DE3844316C2 - Dichtungsvorrichtung für ein Drosselklappenventil mit einer in der Zufluß- und Abflußrichtung wirksamen Druckkontaktabdichtung - Google Patents
Dichtungsvorrichtung für ein Drosselklappenventil mit einer in der Zufluß- und Abflußrichtung wirksamen DruckkontaktabdichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvor
richtung für ein Drosselklappenventil, bei dem die geneigt zu
ihrer Schwenkachse ausgerichtete Drosselklappe mit einer in
radialer Richtung offenen Umfangsnut versehen ist, in der radial
verschieblich ein über den Durchmesser der Drosselklappe
hinausragender metallischer Dichtring gelagert ist, der bei
geschlossenem Ventil in seiner Radialrichtung dicht an einer
der Schrägstellung der Drosselklappe zur Schwenkachse angepaßten
Dichtfläche eines fest an der Innenwand des Ventil-
Durchflußkanals angeordneten Ventilsitzes anliegt.
Eine solche Dichtungsvorrichtung ist aus der DE-OS 19 55 707
bekannt.
Die üblichen Drosselklappenventile dieser Art haben eine Kon
struktion, bei der die Abdichtung durch einen Druckkontakt
zwischen dem äußeren Umfang des beweglichen Ventilteils und
der aufnehmenden Fläche des Sitzmetalls, die an der inneren
Wand des Ventilgehäuses angeordnet ist, vorzugsweise in der
Richtung des positiven dynamischen Drucks wirksam ist.
Bei jener vorbekannten Dichteinrichtung eines Drosselklappen
ventils ist der verschiebbare Dichtring der Drosselklappe in
der ihn lagernden Umfangsnut nicht durch zusätzliche Federmittel
nach radial außen gespannt. Insbesondere der Dichtdruck des
Dichtringes richtet sich dort nicht nach dem an der Drossel
klappe anstehenden Fluiddruck bzw. der dortigen Fluiddruck
differenz.
Bei einer wie oben angegebenen Ventilkonstruktion ist jedoch
nicht nur die Abdichtwirkung in der Richtung des positiven
dynamischen Drucks unzureichend, sondern die Abdichtung in der
Richtung des negativen dynamischen Drucks ist kaum zuverlässig.
So ist es wahrscheinlich, daß konventionelle Drosselklappen
ventile an Leckproblemen leiden, was somit erhebliche Wartungs
kosten, Reparaturarbeiten und Zeitaufwand erfordert mit dem
zusätzlichen Nachteil, daß gleichzeitig Einwegventile oder
andere Ventilvorrichtungen in dem Fall verwendet werden müssen,
wo eine Flußschleife in der Leitungsanordnung gebildet wird,
was zu zusätzlichen Anlagekosten führt.
Aus der US 32 82 558 ist ein Drosselklappenventil mit Dichtring
aus Metall bekannt. Bei dem Drosselklappenventil nach US 32 82
558 ist allerdings gegenüber dem in der eingangs genannten
Dichtungsvorrichtung verwendeten Ventil die Drosselklappen
lagerung andersartig, und es besitzt insbesondere überhaupt
keine Umlaufnut mit einem radial beweglichen Dichtring. Den
erforderlichen Dichtring entsprechend der US 32 82 558 in das
Ventilgehäuse anstatt, wie eingangs beschrieben, in die beweg
liche Drosselklappe zu legen, führt zu einem wesentlich kom
plizierteren Ventilaufbau. Während der Einbau von Federelementen
zum Spannen des Dichtringes in einer Ringnut der Drosselklappe
zusammen mit demjenigen des Dichtringes erfolgen kann, müssen
bei dem Vorsehen des Dichtringes in dem Gehäuse in der Art
nach US 32 82 558 zusätzliche Befestigungen wie beispielsweise
Spannringe eingesetzt werden. Dadurch wird die Fertigung des
Ventilgehäuses erschwert und damit verteuert.
