DE3744548B4

DE3744548B4 - Drosselventil

Info

Publication number: DE3744548B4
Application number: DE3744548A
Authority: DE
Inventors: Folke Hubert Hubertson
Original assignee: Somas Ventiler AB
Current assignee: Somas Ventiler AB
Priority date: 1987-01-02
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2007-12-31
Also published as: SE8700003D0; GB8730070D0; FI89407C; NL193733B; FI875796A; SE456112C; NO875492L; FI89407B; NO177614C; DE8717109U1; GB2199641A; NL8703162A; JPS63235773A; US4770393A; JP2694956B2; SE8700003L; AU610543B2; FR2609319B1; AU8317387A; DE3744548A1

Abstract

Drosselventil mit einem Ventilgehäuse (1), einem Durchgang (4) für ein Fluidmedium, wobei dieser Durchgang eine erste Achse hat, einem Ventilsitz in Form eines Ventilsitzrings (8), der in einerRadialrichtung relativ zur ersten Achse in einem Schlitz (7) im Ventilgehäuse (1) verschiebbar und in dieser Radialrichtung elastisch verformbar ist, einer Drossel (5), die parallele Seiten hat und so angeordnet ist,daß sie um eine Rotationsachse (23) mittels einer Spindel (6) zwischen einer Offenstellung und einer Absperrstellungverdrehbar ist, wobei die Drossel (5) auf ihrem Umfang eine Dichtfläche (21) aufweist, die in der Absperrstellung der Drossel (5) gegen den Ventilsitzring (8) gepreßt ist, und Mitteln (14) zum Halten des Ventilsitzrings (8) in seiner Lage im Schlitz (7), wenn die Drossel (5) aus der Absperrstellung in die Offenstellung gedreht wird, und zum gleichzeitigen Beibehalten der Form, die der Ventilsitzring (8) beim erstmaligen Schließen der Drossel (5) durch Anpassung an die Dichtfläche (21) der Drossel (5) angenommen hat, wobei Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und einer ersten Schnittebene durch die Drossel (5), die mit einer Mittenlinie (22) koinzident ist und senkrecht zu einer Symmetrieebene durch die Drossel (5) verläuft, aus Kreisbogen bestehen, die einen ersten Radius (R) haben, dessen Fußpunkt auf der Mittenlinie (22) liegt, und eine Dichtkontaktzone zwischen dem Ventilsitzring (8) und der Dichtfläche (21) der Drossel (5) eine ovale Form aufweist, wobei die Umfangslinie der Drossel (5), die in der Nullebene (20) liegt, welche eine zu den parallelen Seiten der Drossel (5) parallele Ebene ist, die Form einer Ellipse aufweist, und eine Hauptachse der Ellipse mit der Symmetrieebene durch die Drossel (5) zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Dichtfläche (21) sämtliche Umfangslinien der Drossel (5), die in Ebenen parallel zur Nullebene (20) liegen, jeweils die Form einer Ellipse mit einer Ovalität zwischen 0,5 und 1,6 mm aufweisen,
und dass Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und sämtlichen weiteren Schnittebenen, die mit der zu den parallelen Seiten der Drossel (5) senkrechten Mittenlinie (22) der Drossel (5) koinzident sind, Kurven bilden, deren Krümmung von dem ersten Radius (R) in der ersten Schnittebene verschieden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselventil mit einem Ventilgehäuse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung.

Derartige Drosselventile sind bereits bekannt ( DE-OS 29 17 757 , EP 0 176 687 A2 und US 4 284 264 ).

