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Klappenventil Die Erfindung betrifft ein Klappenventil mit einem Spindelantrieb,
dessen Hub kleiner ist als die Neunweite und der mit einem Faltenbalg nach außen
abgedichtet ist. Das erfindungsgemäße Ventil ist insbesondere für Vakuumanlagen
bestimmt.
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Zur zuverlässigen Abdichtung der Betätigungsorgane der Verschlußglieder
von Ventilen sind Metallbälge bzw. allgemein Faltenbälge sehr behebt. Handelt es
sich jedoch um Ventile, bei denen die Durchtrittsöffnung durch eine Verschiebung
des Verschlußgliedes freigegeben wird, so ist eine Freigabe des gesamten Durchtrittsquerschnitts
nur für kleine Querschnitte möglich, da andernfalls die Längenänderung des Faltenbalges
so groß werden müßte, daß sein Material unzulässig rasch ermüden würde.
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Eine gewisse Abhilfe läßt sich zwar nach einer bekannten Ausführung
dadurch erreichen, daß zwischen die Betätigungsspindel und die Verschlußplatte eines
Schieberventils ein übersetzungsgestänge eingefügt ist, das eine kleine Axialbewegung
der Spindel in eine vielfach größere Hubbewegung der Verschlußplatte umsetzt. Dabei
sind jedoch zusätzliche übertragungsmittel erforderlich, um aus der Kraft an der
Spindel eine hinreichend große senkrecht zur Spindelachse wirkende und einen ausreichenden
Dichtungsdruck zwischen Verschlußplatte und Ventilsitz gewährleistende Andruckkraft
abzuleiten. Außerdem werden die Gesamtabmessungen des Ventils quer zur Achse der
Leitung unbequem ZD groß.
In letzterer Beziehung sind gleichfalls bereits
bekannte Ventile mit Schwenkklappen im Vorteil, bei denen die Klappen um eine im
Ventilgehäuse fest angeordnete, seitlich des Ventilsitzes liegende Achse um
90' schwenkbar sind, so daß sie in der einen Endlage einen völligen Verschluß
und in der anderen Endlage eine völlige Freigabe des Durchtrittsquer-ZD schnitts
ermöglichen.
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Die Betätigung der Ventilklappe erfolgt zum Teil über ein Kniehebelgelenk
und eine Schnecke, deren Welle durch eine Gleitdichtung, die sich naturgemäß nicht
völlig vakuumdicht halten läßt, gegen das Ventilgehäuse abgedichtet ist, zum Teil
ist als Antrieb für die Klappenscheibe eine teleskopartig ausgebildete Gewindespindel
vorgesehen, die durch einen Faltenbalg abgedichtet ist und mittels zwischen ihrem
Ende und der Klappenscheibe eingefügter Ringe, Bügel und Stößel die Schließbewegung
der Klappenscheibe mit einem wesentlich unter der Nennweite der Leitung liegenden
Hub bewirkt.
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Nachteilig ist bei den beiden letzterwähnten bekannten Klappenventilen,
daß die Betätigungsspindel parallel zur Ebene des Sitzes der Klappenscheibe verläuft,
so daß für die Erzielung eines ausreichenden Dichtungsdruckes eine Umlenkung der
Spindelkraft durch zusätzliche übertragungselemente notwendig ist. Ein weiterer
Nachteil liegt darin, daß die Klappenscheibe bis zum Erreichen ihrer Dichtungslage
nur um die seitlich liegende Achse geschwenkt wird und sich infolgedessen die Schließbewegung
in der letzten Phase des Schließvorganges nicht am gesamten Umfang des Ventilsitzes
gleichmäßig vollzieht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufg C gabe zugrunde, ein Klappenventil
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dessen Betätigungsspindel den Dichtungsdruck
für die Klappenscheibe unmittelbar und ohne Richtungsänderung des Kraftflusses aufbringt
und bei kleinem Hub eine volle Freigabe des Durchtrittsquerschnitts bewirkt. Außerdem
soll der Ventilaufbau mit Rücksicht auf den bevorzugten Einsatz in Vakuumanlagen
eine bedenkenlose Ausheizung des gesamten Ventils gestatten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Klappenscheibe
mit zwei drehfest und gegenüberliegend an ihr vorgesehenen Drehzapfen in den Augen
zweier in Richtung der Symmetrieachse des Klappenventils und mit den Faltenbälgen
abgedichtet aus dem Ventilgehäuse herausragenden Betätigungsgewindespindeln gelagert
ist, die durch zwei außerhalb des Ventilgehäuses angeordnete, synchron drehbare
Gewindernuttern gleichzeitig im Sinne eines
Abhebens oder Absenkens
der Ventilklappe mit kleiner Amplitude verschiebbar sind, und daß im Inneren des
Gehäuses an diesem festgelegte Anschläge zur Begrenzung des öffnungshubes und anschließenden
Schwenkbewe,gung der Klappenscheibe vorgesehen sind.
