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Ventil od. dgl. und Dichtungselement hiefür
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil od. dgl., dessen Gehäuse einen Durchströmkanal und eine Kammer für das den Durchströmkanal unterteilende bewegliche Verschlussorgan aufweist. Das Gehäuse ist an einer Innenwand mit wenigstens einer zum Durchströmkanal konzentrischen Sitzausnehmung versehen, in welche ein aus einem Träger und einem elastischen Dichtungsring bestehendes Dichtungselement zur Abdichtung des beweglichen Verschlusselementes eingelegt ist, wobei der mit dem Träger verbundene Dichtungsring in die Sitzausnehmung nur teilweise dicht anliegend eingesetzt ist.
Bei einem bekannten, in ähnlicher Art aufgebauten Ventil liegt der nur an der Aussenfläche seines Tragringes befestigte Dichtungsring an den Innenflächen der Sitzausnehmung vollständig an. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass eine solche Dichtung kein grösseres elastisches Formänderungsvermögen errei-
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schnitt ohne Tragring ausgestattet, deren äusserer Rand fest im Gehäuse eingespannt ist und deren innerer Rand durch Schraubenfedern unter Zwischenschaltung eines starren Ringes an den Schieber angepresst wird. Diese Ausbildung der Schieberabdichtung erfordert einen verhältnismässig hohen konstruktiven Aufwand und beeinträchtigt die Lebensdauer der Dichtung zufolge der mechanischen Beanspruchung durch die Einspannung und den Federdruck.
Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, dass der elastische Dichtungsring seinen Träger wenigstens teilweise umschliesst und in einer seitlich vorspringenden Ringleiste ausläuft, die bei unbelastetem Dich- tungsring aus der Sitzausnehmung hervorsteht und die an der Oberfläche des Verschlussorganes dichtend anliegt.
Entsprechend weiteren Erfindungsmerkmalen besitzt der Träger einen flachen zur Anlage an die Oberfläche des Verschlussorganes dienenden Teil und einen abgebogenen Schenkel, der im Querschnitt annähernd die Form eines geneigten "J" aufweist, wobei ein Teil des Dichtungsringes zwischen Haken und Schenkel des J-förmigen Teiles angeordnet ist und die seitliche Anlagefläche des Dichtungselementes aufweist, während der andere Teil des Dichtungsringes sich an der entgegengesetzten Seite des Schenkels befindet und in die Sitzausnehmung eingreift.
Durch diese erfindungsgemässe Ausgestaltung des Ventiles bzw. des Dichtungselementes wird erreicht, dass das Ventil od. dgl. sowohl zufluss- als auch. abflussseitig verlässlich abdichtet. Ausserdem wird durch den erfindungsgemässen Aufbau des Ventiles auch eine gute beidseitige Abdichtung des Durchströmkanals gegen die Schieberkammer erzielt, so dass das Ventil sowohl im normalen Betrieb bei Absperrung des Durchströmkana. 1es als auch während der Entleerung der Schiebekammer bei in Absperrlage befindlichem Schieber dicht hält.
Die erfindungsgemässe Gestaltung des Dichtungselementes gewährleistet, dass ein kritischer Gehäuse- überdruck selbsttätig herabgesetzt wird. Ferner besteht ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass das Dichtungselement leicht eingebaut werden kann, auch wenn es eine nachgiebige Oberfläche aufweist. Hiebei widersteht das Dichtungselement sowohl einem Herausstossen beim Öffnen des Ventiles als auch einer Zusammenpressung beim Schliessen des Ventiles. Ein besonderer Vorteil besteht ferner darin, dass bei Abnutzung der Dichtungsoberfläche diese selbsttätig durch nachrückenden Dichtungswerkstoff ergänzt wird. Es tritt also sozusagen ein selbsttätiger Ausgleich des Reibungsverschleisses ein.
Durch die erfindungsgemässe Konstruktion ist es möglich, die Berührungsflächen des Dichtungselementes klein zu halten, was eine Erleichterung des Einbaues mit sich bringt. Der Träger des Dichtungselementes dient zur Aufnahme des Druckes und der mit dem Träger verbundene elastische Dichtungsring gewährleistet die Abdichtung.
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Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger AusfShrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, welche in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.
