DE2945817C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitz in einem Ventilgehäuse laut Oberbegriff des Anspruchs 1, insbeson­ dere auf einen Ventilsitz für Drosselklappenventile.

Bekannten Drosselklappenventilen liegt im allgemeinen das Prinzip der Weichdichtungen zugrunde. Bei einer Ventilart, die man häufig vorfindet (SE-PS 1 99 078) ist das ganze Ven­ tilgehäuse mit einem weichen Werkstoff wie Gummi oder Poly­ mer ausgekleidet. Oftmals wird auch nur der Ventilsitz selbst aus einem weichen Werkstoff hergestellt (SE-PS 1 75 149 und 1 78 131). Es gibt auch Fälle, in denen das weiche Dicht­ element auf die Dichtfläche der Drossel aufgesetzt wird (SE-PS 1 95 072 und DE-PS 10 11 683 und 12 32 422). Weiche Dichtelemente in Drosselklappen sind allerdings von dem Nachteil behaftet, daß ihre Beständigkeit gegen Medien hoher Temperatur oftmals gering ist. Zwar hat sich die Unempfind­ lichkeit von synthetischen Gummiarten und gewissen anderen Polymeres gegenüber hohen Temperaturen zunehmend verbessert, doch stehen derartige Werkstoffe in bezug auf die Temperatur­ beständigkeit immer noch in keinem Vergleich zu Stählen und anderen Metallen und Legierungen. Das gleiche gilt auch für die Beständigkeit gegen gewisse chemisch aggressive Medien. Auch hier liegen die Eigenschaften von hochlegierten, rost­ freien Stählen und anderen Legierungen weit über denjenigen der weichen, gummiartigen Stoffe bzw. Werkstoffe. Diese Fak­ ten sind hinreichend bekannt, und es wurde vielfach ver­ sucht, die weichen Dichtelemente durch metallische zu er­ setzen (z. B. US-PS 40 58 290). Ein Nachteil bei diesen Ven­ tilen ergibt sich jedoch durch den Verschleiß zwischen der Drossel bzw. Drosselklappe und dem Sitz, der die Form eines Federringes aufweist, und auch zwischen dem Sitz­ ring und dem Gehäuse des Sitzringes, da der Sitzring bei jedem Öffnen und Schließen der Drosselklappe relativ zu dem Gehäuse verlagert wird.

Es ist schließlich eine gattungsgemäße Ventilsitzvor­ richtung bekannt (DE-OS 26 44 518), die zwar einen Sitzring aufweist, der flache und parallele zueinander­ liegende Seitenflächen umfaßt, wobei der Sitzring aus einem eine gewisse mechanische Verformbarkeit in radialer Richtung aufweisenden, steifen Werkstoff her­ gestellt ist. Allerdings ist ein versetzbarer Sitzring bei dieser bekannten Vorrichtung nicht vorhanden. Außerdem ist der äußere Teil des Sitzringes in einer Ausnehmung zwischen dem Hauptteil und der Abdeckplatte des Ventilgehäuses festgelegt, während ein innerer Teil des Sitzringes flexibel ist und sich selbst bezüglich der Lage eines scheibenförmigen Teils einstellen kann. Infolgedessen ist die Dichtfähigkeit bei dieser bekannten Vorrichtung beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventilsitz mit besserer Dichtfähigkeit auszugestalten.

Diese Aufgabe wird bei einem Ventilsitz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnen­ den Merkmale gelöst.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Ven­ tilsitz, wenn dieser einer Radialbelastung ausgesetzt ist, in der Ebene, in der sich der Sitzring in einer in dem Ventilgehäuse ausgebildeten Nut bzw. Ausneh­ mung befindet, im wesentlichen ohne Änderung seines Umfangs verlagerbar und/oder verformbar. Es ist ferner eine Vor­ richtung vorgesehen, die dazu dient, daß die neue Form und Lage des Sitzrings beibehalten wird, wenn dieser von der Ra­ dialbelastung frei wird. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß sie die parallel zueinander liegenden Seitenflächen des Sitzrings dichtend schließt, wenn sich der Sitzring in die Nut bzw. Ausnehmung schiebt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Vorrichtung von einem Paar Federrringscheiben gebildet, die von jeder Seite gegen die Seitenflächen des Sitzringes drücken. Die Federringschei­ ben 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 Ventil­ sitz bereitgestellt, der für Drosselklappen verschiedener Formen passend ist, zum Beispiel für Drosseln mit zylindri­ schen, sphärischen oder konischen Dichtflächen oder Kombina­ tionen dieser oder anderer Formen. Nichtzuletzt wird ein Drosselklappenventil geschaffen, das sich durch Stabilität, einfache Betätigung und lange Lebensdauer aufgrund von mini­ malem 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 erfindungsgemäßen Ventilsitz sowie eine Drossel bzw. Drosselklappe, die sich mit dem Ventilsitz in ge­ schlossenem bzw. Dichtkontakt befindet und

