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Absperr-oder Drosselvorrichtung
Die Erfindung betrifft Absperr- oder Drosselvorrichtungen, wie Ventile und/oder Hähne, mit einem Verschlussstück, das in der Schliessstellung unter Vermittlung eines unter dem Druck einer vorgespann- ten Feder stehenden, gegebenenfalls mehrteiligen hülsenförmigen Dichtungselementes gegen das Gehäuse oder einen gehäusefesten Teil abdichtet, wobei das hülsenförmige Dichtungselement das Ver- schlussstuck zumindest in der Schliessstellung eng umschliesst. Die Federvorspannung soll bei Absperr- oder Drosselvorrichtungen, deren Dichtungselemente aus Werkstoffen geringer Eigenelastizität, wie z.
B. aus stark gefüllten Gummimassen, bestehen, eine einwandfreie Funktion über eine längere Betriebs- periode auch bei wechselnden Beanspruchungen gewährleisten, ohne dass dazu ein Nachpressen des Dichtungselementes von Hand aus erforderlich ist.
Wenn man in diesem Zusammenhang Federn verwendet, welche ständig einen erheblichen Axialdruck auf das Dichtungselement ausüben, so ergibt sich im Hinblick darauf, dass die Dichtfläche des
Dichtungselementes oder mindestens ein Teil davon in einer Stellung des Verschlussstückes frei liegt, also nicht abgestützt ist, die Gefahr, dass sich die freiliegende Dichtfläche bzw. deren freiliegender Teil bei längerem Verbleib des Verschlussstückes in der erwähnten Stellung unter dem Federdruck in den freien Raum auswölbt. Wenn die Absperrvorrichtung später wieder betätigt wird, schert das Verschlussstück die ausgewölbten Teile des Dichtungselementes ab, wodurch dieses beschädigt und unbrauchbar wird.
Um diese Gefahr zu vermeiden, kann einerseits das Verschlussstück so ausgebildet werden, dass die an ihm anliegenden Dichtflächen des Dichtungselementes in allen Stellungen des Verschlussstückes abgestützt bleiben, so dass sie sich nicht auswölben können ; solche bekannte Bauarten mit "geschütztem" Dichtungselement sind aber teuer und deshalb nur für besondere Verwendungszwecke in Gebrauch. Anderseits können zur Vermeidung von Auswölbungen der Dichtflächen sehr schwache Federn verwendet werden, wobei aber der durch die geringen Federkräfte erzielbare Erfolg, insbesondere wenn die Höhe des Dichtungselementes gross ist, nur gering ist.
Ausserdem ist es konstruktiv aufwendig, diese schwachen Federn so anzuordnen, daf das Ausmass der auf das Dichtungselement wirkenden Vorspannung nicht von der Grösse des Innendruckes im Gehäuse beeinflusst wird.
Die Erfindung zielt darauf ab, Absperrvorrichtungen der einleitend beschriebenen Art so auszubilden, dass bei einer wirtschaftlichen Bauweise eine einwandfreie Abdichtung für eine längere Betriebszeit ohne Wartung gesichert ist ; sie beruht auf der Erkenntnis, dass zur Begrenzung von Auswölbungen an der dem Verschlussstück zugewendeten Fläche des Dichtungselementes in erster Linie nicht der auf das Dichtungselement wirkende Federdruck, sondern vor allem die Grösse des zugelassenen Vor- und Entspannungsweges der Feder massgebend ist, weil von dieser Grösse das durch die Feder bei ihrer Entspannung verdrängte Volumen abhängt.
Wenn man daher die Feder in bezug auf das Dichtungselement so bemisst, dass bei voller Abstützung des Dichtungselementes ein ausreichender Druck auf dieses ausgeübt wird, dieser Druck aber infolge eines sehr kurzen Entspannungsweges der Feder rasch absinkt, wenn sich eine nicht abgestützte Dichtfläche nur ganz geringfügig durchwölbt, so kann diese Auswölbung leicht auf ein zulässiges minimales Ausmass beschränkt werden, wobei das Dichtungselement noch unter einer Vorspannung bleibt, die einem Gleichgewichtszustand zwischen dem absinkenden Federdruck und dem zunehmenden Verformungswiderstand des Dichtungselementes entspricht.
