DE4220070C1 - Drehscheibensegmentventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehscheibensegmentventil zur Steuerung der Durchflußmenge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehscheibensegmentventile der genannten Art weisen in einem druckfesten und dichten Gehäuse mit zwei Anschlußstutzen zwei dicht aufeinander liegende Scheiben mit Durchbrüchen auf. Die erste Scheibe ist im allgemeinen verdrehfest, die zweite verdrehbar im Gehäuse gelagert, und die Durchbrüche in beiden Scheiben sind so gestaltet, daß beim Verdrehen der zweiten Scheibe von einer Endlage in die andere der Durchflußquerschnitt sich ändert. Die Betätigung der verdrehbar gelagerten Scheibe erfolgt bei kleinen Drehscheibensegmentventilen im allgemeinen von Hand, bei größeren mit Hilfskraft.

Aus der DE 38 21 351 C2 ist ein Drehscheibensegmentventil nach dem Gattungsbegriff bekannt. Bei diesem Ventil wird die drehbare Scheibe von einer ringförmigen, federnden Vorrichtung gegen die feststehende Scheibe gedrückt und das Gehäuse weist zur Einsparung von Baulänge und Gewicht im wesentlichen die Form eines flachen Zylinders auf, dessen Grundflächen zum Anschluß an Dichtflächen ausgebildet sind. Wegen der axial wirkenden Abdichtung der drehbaren Scheibe ist das bekannte Drehscheibensegmentventil nur bei eindeutigen Druckverhältnissen verwendbar, das heißt, das Ventil ist so einzubauen, daß die drehbare Scheibe zur Hochdruckseite hin zeigt, und Hoch- und Niederdruckseite dürfen nicht wechseln, wenn das Ventil dicht bleiben soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehscheibensegmentventil der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß auch bei wechselnden Druckverhältnissen in beiden Durchflußrichtungen die volle Dichtwirkung erhalten bleibt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Das erfindungsgemäße Drehscheibensegmentventil ist im einzelnen dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehfest gelagerte Scheibe axial verschieblich in dem Gehäuse gehaltert ist und daß jede der Durchlaßöffnungen in der ersten Scheibe auf der der zweiten Scheibe zugewandten Seite allseitig von einem gleichmäßig breiten Dichtrand umgeben ist, der gegenüber der umgebenden Scheibenfläche vorspringt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß auch bei Druckumkehr die Dichtwirkung zuverlässig und vor allem unverzögert eintritt.

Ferner ist vorteilhaft, daß auch bei großen Differenzdrücken die Betätigungskräfte relativ gering bleiben.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Halterung beider Scheiben im Gehäuse ein Segmentstern mit einer zentralen, einseitig vorspringenden Achse vorgesehen ist, auf der die Scheiben mit zentralen Bohrungen gelagert sind. Hierdurch wird eine bessere Führung beider axial verschieblicher Scheiben erreicht, die ein Verkanten unter dem Einfluß des strömenden Mediums wirksam unterdrückt.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die verdrehfest gelagerte, axial verschiebliche Scheibe am Außenumfang gegen das Gehäuse abgedichtet ist. Dadurch bleibt das Drehscheibensegmentventil auch bei der axialen Bewegung der verdrehfesten Scheibe dicht.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Abdichtung durch einen in einer Ringnut des Gehäuses angeordneten Rundschnurring. Solche Dichtungen können besonders einfach aus Werkstoffen hergestellt werden, die gegen chemisch aggressive Medien besonders beständig sind und erlauben daher den Einsatz des Drehscheibensegmentventils auch unter erschwerten Bedingungen.

Vorteilhaft sind bei dem erfindungsgemäßen Drehscheibensegmentventil die Durchlaßöffnungen der Scheiben mit verschleißfesten Buchsen ausgekleidet. Diese schützen die von dem strömenden Medium besonders beanspruchten Durchlaßöffnungen in den Scheiben, besonders bei teilgeöffnetem Drehscheibensegmentventil, vor Erosion und Kavitation.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Buchsen aus keramischen Stoffen bestehen. Diese Werkstoffgruppe widersteht den chemischen und hydraulischen Angriffen der strömenden Medien besonders gut.

