DE2610243A1

DE2610243A1 - Durchflussregelventil

Info

Publication number: DE2610243A1
Application number: DE19762610243
Authority: DE
Inventors: Peter Vincent Mcdowell
Original assignee: Holset Engineering Co Ltd
Current assignee: Cummins Turbo Technologies Ltd
Priority date: 1975-03-13
Filing date: 1976-03-11
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4098085A; SE422618B; FR2304008A1; ES446020A1; JPS51115325A; GB1540826A; PL114142B1; BR7601475A; SE7603207L

Description

DIPL.-PHYS. DIPL.-INC.

Holset Engineering Comp.Ltd. tho-ho-21

Se/P
9.Märζ 1976

Durchflußregelventil

Vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil und befaßt sich insbesondere mit der Bauart, bei der der Schließteil des Ventils einen Halter hat, von dem zumindest ein Teil im Betrieb heißen Gases ausgesetzt ist.

Herkömmliche Durchflußregelventile haben für gewöhnlich einen Schließteil, der von einem axial verschiebbaren Halter getragen wird, der so vorbelastet ist, daß der Schließteil normalerweise in Berührung mit einem feststehenden Ventilsitz gehalten wird. Z.B. ist ein bekanntes Durchflußregelventil ein Tellerventil und enthält einen runden Schließteil, der an einem Ende eines Schaftes befestigt ist, der seinerseits in einer zylindrischen Führung axial verschiebbar und von einer Feder belastet ist, wodurch der Schließteil gegen einen feststehenden, runden Ventilsitz gedrückt wird. Wenn der Druck im Gasstrom vor dem Ventilsitz über einen vorbestimmten Wert ansteigt, wird der Schließteil gegen die Kraft der Vorbelastung axial vom Ventilsitz wegbewegt, wodurch Gasen der Durchtritt gestattet ist.

Ein Nachteil der vorstehend beschriebenen Art von Ventilen ist der, daß bei der Regelung des Durchflusses heißer Gase zumindest der dem Schließteil zunächst liegende Teil des Schaftes den heißen Gasen ausgesetzt ist, insbesondere dannr, wenn das Ventil offen ist. Aus diesem Grund unterliegt es der Korrosion oder dem Ansatz von Rückständen, was unter Umständen dazu führt, daß das Ventil hängenbleibt und fehlerhaft arbeitet, dies deshalb, weil der fragliche Teil des Schaftes nicht mehr frei beweglich in der

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zylindrischen Führung gleiten kann.

Ein Anwendungsfall, bei dem sich dieses Problem stellt, ist der an Turboladern für Verbrennungsmotoren, wo die Auspuffgase des Motors dazu benutzt werden, eine Turbine anzutreiben, die wiederum einen Kompressor zur Vergrößerung der Luftzufuhr zu den Motorzylindern antreibt. Ein Beispiel für die Verwendung eines Entlastungsventils von der Bauart eines Tellerventils in solch einem Turbolader ist· im einzelnen in der GB-PS 1 O²Tp 112 beschrieben.

Ein zusätzliches Problem bei einem Tellerventil dieser Art besteht darin, daß sein Schaft und die dazugehörigen Führungen und FedeieLemente über das Turbinengehäuse soweit vorstehen, daß sie bedeutend zu den Außenabmessungen des Turboladers beitragen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Durchflußregelventil zu schaffen, das weniger zu fehlerhafter Arbeitsweise als Folge von Korrosion oder Ansatz von Rückständen am Halter für den Schließteil bei der Regelung heißer Gase neigt, das aber auch möglichst wenig die Außenabmessungen einer Turbine vergrößert, an die es angebaut ist.

Erfindungsgemäß ist der Schließteil so befestigt, daß er um eine abseits vom Schließteil gelegene Stelle oder Achse winkelverlagerbar ist.

Vorzugsweise findet die Winkelverlagerung des Schließteiles in einer Ebene statt, die senkrecht zu einer Ebene liegt, die den Ventilsitz enthält.

