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Abdichtring an Absperrorganen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abdichtring an Absperrorganen, insbesondere für hohe Drücke.
Solche Abdichtringe sind bei bekannten Ausführungen von Absperrorganen in Ausnehmungen, entweder des
Gehäuses oder des Absperrkörpers, auf die zugeordnete Dichtfläche des Absperrkörpers bzw. des Gehäuses hin axial verschieblich geführt.
Wenn hiebei die der Dichtfläche abgekehrte, durch den Leitungsdruck beaufschlagte Stirnfläche des
Abdichtringes grösser ausgeführt ist als der innerhalb der Abdichtzone in der Dichtfläche liegende Teil der entgegengesetzten Stirnfläche des Abdichtringes, wird dieser mit einer dem Leitungsdruck proportionalen Kraft an die Dichtfläche gedrückt, wodurch der Absperrkörper sicher gegenüber dem Gehäuse abgedichtet wird. Diese Kraft kann durch entsprechende Abstimmung der Grösse der beiden Stirnflächen aufeinander beliebig gewählt werden.
Zur Verbesserung der Abdichtwirkung der bekannten aus starrem Werkstoff bestehenden Abdichtringe hat man bereits vorgeschlagen, in deren Stirnfläche eine Dichtung aus gummielastischem Werkstoff anzuordnen, die beispielsweise in Form eines Rundschnurringes oder auch einer invulkanisierten Gummifül- lung in eine entsprechende Nut in der Stirnfläche eingelegt ist.
Auch hiebei musste der Spalt zwischen Abdichtung und Dichtfläche genügend klein gehalten werden, um bei hohen Leitungsdrücken ein Wegpressen der gummielastischen Dichtung in diesen Spalt zu vermeiden. Es ist demnach auch hiebei eine genaue Bearbeitung der Dichtfläche, ebenso wie bei Anwendung von Abdichtringen ohne elastische Dichtung, erforderlich. Zudem schleift sich eine gummielastische Dichtung, die unbeweglich in einer Nut des Abdichtringes angeordnet ist, beim Schaltvorgang nicht nur stark ab und steht schliesslich nicht mehr, wie es für die Abdichtung erforderlich ist, aus der Stirnfläche des Abdichtringes heraus, sondern kann auch durch nur wenige Schaltungen völlig zerrissen werden.
Erfindungsgemäss werden die Nachteile der bisher bekannten Ausführungen dadurch vermieden, dass der Abdichtring aus einem äusseren starren Stützring und einem inneren Ring aus gummielastischem Werkstoff besteht, wobei der Aussendurchmesser des inneren Ringes an seinem der Dichtfläche abgewendeten Ende, das als Lippendichtung ausgebildet ist und an der Führungsfläche anliegt, etwa gleich dem Aussendurchmesser des starren Stützringes ist und an seinem der Dichtfläche zugewendeten Ende gleich dem Innendurchmesser des Stützringes ist. Bei dieser Ausgestaltung kann zweckmässig auf dem der Dichtfläche des Abdichtringes abgewendeten Ende ein mit Durchtrittsbohrungen versehener Teller angeordnet sein, der durch Federkraft dem Dichtring angedrückt wird.
Diese Ausgestaltung ergibt eine ausgezeichnete Abdichtung durch das unter Druck stehende Leitungsmedium selbst, welches durch die Durchtrittsbohrungen des Tellers gelangt und den Dichtring an seine Dichtfläche anpresst, wobei eine genaue Bearbeitung der Dichtfläche nicht erforderlich ist und durch die besondere Anordnung des gummielastischen Innenringes kein nennenswerter Verschleiss selbst bei grosser Schalthäufigkeit eintritt. Durch den zusammen mit dem gummielastischen inneren Ring sich an der Dichtfläche anlegenden Stützring wird nämlich die Bildung eines Spaltes, in den hinein der gummielastische Ring ausweichen könnte, vermieden, und zwischen Absperrkörper und Dichtfläche des Gehäuses darf ein verhältnismässig grosser, die Fertigung erleichternder Spalt vorhanden sein.
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Weiterhin wird auch bei Abnutzung des gummielastischen Ringes. der die eigentliche Abdichtung bewirkt, die Abdichtung nicht beeinträchtigt, da dieser Ring durch den Leitungsdruck, der auf seiner der Dichtfläche abgewendeten Stirnfläche ruht, stets in Richtung auf die Dichtfläche nachgeschoben wird. Es zeigt sich. dass, wenn der erfindungsgemässe Abdichtring auf der Zuflussseite, d. h. der Druckseite, im Absperrkörper, z. B. dem Küken eines Hahnes, eingebaut ist, am gummielastischen Ring, trotz einer sehr geringen Stärke desselben von nur etwa 2 mm, auch nach etwa tausend Schaltungen bei 70-380 atü Druckbelastung, praktisch überhaupt keine Abnutzung auftritt, weil das gesamte Dichtelement beim Öffnungsvorgang sofort in Strömungsrichtung zurückspringt, sich demnach von der Dichtfläche löst.
Die gewünschte Abdichtung zwischen Abdichtring und Dichtfläche wird bei der beschriebenen Ausführung des Tellers jedoch nur aufrechterhalten, solange die abzudichtende Leitung unter Druck steht.
Fällt dieser Druck stark oder sogar in das Unterdruckgebiet ab, so wird die Abdichtung infolge der durch die Durchtrittsbohrungen der Platte stattfindenden Druckentlastung des Abdichtringes unwirksam.
