des Stößels 2 die durch eine Ventilöffnung in das Ventilgehäuse G verlaufende Symmetrieachse nicht überschneidet .

Das Ventilgehäuse 6 besteht aus einem Hauptabschnitt 7 und einer Abdeckplatte ö, die mit Hilfe von nicht abgebildeten Schrauben an dem Hauptabschnitt befestigt ist. An der zu der Abdeckplatte ü gerichtflten Seite ist dRr Hauptabschnitt 7 dRs Ventilgehäuses mit oiner ringförmigen Aussparung bzw. einer Ringnut Π versehen. In der Nut 9 sind zwei Federringe 10 und 11 angeordnet, die einen Rahmen und eine Lagerfläche für den in Form eines Sitzringes 12 ausgebildeten Ventilsitz bilden. Die Ziffern 13 und 14 bezeichnen jeweils ein Paar von Dichtungen bzw. Dichtringen.

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Dipl -Ing Hpin? I.psvm Dipl lug Olio Fluo"¹. Patentanwälte Π θ Miinction Rl Cosimasliallp 81

AB SOMAS - 7 - L 11.527/sa/wa

Fig.2 zeigt eine detaillierte Ausgestaltung des Ventilsitzrings 12 sowie der Rahmen und Lager 10 und 11. Wie oben bereits erwähnt, bestehen die beiden zuletzt genannten Teile aus einem Paar von Federringen, die normalere/eise aus rostfreiem Stahl gefertigt sind. Die beiden Federringe 10 und zeigen eine entgegengesetzte bzw. umgekehrte oder komplementäre Form. Im Radialschnitt umfassen sie jeweils einen Rippenbereich 15a und 15b und .jeweils einen Stegbereich 16a und 17a sowie 16b und 17b, jeweils im äußeren und inneren Ende des Rippenbereichs. Die Stege der Ringe bzw. Ringscheiben bilden einen rechten Winkel mit dem Rippenbereich und werden in derselben Richtung gedreht. Die inneren Stege 17a und 17b sind jeweils kürzer als die äußeren Stege 16a und 16b. Ziffer 18 bezeichnet die Ringnut zwischen den Ringscheiben 10 und 11.

Der Ventilsitz, das heißt der Ring 12, ist verhältnismäßig flach und mit zwei parallel zueinander liegenden Seitenflächen 19 und 20 ausgebildet und weist Bine abgerundete Sitzfläche 21 auf. Gemäß der Ausführungsform besteht der Sitzring 12 aus Stahl. Seine Ausdehnung in radialer Richtung ist etwa 4 mal so große wie seine Dickenabmessung. Die Federringscheiben 10 und 11 sind so gearbeitet, daß sie in unbelastetem Zustand eine leicht konische Form haben. Genauer ausgedrückt bewirkt die Konizität, daß die Stege 17a und 17b uich einander annähern. Beim Zusammenbau wird der Sitzring 12 zwischen den StHgen 17a und 17b angeordnet. Danach wird diese aus den Federringscheiben 10 und 11 und dem dazwischen angeordneten Sitzring 12 bestehende Gruppe mittels einer Abdeckplatte θ zusammengebracht. In dieser Gruppe werden die Stege 17a und 17b bis zu einem Maximum nach außen gedrückt, das einerseits durch einen Raum 22 zwischen dem Hauptabschnitt des Ventilgehäuses und der Federringscheibe und andererseits durch einen Raum zwischen der Abdeckplatte und der zweiten Federringschoibe 11 abgezeichnet ist. Die

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Dipl-lfii) Heinz Lris»«. Dipl-Inq Olio F luqr-i. Pnt«?ntanw,ilte P R Miinchen BI Cosimastrafle 81

AB SOMAS -O- L 11.527/sä/wa

von don Federringscheiben 10 und 11 entwickelten Kräfte sind an bemessen, daß sich der Sitzring 12 in seiner Ebene in der Nut 1B bewegen kann, wenn er einer von dnr Drossel 1 ausgehenden Radialbelastung ausgesetzt ist. die beim Schließen der Drosselklappe entsteht, während die flachen, parallel zueinander liegenden Endflächen 24a und 24b der Stege 17a und 17b jeweils die Seitenflächen 19 und 20 des Sitzringes dichtend schließen. Andererseits sind die Federkräfte der Ringscheiben 10 und 11 gleichzeitig so bemessen, daß sie ausreichen, um den Sitzring 12 mit seiner möglichen neuen Form in seiner möglichen neuen Lage zu halten, wenn der Ring beim Wisderöffnen der Drosselklappe von der Radiallast frei wird. Durch die Federwirkung der Ringscheiben 10 und 11 wird deshalb ein enger Zusammenschluß erreicht, ohne daß der Sitzring 12 stärker eingeklemmt wird, als es für das AnnRhmen seiner der Drosselklappe entsprechenden Form und Lage und für das Beibehalten dieser bei erneutem öffnen dee Ventils erforderlich ist. Wenn die Drosselklappe wieder geschlossen wird, verändert sich der Sitzrinjj in Bezug auf seine Form und LagB nicht mehr. Das bietet den Vorteil, daß der Sitzring beim öffnen oder Schließen des Ventils nicht bewegt und ein Verschleiß somit vermieden wird.

