Drosselventil Die Erfindung betrifft ein Drosselventil, d. h. ein Ventil, bei dem als Verschlussmittel eine Scheibe vorge sehen ist, die um eine Achse quer zur Bohrung eines Ventilgehäuses zwischen einer Schliessstellung, in der sich die Scheibe quer zur Bohrung befindet, und einer offenen Stellung, in der sie in Strömungsrichtung liegt und so den geringsten Strömungswiderstand bildet, ge dreht werden kann.
Das Drosselventil der eingangs bezeichneten Art ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch einen Gehäuse flansch, ein Gehäuse, dessen Innenfläche eine ringförmi ge Ausnehmung zur Aufnahme eines elastischen Sitzrin ges aufweist, sowie eine Scheibe, die in dem Gehäuse derart um eine gegenüber der Scheibe versetzte Achse drehbar ist, dass sie mit dem Sitzring in bzw.
ausser Be rührung kommt, wobei das Drehlager der Scheibe derart zwischen dem Gehäuseflansch und dem Gehäuse ange ordnet ist, dass sich bei Drehung der Scheibe vom Sitz weg ein Teil ihrer Randfläche in die Ventilbohrung des Flansches bewegt und der diametral gegenüberliegende Teil der Randfläche in die Ventilbohrung des Gehäuses gelangt, wodurch der erste und der zweite Strömungs durchgang um den Rand der Scheibe zwischen den Ventilbohrungen des Flansches und des Gehäuses geöff net wird, und die zusammenwirkenden Flächen der Scheibe und der Wandung der beiden Ventilbohrungen, die die Strömungsdurchgänge begrenzen, so gestaltet sind,
dass die Querschnittszunahme der Durchgänge beim Wegdrehen der Scheibe vom Sitz annähernd gleich gross ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungs form des Drosselventils gemäss der Erfindung; Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. l; Fig. 3 und 4 ähnliche Ansichten wie die in Fig. 1 und 2 einer anderen Ausführungsform des Ventils: Fig. 5 und 6 einen Längs- bzw. Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Ventils und Fig. 7 und 8 einen Längs- bzw. Querschnitt einer noch weiteren Ausführungsform des Ventils.
Das erforderliche Drehmoment in einem Drosselven til zum Betätigen des Ventils entsteht teilweise durch das hydraulische Drehmoment, das von dem Flüssigkeits druck in dem Strömungsdurchgang des Ventils auf die Scheibe ausgeübt wird und teilweise durch den Rei bungswiderstand bei der Bewegung der Scheibe. Letzte rer Faktor ist dann am grössten, wenn die Scheibe mit dem Sitzring in oder ausser Eingriff gebracht wird. Bei einem Drosselventil mit einer vollkommen symmetrisch angeordneten Scheibe wirkt auf die Scheibe kein hydrau lisches Drehmoment ein, weder in der völlig geöffneten noch in der völlig geschlossenen Stellung. Bei einer versetzt angeordneten Scheibe wirkt auf die Scheibe in völlig geöffneter Stellung ein geringes hydraulisches Drehmoment ein, das noch verstärkt wird, wenn sich die Scheibe in Richtung Schliessstellung bewegt.
Je nach der Strömungsrichtung durch das Ventil bezüglich der Seite der Scheibe, an der sich der oder die versetzt zu dieser angeordnete bzw. angeordneten Zapfen befinden, unter stützt das Drehmoment die Schliessbewegung oder wi dersetzt sich dieser. Die Grösse des Drehmoments für einen gegebenen Flüssigkeitsdruck hängt zu einem ge wissen Grad von dem unterschiedlichen Querschnittsbe- reich der Strömungsdurchgänge um die jeweiligen gegen überliegenden Kanten der Scheibe bei den verschiedenen Winkelstellungen der Scheibe, wärend sie sich in Schliessstellung bewegt, ab. Der unterschiedliche Quer- schnittsbereich entsteht durch die versetzte Anordnung der Scheibe.
Bei einer runden, versetzt in einer zylindri schen Bohrung angeordneten Scheibe erreicht das Dreh moment an der Stelle seinen Höchstwert, an der die Mitte einer Kante der Scheibe in einer Ebene senkrecht zur Bohrung liegt, wobei diese Ebene durch die Rota tionsachse der Scheibe verläuft, weil an dieser Stelle der Unterschied zwischen den Querschnittsbereichen der Strömungsdurchgänge am grössten ist. Bei einer geringen Versetzung wird der Höchstwert des Drehmoments an einer Stelle im Bewegungsbereich der Scheibe erreicht, an der die Regulierung der Strömung durch das Ventil am schwierigsten ist und Veränderungen des Drehmoments am wenigsten erwünscht sind.
