DE3844316C2 - Dichtungsvorrichtung für ein Drosselklappenventil mit einer in der Zufluß- und Abflußrichtung wirksamen Druckkontaktabdichtung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung =1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvor­ richtung für ein Drosselklappenventil, bei dem die geneigt zu ihrer Schwenkachse ausgerichtete Drosselklappe mit einer in radialer Richtung offenen Umfangsnut versehen ist, in der radial verschieblich ein über den Durchmesser der Drosselklappe hinausragender metallischer Dichtring gelagert ist, der bei geschlossenem Ventil in seiner Radialrichtung dicht an einer der Schrägstellung der Drosselklappe zur Schwenkachse angepaßten Dichtfläche eines fest an der Innenwand des Ventil- Durchflußkanals angeordneten Ventilsitzes anliegt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Eine solche Dichtungsvorrichtung ist aus der DE-OS 19 55 707 bekannt.

Die üblichen Drosselklappenventile dieser Art haben eine Kon­ struktion, bei der die Abdichtung durch einen Druckkontakt zwischen dem äußeren Umfang des beweglichen Ventilteils und der aufnehmenden Fläche des Sitzmetalls, die an der inneren Wand des Ventilgehäuses angeordnet ist, vorzugsweise in der Richtung des positiven dynamischen Drucks wirksam ist.

Bei jener vorbekannten Dichteinrichtung eines Drosselklappen­ ventils ist der verschiebbare Dichtring der Drosselklappe in der ihn lagernden Umfangsnut nicht durch zusätzliche Federmittel nach radial außen gespannt. Insbesondere der Dichtdruck des Dichtringes richtet sich dort nicht nach dem an der Drossel­ klappe anstehenden Fluiddruck bzw. der dortigen Fluiddruck­ differenz.

Bei einer wie oben angegebenen Ventilkonstruktion ist jedoch nicht nur die Abdichtwirkung in der Richtung des positiven dynamischen Drucks unzureichend, sondern die Abdichtung in der Richtung des negativen dynamischen Drucks ist kaum zuverlässig. So ist es wahrscheinlich, daß konventionelle Drosselklappen­ ventile an Leckproblemen leiden, was somit erhebliche Wartungs­ kosten, Reparaturarbeiten und Zeitaufwand erfordert mit dem zusätzlichen Nachteil, daß gleichzeitig Einwegventile oder andere Ventilvorrichtungen in dem Fall verwendet werden müssen, wo eine Flußschleife in der Leitungsanordnung gebildet wird, was zu zusätzlichen Anlagekosten führt.

Aus der US 32 82 558 ist ein Drosselklappenventil mit Dichtring aus Metall bekannt. Bei dem Drosselklappenventil nach US 32 82 558 ist allerdings gegenüber dem in der eingangs genannten Dichtungsvorrichtung verwendeten Ventil die Drosselklappen­ lagerung andersartig, und es besitzt insbesondere überhaupt keine Umlaufnut mit einem radial beweglichen Dichtring. Den erforderlichen Dichtring entsprechend der US 32 82 558 in das Ventilgehäuse anstatt, wie eingangs beschrieben, in die beweg­ liche Drosselklappe zu legen, führt zu einem wesentlich kom­ plizierteren Ventilaufbau. Während der Einbau von Federelementen zum Spannen des Dichtringes in einer Ringnut der Drosselklappe zusammen mit demjenigen des Dichtringes erfolgen kann, müssen bei dem Vorsehen des Dichtringes in dem Gehäuse in der Art nach US 32 82 558 zusätzliche Befestigungen wie beispielsweise Spannringe eingesetzt werden. Dadurch wird die Fertigung des Ventilgehäuses erschwert und damit verteuert.

Bei der Einrichtung nach US 32 82 558 ist der in dem Gehäuse gelagerte Dichtring auch nicht durch ein Federelement radial gespannt. Ein Spannen tritt vielmehr erst durch das Anliegen eines Fluiddruckes an dem dortigen U-förmigen Spannring auf. Desweiteren ist die Dichtfläche der dortigen Gehäusedichtung nicht abgerundet, wodurch bei hoher Druckdifferenz an der Drosselklappe eine sichere Dichtung nicht mehr gewährleistet ist.

Die US 36 42 248 zeigt eine Dichtungsvorrichtung, bei der keine Spanneinrichtung für den Dichtring einer Drosselklappe vor­ gesehen ist, und bei der der an der Drosselklappe anliegende Fluiddruck bzw. die dort herrschende Fluiddruckdifferenz nicht dichtungserhöhend wirkt, insbesondere nicht unabhängig davon, auf welcher Seite der Drosselklappe der höhere Fluiddruck an­ steht.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dichtvorrichtung für ein Drosselklappenventil der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der den herkömmlichen Dros­ selklappenventilen anhaftende Nachteile eliminiert sind und eine hohe Dichtleistung in den Richtungen des positiven und des negativen dynamischen Drucks erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dichtring eine im Querschnitt konvex gekrümmte Außenumfangs­ fläche aufweist und radial von zwei in der Umfangsnut axial nebeneinander liegenden auf dem Grund der Umfangsnut und an der inneren Umfangsfläche des Dichtrings anliegenden Federringen elastisch abgestützt ist, wobei es sich bei jedem der beiden aus federnd wirkendem Metall bestehenden Federringe um ein längs seiner gesamten Umfangslänge an der oberen oder unteren Seite geschlitztes ringförmiges Rohr mit C-förmigem Querschnitt handelt und die Federringe derart angeordnet sind, daß ihre umlaufenden Schlitze jeweils axial außen auf der der Berührungsebene zwischen den beiden Federringen abgewandten Seite liegen.

