DE2503727C3 - Klappenventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klappenventil mit einer in einem rohrförmigen Gehäuse schwenkbaren Klappenscheibe, deren Rand in der Sperrstellung der Klappe mit einer zylindrischen und zur Längsachse des Gehäuses koaxialen Sitzfläche zusammenwirkt, die von der aus gummielastischem Material bestehenden inneren Wand des Gehäuses oder eines darin befindlichen Einsatzes gebildet ist, wobei der Druchmesser der Sitzfläche geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der kreisförmigen Klappenscheibe und die Sitzfläche beidseitig durch kegelmantelförmige Bereiche begrenzt ist, deren Durchmesser jeweils in Richtung auf die Sitzfläche abnehmen.

Bei einem durch die US-PS 36 92 276 bekannten derartigen Klappenventil ist die Schwenkachse der Klappenscheibe in der Dichtebene angeordnet. Dies macht besondere Maßnahmen zur Erzielung einer einwandfreien Abdichtung erforderlich, da die für den Durchgang der Betätigungsmittel für die Klappenscheibe notwendigen Durchbrechungen sich in der Sitzfläche befinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klappenventil der einleitend beschriebenen Art so abzuwandeln, daß bei geringer Beanspruchung der Sitzfläche und mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine einwandfreie Abdichtung erzielt wird, und zwar s auch bei höheren Drücken. Ein übermäßig großer Schließwiderstand soll vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die beiden kegelmantelförmigen Bereiche in der zur Schwenkachse um eine außerhalb der Dichtebene gelegene Achse schwenkbaren Klappenscheibe senkrechten Ebene zur Bildung eines elliptischen Querschnittes eine Durchmesservergrößerung aufweisen, die in Richtung auf die Schnittlinien der durch die Schwenkachsen hindurchgehenden Ebene mit der inneren Wand des Gehäuses oder Einsatzes vorzugsweise auf Null abnimmt Es ergibt sich somit in den Bereichen neben der Sitzfläche jeweils ein Querschnitt, der der Form einer EUipse angenähert ist, deren längere Achse senkrecht zu der Ebene verläuft, die durch die Längsachse des Klappenventils und die Schwenkachse hindurchgeht

Aufgrund der Anordnung der Schwenkachse außerhalb der Sitzfläche wird die Abdichtung vereinfacht Andererseits vermeidet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der kegelmantelförmigen Bereiche eine übermäßige Beanspruchung des den Sitz und die benachbarten Bereiche bildenden gummielastischen Materials. Die etwa elliptische Querschnittsform dient dazu, den Schlieliwiderstand der Klappenscheibe über den gesamten Umfang derselben zu vergleichmäßigen. Weiterhin wird dadurch eine Herabsetzung des insgesamt zu überwindenden Schließwiderstandes erreicht, welche Tatsache die Beanspruchung des gummielastischen Materials herabsetzt.

Ein Klappenventil mit einer um eine außerhalb der Dichtebene gelegene Achse schwenkbaren Klappenscheibe ist durch die US-PS 38 09 361 bekannt. Die etwa elliptische Klappenscheibe ist mit einem Dichtring versehen, der im Zusammenwirken mit dem Gehäusesitz eine Abdichtung durch Keilanzugswirkung erreicht.

Dieses Klappenventil weist keine zylindrische Sitzfläche auf. Es ist über dies in seinem Aufbau einigermaßen kompliziert und somit aufwendig.

Die Erfindung sieht weiterhin die Möglichkeit vor,

⁴S daß wenigstens an einer Seite der Sitzfläche zwischen dieser und dem etwa kegelmantelförmigen Bereich ein kurzer im Längsschnitt kreisbogenförmiger Abschnitt angeordnet ist. Letzterer befindet sich an jener Seite der Sitzfläche bzw. Klappenscheibe, an welcher sich die

so Welle für die Betätigung der Klappenscheibe befindet. Die axialen Erstreckungen der etwa kegelmantelförmigen Bereiche werden unterschiedlich lang sein derart, daß der Bereich, der sich an der der Welle abgekehrten Seite befindet, merklich kürzer ist als der andere Bereich. Dies hat unterschiedliche Steigungswinkel zur Folge, wobei der Steigungswinkel an jener Seite der Klappenscheibe, an welcher sich die Welle befindet, wesentlich flacher ist als der Steigungswinkel in dem an der anderen Seite der Sitzfläche liegenden Bereich. Der kreisbogenförmig begrenzte Abschnitt dient in diesem Fall dazu, den Steigungswinkel beidseitig der Sitzfläche in unmittelbarer Nachbarschaft derselben etwa gleich groß zu machen. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Schließwiderstand an beiden in unterschiedlichen

