Die Erfindung betrifft eine Klappenarmatur zum Absperren und Regeln des Mengenstromes von flüssigen oder gasförmigen Medien, mit einem Klappengehäuse, in welchem eine an einer Klappenwelle befestigte Klappenscheibe zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verschwenkbar gelagert ist, wobei die Klappenscheibe an ihrem äußeren Umfang mit einem Dichtrand versehen ist, der bei Schließstellung der Klappenscheibe gegen eine die Klappenscheibe umgebende Sitzfläche des Klappengehäuses anpressbar ist und sich beim Verschwenken der Klappenscheibe von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über einen definierten Schwenkwinkel entlang einer Vielzahl von Zähnen bewegt, die nach innen in den Durchtrittquerschnitt des Klappengehäuses vorstehen und in der Anfangsphase des Öffnungsvorganges den durchtretenden Medienstrom zusätzlich drosseln.

Eine derartige Klappenarmatur ist beispielsweise aus der EP 2 175 180 B1 bekannt. Eine Besonderheit dieser vorbekannten Klappenarmatur besteht darin, dass die Zähne an ihrer dem Dichtrand der Klappenscheibe zugewandten Seite jeweils gebogene Flächen aufweisen, die so geformt sind, dass sich der Abstand zwischen dem Dichtrand der Klappenscheibe und diesen Flächen mit zunehmendem Öffnungswinkel vergrößert.

Ein Problem bei derartigen Klappenarmaturen besteht darin, dass bei noch geringen Durchflussmengen zwischen und hinter den für die Drosselung vorgesehenen Zähnen vermehrt Turbulenzen auftreten. Diese Turbulenzen sind darauf zurückzuführen, dass die für das durchtretende Medium frei bleibenden Durchtrittquerschnitte über den Umfang des Dichtrandes der Klappenscheibe gesehen wegen der oben beschriebenen Ausgestaltung der Zähne stark voneinander abweichen. Dort, wo der Durchtrittsquerschnitt groß ist, nämlich im Bereich der Lücken zwischen den Zähnen, ergibt sich eine verhältnismäßig große Fließgeschwindigkeit. Dort, wo der Abstand zwischen dem Dichtrand und der Oberseite der Zähne klein ist, ergeben sich demgegenüber - bei gleicher Druckdifferenz - wegen der erhöhten Reibung eher kleine Fließgeschwindigkeiten. Abrupte Änderungen im Strömungsquerschnitt ergeben sich beim Stand der Technik außerdem dort, wo das durchtretende Medium den Bereich zwischen dem Dichtrand der Klappenscheibe und den Oberseiten der Zähne verlässt. Durch die dort auftretende plötzliche Änderung im Durchtrittquerschnitt wird in diesem Bereich das für die genaue Steuerung der Durchflussmenge gewollte Verhältnis zwischen dem Öffnungswinkel der Klappenscheibe und der Durchflussmenge beeinträchtigt, wodurch wiederum das Regelverhalten negativ beeinflusst wird. Die aufgezeigten Unterschiede in den Fließgeschwindigkeiten können außerdem zur Ausbildung von Wirbeln und Kavitationserscheinungen verbunden mit Geräusch und erheblichem Verschleiß führen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Klappenarmatur der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass störende Unterschiede im Strömungsquerschnitt und die Ausbildung von Turbulenzen im Bereich der in den Durchtrittquerschnitt des Klappenventiles ragenden Zähne besser unterbunden wird. Durch diese Maßnahme sollen insbesondere Kavitationserscheinungen so weit wie möglich vermieden werden. Außerdem soll über den Öffnungsvorgang ein genaues Verhältnis zwischen dem Öffnungswinkel und der Durchflussmenge erreicht werden, um eine genauere Steuerung und Regelung der Menge des durchtretenden Mediums zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Klappenarmatur der eingangs genannten Art vor, dass die Zähne an ihren dem Dichtrand der Klappenscheibe zugewandten Oberseiten jeweils eine dem Schwenkweg des Dichtrandes der Klappenscheibe folgende Trennlinie aufweisen, entlang welcher der Dichtrand der Klappenscheibe während des Öffnungsvorganges über die Oberseite der Zähne geführt ist.

Durch die nach der Lehre der Erfindung ausgebildeten Zähne rücken die zwischen den Zähnen befindlichen, vom Medium durchströmten Guerschnitte im Umfangsbereich des Dichtrandes der Klappenscheibe beiderseits der Trennlinien praktisch lückenlos zusammen, sodass sich dort kaum noch unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten ergeben, die zu den oben diskutierten Turbulenzen führen. Diese erzielte Vergleichsmäßigung der Strömung führt auch dazu, dass das gewollte Verhältnis zwischen der jeweiligen Winkelstellung der Klappenscheibe und der Durchflussmenge genauer eingehalten werden kann, sodass die Klappenarmatur gemäß der Erfindung besser für die Regelung von verhältnismäßig kleinen Durchflussmengen geeignet ist. Eine fertigungstechnisch besonders einfache und deshalb bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zähne im Querschnitt jeweils dreieckig und mit ebenen Seitenflächen ausgebildet sind.

Wenn für besondere Einsatzfälle ein besonderer Verlauf des Verhältnisses zwischen dem Schwenkwinkel der Klappenscheibe und der Durchflussmenge benötigt wird, kann man den Querschnitt der Zähne beiderseits der Trennlinie auf verschiedene Art und Weise variieren, beispielsweise dadurch, dass die Seitenflächen konvex aufgewölbt, konkav eingewölbt oder derart konvex/konkav gestaltet werden, dass der Querschnitt des Zahnes eine Tropfenform erhält.