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Die beiden Betätigungsgewindespindeln liegen bei dem erfindungsgemäßen
Ventil parallel zur Achse des Ventilsitzes und heben die Klappenscheibe zunächst
direkt, nämlich über deren beide seitliche Drehzapfen, um ein kleines Maß von dem
Ventilsitz ab, das ausreicht, um die Klappenscheibe anschließend um ihre beiden
Drehzapfen in die Offenstellung zu schwenken. Dazu sind nur geringe Kräfte notwendig,
da die Klappenscheibe in der Abhebestellung vollkommen frei liegt. Beim Schließvorgang
wird Z, zunächst die Klappenscheibe mit sehr geringem Kraftaufivand in eine Lage
parallel zur Sitzfläche ,-eschwenkt und dann durch in Richtung der Gewindespindelachsen
ausgeübte Zugkräfte direkt auf ihren Sitz aufgedrückt. Wesentlich ist dabei, daß
für das Abheben oder Aufdrücken der Klappenscheibe die direkte Spindelkraft ohne
Umlenkung oder übersetzung ausgenutzt wird, während die Untersetzung erst bei der
freien Schwenkbewegung der Klappenscheibe wirksam wird.
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Diese Art der Betätigung der Klappenscheibe macht es möglich, einerseits
mit einem sehr kleinen Gesamthub der Betätig gungsgewindespindel , auszukommen,
dennoch ohne besondere zusätzliche übertragungsmittel große Schließ- und Dichtungskräfte
zu erzielen und anderseits ein vollkommen gleichmäßiges senkrechtes Aufdrücken der
Klappenscheibe auf ihren Sitz zu erreichen.
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Die zwischen den verschiedenen Teilen des Ventilantriebs auftretenden
Reibungskräfte sind gering, so daß im Interesse einer guten Ausheizbarkeit auf die
Verwendung von Schmiermitteln verzichtet werden kann, ohne daß ein überschüssiger
Verschleiß in Kauf genommen werden müßte. Für die Ausheizbarkeit des Ventils ist
es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, den Ventilsitz mit einer
Metalldichtung zu versehen, wobei sich Indium als besonders günstiges Dichtungsmaterial
erwiesen hat, da es neben einem besonders kleinen Dampfdruck eine zur Erzielung
einer satten Anlage hinreichende Nach-Cr ebigkeit aufweist.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
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F i g. 1 ist eine Seitenansicht im Längsschnitt; Fig' 2 ist
ein Längsschnitt in der Ebene der Linie A-A und normal zur Schnittebene der F i
g. 1;
F i g. 3 ist eine Detailansicht des Mechanismus zum ,gänzlichen
Freigeben des Durchtrittsquerschnittes.
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In F i g. 1 ist ein Ventil schematisch- dargestellt, das in
der Sehließstellung zwei Bereiche - eneinander el t, e- ca abdichtet und
in der öffnungsstellung den Durchtrittsquerschnitt zwischen den beiden Bereichen
vollständig freigibt. Die Klappenscheibel ist mit zwei Drebzapfen 2 versehen, die
jeweils in ein Auge 3 eingreifen und sich im Innern desselben drehen können.
