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Die
Erfindung betrifft ein Dreh-Absperrorgan gemäß dem Oberbegriff des Anspruch
1.
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbesserungen von Dreh-Absperrorganen
mit einem Verschlußglied,
dessen Schaftteile an ihren entgegengesetzten Enden eng in Öffnungen
des Gehäuses
des Absperrorganes aufgenommen sind, sodaß das Verschlußglied zwischen
Offenstellungen und Schließstellung
gedreht werden kann. Ein neuer Aspekt der Erfindung liegt insbesondere
bei Drosselklappenventilen, wenn die Erfindung gemäß ihren weitergehenden
Aspekten auch bei anderen Absperrorganen wie Hähnen und Kugelventilen anwendbar ist.
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In
dem britischen Patent 1,080,067 wird eine austauschbare Einheit
bestehend aus einer Scheibe und einem Liner für ein Scheibenventil beschrieben. Um
den Liner herum ist hierbei ein elastisches ringförmiges Element
angeordnet, welches beim Einsetzen der Einheit zwischen dem Liner
und dem Ventilgehäuse
verpresst wird, den Liner stützt
und eine elastische Verformung desselben beim Schließen des
Scheibenventils ermöglicht.
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Die
Druckschrift WO 93/06390 offenbart federbelastete Ringe zum Zusammendrücken zwischen
zusammenpassenden Teilen, um eine Fluidabdichtung um Isoliermembranen
in Druck-Messwertgebern zu schaffen. Die Ringe sind hierbei aus verformbarem
Kunstharzmaterial ausgebildet.
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In
dem US-Patent 4,179,130 wird eine Abdichtung der Bolzenlagerung
einer Gleiskette mittels eines in eine ringförmige Aussparung einer Gliedwange
angeordneten und von Kettenbolzen durchgriffenen Dichtrings aus
flexiblem Werkstoff beschrieben. An den Stirnseiten des Dichtrings
sind hierbei ringförmige,
sich an der zugewandten Buchsenstirnseite bzw. an der Stirnwand
der Gliedwangen-Aussparung abstützende
Dichtlippen angeformt.
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Das
Absperrorgan gemäß der vorliegenden Erfindung
eignet sich besonders zur Steuerung von stark korrosiven Leitungs-Strömungsmitteln,
welche die Schaftteile oder anderen Teile des Absperrorganes schädigen könnten, wenn
diese nicht davor geschützt
werden. Ein gemäß der Erfindung
ausgestaltetes Drosselklappenventil hat Sitze aus Teflon oder anderem
korrosionsbeständigem
Material, die in ein äußeres, rohrförmiges Metallteil
des in den Strömungsweg
einschaltbaren Gehäuses
des Absperrorganes passen und mit denen der Umfang der Klappe zum
Absperren des Absperrorganes in Berührung tritt. Die Klappe selbst
kann mit Teflon oder dergleichen bedeckt sein. Allerdings liegt
das größere Problem
in dem Schutz des Metalls der Schaftteile und der Offnungen der
Metallteile des Gehäuses,
welche die Schaftteile eng aufnehmen, sowie auch in dem Schutz einer
Dichtungs- und Lageranordnung, wie sie üblicherweise in einer Gegenbohrung
einer der Gehäuseöffnungen
angeordnet ist, welche den mit seinem äußeren Ende an ein Betätigungsglied
angeschlossenen Schaftteil lagert.
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Der
Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein Absperrorgan
dieser Art zu schaffen, bei welchem die Schaftteile gegen korrodierende und
andere schädliche
Einflüsse
des geleiteten Strömungsmittels
durch Dichtungsanordnungen geschützt
sind, die auch selbst gegen diese Einflüsse geschützt sind.
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Es
soll auch ein Drosselklappenventil dieser Art geschaffen werden,
bei welchem Sitz und Klappe so angeordnet und konstruiert sind,
daß das
Ventil leicht zusammengebaut und auseinandergebaut werden kann,
wenn die Dichtungsanordnungen an der Klappe angebracht sind.
