DE69301274T2

DE69301274T2 - Klappenventil mit verbesserter Dichtmanschette

Info

Publication number: DE69301274T2
Application number: DE69301274T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Gaime; Luc Rossier
Original assignee: OREG SA
Current assignee: OREG SA
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2013-05-22
Also published as: DE69301274D1; EP0572333A1; FR2691781B1; ATE132948T1; EP0572333B1; FR2691781A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Klappenventile, die man generell für die Steuerung des Durchgangs von flüssigem Fluid in den industriellen Kanalisationen oder die Verteilung von Wasser benutzt.
Die bekannten Klappenventile weisen einen generell ringförmigen Körper mit einer Fluiddurchgang-Hauptbohrung auf, in welcher eine Ventilklappe mit einem generell runden Rand drehbar um eine Querachse montiert ist, um die Fluiddurchgang-Hauptbohrung selektiv zu verschließen. Die Ventilklappe wird durch eine Antriebswelle angetrieben, die durch eine Querbohrung des Körpers hindurchgeht, und wird durch eine hintere Welle gehalten, die in einer hinteren Bohrung koaxial zu der Querbohrung und diametral gegenüberliegend in dem Körper angeordnet ist.
Um die Dichtheit zu sichern, ist eine Manschette aus einem elastisch verformbaren Material in der Hauptbohrung zwischen dem Körper und der Ventilklappe angeordnet, um die Dichtheit des Verschlusses des Fluiddurchgangs zu realisieren, wenn sich die Ventilklappe in der geschlossenen Position befindet. Die Manschette weist generell einen rohrförmigen mittleren Teil auf, dessen Außenfläche sich an die Wand der Bohrung des Körpers anlegt und mit zwei ringförmigen Radiallippen begrenzt ist, die sich an den Flanken des Körpers anlegen. Der rohrförmige mittlere Bereich ist von zwei Querdurchgängen durchsetzt, welche von der Antriebswelle und der hinteren Welle durchquert sind. Die Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette ist generell rotationszylindrisch.
Man hat seit langem festgestellt, daß sich Mängel der Dichtheit bei der Schließung unter Druck ergeben, hauptsächlich in den Bereichen des Durchgangs der Antriebswelle und der hinteren Welle. Um diese Nachteile zu vermeiden, sind die bekannten Klappenventile, bspw. in dem Dokument US-A-3 784 157, mit einer Manschette versehen, bei welcher die Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette zwei Dichtung-Verstärkungszonen in der Nähe des einen und des anderen der Querdurchgänge aufweist. Die Dichtung-Verstärkungszonen sind Zonen der größten Dicke der Manschette, welche eine generell ebene Abstützfläche bilden, um den Bereich mit dem runden Rand der Ventilklappe in der Nähe der Antriebswelle und der hinteren Welle aufzunehmen. Diese flache Zone schließt sich winkelmäßig an die restliche Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette an, der generell rotationszylindrisch ist.
Die bekannten Lösungen führen zu einer beträchtlichen Verbesserung der Dichtheit, einer Verbesserung, die man seit vielen Jahren als akzeptierbar beurteilt hat, zumal sie durch eine Verbindung von zylindrischen Formen und flachen Formen erhalten werden konnte, welches mit relativ einfachen und wenig teuren Werkzeugen realisierbare Formen sind.
Das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Problem ist eine sehr beträchtliche Verbesserung der Verschlußkapazitäten eines solchen Klappenventils, um nämlich eine Dichtheit selbst in dem Fall im Ergebnis noch verbessert zu erhalten, wo der Ventilkörper ein unbearbeitetes Gußstück ist, also in dem Fall, wo der Ventilkörper Abmessungen aufweist, die nicht in einer sehr präzisen Art und Weise bekannt und beherrscht sein können. Durch die Gießereiverfahren ergeben die Abmessungen der Bohrung des Körpers relativ große Toleranzen und es kann in Einzelfällen die Dichtheit eines solchen Ventils mehr oder weniger gut sein, ohne daß es möglich wäre, sie vor der vollständigen Verwirklichung des Ventils und einem Test in einer bestimmten Art und Weise zu kennen. Die Erfindung beabsichtigt insbesondere einen Ausgleich in einem sehr großen Ausmaß der größeren Abmessungstoleranzen.