Bei der Einrichtung nach US 32 82 558 ist der in dem Gehäuse
gelagerte Dichtring auch nicht durch ein Federelement radial
gespannt. Ein Spannen tritt vielmehr erst durch das Anliegen
eines Fluiddruckes an dem dortigen U-förmigen Spannring auf.
Desweiteren ist die Dichtfläche der dortigen Gehäusedichtung
nicht abgerundet, wodurch bei hoher Druckdifferenz an der
Drosselklappe eine sichere Dichtung nicht mehr gewährleistet
ist.
Die US 36 42 248 zeigt eine Dichtungsvorrichtung, bei der keine
Spanneinrichtung für den Dichtring einer Drosselklappe vor
gesehen ist, und bei der der an der Drosselklappe anliegende
Fluiddruck bzw. die dort herrschende Fluiddruckdifferenz nicht
dichtungserhöhend wirkt, insbesondere nicht unabhängig davon,
auf welcher Seite der Drosselklappe der höhere Fluiddruck an
steht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Dichtvorrichtung für ein Drosselklappenventil der eingangs
geschilderten Art zu schaffen, bei der den herkömmlichen Dros
selklappenventilen anhaftende Nachteile eliminiert sind und
eine hohe Dichtleistung in den Richtungen des positiven und
des negativen dynamischen Drucks erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der
Dichtring eine im Querschnitt konvex gekrümmte Außenumfangs
fläche aufweist und radial von zwei in der Umfangsnut axial
nebeneinander liegenden auf dem Grund der Umfangsnut
und an der inneren Umfangsfläche des Dichtrings anliegenden
Federringen elastisch abgestützt ist, wobei es sich bei jedem
der beiden aus federnd wirkendem Metall bestehenden Federringe
um ein längs seiner gesamten Umfangslänge an der oberen oder
unteren Seite geschlitztes ringförmiges Rohr mit C-förmigem
Querschnitt handelt und die Federringe derart angeordnet sind,
daß ihre umlaufenden Schlitze jeweils axial außen auf der der
Berührungsebene zwischen den beiden Federringen abgewandten
Seite liegen.
Durch den Einsatz zweier im Querschnitt C-förmiger Federringe
und deren Ausrichtung in einer solchen Art, daß sie sowohl
stromauf als auch stromab der Drosselklappe spannungserhöhend
fluidbeaufschlagt sind, kann eine bisher unerreichte Dicht
wirkung der Dichtringe erzielt werden. Dabei ist die abgerundete
Außendichtfläche des Dichtringes von erheblicher Bedeutung.
Denn sie ist Voraussetzung dafür, daß bei stromauf und stromab
der Drosselklappe fluidbedingt unterschiedlich stark spannenden
Federringen der Dichtring auf seiner gerundeten Dichtfläche
ohne Beeinflussung seiner Dichtfunktion an der Gegendichtfläche
abrollen kann. Wichtig ist auch, daß die Federringe tatsächlich
aus metallischem federnd wirkenden Metall bestehen, damit auch
bei geringem Fluiddruck eine ausreichende Dichtfunktion sicher
gewährleistet ist, so daß der Fluiddruckwirkung nur die Funktion
einer Dichtungserhöhung bei sich erhöhendem Fluiddruck bzw.
einer an der Drosselklappe sich erhöhenden Fluiddruckdifferenz
zukommt.
Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Ein
zelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kom
bination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht
sein.
Fig. 1 zeigt einen wesentlichen Teil einer Ausführungsform der
Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einem
Querschnitt.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Drosselklappenventils,
bei dem die Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung
eingebaut ist.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt des Drosselklappenventils der
Fig. 2.
Die zwei ringförmigen Federringe mit C-förmigem Querschnitt
können in der Umfangsnut der Drosselklappe derart angeordnet
sein, daß deren Schlitze einander gegenüberliegend relativ zu
einander nach außen weisen, so daß das Einstellen der Drossel
klappe in einer neutralen Stellung an der Sitzfläche durch ein
Gegeneinanderwirken zwischen den Druckkraftkomponenten in der
Zuflußrichtung und der Abflußrichtung erleichtert wird.
