DE3125811A1

DE3125811A1 - Sperrhahn mit drosselklappe

Info

Publication number: DE3125811A1
Application number: DE19813125811
Authority: DE
Inventors: Pierre Louis Christian Charles 54200 Toul Barbe
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-04-22
Also published as: ES287285Y; ATA306681A; ZA814347B; FR2487034B1; CH640325A5; GB2079901B; SU1116982A3; MX155440A; IT8168000A0; AU7264781A; NL187761C; GB2079901A; LU83496A1; JPS5761865A; IT1144403B; BR8104628A; IN154628B; CA1161015A; US4411405A; DD201722A5

Description

Sperrhahn mit Drosselklappe

Die Erfindung betrifft einen Sperrhahn mit Drosselklappe von der Bauart mit einem röhrenförmigen Gehäuse, welches eine Strömungsleitung begrenzt und mit einer drehbar im Gehäuse um eine Achse senkrecht zur Achse der Leitung · ■ gelagertenVerschlußklappe, wobei eines dieser beiden Elemente eine elastische Dichtungsgarnitur und das andere eine Sitzfläche für diese Dichtungsgarnitur, trügt, wobei die Dichtungsgarnitur eine Dichtungslinie gleich der Mittellinie des Sitzes beim fast völligen Zusammenquetschen der Dichtungsgarnitur bildet.

Bei diesen Sperrhähnen kann die Dichtungsgarnitur im Gehäuse oder auf der Klappe gelagert sein. Darüber hinaus kann die Drehachse der Drosselklappe entweder auf die Strömungsachse (zentrische Klappe) treffen oder nicht darauf treffen (Exzenterklappe). Anwendung findet die Erfindung auf steuerbare Sperrhähne mit Drosselklappe wie auf Sperrhähne mit Drosselklappe, welche Rückschlagventile darstellen.

Das Problem der. Dichtheic eines Sperrhahns- mit Drosselklappe besteht darin, einen guten Umfangskontakt zwischen der Dicbtungsgarnitur und dem Sitz in Schließstellung, insbesondere in der diametralen benachbarten Zone der Drehachse zu erhalten. Dieses Problem wird im allgemeinen dadurch gelöst (siehe beispielsweise FR-PS1 543 451), indem man eine gegenseitige merkliche '(störende) Beeinflussung zwischen Sitz und Dichtungsgarnitur vorsieht, d.h. einen relativ großen radialen Vorsprung der Dichtungsgarnitur bezogen auf die Sitz-

fläche. v ♦·*...

Diese gegenseitige störende Beeinflussung führt aber zu erheblichen Reibungserscheinungen benachbart der Schließstellung und damit zusätzlich zu einem starken Verschleiß der Dichtungsgarnitur, zu einem erhöhten Betätigungsmoment und einer erhöhten Betätigungskraft für die Drehbewegung der Klappe.

Wegen dieser Nachteile soll versucht werden, auf die Notwendigkeit, eine gegenseitige störende Beeinflussung bzw. Überlappung oder einen bestimmten Vorsprung der Dichtungsgarnitur bezogen auf die Sitzfläche, auf die sie pressen soll, zu verzichten..

Hierzu geht die Erfindung aus von einem Sperrhahn mit Drosselklappe der eingangs genannten Art und zeichnet sich dadurch aus, daß in jedem Punkt der Sitzniittellinie die Tangentenebene an den Sitz einen spitzen wenigstens in etwa konstanten Winkel mit der Tangente an den Weg oder an die Bahn des entsprechenden Punktes · der Klappe an der Kontaktstelle der Dichtungsgarnitur mit dem Sitz bildet.

Dank dieser Ausbildung wird die Abdichtung über den gesamten Umfang der Klappe durch einfache Zusammendrückung oder progressives Zusammenquetschen der Dichtungsgarnitur sichergestellt. Dieseläuft, sobald der betrachtete Winkel einen ausreichenden Wert aufweist, gegen den Sitz an oder legt sich gegen diesen ohne Reiben und Gleiten und dies selbst in der diametral benachbarten Zone der Drehachse.

So wird nicht nur Verschleiß und Betätigungsmoment vermindert; der Sitz kann auch so wie er aus der Gießerei

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kommt sein, wobei der Ausdruck "roh aus der Gießerei" nicht bedeuten soll, daß etwa die Fläche grob ist, da'die z.Zt. verfügbaren.Gießereiformeinrichtungen es ermöglichen, schöne Oberflüchenzuständc zu erreichen, indem man beispielsweise Sand feiner Granulometrie verwendet, der durch synthetische im Handel verfügbare Bindemittel agglomeriert ist.

