-
Klappenventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Klappenventil mit
einer in einem rohrförmigen Gehäuse mittels einer das Gehäuse durchragenden Betätigungswelle
schwenkbaren scheibenförmigen Klappe, die über ein auf dem aus dem Gehäuse herausragenden
Ende der Betätigungswelle festsitzendes Zahnrad unter der ständigen Einwirkung einer
Schließkraft steht.
-
Es ist bekannt, zum Absperren von Leitungen Rückschlagklappen zu benutzen,
welche sich bei Verringerung bzw. Umkehrung des Strömungsdruckes selbsttätig schließen.
Derartige Klappenventile sind gewöhnlich exzentrisch gelagert, und es wirkt ständig
eine Kraft auf die Klappe, welche bestrebt ist, sie in der Schließrichtung zu bewegen.
Dieser Kraft wirkt der Strömungsdruck entgegen und hält sie in einer Stellung, bei
der die Klappe je nach Größe des Strömungsdruckes teilweise oder ganz geöffnet ist.
Mit dem Rückschlagantrieb, der durch die Kraft einer Feder oder durch ein Gewicht
dargestellt sein kann, ist die Klappe beispielsweise dadurch verbunden, daß ein
an der Klappenwelle befindliches Zahnsegment in eine Zahnstange eingreift, in deren
Längsrichtung der Antrieb wirkt. Dabei kann noch für die Bewegung der Zahnstange
eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein; diese bremst die Schließbewegung der
Klappe und verhindert, daß bei Rückstößen in der Leitung die Klappe schlagartig
auf den Sitz gedrückt und dadurch beschädigt oder zerstört wird.
-
Es besteht das Bedürfnis, solche Klappenventile zeitweise auch als
reine Absperrklappen oder auch als Drosselklappen zu benutzen. In solchen Fällen
hat man bisher den Stellantrieb der Absperrklappe zum Zwecke der wahlweisen Verwendung
mittels einer lösbaren Kupplung oder Arretiervorrichtung mit der Klappenachse verbunden,
unter Beibehaltung des üblichen auf die Klappenachse wirkenden Rückschlagantriebes.
-
Eine solche Anordnung ist umständlich in der Bedienung und im Aufbau,
auch schließt sie die Benutzung der Klappe als Rückschlagklappe bei gedrosselter
Stellung aus.
-
Es sind auch Absperrklappen bekannt, die über eine lösbare Kupplung
oder Arretiervorrichtung wahlweise mittels Handantrieb oder Druckmittelantrieb bedient
werden können, wobei beliebige Drosselstellungen bei Druckmittelantrieb durch einen
verstellbaren Anschlag bewirkt werden, der gleichzeitig als verstellbares Dämpfungsorgan
für die jeweilige Endlage ausgebildet ist. Derartige Klappen haben keinen Rückschlagantrieb
und schließen die wahlweise Verwendung als Rückschlagklappe aus. Der Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Rückschlagantrieb versehenes Klappenventil
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es wahlweise als reine Rückschlagklappe,
als reine Absperrklappe für beide Strömungsrichtungen ohne automatischen Rückschlag,
schließlich auch in gedrosselter Stellung als Rückschlagklappe benutzt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Betätigungswelle
der Klappe in an sich bekannter Weise gegen die Gehäuseachse versetzt ist, das mit
dem Rückschlagantrieb verbundene, auf der Betätigungswelle festsitzende Zahnrad
als Segmentrad ausgebildet ist und ein weiteres auf der Betätigungswelle drehbares
Segmentzahnrad so angeordnet ist, daß die radialen Begrenzungsflächen beider Segmenträder
als gegenseitige Anschläge dienen und daß bei Berührung zweier Begrenzungsflächen
die anderen beiden Begrenzungsflächen einen Winkel bilden, der nur wenig größer
ist als der Drehwinkel der Klappe. Das auf der Betätigungswelle drehbare Segmentrad
trägt zweckmäßig am Umfang eine Schneckenverzahnung, die in eine mittels Handrad
oder Verstellmotor zu betätigende Schnecke eingreift.
-
Um die jeweilige Funktion und den Betriebszustand der Klappe anzuzeigen,
wird auf einer kreisbogenförmigen Skala übereinanderlaufend einerseits ein mit dem
auf der Betätigungswelle festsitzenden Segmentrad verbundener Zeiger, andererseits
ein mit dem um die Betätigungswelle drehbaren Segmentrad verbundener segmentartiger
Zeiger angeordnet, wobei der Öffnungswinkel zwischen den beiden Schenkeln des segmentartigen
Zeigers gleich ist dem größten von den einander zugewandten radialen Begrenzungsflächen
der beiden Segmenträder gebildeten Winkel.
