DE3926510C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperrklappe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Absperrklappen werden vermehrt für den Einsatz in höheren Druck- und Temperaturbereichen verwendet, die den Einbau von Elastomerdichtungen nicht mehr erlauben, sondern Metalldichtungen verlangen. Zur Erzielung einer hohen Dichtqualität wird für metallische Dichtungen ein kegeliger Sitz zwischen Klappenscheibe und Klappensitz angestrebt. Die bekannten einfach- und doppelt­ exzentrischen Klappen dichten durch Einpressung der Dichtung der Klappenschei­ be in den Klappensitz und lassen allenfalls einen kleinen Sitzkonus zu. Eine Klappe dieser Bauart neigt aber wegen der auftretenden Reibung zu schnellem Verschleiß und birgt zudem für metallische Dichtungen die Gefahr des Festklem­ mens bei zu starkem Schließen oder bei Temperaturänderungen.

Für eine vollständige Abdichtung von Rohrleitungen innerhalb von Anlagen wer­ den folglich Absperrklappen in trizentrischer Bauart verwendet, die durch An­ legen der Klappenscheibe an den Sitz schließen. Das Dichtschließen der Klap­ penscheibe wird so ohne Reiben und Klemmen möglich und die versetzte Sitzkonu­ sachse erlaubt den Einbau eines großen Sitzkonuswinkels. Die trizentrische Bauart einer Absperrklappe verlangt jedoch eine aufwendige feinmechanische Herstellung der einzelnen Klappenteile und eine genaue Justierung der Klappen­ scheibe zum Sitz. Aber auch bei einer korrekt installierten Absperrklappe in trizentrischer Bauart ergeben sich unter Betriebsdruck und Temperaturänderungen stets geringfügige Dejustierungen, die eine vollständige Abdichtfunktion bei häufiger Betätigung nicht mehr gewährleisten. Wie bei einer Beschädigung der Absperrklappe kann es so zu einem ungewollten Durchtritt des Fördermediums kommen.

Aus der EP 03 20 490 ist ein gattungsgemäßes Absperrorgan bekannt, bei dem der Klappenkörper von einer Ventilklappe gebildet wird, die in einer Ringscheibe axial verschiebbar geführt ist. Die Ringscheibe sitzt dabei mit zwei rückseitigen Loslagern auf einer Antriebswelle, welche das Gehäuse quer durchsetzt und doppelt exzentrisch verläuft. Im Gehäuseinneren sitzt ein selbsthemmendes Getriebe, mit dem die Ventilklappe unter Führung durch die Ringscheibe verschiebbar gelagert ist. Ein derartiger Aufbau des Absperrorgans ist nicht nur konstruktiv aufwendig, sondern auch wartungsanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Absperrklappe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und dabei reibungs- und verschließfrei in höheren Temperatur- und Druckbereichen abdichtet.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird eine dichtschließende Absperrklappe geschaffen, bei der das Schließen von Rohrleitungen durch Anlegen des Klappenkörpers an den Klappensitz über eine Kombination von Schwenk- und Translationsbewegung des Klappenkörpers erfolgt. Mittels Schwenken eines einfachexzentrisch zu einer zentrischen Wellenachse gelagerten Klappenkörpers wird dieser aus einer Öffnungsstellung in eine die Schließstellung vorbereitende Position bewegt, in der der Klappenkörper parallel und mit axialem Abstand zum im Gehäuse eingebauten Klappensitz ausgerichtet ist. Eine anschließende translatorische Bewegung des in eine solche Stellung gebrachten Klappenkörpers ermöglicht eine geradlinige und senkrecht zum Klappensitz ausführbare Längsverschiebung des Klappenkörpers nach Art eines Ventils, wodurch der Klappenkörper je nach Bewegungsrichtung entweder auf den Klappensitz gedrückt oder von diesem gelöst wird. Dabei wird durch die translatorische und damit parallele Bewegung zum Klappensitz ein gleichmäßiger Anpreßdruck von dem Klappenkörper auf den Klappensitz ausgeübt. Eine solche Absperrklappe arbeitet nicht nur reibungsfrei sondern auch verklemmungs- und verschleißfrei und gewährleistet ein am gesamten Umfang des Klappenkörpers gleichmäßiges Anlegen des Klappensitzes in geschlossener Stellung. Des weiteren wird die Wahl des Werkstoffes für Gehäuse, Klappenkörper und Sitzring nicht mehr von der Bauart bestimmt, sondern kann sich nach dem jeweiligen Einsatzbereich der Absperrklappe richten. Eine derartige Absperrklappe ist unter höchsten technischen Anforderungen einsetzbar.