Dieser Höchstwert wird normalerweise dann erreicht, wenn sich die Scheibe in einem Winkel von ungefähr 60 bis 70 zur Achse der Bohrung befindet.
Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Ventil besteht aus einem Gehäuse mit einer im allgemeinen zylindrischen Bohrung und einem Hauptgehäuseteil 1 und einem Gehäuseflansch 2. In der Bohrung des Gehäuseteils 1 ist eine Ventilscheibe 3 mit einem versetzt angeordneten Zapfen 4 gelagert. Die Scheibe 3 kann um den Zapfen 4 geschwenkt werden, so dass sie mit einem elastischen Sitzring 5 in oder ausser Berührung kommt. Der Sitzring 5 ist in einer Ausnehmung 6 in der Innenwand des Gehäuseteils 1 gelagert. Der Zapfen 4 wird mittels Querbolzen in einem Ansatz 7 an der Rückseite der Scheibe 3 gehalten und verläuft im Abstand vom Sitz ring 5.
Die radial nach innen liegende Fläche des Rings 5 ist der radial nach aussen gerichteten Fläche der Scheibe 3 angepasst, wobei die letztere Fläche kreisförmig gerun det ist. Der Mittelpunkt der kreisförmigen Rundung befindet sich an dem Punkt, an dem sich die Rotations achse der Scheibe 3 und die Achse der Gehäusebohrung schneiden. Die Scheibe 3 ist zumindest an ihrer nach aussen gerichteten Fläche, vorzugsweise jedoch ganz mit einem elastischen Material überzogen, so dass bei geschlossener Stellung des Ventils eine elastische Fläche der Scheibe 3 und eine elastische Fläche des Sitzrings 5 aufeinander aufsitzen.
Hinter der Ausnehmung 6, in der sich der Sitzring 5 befindet, weist die Bohrung in dem Gehäuseteil 1 an gegenüberliegenden Seiten der Rotationsachse der Schei be 3 mit gewölbten ringförmigen Ausnehmungen 22, 23 auf, die nach der Mitte zu tiefer werden. Der tiefste Punkt befindet sich in der Mitte zwischen den gegen überliegenden Enden, so dass die Wandung des Gehäu seteils in den Bereichen der Bohrungen, durch die der Zapfen 4 hindurchgehen, nicht ausgespart ist.
Da nicht nur eine sondern zwei Ausnehmungen vorgesehen sind, kann sich die Scheibe 3 entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn aus der geschlossenen Stellung in die offene Stellung drehen. Die Tiefe und die axiale Ausdehnung der Ausnehmungen an ihren Mittelpunkten ist so gewählt, dass die grösstmögli- che Kompensation für die unterschiedlichen Strömungs bedingungen um die jeweils gegenüberliegende Seiten kante der Scheibe 3 bei einer sich über mindestens 45 erstreckenden Öffnungsbewegung der Scheibe 3 aus ihrer geschlossenen Stellung erzielt wird.
Dabei wird nicht nur der bei sich vergrösserndem Winkel aus der geschlossenen Stellung der Scheibe 3 sich unterschiedlich vergrössernde Strömungsdruchgang berücksichtigt, son dern auch die Tatsache, dass eine Kante der Scheibe ge gen den durch das Ventil fliessenden Flüssigkeitsstrom bewegt wird, während sich die gegenüberliegende Kante mit dem Strom bewegt.
Die in dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ventil vorgesehenen Ausnehmungen 22, 23 erzielen den besten Ausgleich, wenn der Flüssigkeitsstrom von dem Gehäu seflansch 2 zum Gehäuseteil 1 durch das Ventil fliesst, obwohl ein gewisser Ausgleich auch bei entgegengesetz ter Fliessrichtung des Flüssigkeitsstroms erzielt wird. Mit der in Fig. 3 und 4 dargestellten Abänderung kann ein beträchtlicher Ausgleich bei beiden Strömungsrichtungen erzielt werden.