Der betrachtete Winkel, der vorzugsweise in der Größen- · Ordnung von 20 bis 30° betragen'kann, kann unbedingt *^ konstant■über den Umfang von Klappe oder Sitz sein, um die Herstellung zu erleichtern oder er kann über den Umfang umgekehrt mit dem Bewegungsradius des laufenden Punktes der Dichtungslinie variieren, um das Zusammenquetschen der Dichtungs.garnitur in sämtlichen Schließstellungen der Klappe gleichförmig werden zu lassen, selbst bevor noch die maximale Schließstellung erreicht ist.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die auf dem Gehäuse definierte Dichtungslinie im Schnitt mit der Ebene, die die Achse der Strömungsleitung ^ enthält und senkrecht zur Drehachse der Klappe liegt, wobei diese Ebene eine Symmetrieebene für den Sperrhahn ist, ein Profil in Form einer Halbamphore auf, die auf der einen Seite der Strömungsachse ausgehend von ihrem Ende einen geneigten etwa geradlinigen Teil entsprechend dem Fuß der Amphore aufweist und mit einem bauchförmigen Teil verbunden ist, dessen Kopf abgerundet und konvex ist und außerhalb der Strömungsachsc sich bc-' findet und verfügt auf der anderen Seite dieser Achse über einen konkaven Teil entsprechend dem Hals der Amphore. ' '

_ Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen

nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher·*.. erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 ' einen Längsschnitt durch einen Sperrhahn mit Klappe nach der Erfindung in Schließstellung;

Fig. 2 eine analoge Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Sperrhahns mit Klappe in Öffnungsstellung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch Sitz und Klappe in Öffnungsstellung, in Richtung des Pfeiles der Fig. 2 gesehen;

Fig. 4 ein geometrisches Schema, das die geometrische Definition der Dichtungslinie zwischen Dichtungsgarnitur und ihrem Sitz sowie der der Dichtungsfläche darstellt;

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen analog Fig. 4, wobei zwei Varianten der Dichtungslinien gezeigt sind;

die Figuren 7, 8 und 9 vereinfachte perspektivische Darstellungen, die jeweils die Oberfläche allein, die Klappe allein und Klappe und Sitz gemeinsam in teilweiser Öffnungsstellung des · Sperrhahns;

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante zur Klappe der Fig. 1;

Fig. 11 eine Darstellung entsprechend dem Pfeil 11 der Klappe in Fig. 10;

Fig. 12 eine Teildarstellung in größerem Maßstab, wobei die gegenseitige Beeinflussung einer Dichtungsgarnitur einer Klappe mit ihrem/ Sitz bei einem Sperrhahn nach dem Stand der Technik erläutert ist;

Fig. 13 und 14 analoge Detaildarstellungen, die die

Kompression der Dichtungsgarnitur gegen den . Sitz des Sperrhahns nach der Erfindung zeigen,

rtC Λ Λ

wobei Fig. 13 die Dichtungsgarnitur im fr.c.i-en , Zustand in dem Augenblick erkennen läßt, wo'sie in Kontakt mit dem Sitz tritt und ·

Fig. 14 die Dichtungsgarnitur im komprimierten Zustand in völliger Schließstellung zeigt;

Fig. 15 ein geometrisches Schema analog den Fig. 5 und 6, wobei die beiden Radien ungleicher Länge zwischen der Dichtungslinie und der Drehachse der Klappe zu sehen sind;

.' Fig. 16 und 17 Darstellungen analog Fig. 14, wobei ver-Π größert eine Ausführungsvariänte· der Sitzfläche,

mit Modifikation des Winkels zwischen den beiden Radien der Fig. 15 gezeigt sind; und

Fig. 18 eine Darstellung analog Fig. 1 einer.Ausführungsvariante der Klappe nach der Erfindung, wobei der Sperrhahn vom Exzentertyp und als Rückstellklappe verwendbar ist.

Nach dem in den figuren 1 bis 3 und 7 bis 9 gezeigten Äusführungsbeispiel wird die Erfindung auf einen Sperrhahn mit gesteuerter Klappe angewendet, dessen röhrenförmiges Gehäuse 1 mit horizontal angenommener Achse X-X .,^v: mit Verbirtdungsflanschen 2 zur Leitung, an der der Hahn ;-". angebracht werden, soll, versehen ist, wobei diese Flansche 2 natürlich fakultativ sind. Der Sperrhahn ist verwendbar an Leitungen für Wasser, Benzin oder andere Flüssigkeiten sowie für Leitungen, in denen gasförmige Fluide : oder pulverförmige feste Stoffe transportiert werden.