Aufgrund der vorgenannten Bauweise kann die Stelle oder Achse, um die der Schließteil winkeJrverlagerbar ist, außerhalb des

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direkten Strömungsweges der heißen Gase angeordnet sein, die das Ventil,wenn es offen ist, durchsetzen, und können die Gleitf] lichen wegfallen, die bei der früheren Bauweise zum Festhängen neigten.

Die Winkelverlagerung des Schließteiles kann in Form einer Schwenkbewegung um eine feste Achse vor sich gehen, z.B. aufgrund der Befestigung des Schließteiles auf einer Schwinge, die torsionsbelastet ist, um den Schließteil gegen den Ventilsitz zu drücken. Bei anderen Ausführungen kann sie durch Befestigung des Schließteiles an einem Ende eines biegsamen Elementes erzielt werden, dessen anderes Ende festgehalten ist, z.B. einer Blattfeder.

In der nachfolgenden Beschreibung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt eines ersten Ausführungsbeispieles eines Durchflußregelventils gemäß der Erfindung, angebaut am-Gehäuse eines Turboladers

Fig. 2 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt des Ausführun^sbeispiels der Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Durchflußregelventils gemäß der Erfindung, angebaut am Gehäuse eines Turboladers,

Fig. 4 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt des Ausführungsbeispiels der Fig. 3»

Fig. 5 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt eines dritten Ausführung sbeispiels eines Durchflußregelventils gemäß der Erfindung, angebaut am Gehäuse eines Turboladers,

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Fig. 6 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt des Ausführungsbeispieles der Fig. 5,

Fig. 7 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt eines vierten Ausführungsbeispieles eines Durchflußregelventils gemäß der Erfindung^angebaut am Gehäuse eines Turboladers,

Fig. 8 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt de s Ausführung beispieles der Fig.7.

Die gezeigten Entlastungsventile sind am Turbinengehäuse 10 eines Turboladers von der Art befestigt, wie er im einzelnen im GB-PS 1 043 112 beschrieben ist. In·Jedem Fall weist das Gehäuse 10 einen Einlaß 12 auf, durch den die heißen Auspuffgase eines Verbrennungsmotors einem Turbinenrad oder Rotor 11 zugeführt werden, der mehrere Schaufeln IJ trägt. Die Turbine 11 ist normaler weise mit einem nicht gezeigten Kompressor verbunden, der den Druck der dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Luft erhöht. Das Gehäuse 10 hat einen Auslaß 14, der den Austritt der vom Turbolader verbrauchten Gase gestattet und an ein nicht gezeigtes, mit der freien Außenluft in Verbindung stehendes Auspuffrohr angeschlossen sein kann. Auf diese Weise werden heiße am Einlaß 12 in die Turbine eintretende Druckgase durch das Turbinenrad entspannt, wobei sie dessen Drehung veranlassen, wonach die verbrauchten Gase durch den Turbinenauslaß 14 ausgelassen werden.

Die Durchflußregelventile werden dazu benutzt, einen Nebenauslaß für Auspuffgase vor dem Turbinenrad vorzusehen, wenn der Druck dieser Gase einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dies beschränkt wiederum die Drehgeschwindigkeit der Turbine 11 und regelt so den vom Kompressor erzeugten Druck auf einen sicheren Höchstwert.

