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Ventil zur absatzweisen wiederholten Steuerung eines Querschnitts
durch eine federnde Klappe Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zur wied-erliolten
absatzweisen Öffnung eines Querschnitts durch eine federnde Klappe, insbesondere
für absatzweise arbeitende Rückstoßuntriebe. Die Bewegung eines solchen Klappenventils
vollzieht sich im allgemeinen in der Weise, daß sich die Steuerkante der Klappe
zunächst mit verhältnisa 1- geringer Geschwindigkeit vom Ventilsitz abm *ß
i, ,
liebt. Die Klappe bewegt sich mit anfangs wachsender und sodann wieder
alynehmender Geschwindigkeit von ihrem Sitz, bis sie im Höchstpunkt ihrer Erhebung
wieder zum Stillstand kommt und unmittelbar darauf in ähnlicher Weise zu ihrer Ausgangslage
zurückkehrt. Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen die Klappe nach der Erhebung
bis zu einem bestimmten Wert einen Teil ihres Hubes wieder zurückschwingt und sich
dann erneut wieder öffnet. Die Klappe sches fingt somit während der Ventilöffnung
mehrfach hin und her und kehrt dann erst auf ihren Sitz zurück. Die bisher bekanntgewordenen
Ausführungsformen haben demnach den Nachteil, einen geringen Zeitquerschnitt zu
ergeben, weil sie entweder nur eine ungefähr dreiechförmige Erhebung über der Zeitachse
liefern, oder
aber durch mehrfaches Rückschwingen während der öffnungszeit
den Ventilquerschnitt unvorteilhaft drosseln.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden, und sie erreicht
dies dadurch, daß das Klappenende über den Ventilsitz :derart hinaus--geführt ist,
daß, es mindestens in der einen Grenzstellung nach dem Anschlag der Klappe im wesentlichen
frei ausschwingen kann, das frei schwingende Klappenende also bei Anschlag der Klappe
an einer Grenzstellung desVentils einenTeil derBewegungsenergie der Klappe enthält,
die die Klappe bei der Öffnungs- oder Schließbewegung besitzt.
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In der Ab-b. i ist eine beispielsweise Ausführungsform. der Erfindung
wiedergegeben. Mit i ist die federnde Klappe in ihrer spannungsfreien. Lage bezeichnet.
Sie i-st am Ventileindaß über die Strecke 2 hin fest eingespannt. Vom Ende der Strecke
:2 ab ist die Klappe in der dargestellten Weise federnd beweglich, so daß sie einerseits
bei .Anlage an dem Ventilsitz 3 den Ventilquerschnitt abschließt, und -andererseits
bei Anläge an die Öffnungsbegrenzung 4 den Querschnitt voll öffnet. Das frei schwingende
Klappenende enthält bei Anschlag der Klappe an einer des Ventils (bei Abschluß,
oder Öffnung) einen Teil der Bewegungsenergie, die die Klappe bei der Öffnungs-
oder Schließbewegung besitzt. Dadurch wird das frei schwingende Klappenende beim
Abschluß in der durch die Stellung 5 oder beim Öffnen in der durch die Stellung
6 gezeichneten Weise abgebogen. Die Abb.2 veranschaulicht die Bewegung der Klappe
und den- sie betätigenden Druckverlauf des: strömenden Mittels. Der Verlauf Ü:es
Drucks ist strichpunktiert durch die Linie 7 angegeben, er erstreckt sich über die
Zeit eines vollen Arbeitsspiels, würde sich somit in der Folgezeit in,gleicherWeisewiede.rholen.