*» Richtungen verschwenkbaren Hälften der Klappen scheibe im wesentlichen gleich ist. Die axiale Erstrekkung des im Längsschnitt kreisbogenförmig begrenzten Abschnittes wird im allgemeinen sehr gering sein, da es

sich lediglich über einen Obergang zwischen dem jeweiligen kegelmantelförmigen Bereich und der Sitzfläche handelt

Die Konizität der etwa kegelmantelföi migen Bereiche wird vorteilhaft so gewählt, daß die Klappenscheibe im Zuge des Schließvorganges erst in der letzten Phase, also etwa dann, wenn an der einen Seite der Sitzfläche die Klappenscheibe sich bereits in dem im Längsschnitt kreisbogenförmig begrenzten Bereich befindet, eine Berührung zwischen Klappenscheibe und dem gummielastischen Material beginnt, worauf dann bei Vollendung der den Schließvorgang bewirkenden Schwenkbewegung der Klappenscheibe deren Rand in die Sitzfläche einspringt Dabei werden die die Sitzfläche beidseitig begrenzenden Kanten übersprungen, wobei gleichzeitig das nahe diesen Kanten befindliche gummielastische Material eine Entlastung erfährt Im übrigen kann dieses Oberspringen dadurch erleichtert werden, daß die den Sitzbereich beidseitig begrenzenden Kanten etwas abgeschrägt sind. Vorteilhaft sollten auch die unmittelbar an der Sitzfläche angrenzenden Abschnitte der kegelmantelförmigen Bereiche bzw. der im Längsschnitt kreisbogenförmig begrenzten Bereiche einen etwas kleineren Durchmesser als die Klappenscheibe, jedoch einen etwas größeren Durchmesser als die Sitzfläche im durch die Klappenscheibe unbeanspruchten Zustand aufweisen.

Wenn die Klappenscheibe unmittelbar vor Erreichen ihrer Endlage mit ihrem Rand jene Durchmesserbereiche erreicht, die bereits einen geringfügig kleineren Durchmesser aufweisen als die Klappenscheibe, beginnt die vorerwähnte Verformung des gummielastischen Materials, die zunimmt bis die Klappenscheibe mit ihren beiden Hälften die beiden Grenzen der Sitzfläche über- und in die Sitzfläche einspringt Beim Überspringen dieser im allgemeinen kantenförmigen Grenzen tritt die Entlastung des zuvor durch die Klappenscheibe in diesen Grenzbereichen verformten Materials ein. Diese in einem Zwischenstadium des Schließvorganges eintretende Verformung beansprucht das Material nur in geringem Umfang, da es aufgrund der vorerwähnten Gestaltung der Sitzfläche und der benachbarten Bereiche etwas ausweichen kann. Ein wesentlicher Vorteil des Klappenventils gemäß der Erfindung besteht darin, daß die innere Wand des Gehäuses bzw. des darin befindlichen Einsatzes nicht über ihre gesamte Länge zylindrisch ausgebildet ist Vielmahr hat die Sitzfläche den kleinsten Durchmesser, so daß sie gegenüber den anderen Bereichen etwas nach innen vorsteht. Andererseits hat die kegelmantelförmige bzw. konische Ausgestaltung dieser anderen Bereiche zur Folge, daß die Sitzfläche kleineren Innendurchmessers nicht als eine Art Leiste in den Querschnitt des rohrförmigen Gehäuses hinein vorsteht. Es handelt sich vielmehr um eine gringfügige Verengung, die einerseits eine einwandfreie Abdichtung auch bei höheren Drücken zuläßt ohne daß es zu unzulässigen Beanspruchungen des Materials im Laufe der Öffnungs- und Schließbewegungen kommt, andererseits das Strömungsverhalten des durch das Klappenventil hindurchfließenden Mediums nicht ungünstig beeinflußt. Insbesondere können sich keinerlei Feststoffe oder dgl. festsetzen, die das Betätigen der Klappenscheibe, insbesondere bei Erreichen der Schließstellung, verhindern oder beeinträchtigen könnten. — Ein weiterer Vorteil des Klappenventils gemäß der Erfindung besteht darin, daß Sitzbereich und Klappenscheibe in der Schließstellung der letzteren ohne weiteres symmetrisch zueinander angeordnet sein können. Es ist daher möglich, die Klappenscheibe von beiden Seiten zu beaufschlagen, so daß es ohne Belang ist, wie das Klappenventil in der Rohrleitung eingebaut oder welches die übliche Strömungsrichtung innerhalb der Leitung ist Das gummielastische Material der Manschette kann aufgrund der Konizität unter der Einwirkung der KJappenscheibe bei deren Schließ- und Öffnungsbewegungen leicht ausweichen, welche Tatsaehe sich günstig in bezug auf die notwendige Schließkraft und den Verschleiß der Manschette auswirkt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht eines Klappenventils, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie Il-II der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III der F i g. 1, F i g. 4 einen Ausschnitt aus der Darstellung gemäß