Wird durch Betätigen des Verschlussstückes hernach die nur geringfu- gig ausgewölbte Dichtfläche wieder abgestützt, so wird der Feder infolge ihres kurzen Vorspannungsweges praktisch wieder die ursprüngliche Vorspannung erteilt.
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Eine in diesem. Sinne ausgebildete Absperr- oder Drosselvorrichtung gemäss der Erfindung ist im we- sentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Vor-und Entspannungsweg der Feder mit maximal 10 % der
Höhe des Dichtungselementes begrenzt ist ; vorzugsweise beträgt dieser Vor-und Entspannungsweg weniger als 5 % dieser Höhe. Auf diese Weise wird das verdrängbare Volumen des Dichtungselementes und damit die Verformung einer vom Verschlussstück freigegebenen Fläche des Dichtungselementes so weit einge- schränkt, dass zwar beim Schliessen keine Beschädigung dieser Fläche durch das Verschlussstück möglich ist, aber doch Undichtheiten infolge geringer Elastizität der Dichtungselemente ausgeschaltet sind.
Da- her ist es bei einem Drossel- oder Absperrorgan nach der Erfindung nicht notwendig, das Dichtungsele- ment durch das Verschlussstück zu "schützen", um so das Herauspressen des Dichtungselementes infolge der einwirkenden Federkraft zu verhindern. Die Feder kann dabei zur Berücksichtigung des Innendruckes und der Verformbarkeit des Dichtungselementes beliebig dimensioniert werden, weil sich die zwischen der Feder und dem Dichtungselement auftretenden Spannungen ohne dieses Element beschädigende Ver- formungen ausgleichen können. Dabei kann die Feder auch aus mehreren parallel oder in Serie geschal- teten Einzelfedern aufgebaut sein, die unter Einschaltung eines die Kräfte der Einzelfedern zusammen- fassenden Zwischenstückes auf das Dichtungselement einwirken.
Zweckmässig wird die Zusammenpressung und damit auch der Vorspannungsweg der Feder durch an den Stützflächen der Feder angebrachte Anschläge begrenzt. Es ist in vielen Fällen auch vorteilhaft, eine Feder zu verwenden, deren Vorspannung innerhalb des erfindungsgemässen Bereiches durch gegenseitiges
Berühren der Federelemente, d. h. durch"Aufsitzen"der Feder begrenzt ist ; bei solchen Federn müssen an sich keinerlei Einrichtungen zur Begrenzung des Federweges vorgesehen werden. Bei der Verwendung von Tellerfedern ist diese erfindungsgemässe Bauweise besonders raumsparend und daher oft vorteilhaft.
Das Nachpressen der Dichtungselemente über Verschraubungen von Hand aus, das trotz Verwendung von Federn nach längerer Betriebsdauer notwendig sein kann, ist aber durch die erfindungsgemässe Begrenzung des Vorspannungsweges der Feder nicht behindert.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele von Absperrorganen nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Tauchkolbenvgntil mit Kolben ohne Druckausgleich, bei dem die durch einen Satz von Schraubenfedern gebildete Feder auf den das Gehäuse verschliessenden und die Ventilringe einschliessenden Gehäusedeckel einwirkt. In Fig. 2 ist ein Tauchkolbenventil nach der Erfindung dargestellt, dessen Kolben mit Druckausgleich versehen ist und die gleiche Federanordnung wie Fig. 1 mit Tellerfedern aufweist.
Die Fig. 3 bzw. 4 zeigt einen erfindungsgemässen Hahn mit einem zylindrischen Verschlussstück, das von einem im Gehäuse eingelassenen Dichtungselement umgeben ist, wobei das Dichtungselement von zwei Seiten bzw. einer Seite her unter Federdruck steht.