Öas Gehäuse 1 weist über seine halbe Länge, vorstehend in das Innere des zylindrischen Strömungshohlraums 3 · . mit kreisförmigen Querschnitt einen Sitz 4 auf, der aus zwei Flankenteilen 5 und 6 ungleicher Neigung zusammengesetzt ist, bei denen es sich um unregelmäßige Flächen — handelt, die kontinuierlich um die Achse X-X sich ent-

wickeln und sich längs einer Kante 7 schneiden und eine unregelmäßige um diese Achse X-X geschlossene Schleife bilden. Die Fläche oder Flanke 5 von geringer Neigung bildet den eigentlichen Sitz des Sperrhahns. Das Gehäuse ist so wie es aus der Gießerei kommt, der Sitz hat aber einen schönen Oberflächenzustand, da ein modernes Präzisionsgußverfahren angewendet wird.

Das drehbare Verschlußorgan bzw. die Klappe 8 ist vom "zentrischen" Typ, d.h. sie ist auf eine Rotationswelle 9 von der Achse Y-Y senkrecht zu der Achse X-X, die ebenfalls horizontal angenommen ist, gekeilt und schneidet diese in 0. Die Welle' 9 ist mit Drehantriebseinrichtungen für beide Drehsinne (nicht dargestellt) ausgestattet. Die Klappe 8 umfaßt eine plane Fläche, die bauchig längs der Achse Y-Y in Form eines die Welle 9 aufnehmenden Kreissektors ist, wobei eine■" gewölbte Fläche 11 mit der Fläche 10 über deren von der Achse Y-Y am weitesten entfernte Enden verbunden ist; zwei seitliche gewölbte Flächen 12 schließen das Volumen der Klappe und sind von der Welle 9 durchsetzt.

Nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Achse Y-Y in einer Richtung derart versetzt, daß sie nicht in der Ebene der Fläche 10 der Klappe sich befindet, sondern um ein kleines Stück d gegenüber dieser Ebene auf der Seite der gegenüberliegenden Fläche 11 versetzt ist.

Der gesamte Umfang der gewölbten Fläche 11 ist umgeben von einem Dichtungskordon oder einer Dichtungsgarnitur 13 aus Elastomerem, die dazu bestimmt ist, dicht gegen den Sitz 5 gepreßt zu werden. Nach dieser Ausführungsform ist die Dichtungsgarnitur 13 ein Vorsprung eines Überzugs 11 aus Elastomerem, mit dem die Klappenanordnung 8 versehen ist. Dieser Vorsprung folgt einer gekrümmten und gewölbten geschlossenen Kontur und weist

_ ι ι _

eine geringe Breite zu beiden Seiten einer Kopf- od.er. Dichtungslinie 15 auf. Der Querschnitt des Kordons 13* ■ ist dreieckig; die Linie 15 bildet den Kopf dieses Dreiecks. Die Mittellinie 16 des Sitzes 5 ist gleich der Linie 1.4, wenn das Elastomer, wie später gezeigt werden wird, fast zusammengequetscht ist.

In Schließstellung des Sperrhahns ermöglichen der Sitz 4 und die Klappe 8 als gemeinsame Symmetrieebene die Ebene P (Pig· 3) senkrecht zur Rotationsachse ^ Y-Y, wobei die Strömungsachse X-X enthalten ist.

Über den Umfang der 'Leitung, d.h. an jedem Punkt M der Dichtungslinie 16 bildet die Tangentenebene T an die Dichtungsfläche oder den Sitz 5 einen spitzen konstanten oder in etwa konstanten Winkel χ mit der Tangente t an den Kreis vom Radius R und der durch den Punkt M (Fig. 4 und 13) gehenden Achse Y-Y. Dieser Zustand wird selbst in den äußeren der Achse Y-Y von der Spur 0 benachbarten Zonen erfüllt.

Zur Definierung der Dichtungslinie 16 wird auf Fig. g*± Bezug genommen, welche schematisch die zylindrische Strömungsleitung 3 zeigt; die Linie 16 ist' als Spur auf dem Zylinder angenommen.

Ausgehend von einem beliebigen Punkt M auf der Leitung 3 zieht man die Tangente Mt an den Kreis von der durch den Punkt M gehenden Achse Y-Y. Der gesuchte Tangentenpunkt bildet einen gegebenen Winkel χ mit der Geraden Mt; es handelt sich also um eine Ebene T, die eine Tangente an den Konus C von der Achse Mt bildet und vom Ilalbwinkel am Kopf χ ist; die gesuchte Tangente Mt gehört zu dieser Ebene. Aus Gründen des Platzbedarfs der Drosselklappe senkrecht zur Achse Y-Y wählt

* w m v

- 12 -

man für eine gegebene Ebene T die Gerade Mt , welche.· durch die Erzeugende des Kegels C in dieser Ebene ge-' bildet ist.

