DE1750961B2

DE1750961B2 - Drosselklappe

Info

Publication number: DE1750961B2
Application number: DE19681750961
Authority: DE
Inventors: Charles Morris Wenonah N.J. Hobson Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Garlock Inc
Current assignee: Garlock Inc
Priority date: 1967-06-22
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1974-05-09
Also published as: DE1750961C3; DE1750961A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Drosselklappe, deren Gehäuseinnenseite und deren mit Hilfe der Betätigungswelle im Gehäuse zentrisch gelagerte Klappenscheibe mit einem im wesentlichen starren Überzug auj korrosionsfestem Kunstharz, vorzugsweise Fluorkohlenstoffharz, versehen ist.

Bei derartigen Drosselklappen ist eine wirksame, lecksichere Abdichtung durch die Drosselklappe selbst bei hohen Drücken und stark korrodierenden Fördergütern erforderlich.

Es ist nach der USA.-Patentschrift 3 376014 einerseits bereits bekannt, den Überzug der Klappenscheibe keilförmig in die Auskleidung der Gehäuseinnenwand eingreifen zu lassen, und nach der USA.-Patentschrift 3 376 014 gehört andererseits die Anordnung von die Lagerzapfen umgebenden Dichtungsringen zwischen den Stirnseiten der Klappenscheibe und der Gehäuseauskleidung zum Stand der Technik. Bei diesen bekannten Ausbildungen ist trotzdem die Dichtung noch nicht zufriedenstellend, weil das korrodierende Fördergut nichi vollkommen von den Lagerzapfen festgehalten und keine vollkommene Dichtung Lm Bereich der Zapfen erreicht wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Drosselklappe der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der auch eine vollkommene Dichtung im Bereich der Lagerzapfen erreicht und das Fördergut von den Lagerzapfen ferngehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Klappenscheibe stirnseitig um die Lagerzapfen der Betätigungswelle herum und die Gehäuseauskleidung um die Lageröffnungen herum mit gegenüberstehenden ausgerichteten Ringnuten versehen sind, in die Dichtungsringe eingreifen.

Im Gegensatz zu den vorbekannten Ausbildungen können also die Lagerzapfen und die sie aufnehmenden Lagerbohrungen von der korrosionsbeständigen Auskleidung freigehalten und in üblicher Weise mit geschmierten Metallflächen versehen sein, ohne daß letztere Korrosion ausgesetzt sind und ohne daß die Gefahr der Verunreinigung des Fördergutes durch das Schmiermittel bestünde. Hierbei ist auch eine leichte Betätigung der Klappenscheibe gewährleistet, im Gegensatz zu bekannten Drosselklappen mit am Lagerzapfen angreifenden und notwendigerweise gegen Zapfen und Lagerbohrung drückenden Dichtungspackungen. Die erfindungsgemäße Ausbildung bringt somit gegenüber den vergleichbaren bekannten Ausbildungen bedeutsame technische Fortschritte.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß die Ringnuten im Querschnitt gesehen Enden haben und die Dichtungsringe entsprechend keilförmig ausgebildet sind; daß der eingeschlossene Winkel der keilförmigen Enden der Dichtungsringe größer ist als der eingeschlossene Winkel der keilförmigen Abschnitte der Ringnuten bzw. daß die Auskleidung des Gehäuses auf ihrer Außenseite eine umlaufende, auf einen Λ eil der Breite der Auskleidung beschränkte Rinne aufweist, in der eine im wesentlichen gleichmäßig elastische, sich gegen das Gehäuse abstützende Einlage angeordnet ist, und daß die Stärke der verbleibenden Wand der Rinne so dünn ist, daß sie eine geringfügige Verformung durch die Klappenscheibe, deren Außendurchmesser etwas den Innendurchmesser der Auskleidung überschreitet, in deren Schließstellung zuläßt.

Bezüglich der letztgenannten Weiterbildung ist zu beachten, daß es aus der französischen Patentschrift 1 502 131 an sich bekannt ist, für eine Drosselklappe ohne die erfindungsgemäßen Dichtungsringe, eine sich gegen das Gehäuse abstützende elastische Einlage anzuordnen, wobei die Stärke der diese Einlage überdeckenden Auskleidung so dünn ist, daß sie eine Verformung durch die Klappenscheibe ermöglicht. Die exzentrische Anordnung der Drehachse dieser bekannten Ausbildung würde nicht einmal die Vorsehung der erfindungsgemäßen ringförmigen Dichtungen gestatten. Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Ausbildung besonders für die konzentrische Anordnung der Schwenkzapfen und der Dichtungsscheibe geeignet, während die erfindungsgemäße Ausbildung mit ihrer nur auf einen Teil der Breite der Auskleidung beschränkten Rinne für die elastische Einlage besonders für konzentrische Anordnung

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der Drehzapfen und der Drosselscheibe sowie die Vorsehung der erfindungsgemäßen Dichtungsringe mn die Drehzapfen herum geeignet ist.