-
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht des Klappenventils,
F i g. 2 das Klappenventil in einem Schnitt durch die Klappenwelle bei geöffneter
Klappe; F i g. 3 zeigt in einer der F i g. 1 entsprechenden Ansicht das Gehäuse
von außen mit der darauf befindlichen Skala; F i g. 4 bis 6 sind Ansichten der Skala
mit verschiedenen Zeigerstellungen.
-
Mit 1 ist das Getriebegehäuse des Klappenventils bezeichnet. Es ist
am abzusperrenden Rohrstück 25 angebracht, das beiderseits in Flanschen 26 endet.
In dem Gehäuse sitzt exzentrisch die Achse 2 der Klappe 27, die gestrichelt in der
geschlossenen Lage und strichpunktiert in der offenen Lage dargestellt ist. Mit
einer ringsumlaufenden Dichtung 28 legt sich die Klappe gegen die Rohrwandung.
Durch Schwenkung um etwa 70° gelangt die Klappe 27 aus der punktiert dargestellten
größten Öffnungs- in die gestrichelt dargestellte Schließstellung.
-
Soll das Klappenventil als Rückschlagventil fungieren, und zwar für
die durch den Pfeil 29 in F i g. 1 angedeutete Hauptströmungsrichtung, so muß eine
ständig wirkende Kraft vorgesehen werden, welche die Klappe 27 in die Schließstellung
zu bringen trachtet, sobald der Strömungsdruck nachläßt. Die Einrichtung, durch
welche dieses bewerkstelligt wird, besteht aus einem fest auf der Klappenwelle 2
sitzenden Segment 3, welches am Rand Zähne 5 trägt, die in die Zahnstange
4 eingreifen. Die Zahnstange 4
trägt auf der einen (in F i g. 1 rechten)
Seite einen Kolben 14, der in die Federkammer 16 hineinragt. In der Federkammer
16 sind zwei vorgespannte Druckfedern 17 und 18 angeordnet und teleskopartig ineinandergeschoben;
sie sind durch einen Zwischenkolben 19 miteinander gekoppelt. Diese Bauweise ermöglicht
eine kurze Baulänge der Federkammer bei großem Federweg. Die Kraft der Federn
17 und 18 wirkt in dem Sinne auf die Kolbenstange 4,
daß das
fest auf der Klappenwelle 2 sitzende Segment 3 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn
gedreht und damit die Klappe 27 in die Schließstellung gebracht wird.
-
Es kann in der Leitung auch sehr plötzlich ein Rückstoß eintreten.
In diesem Falle wirkt nicht nur der Druck der Federn 17 und 18, sondern auch die
rücklaufende Druckwelle des Mediums im Sinne einer Schließbewegung. Um ein plötzliches
Zurückschlagen der Klappe zu verhindern, taucht ein an der Zahnstange 4 auf der
anderen Seite befindlicher Kolben 15 in einem Zylinder 20, dessen zwischen Zylinderdeckel
21 und Kolben 15 befindlicher Raum mit Luft ausgefüllt ist. Im Zylinderdeckel 21
befindet sich ein Ventil 22, das ebenso im Kolben 15 angebracht sein kann und dessen
Verschlußstück 24 mit dem Ventilsitz 23 zusammenwirkt. Eine Feder 13 drückt normalerweise
das Verschlußstück 24 auf den Sitz 23. In diesem Falle wird nur durch die enge mittlere
Bohrung 12 eine Verbindung zwischen der Außenluft und dem Innenraum des Zylinders
20 hergestellt. Dieses ist dann der Fall, wenn die Zahnstange sich von rechts nach
links bewegt, die Klappe also die Schließbewegung ausführt. Infolge des geringen
Querschnittes der Bohrung 12 findet bei schneller Schließbewegung der Klappe eine
Komprimierung der Luft im Zylinder 20 und damit eine Bremsung der Schließbewegung
statt.
-
Bei der Öffnungsbewegung der Klappe 27 bewegen sich die Zahnstange
4 und der Kolben 15 nach rechts. Dadurch entsteht im Zylinder 20 zunächst ein geringer
Unterdruck, der ausreicht, um das Verschlußstück 24 vom Sitz 23 abzuheben, so daß
die Luft über den vollen Querschnitt in den Zylinder 20 strömen kann, eine nennenswerte
Bremsung also nicht eintritt.
-
Um ein in der beschriebenen Weise ausgebildetes Klappenventil auch
als reine Absperrklappe für beide Strömungsrichtungen oder die Klappe in nur teilweise
geöffneter Stellung als Rückschlagklappe bei der durch den Pfeil 29 angedeuteten
Strömungsrichtung benutzen zu können, ist um die Klappenwelle 2 lose drehbar das
Segmentzahnrad 6 angeordnet, und zwar in der gleichen Ebene wie das Segmentrad 3.