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Das Durchflußregelventil der Pig. I und 2 enthält einen runden Ventilsitz 16 in der Seitenwand 18 des Einlasses 12 des Gehäuses 10 und einen entsprechend geformten Schließteil 20 mit einem mittig nach hinten abstehenden Gewindeansatz 22 , der durch eine öffnung in einer Platte 24 geht und mit dieser Platte mittels zweier Muttern 26 verbunden ist. Die Muttern 26 können auf kugelförmigen Flächen der Platte 24 sitzen, um eine Einstellung des richtigen Sitzes des Schließteiles 20 zu erlauben. Die Platte 24 wird von einem Ende einer Schwinge 28 getragen, deren anderes Ende mit dem freien Ende eines Torsionsstabes 30 drehsicher verbunden ist, der seinerseits in einem von einem Flanschteil 34 des Gehäuses 10 getragenen Gehäuseansatz 32 gelagert ist. Der Gehäuseansatz 32 steht mit dem Inneren des Flanschteiles 34 des Gehäuses 10 über eine öffnung 36 und eine Dichtungsscheibe 37 in Verbindung, durch die sich die Schwinge 28 mit einem erheblichen freien Abstand erstreckt , wie in der Zeichnung dargestellt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das freie Ende 30a des Torsionsstabo: 30 in einem Lager drehbar, das von zwei einander gegenüberliegenden Hälften 32a, 32b des Gehäuseansatzes 32 gebildet wird, wobei das andere Ende des Torsionsstabes 30 an der Befestigungsstelle 33 zum Gehäuseansatz 32 festgelegt ist. Die Verwindung des Torsionsstabes 30 geschieht zu dem Zweck, den Schließteil 20 über die Schwinge 28 und die Platte 24 vorzubelasten, so daß er unter normalen Umständen den Ventilsitz 16 berührt. Wenn sich ein übermäßiger Druck im Einlaß 12 aufbaut, wird der Schließteil 20 um die Achse des Torsionsstabes 30 und gegen dessen Drehmoment winkelverlagert, wodurch das Ventil geöffnet und der Einlaß 12 mit einer Kammer 38 verbunden wird, die zwischen den inneren Oberflächen des Flansohteiles 34 des Gehäuses 10 und einer Deck-

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platte 4θ ausgebildet ist, die quer über der offenen Mündung des Flanschteiles 34 mit einer dazwischengelegten Dichtungsscheibe 42 durch Bolzen 44 befestigt ist. Die Kammer 38 steht auch über einen Durchgang 45 mit einer Öffnung 47 im Auslaß 14 des Gehäuses 10 in Verbindung, wodurch der Einlaß 12 mit der freien Außenluft in Verbindung kommt, wenn das Ventil geöffnet ist.

Es ist ersichtlich, daß der Torsionsstab 3 0 im Gehäuseansatz 32 abseits des Durchtrittsweges der Gase liegt, so daß er selbst nicht in Berührung mit dem Gasstrom kommt. Natürlich werden auch im Gehäuseansatz 32 Gase sein, doch werden sich diese verhältnismäßig in Ruhe befinden. Der freie Abstand zwischen der Schwinge 28 und der Dichtungsscheibe 37 ist verhältnismäßig groß, so daß ein Ansatz von Rückständen an der Schwinge 28 das Ventil nicht am Arbeiten hindert.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Ausführung ist der, dafl dieser Bauweise Dämpfungskräfte eigen sind, die gegen die Neigung des Ventils wirken, gegen seinen Sitz zu flattern, was eine Beschädigung und sogar einen Bruch des Schließteils oder des Ventilsitzes zur Folge haben könnte. Dies ist von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die pulsierende Natur des Gasstroms im Turbinengehäuse. Die Dämpfungskräfte werden- durch die Federbelastung des Torsionsstabes 30 gegen seine Lagerung am freien Ende erzeugt und sind proportional der Verwindung des Torsions-Stabes.

Die Bauart des Ventils erlaubt es auch, eine zusätzliche Dämpfung leicht einzubauen. Z.B. enthält die Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 zwischen der Schwinge 28 und dem Gehäuseansatz ein Dämpfungsschuh 50, wodurch die Bewegung der Schwinge 28 und

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damit die Bewegung des Schließteiles 20 gedämpft wird.