Ein solches Drosselventil kann mit Ventilsitzringen zusammenwirken, die unterschiedlich ausgelegt sein können. Beispielsweise kann der Ring die in US 4 284 264 gezeigte Konstruktion oder die z.B. in SE-B-445 382 angegebene Konstruktion haben. Auch andere Konstruktionen sind denkbar, wenn Mittel vorgesehen sind, um den Ventilsitzring in der Lage zu halten, die er angenommen hat, als beim Zusammenbau die Drossel aus der Offenstellung in die Absperrstellung gedreht wurde, also bei der sogenannten „ersten Absperrbewegung". Ein übliches Merkmal dieser Ventilsitzringe ist, dass sie eine gekrümmte Dichtfläche aufweisen, die dem Fluidkanal zugewandt ist. Der Dichtkontakt zwischen den beiden Dichtflächen in der Dichtstellung findet somit entlang einer schmalen Zone und praktisch mit Linearkontakt statt. Um ein gleichzeitiges Abdichten zwischen der Drossel und dem Sitz um den Umfang zu erreichen, hat die bekannte Drossel in einer zu den Seitenflächen der Drossel parallel verlaufenden Ebene, die nachstehend als Nullebene bezeichnet wird, eine Ovalität bzw. Unrundheit, deren Hauptachse senkrecht zur Rotationsachse der Drossel verläuft, wodurch auch vermieden wird, daß die Drossel den Sitz in einer Anfangsphase der Absperrbewegung berührt und ein erhebliches Gleiten zwischen den Flächen auftritt. Zum gleichen Zweck ist der Außenumfang der Drossel mit einer komplexen doppeltgekrümmten Form versehen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Schnittlinien zwischen dem Drosselrand und einer ersten Schnittebene durch die Drossel, die mit der Rotationsachse zusammenfällt und senkrecht zu einer Symmetrieebene durch die Drossel verläuft, aus Kreisbogen bestehen, wobei der Kreismittelpunkt im wesentlichen auf der Rotationsachse liegt, während die Schnittlinien zwischen dem Drosselrand und einer zweiten Schnittebene, die von der durch die Drossel gehenden Symmetrieebene senkrecht zur Rotationsachse definiert ist, aus Geraden bestehen, deren Verlängerungen aufeinandertreffen, und die Krümmung der Dichtfläche der Drossel geht sukzessive vom erstgenannten Kreis in der ersten Schnittebene in unendlich große Kreise, d. h. Gerade in der genannten Symmetrieebene, über. Dieses bekannte Drosselventil hat gegenüber früheren Konstruktionen zu einem erheblichen technischen Fortschritt geführt und ist heute in Skandinavien, zumindest in der Papier- und Zellstoffindustrie, das am häufigsten angewandte Drosselventil.

Das oben beschriebene Drosselventil weist jedoch einige Nachteile auf. So ist die Geometrie der Drosselfläche nur schwer mit mathematisch korrekter Form herstellbar, weil die Form für die computergestützte Fertigung nur schwer programmierbar ist. Im Computerprogramm müssen einige Annäherungen vorgenommen werden, was bedeutet, daß eine mathematisch richtige Form nicht erhalten wird. Für die Praxis bedeutet das, daß die Dichtfläche am Drosselumfang einige Unebenheiten aufweist, die einem gleichzeitigen Dichtkontakt zwischen dem Ventilsitz und der Drossel um den Gesamtumfang entgegenwirken. Theoretisch könnten diese Probleme beseitigt werden, wenn man garantieren könnte, daß der Dichtkontakt zwischen der Drossel und dem Sitz exakt in der Nullebene stattfindet. In der Praxis gibt es aber keine solche Garantie aufgrund von Fertigungstoleranzen, Verschleiß durch das durch das Ventil transportierte Medium, Temperatur- und Drehmomentänderungen etc. Daher muß die Dichtfläche am Umfang der Drossel eine größere Breite als die Breite der Kontaktzone in einer bestimmten Dichtstellung aufweisen, so daß die mit der Kontaktlinie oder Kontaktzone in einer bestimmten Dichtstellung koinzidente Ebene einen Winkel mit der Nullebene bilden kann. Ursprünglich ist dieser Winkel negativ, und das bedeutet, daß die Absperrlage geringfügig vor der Nullebene erreicht wird, wenn die Drossel das erstemal in die Absperrlage gebracht wird. Auch in dieser Stellung soll unbedingte Dichtheit