Am Segmentzahnrad 6 greift die Schnecke 7 an; sie kann mittels des Handrades 8 bedient
werden. Falls ein größeres Übersetzungsverhältnis erforderlich ist, kann man noch
ein Übersetzungsgetriebe zwischen der Schnecke 7 und dem Handrad 8 vorsehen. Die
Segmenträder 3 und 6 haben, als Radialschnitte durch die Klappenachse, die beiderseitigen
Anschlagflächen 30, 31 und 32, 33. Der Schwenkbereich des Segmentzahnrades
6 ist so groß, daß durch Drehen desselben bei einem Anliegen der Anschlagflächen
30 und 32 das Segmentrad 3 aus der öffnungs- in die Schließstellung und bei einem
Anliegen der Anschlagflächen 31 und 33 das Segmentrad 3 aus der Schließstellung
in die Öffnungsstellung gebracht werden können. Wenn das eine Paar der Anschlagflächen
30 und 32 anliegt, so verbleibt zwischen den beiden anderen Anschlagflächen, in
diesem Falle 31, 33, ein segmentförmiger freier Ausschnitt. Der Zentriwinkel dieses
freien Ausschnittes ist nur wenig größer als der Öffnungswinkel der Klappe.
-
Um die Stellung beider Segmenträder, insbesondere auch die Stellung
der Klappe, außerhalb des Gehäuses ohne weiteres erkennen zu können, befindet sich
an dem Gehäuse 1 eine kreisbogenförmige Skala 10, aus der der Grad der Offenstellung
der Klappe erkennbar ist. Auf dieser Skala laufen übereinander einmal der fest auf
der Klappenachse sitzende Zeiger 9, welcher damit auch dieselben Winkeldrehungen
beschreibt wie das Segmentrad 3, außerdem das Zeigersegment 11, welches starr mit
dem Segmentzahnrad 6 verbunden ist und an dem sich die beiden Zeiger 34 und 35 befinden.
An Hand der verschiedenen in den F i g. 4 bis 6 erkennbaren Stellungen des Zeigers
9 und den beiden Zeigern 34 und 35 des Zeigersegmentes 11 sollen die verschiedenen
Arbeitsmöglichkeiten der Klappe im Betrieb erläutert werden.
-
Bei der Zeigerstellung der F i g. 3 nimmt das Segmentzahnrad 6 die
in F i g. 1 dargestellte Lage ein. Das Segmentrad 3 nimmt nicht diejenige Lage ein,
die aus F i g. 1 erkennbar ist, sondern diejenige Lage, die der größten Öffnungsstellung
der Klappe 27 (in F i g. 1 strichpunktiert dargestellt) entspricht, d. h., die Anschlagflächen
30 und 32 liegen aneinander. Läßt der Strömungsdruck nach, so wird naturgemäß die
Klappe mehr oder weniger schließen, der Zeiger 9 also nach links schwenken. Das
Zeigersegment 11 bleibt in der aus F i g. 3 erkennbaren Lage stehen. Die Klappe
wirkt als reine Rückschlagklappe.
-
Bei der Zeigerstellung nach F i g. 4 ist gegenüber der in F i g. 3
dargestellten Lage das Segmentzahnrad 6 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinne gedreht
worden. Infolge des Anliegens der Flächen 30 und 32 der Segmenträder hat das Segmentrad
3 folgen
müssen: damit wurde die Klappe 27 im Schließsinne gedreht
und in einer Stellung gehalten, bei der sie nur noch teilweise geöffnet ist. In
dieser gedrosselten Stellung wirkt die Klappe aber immer noch als Rückschlagklappe.
-
Die Lage der Segmenträder, welche der Zeigerstellung nach F i g. 5
entspricht, ist aus derjenigen der F i g. 4 dadurch entstanden, daß durch weiteres
Drehen des Segmentzahnrades 6 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne das Segmentrad
3 in die in F i g. 1 dargestellte Lage gebracht und damit die Klappe 27 geschlossen
worden ist. Sie wirkt in diesem Falle als reine Absperrklappe.
-
Die Stellung der Segmenträder, die der Zeigerstellung nach F i g.
6 entspricht, entsteht dadurch, daß das Segmentzahnrad 6 aus der in F i g.1 dargestellten
Lage im Uhrzeigersinne gedreht wird, wobei unter Anliegen der beiden Anschlagflächen
31 und 33 das Segmentrad 3 in die der Vollöffnungsstellung der Klappe 27 entsprechenden
Lage gebracht wird. In dieser Lage wird das Segmentrad durch Selbsthemmung des Segmentzahnrades
gehalten. Der durch die Druckfedern 17,18 dargestellte Rückschlagantrieb ist also
außer Funktion gesetzt, und die Klappe 27 befindet sich in Vollöffnungsstellung.
In dieser Stellung kann sie in beiden Strömungsrichtungen des Mediums gehalten werden.