Bei der vorbekannten Ausbildung muß somit die Dichtung der Schwenkzapfen durch einen festen Sitz zwischen den Überzügen und den sie aufnehmenden Bohrungen erstrebt werden, ein fester Sitz der im Laufe der Zeit nachgeben könnte uno dann doch zum Austritt des korrodierenden Mediums und zur Zerstörung der anschließenden metallischen Teile des Schwenkzapfens und der Gehäuse'uchrung führen könnte. Es ist auch zu bedenken, wie schwierig es sein muß, die Bohrung des Gehäuses und die Schwenkzapfen mit der korrosionsfesten Schicht zu beziehen und dann die Flächen dieser Schicht so zu bearbeiten, daß sich eine wirksame Abdichtung gei»en das unter höherem Druck stehende, korrodierende Medium ergibt.

Be; der erfindungsgemäßsn Ausbildung wcrac: alle Schwierigkeiten und Nachteile vorbekannter Ausbildungen dadurch vermieden, daß die Dichtung vom Schwenkzapfen weg in die Durchflußöffnung des N entilgehäuses verlegt ist, so daß das korrodierende Medium überhaupt nicht erst zum Schwenkzapfen gelangt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfinduncseemäßen Drosselklappe ist nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fi g. 1 einen Aufriß einer Drosselklappe in uifcnstellung, wobei Teile weggebrochen sind, F i si. 2 eine Seitenansicht der Drosselklappe, F i g. 3 einen waagrechten Schnitt der unteren Hälfte der Drosselklappe unter Fortlassung der Klappenscheibe,

Fig.4 einen waagrechten Schnitt ähnlich der Fi e. 3 mit der Klappenscheibe in Schließstellung,

F i U. 5 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt der F i g. 1,

Fi iz. 5 a einen Teilschnitt in auseinandergezogener Darstellung der in F i g. 5 gezeigten Dichtungsteile und

Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht des Dichtungsringes.

Die dargestellte Drosselklappe 10 umfaßt ein in he:!'.ömmlicher Weise und Form aus zwei Teilen 11 und 12 bestehendes Gehäuse, weiche durch Schrauben 13 zusammengehalten werden und eine zylindrische Bohrung bilden. Die Bohrung ist mit einer im wesentlichen starren Auskleidung 15 aus Fluorcarbonharz versehen. Die Auskleidung 15 umfaßt einen rohrförmigen Teil mit einer in die zylindrische Bohruim passenden Außenfläche 15 a sowie sich radial über die Enden des Gehäuses 11, 12 erstreckenden Endflanschc 15/. Diametral gegenüDerliegende Öffnungen 15 b, 15 c der Auskleidung 15 fluchten mit Öffnungen 11 b und 12 b im Gehäuse zwecks Aufnahme von Lagerzapfen 16 und 17, die die Drossclscheibe 18 tragen. Die Drosselscheibe 18 ist in im wesentlichen starren Fluorcarbonharz eingekapselt und kann aus einem beliebigen, die erforderliche Festigkeit besitzenden Material wie Kohlenstoffstahl und korrosionsbeständiger Stahl, Monel-Metall, Inconcl, Hastelloy u. dgl. bestehen. Das Fluorcarbonharz wird auf die Verschlußklappe durch Einkapseln so aufgebracht, daß es eine angemessene Dicke erhält und ün erfo-rWlichen Abmessungen Rechnung getragen wird.

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45 Bei der dargestellten Ausbildung hat die sich durch die verkapselte Verschlußklappe 18 erstrekkende Welle 17 quadratischen Querschnitt, während der untere Zapfen 16 zylindrisch ist. Der obere Teil der Vierkantwelle 17 erstreckt sich durch zwei voneinander in Abstand befindliche Innenvierkantbuchsen 19, deren Außenflächen zylindrisch und zur Aufnahme in zwei Buchsen 20 aus einem reibungsarmen Werkstoff bestimmt sind.

Die Außenfläche des rohrförmigen Teils der Auskleidung 15 ist mit Nuten 15 d versehen, die sich, wie Fig. 1.3 und4 zeigen, um den Umfang der Auskleidung herum zwischen den gegenüberliegenden Öffnungen 15 ft und 15 c erstrecken, so daß sich ein Wandabschnitt 15 s verringerter Dicke im rohrförmigen Teil der Auskleidung 15 zwischen deren Enden ergibt. Eine im wesentlichen gleichmäßig elastische Einlage bzw. Abstützung, beispielsweise ein Elastomerstreifen 21, ist in jeden der Nutenteile 15 d eingesetzt und füllt den Raum zwischen der Außenfläche des Wandabschnitts 15 5 verringerter Dicke und der gegenüberliegenden Fläche der Gehäuseteile 11 und 12 im wesentlichen aus. Diese Streifen 21 sind weder mit der Auskleidung 15 noch mit den Gehäusekörperteilen 11 und 12 haftend verbunden und vorzugsweise so abgerundet, daß Raum zur Ausdehnung in den Nuten 15 d unter Üruckbelastung erhalten wird.