F i g. 3 ohne Klappenscheibe in größerem Maßstab.

In der Zeichung ist ein als Ringabsperrklappe U ausgebildetes Klappenventil mit exzentrisch gelagerter Klappenscheibe 12 dargestellt Letztere wird von Wellenzapfen 13 getragen, die durch ein ringförmiges Gehäuse 14 hindurchgeführt sind. Wenigstens einer dieser Wellenzapfen 13 ist mit einem geeigneten Betätigungsmittel versehen oder verbunden.

Innerhalb des Gehäuses 14 ist ein als ringförmige Manschette IS ausgebildeter Einsatz aus gummielasti schem Material angeordnet der ein etwa U-förmiges Profil aufweist Die beiden Flansche 16 und 17 der Manschette 15 umgreifen seitlich das ringförmige Gehäuse 14. Sie sind innenseitig mit leistenartigen Vorsprüngen 18 versehen, die in entsprechend geformte Ausnehmungen 19 des Gehäuses 14 eingreifen, um so einen Formschluß zwischen Manschette 15 und Gehäuse 14 über den Umfang der Absperrklappe 11 zu erzielen. Die äußeren Begrenzungsflächen 21 der beiden Flansche 16 und 17 sind in unverspanntem Zustand nach

AO außen etwas vorgewölbt. Dabei wird erreicht, daß die Ringabsperrklappe 11 ohne Schwierigkeiten, insbesondere ohne großen Kraftaufwand, zwischen den beiden Rohrflanschen 22 der Leitung 23 eingespannt werden kann, wobei gleichzeitig die Manschette eine gewisse.

4<i wenn auch geringfügige Verformung erfährt.

Die Klappenscheibe 12 ist in Richtung der Pfeile 24 und 25 verschwenkbar angeordnet, wobei der Pfeil 24 die Schließrichtung und der Pfeil 25 die Öffnungsrichtung angeben.

Die Manschette 15 weist innenseitig eine zylindrische Fläche 26 auf, die als Sitz für die Klappenscheibe 12 in deren Schließlage dient. Das heißt, daß der im Querschnitt kreisbogenförmig begrenzte Rand 27 der Klappenscheibe 12 in der Schließstellung der letzteren an dieser zylindrischen Sitzfläche 26 anliegt, deren Innendurchmesser etwas kleiner ist als der Außendurchmesser der Klappenscheibe 12. Das Ausmaß der Durchmesserunterschiede ist abhängig von dem Durchmesser der Ringabsperrklappe, von der Härte des die

bo Manschette 15 bzw. die Sitzfläche 26 bildenden Materials und auch vom zulässigen Schließwiderstand. Bei einer Ringabsperrklappe, deren Außendurchmesser 150 mm beträgt, kann der Innendurchmesser der Sitzfläche 26 etwa 3 mm, also um etwa 2% kleiner sein.

hi Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Innendurchmesser der Sitzfläche 26 und der Manschette 15 insgesamt auch beeinflußbar sind durch die Verformung, die das die Manschette 15 bildende Material aufgrund der bereits

erwähnten balligen Ausgestaltung der Begrenzungsflächen 21 erfährt, wenn die Ringabsperrklappe und damit die Manschette 15 zwischen den beiden Rohrflanschen 22 der Leitung 23 eingespannt werden.