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Die
Lösung
der Aufgabe ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
führt dazu,
daß der
Druck des Strömungsmittels
jeweils auf das geschlossene Ende und nicht das offene Ende des
jeweils äußeren Ringes
der Dichtungsanordnung einwirkt, sodaß nicht nur die Schaftteile
und die zugehörigen
Teile des Gehäuses
des Absperrorganes, sondern auch der innere Ring der Dichtungsanordnung
geschützt
sind, der von selbst dafür sorgt, die
Dichtungsanordnung in Dichtungsberührung mit dem Gehäuse und
dem Verschlußglied
zu drängen, indem
er die Schenkel der Dichtungsanordnung nachgiebig an die gegenüberliegenden
Flächen
von Gehäuse
und Verschlußglied
anlegt. Der zweite Ring kann daher von herkömmlicher Konstruktion sein, beispielsweise
eine Schraubenfeder oder ein O-Ring aus Gummi oder anderem elastomeren
Material, welches sonst durch das Leitungs-Strömungsmittel
beschädigt
werden könnten.
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Vorzugsweise
sind jedoch die Innenseiten der Schenkel des äußeren Ringes in enger Berührung miteinander,
so daß sie
den inneren Ring einschließen
und gegen Strömungsmittel
schützen,
welches entlang den Schenkeln des äußeren Ringes lecken könnte, und
auch vor Material oder Strömungsmittel
stromab von der Dichtungsanordnung. Wie dargestellt befindet sich
das radial innere Ende des äußeren Ringes
dicht an dem von ihm umgebenden Schaftteil, so daß die Dichtungsanordnung
minimalen Durchmesser haben kann.
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Die
Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen gleichende
Bezugszeichen jeweils gleichende Teile bezeichnen:
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1 ist
die teilweise fortgebrochene Ansicht eines Endes eines Absperrorganes
gemäß der Erfindung
in Form eines Drosselklappenventiles mit geschlossener Lage der
Drosselklappe;
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2 ist
ein längs
der gebrochenen Linie 2--2 der 1 gesehener
senkrechter Schnitt des Ventiles aus 1;
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3 ist
ein Querschnitt längs
der Linie 3--3 der 1;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
der Dichtungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung und zwar
aus ihrer Lage zwischen Sitz und Klappe herausgenommen;
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5 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Teiles des Ventiles mit Aufnahme der Dichtungsanordnung in
einer Ausnehmung in einer Anlagefläche der Klappe, wobei die Dichtungsanordnung
einen der Schaftteile des Ventils umgibt;
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6 ist
eine Ansicht der in einer Ausnehmung der Klappe aufgenommenen Dichtungsanordnung
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ist
eine Ansicht der in einer Ausnehmung des Sitzes aufgenommenen Dichtungsanordnung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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8 ist
eine Ansicht der in einer Ausnehmung des Sitzes aufgenommenen Dichtungsanordnung
nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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9 ist
eine Ansicht der Dichtungsanordnung nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, die teils in Ausnehmungen des Sitzes sowie der Klappe
aufgenommen ist;
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10A ist eine Ansicht des einen Endes der Klappe
und des Sitzes, die aus dem Inneren des rohrförmigen Metallteiles des Gehäuses herausgenommen
sind, wobei der Sitz in der durch die Pfeile angedeuteten Weise
diametral verformt ist, sodaß die
Klappe seitlich in den Umfang des Sitzes eingefügt werden kann, wobei die Klappe
in eine Lage gedreht ist, in der ihre Anlageflächen sich auf einer Seite von
angehobenen sphärischen
Flächenteilen
der Anlageflächen
am Innenumfang des Sitzes befinden;
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10B ist ein vergrößerter Querschnitt eines Teiles
des Sitzes und der Klappe gemäß den gebrochenen
Linien 10B--10B aus 10A;
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11A ist eine andere Ansicht des Endes von Sitz
und Klappe gemäß 10A, jedoch nach Nachlassen der Verformung des
Sitzes;
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11B ist ein Querschnitt von Sitz und Klappe entlang
den gebrochenen Linien 11B--11B von 11A;
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12A ist eine Ansicht des Endes von Sitz und Klappe,
wobei jedoch die Klappe entgegen dem Uhrzeigersinn wie durch die
Pfeile angedeutet in eine Lage verdreht ist, bei der die sphärisch geformten Anlageflächen der
Klappe in dichter Berührung
mit den sphärisch
geformten Teilen der Anlageflächen des
Sitzes sind, und
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12B ist eine vergrößerte senkrechte Schnittdarstellung
eines Teiles von Sitz und Klappe entlang den gebrochenen Linien
12B--12B von 12A mit Darstellung der Dichtungsanordnung
in Dichtungsberührung
sowohl mit dem Sitz als auch mit der Klappe.