Die Exzenterscheibe kann um eine in der Symmetrieebene und senkrecht zur Längserstreckung der Bohrung des Gehäuses gelagerte Vollwelle angeordnet sein, und zwar mit einer Exzentrizität e senkrecht zur Wellenachse und damit auch senkrecht zum Klappensitz. Bei Drehung der Vollwel­ le bewegt sich folglich die Exzenterscheibe mit, wobei die Mittelachse der Exzenterscheibe sich auf einer Kreisbahn, die einen mit der Exzentrizität e übereinstimmenden Radius aufweist, um die Schwenkachse A der Vollachse dreht. Eine Drehbewegung der Vollwelle wird so in eine translatorische Bewegung des auf der Exzenterscheibe gelagerten Führungskissens umgewandelt. Die Exzenterscheibe kann dabei über eine Zweipunktauflage in einer Exzenter­ bohrung des Führungskissens eine derartige Übertragung des Drehmomentes bewirken.

Die Größe der Exzentrizität e kann je nach gewünschter Weglänge der axialen Längsverschiebung der Absperrklappe und in Abhängigkeit von Bauart und Verwen­ dung derselben gewählt werden.

Zum Schwenken des Klappenkörpers kann das Führungskissen an einer konzentrisch zur Vollwelle angeordneten Hohlwelle mit einer Bewegungsfreiheit zur Ausfüh­ rung der translatorischen Bewegung angeflanscht sein. Beide Wellen können in einer Wellendurchführung des Gehäuses gelagert sein und mittels Drehgriff oder automatischem Antrieb aufeinander abgestimmt betätigt werden. Für die nachein­ ander durchzuführenden Bewegungsarten kann somit die Welle aus zwei Teilwellen bestehen.

Zur Erhöhung der Dichtqualität kann der Klappenkörper mit einem Klappenkegel ausgebildet sein, der je nach Bauart verschiedene Kegelwinkel haben kann und ein dichtes Aufsetzen durch eine einwandfreie Führung und Zentrierung in einen Klappensitzkonus bis hin zu großen Sitzkonuswinkeln erlaubt.

Die Absperrklappe kann mit einer universellen Dichtung für alle Anwendungen ausgestattet sein und ist insbesondere ideal für metallische Dichtungen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nach­ folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Absperrklappe,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt der Absperrklappe in Öffnungsstellung,

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt der Absperrklappe in einer die Schließ­ stellung vorbereitenden Position,

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt der Absperrklappe in Schließstellung.

Fig. 1 zeigt eine Absperrklappe, insbesondere für den Einsatz in höheren Druck- und Temperaturbereichen oder unter extremen Beanspruchungen, mit einem rohrförmigen Gehäuse 1, das an seinen Enden mittels Flanschen, Muffen oder Ge­ windemuffen an Rohrleitungen innerhalb von flüssigen oder gasförmigen Medien führenden Anlagen angeschlossen oder bei Hochdruckleitungen auch angeschweißt sein kann. Eine zentrale Bohrung 2 führt in Längsrichtung durch das Gehäuse 1. Quer zur Bohrung 2 weist das Gehäuse 1 kopf- und bodenseitig jeweils einen mittig angeordneten Kappenhals 3, 4 auf. In jedem Kappenhals 3, 4 ist eine Wellendurchführung vorgesehen, die eine die Bohrung 2 durchquerende Wel­ leneinrichtung drehbeweglich aufnimmt. Die Welleneinrichtung umfaßt eine Voll­ welle 5 und eine konzentrisch zu dieser angeordnete Hohlwelle 6, die um eine in der Symmetrieebene und senkrecht zur Längserstreckung der Bohrung 2 ausgerichtete Schwenkachse A drehbar sind.