Eine andere Weiterbildung sieht vor, daß die Lage und Länge der für die Auskleidung verwendeten Keramikbuchsen so gewählt ist, daß diese bei der verdrehbaren Scheibe auf der der ersten Scheibe zugewandten Seite gegenüber dem Scheibenwerkstoff vorstehen und die Dichtflächen bilden. Dadurch läßt sich die genaue Bearbeitung auf die Stirnseite der Buchsen beschränken und zumindest bei der verdrehbaren Scheibe entfällt die stets problematische gleichzeitige Bearbeitung von Stoffen mit unterschiedlichen Bearbeitungseigenschaften.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung, Schnittebene X-X,

Fig. 2 den funktionellen Teil des gleichen Ausführungsbeispiels, teilweise geschnitten, Schnittebene Y-Y,

Fig. 3 einen Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine Einzelheit eines anderen Ausführungsbeispiels.

Gleiche Bauteile mit gleicher Funktion sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Gehäuse 1 des Ventils weist im wesentlichen die Form eines flachen Zylinders auf mit einem zentralen Durchlaß 2. Die Grundflächen 3, 4 dienen als Dichtflächen für Anschlußflansche, von denen lediglich ein Anschlußflansch 5 strichpunktiert angedeutet ist. Am Umfang des Gehäuses 1 verteilt befinden sich im wesentlichen halbkreisförmige Aussparungen 6 und Bohrungen 7 zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Schrauben, die die Flansche 5 an die Dichtflächen 3, 4 anpressen. Der Durchlaß 2 weist einen kreisringförmigen Absatz 8 auf, gegen den sich eine erste Scheibe 9 anlegen kann. In dem Durchlaß 2 ist ferner ein Segmentstern 10 z. B. durch Einschweißen befestigt, dessen radial sich erstreckende Segmente 11 jeweils zwischen sich sektorförmige Durchflußöffnungen 12 freilassen. Im Zentrum des Segmentsterns 10 ist in einer Axialbohrung 13 eine Achse 14 zur Aufnahme der Scheibe 9 und einer weiteren, später zu beschreibenden, Scheibe gehalten. In wenigstens einem Segment 11 ist in der Nähe des Randes des Durchlasses 2 ein Drehsicherungsstift 15 befestigt, dessen freies Ende in eine entsprechende Bohrung 16 der Scheibe 9 eingreift und diese gegen Verdrehen sichert. In einer Ringnut 17 des Gehäuses 1 ist ein Rundschnurring 18 eingelegt, der am Außenumfang der Scheibe 9 dichtend anliegt. Bei größeren Ansprüchen an die Druckfestigkeit und Dichtheit des Ventils ist auch die Anordnung mehrerer Rundschnurringe in entsprechend nebeneinander liegenden Ringnuten möglich. Eine zweite Scheibe 19 ist ebenfalls auf der Achse 14 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Beide Scheiben 9, 19 sind mit jeweils sechs sektorförmigen Durchlaßöffnungen 20, 21 versehen, von denen die Durchlaßöffnungen 21 der zweiten Scheibe 19 in Fig. 2 teilweise gestrichelt dargestellt sind. Größe und Anzahl der Durchlaßöffnungen 20, 21 entspricht zweckmäßig der Anordnung der sektorförmigen Durchflußöffnungen 12 im Segmentstern 10. Die in Fig. 2 gezeigte Stellung der Scheiben entspricht einer teilweisen Öffnung des Ventils. Die maximale Öffnung ergibt sich, wenn die Durchlaßöffnungen 21 der Scheibe 19 mit den Durchlaßöffnungen 20 der Scheibe 9 und damit mit den Durchflußöffnungen 12 im Segmentstern 10 zur Deckung gebracht sind. Die sektorförmigen Durchlässe ergeben dabei einen größtmöglichen Durchflußquerschnitt. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch die Wahl anderer Formen der Durchlaßöffnungen möglich, beispielsweise, um einen vorgegebenen Verlauf der Kennlinie zwischen dem Drehwinkel der Scheibe 21 und dem Durchfluß zu erzielen. Ferner ist bei der Wahl der Durchlaßöffnungen zu beachten, daß die Überdeckung ausreichend ist, d. h., daß in der Schließstellung des Ventils zwischen den Rändern der dann zueinander versetzten Durchlaßöffnungen 20, 21 genügend breite Dichtflächen verbleiben.