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung des Ventilsitzes sowie dessen funktionelles Zusammenwirken mit der Drossel­ klappe gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet Ziffer 1 eine Drossel bzw. Drosselklappe. Diese kann mit Hilfe eines in einem auf der Drossel befestig­ ten Lager 3 gehaltenen Stößels 2 im Uhrzeigersinn aus der in Fig. 1 gezeigten Schließ- bzw. Dichtposition in Öffnungsposi­ tion und umgekehrt geschoben bzw. gedreht werden. Ziffer 4 bezeichnet eine Dichtfläche auf der Drossel 1. Die Dicht­ fläche 4 ist rund und ihre Mittellinie 5 weist eine ellipti­ sche Form auf, wobei die Hauptachse mit einer vertikalen Ebe­ ne in Fig. 1, beispielsweise der Zeichenebene, zusammenfällt. In einer alternativen Ausführungsform ist die Mittellinie 5 kreisförmig. Die Drossel 1 ist exzentrisch in Lagern befestigt, die sich in einem Ventilgehäuse befinden, das heißt, daß die Mittelachse des Stößels 2 die durch eine Ventilöffnung in das Ventilgehäuse 6 verlaufende Symmetrieachse nicht überschnei­ det.

Das Ventilgehäuse 6 besteht aus einem Hauptabschnitt 7 und einer Abdeckplatte 8, die mit Hilfe von nicht abgebildeten Schrauben an dem Hauptabschnitt befestigt ist. An der zu der Abdeckplatte 8 gerichteten Seite ist der Hauptabschnitt 7 des Ventilgehäuses mit einer ringförmigen Aussparung bzw. einer Ringnut 9 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 Ventil­ sitz bilden. Die Ziffern 13 und 14 bezeichnen jeweils ein Paar von Dichtungen bzw. Dichtringen.

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

Der Ventilsitz, das heißt der Ring 12, ist verhältnismäßig flach und mit zwei parallel zueinander liegenden Seiten­ flächen 19 und 20 ausgebildet und weist eine abgerundete Sitzfläche 21 auf. Gemäß der Ausführungsform besteht der Sitzring 12 aus Stahl. Seine Ausdehnung in radialer Richtung ist etwa 4mal so groß wie seine Dickenabmessung. Die Federringscheiben 10 und 11 sind so gearbeitet, daß sie in unbelastetem Zustand eine leicht konische Form haben. Ge­ nauer ausgedrückt bewirkt die Konizität, daß die Stege 17 a und 17 b sich einander annähern. Beim Zusammenbau wird der Sitzring 12 zwischen den Stegen 17 a und 17 b angeordnet. Da­ nach wird diese aus den Federringscheiben 10 und 11 und dem dazwischen angeordneten Sitzring 12 bestehende Gruppe mittels einer Abdeckplatte 8 zusammengebracht. In dieser Gruppe werden die Stege 17 a und 17 b bis zu einem Maximum nach außen gedrückt, das einerseits durch einen Raum 22 zwischen dem Hauptabschnitt des Ventilgehäuses und der Federringscheibe 10 und andererseits durch einen Raum zwischen der Abdeckplatte 8 und der zweiten Federringscheibe 11 abgezeichnet ist. Die von den Federringscheiben 10 und 11 entwickelten Kräfte sind so bemessen, daß sich der Sitzring 12 in seiner Ebene in der Nut 18 bewegen kann, wenn er einer von der Drossel 1 ausgehen­ den Radialbelastung ausgesetzt ist, die beim Schließen der Drosselklappe entsteht, während die flachen, parallel zueinan­ der liegenden Endflächen 24 a und 24 b der Stege 17 a und 17 b 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 Wiederöffnen der Drosselklappe von der Radiallast frei wird. Durch die Feder­ wirkung der Ringscheiben 10 und 11 wird deshalb ein enger Zu­ sammenschluß erreicht, ohne daß der Sitzring 12 stärker ein­ geklemmt wird, als es für das Annehmen seiner der Drosselklappe entsprechenden Form und Lage und für das Beibehalten dieser bei erneutem Öffnen des Ventils erforderlich ist. Wenn die Drosselklappe wieder geschlossen wird, verändert sich der Sitzring in bezug auf seine Form und Lage nicht mehr. Das bie­ tet 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 5 der Drosselklappe eine elliptische Form hat. Wenn das Ventil geschlossen wird, zwingt jedoch die Dichtfläche 4 an der Dros­ sel 1 den Sitzring 12 in eine zunehmend ovale Form, ohne daß sich die Umfangsabmessungen dabei ändern. Wenn die Drossel­ klappe schließlich vollständig geschlossen ist, stimmt die Form des Sitzrings mit der elliptischen Form der Mittellinie 5 überein. Während dieser Formänderung des Sitzrings wird letzte­ rer in der Nut 18 bei gleichbleibender Dichtwirkung zwischen dem Sitzring 12 und jeweils den flachen Endflächen der Feder­ ringscheiben 17 a und 17 b und 24 a und 24 b verlagert. Wenn die Drosselklappe wieder geöffnet und der Sitzring von der Radial­ belastung durch die Drossel befreit wird, wird die elliptische Form des Sitzrings mittels der Federringe 10 und 11 beibehal­ ten, die mit einer Kraft gegen die Seitenflächen 19 und 20 drücken, die ausreichend ist, um zu verhindern, daß der Ring 12 seine ursprünglich runde Form wieder annimmt. Wenn die Mittel­ linie 5 statt dessen kreisförmig ist, ändert sich die Form des Sitzrings während der "ersten" Schließaktion nicht, doch kann seine Lage in der Nut 18 geändert werden, die dann normaler­ weise 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 Flüssig­ keit auf jeden oder beide der Federringe in dem Raum 22 und/ oder 23 ausgeübt wird, wobei die Druckübertragung über die inneren Abschnitte 17 a und/oder 17 b der Federringe erfolgt.