Das in Fig. 1 dargestellte Tauchkolbenventil bekannter Bauart weist als Verschlussstück einen Tauchkolben 1 auf, der ständig in einem Teil des Dichtungselementes 2, nämlich dem im Gehäuse 4 eingelassenen Dichtungsring 2a, geführt wird und dadurch den Ventilinnenraum nach aussen abdichtet. Der Kolben 1 wird mittels einer Spindel 6 betätigt, welche in einem Gehäusedeckel 5 gelagert ist. Beim Absenken des Kolbens 1 taucht dieser in bekannter Weise in den andern Teil des Dichtungselementes 2, nämlich den zweiten Dichtungsring 2b ein und trennt dadurch den Gehäuseinnenraum in zwei Einzelräume. Die Teile 2a und 2b des Dichtungselementes 2 sind durch eine Laterne 7 voneinander getrennt, welche bei offenem Ventil eine Durchströmung gestattet.
Der Gehäusedeckel 5, der mit einem hülsenartigen Ansatz an dem oberen Dichtungsring anliegt, ist über Stiftschrauben 8 am Gehäuse 4 durch Muttern 9 unter Zwischenschaltung von auf die Stiftschrauben 8 aufgebrachten Schraubenfedern 3 befestigt. Auf jeder Stiftschraube 8 ist eine Hülse 13 angeordnet, deren Höhe gegenüber der Länge der sie umgebenden ungespannten Feder 3 um einen in der Zeichnung vergrössert dargestellten Betrag h vermindert ist, der maximal 10 % der Höhe H des Dichtungselementes 2, d. h. der Summe der Höhen Ha und H b der beiden Ringe 2a und 2b beträgt. Beim Anziehen der Muttern 9 zum Pressen des Dichtungselementes 2 ist der mögliche Weg zur Federvorspannung die Differenz h zwischen der Länge der ungespannten Feder und der Höhe der Hülse 13 und daher auf maximal 10 % der Höhe H des Dichtungselementes 2 beschränkt.
Nach dem Anziehen der Muttern (s. die linke Hälfte von Fig. 1) bei geschlossenem Ventil werden sich die von denFedern und dem Dichtungselement ausgeübten Kräfte auf einen Gleichgewichtszustand einstellen, der auch bei verschiedenen Betriebszuständen des Ventiles so lange erhalten bleiben wird, wie die Federn nicht'vollkommen entspannt sind (s. die rechte Seite von Fig. 1). Die Begrenzung des Weges der Federvorspannung verhindert dabei ein unzulässiges Auswölben der in offener Ventilstellung freiliegenden Dichtungsflächen.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ventil hat die gleiche bekannte allgemeine Bauart, wobei für entsprechen- de Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind ; im Gegensatz zu dem in Fig. 1 darge- stellten Ventil weist aber das Ventil nach Fig. 2 einen druckausgeglichenen Kolben l'auf. Besondere
Mittel zur Begrenzung des Vorspannweges der auf die Stiftschrauben 8 zwischen den Muttern 9 und dem Gehäusedeckel 5 aufgeschobenen Tellerfederpakete 3'sind aus dieser Figur nicht ersichtlich, weil bei diesem Beispiel die Begrenzung durch erfindungsgemässe Dimensionierung der Tellerfedern selbst erfolgt.
Die Tellerfederpakete sind nämlich so bemessen, dass der bei einem Zusammenpressen bis zum ebenen
Aufeinanderliegen der Federelemente zurückgelegteVorspannungsweg h maximal 10 o der Höhe H des Dich- tungselementes 2 (2a und 2b) beträgt. In der linken Hälfte von Fig. 2 ist die Feder in zusammengepresstem Zustand und in der rechten Hälfte in entspanntem Zustand dargestellt. Das erfindungsgemässe Ventil kann dabei aber jederzeit unbeeinflusst von dem jeweiligen Spannungszustand der Feder in bekannter Wei- se im Bedarfsfall nachgedichtet werden, ohne den vorbestimmten Weg h der Federvorspannung zu vergrössern.