In seiner Ausgangslage weist der Sitzring eine vollständig runde Form auf, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig.2 gezeigt wird, die den Fall aufzeigt, in dem die Mittellinie dor üroüselklnppo oinR elliptische Form hat. Wenn dns VRntil fcouchloutien wird, zwingt jedoch din Dichtfläche 4 an der- Urosiiol 1 den Sitzring 12 in eine zunehmend ovale Form, ohne daß sich die Umfangsabmessungen dabei ändern. Wenn die Drosselklappe schließlich vollständig geschlossen ist, stimmt die Form des Sitzrings mit der elliptischen Form der Mittellinie 5 üborein. Während dieser Formänderung des Sitzrings wird letzterer in der Nut 10 bei gleichbleibender Dichtwirkung zwischen Gitzring 12 und jeweils den flachen Endflächen der Fednr-

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Dipl-Ing Heinz Leaser OifiMruj Ott.. F liigr·! Pntnnt.inw.-iMo 0 H Munchon 81 CosimiistrnRp 8t

AB SOMAS - 9 - L 11.527/sä/wa

ringscheiben 17a und 17b und 24a und 24b verlagert. Wenn die Drosselklappe wieder geöffnet und der Sitzring von der Radialbelastung durch die Drossel befreit wird, wird die elliptische Form des Sitzrings mittels der Federringe 10 und 11 beibehalten, die mit einer Kraft gegen die Seitenflächen 19 und 20 drücken, die ausreichend ist, um zu verhindern, daß der Ring seine ursprünglich runde Form wieder annimmt. Wenn diR Mittellinie 5 stattdessen kreisförmig ist, ändert sich die Form dRs Sitzringb während der "ersten" Schließaktion nicht, doch kann seine Lage in der Nut 18 geändert werden, die dann normalerweise während der nachfolgenden öffnungs- und Schließspiele mit Hilfe der Federringe beibehalten wird.

Die Federringe 10,11 haben noch eine zusätzliche Funktion. Sie können Wärmedehnungen, Druckänderungen und dergleichen aufnehmen, ohne daß die Dichtwirkung beeinträchtigt wird. Im Gegensatz dazu, kann die Dichtwirkung auch noch verbessert werden, wenn ein Druck der im Kreislauf befindlichen Flüssigkeit auf jeden oder beide der Federringe in dem Raum 22 und /oder 23 ausgeübt wird, wobei die Druckübertragung über die inneren Abschnitte 17a und/oder 17b der Federringe erfolgt.

Kurz zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung also auf einen Ventilsitz, der einen Sitzring mit zwei flachen, parallel zueinander liegenden Seitenflächen aufweist. Der Sitzring besteht aus Stahl oder möglicherweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen). Wenn das Ventil durch eine Drosselklappe geschlossen wird, wird eine Dichtfläche der Drossel gegen den Sitzring gepreßt, der dann Form und Lage der Mittellinie der Drossel annimmt, und der Sitzring wird in einer Nut in der Sitzebene verlagert. Ein Paar von Fedorringen schließen dip Seitenflächen des Sitzringes dicht ab. Wenn die Drossel wieder geöffnet wird, bewirken die Federringe die Beibehaltung der Lage des Sitzrin^s.

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Claims

Dipl -Ing Hem/ LesM'r Dipl -Inq flllo Fliigr-i, Ρ,ιΙ*·πΜηνν,ιΙ1ο D R München Rl CospmislinRf» Rl

AB SOMAS

Box 107

S-661 OOSÄFFLE . L 11.527/sä/wa

VENTILSITZ

Patentansprüche

iy Ventilsitz-Vorrichtung in einem Ventilgehäuse, dadurch gekennzeichnet» daß diese einen Sitzring (12) aufweist, der flache, parallel zueinander liegende Seitenflächen (19,20) umfaßt, daß der Sitzring aus einem eine gewisse mechanische Verformbarkeit in radialer Richtung aufweisenden, steifen Werkstoff hergestellt ist, so daß der Sitzring (12) bei Radialbelastung in der Ebene, in der sich der Sitzring in einer in dem Ventilgehäuse ausgebildeten Nut bzw. Ausnehmung (16) befindet, im wesentlichen ohne Änderung seines Umfangs verlagerbar und/oder verformbar ist, und daß eine Vorrichtung (10,11) zum Beibehalten der neuen Form und Lage des Sitzringes (12) bei Nachlassen der Radialbelastung vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10,11) zum dichtenden Schließen der parallel zueinander liegenden Seitenflächen (19,20) des Sitzringes beim Einschieben des Sitzringes (12) in die Nut (18) ausgebildet ist.

03002 2/068 4 oH«N«. M8PB0TED

Oipl-Int) Horn/ I ps'.ot Dipt-Ing OHr' FluqH rntp'ilnnw.-ilip D R Munchon Rl CosimastraRe Rl

AB SOMAS - 2 - L 11.527/sä/wa
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Beibehaltung von Form und Lage des Sitzrings (12) ein Paar von Federringscheiben (10,11) umfaßt, die von jeder Seite gegen die Seitenflächen (19,20) des Sitzrings gedrückt werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet, daß die Federringscheiben (10,11) die Form der Nut (1B) festlegen, in der der Sitzring verlagerbar gehalten wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß der verhältnismäßig flach ausgebildete Sitzring (12) eine Ausdehnung in radialer Richtung aufweist, die zumindest dem Zweifachen der in axialer Richtung entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß die Federringscheiben (10,11) so ausgelegt sind, daß sie beim Einbau des Sitzringes (12) von diesem nach außen gedrückt werden, und daß die inneren Abschnitte (17a,17b) der Federringscheiben (10,11) so gestaltet sind, daß sie elastisch gegen die parallel zueinander liegenden Seitenflächen (19,20) des Sitzrings (12) gedrückt wurden.
7. Vorrichtung nach oinem der Ansprüche 1 bis R, d a durch gekennzeichnet, daß dor Sitzring (1?) aus Stahl odor einem anderen Metall odor einer Legierung gefertigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß der Sitzring (12) ganz oder zum Teil aus steifem Kunststoff gefertigt ist.

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