Die Betätigung des Ventils erfolgt über eine Zahnstange 22, die mit einer Verzahnung 23 am Umfang der Scheibe 21 im Eingriff steht. Die Zahnstange 22 ist in einer Bohrung 24 des Gehäuses 1 längsverschieblich gelagert und wird dabei einerseits durch eine Lagerbuchse 25 und andererseits durch eine Stopfbuchse 26 geführt. Die Stopfbuchse 26 ist in einen einstückig mit dem Gehäuse 1 verbundenen Fortsatz 27 eingeschraubt und enthält eine Stopfbuchsendichtung 28. Zum Pressen der Stopfbuchsendichtung 28 dient in an sich bekannter Weise eine entsprechend geformte Mutter 29 in der Stopfbuchse 26. Die Bohrung 24 ist an ihrem der Lagerbuchse 25 zugewandten Ende mittels einer Dichtbrille 30 abgeschlossen, die von zwei Schrauben gehalten wird, von denen lediglich der Kopf 31 einer Schraube in Fig. 2 sichtbar ist.

Das Drehscheibensegmentventil wird in die abzusperrende bzw. im Durchfluß zu regelnde Rohrleitung vorzugsweise so eingebaut, daß in Strömungsrichtung (Pfeil 42) gesehen die Scheibe 19 vor der Scheibe 9 angeordnet ist und die Druckdifferenz bei geschlossenem Ventil die Scheibe 19 dichtend an die Scheibe 9 angepreßt wird. Häufig wird jedoch von Drehscheibensegmentventilen eine sichere Dichtwirkung auch dann verlangt, wenn die Druckdifferenz nur gering ist oder wenn sich die Druckrichtung umkehrt. Für den ersten Fall ist bei dem erfindungsgemäßen Ventil eine federnde Vorrichtung vorgesehen, welche die Scheibe 19 gegen die Scheibe 9 unabhängig von den hydraulischen Druckverhältnissen drückt. Diese besteht aus einem Andruckring 32, der an seinem Umfang verteilt eine Vielzahl axialer einseitig offener Bohrungen 33 aufweist, in denen jeweils Schraubenfedern 34 angeordnet sind, und aus einem zwischen diesen Schraubenfedern 34 und der Scheibe 19 angeordnetem Gleitring 35. Der Druck der Schraubenfedern 34 wird über den Gleitring 35 auf die Scheibe 19 übertragen und bewirkt den Andruck. Ein Sicherungsring 36, der in einer entsprechenden Nut 37 des Gehäuses 1 angeordnet ist, nimmt die Gegenkräfte auf. Der Gleitring 35 besteht wegen der geforderten Gleiteigenschaften unter Druck vorzugsweise aus Rotguß.

Im Hinblick auf das wichtigste Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Drehscheibensegmentventils, nämlich dem der industriellen Anlagen, sind die Scheiben 9, 19 aus einem korrosionsfesten Material, im besonderen aus einer rostfreien Stahllegierung, gefertigt. Zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Erosion durch das strömende Medium sind die Scheiben 9, 19 vorzugsweise gehärtet.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehscheibensegmentventils sind die Durchlaßöffnungen 20, 21 beider Scheiben 9, 19 mit Buchsen 40, 41 aus einem keramischen Werkstoff ausgekleidet. Durch die Verwendung von Sinterkeramik können die Buchsenquerschnitte in einfacher Weise an die jeweils gewünschten Formen der Durchlaßöffnungen angepaßt werden.