Die Fig. 3 und 4 zeigen erfindungsgemäss ausgebildete Hähne der allgemein bekannten Art, bei welchen ein das Verschlussstück bildendes zylindrisches Hahnküken la in einem im Gehäuse 4 eingelassenen hülsenförmigen Dichtungselement 2" drehbar ist. Das Dichtungselement weist zwei durch hosenartige Rin- ge 7" eingefasste radiale Öffnungen auf, welche bei geöffnetem Hahn mit den Durchgangsbohrungen im
Gehäuse und Wirbel einen im wesentlichen geraden, zylindrischen Durchgangsweg bilden. Das Dichtungs- element 2 ist in axialer Richtung zwischen einer Distanzbüchse 11 und einer Verschraubung 12 einge- spannt und zusammengepresst.
Der in Fig. 3 dargestellte Hahn nach der Erfindung weist an jeder der Stirn- flächen des Dichtungselementes 2" ein durch eine Tellerfeder gebildetes Federelement 3a bzw. 3b auf, deren bis zur vollkommenen Verflachung möglicher Vorspannungsweg ha bzw. hb je mit maximal 5 % der Höhe H des Dichtungselementes begrenzt ist. Daher ist der Vorspannungsweg h der aus den Feder- elementen 3a und 3b bestehenden Feder mit maximal 10 < 10 der Höhe H des Dichtungselementes 2" be- grenzt. Durch diese erfindungsgemässe Bauweise ist es verhindert, dass die auch bei geschlossenem Hahn (Kükenstellung um 900 verdreht) wirksame Federkraft Teile der Wandung des Dicht1mgselementes 2" in die Kükenbohrung eindrückt und dadurch später beim Öffnen des Hahnes das Dichtungselement be- schädigt wird.
Der in Fig. 4 dargestellte Hahn weist dagegen nur eine, bei der Verschraubung angeord- nete Spiralfeder 3c auf, deren Vorspannungsweg durch eine Hülse 13'begrenzt ist, so dass auch bei die- ser erfindungsgemässen Bauart eines Absperrorganes durch die Feder keine Auswölbungen der in geschlos- senem Zustand nicht an das Küken anliegenden Dichtflächen verursacht werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Absperr-und/oder Drosselvorrichtung mit einem Verschlussstück, welches in der Schliessstellung unter Vermittlung eines unter dem Druck einer vorgespannten Feder stehenden, gegebenenfalls mehrtei- ligen hülsenförmigen Dichtungselementes gegen das Gehäuse oder einen gehäusefesten Teil abdich- tet, wobei das hülsenförmige Dichtungselement das Verschlussstück zumindest in der Schliessstellung eng umschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der Vor- und Entspannungsweg (h) der Feder (3) mit maximal 10 lu der Höhe (H) des Dichtungselementes (2) begrenzt ist und vorzugsweise unter 5 % dieser Höhe (H) liegt.
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Shut-off or throttling device
The invention relates to shut-off or throttle devices, such as valves and / or cocks, with a closure piece which, in the closed position, seals against the housing or a part fixed to the housing by means of an optionally multi-part, sleeve-shaped sealing element which is under the pressure of a pretensioned spring, whereby the sleeve-shaped sealing element tightly encloses the closure piece at least in the closed position. The spring preload should be used in shut-off or throttle devices whose sealing elements are made of materials of low inherent elasticity, such as.
B. consist of heavily filled rubber compounds, guarantee a perfect function over a longer period of operation even with changing loads, without the need to re-press the sealing element by hand.
If you use springs in this context, which constantly exert a considerable axial pressure on the sealing element, it results in view of the fact that the sealing surface of the
Sealing element or at least a part of it is exposed in a position of the closure piece, i.e. is not supported, the risk that the exposed sealing surface or its exposed part will bulge out under the spring pressure when the closure piece remains in the mentioned position for a long time. When the shut-off device is actuated again later, the closure piece shears off the bulged parts of the sealing element, thereby damaging it and rendering it unusable.
In order to avoid this risk, on the one hand, the closure piece can be designed in such a way that the sealing surfaces of the sealing element resting against it remain supported in all positions of the closure piece so that they cannot bulge out; Such known designs with "protected" sealing element are expensive and therefore only used for special purposes. On the other hand, very weak springs can be used to avoid bulging of the sealing surfaces, but the success that can be achieved by the low spring forces, especially when the height of the sealing element is large, is only slight.