erreicht werden, ohne daß die Spindel der Drossel hohen Drehmomenten ausgesetzt wird. Ein gutes Dichtergebnis kann in diesen Stellungen erzielt werden, wenn ein großes Ver hältnis des Oberflächendrucks zwischen der Drossel und dem Ventilsitz einerseits zu dem die Spindel beaufschlagenden Drehmoment andererseits vorliegt und gleichzeitig die Drossel eine perfekte oder nahezu perfekte elliptische Form in der mit der Kontaktlinie bzw. -zone in jeder Dichtlage zusammenfallenden Ebene hat. Diese Idealbedingungen liegen jedoch bei dem oben genannten bekannten Ventil nicht vor, das sich dadurch auszeichnet, dass die Schnittlinien zwischen der Symmetrieebene und dem Drosselumfang durch Gerade definiert sind. Die Gerade in dem genannten Abschnitt führt zu einem niedrigeren als dem erwünschten Flächendruck/Drehmoment-Verhältnis, und die Form der Kontaktlinie bzw. -zone in der genannten Ebene, die mit der Nullebene einen Winkel bildet, ist mehr oder weniger verzerrt und gleicht der Form eines Längsschnitts durch ein Ei.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gleichmäßigen Dichtkontakt um den Umfang zu erhalten und gleichzeitig ein großes Verhältnis zwischen dem von der Drossel auf den Sitz ausgeübten Druck und dem auf die Spindel ausgeübten Drehmoment zu erreichen. Es soll ein hoher Dichtdruck bei einem bestimmten Drehmoment erhalten werden. Ferner ist erwünscht, einen guten Dichtkontakt zwischen dem Sitz und der Drossel in der Kontaktlinie bzw. -zone dann zu erzielen, wenn die durch die Kontaktlinie definierte Ebene einen Winkel mit der Nullebene bildet. Die Geometrie des Drosselumfangs sollte so gestaltet sein, dass sie in einfacher Weise für die computergestützte Fertigung programmierbar ist, so dass also keine Annäherungswerte in das Computerprogramm eingeführt werden müssen, die zu Unebenheiten oder anderen Abweichungen von der geometrischen Form während der Fertigung führen würden. Insbesondere bedeutet die letztgenannte Teilaufgabe wiederum, dass die Dichtfläche der Drossel in einer Ebene, die mit irgendeiner denkbaren Kontaktlinie bzw. -zone innerhalb des Bereichs der Dichtfläche der Dros sel koinzident ist, eine nahezu perfekte elliptische Form oder eine Form haben soll, bei der die Abweichungen von der mathematischen elliptischen Form vernachlässigbar sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein geschlossenes Ventil, gesehen in Richtung zu der Seite der Drossel, die der Drosselspindel abgewandt ist;
2 in größerem Maßstab einen Schnitt II-II von 1 senkrecht zur Rotationsachse der Drossel in einer mit der Symmetrieebene der Drossel zusammenfallenden Ebene, wobei die Dimensionen in Fluidströmungsrichtung durch das Ventil etwas übertrieben gezeichnet sind;
3 einen Schnitt III-III von 1 in einer Ebene, die im Bereich des Ventilgehäuses mit der Rotationsachse der Drossel und im Bereich der Drossel mit der Mittenlinie der Drossel zusammenfällt und nachstehend als die Axialebene der Drossel bezeichnet werden soll;
4 eine Draufsicht auf eine Drossel in der gleichen Richtung wie 1;
5–9 Schnitte V-V bis IX-IX von 4 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine schematische Perspektivansicht der Geometrie der Drossel gemäß der ersten Ausführungsform;
11 bis 15 Schnitte XI-XI bis XV-XV durch die Drossel ähnlich den 5-9, aber gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
16 eine schematische Perspektivansicht der Geometrie der Drossel gemäß der zweiten Ausführungsform.
Nach den 1-3 ist ein Ventilgehäuse allgemein mit 1 bezeichnet. Das Ventilgehäuse besteht aus einem Hauptteil 2 und einem Abdeckring 3. Ein Durchgang durch das Ventil ist mit 4 bezeichnet. Eine Drossel 5 kann aus einer Absperrstellung (2) in eine Offenstellung und umgekehrt mittels einer Spindel 6 gedreht werden, die im Hauptteil 2 des Ventilgehäuses drehbar gelagert ist. Zum Verdrehen der Spindel 6 sind Betätigungsmittel vorgesehen (nicht dargestellt).