Es zeigen Fig. l einen Ausschnitt eines senkrecht geschnittenen Absperrschiebers, der mit einer erfindungsgemässen Dichtung ausgerüstet ist, Fig. 2 eine räumliche Darstellung der Vorderansicht einer Aus-
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in vergrössertem Massstab, Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung des Durchganges mit dem Dichtungsteil für einen Betriebszustand, bei dem der Zuflussdruck grösser ist als der Gehäusedruck, Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 5 für einen Betriebszustand, bei dem Zufluss- und Gehäusedruck gleich sind, Fig. 7
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Darstellung entsprechend Fig. 5Gehäusediuck, Fig, 8 einen vereinfachten Schnitt durch einen Drehschieber, in den eine erfindungsgemässe Dichtung eingebaut ist.
Fig. l zeigt ein verbessertes Dichtungselement 10, eingebaut in einen Absperrschieber 12 mit geradem Durchgang. Der Absperrschieber 12 besteht aus einem Schiebergehäuse 14, das den geradlinigen Durchgang 16-18 umschliesst. Der Durchgang mündet an beiden Enden in Flanschen 20 - 20, durch die der Schieber an das Rohrleitungssystem angeschlossen werden kann. Selbstverständlich ist auch der Einsatz bekannter andersartiger Schieberendteile möglich, die zum Einbau des Schiebers in das Rohrleitungssystem dienen.
Im Inneren des Schiebergehäuses 14 befindet sich eine Schieberkammer 22, die zur Aufnahme des beweglichen Verschlussorganes 24 bestimmt ist. Das Verschlussorgan 24 ist in Form einer flachen Metallplatte ausgeführt und weist einen Durchgang 26 auf, der in Deckung mit dem Schieberdurchgang 16-18 gebracht werden kann, um den Schieber zu öffnen. Bei geschlossenem Absperrschieber wird der Durchgang 16-18 durch den massiven Teil 28 versperrt (Fig. 1). An der Oberseite ist das Verschlussorgan 24 beispielsweise mit einer Spindel 30 verbunden und kann durch diese in der bekannten Weise gehoben oder gesenkt werden.
Der Durchgang 16-18 ist beiderseits der Schieberkammer 22 eingedreht, um Sitze 32 für die Dichtungsteile 10 - 10 zu schaffen. Diese Sitze sind konzentrisch zur Mittellinie des Durchganges 16 - 18 angeordnet. Jedes der Dichtungselemente 10 besteht aus einem Stanzteil 34 aus Metall, das als Stützrah-
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einem nachgiebigen Dichtungsring 36 umschlossen wird.einer rechteckigen flachen Platte, deren Rückseite an der Wandung der Schieberkammer 22 angrenzend an den Sitz 32 anliegt. Entlang der beiden Längsseiten der Platte sind abgewinkelte Schienen 38 angeordnet, die als Führung für das Verschlussorgan 24 dienen.
In der Mitte des Stanzteiles 34 befindet sich eine kreisförmige Öffnung 40, die sich genau mit dem Durchgang 16 - 18 des Schiebers deckt. Der die Öffnung 40 umgebende Metallrand ist nach rückwärts abgeschrägt und zur flachen Oberfläche des Stanzteiles 34 zujjtickgewölbi,'odmch eine verbreiterte Wandung der Öffnung 40 geschaffen wird. Dieser Teil 42 des Stanzteiles weist annähernd die Form eines nach vom geneigten"J"auf und wird dementsprechend in den nachstehenden Ausführungen als J-förmiger Teil bezeichnet.
Dieser ist dazu bestimmt, in die Dichtungsitze 32 einzag !, elf en Die beschriebene J-förmige Gestalt macht ein Anbringen einer Einspringnute an der Oberfläche des Gehäuses, wie sie im allgemeinen zur Aufnahme des Dichtungswerkstoffes verwendet wird, überflüssig. Der rückwärts geneigte Teil bildet den Schenkel 44, die Wandung der Öffnung 40 dagegen wird durch den Haken 46 getrennt. Um die gesamte Öffnung 40 herum ist der Schenkel 44 mit in Abstand voneinander angeordneten Öffnungen 48 versehen. Der nachgiebige Werkstoff des Dichtungsringes 36 wird über den J-förmigen Teil 42 in der Weise gestülpt, dass ein bestimmter Teil 50 dieser Dichtungsmasse in den Sitz zwischen dem Schenkel und dem Haken des Teiles 42 zu liegen kommt.