An einem über die Mittelachse der Bohrung 2 sich erstreckenden Abschnitt der Vollwelle 5 ist eine Exzenterscheibe 7 befestigt oder kann, wie hier darge­ stellt, auch einstückig mit der Vollwelle 5 ausgebildet sein. Diese Exzen­ terscheibe 7 besitzt eine Mittelpunktssenkrechte, die parallel zur Schwenkach­ se A liegt und von dieser einen seitlichen Abstand besitzt, der eine Exzentrizität e senkrecht zur Schwenkachse bestimmt. Die Größe der Exzentrizität e beträgt einige Millimeter, kann aber auch Werte im Zentimeterbereich annehmen.

Auf der Exzenterscheibe 7 ist ein Führungskissen 8 gelagert, das einen paral­ lel zur Schwenkachse A versetzten Klappenkörper 9 (vgl. Fig. 2) trägt. Diese Lagerung erfolgt in einer in dem Führungskissen 8 vorgesehenen Exzenterbohrung 10 in Form eines Langloches mit einer Breite für eine Aufnahme der Exzenter­ scheibe 7 ohne Spiel in dieser Richtung. Die Lage des Führungskissens 8 auf der Exzenterscheibe 7 ist festgelegt in der Ebene senkrecht zur Schwenkachse A, und zwar mit einer Bewegungsfreiheit zur Ausführung einer Längsbewegung des Führungskissens 8 in dieser Ebene bei Betätigung der Exzenterscheibe 7. Diese Lagefixierung erfolgt über ein Anflanschen des Führungskissens 8 an Flansche 11, 12 der Hohlwelle 6, die an Enden des Führungskissens 8 befestigt sind. Bei einer auf die Hohlwelle 6 ausgeübten Drehbewegung wird so das Führungskissen 8 mitgedreht und der Klappenkörper 9 in der Bohrung 2 geschwenkt. Damit das Füh­ rungskissen 8 gegenüber den Flanschen 11, 12 eine Bewegungsfreiheit in einer Längsrichtung senkrecht zur Schwenkachse A behält, sind das Führungskissen 8 und die Flansche 11, 12 über Stifte 13, 14 aneinander befestigt, die mittels in dem Führungskissen 8 vorgesehenen Langlöchern 15, 16, das Führungskissen in Richtung der gewünschten Bewegungsfreiheit halten. Dabei ist die Richtung der gewünschten Bewegungsfreiheit die Richtung, bezüglich der die Exzenterscheibe 7 in der Exzenterbohrung 10 kein Spiel besitzt. Das Langloch der Exzenterboh­ rung 10 erstreckt sich folglich senkrecht zu den Langlöchern 15, 16.