Eine gewisse geringfügige Einstellbarkeit des Sitzes zwischen der Drosselscheibe 18 und der Auskleidung 15 kann durch Verstellung der Spannung der Befestigungsschrauben 13 erreicht werden, gegebenenfalls unter Vorsehung eines Spielraums zwischen den Endflächen der Gehäuseteile 11 und 12.

Wie aus Fig.4 ersichtlich, ist der Durchmesser der Drosselscheibe 18 geringfügig größer als der Durchmesser des Durchflußquerschnitts der Auskleidung 15. Daher wird, wenn die Drosselscheibe 18 aus der in F i g. 1 gezeigten Stellung um 90^r in die in F i g. 4 dargestellte zur Achse des Strömungskanals senkrechte Stellung gedreht wiru, die Umfangskante der Klappenscheibe 18 die Innenfläche des Abschnitts 15 y verformen und den elastischen Streifen 21 zusammendrücken. Die Dicke der beiderseits an die Dichtfläche anschließenden Teile der Auskleidung kann verhältnismäßig dick gehalten werden, um die Steifigkeit der Auskleidung zu erhöhen, während gleichzeitig die Dichtfläche im Wandabschnitt 15 s verringerter Dicke die Elastizität in bezug auf den Umfang der in Fluorcarbonherz eingekapselten Drossefscheibe 18 erhöht. Es ist bei Drosselklappen außerordentlich wichtig, die Dichtfläche der Auskleidung so elastisch wie möglich zu machen unter Aufrechterhaltung einer den Betriebsbedingungen angemcssenen Festigkeit, um die Kraft, die zum Drehen der Drosselscheibe 18 in die und aus der Schließstellung erforderliche Kraft auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Wenn die Dichtfläche der Auskleidung nicht ausreichend elastisch ist. kann die Drosselscheibe nicht in die in F i g. 4 gezeigte voll geschlossene Stellung bewegt werden, was ein Lecken zur Folge haben würde. In der in F i g. 1 und 2 gezeigten Offenstellung nehmen die Wandabschnitte 15 s verringerter Dicke und die elastischen Abstützstreifen 20 ihre in F i g. 3 dargestellte unvcrformte Gestalt an.

Bei Drosselklappen ist es nicht nur erforderlich, ein Lecken um den Umfang der Verschlußklappe

herum zu verhindern, sondern es muß durch eine Abdichtung verhindert werden, daß das Fördergut um die Drehzapfen herum durchsickert. Letzteres wird dadurch erreicht, daß jedes der Enden der Verschlußklappe 18 mit Nuten 18 g versehen ist, die sich um die Lagerzapfen 16, 17 herum erstrecken. Die Auskleidung 15 ist ebenfalls mit sich um die gegenüberliegenden Öffnungen 15 b und 15 c der Auskleidung herum erstreckenden Nuten 15 g versehen. Die beiden Nuten nehmen einen Dichtungsring 22 auf. F i g. 5 a zeigt die Nut 15 g mit einem keilförmigen Teil 15 g', in welchem die keilförmige Gegenfläche 22 α des Dichtungsringes 22 aufgenommen wird. Um einen dichten Verschluß über einen weilen Bereich von Drücken zwischen der Nut 15 g und dem Ring 22 zu erzielen, ist der eingeschlossene Winkel b des Keils 22 a am Ring 22 größer als der eingeschlossene Winkel α der keilförmigen Nut 15 g'. Beispielsweise betrugen die eingeschlossenen Winkel b und α der keilförmigen Fläche 22 α und des keilförmigen Teils 15 g' der Nut 70 bzw. 60°. In entsprechender Weine ist die Nut 18 g im unteren Zapfenende der Drosselscheibe 18 mit einem keilförmigen Teil 18.-' zur Aufnahme des anderen keilförmigen Teils 22 a des Dichtungsringes 22 versehen.

Vorzugsweise bestehen die Dichtungsringe 22 aus Fluorcarbonharz. Die Abdichtung des Fördergutstroms gegen Hindurchsickerrs um die Drehzapfen herum wird durch den Harz-gegen-Harz-Cleitkontakt zwischen den Dichtungsringen 22 und den entsprechenden sie aufnehmenden Nuten 18 g und 15 g erzielt. Diese durch die Ri;:yi 22 erhaltene Abdichtung wird für alle Stellungen der in Fluorcarbonharz eingekapselten Klappenscheibe 18 ständig aufrechterhalten. Bei Verwendung einer Auskleidung 15 mit keilförmigen Dichtungsringen 22 der dargestellten Art konnten Drosselklappen mit Drücken bis zn 35 kg/cm² bei 205⁰C zufriedenstellend betrieben werden.