Um diese Ziele sowie weitere zu erreichen, schlägt die Erfindung eine neue Ausbildung der Manschette für ein Klappenventil vor, bei welcher die Dichtung-Verstärkungszonen, die voneinander in einem Abstand kleiner als der mittlere Durchmesser der Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs beabstandet sind, mit dem rotationszylindrischen Bereich durch zylindrische Anschlußflächen mit einer gegen das Innere des Ventils ausgerichteten regelmäßigen Konkavität verbunden sind, wobei jede Anschlußfläche für sich tangential einerseits mit der Dichtung-Verstärkungszone und andererseits mit dem rotationszylindrischen Bereich verbunden ist.
Die Erfinder haben tatsächlich festgestellt, daß das Vorhandensein von Anschlußzonen mit einer regelmäßigen Konkavität, welche die winkelmäßigen Anschlüsse zwischen den ebenen Dichtung-Verstärkungszonen und dem Rest der zylindrischen Fläche der Manschette ersetzen, auf sehr einfache Art und Weise eine sehr beträchtliche Verbesserung der Dichtheitkapazitäten zu erreichen erlaubt, sowie des Druckverhaltens eines Klappenventils. Die Versuche haben eine überraschende Verbesserung von mehr als 30 % der Verschlußkapazitäten gezeigt, sodaß also das Ventil bei bis zu 30 % höheren Fluiddrücken in Bezug auf die bekannten Ausbildungen dicht bleiben kann.
Gemäß der Erfindung schließt jede zylindrische Anschlußfläche vorzugsweise einen Winkel A ein, der zwischen 10 und 90 Grad umfaßt.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Verstärkung der Dichtheit des Ventils im Bereich der Durchgänge der Antriebswelle und der hinteren Welle. Die Querdurchgänge der Manschette, welche den Durchgang der Antriebswelle und der hinteren Welle erlauben, haben dafür die Ausbildung einer rohrförmigen Hülse, deren Innenfläche ringförmige Druckverminderung-Rillen umfaßt.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Figuren, bei welchen:
- die Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausbildung des Klappenventils gemäß der Erfindung ist;
- die Fig. 2 eine Seitenansicht mit einem Längsschnitt gemäß der Ebene I-I der Fig. 1 ist, Ventilklappe geschlossen;
- die Fig. 3 eine Vorderansicht einer Manschette bekannter Ausbildung ist;
- die Fig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt gemäß der Ebene II-II der Fig. 3 ist;
- die Fig. 5 eine Ansicht von oben mit einem Querschnitt gemäß der Ebene III-III der Fig. 3 ist;
- die Fig. 6 eine Vorderansicht einer Manschettenausbildung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
- die Fig. 7 eine Seitenansicht im Schnitt gemäß der Ebene IV-IV der Fig. 6 ist;
- die Fig. 8 eine Ansicht von oben im Schnitt gemäß der Ebene V-V der Fig. 6 ist; und
- die Fig. 9 bis 11 eine Vorderansicht von drei Ausführungsformen von Manschetten gemäß der Erfindung zeigen.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, nimmt die generelle Ausbildung eines Klappenventils gemäß der Erfindung die herkömmlichen Bereiche von bekannten Klappenventilen wieder auf mit einem generell ringförmigen Körper 1, der eine Fluiddurchgang-Hauptbohrung 2 aufweist. Eine Ventilklappe 3 ist in der Hauptbohrung 2 des Körpers 1 drehbar montiert.
Die Ventilklappe 3 ergibt die generelle Ausbildung einer Scheibe mit einem generell runden Rand 4. Die Ventilklappe 3 wird durch eine Antriebswelle 5 in Drehung versetzt, welche eine Querbohrung 6 des Körpers 1 durchsetzt gemäß der Querachse I-I. Die Ventilklappe 3 wird auch durch eine hintere Welle 7 gehalten, die in einer hinteren Bohrung 8 diametral gegenüberliegend zu der Querbohrung 6 in den Körper 1 angeordnet ist. Die Ventilklappe 3 wird auf der Querachse I-I zentriert, sodaß also die Rotations-Querachse I-I durch einen Durchmesser der Scheibe hindurchgeht, welche die Ventilklappe 3 bildet.
Eine Manschette 9 aus einem elastisch verformbaren Material, wie bspw. einem Elastomer oder einem Plastomer, ist in der Hauptbohrung 2 zwischen den Körper 1 und der Ventilklappe 3 angeordnet, um die Verschlußdichtheit des Fluiddurchgangs zu sichern, wenn sich die Ventilklappe 3 in der geschlossenen Position befindet, wie dargestellt in der Fig. 2. Die Manschette 9 weist einen rohrförmigen mittleren Bereich 10 auf, dessen Außenfläche 11 sich an die Wand der Bohrung 2 des Körpers 1 anlegt und mit zwei ringförmigen Radiallippen 12 und 13 begrenzt ist, die sich an den Flanken 14 und 15 des Körpers 1 anlegen. Der rohrförmige mittlere Bereich 10 ist von zwei Querdurchgängen 16 und 17 durchsetzt, welche von der Antriebswelle 5 und von der hinteren Welle 7 durchquert sind.