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Es
wird nun im einzelnen auf die vorstehend aufgezählten Figuren Bezug genommen.
Das gezeigte Absperrorgan ist ein Drosselklappenventil, welches
insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Es besitzt
ein Ventilgehäuse 21 mit
einem äußeren rohrförmigen Metallteil 22,
dessen entgegengesetzte Enden an eine Strömungsleitung anschließbar sind.
Das rohrförmige
Metallteil ist aus diametral geteilten Teilen 20A und 20B zusammengesetzt,
die mittels Bolzen 22C aneinander angeschlossen sind und
einen von dem oberen Teil 22A radial nach oben stehenden
Hals 23 aufweisen.
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Das
Gehäuse 21 besitzt
auch einen ringförmigen
Sitz 24 aus Teflon oder anderem korrosionsfesten Werkstoff,
der sich um den Innenumfang des rohrförmigen Metallteiles 22 erstreckt
und einen korrosionsbeständigen
Strömungsweg 25 durch
das Ventilgehäuse
bildet. Der Sitz hat an jedem Ende nach außen gezogene Flanschen, die
zwischen den entgegengesetzten Enden des rohrförmigen Metallteiles 22 eingeklemmt
sind, sowie rohrförmige
Strömungswegteile
in Fortsetzung des Strömungsweges 25.
Am Außendurchmesser
des Sitzes befindet sich eine Ausnehmung, die einen diametral geteilten
Ring 27 aus Gummi oder anderem elastomeren Material aufnimmt.
Dieser Ring befindet sich zwischen der Ausnehmung und dem Innendurchmesser
des rohrförmigen
Metallteiles 22 und bildet eine federnde Abstützung für den Sitz 24 zur
Erleichterung einer dichten Dichtungsberührung des Umfanges der Klappe mit
dem relativ unelastischen Material des Sitzes.
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Das
Ventil 20 besitzt weiterhin eine Metallklappe 28,
die nach Wunsch mit Teflon oder einem anderen korrosionsbeständigen Material
bekleidet sein kann. Jedes der geteilten Teile des rohrförmigen Metallteiles 22 des
Gehäuses 21,
des Sitzes 24 und auch der Gummiring 27 besitzen
fluchtende Öffnungen,
die ihrerseits mit Öffnungen
fluchten, die in den umgebenden Flächen der oberen und unteren
Enden der Klappe ausgebildet sind, und in den fluchtenden Öffnungen
sind die oberen und unteren Schaftteile 29 und 30 aufgenommen.
Bei der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung sind die Schaftteile einzelne Schäfte, die eng in einzelnen Öffnungen
der Klappe und des Gehäuses
aufgenommen sind, sodaß die Klappe
um die Achse des Schaftes zwischen der geschlossenen Lage gemäß 1 und 2 und
einer offenen Lage gedreht werden kann, in der die Klappe sich im
wesentlichen unter 90° zu
der dargestellten Lage erstreckt. Die Schaftteile können aber
offensichtlich auch die entgegengesetzten Enden eines einzigen Schaftes
sein, der in einer Durchgangsöffnung
der Klappe angeordnet ist.