Ein Ventilsitzring 8 ist in einem Ringschlitz 7 im Ventilgehäuse 1 zwischen dem Hauptteil 2 und dem Abdeckring 3 vorgesehen. Der Ventilsitzring besteht normalerweise aus korrosionsbeständigem säurefestem Stahl oder einem sehr harten Kunststoff und ist im übrigen gemäß der genannten SE-B-445 382 ausgebildet. Der Ventilsitzring 8 kann auch aus einem Verbundwerkstoff oder aus mehreren Werkstoffen bestehen. Der Ventilsitzring 8 ähnelt im Schnitt einem "Lebewesen" mit einem langgestreckten Körper 8. Die beiden Seiten 10 sind vollständig eben und parallel. An dem zur Drossel 5 weisenden Ende des Rings hat der Körper 8 einen "Kopf" mit einer flach gerundeten Fläche 12, die die Dichtfläche des Ventilsitzes bildet, gegen die die Drossel 5 gepreßt werden kann. Von der "Hüfte" 13 des Körpers 8, d. h. vom Außenumfangsteil des Ventilsitzrings 8, verlaufen zwei Ringflansche 14 in Radialrichtung symmetrisch nach außen. Bei dem gezeigten Schnitt bilden die Flansche 14 die Beine der einem "Lebewesen" ähnlichen Figur. Auf jedem Flansch 14 verläuft eine nach außen weisende Rippe 16. Die beiden Rippen 16 werden durch Federkraft elastisch in Axialrichtung gegen die Wandungen des Schlitzes 7 gedrückt. Die Ausbildung des Ventilsitzrings 8 sowie die Wahl eines geeigneten Werkstoffs im Ring 8 gewährleisten die gewünschte Kombination aus radialer Steifigkeit, axialer Flexibilität und Dichtf ähigkeit gegen die Seiten des Schlitzes 7 in Axialrichtung. Zur Erzielung einer Dichtwirkung braucht der Ventilsitzring 8 daher nicht in Radialrichtung gegen den Boden des Schlitzes 7 gepreßt zu werden; der Schlitz 7 ist im Gegenteil so tief, daß der Ring 8 radial verschiebbar ist, d. h. der Durchmesser des Schlitzes 7 ist erheblich größer als der maximale Außendurchmesser des Ventilsitzrings 8. Lage und Form des Ventilsitzrings 8 sind daher an die Drossel 5 anpaßbar, wenn das Ventil erstmals geschlossen wird. Gleichzeitig sind die Flansche 14 derart steif bzw. unbiegsam, d. h . ihre Federkraft ist so groß, daß dadurch sichergestellt ist, daß der Ring seine Lage behält und im wesentlichen auch die Formänderung beibehält, die er beim erstmaligen Schließen erfahren hat. Insbesondere hat der Ventilsitzring 8 beim erstmaligen Schließvorgang eine elliptische Form angenommen, wie nachstehend noch eingehend erläutert wird. Ein gewisses Rückfedern aus dieser elliptischen Form des Rings zurück zur ursprünglichen Kreisform tritt zwar ein, wenn das Ventil erneut geöffnet wird, aber der Hauptanteil der Verformung, die der Ventilsitzring beim erstmaligen Schließvorgang erfahren hat, bleibt erhalten.
Der Umfang der Drossel 5 ist mit 18 bezeichnet. Eine auf dem Umfang 18 verlaufende Längsmittenlinie ist mit 19 bezeichnet. Eine mit dieser Mittenlinie 19 koinzidente Ebene definiert die vorher genannte Nullebene, die mit 20 bezeichnet ist. Im Idealfall ist die Mittenlinie 19 die Berührungslinie zwischen der Drossel und dem Ventilsitz 5, wenn dieser in Dichtkontakt mit dem Ventilsitzring 8 gebracht wird. Es ist jedoch zu beachten, daß die Berührung zwischen der Drossel und dem Ventilsitzring nicht auf einer Linie im mathematischen Sinn, sondern entlang einer schmalen Zone stattfindet. Ferner ist zu beachten, daß die Berührungslinie oder -zone nur selten auf der Mittenlinie 19 (der Nullebene 20) liegt, und zwar wegen des Einflusses von Fertigungstoleranzen, Abrieb, veränderlichen Temperaturen und dadurch hervorgerufenen Formänderungen etc. Aus diesen Gründen muß ein größerer Bereich des Umfangs 18 der Drossel genutzt werden. Dieser Bereich, der für die Dichtwirkung verwendbar ist, ist in 2 schraffiert gezeichnet und wird nachstehend als Dichtfläche 21 der Drossel bezeichnet. Die Breite der Dichtfläche 21 kann von Fall zu Fall verschieden sein. Als Regel für die Praxis gilt, daß die Breite der Dichtfläche 21 2/3 der Breite des Umfangs 18 der Drossel beträgt. Ein Grund dafür, daß der Umfang 18 der Drossel etwas breiter als die Dichtfläche 21 ist, liegt darin, daß die Außenflächen des Umfangs auf beiden Seiten der Dichtfläche 21 eine Sicherheitszone gegen eine "Überrotation" der Drossel bilden, also gegen eine Rotation der Drossel über den Sitz hinaus, wenn das Ventil geschlossen wird, was zu einem Ausfall des Ventils führen würde.