Wie dargestellt in den Fig. 3 bis 5, ist bei einer solchen bekannten Manschette die Innenfläche 18 des rohrförmigen mittleren Bereichs 10 der Manschette generell rotationszylindrisch und weist zwei Dichtung-Verstärkungszonen 19 und 20 in der Nähe des einen und des anderen der Querdurchgänge 16 und 17 auf.
Bei den bekannten Ventilen sind die Verstärkungszonen 20 eben und schließen sich winkelmäßig, wie es bspw. durch die Bezugsziffer 21 dargestellt ist, an den Rest der Innenfläche 18 des mittleren Bereichs der Manschette an.
Bei den bekannten Manschetten sind die Durchgänge 16 und 17 einfache Querbohrungen mit einer glatten Wand, durch welche die Antriebswelle und die hintere Welle hindurchgesteckt sind.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Ausführungsform einer Manschette, die gemäß der vorliegenden Erfindung perfektioniert ist und eine im Ergebnis verbesserte Dichtheit zu erreichen erlaubt.
Bei dieser Auführungsform sind die ähnlichen Bereiche der Manschette durch die gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet. Man findet so einen rohrförmigen mittleren Bereich 10 wieder, der von zwei Querdurchgängen 16 und 17 durchsetzt ist und sich an zwei Radiallippen 12 und 13 anschließt. Man erkennt ebenfalls zwei Verstärkungszonen 19 und 20 in der Nähe der Querdurchgänge 16 und 17.
Gemäß der Erfindung schließen sich die Dichtung-Verstärkungszonen 19 und 20, die voneinander in einem Abstand D1 kleiner als der mittlere Durchmesser D der Innenfläche 18 des rohrförmigen mittleren Bereichs 10 beabstandet sind, an den rotationszylindrischen Bereich 18 durch zylindrische Anschlußflächen mit einer gegen das Innere des Ventils ausgerichteten regelmäßigen Konkavität an. Man erkennt so die Anschlußflächen 21 und 22 für die Verstärkungszone 19 und die Anschlußflächen 23 und 24 für die Verstärkungszone 20. Jede Anschlußfläche, wie bpsw. die Fläche 21, schließt sich ihrerseits tangential einerseits an die Dichtung-Verstärkungszone entsprechend derjenigen der Zone 19 und andererseits an den rotationszylindrischen Bereich der Innenfläche 18 der Manschette an.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen drei verschiedene Ausführungsformen für diese Anschlußflächen.
In der Fig. 9 ist die Anschlußfläche 21 der Verstärkungszone 19 eine rotationszylindrische Fläche mit einem Radius R1 im wesentlichen gleich der Hälfte des mittleren Radius R der Innenfläche 18 des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette, und diese Anschlußfläche 21 schließt einen Winkel A ein, der gleich etwa 10 Grad des Umfangs der Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette ist. Es handelt sich um die minimale Anschlußfläche, unterhalb welcher der Wirkungsgrad des Verschlusses nicht wesentlich vergrößert wird in Bezug auf die bekannten Ausbildungen der Manschette.
Bei der Fig. 10 schließt die Anschlußfläche 21 einen Winkel A von etwa 88 Grad ein, mit einem Radius etwas kleinerals der mittlere Radius R der Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette.
Bei der Fig. 11 schließt die Anschlußfläche einen Winkel A ein, der gleich 90 Grad ist, und sie ist elliptisch, zentriert in der Mitte C der Hauptbohrung. In diesem Fall ist die Innenfläche des rohrförmigen mittleren Bereichs der Manschette insgesamt elliptisch.
Eine rotationszylindrische Anschlußfläche 21 kann so einen Winkel A zwischen 10 und 90 Grad einschließen.
Wie gezeigt in Fig. 7 haben die Querdurchgänge 16 und 17 die Ausbildung einer rohrförmigen Hülse, deren Innenfläche ringförmige Druckverminderung-Rillen umfassen, wie bspw. die Rille 25. Das Vorhandensein dieser Rillen verbessert beträchtlich die Dichtheit zwischen den vorderen und hinteren Antriebswellen 5 und 7 und der Manschette 9. Man kann vorteilhaft drei Druckverminderung-Rillen wie die Rille 25 vorsehen, wie gezeigt in der Fig. 7.
Die in den Fig. 6 bis 11 gezeigte Manschette 9 kann vorteilhaft aus einem Elastomer oder einem Plastomer realisiert sein. Der Körper 1 kann ein unbearbeitetes Gußstück sein, da die beträchtliche Vergrößerung des Wirkungsgrades, die mit der Manschette erhalten wird, die Schwankungen bei den Abmessungen zu kompensieren erlaubt, die aus dem Herstellungsverfahren des Körpers durch ein Gießen resultieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die explizit beschrieben worden sind, sondern sie kann auch die verschiedenen Varianten und Verallgemeinerungen einschließen, die sich aus dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche ergeben.