In Fig. 3 und 4 werden zur Bezeichnung der gleichen Teile wie in Fig. 1 und 2 dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ventil sind in dem Gehäuseflansch 2 und nahe dem Sitzring 5 zwei weitere ringförmige Ausnehmungen 24 und 25 vorgese hen, die jedoch an ihren Mittelpunkten von geringerer Tiefe und geringerer axialer Ausdehnung sind als die Ausnehmungen 22, 23. Ansonsten ist das in diesen Figuren dargestellte Ventil das gleiche wie das in Fig. 1 und 2 gezeigte Ventil.
So ziemlich die gleiche Wirkung wie mit dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Ventil kann auch mit der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform erzielt werden, bei der von dem Gehäuseteil und dem Gehäuseflansch weniger Metall entfernt wurde, indem nur jeweils eine Ausneh- mung der beiden in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausneh- mungspaare vorgesehen ist. Bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Ventil ist in dem Gehäuseteil 1 nur eine Ausnehmung 22 und in dem Gehäuseflansch 2 nur eine Ausnehmung 25 vorgesehen.
Bei dieser Konstruktion wird der Ausgleich natürlich nur erzielt, wenn die Scheibe im Uhrzeigersinn aus ihrer Schliessstellung gedreht wird.
Wenn die Wandstärke des Gehäuseteils 1 die ge wünschte Tiefe der Ausnehmung 22 und/oder 23 nicht zulässt, kann als Kompromisslösung, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, ein innerer Vorsprung 26 vorgesehen werden. Bei dem in diesen Figuren dargestellten Ventil ist die Ausnehmung 22 an ihrem Mittelpunkt nicht so tief wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellte. Der durch diese Aus- nehmung erzielte Ausgleich ist folglich geringer.
Durch den inneren Vorsprung 26 an dem Gehäuseflansch, wobei der Vorsprung 26 dieselbe abgeschrägte Form aufweist wie die in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausnehmun- gen 24 und 25, wird hinsichtlich der Verringerung der unterschiedlichen Vergrösserung des Strömungsdurch- gangsbereichs zwischen den gegenüberliegenden seitli chen Kanten der Scheibe 3, dieselbe Wirkung erzielt wie durch eine tiefere Ausnehmung 22. Diese Ausführungs form hat jedoch den Nachteil, dass der effektive Quer schnittsbereich des Strömungsdurchgangs im Ventilge häuse in geöffneter Stellung verringert wird.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Ventil von einer runden Scheibe geschlossen. Die Scheibe befindet sich dabei senkrecht zu einer zylindrischen Bohrung. Die verschiedenen dabei ange wandten Massnahmen zur Reduzierung des hydrauli schen Drehmoments beruhen auf den hydraulischen Drehmomentseigenschaften eines Ventils mit runder Scheibe und zylindrischer Bohrung. Eine Abweichung von der senkrechten Schliessstellung ist jedoch selbstver ständlich möglich, wobei die sich daraus ergebende veränderte Form der Scheibe und/oder des Durchmes sers der Bohrung zu einer Verringerung des hydrauli schen Drehmoments beitragen.
Dies könnte dazu führen, dass die oben beschriebenen Massnahmen unter Erzie- lung desselben Gesamtergebnisses reduziert oder aber ergänzt oder sogar ganz überflüssig werden können.
So entsteht beispielsweise durch Drehen der Schliess- stellungsebene der Scheibe das Drehlager der Scheibe, wobei eine Kante der Scheibe in Schliesstellung in der durch die Rotationsachse verlaufenden, zur Gehäuse bohrung senkrechten Ebene liegt, eine Konstruktion, bei der der Unterschied zwischen den Strömungsdurchgän gen um sich gegenüberliegende Seitenkanten der Scheibe während des Offnens aus der Schliessstellung nicht länger besteht. Eine derartige Massnahme setzt jedoch voraus, dass entweder die Form der Scheibe und des Sitzrings oder der Querschnitt der Bohrung und des Sitzrings so geändert wird, dass sie statt rund elliptisch ist.
Das Ausmass der Änderung hängt dabei davon ab, wie weit die Rotationsachse gegenüber der mittleren Ebene der Scheibe versetzt ist. Ein ähnliches Ergebnis kann dadurch erzielt werden, dass die Scheibe und die Bohrung ihre runde Form behalten, jedoch die Verbin dungsstelle zwischen den jeweiligen Bohrungen des Gehäuseteils und Gehäuseflansches mit einem derartigen Winkel ausgebildet wird, dass sich die Scheibe beim Drehen aus ihrer Schliessstellung in ihre offene Stellung an jeder Seitenkante gleich weit von der Wandung der Bohrung entfernt.