Die Bereiche 28, 29 der Manschette 15 zu beiden Seiten der Sitzfläche 26 sind von außen nach innen, also jeweils in Richtung auf die Sitzfläche 26, annähernd konisch sich verjüngend ausgebildet. Aufgrund der außerhalb der Dichtebene gelegenen Drehachse der Klappenscheibe 12 ist dabei der Bereich 28, der an der der Drehachse bzw. den Wellenzapfen 13 zugekehrten Seite der Sitzfläche 26 liegt, mit einem kleineren Konusbzw. Kegelwinkel versehen als der auf der anderen Seite liegende Bereich 29, der eine merklich kürzere axiale Erstreckung aufweist als der Bereich 28. Um trotz der unterschiedlichen Kegelwinkel insbesondere während der letzten Phase des Schließvorganges in bezug auf beide Hälften der Klappenscheibe 12 etwa den gleichen Schließwiderstand zu haben, ist zwischen der Sitzfläche 26 und dem etwa konischen Bereich 28 mit dem kleineren Konuswinkel ein Bereich 30 eingeschaltet, der im Längsschnitt etwa kreisbogenförmig ist und nur eine kurze axiale Erstreckung aufweist Der Radius des Kreisbogenabschnittes dieses kurzen Bereiches 30 ist so gewählt, daß unmittelbar vor der Sitzfläche 26 die Steigung, d. h, der mit der Längsachse eingeschlossene Winkel, etwa dem Konuswinkel des annähernd konischen Bereiches 29 entspricht

Die Bereiche 28, 29 und 30 weichen im Querschnitt insoweit von einer genauen kreisförmigen Ausgestaltung etwas ab, als die Durchmesser der Manschette in diesen Bereichen in der zur Schwenkachse senkrechten Ebene etwas größer sind als in der Ebene, in der die Schwenkachse liegt, wobei das Ausmaß dieser Durchmesservergrößerung in Richtung auf die Schnittlinie der die Drehachse enthaltenden Ebenen mit der Manschette 15 kontinuierlich auf Null abnimmt. Das heißt daß die Querschnitte der Manschette 15 in den Bereichen 28,29 und gegebenenfalls auch 30 der Gestalt einer Ellipse angenähert sind. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß aufgrund der außerhalb der Dichtebene liegenden Schwenkachse die Randbereiche der Klappenscheibe 12 im Zuge der Schließbewegung vor Erreichen der endgültigen Schließstellung seitlich über den Kreis vorstehen, der vom Rand 27 der Klappen- « scheibe in deren Schließstellung beschrieben wird. Die Einzelheiten der Ausgestaltung der im Querschnitt etwa ellipsenförmig begrenzten Bereiche 28 und 29 ergeben sich insbesondere aus F i g. 3 der Zeichnung, in welcher die äußeren Begrenzungen 32 bzw. 33 des jeweils vom Kreis abweichenden Verlaufes in den Bereichen 28 und 29 bzw. 30 erkennbar sind. Der jeweilige Verlauf der Begrenzangen 32 bzw. 33 ist so gewählt, daß die Abnahme des Durchmessers von den beiden Linien 34 und 35, in denen die zur Drehachse senkrechte Ebene den inneren Manschettenquerschnitt schneidet, in Richtung auf die Linien 36 bzw. 37, in denen die die Drehachse enthaltende Ebene den inneren Manschettenquerschnitt schneidet, etwa dem Weg, den der Rand der Klappenscheibe 12 während der Schließbewegung ausführt, entspricht Damit wird erreicht, daß über den gesamten Umfang der Manschette 15 bzw. der Klappenscheibe 12 der Schließwiderstand etwa gleich groß ist.