Die Form des Umfangs 18 der Drossel 5 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 4–10 näher erläutert. Wie bereits eingangs erwähnt, soll ein Drosselventil angegeben werden, das ein hohes Verhältnis zwischen dem von der Drossel auf den Sitz ausgeübten Druck und dem auf die Spindel ausgeübten Drehmoment hat; dabei soll eine elliptische Form der Berührungslinie bzw. -zone in jeder Kontaktstellung um den Umfang gegeben sein; es soll ein gleichzeitiger Dichtkontakt um den Umfang erhalten werden; und es soll möglich sein, die Geometrie in ein Computerprogramm zu übertragen, so daß der Drosselumfang computergestützt gefertigt werden kann; diese Aufgaben können durch die neue Auslegung der Drosselgeometrie gelöst werden.
9 zeigt die Symmetrieebene der Drossel 5 in einem Schnitt IX-IX von 4. 5 zeigt die Drossel in einem Axialschnitt V-V von 4 in einer Winkelstellung β = 90°; 270°, wobei der Winkel im Uhrzeigersinn von einer Vertikallinie ausgehend gezählt ist, die an einer Mittenlinie 22 senkrecht gegen die Nullebene 20 beginnt. Die 6, 7 und 8 zeigen die Schnitte in den Winkelstellungen β = 67,5°, 247,5°, β = 45°; 225° und β = 22,5°; 202,5°. Die übrigen Teile der Drosselscheibe sind invertierte Kopien der erstgenannten Teile.
Im Axialschnitt von 5 hat die Drossel ein Umfangsprofil, das durch einen Radius R definiert ist, dessen Fußpunkt auf der Mittenlinie 22 der Drossel liegt. Die Punkte x₁ und x₂ sind Schnittpunkte zwischen der Mittenlinie 19 und dem Axialschnitt. Entsprechende Punkte in dem Schnitt von 6 sind mit c₁; c₂ bzw. f₁; f₂ bezeichnet; in 7 sind sie mit b₁; b₂ bzw. g₁; g₂ bezeichnet; in 8 sind sie mit a₁; a₂ bzw. h₁; h₂ bezeichnet; und in 9 sind sie mit z bzw. y bezeichnet. In dem Schnitt von 6 hat der Umfang der Drossel oder besser ihre Erzeugende einen Krümmungsradius 1,5R; in dem Schnitt von 7 ist der Krümmungsradius 2R, in dem Schnitt von 8 ist er auf 2,5R vergrößert, und in der Symmetrieebene hat der Umfang 18 der Drossel einen Krümmungsradius 3R. Zwischen den genannten Schnitten nimmt der Krümmungsradius kontinuierlich von R im Axialschnitt (β = 90°; 270°) zum Krümmungsradius 3R in der Symmetrieebene zu, wobei β = 0°; 180° (9). In jeder gewählten Winkellage β_n zwischen 0 und 90° gilt die folgende Gleichung für die Länge des entsprechenden Radius R_n: Rn = R⋅(2 – cos2βn) (1).
Der Radius R ist durch die axiale Exzentrizität m, d. h. den Abstand zwischen der Rotationsachse 23 und der Nullebene 20, bestimmt, so daß
In der obigen Gleichung ist D₁ der Durchmesser bzw, besser die Länge der Nebenachse der Mittenlinie 19. Der Neigungswinkel α₁ zwischen dem Radius R und der Nullebene 20 ist bestimmt durch die Gleichung
In der Symmetrieebene (9) ist der Durchmesser der Drossel oder richtiger die Länge der Hauptachse mit D₅ in der Nullebene 20 bezeichnet. Der Unterschied zwischen der Hauptachse D₅ und der Nebenachse D₁ hängt von der Größe des Drosselventils ab. Bei den kleinsten Ventilen, die einen Durchmesser von ca. 75 mm haben, beträgt die Ovalität 0,5–0,6 mm, was beduetet, daß die Hauptachse D₅ um 0,5–0,6 mm größer als die Nebenachse D₁ ist. Bei den größten Ventilen mit Drosseldurchmessern in der Größenordnung von 1200 mm beträgt die Ovalität 1,5–1,6 mm. Bei Zwischengrößen nimmt die Ovalität stetig von 0,5–0,6 mm auf 1,5-1,6 mm zu.
In der Symmetrieebene (9) ist der Krümmungsradius 3R zum Punkt y unter einem Winkel α₅ zur Nullebene 20 geneigt, wobei der Winkel α₅ um nicht weniger als 8° und nicht mehr als 16° größer als der Winkel α₁ ist, während der Radius 3R zum Punkt z zur Nullebene 20 unter einem Winkel α₉ verläuft, der um nicht weniger als 8° und nicht mehr als 16° kleiner als der Winkel α₁ ist. Zwischen den Punkten z und y (0–180° bzw. 180–360°) gilt die Gleichung (4), soweit der Neigungswinkel des Krümmungsradius zur Nullebene 20 betrof fen ist. Der Winkel β_n ist wie vorher der Winkel des Schnitts in der Symmetrieebene, ausgehend vom Punkt z.