Zur Bildung der Ebene T ist festzustellen, daß die Tangente Mt auch zur Tangentenebene M an die Leitung 3 gehört. Diese Tangente wird also schließlich gebildet durch den Schnitt (oder durch die Schnitte) dieser Tangcntcncbcnc mit dem Kegel C. ■

Unter Wiederholen dieser Konstruktion Punkt für Punkt und unter Berücksichtigung der notwendigen Kontinuität, hat die Anmelderin für die Linien 15 und 16 das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Profil in Form einer Halbamphore erhalten. Ausgehend von einem äußersten Punkt A, der von der Achse Y-Y in Schließstellung am weitesten entfernt ist und den Fuß der Amphore bildet, liegt in Fig. 1 dieser Punkt am weitesten oben; dieses Profil umfaßt nacheinander einen in etwa geradlinigen oder geringfügig konkaven Teil 17, der sich schräg von der planen Fläche 10 (Fig· 2) entfernt, einen gewölbten oder bauchigen Teil 18, dessen abgerundeter Kopf 19 ·' α benachbart der Achse X-X ist, sich jedoch vor dieser befindet und dann in etwa ausgehend von dieser Achse einen konkaven Teil 20, der sich bis zum anderen äußersten von der Achse Y-Y am weitesten entfernten Punkt B ersteckt.

So befindet sich die Linie 15 völlig auf einer Seite der Fläche 10. Die Punkte A und B können ausgerichtet' auf den Punkt 0, wie nach den Figuren 1 und 2 gezeigt, sein oder können nach einer Variante in der einen oder anderen Richtung parallel zur Achse X-X, wie Fig. 5 und 6 zeigt, versetzt sein. Die gewählte Lösung ist diejenige,

die den minimalen axialen Platzbedarf bietet, was i.n.. jedem besonderen Fall zu untersuchen ist. ' ·

In einer senkrechten Richtung gesehen, d.h. längs der Achse X-X für die Dichtungslinie 15, wenn die-Drosselklappe sich in maximaler Öffnungsstellung befindet, hat diese Dichtungslinie eine Troggestalt mit zwei Wendepunkten nahe ihren Enden, wie Fig. 3 erkennen läßt.

Man wählt den Ausgangspunkt M der Kurve 16 bezüglich der Achse Y-Y,. derart, daß die Kurve 16 so vorteilhaft wie möglich wird:' es ist notwendig, daß diese Wahl zu einem Bauch 18 führt, dessen abgerundeter konvexer Kopf 19 so nahe wie möglich der Achse Y-Y sich befindet, wobei jeweils der notwendige Raum für die Betätigungswelle 9 belassen ist. Es ist beispielsweise irrational, einen von der Achse Y-Y zu weit entfernten Punkt M zu wählen, der das örtliche Aushöhlen der Innenwandung des- Hohlraums 3 notwendig machen würde, um dem Radius OM der Klappe 8 bei deren Bewegung einen Durchgang zu lassen.

Oben wurde gezeigt, daß die Tangentenebene T an die Sitzfläche 5 inr Punkt M gleichzeitig wie die Tangente Mt' an die'Dichtungslinie 16 definiert wurde. Die Fläche 5 ist eine eingestellte Fläche, die die Hüllkurve für sämtliche Tangentenebenen T längs der Linie 16 bildet. Um die Erzeugende im Punkt M zu erhalten, zeichnet man in der Tangentenebene T ein kurzes Segment von der Geraden MV, MV, senkrecht zur Geraden Mt und von der Länge 1 zu beiden Seiten des Punktes M. Die Fläche 5 entwickelt sich wellenförmig um die Achse X-X und ist gegn ein linde des Gehäuses 1 im Punkt A gewendet, der sich auf der einen Seite der durch die Achsen X-X und Y-Y definierten Ebene und gegen das andere Ende 1 im entgegengesetzten Punkt B befindet.

-u-

Die Neigung der Symmetrieachse 13a des Dichtungskordon-, abschnittes 13 der Klappe, bezogen auf die Ebene, ent-' wickelt sich analog, derart, daß in jedem-Punkt die Dichtungslinie dieser Dichtungskordon· gegen den Sitz 5 bei Schließende der Klappe, wie in Fig. 13 gezeigt, gewendet ist. .