Durch den Einsatz zweier im Querschnitt C-förmiger Federringe und deren Ausrichtung in einer solchen Art, daß sie sowohl stromauf als auch stromab der Drosselklappe spannungserhöhend fluidbeaufschlagt sind, kann eine bisher unerreichte Dicht­ wirkung der Dichtringe erzielt werden. Dabei ist die abgerundete Außendichtfläche des Dichtringes von erheblicher Bedeutung. Denn sie ist Voraussetzung dafür, daß bei stromauf und stromab der Drosselklappe fluidbedingt unterschiedlich stark spannenden Federringen der Dichtring auf seiner gerundeten Dichtfläche ohne Beeinflussung seiner Dichtfunktion an der Gegendichtfläche abrollen kann. Wichtig ist auch, daß die Federringe tatsächlich aus metallischem federnd wirkenden Metall bestehen, damit auch bei geringem Fluiddruck eine ausreichende Dichtfunktion sicher gewährleistet ist, so daß der Fluiddruckwirkung nur die Funktion einer Dichtungserhöhung bei sich erhöhendem Fluiddruck bzw. einer an der Drosselklappe sich erhöhenden Fluiddruckdifferenz zukommt.

Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Ein­ zelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kom­ bination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen wesentlichen Teil einer Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einem Querschnitt.

Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Drosselklappenventils, bei dem die Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung eingebaut ist.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt des Drosselklappenventils der Fig. 2.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die zwei ringförmigen Federringe mit C-förmigem Querschnitt können in der Umfangsnut der Drosselklappe derart angeordnet sein, daß deren Schlitze einander gegenüberliegend relativ zu­ einander nach außen weisen, so daß das Einstellen der Drossel­ klappe in einer neutralen Stellung an der Sitzfläche durch ein Gegeneinanderwirken zwischen den Druckkraftkomponenten in der Zuflußrichtung und der Abflußrichtung erleichtert wird.

Es ist möglich, innerhalb jedes Federrings mit C-förmigem Querschnitt eine federnde Vorrichtung anzuordnen, die beispiels­ weise aus einem geformten Metall usw. hergestellt ist, und Abmessungen aufweist, die der Größe des Drosselklappenventils und jeder erforderlichen spezifischen Bedingung entsprechen, um die Druckfestigkeit der Ringe zu unterstützen.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand einer spe­ ziellen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Ein in den Fig. 2 und 3 gezeigtes Drosselklappenventil (Schmetterlingsventil) mit einer Dichtungsvorrichtung oder Dichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Drosselklappe A, die so angeordnet ist, daß sie das Öffnen und Schließen des Strömungswegs für ein Fluid durch Drehen um eine vertikale tragende Welle ausführt, und aus einem Ventilgehäuse B, das das Ventilteil aufnimmt. Die Drehung der tragenden Welle 9a, 9b wird durch eine Ventilbetätigungswelle 7 bewirkt, die in Eingriff mit einem Untersetzungsgetriebe 6 wie bei üblichen Drosselklappenventilen angeordnet ist. Die innere Wand des Ventilgehäuses B wird von einem Auflagemetall oder metallischen Ventilsitz 3 in Form eines Streifens umgeben, der eine konstante seitliche Breite hat und in einer zum Vertikal­ schnitt des Ventilgehäuses um einen Winkel Ra (= R) geneigten Ebene verläuft, wobei seine Auflagefläche oder Sitzfläche 3a zur Aufnahme des Umfangsrands der Drosselklappe A relativ zur Arbeitungsrichtung des Ventilgehäuses B unter demselben Winkel R (= Ra) über die gesamte Streifenlänge geneigt verläuft.

Wie in Fig. 1 in einem vergrößerten Teilschnitt gezeigt ist, ist in der Drosselklappe A eine Umfangsnut 1 auf deren gesamtem Umfang gebildet, in der ein metallischer Dichtring 2 mit einer abgerundeten äußeren Umfangsfläche 2a selbstausrichtend einge­ setzt ist, derart, daß eine kleine federnde radiale Verlagerung ermöglicht wird, die durch zwei Federringe 5a und 5b unter­ stützt wird, die parallel zwischen dem Boden der Umfangsnut 1 der Drosselklappe A und dem inneren Umfang des Dichtrings 2 zu dessen Abstützung angeordnet sind. Nach dem Einsetzen der Fed­ erringe und des metallischen Dichtrings in die Aussparung der Umfangsnut 1 wird ein Anschlagring 8 als Nutflanke an der Dros­ selklappe durch Schrauben 4 befestigt, um die Nut 1 zu bilden. Die zwei im Querschnitt C-förmigen Federringe 5a und 5b sind parallel zueinander am Boden der Umfangsnut 1 vorzugsweise derart angeordnet, daß jeder Längsschlitz zu einer Seitenwand der Nut 1 weist, es sind nämlich die Schlitze nach entgegenge­ setzten Seiten voneinander weg nach außen gerichtet, derart, daß jeder Schlitz entweder einem positiven oder negativen dynamischen Druck zugewandt ist, um das Einstellen der Drossel­ klappe in einer neutralen Stellung an dem metallischen Ventil­ sitz durch ein Zusammenwirken zwischen der Druckkraft in der Zuflußrichtung und der Abflußrichtung zu erleichtern.