Die andere Hälfte der Drosselscheibe (180–360°) ist eine invertierte Kopie der ersten Hälfte.
Die seitliche Exzentrizität s der beschriebenen Drossel ist gemäß 10 höchstens 0,5 mm für die kleinsten Drosseldurchmesser und höchstens 3 mm für die größten Ventile. Es ist möglich, bei sämtlichen Drosseldimensionen die seitliche Exzentrizität s vollständig zu beseitigen; eine gewisse seitliche Exzentrizität, die allerdings nicht größer als die vorgenannte sein sollte, wird jedoch bevorzugt, um eine zusätzliche Garantie zu haben, daß der Kontakt zwischen der Drossel und dem Sitz nur durch gleichzeitigen Kontakt der Drossel am Ventilsitz in Umfangsrichtung beim Schließen des Ventils auftritt, und daß der Kontakt gleichzeitig unterbrochen wird, wenn das Ventil wieder geöffnet wird, nachdem der Ventilsitzring 8 sich an die Geometrie der Dichtfläche 21 bei der genannten "erstmaligen Absperrbewegung" angepaßt hat.
Sämtliche Ebenen durch eine Drossel sind bei der vorstehend beschriebenen Drosselgeometrie (1–10), parallel mit der Nullebene, elliptisch. Auch alle anderen Ebenen durch die Drossel innerhalb des Bereichs der Dichtfläche 21 der Drossel, unter Neigung zur Nullebene 20, haben eine Kontur, die einer Ellipse im mathematischen Sinn sehr weit angenähert ist. Selbst wenn die Drossel während des Schließvorgangs über die Nullebene 20 hinaus um einen bestimmten Winkel γ (2) gedreht wird, erhält man damit eine Berührungslinie bzw. -zone, die eine gewünschte Ellipsen form hat. Dank der Krümmung in der Symmetrieebene (9) ergibt sich gleichzeitig mit der Rotation entsprechend dem Winkel γ ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen dem Kontaktdruck und dem die Spindel beaufschlagenden Drehmoment.
Bei der Ausführungsform nach den 5–10 schneidet der Krümmungsradius der Drossel immer die Mittenlinie 22 der Drossel außer im Axialschnitt (5). In der Axialebene (5) liegt der Fußpunkt des Radius auf der Mittenlinie 22.
Die Ausführungsform der Drossel nach den 11–16 unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, daß die Radien R₁–R₉ in sämtlichen gezeigten Schnitten und in allen dazwischenliegenden Schnitten ihren Fußpunkt auf der Mittenlinie 22 haben. Der Radius R₁ in der Axialebene (11) ist gleich dem Radius R in der Axialebene (5) bei der vorhergehenden Ausf ührungsform. Der Krümmungsradius des Umfags der Drossel in allen anderen Schnitten, der mit der Mittenlinie 22 zusammenfällt, ist kleiner als die Krümmungsradien in den entsprechenden Schnitten der vorhergehenden Ausführungsform. Bei jedem gewählten Schnitt, wobei der Durchmesser in der Nullebene 20 D_n und der Abstand vom Fußpunkt des Radius R_n auf der Mittenlinie zur Nullebene 20 m_n ist, ist die Länge des Radius R_n durch Pythagoras gemäß dem folgenden Ausdruck bestimmt:
Im übrigen hat die Drossel die gleichen Abmessungen, Winkel α₁ – α₉, axiale Exzentrizität m_n und seitliche Exzentrizität s wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Auch die Ovalität der Drosselscheibe ist die gleiche wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Ferner wird für jede denk bare Berührungslinie bzw. -zone im Bereich der Dichtfläche 21 der Drossel eine ovale Form erhalten, die mit hoher Genauigkeit eine mathematisch definierte Ellipse ist. Ein Vorteil der Ausführungsform nach den 11–16 liegt darin, daß die Geometrie des Drosselumfangs einfacher, d. h. mathematisch exakter als bei der Ausführungsform nach den 5–9 ist und zur computergestützten Fertigung der Umfangsfläche der Drossel programmierbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß ein noch vorteilhafteres Verhältnis zwischen dem Kontaktdruck und dem die Spindel beaufschlagenden Drehmoment erhalten wird.