Die voll ausgezogene Linie 8 bezeichnet den Weg eines Klappenelements, welches sich
in: der Nähe des Endes des Ventilkanals bewegt, das also etwa am Anfang des in einer
Grenzstellung frei beweglichen Klappenendes, liegt. Der Weg, ;den das frei bewegliche
Klappenende zurücklegt, ist durch die Linie 9 wiedergegeben. Aus der Abb. 2 ist
zu entnehmen, :daß das Öffnen des Ventilquerschnitts: gemäß Linie 8 mit einer bestimmten
Anfangsgeschwindigkeit vor sich geht und daßl der volle Ventilquerschnitt bereits
nach kurzer Zeit freigelegt ist. Der parallel zur Zeitachse verlaufende Teil der
Öffnungslinie zeigt den vollen Ventilhub an, der während einer verhältnismäßig langen
Zeit aufrechterhalten. wird. Währende dieser Zeit schwingt das freie Klappenende
frei aus, wie es in .der Abb. i durch die Stellung 6 angedeutet ist. Um eine rechtzeitige
Rückkehr der Klappe in ihre Abschlußstellung zu bewirken, muß nun .die Zeit einer
Halbschwingung, die das Klappenende während der vollen Offenstellung des Ventils
ausführt, kleiner sein als die gesamte Öffnungszeit. Bei einem symmetrischen Verlauf
der Drucklinie 7 über die beiden Zeithälften: eines Arbeitsspiels kehrt dann die
Klappe in der dargestellten Weise rechtzeitig in ihre. Abschlußstellung zurück.
Nach Abschluß des Ventilquerschnitts schwingt das freie Klappenende gemäß der Stellung
5, die in der Abb. i wiedergegeben ist, aus. Bei der Abschlußstellung ist es vorteilhaft,
wenn die Zeit einer Halbschwingung des freien Klappenendes ungefähr -gleich dem
Quotienten aus der Abschlußzeit und einer ungeraden Zahl, vorzugsweise -eins, drei
oder fünf, ist. Ist dieser Quotient eins, so besagt dies, daß die Zeit einer Halbschwinbmung
gleich der Abschlußzeit ist, das Klappenende sich also dann gerade wieder in voller
Öffnungsbewegung befindet, wenn eine erneute Öffnung eingeleitet werden soll. Dieser
Fall ist durch die Linie 9 in der Abb. 2 veranschaulicht. Für manche Anwendungsstelle
ergibt sich dabei, daß wegen einer verhältnismäßig lammen Abschlußzeit das Klappenen.de
mit verhältnismäßig großer Länge ausgeführt werden muß. Es. kann. dann vorteilhaft
sein; eine kleinere Klappenlänge zu wählen. Diese wird dann zweckmäiß@ig so angesetzt,
daß der genannte Quotient gleich ein Drittel wird, so daß das Klappenende also während
der Abschlußzeit drei Halbschwingungen, ausführen kann. Hierbei hat sich das. Klappenende
in der Mitte der Überdruckzeit in Öffnungsrichtung der Klappe bewegt, jedoch wird
die steuernde Fläche der Klappe durch den. Überdruck auf den Ventilsitz gedrückt.
Die Klappe kann, also dann der Öffnungsbewegung des Endes nicht folgen, sondern
bleibt geschlossen. Eine Öffnungsbewegung des freien Klappenen:des kehrt dann nach
weiteren ii/z Halbschwingungen wieder, und da in. diesem Zeitpunkt auch die Druckumkehr
erfolgt, so. kann die gesamte Klappenlänge dann ihre Öffnungsbewegung in der gewünschten
Weise aufnehmen. Ein ähnliches Zusammenspiel zwischen der Schwingung des freien
Klappenendes bei- Abschlußstellung ergibt sich bei entsprechend kleineren Werten
für den genannten Quotienten; so daß mit der Wahl dieser Halbschwingungszeit ein:
Mittel begeben ist, die vorteilhafteste Klappenlänge für verschiedene Anwendungsfälle
anzusetzen.
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Die Breite des über die Ventilöffnung hinausgef'ü'hrten. Klappenendes
kann. über die Klappenlänge hin verschieden :gewählt werden. Es ist vorteilhaft,
sie so zu verändern, daß bei der freien Schwingung eine über die Länge hin im wesentlichen
gleichmäßige Beanspruchung des Klappenen@des. eintritt. Der Vorteil besteht darin,
,daß dann ein Höchstmaß an Schwingungsenergie in dem freien Klappen-ende gespeichert
werden kann, die dann im weiteren Ablauf der Klappenbewegung für die Öffnungs- und
Schließbewegung zur Verfügung steht: Die für,die Beanspruchung maßgebende Breite
braucht ,dabei nicht der tatsächlichen Klappenbreite zu entsprechen, es ist vielmehr
auch möglich, diese durch Lochungen oder andere Aussparungen des Baustoffs zu beeinflussen.