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Die Öffnung in
dem oberen Teil des rohrförmigen
Teiles des Gehäuses
erstreckt sich in solcher Weise dort hindurch, daß der Schaftteil 29 hindurchgeführt werden
kann, und an dem Flansch 30' am oberen
Ende des Halses kann ein nicht gezeigtes Betätigungsteil angeordnet sein
und an dem äußeren Ende 31 des
Schaftteiles 29 befestigt sein, sodaß der Schaftteil 29 mittels
des Betätigungsteiles
gedreht werden kann. Zu diesem Zweck ist die Klappe an dem oberen
Schaftteil mittels eines Sprengringes oder dergleichen angeschlossen.
In einer Gegenbohrung 33 in dem äußeren Ende der Öffnung des
rohrförmigen
Teiles 22A zur Aufnahme des Schaftteiles 29 befindet
sich eine Lager- und Dichtungsanordnung 32 und umgibt den
Schaftteil 29 an seinem oberen Ende. Die Lager- und Dichtungsanordnung 32 wird
mittels eines Schnappringes 34 nieder gehalten.
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Um
das Ventil auseinander zu nehmen, braucht man lediglich die Teile 22A und 22B voneinander
zu lösen,
sodaß sie
samt den Schaftteilen 29 und 30 von dem Sitz abgezogen
werden können. Bringt
man die Teile 22A und 22B wieder in Verbindung,
so können
offensichtlich die Schaftteile und das rohrförmige Metallteil wieder an
Sitz und Klappe angebracht werden. Die Klappe läßt sich in der nachstehend
beschriebenen Weise in dem Sitz installieren oder daraus herausnehmen.
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Wie
zuvor beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht ist zwischen
einer Anlagefläche 35 des
Innenumfanges des Sitzes und einer Anlagefläche 36 an jedem Ende
der Klappe eine Dichtungsanordnung SA eingebaut, die zwischen diesen
Flächen
abdichtet und jeweils einen der Schaftteile umgibt. Genauer gesagt
sind die Dichtungen zwischen den entgegengesetzten Anlageflächen 35 und 36 derart
eingebaut, daß kein
Leitungs-Strömungsmittel in
die Öffnungen
eintreten kann und auch nicht die Schaftteile oder die Lager- und
Dichtungsanordnung erreichen kann.
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In
der dargestellten Weise ist jede der Anlageflächen 36 der Klappe
am Ende eines radial erweiterten Teiles der Klappe vorgesehen, während jede der
Anlageflächen 35 des
Sitzes an dem Ende eines dazu passenden Teiles des Sitzes angeformt
ist. In beiden Fällen
haben die Anlageflächen
sphärische Gestalt
wie durch den Radius "R" in 2 angedeutet.
Die sphärischen
Anlageflächen
umgeben die Öffnungen
in den Sitzen und in der Klappe und werden bei der Montage der Klappe
in dem Sitz in noch näher zu
beschreibender Weise in Berührung
miteinander gebracht.
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Der
Außenumfang
der Klappe ist zwischen den an jedem Ende befindlichen Anlageflächen 36 verhältnismäßig dünn und dient
zur Berührung
mit einer sphärischen
Fläche
(sh. 3), die rings um den Innenumfang des Sitzes ausgeformt
ist und Anschluß an
die sphärischen
Anlageflächen
des Sitzes hat. Der Innenumfang des Sitzes ist auf den beiden Seiten
der sphärischen
Oberfläche
im wesentlichen zylindrisch, sodaß sich die größtmögliche Öffnung in dem
Umfang zwischen den erhöhten
Kanten 37 auf entgegengesetzten Seiten einer jeden sphärischen Fläche ergibt.
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Wie
die 2 und 5 und auch die 10B, 11B und 12B zeigen, wird jede Dichtungsanordnung SA in
einer Ausnehmung 40 in einer Anlagefläche der Klappe aufgenommen,
die eine ebene Bodenwand hat. Bei einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung gemäß 6 sitzt die
Dichtungsanordnung auch in einer Ausnehmung 41 in der Anlagefläche der
Klappe, wobei jedoch die entgegengesetzt weisende Anlagefläche des
Sitzes auch eben ist. Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß 9 kann
die Dichtungsanordnung teilweise in Ausnehmungen 42 und 43 in
den gegenüberliegenden
Anlageflächen
von Klappe und Sitzanordnung sitzen, die beide ebene Bodenwände haben.