In addition, it is structurally complex to arrange these weak springs in such a way that the extent of the prestress acting on the sealing element is not influenced by the size of the internal pressure in the housing.
The aim of the invention is to design shut-off devices of the type described in the introduction in such a way that, with an economical construction, a perfect seal is ensured for a longer operating time without maintenance; it is based on the knowledge that in order to limit bulges on the surface of the sealing element facing the closure piece, it is primarily not the spring pressure acting on the sealing element that is decisive, but above all the size of the permitted pre-tensioning and relaxation travel of the spring, because this is the size depends on the volume displaced by the spring when it is relaxed.
If, therefore, the spring is dimensioned in relation to the sealing element in such a way that, when the sealing element is fully supported, sufficient pressure is exerted on it, but this pressure drops rapidly as a result of a very short relaxation path of the spring when an unsupported sealing surface arches only very slightly , this bulge can easily be limited to a permissible minimum extent, the sealing element still remaining under a preload which corresponds to a state of equilibrium between the falling spring pressure and the increasing deformation resistance of the sealing element.
If the only slightly arched sealing surface is subsequently supported again by actuating the closure piece, the spring is practically given its original prestress again due to its short prestressing path.
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One in this. Shut-off or throttle device designed in accordance with the invention is essentially characterized in that the pre-tensioning and relaxation travel of the spring is a maximum of 10% of the
The height of the sealing element is limited; This initial and relaxation path is preferably less than 5% of this height. In this way, the displaceable volume of the sealing element and thus the deformation of a surface of the sealing element exposed by the closure piece is restricted to such an extent that, although no damage to this surface is possible by the closure piece when it is closed, leaks due to the low elasticity of the sealing elements are eliminated .
With a throttle or shut-off element according to the invention, it is therefore not necessary to “protect” the sealing element by the closure piece in order to prevent the sealing element from being pressed out as a result of the spring force acting on it. The spring can be dimensioned as desired to take into account the internal pressure and the deformability of the sealing element, because the stresses occurring between the spring and the sealing element can be balanced out without deformations damaging this element. The spring can also be constructed from several individual springs connected in parallel or in series, which act on the sealing element with the inclusion of an intermediate piece that combines the forces of the individual springs.
The compression and thus also the pretensioning path of the spring is expediently limited by stops attached to the support surfaces of the spring. In many cases it is also advantageous to use a spring whose preload within the inventive range by mutual
Touching the spring elements, d. H. is limited by "sitting on" the spring; In the case of such springs, no devices for limiting the spring travel need be provided. When using disc springs, this construction according to the invention is particularly space-saving and therefore often advantageous.
The pressing of the sealing elements by hand via screw connections, which may be necessary after a long period of operation despite the use of springs, is not hindered by the inventive limitation of the pretensioning path of the spring.
In the following, exemplary embodiments of shut-off devices according to the invention are explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows a plunger piston valve according to the invention with piston without pressure compensation, in which the spring formed by a set of helical springs acts on the housing cover which closes the housing and encloses the valve rings. In Fig. 2, a plunger valve according to the invention is shown, the piston is provided with pressure compensation and has the same spring arrangement as Fig. 1 with plate springs.
3 or 4 shows a tap according to the invention with a cylindrical closure piece which is surrounded by a sealing element embedded in the housing, the sealing element being under spring pressure from two sides or one side.
The known design plunger valve shown in Fig. 1 has a plunger piston 1 as a closing piece, which is continuously guided in part of the sealing element 2, namely the sealing ring 2a embedded in the housing 4, and thereby seals the valve interior from the outside. The piston 1 is actuated by means of a spindle 6 which is mounted in a housing cover 5. When the piston 1 is lowered, it plunges in a known manner into the other part of the sealing element 2, namely the second sealing ring 2b, thereby dividing the interior of the housing into two individual spaces. The parts 2a and 2b of the sealing element 2 are separated from one another by a lantern 7, which allows a through-flow when the valve is open.