Der Teil 50 des Dichtungsringes endet in einen vorspringenden Teil 52, der um ein weniges über die Oberfläche des Stanzteiles 34 hinausragt. Der den vorspringenden Teil 52 umgrenzende Bereich des Dichtungsringes ist dagegen zur Oberfläche des Stanzteiles leicht zurückgesetzt. Ein weiterer Teil 54 des Dichtungsringes befindet sich an der Rückseite des Schenkels 44 und läuft in einen Wulst 58 aus, der dazu bestimmt ist, in die Innenkante des Sitzes 32 zu greifen. Dieser Wulst 58 wird dadurch im Presssitz gegen die parallel zum Durchgang liegende Wandung des Sitzes 32 gedrückt. Ein weiterer Teil 56 schliesslich umspannt die Öff- sung 40.
Die beiden grösseren Teile 50 und 54 des Dichtungsringes, die sich an beiden Seiten des Schenkels 44 befinden, wirken als Druckrichtung, wie im folgenden noch eingehend dargelegt wird. Falls es erwünscht ist, kann die Vorderseite des Dichtungsringes, also der Teil 50, vollkommen hart sein und eine dementsprechend hohe Abnutzfestigkeit aufweisen, die Rückseite ist dann jedoch aus einem verhältnis-
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mässig weichen und leicht verformbaren Werkstoff auszuführen, der nahezu wie eine Flüssigkeit reagiert (Fig. 4). Der Grad der Verformbarkeit dieses Teiles 54 wird weitgehend durch den auf diesem Teile lastenden Druck sowie durch die Breite des zu überbrückenden Spaltes bestimmt.
Mit andern Worten ausgedrückt heisst dies, dass der Dichtungswerkstoff so weich sein muss, dass er sich an die Wandung des Sitzes 32 und an den Haken des J-förmigen Abschnittes 42 anschmiegt und darüber hinaus durch die Öffnungen 48 gepresst wird. Der durch die Öffnungen 48 hindurchgetretene Dichtungswerkstoff übt einen Gegendruck auf den Oberflächenteil 50 des Dichtungsringes aus, wodurch die mit der Zeit auftretende Abnutzung der Oberfläche ausgeglichen wird. Der nachgiebige Dichtungsring ist lediglich an der Oberfläche des Schenkels 44 und um den Haken 46 herum auf dem Stanzteil 34 befestigt (Fig. 4), um ihm eine gewisse Bewegungsfreiheit zu geben.
Die Verbindung des rückwärtigen Teiles des Dichtungsringes schützt diesen gegen ein Herauspressen in den Durchgang, wenn der Schieber geöffnet wird, und dementsprechend auch gegen ein Abklemmen beim Schliessen des Schiebers. Falls es sich als zweckmässig erweist, kann der nachgiebige Dichtungsring ebensogut auch mit der gesamten Oberfläche des von ihm umschlossenen Bereiches des Stanzteiles verbunden werden.
Da das Dichtungselement 10 so gestaltet werden kann, dass keine Kante des Stanzteiles 34 die Sitzflächen 32 überlappt, ist es möglich, den Stanzteil wesentlich leichter auszuführen, als es normalerweise sein müsste, wenn es den Druck direkt auf das Gehäuse zu übertragen hätte. Es wird nämlich durch diese Gestaltung die Reibungsabnutzung auf den Stanzteil beschränkt, und es ist einfacher, den Dichtungsteil zu ersetzen, als das Gehäuse nachzuarbeiten.
In Fig. 2 ist zusätzlich zu den abgewinkelten Schienen 38, die von den Längsseiten des Stanzteiles wegstreben, eine in der gleichen Richtung abgewinkelte Lasche 60 dargestellt, die als Anschlag für das Verschlussorgan 24 dient, wenn dieses so gestaltet ist, dass es beim Schliessen des Schiebers nicht durch den Durchgang 16 - 18 hindurch in eine Schieberkammer 22 eintritt, sondern auf dem Boden des Durchganges aufliegt. Die Schienen 38 müssen ausreichend hoch bemessen sein, so dass sie die Dichtungselemente bei geöffneter Schieberstellung voneinander getrennt halten. Beim Zusammenbau des Schiebers, dessen Verschlussorgan nicht durch den Durchgang hindurchtritt, muss zunächst ein Dichtungsteil eingesetzt und dann leicht gedreht werden.