In einer abgeänderten Ausführungsform kann die Bauweise gleich der der Fig. 1 und 2, jedoch bei weggelassenem Dämpfungsschuh 50, sein.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist im wesentlichen das gleiche wie das der Fig. 1 und 2, Jedoch mit dem Unterschied, daß der Torsionsstab durch eine Schraubenfeder 52 ersetzt ist. Die Schwinge 28 ist schwenkbar um eine feststehende Achse 54 gelagert, die sich koaxial durch die Schraubenfeder 52 erstreckt, die wiederum so gespannt ist, daß sie die Schwinge 28 im Uhrzeigersinn, gemäß der Ansicht der Fig.Z>> vorbelastet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 ist der Schließteil an ein«.. Ende einer Blattfeder 56 mittels des Gewindeansatzes 22 und der Muttern 26 befestigt. Das andere Ende der Blattfeder 56 geht durch die Dichtungsscheibe 37 in einen Schlitz 58 eines Blocks 59, wo es mittels eines Gewindestiftes 60 festgeklemmt ist. Die Blattfeder 56 besteht vorteilhafterweise aus zwei Federblättern,wobei die Dämpfung durch die Reibung zwischen den Federblättern bewirkt wird. «

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 ist der Schließteil nicht, wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, starr mit der Schwinge verbunden. Gemäß Fig. 7 und 8 wird ein etwas abgewandelter Schließteil 70 verwendet, der einen sich axial erstreckenden rohrförmigen Ansatz 72 mit einer zylindrischen Außenfläche 74 und einer zylindrischen Innenfläche 76 aufweist, die eine innere Bohrung des Ansatzes 72 begrenzt. Die Bohrung des Ansatzes 72 ist so angeordnet, daß sie das freie ·

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Ende eines Zapfens 78 lose aufnimmt, der starr in einer Bohrung 80 in einer Deckplatte 82 mittels eines Gewindeteiles 84 befestigt ist. Der Zapfen 78 und der Ansatz 72 sind im wesentlichen axial zueinander ausgerichtet. Das Ventil enthält eine schwenkbar gelagerte Schwinge 86, deren oberes Ende im wesentlichen in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Pig. 3 und 4 durch eine Feder vorbelastet ist. Das der Schwenkachse abgewandte Ende der Schwinge 86 ist Jedoch nicht fest mit dem Schließteil 70 verbunden, sondern, wie in Fig. 8 gezeigt, gegabelt, so daß die zwei Arme der Gabel an einander gegenüberliegenden Seiten des Ansatzes 72, mit einem gewissen Spiel dazwischen, liegen. Aufgrund der Vorspannung der Schraubenfeder 88 liegt das gegabelte Ende der Schwinge 86 gegen die Hinterfläche 90 des Schließteiles 70 an und drückt den Schließteil 70 in seine geschlossene Lage gegen den Ventilsitz 92.

Die eben beschriebene Anordnung der Fig. 7 und 8 hat den Vorteil, daß sie dem Schließteii70 einen gewissen Betrag seitlicher Bewegungsfreiheit relativ zur Schwinge 86 gibt,so daß der Sahließteil 7C einen selbst einstellenden Sitz im Ventilsitz 92 findet, d.h., daß es überhaupt nicht notwendig ist, daß die Achsen des Ventilsitzes 92 und des Schließteiles 70 genau zueinander ausgerichtet sind. Dadurch werden Schwierigkeiten vermieden, die sich sonst durch unterschiedliche Ausdehnung der verschiedenen Teile des Ventiles und durch eine Verformung von Teilen aufgrund ihrer Erhitzung ergeben. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist der Zapfen 78 in der Bohrung des Ansatzes 72 mit ziemlichem Spiel aufgenommen, so daß die zusammenarbeitenden Oberflächen dieser Teile nicht

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in einer streng gleitenden Beziehung zueinander stehen, sondern der Zapfen 78 bloß als eine ziemlich lockere Führung für den Ansatz 72 wirkt. Ein beträchtlicher Ansatz von Rückständen an diesen zusammenarbeitenden Oberflächen kann deshalb ohne abträgliche Wirkung auf die Arbeitsweise des Ventiles in Kauf genommen werden.