Der Grund dafür, daß eine hohe Abdichtwirkung sowohl in der Zuflußrichtung als auch in der Abflußrichtung des Ventils durch die neue Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung erreicht wird, mag in folgendem liegen:

Falls der dynamische Druck, der auf jede der beiden Seiten der Drosselklappe einwirkt, ansteigt, wird die von dem entsprechen­ den Federring 5a oder 5b verursachte Stützkraft an dieser Seite durch das Einströmen des Fluids in diesen Federring durch dessen Schlitz hinein vergrößert werden, was dazu führt, daß ein Gleichgewicht zwischen dem Druck und der Stützkraft gebildet wird. Wenn die Drosselklappe A in der Schließstellung ist, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Einstellen des metallischen Dichtrings 2 an der Auflagefläche des Ventilsitzes 3 in der neutralen Stellung, in der die Mittellinien (O2 und O1) des Dichtrings 2 und des Ventilsitzes 3 miteinander zusammenfallen, spontan erleichtert durch ein Gleichgewicht zwischen dem auf die Drosselklappe ausgeübten Fluiddruck, wie er durch den Pfeil (a) oder (b) dargestellt wird, und der federnden Stützkraft, die durch einen der beiden Federringe 5a oder 5b erzeugt wird, wodurch stets eine zuverlässige Abdichtung erreicht wird.

Wie oben erläutert wurde, bietet die neuartige Abdichtungsvor­ richtung für ein Drosselklappenventil gemäß der Erfindung einen hochwirksamen Abdichtungseffekt durch das Erleichtern der gleitenden Einstellung des Umfangsrands des Dichtrings der Drosselklappe in der neutralen Stellung an der Auflagefläche des Ventilsitzes durch ein spontanes Gleichgewicht zwischen dem Fluiddruck und der Stützkraft oder Druckkraft der Federringe, die durch einen synergistischen Effekt der eigentlichen elasti­ schen Reaktionskraft des rohrförmigen Federrings und der Kraft, die diesen zum Anschwellen bringt und die auf dem Einströmen des Fluids in diesen hinein beim Ansteigen des Fluiddrucks beruht. Durch Einbau von zwei rohrförmigen Federringen zum Abstützen des Dichtrings kann eine vollständig wasserdichte Abdichtung erreicht werden, ungeachtet des positiven oder nega­ tiven dynamischen Flüssigkeitsdrucks.

Somit kann durch die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung eine beträchtliche Zunahme der Dichtungswirkung eines Drossel­ klappenventils im Vergleich zu bekannten Drosselklappenventilen erreicht werden.

Claims (2)

1. Dichtungsvorrichtung für ein Drosselklappenventil, bei dem die geneigt zu ihrer Schwenkachse ausgerichtete Drosselklappe (A) mit einer in radialer Richtung offenen Umfangsnut (1) versehen ist, in der radial verschieblich ein über den Durchmesser der Drosselklappe (A) hinausragender metallischer Dichtring (2) gelagert ist, der bei geschlossenem Ventil in seiner Radialrichtung dicht an einer der Schrägstellung der Drosselklappe (A) zur Schwenkachse angepaßten Dichtfläche (3a) eines fest an der Innenwand des Ventil-Durchflußkanals angeordneten Ventilsitzes (3) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (2) eine im Querschnitt konvex gekrümmte Außenumfangsfläche (2a) aufweist und radial von zwei in der Umfangsnut (1) axial nebeneinander liegenden auf dem Grund der Umfangsnut (1) und an der inneren Umfangsfläche des Dichtrings (2) anliegenden Federringen (5a, 5b) elastisch abgestützt ist, wobei es sich bei jedem der beiden aus federnd wirkendem Metall bestehenden Federringe (5a, 5b) um ein längs seiner gesamten Umfangslänge an der oberen oder unteren Seite geschlitztes ringförmiges Rohr mit C-förmigem Querschnitt handelt und die Federringe (5a, 5b) derart angeordnet sind, daß ihre umlaufenden Schlitze jeweils axial außen auf der der Berührungsebene (O2) zwischen den beiden Federringen (5a, 5b) abgewandten Seite liegen.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnde Vorrichtung bei Bedarf innerhalb jedes Feder­ ringes (5a, 5b) mit C-förmigem Querschnitt eingebaut ist, um die von den Ringen ausgehende Druckspannung zu vergrößern.