Der andere Dichtungsteil wird in annähernd gleichem Winkel in entgegengesetzter Richtung gedreht, damit die Schienen beider Dichtungsteile aneinander vorbeigeführt werden können. Ist der zweite Sitz eingebaut, so werden beide Dichtungsteile in ihre Ausgangsstellung zurückgedreht und das Verschlussorgan kann eingesetzt werden. Im übrigen ist der in Fig. 2 dargestellte Dichtungsteil in jeder Beziehung gleich dem in dem Schieber von Fig. l verwendeten. In Fig. 3 dagegen sind keine Führungsschienen an den Kanten des Dichtungsteiles vorgesehen. Diese spezielle Ausführungsart ist für den Einbau in bereits hergestellte Absperrschieber bestimmt, da sich bei ihnen der Einsatz von Stangenmaterial als Führung als zweckmässiger erweist.
Um den Zusammenbau eines Absperrschiebers, der mit einer Schieberkammer 22 versehen ist (Fig. l) zu erleichtern, ist es wünschenswert, die Schienen 38 lediglich an einem Dichtungsteil anzubringen, da bereits das Verschlussorgan 24 die beiden einander gegenüber stehenden Dichtungselemente 10-10 im Abstand 11 und die Schienen 38 lediglich als Führung dienen.
Die in Fig. 4 dargestellte Dichtung weist einen Wulst 58 an einer der rückwärtigen Kanten auf, der als Führungsdichtung wirkt. Bereits bei einem geringen Druck auf diesenBereich wird ein Presssitz mit den Sitzflächen 32 erreicht, und eine Abdichtung hergestellt. Es ist jedoch auch ohne diesen Wulst 58 eine ausreichende Pressung des nachgiebigen Dichtungswerkstoffes gegen die Wandung des Sitzes sowie eine sofortige Auflage der Dichtung zu erreichen.
Das Verhalten der Dichtungsteile bei den verschiedenen Betriebsbedingungen ist in Fig. 5-7 veran- schaulicht. In allen Darstellungen ist die linke Rohrleitungsseite 16 die Zuflussseite. Fig. 5 verdeutlicht das Verhalten des Schiebers für einen Betriebszustand, bei dem der Zuflussdruck grösser ist als der Gehäusedruck, der Gehäusedruck wiederum grösser oder gleich dem Abflussdruck ist. Es ist zu sehen, dass das Verschlussorgan 24 in Richtung auf die Abflussseite geschoben und die abflussseitig Dichtung in ihren Sitz 32 gepresst wird, wobei eine Abdichtung um den Umfang des Sitzes 32 zustande kommt. Da sich die
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mentes 10 befindet, kann keine Undichtigkeit oberhalb der Öffnung 40 sowie an der Oberfläche des Schiebers 24 entstehen.
Gleichzeitig hat das Arbeitsmittel auf der Zuflussseite die zuflussseitige Dichtung 10 in ihren Sitz und in Auflage an das Verschlussorgan 24 gepresst, wodurch gleichfalls eine Undichtigkeit an der Oberfläche des Verschlussorganes 24 um die Öffnung 40 herum verhindert wird. Der Wulst 58 wird gegen die parallel zum Durchgang gerichtete Wandung des Sitzes 32 gedrückt und damit ein Durchtreten des zufliessenden Arbeitsmittels um die Rückseite der Dichtung 10 unmöglich gemacht.
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Fig. 6 verdeutlicht einen Betriebszustand, bei dem Zufluss-und Gehäusedruck gleich und beide Druckwerte grösser als der Abflussdruck sind. Es ist zu erltennen, dass die abflussseitige Dichtung 10 wiederum in ihren Sitz 32 und das Verschlussorgan 24 in fester Auflage an die Dichtungsoberftäche gepresst wird, so dass tin Hindurchtreten des Arbeitsmittels zwischen dem nachgiebigen Dichtungswerkstoff und seinem Sitz sowie durch die Öffnung 40 über die Oberfläche des Verschlussorganes 24 unmöglich ist.
Die zuflussseitige Dichtung befindet sich in einem mehr oder weniger neutralen Zustand, es ist jedoch ein ausreichender Kontakt zwischen dem vorspringenden Teil 52 auf der Oberfläche der Dichtung 10 und der Oberfläche des Verschlussorganes vorhanden, um eine Abdichtung auf der Oberfläche des Verschlussorganes 24 um die Öffnung 40 herum zu bewirken. Gleichfalls liegt der Wulst 58 fest genug in dem Sitz, um im Falle eines Druckabfalles im Gehäuse abzudichten.