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur zwei Beispiele der Reduktion des Grundprinzips der Erfindung für die Praxis. Selbstverständlich sind viele weitere Variationen mit kreisförmigen Krümmungen in sämtlichen Schnitten denkbar. Nichtkreisförmige Krümmungen der Umfangsfläche der Drossel in Schnittebenen, die mit der Mittenlinie 22 der Drossel zusammenfallen, können jedoch auch verwendet werden. Beispielsweise können die Krümmungslinien in der Symmetrieebene durch Evolventen, Teile von Archimedischen oder logarithmischen Spiralen, Teile von Parabeln oder Hyperbeln oder andere nichtkreisförmige Kurven definiert sein. Wenn irgendeine dieser Krümmungen in der Symmetrieebene gewählt wird, muß beim Schließen des Ventils die Krümmung in Bewegungsrichtung der Drossel in der Symmetrieebene zunehmen. Mit anderen Worten muß der Ventilsitz in der Symmetrieebene auf eine zunehmend flacher werdende Krümmung auf der Umfangsf läche der Drossel treffen, wenn das Ventil geschlossen wird. In der Axialebene ist jedoch die Krümmung auch bei diesen Ausführungsformen kreisförmig, und der Fußpunkt des Radius liegt wie vorher auf der Mittenlinie. Zwischen dem Axialschnitt und dem Symmetrieschnitt gibt es kontinuierliche Übergangsformen zwischen der kreisförmigen Krümmung und der Evolventenform, der Spiralform oder einer anderen entsprechenden Kurvenform.
Die Möglichkeit der Wahl dieser extrem komplexen Drosselgeometrien im Rahmen der Erfindung wurde nur erwähnt, um die Variationsmöglichkeiten der Erfindung aufzuzeigen, und soll keine Einschränkung der Erfindung darstellen.

Claims

Drosselventil mit einem Ventilgehäuse (1), einem Durchgang (4) für ein Fluidmedium, wobei dieser Durchgang eine erste Achse hat, einem Ventilsitz in Form eines Ventilsitzrings (8), der in einer Radialrichtung relativ zur ersten Achse in einem Schlitz (7) im Ventilgehäuse (1) verschiebbar und in dieser Radialrichtung elastisch verformbar ist, einer Drossel (5), die parallele Seiten hat und so angeordnet ist, daß sie um eine Rotationsachse (23) mittels einer Spindel (6) zwischen einer Offenstellung und einer Absperrstellung verdrehbar ist, wobei die Drossel (5) auf ihrem Umfang eine Dichtfläche (21) aufweist, die in der Absperrstellung der Drossel (5) gegen den Ventilsitzring (8) gepreßt ist, und Mitteln (14) zum Halten des Ventilsitzrings (8) in seiner Lage im Schlitz (7), wenn die Drossel (5) aus der Absperrstellung in die Offenstellung gedreht wird, und zum gleichzeitigen Beibehalten der Form, die der Ventilsitzring (8) beim erstmaligen Schließen der Drossel (5) durch Anpassung an die Dichtfläche (21) der Drossel (5) angenommen hat, wobei Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und einer ersten Schnittebene durch die Drossel (5), die mit einer Mittenlinie (22) koinzident ist und senkrecht zu einer Symmetrieebene durch die Drossel (5) verläuft, aus Kreisbogen bestehen, die einen ersten Radius (R) haben, dessen Fußpunkt auf der Mittenlinie (22) liegt, und eine Dichtkontaktzone zwischen dem Ventilsitzring (8) und der Dichtfläche (21) der Drossel (5) eine ovale Form aufweist, wobei die Umfangslinie der Drossel (5), die in der Nullebene (20) liegt, welche eine zu den parallelen Seiten der Drossel (5) parallele Ebene ist, die Form einer Ellipse aufweist, und eine Hauptachse der Ellipse mit der Symmetrieebene durch die Drossel (5) zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Dichtfläche (21) sämtliche Umfangslinien der Drossel (5), die in Ebenen parallel zur Nullebene (20) liegen, jeweils die Form einer Ellipse mit einer Ovalität zwischen 0,5 und 1,6 mm aufweisen, und dass Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und sämtlichen weiteren Schnittebenen, die mit der zu den parallelen Seiten der Drossel (5) senkrechten Mittenlinie (22) der Drossel (5) koinzident sind, Kurven bilden, deren Krümmung von dem ersten Radius (R) in der ersten Schnittebene verschieden sind.
Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Rotationsachse (23) stehende Achse (22) um einen Abstand (s) gegenüber der Rotationsachse (23) verschoben ist.
Drosselventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven, deren Krümmungen von dem ersten Radius (R) in der ersten Schnittebene verschieden sind, Evolventenkurven, Teile von Archimedes-Spiralen, Teile von logarithmischen Spiralen, Teile von Parabeln oder Hyperbeln oder Übergangsformen zwischen Kreisbogen und nichtkreisförmigen Kurven sind.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven, deren Krümmungen von dem ersten Radius (R) in der ersten Schnittebene verschieden sind, aus Kreisbogen mit Radien bestehen, die größer als der Radius (R) sind.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radius zu einem ersten (y) der beiden Schnittpunkte (z, y) zwischen einer Umfangsmittenlinie (19) des Umfangs der Drossel (5) und den Schnittlinien zwischen dem Umfang (18) und der Symmetrieebene einen ersten Winkel (α₅) zu der Nullebene (20) bildet, wobei der Winkel (α₅) um wenigstens 8° und nicht mehr als 16° größer als ein Winkel (α₁) zwischen dem Radius (R) und einem der entsprechenden Schnittpunkte in einem zur Symmetrieebene senkrechten Axialschnitt ist, und daß ein Radius zu dem zweiten (z) der beiden Schnittpunkte (z, y) einen zweiten Winkel (α₉) zu der Nullebene bildet, wobei dieser zweite Winkel (α₉) um wenigstens 8° und nicht mehr als 16° kleiner als der Winkel (α₁) ist.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigungswinkel (α_n) eines Krümmungsradius zu der Nullebene kontinuierlich auf einer Hälfte der Drossel von dem Winkel (α₁) zu dem ersten Winkel (α₅) hin zunimmt, während auf der entsprechenden anderen Hälfte der Drossel dieser Winkel (α_n) von dem Winkel (α₁) zum zweiten Winkel (α₉) hin abnimmt.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Gleichung für den Neigungswinkel (α_n) des Krümmungsradius zur Nullebene zwischen den beiden Schnittpunkten gilt:
wobei β_n ein Winkel zwischen einem in Frage kommenden Schnitt und der Symmetrieebene, ausgehend von dem zweiten Schnittpunkt (z), ist.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und den übrigen Schnittebenen kontinuierlich von der ersten Schnittebene zur Symmetrieebene hin abnimmt.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und der Symmetrieebene Krümmungsradien haben, die wenigstens zweimal so groß wie der erste Radius (R), aber kleiner als unendlich sind.
Drosselventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien in der Symmetrieebene zwischen dem 2- und dem 4-fachen des ersten Radius (R) liegen.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Krümmungsradius (R₉) zu dem zweiten (z) der zwei Schnittpunkten (z, y) kleiner als der erste Radius (R) ist und daß ein Krümmungsradius (R₅) zu dem ersten (y) der beiden Schnittpunkte (z, y) größer als der erste Radius (R), aber kleiner als das 2-fache des ersten Radius (R) ist.
Drosselventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Schnittlinien auf der Hälfte des Umfangs der Drossel, auf der der zweite (z) der beiden Schnittpunkte (z, y) liegt, kontinuierlich von der ersten Schnittebene zu der Symmetrieebene hin zunimmt, während die Krümmung der Schnittlinien auf der anderen Hälfte der Drossel, auf der der erste (y) der beiden Schnittpunkte (z, y) liegt, kontinuierlich von der ersten Schnittebene zu der Symmetrieebene hin abnimmt.
Drosselventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der Schnittlinien in den übrigen Schnittebenen ihren Fußpunkt auf der Mittenlinie (22) der Drossel (5) haben und die Länge des Krümmungsradius R_n durch die folgende Gleichung bestimmt ist:
wobei D_n der Durchmesser in der Nullebene und m_n die Entfernung vom Fußpunkt des Radius R_n zu der Nullebene auf der Mittenlinie ist.
Drosselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und den übrigen Schnittebenen aus Kreisbogen bestehen.
Drosselventil nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien zwischen der Dichtfläche (21) und der Symmetrieebene aus nichtkreisförmigen Kurven bestehen, die Evolventenkurven, Teile von Archimedes-Spiralen, Teile von logarithmischen Spiralen, Teile von Parabeln oder Teile von Hyperbeln sind; wobei die Krümmungen der Schnittlinien, die in die Richtung abnehmen, in die sich der Ventilsitz (8) relativ zu der Drossel (5) bei einer Schließbewegung bewegt, mit den übrigen Ebenen Übergangsformen zwischen Kreisbogen und nichtkreisförmigen Kurven umfassen.