Im Falle der 8 ist die Dichtungsanordnung in
der dargestellten Weise in einer Ausnehmung 44 in dem Sitz
untergebracht, wobei die Bodenwand der Ausnehmung und auch die entgegengesetzt
weisende Oberfläche
der Klappe eben sind. In 7 ist andererseits die Ausnehmung 45 für die Dichtungsanordnung
auch in der Anlagefläche
des Sitzes dargestellt, wobei aber in diesem Falle die entgegengesetzt
weisende Fläche
der Klappe sphärisch
ist. Wie aus der nach folgenden Beschreibung verständlich wird,
wird die Anordnung gemäß 5 bevorzugt und
gestattet erleichtertes Einbauen und Ausbauen der Klappe mit Bezug
auf den Sitz.
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Wie
zuvor beschrieben und am besten aus 4 ersichtlich,
erhält
die Dichtungsanordnung SA einen äußeren Ring 50 aus
Teflon oder anderem korrosionsbeständigen Material. Der Ring 50 hat
im wesentlichen U-Gestalt, wobei sich seine Schenkel 52 von
dem äußeren geschlossenen
Ende 53 nach innen erstrecken. Wie weiter beschrieben,
besitzt die Dichtungsanordnung auch einen inneren Ring zwischen
den Schenkeln 52 des äußeren Ringes.
Der innere Ring besteht aus feder-artigem Material, sodaß er die
Schenkel nachgiebig nach außen
in enge Berührung
mit den Anlageflächen
der Klappe und des Sitzes drängen
kann, wenn die Dichtungsanordnung sich dazwischen befindet. Zu dem
angegebenen Zweck kann der innere Ring 51 eine Schraubenfeder sein.
Alternativ kann der innere Ring 51 auch ein O-Ring aus
Gummi oder anderem elastomeren Material sein. In jedem Falle sind
die Schenkel des äußeren Ringes
von solcher Stärke
und die Ausnehmung oder die Ausnehmungen, in denen die Dichtungsnordnung
aufgenommen ist, von solcher Tiefe, daß bei Anbringung der Dichtungsanordnung
darin die inneren Seiten der Schenkel 52 in Berührung miteinander
gelangen. Wie zuvor beschrieben wird der innere Ring auf diese Weise
eingeschlossen und damit wird für
weiteren Schutz vor den korrosiven Wirkungen des Leitungs-Strömungsmittels
gesorgt.
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Die
Dichtungsanordnung SA hat auf diese Weise auch eine Eigenspannung,
indem die äußeren Seiten
der Schenkel 52 nachgiebig in enge Berührung mit den gegenüberliegenden
Anlageflächen
von Klappe und Sitz gedrängt
werden. Damit wird zwischen Klappe und Sitz eine Abdichtung aufrechterhalten,
welche das Hindurchtreten von Leitungs-Strömungmittel vermeidet. Auf diese
Weise unterscheidet sich die Dichtungsanordnung wesentlich von herkömmlichen
Dichtungsanordnungen derjenigen Art, bei welcher die Schenkel eines
im wesentlichen U-förmigen äußeren Ringes
sich radial nach außen, und
nicht nach innen, erstrecken, und bei der die Schenkel des äußeren Ringes
nur dazu nachgiebig gegen einander gegenüberliegende Flächen gedrängt werden,
um einen anfänglichen
Berührungskontakt
herzustellen, während
dann das Leitungs-Strömungsmittel
in das den Außendurchmesser
des äußeren Dichtungsringes
umgebende offene Ende eintritt und eine Kraft liefert, welche die
Schenkel nachgiebig in abdichtende Berührung mit den einander gegenüberliegenden
Flächen
drängt.