Es war bereits erwähnt worden, daß der Innendurchmesser der Sitzfläche 26 zumindest bei zwischen den Flanschen 22 eingespannter Manschette 15 etwas kleiner ist als der Außendurchmesser der kreisförmigen Klappenscheibe 12. Dies gilt auch für die an der Sitzfläche 26 unmittelbar angrenzenden Abschnitte der Bereiche 26 und 30. Daraus ergibt sich, daß bei dem in der Zeichung dargestellten Ausführungsbeispiel im Zuge der Schließbewegung die beiden Klappenhälften, die in entgegengesetzten Richtungen verschwenkt werden, mit Annäherung an den Sitzbereich in der letzten Phase der Schließbewegung in zunehmendem Maße etwas in das elastisch verformbare Material der Manschette 15 gedrückt werden und dieses Material zwangsläufig verformen. Aufgrund der Ausgestaltung der Manschette 15, insbesondere aufgrund der gegenüber den übrigen Bereichen der Manschette etwas vorstehenden Sitzfläche 26, kann dabei das Material in ausreichendem Umfang ausweichen, so daß unzulässige Beanspruchungen nicht auftreten. Der von dem Material aufgrund der zunehmenden Verfomung geleistete Widerstand wird im wesentlichen dann sein Maximum erreicht haben, wenn die beiden Hälften der Klappenscheibe 12 mit ihrem Rand 27 unmittelbar vor den Kanten 38 stehen, die die Sitzfläche 26 begrenzen. Ein weiteres Verschwenken der Klappenscheibe 12 in Schließrichtung, also in Richtung des Pfeiles 24 der Fig.3, hat zur Folge, daß der Rand 27 der Klappenscheibe die Kanten 38 mehr oder weniger ruckartig überspringt, wobei während dieser letzten Bewegung die Klappenscheibe 12 bzw. deren Randbereich 27 an die Sitzfläche 26 gelangt Dort liegt der Rand 27 der Klappenscheibe 12 dichtschließend an, und zwar unter einer geringfügigen Verformung der Sitzfläche. Dies ist dadurch bedingt daß — wie bereits erwähnt worden war — die Sitzfläche 26 einen etwas kleineren Durchmesser aufweist als die Klappenscheibe. Das Ausmaß dieser Verformung ist allerdings so gering, daß es in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt ist Es wird normalerweise geringer sein als das Ausmaß jener Verformung, die im Zuge der Schließbewegung unmittelbar vor Erreichen und Überspringen der Kanten 38 vorhanden ist Es tritt beim Oberspringen der Kanten — seien sie abgeschrägt oder nicht — ein Entspannen des die Manschette bildenden gummielastischen Materials außerhalb der eigentlichen Sitzfläche 26 ein. Letztere erfährt in der Schließstellung der Klappenscheibe 12 eine geringfügige Dauerbeanspruchung, die jedoch gleichmäßig und vor allem symmetrich ist, so daß unzulässige Spannungen nicht auftreten.

Die in der Zeichnung dargestellte Ringabsperrklappe hat den Vorteil eines einfachen und übersichtlichen Aufbaus. Sie ist zudem von beiden Seiten in gleicher Weise beaufschlagbar. Die Praxis hat gezeigt, daß Drücke in der Größenordnung bis etwa 25atü ohne Schwierigkeiten bei absoluter Dichtheit aufgenommen werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Klappenventil mit einer in einem rohrförmigen Gehäuse schwenkbaren Klappenscheibe, deren Rand in der Sperrstellung der Klappe mit eimer zylindrischen und zur Längsachse des Gehäuses koaxialen Sitzfläche zusammenwirkt, die von der aus gummielastischem Material bestehenden inneren Wand des Gehäuses oder eines darin befindlichen Einsatzes gebildet ist, wobei der Durchmesser der Sitzfläche geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der kreisförmigen Klappenscheibe und die Sitzfläche beidseitig durch kegelmantelförmige Bereiche begrenzt ist, deren Durchmesser jeweils in Richtung auf die Sitzfläche abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kegelmantelfötmigen Bereiche (28,29) in der zur Schwenkachse der urn eine außerhalb der Dichtebene gelegene Achse schwenkbaren Klappenscheibe (12) senkrechten Ebene zur Bildung eines elliptischen Querschnittes eine Durchmesservergrößerung aufweisen, die in Richtung auf die Schnittlinien (36,37) der durch die Schwenkachse hindurchgehenden Ebene mit der inneren Wand des Gehäuses oder Einsatzes (15) vorzugsweise auf Null abnimmt

2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an einer Seite der Fläche (26) zwischen letzterer und dem etwa kegelmantelförmigen Bereich (28) ein kurzer, im Längsschnitt etwa kreisbogenförmig begrenzter Bereich (30) eingeschaltet ist

3. Klappenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sitzfläche (26) beidseitig begrenzenden Kanten (38) abgeschrägt sind.

4. Klappenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die unmittelbar an der Sitzfläche angrenzenden Abschnitte der kegelmantelförmigen Bereiche (28,29) bzw. der im Längsschnitt kreisbogenförmig begrenzten Bereiche (30) ebenfalls einen etwas kleineren Durchmesser aufweisen als die Klappenscheibe (12).