In jedem Fall belassen die Zähne an ihrer Oberseite beiderseits der Trennlinie jeweils gleichmäßig und stetig größer werdende Durchtrittquerschnitt, so das abrupte Strömungsveränderungen und damit verbundene Kavitationserscheinungen in dem durchtretenden Medium vermieden werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : in Explosionsdarstellung perspektivisch a.) eine ankommende, von einem Medium durchströmte Rohrleitung (Element a), b.) ein Klappengehäuse (Element b) mit darin angeordneter Klappenscheibe , c.jeinen Gehäuseaufsatz (Element c) mit in den Durchtrittquerschnitt des Klappengehäuses vorstehenden Zähnen, d.) eine weiterführende vom Medium durchströmte Rohrleitung (Element d).

Figur 2: einen axialen Längsschnitt durch das Klappengehäuse (Element b) und den anmontierten Gehäuseaufsatz (Element c);

Figuren 3, 4, 5 und 6: jeweils perspektivisch den aus Figur 2 hervorgehenden Längsschnitt mit unterschiedlich ausgestalteten Zähnen am inneren Umfang des Gehäuseaufsatzes (Element c). Die in Figur 1 dargestellten Elemente a, b, c und d können mithilfe der dargestellten Flansche axial aneinander montiert werden. Dabei bilden die Elemente b und c die Klappenarmatur im Sinne der Erfindung. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Element c (Gehäuseaufsatz) auch einstückig mit dem Element b (Klappengehäuse) verbunden sein und somit Bestandteil des Klappengehäuses sein.

Die in der Zeichnung dargestellte Klappenarmatur weist ein in allen Figuren mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes Klappengehäuse auf, in dessen Durchtrittquerschnitt eine an einer Klappenwelle 2 befestigte Klappenscheibe 3 zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verschwenkbar gelagert ist. Die Klappenscheibe 3 ist an ihrem äußeren Umfang mit einem Dichtrand 4 versehen, der bei Schließstellung der Klappenscheibe 3 gegen eine die Klappenscheibe 3 umgebende Sitzfläche 5 des Klappengehäuses 1 anpressbar ist. Zum Verschwenken der Klappenwelle 2 ist ein Antrieb 6 (Getriebe, E-Antrieb, Pneumatikantrieb oder dgl.) vorgesehen, der außen an dem Klappengehäuse 1 befestigt ist.

Wie aus den Figuren 2 bis 6 hervorgeht, ist an dem Klappengehäuse 1 ein Gehäuseaufsatz 7 befestigt, der an seinem inneren Umfang mit in den Durchtrittquerschnitt des Klappengehäuses 1 ragenden Zähnen 8 versehen ist, die zwischen sich eine Vielzahl von Strömungskanälen 9 freilassen, die während des Öffnungsvorganges von dem durchströmenden Medium durchströmt werden. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Gehäuseaufsatz 7 auch einstückig mit dem Klappengehäuse 1 verbunden sein, um die axiale Länge der Gesamtanordnung zu verringern.

Nach der Lehre der Erfindung weisen die dem Dichtrand 4 der Klappenscheibe 3 zugewandten Oberseiten der Zähne 8 jeweils eine dem Schwenkweg des Dichtrandes 4 folgende Trennlinie auf, entlang welcher der Dichtrand 4 der Klappenscheibe 3 während des Öffnungsvorganges über die Oberseite der Zähne 8 bewegt wird . (Unter dem Begriff „Trennlinie “ wird hier eine bogenförmige Linie verstanden, entlang der während des Öffnungsvorganges der Dichtrand 3 der Klappenscheibe 4 die Oberseite der Zähne 8 entweder berührt oder einen derart geringen Abstand belässt, dass die zwischen den Zähnen 8 verlaufenden Medienströme ausreichend voneinander getrennt werden.)

In Figur 2 ist der Bewegungsweg des Dichtrandes 4 der Klappenscheibe 3, welchem die Trennlinien an den Oberseiten der Zähne 8 über deren jeweilige Länge folgen, durch einen strichpunktiert gezeichneten Kreis angedeutet, dessen Mittelpunkt im Bereich der Klappenwelle 2 liegt. Die nach der Lehre der Erfindung vorhandene besondere Ausgestaltung der Oberseiten der Zähne 8 ist besonders gut aus den Figuren 3 bis 6 erkennbar und auf verschiedene Art und Weise möglich:

In Figur 3 haben die im Querschnitt dreieckig ausgebildeten Zähne 8 jeweils vollkommen ebene Seitenflanken, so dass die erfindungsgemäß vorgesehenen T rennlinien jeweils von den Spitzen der dreieckigen Zähne 8 gebildet werden. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind die Seitenflanken der im Querschnitt im Wesentlichen 3-eckigen Zähne 8 hingegen konvex aufgewölbt. Figur 5 zeigt demgegenüber oben spitz zulaufende Zähne 8 mit konkav eingewölbten Seitenflanken. Die Figur 6 zeigt schließlich oben abgerundet ausgebildete Zähne mit tropfenförmigem Querschnitt, wobei die Flanken dort konkav/konvex verlaufen. Durch eine entsprechende Gestaltung der Zähne ist es möglich, die Armatur der jeweils gewünschten Regelcharakteristik anzupassen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Zähne 8 jeweils an dem Gehäuseaufsatz 7, der lösbar an dem Klappengehäuse 1 befestigt ist und dementsprechend dem Bedarf entsprechend ausgewechselt werden kann. Falls diese Auswechselbarkeit nicht erwünscht ist, kann der Gehäuseaufsatz 7 - um axiale Länge zu sparen - auch einstückig mit dem Klappengehäuse 1 verbunden sein.