Obwohl in den Ausführungsbeispielen der Fig.l - 4 die Schwinge mit dem Schließteil über eine zusätzliche Platte 24 in Verbindung steht, kann letztere auch weggelassen werden und die Schwinge direkt mit dem Schließteil verbunden sein. Bei den in den Zeichnungen dargestellten Verhältnissen müßte die Schwinge dann natürlich gekröpft sein.

Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele der Ventile ergeben eine äußerst wirksame Regelung der Turbineneinlaßgase. Außerdem beeinflussen sie nicht wesentlich die Außenabmessungen des Turbinengehäuses. Dies ist ein bedeutender Vorteil bei solchen Anwendungen. bei denen es in erster Linie auf geringen Platzbedarf ankommt.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Durchflußregelventil mit einem von einem verlagerbaren Halter so getragenen Schließteil, daß dieser normalerweise gegen einen feststehenden Ventilsitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Schließteil (20; 70) um eine vom Schließteil (20; 70; ) abseits gelegene Stell· oder Achse winkelverlagerbar ist.
2. Durchflußregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelverlagerung des Schließteiles (20; 70) in einer Ebene stattfindet, die senkrecht zur Ebene liegt, die den Ventilsitz (16;92) enthält.
J5. Durchflußregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Winkelverlagerung des Schließteiles (20; 70) in Form einer Schwenkbewegung um eine feststehende Achse stattfindet.
k. Durchflußregelventil nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließteil (20) auf einer Schwinge (28) befestigt ist, die um die feststehende Achse schwenkbar und so vorbelastet ist, daß der Schließteil (20) gegen den feststehenden Ventilsitz .(16) gedrückt wird.
5· Durchflußregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbelastung der Schwinge durch eine Schraubenfeder (52) erfolgt.

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6. Durchflußregelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwinge (28) um eine feststehende Achse (5¹O schwenkbar gelagert ist, die sich koaxial durch die Schraubenfeder (52) erstreckt, deren eines Ende relativ zur Achse (5^) und deren anderes Ende relativ zur Schwinge (2t festgelegt ist.
7. Durchflußregelventil nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet , daß die (Vorbelastung der Schwinge durch einen Torsionsstab (30) erfolgt, auf dem die Schwinge (2b) befestigt ist, und der zur feststehenden Achse ausgerichtet ist.
8. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 4 - "J, dadurch gekennzeichnet , daß ein Dämpfungsschuh (50) federnd zwischen der Schwinge (28) und einem feststehenden Gehäuseansatz (32) liegt, um die Bewegung der Schwinge zu dämpfen.
9. . Durchflußregelventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schließteil (20) an einem Ende eines biegsamen Elementes befestigt ist, dessen anderes Ende fest eingespannt ist.
10. Durchflußregelventil nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das biegsame Element aus einer Blattfeder (56) besteht.
11. Durchflußregelventil nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Schließteil (70) vom freien Ende einer Schwinge (86) erfaßt wird, die um die feststehende Aehse schwenkbar ist und unter Vorbelastung steht, um den

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Schließteil (70) gegen den feststehenden Ventilsitz (92) zu drücken.
12. Durchflußregelventil nach Anspruch 11,- dadurch gekennzeichnet, daß der Schließteil (70) einen sich nach rückwärts erstreckenden rohrförmigen Ansatz (72) enthält, dessen Bohrung (76) so angeordnet ist, daß sie das freie Ende eines feststehenden Führungszapfens (78) lose aufnimmt,der im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Schließteiles (70) orientiert ist.
13. Durchflußregelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das freie Ende der Schwinge (86) gegabelt ist, wobei die Enden der Gabel an einander gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Ansatzes (72) des Schließteiles (70) mit Spiel dazwischen liegen.
14. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 3 - I3 , dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkachse in einer Kammer außerhalb des direkten Strömungsweges der Gase liegt, wenn die letzteren das Ventil passieren.

15· Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet , daß es an einem Turbinengehäuse eines Turboladers für einen Verbrennungsmotor befestigt ist.

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