Es ist möglich, innerhalb jedes Federrings mit C-förmigem
Querschnitt eine federnde Vorrichtung anzuordnen, die beispiels
weise aus einem geformten Metall usw. hergestellt ist, und
Abmessungen aufweist, die der Größe des Drosselklappenventils
und jeder erforderlichen spezifischen Bedingung entsprechen,
um die Druckfestigkeit der Ringe zu unterstützen.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand einer spe
ziellen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Ein in den Fig. 2 und 3 gezeigtes Drosselklappenventil
(Schmetterlingsventil) mit einer Dichtungsvorrichtung oder
Dichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht
aus einer Drosselklappe A, die so angeordnet ist, daß sie das
Öffnen und Schließen des Strömungswegs für ein Fluid durch
Drehen um eine vertikale tragende Welle ausführt, und aus einem
Ventilgehäuse B, das das Ventilteil aufnimmt. Die Drehung der
tragenden Welle 9a, 9b wird durch eine Ventilbetätigungswelle
7 bewirkt, die in Eingriff mit einem Untersetzungsgetriebe 6 wie
bei üblichen Drosselklappenventilen angeordnet ist. Die innere
Wand des Ventilgehäuses B wird von einem Auflagemetall oder
metallischen Ventilsitz 3 in Form eines Streifens umgeben, der
eine konstante seitliche Breite hat und in einer zum Vertikal
schnitt des Ventilgehäuses um einen Winkel Ra (= R) geneigten
Ebene verläuft, wobei seine Auflagefläche oder Sitzfläche 3a
zur Aufnahme des Umfangsrands der Drosselklappe A relativ zur
Arbeitungsrichtung des Ventilgehäuses B unter demselben Winkel
R (= Ra) über die gesamte Streifenlänge geneigt verläuft.
Wie in Fig. 1 in einem vergrößerten Teilschnitt gezeigt ist,
ist in der Drosselklappe A eine Umfangsnut 1 auf deren gesamtem
Umfang gebildet, in der ein metallischer Dichtring 2 mit einer
abgerundeten äußeren Umfangsfläche 2a selbstausrichtend einge
setzt ist, derart, daß eine kleine federnde radiale Verlagerung
ermöglicht wird, die durch zwei Federringe 5a und 5b unter
stützt wird, die parallel zwischen dem Boden der Umfangsnut 1
der Drosselklappe A und dem inneren Umfang des Dichtrings 2 zu
dessen Abstützung angeordnet sind. Nach dem Einsetzen der Fed
erringe und des metallischen Dichtrings in die Aussparung der
Umfangsnut 1 wird ein Anschlagring 8 als Nutflanke an der Dros
selklappe durch Schrauben 4 befestigt, um die Nut 1 zu bilden.
Die zwei im Querschnitt C-förmigen Federringe 5a und 5b sind
parallel zueinander am Boden der Umfangsnut 1 vorzugsweise
derart angeordnet, daß jeder Längsschlitz zu einer Seitenwand
der Nut 1 weist, es sind nämlich die Schlitze nach entgegenge
setzten Seiten voneinander weg nach außen gerichtet, derart,
daß jeder Schlitz entweder einem positiven oder negativen
dynamischen Druck zugewandt ist, um das Einstellen der Drossel
klappe in einer neutralen Stellung an dem metallischen Ventil
sitz durch ein Zusammenwirken zwischen der Druckkraft in der
Zuflußrichtung und der Abflußrichtung zu erleichtern.