Das elastische Abstützelement 21 soll eine au^creichende Zusammendrückbarkeit und Elastizität besitzen, damit sich eine wirksame Abdichtung zwischen dem dünnwandigen Abschnitt 15 s der Fluorcarbonharz-Auskleidung 15 und dem Umfang der in Fluorcarbonharz eingekapselten Drosselscheibe 18 ergibt. Gehärtete elastomere Materialien mit der erforderlichen eine lecksichere Abdichtung gewährleistenden Elastizität und Zusammendrückbarkeit sind beispielsweise natürlicher Gummi, Siliconkautschuk, Butylkautschuk, Neopren, »Viton«-Fluorelastomere, synthetischer Gummi »Hypalon«, Kohlenwassersiofrgummi »Nordel«, Buna-N, Buna-S u dgi.

ίο Im allgemeinen ist das verwendete besondere Elastomer gehörtet und hat eine Durometer-Härte Type A von etwa 50 bis 85, wobei die Betriebstemperatur sowie die Durometer-Eigenschaft die Wahl des Elastomeren bestimmt.

Außerdem können im wesentlichen gleichmäßig elastische Ab^ctützringe aus metallischen und/oder nichtmetallischen Materialien vorgesehen sein, deren Wirkungsweise der des vorangehend beschriebenen elastomeren Abstützringes ähnlich ist. Solche Abstützringe können beispielsweise Federgebilde oder pneumatische Gebilde sein.

Im wesentlichen starre für die Auskleidung und die Verkapselung der Verschlußklappe verwendbare Fluorcarbonharze sind beispielsweise Polytetrafluor-

a5 äthylen, Ilcxafluoräthylenpropylen, Polychlortrifluoräthylcn und Vinylidenfluoridharre sowie Mischpolymerisate u.dgl. Weitere verwendbare polymsre Materialien sind Polyäthylen. Polypropylen und Vinylpolymerisate. Die Dichtungsringe 22 können aus einem beliebigen der in diesem Absatz erwähnten Harze hergestellt werden, oder sie können durch einen geeigneten anorganischen Füllstoff, wie Glas. Asbest, Calciumfluorid, Molybdändisulfid, veränden werden.

Die Auskleidung 15 kann am dünnwandigen Abschnitt 15 s eine glatte Innenfläche haben, wie in F i g. 3 und 4 dargestellt. In Abänderung hiervon kann die Innenfläche des dünnwandigen Abschnitts 15 s mit einer flachen Nut versehen sein, welche den Umfang der Verscb.lußklappe 18 in deren Schließstellung aufnehmen kann. Die Tiefe dieser Nut braucht nicht groß zu sein, wobei beispielsweise eine Tiefe you etwa 0,30 mm angemessen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drosselklappe, deren Gehäuseinnenseite und deren mit Hilfe der Betätigungswelle Lm Gehäuse zentrisch gelagerte Klappenscheibe mit einem im wesentlichen starren Überzug aus korrosionsfestem Kunstharz, vorzugsweise Fluorkohlenstoffharz, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenscheibe (18) stirnseitig um die Lagerzapfen (16, 17) der Betätigungswelle herum und die Gehäuseauskleidung (15) um die Lageröffnungen (15 b, ISc) herum mit gegenüberstehenden ausgerichteten Ringnuten (15 g, 18 g) versehen sind, in die Dichtungsringe (22) eingreifen.

2. Drosselklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (15 g, 18 g) im Querschnitt gesehen Enden (15 g', 18 g') ha- ao ben und die Dichtungsringe (22) entsprechend keilförmig ausgebildet sind.

3. Drosselklappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winke) (ft) der keilförmigen Enden (22 ä) der Dichtungsringe (22) größer ist als der eingeschlossene Winkel (β) der keilförmigen Abschnitte (15 g', 18 g') der Ringnuten (15 g, 18 g).

4. Drosselklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (15) des Gehäuses (11, 12) auf ihrer Außenseite eine umlaufende, auf einen Teil der Breite der Auskleidung beschränkte Rinne (15 d) aufweist, in der eine im wesentlichen gleichmäßig elastische, sich gegen das Gehäuse abstützende Einlage (21) angeordnet ist, und daß die Stärke der verbleibenden Wand (15 s) der Rinne (15 d) so dünn ist, daß sie eine geringfügige Verformung durch die Klappenscheibe (18), deren Außendurchmesser etwas den Innendurchmesser der Auskleidung überschreitet, in deren Schließstellung zuläßt.