Wie die Dichtungsgarnitur 13 arbeitet, ist in den Figuren 13 und 14 dargestellt: in jedem'Punkt läuft diese ·. Dichtungsgarnitur gegen den Sitz S mit ihrem Kopf M (Fig. 13) an; bei Fortsetzung der Drehung der Klappe wird eine reine Kompression der Dichtüngsgarnitur unter Verformung des Elastomeren, jedoch ohne Gleiten und ohne Reibung (Fig. 14) hervorgerufen. Zu vergleichen ist dies mit der in Fig. 12 gezeigten Dichtungsgarnitür 113, die zu dem in der FR-PS 1 543 451 beschriebenen Sperrhahn mit Klappe gehört: die Dichtungsgamitur 113 der Klappe 108 verfügt über eine Überlappung oder einen gegenseitigen Eingriff e mit dem Sitz 105 unxl liegt gegen diesen seitlich an, derart, daß beim Schließen wie beim öffnen ihre Zusammendrückung begleitet ist von erheblichen Reibungserscheinungen, die zu einem schnellen Verschleiß führen.

Der durch die Tangentenebene T an die Fläche des Sitzes an einem Punkt M und durch die Tangente t im Punkt M an den Kreis mit dem Radius OM gebildete Winkel χ wird als Funktion des optimalen Zusammenquetschens der Dichtungsgnrnitur 13 aus Elastomercm gegen den Sitz 5 gewählt. Unter optimalem Zusammenquetschen e soll dasjenige verstanden werden, welches notwendig und ausreichend über den Umfang der Klappe und der Sitzfläche ist, um die Dichtheit in Schließstellung der Klappe für einen gegebenen Betriebsdruck sicherzustellen. Für einen Nenndurchmesser gleich dem des Strömungsstutzens 3 liegt

das nötwendige Zusammenquetschen e für die Abdichtung holier ff'ir einen stärkeren Betriebsdruck als für einen' niedrigeren B-et" riefosdniek. Hein Zusammenquetscheη e ist die Schließkraft oder das Schließmoment der Klappe zugeordnet: dieses Moment liegt höher für ein -größeres Zusammenquetschen e als für ein geringeres Zusammenquetschen e. So ist das optimale Zusammenquetschen e ■ dasjenige, welches das gerade ausreichende Schließmoment zur Sicherung der Abdichtung erfordert.

Man kann einen unbedingt konstanten Winkel χ über den Umfang der Klappe und der Sitzfläche wählen, was zu einer leichteren Ausführungsform führt. Man kann auch so auswählen, daß man den Winkel χ längs des Umfangs der Klappe und der Sitzfläche variieren läßt. In beiden Fällen ist das Zusammenquetschen e der Dichtungsgarnitur 13 aus Elastomerem auf den Sitz 5 über den Umfang dieses Sitzes in Schließstellung dieser Klappe konstant. Im ersten Fall jedoch ist das Zusammenquetschen e nur in maximaler Schließstellung konstant; es variiert über den gesamten Umfang zwischen der Stellung bei beginnenden Anlaufen der Dichtungsgarnitur gegen die Sitzfläche und der endgültigen Schließstellung. Dagegen kann man im zweiten Fall ein konstantes Zusammenquetschen auf den gesamten Umfang von dem Augenblick des Anlaufens der Dichtungsgarnitur gegen den Sitz bis zur definitiven Schließstellung erhalten.

Genauer, wenn man einen konstanten Winkel χ wählt, so beginnen während der Drehung der Klappe 8 gegen ihre Schließstellung das Anlaufen und Zusammenquetschen der Dichtungsgarnitur 13 an den Punkten der Dichtungslinie 15, die der Drehachse Y-Y am weitesten benachbart sind, wobei die Fortpflanzung dann progressiv über den Umfang erfolgt. Somit variiert der Wert e des Zu-

sammenquetschens der Dichtungsgarnitur auf den gesajijLen Umfang bis in maximale Schließstellung, für die der Wert e über den gesamten Umfang konstant wird.-Will man'die Anliegekraft der Klappe in Schließstellung begrenzen, d.h. nicht maximale Schließstellung erreichen, muß man also sicherstellen, daß auf den Umfangspunkten, wo die Zusammenquetschung e den geringsten Wert hat, dieser Wert ausreicht, um die Dichtung aufgrund des betrachteten Druckes sicherzustellen.