Der Grund dafür, daß eine hohe Abdichtwirkung sowohl in der
Zuflußrichtung als auch in der Abflußrichtung des Ventils durch
die neue Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung erreicht wird,
mag in folgendem liegen:
Falls der dynamische Druck, der auf jede der beiden Seiten der
Drosselklappe einwirkt, ansteigt, wird die von dem entsprechen
den Federring 5a oder 5b verursachte Stützkraft an dieser Seite
durch das Einströmen des Fluids in diesen Federring durch dessen
Schlitz hinein vergrößert werden, was dazu führt, daß ein
Gleichgewicht zwischen dem Druck und der Stützkraft gebildet
wird. Wenn die Drosselklappe A in der Schließstellung ist, wie
sie in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Einstellen des metallischen
Dichtrings 2 an der Auflagefläche des Ventilsitzes 3 in der
neutralen Stellung, in der die Mittellinien (O2 und O1) des
Dichtrings 2 und des Ventilsitzes 3 miteinander zusammenfallen,
spontan erleichtert durch ein Gleichgewicht zwischen dem auf
die Drosselklappe ausgeübten Fluiddruck, wie er durch den Pfeil
(a) oder (b) dargestellt wird, und der federnden Stützkraft,
die durch einen der beiden Federringe 5a oder 5b erzeugt wird,
wodurch stets eine zuverlässige Abdichtung erreicht wird.
Wie oben erläutert wurde, bietet die neuartige Abdichtungsvor
richtung für ein Drosselklappenventil gemäß der Erfindung einen
hochwirksamen Abdichtungseffekt durch das Erleichtern der
gleitenden Einstellung des Umfangsrands des Dichtrings der
Drosselklappe in der neutralen Stellung an der Auflagefläche des
Ventilsitzes durch ein spontanes Gleichgewicht zwischen dem
Fluiddruck und der Stützkraft oder Druckkraft der Federringe,
die durch einen synergistischen Effekt der eigentlichen elasti
schen Reaktionskraft des rohrförmigen Federrings und der Kraft,
die diesen zum Anschwellen bringt und die auf dem Einströmen
des Fluids in diesen hinein beim Ansteigen des Fluiddrucks
beruht. Durch Einbau von zwei rohrförmigen Federringen zum
Abstützen des Dichtrings kann eine vollständig wasserdichte
Abdichtung erreicht werden, ungeachtet des positiven oder nega
tiven dynamischen Flüssigkeitsdrucks.
Somit kann durch die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung
eine beträchtliche Zunahme der Dichtungswirkung eines Drossel
klappenventils im Vergleich zu bekannten Drosselklappenventilen
erreicht werden.
Claims (2)
1. Dichtungsvorrichtung für ein Drosselklappenventil, bei
dem die geneigt zu ihrer Schwenkachse ausgerichtete
Drosselklappe (A) mit einer in radialer Richtung offenen
Umfangsnut (1) versehen ist, in der radial verschieblich
ein über den Durchmesser der Drosselklappe (A)
hinausragender metallischer Dichtring (2) gelagert ist,
der bei geschlossenem Ventil in seiner Radialrichtung
dicht an einer der Schrägstellung der Drosselklappe (A)
zur Schwenkachse angepaßten Dichtfläche (3a) eines fest
an der Innenwand des Ventil-Durchflußkanals angeordneten
Ventilsitzes (3) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtring (2) eine im Querschnitt konvex
gekrümmte Außenumfangsfläche (2a) aufweist und radial von
zwei in der Umfangsnut (1) axial nebeneinander liegenden
auf dem Grund der Umfangsnut (1) und an der inneren
Umfangsfläche des Dichtrings (2) anliegenden Federringen
(5a, 5b) elastisch abgestützt ist, wobei es sich bei
jedem der beiden aus federnd wirkendem Metall bestehenden
Federringe (5a, 5b) um ein längs seiner gesamten
Umfangslänge an der oberen oder unteren Seite
geschlitztes ringförmiges Rohr mit C-förmigem Querschnitt
handelt und die Federringe (5a, 5b) derart angeordnet
sind, daß ihre umlaufenden Schlitze jeweils axial außen
auf der der Berührungsebene (O2) zwischen den beiden
Federringen (5a, 5b) abgewandten Seite liegen.
2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine federnde Vorrichtung bei Bedarf innerhalb jedes Feder
ringes (5a, 5b) mit C-förmigem Querschnitt eingebaut ist, um
die von den Ringen ausgehende Druckspannung zu vergrößern.
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