Die Richtung der Bewegungsfreiheit in der Ebene senkrecht zur Schwenkachse A ist in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Klappenkörpers 9 zum Führungskis­ sen 8 festzulegen. Der Klappenkörper 9 ist als Scheibe oder Kegel ausgebildet, die eine Klappenschließebene senkrecht zur Scheiben- oder Kegelachse definie­ ren. Die Richtung der Bewegungsfreiheit des Führungskissens 8 wird dann so ge­ wählt, daß der Klappenkörper 9 mit seiner Schließebene geradlinig und parallel der Schwenkachse A längsverschieblich ist. Liegt, wie in Fig. 1 dargestellt, die Schwenkachse A senkrecht zur Längsachse der Bohrung 2 und verläuft die Schließebene des Klappenkörpers 9 parallel zur Schwenkachse A, so wird durch Betätigung der Hohlwelle 6 der Klappenkörper 9 zunächst in der Bohrung 2 ge­ schwenkt und danach durch Betätigung der Vollwelle 5 eine geradlinige transla­ torische Bewegung längs der Bohrung 2 nach Art eines Ventils in oder aus einer Schließstellung bewegt. Der Klappenkörper 9 legt sich dicht auf einen Klappen­ sitz 17 (vgl. Fig. 2), der die Bohrung 2 umgibt. Der Klappensitz 17 begrenzt die zylindrische Wand des Gehäuses 1 und besteht aus einem fest mit dem Gehäu­ se 1 verbundenen Ring. Für eine gleichmäßige Auflage des Klappenkörpers 9 an dem Klappensitz 17 in der geschlossenen Klappenstellung ist der Klappensitz 17 mit einem Sitzkonus ausgebildet. Der Klappenkörper 9 ist zum dichten Anlegen entlang seiner Umfangsfläche mit einem an den Klappensitz 17 angepaßten Klap­ penkegel (vgl. Fig. 2) ausgebildet, der in einen kraft- und formschlüssigen Eingriff mit dem Klappensitz 17 preßbar ist. Als Materialien für den Klappen­ sitz 17 sind Polymer-Materialien, Metalle oder Oxidkeramiken geeignet. Der Klappenkörper 9 besteht aus Metall oder einer Metallegierung. Für den Einsatz in hohen Druck- und Temperaturbereichen kann der Klappenkörper entlang seiner Umfangsfläche einen Dichtring aus einer Oxidkeramik aufweisen, während der Klappensitz aus einem weicheren Material, insbesondere Metall, besteht.

Die Betriebsweise der Absperrklappe wird nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Absperrklappe in der Öffnungsstellung. Der Klappenkörper 9 ist in Längsrichtung der Bohrung 2 ausgerichtet, wobei die vom Klappenkörper 9 gebildete Schließebene parallel der Mittelachse der Bohrung 2 und senkrecht zur dargestellten Schnittebene verläuft. Des weiteren liegt die Exzentrizität e entlang der Mittelachse der Bohrung 2 und damit parallel der Schließebene des Klappenkörpers 9, so daß sich der Klappenkörper 9 in einer bezüglich seiner Längsverschieblichkeit zurückgezogenen Stellung (Grundstellung) befindet. Durch Betätigung der Hohlwelle 6 wird das angeflanschte Führungskissen 8 zu­ sammen mit dem Klappenkörper 9 um 90° geschwenkt, wobei der Klappenkörper 9 entlang dem durch die Pfeile B angedeuteten Kreisbogen läuft. Der Klappen­ körper 9 muß folglich in der Grundstellung soweit zur Mittelachse der Bohrung 2 zurückgezogen sein, daß ein Anschlagen des Klappenkörpers 9 an den Klappen­ sitz 17 vermieden wird. Dies kann einerseits durch eine ausreichende Längsver­ schiebbarkeit des Führungskissens 8 oder eine entsprechend seitlich zur Schwenkachse A versetzte Befestigung des Klappenkörpers 9 an dem Führungskis­ sen 8 erreicht werden. Nach Beendigung dieses Schwenkvorganges befindet sich der Klappenkörper 9 in einer die Schließstellung vorbereitenden Position, die in Fig. 3 dargestellt ist. Damit diese Schwenkbewegung die Stellung der Ex­ zentrizität e gegenüber der Schließebene nicht verändert, wird die auf die Hohlwelle 6 wirkende Drehbewegung auch auf die Vollwelle 5 ausgeübt. Der Klap­ penkörper 9 wird folglich in einem ersten Schließschritt lediglich geschwenkt.