Kurz zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung also auf einen Ventilsitz, der einen Sitzring mit zwei flachen, parallel zu­ einander liegenden Seitenflächen aufweist. Der Sitzring be­ steht aus Stahl oder möglicherweise aus PTFE (Polytetrafluor­ äthylen). Wenn das Ventil durch eine Drosselklappe geschlos­ sen wird, wird eine Dichtfläche der Drossel gegen den Sitz­ ring 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 Federringen schließen die Seitenflächen des Sitzringes dicht ab. Wenn die Drossel wie­ der geöffnet wird, bewirken die Federringe die Beibehaltung der Lage des Sitzrings.

Claims (8)

1. Ventilsitz-Vorrichtung in einem Ventilgehäuse, wobei diese einen Sitzring aufweist, der flache, parallel zueinander liegende Seitenflächen um­ faßt und der Sitzring aus einem eine gewisse mechanische Verformbarkeit in radialer Richtung aufweisenden, steifen Werkstoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring (12) bei Radialbelastung in der Ebene, in der sich der Sitzring in einer in dem Ventilgehäuse ausgebildeten Nut bzw. Ausnehmung (18) befindet, im wesentlichen ohne Änderung seines Umfanges verlagerbar und/oder verformbar ist, und daß eine Vorrichtung (10, 11) zum Beibe­ halten 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 zu­ einanderliegenden Seitenflächen (19, 20) des Sitz­ ringes bei Einschieben des Sitzringes (12) in die Nut (18) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung zur Beibehaltung von Form und Lage des Sitzrings (12) ein Paar von Federringschei­ ben (10, 11) umfaßt, die von jeder Seite gegen die Seiten­ flächen (19, 20) des Sitzrings gedrückt werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federring­ scheiben (10, 11) die Form der Nut (18) festlegen, in der der Sitzring verlagerbar gehalten wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der verhältnis­ mäßig 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, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federring­ scheiben (10, 11) so ausgelegt sind, daß sie beim Einbau des Sitzringes (12) von diesem nach außen gedrückt werden, und daß die inneren Abschnitte (17 a, 17 b) der Federringscheiben (10, 11) so gestaltet sind, daß sie elastisch gegen die pa­ rallel zueinander liegenden Seitenflächen (19, 20) des Sitz­ rings (12) gedrückt werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sitzring (12) aus Stahl oder einem anderen Metall oder einer Legierung gefertigt ist.

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