The housing cover 5, which rests against the upper sealing ring with a sleeve-like extension, is fastened to the housing 4 via studs 8 by nuts 9 with the interposition of coil springs 3 attached to the studs 8. A sleeve 13 is arranged on each stud screw 8, the height of which is reduced by an amount h shown enlarged in the drawing compared to the length of the unstressed spring 3 surrounding it, which is a maximum of 10% of the height H of the sealing element 2, i.e. H. the sum of the heights Ha and H b of the two rings 2a and 2b. When the nuts 9 are tightened to press the sealing element 2, the possible path for spring preloading is the difference h between the length of the unstressed spring and the height of the sleeve 13 and therefore limited to a maximum of 10% of the height H of the sealing element 2.
After the nuts have been tightened (see the left half of Fig. 1) with the valve closed, the forces exerted by the springs and the sealing element will adjust to a state of equilibrium which will be maintained even in different operating states of the valve as long as the springs are not completely relaxed (see the right-hand side of FIG. 1). The limitation of the path of the spring preload prevents inadmissible bulging of the exposed sealing surfaces in the open valve position.
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The valve shown in FIG. 2 has the same known general design, the same reference numerals being used as in FIG. 1 for corresponding parts; In contrast to the valve shown in FIG. 1, however, the valve according to FIG. 2 has a pressure-compensated piston 1 '. Special
Means for limiting the pretensioning path of the disk spring assemblies 3 'pushed onto the studs 8 between the nuts 9 and the housing cover 5 are not apparent from this figure, because in this example the limitation is effected by the dimensioning of the disk springs themselves according to the invention.
The disk spring assemblies are dimensioned in such a way that when they are pressed together they are even
The preload path h covered by the spring elements lying on top of one another is a maximum of 10 o of the height H of the sealing element 2 (2a and 2b). In the left half of FIG. 2 the spring is shown in a compressed state and in the right half in a relaxed state. The valve according to the invention can, however, be re-sealed in a known manner at any time, unaffected by the respective tension state of the spring, without increasing the predetermined path h of the spring preload.
3 and 4 show taps of the generally known type designed according to the invention, in which a cylindrical tap 1 a forming the closure piece can be rotated in a sleeve-shaped sealing element 2 "embedded in the housing 4. The sealing element has two radial ones framed by trouser-like rings 7" Openings, which when the tap is open with the through holes in the
Housing and vertebra form a substantially straight, cylindrical passageway. The sealing element 2 is clamped in the axial direction between a spacer sleeve 11 and a screw connection 12 and is pressed together.
The faucet according to the invention shown in FIG. 3 has on each of the end faces of the sealing element 2 "a spring element 3a or 3b formed by a plate spring, whose pretensioning path ha or hb, which is possible up to completely flattening, is a maximum of 5% Height H of the sealing element is limited. Therefore, the pretensioning path h of the spring consisting of the spring elements 3a and 3b is limited to a maximum of 10 <10 of the height H of the sealing element 2 ″. This construction according to the invention prevents the spring force, which is effective even when the cock is closed (plug position rotated by 900), from pressing parts of the wall of the sealing element 2 ″ into the plug bore and thereby later damaging the sealing element when the cock is opened.
The cock shown in FIG. 4, on the other hand, has only one spiral spring 3c arranged at the screw connection, the pretensioning path of which is limited by a sleeve 13 ′, so that even with this type of shut-off element according to the invention there are no bulges due to the spring When closed, the sealing surfaces cannot be caused to lie against the plug.
PATENT CLAIMS:
1. Shut-off and / or throttle device with a closure piece which, in the closed position, seals against the housing or a part fixed to the housing by means of an optionally multi-part, sleeve-shaped sealing element under the pressure of a pretensioned spring, the sleeve-shaped sealing element sealing the closure piece at least tightly in the closed position, characterized in that the pre-tensioning and relieving displacement (h) of the spring (3) is limited to a maximum of 10 lu of the height (H) of the sealing element (2) and preferably less than 5% of this height (H) lies.