Man kann dagegen den Winkel χ entgegengesetzt zum Radius OM über den gesamten Umfang der Drosselklappe variieren lassen, d.h. im umgekehrten Sinne zur Entfernung zwischen jedem Punkt M der Dichtungslinie 15 und dem Mittelpunkt 0 der Drehachse Y-Y. Aufgrund der Form der Dichtungslinie 15 von Halbamphorengestalt ist der Radius OM minimal benachbart der Drehachse Y-Y und somit der Winkel χ maximal in dieser Zone (Fig. 17), während der Radius OM maximal an den Enden des Durchmessers AB ist und damit der Winkel χ minimal an diesen Enden (Fig. 16) wird. Man kann so ein gleichzeitiges Anlaufen sämtlicher Punkte der Wölbung der Dichtungsgarnitur 13 gegen die Sitzfläche 5 erhalten und von diesem Anliegen ab einen gleichförmigen Wert der Zusammenquetschung der Dichtungsgarnitur über den gesamten Umfang der Klappe und der Dichtfläche, wobei dieses Zusammenquetschen progressiv im Ausmaß der Anlage der' Klappe gegen den Sitz, d.h. der Drehung der Klappe zunimmt, jedoch gleichförmig über den Umfang während des Anliegens oder während dieser Drehung bleibt. Dies bietet den Vorteil, daß, wenn man nicht bis in maximale Schließstellung geht, die Dichtheit sicher über den Gesamtumfang ist, während das Zusammenquetschen an einer Stella unter Berücksichtigung des Betriebsdrucks ausreicht. Hiermit kann man die Auflagekraft für einen gegebenen

Druck vermindern. Umgekehrt jedoch ist die Realisierung der Dichtungslinie der Sitzfläche viel schwieriger, " · der axiale Platzbedarf ist größer; die Amphore wird' noch bauchiger.

In Praxis kann man einen konstangen Winkel χ in der Größenordnung von 20 bis 30^Q anwenden, in dem Variationen von etlichen Grad mehr oder weniger an gewissen Punkten der Dichtungslinie 15 zugelassen werden, um die Veränderungen oder die Entwicklung der Krümmung.der Fläche 5 weicher werden zu lassen.

Geometrisch führt dies dazu, daß man zuläßt, daß die Tangente Mt (Fig. 4) nicht mehr genau auf dem Kegel C sich befindet, sondern benachbart dieses Kegels angeordnet sein kann. Anders ausgedrückt, man verzichtet manchmal auf minimalen Platzbedarf der Klappe 8, um für eine größere Sicherheit in der Abdichtung durch größere Gleichförmigkeit der Zusammendrückung e auf den Umfang zu sorgen. Hier muß erwähnt werden, daß entsprechend der Wahl des Winkels χ (unbedingt konstant über den gesamten Umfang der Klappe und des Sitzes oder auch wenn geringe Variationen zugelassen werden) das Hervortreten des Bauchprofils der Halbamphore' mehr oder weniger merklich wird.

Nach einer praktischen Ausführungsform, die zu Zu-Pr i odonhei t jicführt lint, worden die so j'coinoti sch definierten Sitze 4 und Klappen 8 "m Γοΐ {',endor. Weise ' hergestellt.

Der Sitz'4 (Figuren 1, 3, 7 und 9) steht nach innen gegenüber der Leitung 3 vor und befindet sich zu beiden Seiten tier Symmetrie-ebene P: die Fläche des Sitzes 5 ist eine gewölbte Fläche zu beiden Seiten der halbamphorenförmigen Abdichtungslinie 15. Durch eine mehr

oder weniger progressive Verwindung unterhalb der .;.. . Achse Y-Y zu beiden Seiten der Symmetrieebene P wechselt die Sitzfläche 5 die Orientierung vom Punkt A zum Punkt B und liegt so schräg der Strömungsrichtung gegenüber, wenn sie umgekehrt oder .wenn sie reziprok orientiert wäre. Dagegen hat an den beiden Enden der Achse Y-Y die" Fläche 5 die gleiche Orientierung bezogen auf die Strömungsrichtung; diese Orientierung ist die gleiche bis zum klapponseit.ig befindlichen Punkt A in Öffnungsstellung der Klappe (Fig. 3). Die Fläche 5 bleibt um einen konstanten oder in etwa konstanten Winkel selbst in der Zone der Drehachse Y-Y bezogen auf die Tangente in einem beliebigen Punkt M der Abdichtungslinie 15 am Kreis vom Radius OM geneigt, wobei es sich um die vom Punkt M durchlaufene Bahn bei der Drehung der Klappe 8 handelt. Dieser Winkel liegt in der Größenordnung von 20 bis 30°. Diese Abdichtungsfläche 5 umgibt den Hohlraum der Rotationswelle 9 von der Achse Y-Y und ist auf einer einzigen Seite hiervon angeordnet; das gleiche gilt für die Dichtungsgarnitur 13 der Klappe.

Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 und 7 bis 9 ist die der planen Fläche 10 gegenüberliegende Fläche der Klappe 8 eine zylindrische gewölbte Fläche, deren Erzeugenden parallel zur Achse Y-Y' liegen.

Nach einer in den Figuren 10 und 11 dargestellten · f

Variante kann diese Flüche 11a trogförmig ausgehöhlt j

sein, wobei deren Erzeugende in etwa senkrecht zur [

Achse Y-Y liegen und die minimale Dicke gerade für '

den Durchgang der Welle 9 der Klappe 8a (Fig. 10) ·

ausreicht. In beiden Fällen weist die Klappe ein ^fe

aero- oder hydrodynamisches Profil in vollständiger .