Bei bekannten Drehscheibensegmentventilen sind die die Absperr- und Dichtwirkung miteinander bewirkenden Scheiben zur Gewährleistung dieser Wirkungen sorgfältig plangeschliffen. Es hat sich nun gezeigt, daß dann in bestimmten Fällen, abhängig von der Art und Beschaffenheit des strömenden Mediums, dessen Temperatur und/oder von der Druckdifferenz bei gesperrtem Ventil, die Betätigungskräfte unerwünscht groß werden können. Außerdem ergeben sich bei diesen bekannten Ventilen gelegentlich unerwünschte Verzögerungen in der Dichtwirkung beim Übergang vom durchlässigen in den abgesperrten Zustand.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehscheibensegmentventils weist daher zur Vermeidung dieser Nachteile eine erste Scheibe 9 auf, deren Durchlaßöffnungen 20 auf der der zweiten Scheibe 19 zugewandten Seite allseitig von einem gleichmäßig breiten Dichtrand 38 umgeben sind. Dieser Dichtrand springt jeweils gegenüber der umgebenden Scheibenfläche 39 vor und ist zur Erzielung der Dichtwirkung sorgfältig plangeschliffen. Außerdem ist diese Scheibe 9 in geringem Maße axial verschieblich gelagert. Die mit der Scheibe 9 zusammenwirkende verdrehbare Scheibe 19 ist in bekannter Weise auf beiden Seiten planeben geschliffen. Bei Auskleidung der Durchlaßöffnungen mit keramischen Stoffen läßt sich die Lage und Länge der Keramikbuchsen so wählen, daß diese bei der verdrehbaren Scheibe 19 auf der der ersten Scheibe zugewandten Seite gegenüber dem Scheibenwerkstoff vorstehen und die Dichtflächen bilden.

Es hat sich gezeigt, daß zum ersten mit dieser Ausbildung der gepaarten Scheiben die Betätigungskraft zum Verdrehen der Scheibe 19, vom geschlossenen Zustand des Ventils ausgehend, entscheidend geringer ist, insbesondere bei anstehenden großen Differenzdrücken. Zum zweiten erfolgt bei Druckumkehr, also beim Anstehen des höheren Druckes von der Seite des Segmentsterns 10 her, die Axialbewegung der Scheibe 9 in Richtung auf die Scheibe 19 schneller, so daß die angestrebte Dichtwirkung schnell und zuverlässig eintritt. Es wird angenommen, daß der letztgenannte Effekt darauf beruht, daß bei der angegebenen Ausbildung der Dichtflächen als Dichtränder 38 erheblich weniger Flüssigkeitsvolumen bei einer Axialbewegung der Scheibe 9 verdrängt werden muß, bis die Scheibe 9 zur Anlage an die Scheibe 19 kommt.

Claims (7)

1. Drehscheibensegmentventil zur Steuerung der Durchflußmenge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, wobei zwei mit Durchflußöffnungen versehene Scheiben in einem Gehäuse derart gegeneinander verdrehbar angeordnet sind, daß sich die Durchflußöffnungen beider Scheiben in einer ersten Stellung, der Durchflußstellung, gegenüberstehen und in einer zweiten Stellung, der Schließstellung, gegeneinander versetzt sind und wobei die erste Scheibe in dem Gehäuse verdrehfest gelagert ist und die zweite Scheibe auf der ersten Scheibe aufliegt, wobei die verdrehbare zweite Scheibe durch eine ringförmige federnde Vorrichtung gegen die erste Scheibe unter Vorspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehfest gelagerte Scheibe (9) axial verschieblich in dem Gehäuse (1) gehaltert ist und daß jede der Durchlaßöffnungen (20) in der ersten Scheibe (9) auf der der zweiten Scheibe (19) zugewandten Seite allseitig von einem gleichmäßig breiten Dichtrand (38) umgeben ist, der gegenüber der umgebenden Scheibenfläche (39) vorspringt.

2. Drehscheibensegmentventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung beider Scheiben (9, 19) im Gehäuse (1) ein Segmentstern (10) mit einer zentralen, einseitig vorspringenden Achse (14) vorgesehen ist, auf der die Scheiben (9, 19) mit zentralen Bohrungen gelagert sind.

3. Drehscheibensegmentventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehfest gelagerte, axial verschiebliche Scheibe (9) am Außenumfang gegen das Gehäuse (1) abgedichtet ist.

4. Drehscheibensegmentventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung durch einen oder mehrere in einer Ringnut (17) des Gehäuses (1) angeordnete Rundschnurringe (18) erfolgt.

5. Drehscheibensegmentventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (9, 19) der Scheiben (9, 19) mit verschleißfesten Buchsen (40, 41) ausgekleidet sind.

6. Drehscheibensegmentventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (40, 41) aus keramischen Stoffen bestehen.

7. Drehscheibensegmentventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und Länge der für die Auskleidung verwendeten Keramikbuchsen (40, 41) so gewählt ist, daß diese bei der verdrehbaren Scheibe (19) auf der der ersten Scheibe zugewandten Seite gegenüber dem Scheibenwerkstoff vorstehen und die Dichtflächen bilden.