Die Augen 3 sind von zwei Betätigungsgewindespindeln. 4 gehalten, welche
in zwei das Ventilgehäuse 6
durchquerenden Führungsrohren 5 gleiten.
Die Ab-
dichtung des Durchtritts der Spindeln 4 ist durch Faltenbäl (je
7 aus Metall sowie durch Metalldichtun-C Clen 8gewährleistet. C
Die
Enden der Zapfen 2 sind jeweils mit einem Zylinderteil 9 verbunden, die exzentrisch
in bezug auf deren Achse einen Zapfen 10 tragen, der wiederum ein Kugellager
11 hält. Der Sitz für die Klappenscheibe 1 im Ventilgehäuse
6 ist mit einer Metalldichtung 12, z. B. aus indium, -",ersehen. Anderseits
trägt das Ventilgehäuse 6 zwei Platten 13 von passender Form, die
in gerader Verlängerung der Gewindespindeln 4 angeordnet sind und Anschläge bilden,
deren Aufgabe weiter unten erläutert ist. Diese Anschläge sind gegenseitig symmetrisch
bearbeitet und haben eine solche Stärke, daß sie ebene Lagerflächen 14 für die Ku-ellager
11 und Auflageflächen 15 für die Zylinderteile 9 bilden und
außerdem Lagerflächen 16 für die die Kugellager 11 tragenden Exzenterzapfen
10 vorgesehen sind.
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Das gleichzeitige Anheben und Absenken der beiden Gewindespindeln
4 geschieht durch Drehen auf den Spindeln sitzender Gewindemuttern 17. Die
Muttern 17 sind fest mit Zahnrädern 18 verbunden, die durch einen
Zahnkranz 19 angetrieben werden, an dem Handgriffe 20 vorgesehen sind.
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Wie man aus F i g. 2 erkennt, trägt das Ventil-Clehäuse schließlich
eine kleine Platte 21, in der eine Nut 22 eingearbeitet ist, welche als Führung
für einen mit der Klappenscheibe 1 verbundenen Finger 23
dient.
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Die Wirkungsweise beim öffnen und Schließen des Ventils ist folgende:
Durch die Wirkung der Gewindespindeln 4 beim Drehen des Zahnkranzes 19 mittels
der Handgriffe 20 hebt sich die Klappenscheibe 1 in vertikaler Richtung,
von dem Sitz ab. Dabei wird sie durch den Finger23, der in der Nut22 der Platte21
gleitet, ge - führt. Nach einem gewissen Hub verläßt der Finger23 die Nut22
zur gleichen Zeit, wo die Kugellager10 in Berührung mit den Lagerflächen14 der Anschläge
an den Platten13 kommen. Die Kugellager 11 führen dann wegen ihrer zu den
Zapfen 2, auf die von den Spindeln 4 eine Druckkraft ausgeübt wird, exzentrischen
Lage zu einer Schwenkbewegung der Klappenscheibe 1, wobei die Kugellager
11 an der Lagerfläche 14 anliegen. Die Endstellung der Klappenscheibe
1 ist erreicht, wenn das Zylinderteil 9, das die Kugellager
11 trägt, seinerseits in Berührung mit den zweiten Lagerflächen
15 der Anschläge an den Platten 13 kommt.
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Beim Ausführen des Schließvorganges, der in umgekehrter Richtunar
erfolgt wie der Öffnungsvorgang, gleiten die Zapfen 10 auf der dritten Lagerfläche
16
des Anschlages 13 und führen die Klappenscheibe 1
daher genau
auf ihren Sitz.
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F i g. 3 zeigt die Klappenscheibe 1 in der Schließstellung
(ausgezogene Striche) und in der Öffnungsstellung (strichpunktierte Linien) und
läßt die Wirkungsweise der Vorrichtung einfacher erkennen.