Einen allgemein gültigen Verlauf für die zu wählende Breite anzugeben, erscheint
nach dem Stand der Technik nicht möglich, es wird vielmehr erforderlich sein-, diesen
von Fall zu Fall durch Versuche oder besondere Berechnungsweisen zu ermitteln.
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Für .die Anordnung der Ventilklappe im Verhältnis zur Richtung der
Strömung :des zu steuernden
Mittels ergibt es sich oft als vorteilhaft,
wenn die Längserstreckung der Ventilklappe im wesentlichen in Richtung der Zuströmung
des gesteuerten Mittels verläuft. Bei dieser Bauweise ist es möglich, auf geringstem
Querschnitt senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung die größten freien Ventilquerschnitte
unterzubringen.
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Um ein schlagartiges Auftreffen der Klappe auf den Ventilsitz zu vermeiden,
ist es vorteilhaft, wenn der Ventilsitz ganz oder teilweise senkrecht zur Längsrichtung
der Klappe gekrümmt ist.
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Auch ist es vorteilhaft, die Ventilklappe ganz oder teilweise senkrecht
zu ihrer Längsrichtung zu krümmen. Damit kann einerseits ein günstiges Abrollen
der Klappenfläche auf ihre Begrenzungen unterstützt werden, und andererseits kann
dadurch die Wirkung der Strömungskräfte auf die Klappe gesteigert werden, weil die
Strömungskräfte allgemein durch Auftreffen auf eine Krümmung zu einer Gegenkraft
veranlaßt werden. Die Gegenkraft kann dann zu einer erwünschten Beeinflussung der
Klappenbewegung ausgenutzt werden.
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Zur Steuerung großer Mengen eines strömenden Mittels ist es zweckmäßig,
mehrere einzelne Klappenventile im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung
aneinan aderliegend anzuordnen. Dies würde beispielsweise ein Gesamtventil ergeben,
welches aus mehreren übereinander angeordneten Ventilen nach Abb. i besteht. Da
sich die frei schwingenden Klappenenden bei einer derartigen Anordnung nicht stören,
ergibt sich auf diese Weise eine günstige Steuerung einer großen Menge strömenden
Mittels durch eine Vielzahl einfacher Bauelemente.
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Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt ist nicht
allein durch die Erzielung eines günstigeren Zeitquerschnitts für die Steuerung
eines strömenden Mittels bedingt. Es hat sich gezeigt, daß bei Ventilklappen ohne
frei ausschwingende Enden bei vielen Anwendungsfällen schon nach kurzer Betriebszeit
Zerstörungen an den Klappenenden auftreten. Diese sind wahrscheinlich darauf zurückzuführen,
daß beim Auftreffen :des Klappenendes auf den Ventilsitz Beanspruchungen entstehen,
gegen die die Randzonen federnder Klappen nicht genügend widerstandsfähig sind.
Bei einer Verlängerung der Klappe über .die Ventilöffnung hinaus, in der Weise,
daß das Klappenende in der Grenzstellung frei ausschwingen kann, wird eine unmittelbare
Beanspruchung des Klappenrandes vermieden. Die mit dem Auftreffen der Klappe auf
den Ventilsitz verbundenen Beanspruchungen werden vielmehr dann auf die volle Klappenfläche
verlagert, von welcher sie- günstiger aufgenommen werden können als von einer Randzone.
Ferner ist dieAnwendung des erfindungsmäßigenVentils nicht auf absatzweise arbeitende
Rückstoßantriebe beschränkt, wenn es auch für diese besonders geeignet ist, weil
hierbei besonders starke Beanspruchungen auftreten und sehr kurze Steuerzeiten zu
beherrschen sind.