In dem letztgenannten Fall wäre
aber keine Einschließung des
inneren Ringes gegeben und somit auch kein Schutz vor der korrosiven
Wirkung des Leitungs-Strömungsmittels,
wenn sich eine Leckage hinter dem geschlossenen Ende des äußeren Ringes ergeben
sollte.
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Es
wird nun an Hand der 10A–10B, 11A–11B und 12A–12B das bevorzugte Vorgehen zum Zusammenbau des
Ventiles erläutert.
Dazu werden die rohrförmigen
Metallteile des Ventilgehäuses voneinander
gelöst
und voneinander entfernt, und auch der Gummiring 27 vom
Sitz 24 abgenommen. Das gestattet es, den Sitz diametral
zu verformen, wie es durch die Pfeile in 10A angedeutet
ist. Der den Sitz durchdringende Strömungsweg erhält so in
einer zu der Achse der Öffnungen
durch den Sitz abgewinkelten Richtung eine längliche Gestalt. Mit der in
seiner Ausnehmung angeordneten Dichtungsanordnung wird die Klappe 28 dann
seitlich in den Strömungsweg
hineinbewegt, wobei die Achse der die Klappe durchdringenden Öffnungen
sich in Richtung der Längs-Verformung
erstreckt und somit im Winkel gegenüber den den Sitz durchdringenden Öffnungen.
Das erleichtert die Bewegung der sphärischen Flächen der Anlageflächen von
Klappe und Dichtungsanordnung in den durch den Sitz hindurchgehenden
Strömungsweg,
weil zwischen den Anlageflächen
der Klappe und des Strömungsweges
seitlich von den angehobenen Kanten 37 des Sitzes Spiel
vorhanden ist. Wie die 10B zeigt,
haben die Innenseiten der Schenkel des äußeren Ringes der Dichtungsanordnung
an dieser Stelle Abstand voneinander, werden aber dennoch beim seitlichen
Hereingleiten in den Strömungsweg
des Sitzes an ihrem Platz gehalten.
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Wie
die 11A und 11B zeigen,
bewegt sich der Innenumfang des Sitzes beim Nachlassen der Verformung
radial nach innen gegen die äußeren Schenkel
der Dichtungsanordnungen, sodaß diese
sich auf die inneren Schenkel zubewegen. Gleichwohl besteht immer
noch einiger Abstand zwischen den Anlageflächen der Klappe und dem den Sitz
durchdringenden Strömungsweg,
und zwar so lange, bis die Klappe entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht
wird, wie durch die Pfeile in 12A angedeutet.
Alsdann bewegen sich die Dichtungsanordnungen und Anlageflächen 40 der
Klappe auf die sphärischen
Flächen
der angehobenen Anlageflächen 37 des
Sitzes, und damit gelangen sowohl die Dichtungsanordnung und die
Klappe in Stellungen, in denen Berührung mit den sphärischen
Flächen
der Anlageflächen
des Sitzes gegeben ist. Das veranschaulicht die 12B. Wenn das geschieht, bewegen sich die äußeren Schenkel
der Dichtungsanordnungen nach innen, sodaß ihre Innenseiten die gegenüberliegenden
Seiten der inneren Schenkel der Dichtungsanordnungen berühren. Das
zeigt am besten 8. Damit wird der innere Ring
der Dichtungsanordnung in dem äußeren Ring
eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil dann bereit zum
weiteren Einbau der Schaftteile 29 und 30 in die
miteinander fluchtenden Öffnungen
von Klappe und Sitz, und zur Anordnung des Gummiringes 27 um
die äußere Ausnehmung
des Sitzes, und bereit auch zur Verbindung der geteilten rohrförmigen Metallteile 22A und 22B,
die Sitz und Gummiring umgeben, wenn sie über die eingebauten Schaftteile
in Verbindung miteinander bewegt werden.
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Offensichtlich
kann das Ventil durch ein umgekehrtes Vorgehen auseinandergebaut
werden, wenn beispielsweise die Sitzanordnung ersetzt oder repariert
werden soll.