Gemäß Fig. 3 steht der Klappenkörper 9 in der die Schließstellung vorberei­ tenden Position mit seiner Schließebene parallel einer durch den Klappensitz definierten Schließebene. Für ein dichtes Aufsetzen des beweglichen Klappen­ körpers 9 auf den Klappensitz 17 ist der Klappenkörper 9 nunmehr geradlinig und senkrecht zu den vorgenannten Schließebenen zu bewegen, wie dies durch die Pfeilrichtung C angegeben ist. Eine derartige Längsverschiebung wird durch al­ leinige Betätigung der Vollwelle 5 erreicht, indem die Exzenterscheibe 7 der­ art um 90° gedreht wird, daß die Exzentrizität e in den Abschnitt zwischen Schwenkachse A und Klappenkörper 9 bewegt wird, so daß das Führungskissen 8 eine translatorische Bewegung in Richtung auf den Klappensitz 17 ausführt. Ist die Exzentrizität e mit der Mittelachse der Bohrung 2 ausgerichtet, so ist die größtmögliche Längsverschiebung des Klappenkörpers 9 erreicht, so daß die Schließstellung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, erreicht ist.

Zum Öffnen sind die vorstehenden Schritte in umgekehrter Reihenfolge zu durch­ laufen.

Eine derartige Absperrklappe kann für einen Durchlaß in beiden Richtungen ver­ wendet werden und gewährleistet so eine dichte Absperrung auch bei wechselnden Strömungsrichtungen des Fördermediums.

Claims (9)

1. Absperrklappe mit einem Gehäuse mit einer durchgehenden Bohrung und mit einem quer zur Bohrung um eine zentrische Welle schwenkbaren Klappenkörper, der mit einem das Gehäuse gegenüber der Bohrung begrenzenden Klappensitz in einen kraftschlüssigen Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappenkörper (9) an einem mit einer Hohlwelle (6) schwenkbaren Führungskissen (8) befestigt und über eine Lagerung des Führungskissens (8) auf einer Exzenterscheibe (7) geradlinig und senkrecht zum Klappensitz (17) bewegbar ist, wobei die Exzenterscheibe (7) mittels einer konzentrisch zur Hohlwelle (6) angeordneten Vollwelle (5) betätigbar ist.

2. Absperrklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunktssenkrechte der Exzenterscheibe (7) um einen die Exentrizität e definierenden, seitlichen Abstand zur Schwenkachse (A) parallel versetzt liegt.

3. Absperrklappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hohlwelle (6) das Führungskissen (8) mit einer Bewegungsfreiheit für eine Längsbewegung senkrecht zur Schwenkachse (A) befestigt ist.

4. Absperrklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Klappenkörper (9) aus einer Scheibe oder einem kegeligen Körper besteht, die eine Schließebene senkrecht zur Scheiben- oder Kegelachse defi­ nieren.

5. Absperrklappe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klap­ penkörper (9) mit der Schließebene parallel der Schwenkachse (A) an dem Füh­ rungskissen (8) starr befestigt ist.

6. Absperrklappe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungskissen (8) eine die Exzenterscheibe (7) lagernde Exzenterboh­ rung (10) aufweist, die in Form eines Langloches mit einer Breite entsprechend dem Durchmesser der Exzenterscheibe (7) ausgebildet ist.

7. Absperrklappe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lang­ loch der Exzenterbohrung (10) derart in dem Führungskissen (8) angeordnet ist, daß dessen Breite in der Richtung senkrecht zur von dem Klappenkörper (9) definierten Schließebene verläuft.

8. Absperrklappe nach einem der Anspprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Klappensitz (17) aus einem Polymermaterial, Metall oder einer Oxidkeramik besteht.

9. Absperrklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Klappenkörper (9) aus Metall oder einer Metallegierung besteht und einen Dichtring aus einer Oxidkeramik trägt.