Öffnungsstellung, 90° zur Schließstellung, auf und · |

bietet somit einen minimalen Strömungswiderstand. ·.:*",

Wie oben angegeben, nähert sich während der Drehung beim Schließen der Klappe 8 die Dichtungsgarnitur 13 den Sitz 5 und. legt sich mehr oder weniger gleichzeitig über den gesamten Umfang der Klappe und des Sitzes entsprechend der genannten Wahl des Winkels x. Dieses Anliegen erfolgt ohne Gleiten und Reiben, jedoch allein mit Kompression oder progressivem Zusammenquetschen der · Dichtungsgarnitur gegen den Sitz. In Schließstellung existiert dieses Zusammenquetschen der Dichtungsgarnitur über den gesamten Umfang von Klappe und Sitz und auf einer einzigen Seite der Drehwelle 9, die verwunden ist.

So erfolgt das Schließen der Leitung 3 absolut hermetisch und aufgrund des Fehlens eines Gleitens oder Reibens erfolgt es wie bei minimalem Verschleiß der Dichtungsgarnitur 13 während aufeinanderfolgender Betätigungen der. Klappe. In der Zone der Drehachse Y-Y erfolgt aber die Anlage der Dichtungsgarnitur 13 gegen ihren Sitz 5, wie in den Figuren 13 und 14 dargestellt; der Kopfbercich wird völlig gegen den Sitz ohne Gleiten und Reiben während der Drehung der Klappe 8 zusammengequetscht. Während dieses Anliegens trifft jeder Punkt des Kopfbereich 15 auf eine Tangentialebene zur Sitzfläche 5, die wenigstens in etwa die gleiche- Neigung bezüglich der Tangente an den betrachteten Rotationskrci s des K.iinmps 15 aufweist.

Nach der Variante der Fig. 18 hat die Klappe 8b die gleiche Form wie die Klappe 8 der Figuren 1 bis 3 und 7 bis 9, ist jedoch exzentrisch: ihre Drehachse Z-Z trifft nicht auf die Achse X-X, verbleibt vielmehr

orthogonal zu dieser. .:..

Insbesondere befindet sich der Hals des halbamphorenförmigen Profils auf der Seite der Drehachse Z-Z der Rotationswelle 9b, die frei im Gehäuse 1b sich dreht, während der Kopf 19 der bauchigen Ausbildung auf der anderen Seite der Strömungsachse X-X sich befindet. Die Klappe 8b ist auf die Drehwelle 9b mittels eines Paares von Augen 20, die auf die plane Fläche 10 vorstehen, gekeilt.

Hals und Bauch des Profils der Klappe 8b sind so bezüglich der Achse X-X und Z-Z verteilt; die Klappe ist bewußt unausgeglichen, so daß - geht die Strömung in Richtung des Pfeiles f - die Strömung die Tendenz der Klappe 8b überwinden muß, sich unter dem Einfluß der Schwerkraft um die Achse Z-Z in Richtung des Pfeiles g zu drehen, d.h. immer in Schließstellung zurückzukehren und daß, wenn die Strömungsrichtung bezüglich des Pfeiles f umgekehrt wird, die Klappe 8b sich schließt und sich entsprechend dem Pfeil g dreht. Somit untersagt die Klappe 8b die Strömung in Richtung entgegengesetzt zum Pfeil f und verhält sich wie ein Rückschlagventil.

Die die Dichtungslinien 15 und 16 sowie die Oberfläche des Sitzes. 5 definierenden geometrischen Bedingungen ■ sind die gleichen wie vorher; die genannten Vorteile hinsichtlich der Schließ- und Di chtungsbcdiiigimgcn sind eben falls gleich, insbesondere in der Zone der exzentrischen Drehachse Z-Z.

Nach dieser AusführungsVariante ist das röhrenförmige Gehäuse 1b frei von Endflanschen. Ein solches Gehäuse ist dazu bestimmt, unter Anliegen zwischen zwei Flanschen einer Leitung montiert zu werden,- die miteinander über Zuganker in an sich bekannter Weise verbunden sind.

Vorstehendes bezieht sich natürlich auf den Fall, daß der Sitz auf dem Umfang der Klappe ausgebildet isi und daß die elastische Dichtungsgnrnitur vom GehcMusc des Sperrhahns getragen ist.