Claims

1. Klappenventil, bestehend aus:

- einem generell ringförmigen Körper (1) mit einer Fluiddurchgang-Hauptbohrung (2)

- einer Ventilklappe (3) mit einem generell runden Rand (4), die drehbar um eine an der Ventilklappe zentrierte Querachse (I-I) montiert ist, um die Fluiddurchgang- Hauptbohrung (2) selektiv zu verschließen, angetrieben durch eine Antriebswelle (5) , die durch eine Querbohrung (6) des Körpers (1) hindurchgeht, und gehalten durch eine hintere Welle (7) , die in einer hinteren Bohrung (8) koaxial zu der Querbohrung und diametral gegenüberliegend angeordnet ist,

- einer Manschette (9) aus einem elastisch verformbaren Material, die in der Hauptbohrung (2) zwischen dem Körper (1) und der Ventilklappe (3) angeordnet ist, um die Dichtheit des Verschlusses des Fluiddurchgangs zu sichern, wenn sich die Ventilklappe (3) in der geschlossenen Position befindet, wobei die Manschette (9) einen rohrförmigen mittleren Bereich (10) aufweist, dessen Außenfläche (11) sich an die Wand der Bohrung (2) des Körpers (1) anlegt und mit zwei ringförmigen Radiallippen (12, 13) begrenzt ist, die sich an den Flanken (14, 15) des Körpers (1) anlegen, wobei der rohrförmige mittlere Bereich (10) von zwei Querdurchgängen (16, 17) durchsetzt ist, welche von der Antriebswelle (5) und der hinteren Welle (7) durchquert sind,

- wobei die Innenfläche (18) des rohrförmigen mittleren Bereichs (10) der Manschette generell rotationszylindrisch ist mit zwei Dichtung-Verstärkungszonen (19, 20) in der Nähe des einen und des anderen der Querdurchgänge (16, 17),

dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung-Verstärkungszonen (19, 20) , die voneinander in einem Abstand (D1) kleiner als der mittlere Durchmesser (D) der Innenfläche (18) des rohrförmigen mittleren Bereichs (10) beabstandet sind, mit dem rotationszylindrischen Bereich (18) durch zylindrische Anschlußflächen (21-24) mit einer gegen das Innere des Ventils ausgerichteten regelmäßigen Konkavität verbunden sind, wobei jede Anschlußfläche (21-24) für sich tangential einerseits mit der Dichtung-Verstärkungsfläche (19, 20) und andererseits mit dem rotationszylindrischen Bereich (18) verbunden ist.

2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Anschlußfläche (21-24) einen Winkel (A) einschließt, der zwischen 10 und 90 Grad umfaßt.

3. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (21-24) rotationszylindrisch ist.

4. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (21-24) elliptisch ist.

5. Klappenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (18) des rohrförmigen mittleren Bereichs (10) der Manschette insgesamt elliptisch ist.

6. Klappenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (21-24) einen Winkel (A) einschließt, der etwa gleich 10 Grad ist, und einen Radius (R1) ergibt, der im wesentlichen gleich etwa der Hälfte des mittleren Radius (R) der Innenfläche (18) des rohrförmigen mittleren Bereichs (10) ist.

7. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querdurchgänge (16, 17) als eine rohrförmige Hülse ausgebildet sind, deren Innenfläche ringförmige Druckverminderung-Rillen (25) umfassen, um die Abdichtung zwischen den Wellen (5, 7) und der Manschette (9) zu verbessern.

8. Klappenventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede rohrförmige Hülse drei ringförmige Rillen (25) aufweist.

9. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (9) aus einem Elastomer oder einem Plastomer besteht.

10. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) ein unbearbeitetes Gußstück ist.