Fig. 7 stellt einen Betriebszustand dar, bei dem der Zuflussdruck kleiner als der Gehäusedruck, jedoch grösser als der Abflussdruek ist. Auch bei diesen Druckverhältnissen wird wie bei den beiden vorangegangenen Betriebszuständen die abflussseitige Dichtung in ihren Sitz gedrückt, so dass sie sowohl um die Öffnung 40 herum, als auch um die Rückseite der Dichtung das Arbeitsmittel am Durchtreten hindert. Die Rückseite der zuflussseitigen Dichtung wird ebenfalls in den Sitz gepresst und ein Durchtreten des Arbeitmittels um den Dichtungsteil verhindert. Der vorspringende Teil 52 der zuflussseitigen Dichtung liegt gleich einem Kissen auf der Oberfläche des Verschlussorganes 24.
Steigt nun der Druck in dem Gehäuse um einen bestimmten Wert über den Zuflussdruck an, so wird der Kontakt zwischen dem vorspringenden Teil 52 und der Oberfläche des Verschlussorganes kurzfristig unterbrochen (angedeutet durch unterbrochene
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Überdruckes im Gehäuse vermieden. Nach dem Druckausgleich wird der Kontakt zwischen der Dichtung und dem Verschlussorgan wieder hergestellt. Bei den bereits gemäss der Erfindung ausgeführten Absperrschiebern wurde diese Druckdifferenz, bei der ein Druckausgleich in der Zuflussseite des Rohrleitungssystems und dem Gehäuse stattfindet, überprüft, und es hat sich ergeben, dass dieser Wert bei annähernd 3,5 kg/cm2 Druckumterschied liegt. Dieser Druckunterschied kann jedoch durch entsprechende Gestaltung der Bauformen verändert werden.
Durch diese Anordnung ist die Gefahr ausgeschaltet, dass ein kritischer Überdruck im Gehäuse entsteht, wenn das in ihm eingeschlossene Arbeitsmittel durch Sonneneinstrahlung oder auf andere Weise erwärmt wird und sich ausdehnt. Bei dem dargestellten Absperrschieber (Fig.1), dessen Verschlussstück durch den Durchgang hindurch in eine Schieberkammer 22 eintritt, schliessen die Dichtungselemente 10 die Öffnung 40 auch dann ab, wenn der Schieber geöffnet ist.
Die vorstehenden Ausführungen bezogen sich auf den Einsatz eines gemäss der Erfindung verbesserten Verschlussorganes eines Absperrschiebers. Der Dichtungsteil kann jedoch auch in eine Reihe weiterer Schieberbauformen eingebaut werden. So zeigt z. B. Fig. 8 einen gemäss der Eifindung a. usgeführten Dich- tungsteil 80 in Verbindung mit einem Drehschieber 82. Der Dichtungsteil SO entspricht genau dem bereits beschriebenen Dichtungselement 10 und. besteht aus einem Stanzteil 84, der von einem nachgiebigen Dichtungsring 86 umschlossen wird. Die Oberfläche des Stanzteiles 84 ist der Form des entsprechenden Kükens 88 angepasst, dessen Form zylindrisch, konisch oder kugelförmig sein kann.
Wie bei dem Dichtungselement 10 ist auch hier der Rand des Stanzteiles, der den Durchgang 90 umgibt, so gebogen, dass er den umgebenden nachgiebigen Dichtungswerkstoff 86 stützen kann. Die Formgebung kann gleich der des Dichtungselementes 10 sein. Dementsprechend ist auch die Wirkungsweise beider Dichtungsteile die gleiche. An die Stelle der Gleitbewegung des Verschlussorganes tritt allerdings eine Drehbewegung des Kükens.
Da eine Reihe Veränderungen in bezug auf die Gestaltung und auf die Ausführung der Einzelheiten möglich ist, ohne dass von den Grundgedanken der Erfindung abgegangen und deren Wirkungsweise überschritten wird und ohne dass die Vorzüge der Erfindung beeinträchtigt werden, ist es verständlich, dass die vorstehenden Ausführungen nur als Veranschaulichung zu verstehen sind und die Erfindung durch sie nicht abgegrenzt wird.
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