Claims

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Telex 08229*83 Babelzpat München

Telex 5 218380

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91 Af. de la Lih&ration

54017 NANCY / Frankreich

Sperrhahn mit Drosselklappe

PATENTANSPRÜCHE

1/ Sperrhahn mit Drosselklappe mit einem röhrenförmigen eine Strömungsleitung begrenzenden Gehäuse und einem im Gehäuse um eine Achse senkrecht zur · Achse der Leitung gelagerten Verschlußorgan in Form einer Klappe, wobei eines der beiden Elemente eine elastische Dichtüngsgarnitur, das andere eine Sitzfläche für diese Dichtungsgarnitur trägt, wobei die Dichtungsgarnitur eine Dichtungslinie gleich der mittleren Linie des Sitzes bei Zusammenquetschen der Dichtungsgarnitur bildet, dadurch gekennzeichnet , dnß an jedem Punkt der Sitzmittcllinie die Tangentenebene (T) an den Sitz einen spitzen wenigstens in etwa konstanten Winkel (x) mit der Tangente (Mt) an die Bahn des Punktes (M) bildet, welcher der Klappe (8) am Kontaktpunkt der Dichtungsgarnitur (13) mit dem Sitz entspricht.
2. Sperrhahn nach Anspruch. 1, dadurch g e k e ηφ·,-ze-dchnet, daß der Winkel (x) in der Größenordnung von 20 bis 30° beträgt.
3". Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die auf dem Gehäuse (1) ausgebildete Abdichtungslinie (16) im Schnitt durch die die Achse CX-X) der Strömungs-^ leitung (3) gehende Ebene, senkrecht zur Drehachse (Y-Y) der Klappe (8), wobei diese Ebene für den Sperrhahn eine Symmetrieebene ist, ein Profil in Form einer Halbamphore bildet , die auf einer Seite der Strömungsachse vom Ende (A) ausgehend einen geneigten in etwa geradlinigen Teil (17) entsprechend dem Fuß der Amphore aufweist, und mit einer Bauchaüsbildung (18) verbunden ist, deren Kopf (19) abgerundet und konvex ist und sich außerhalb der Strömungsachse befindet und auf der anderen Seite dieser Achse (X-X) einen konkaven Teil (20) entsprechend dem Hals der Amphore aufweist.
4. ■ Sperrhahn nach Anspruch 3, dadurch g e k e-η η zeichnet, daß die Enden (A, B) des Profils in Form einer Halbamphore bezüglich der Spur (0) der Rotationsachse (Y-Y) auf dieser Ebene ausgerichtet sind.
5. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit von der Klappe getragener Dichtungsgarnitur, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsgarnitur (13) gebildet wird durch einen Vorsprung eines Überzugs aus Elastomerem (14), der die Klappe (8) völlig überdeckt, wobei der Kamm dieses Vorsprungs die Abdichtungslinie (15) der Klappe (8) bildet.
6. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, .;.. dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche · des Sitzes (5) eine eingestellte Fläche ist.
7. Sperrhahn nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichne t , daß jede Erzeugende (V-V) der Fläche des Sitzes-(5) senkrecht zur Tangente (Mt) an die Dichtungslinie (16) dieser Fläche im betrachteten Punkt

(M) ist.
8. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet ,daß dieser Winkel (x) unbedingt konstant über den Umfang von Klappe (8) und Sitz (5) ist.
9. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß dieser Winkel (x) über den gesamten Umfang der Klappe (8) und des Sitzes (5) im umgekehrten Sinne wie der Bewegungsradius des laufenden Punktes (M) der Dichtungslinie (15) der Klappe variiert.
10. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche (11) der Klappe (8), die die Dichtungsgarnitur (13) auf ihrem Umfang trägt, gewölbt ist.
11. Sperrhahn nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die gewölbte Fläche (11) eine zylindrische Fläche mit Erzeugenden parallel zur Rotationsachse (Y-Y) ist.
12. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche. (11a) der Klappe (8a), die die Dichtungsgarnitur auf

dem Umfang trägt, ausgebaucht bzw. ausgehöhlt ver- ■·/*... läuft.
13." Sperrhahn nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgebauchte bzw. ausgehöhlte Fläche (11a) eine zylindrische Fläche mit Erzeugenden senkrecht zur Drehachse (Y-Y) ist.
14. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da_xdurch gekennzeichnet , daß die Klappe (8) auf eine Welle (9) gekeilt ist, deren Achse (Y-Y) die Strömungsachse (X^-=¹X) trifft und die mit Drehantriebseinrichtungen verbunden ist.
15. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Klappe (8b) auf eine Welle (9b) verkeilt ist, deren Achse (Z-Z) die Strömungsachse (X-X) nicht trifft und die frei im Gehäuse (1b) unter Bildung eines Rückstellventils frei dreht.
16. Sperrhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Sitz sich im Zustand, wie er unbearbeitet aus.der Gießerei kommt, befindet.