Es ist indessen vielfach wünschenswert, dass die Abdichtung sowohl bei Überdruck vor dem Absperrorgan wie auch bei vor dem Absperrorgan herrschenden Unterdruck aufrechterhalten wird. Das trifft beispielsweise auf Absperrorgane zu, welche bei zwei Drucksystemen zwischengeschaltet sind, deren Druck-
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änderakann, wobeiauf dereinenoderändern Absperrkörperseite Druckschwankungen von hohem Überdruck bis ins Unterdruckgebiet hineinstattfinden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher auch eine Abdichtung vorgeschlagen, die sowohl bei Überdruck wie auch bei Unterdruck wirksam ist. Im Verfolg des Erfindungsgedankens geschieht das dadurch, dass der auf der der Dichtungsfläche abgewendeten Stirnfläche des Abdichtringes angeordnete Teller als geschlossene Platte, d. h. ohne Durchtrittsbohrungen, ausgeführt ist. Diese Platte wirkt also gewissermassen als Rückschlagventil, denn unter Druckeinwirkung hebt sie sich von der ihr zugekehrten Stirnfläche des Abdichtringes ab und erlaubt dem Leitungsdruck, diese Stirnfläche des Abdichtringes zu beaufschlagen, wodurch der Abdichtring dichtend in Richtung auf die Dichtfläche angedrückt wird. Fällt der Druck in der Leitung jedoch plötzlich, z.
B. bis ins Unterdruckgebiet, ab, so bewegt sich die Platte unter der Einwirkung des im Raum zwischen der Platte und der Bodenfläche der Absperrkörperausnehmung herrschenden Druckes auf die der Dichtflächeabgewendeten Stirnfläche des Abdichtringes zu und legt sich dichtend darauf, wodurch nach wie vor der Dichtring fest auf seine Dichtfläche gedrückt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt : Fig. l einen abgebrochenen Schnitt durch einen Hahn mit drehbarem Küken in Sperrstellung, wobei der erfindungsgemässe Abdichtring in einer für die Druckabdich- tung geeigneten Ausgestaltung im Küken angeordnet ist, Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäss abgedichtete Schieberanordnung mit beidseitiger Abdichtung des Schieberkörpers, wobei die Abdichtung ebenfalls nur für Druckabd1chtung vorgesehen ist, Fig. 3 gleichfalls einen Schnitt durch eine erfindunggemäss abgedichtete Schieberanordnung mit ebenfalls beidseitiger Abdichtung des schleberhörpers für Druck, wobei die Teller jedoch abweichend von der in Fig..
2 dargestellten Form ausgeführt sind, Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schieberanordnung entsprechend der Fig. 2, jedoch mit einer für Druck und Unterdruck wirksamen Abdichtung, und Fig. 5 einen Schnitt durch eine Schieberanordnung gemäss Fig. 3, jedoch ebenfalls mit einer für Druck und Unterdruck wirksamen Abdichtung.
In Fig. 1 ist im Gehäuse 1, das die Durchflussbohrung 2 aufweist, das Küken 3 mit der Durchflussbohrung 4 angeordnet. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses 1 und der Mantelfläche des Kükens 3 darf ein verhältnismässig grosser Spalt von zirka 1 bis 2 mm Weite vorhanden sein. Ferner braucht die Gehäuseinnenwandung nicht feinbearbeitet zu sein.
Im KUken3 ist eineAusnehmung in Form einer zylinderförmigen Sackbohrung mit der Bodenfläche 5 und der Seitenwandung 12 vorgesehen. In dieser Ausnehmung ist der Abdichtring gelagert und von der Seitenwandung 12 geführt. Der Abdichtring ist von einem äusseren starren Stützring 8 und einem inneren Ring 9 gebildet, der aus gummielastischem Werkstoff, z. B. aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff, besteht.
Der gummielastische Ring 9 ist länger als der äussere Stützring 8 und überragt diesen in Richtung auf die Bodenfläche 5 der Ausnehmung hin. Der Ring 9 weist hier ausserdem einen Aussendurchmesser a auf, der dem Aussendurchmesser des Stützringes 8 etwa entspricht, und ist hier zu einer Dichtungslippe ausgebildet, die an der Seitenwandung der Ausnehmung, der Führungsfläche, für den Abdichtring anliegt.
Der Teil des gummielastischen Ringes 9 mit grösserem Durchmesser a ist zweckmässigerweise als Ringschulter ausgebildet, die sich an der der Dichtfläche 7 abgewendeten abgerundeten Stirnfläche des Stützringes 8 in axialer Richtung abstützt. Hiedurch wird ein Abheben des gummielastischen Ringes 9 in drucklosem Zustand von der Dichtfläche 7 begünstigt.
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An der der Dichtfläche 7 des Gehäuses 1 zugewendeten Stirnfläche 13 des gummielastischen Ringes 9 wird dessen Innenkante vorzugsweise mit einer Abschrägung 20 versehen. Hiedurch wird die Stirnfläche 13 ebenfalls nach Art einer Dichtungslippe beweglich ; ausserdem ist hiedurch die Innenkante des gummiela- stischen Ringes 9 bei Beginn des Schaltvorganges vor einem Einrollen auf der Gehäuseinnenwandung, der Dichtfläche 7, geschützt.
Es ist nämlich zu berücksichtigen, dass für den gummielastischen Ring 9 ein verhältnismässig weicher Werkstoff (Shore-Härte zirka 45-50) angewendet werden kann und soll, damit sich die Stirnfläche 13 des Ringes 9 auch von der Bearbeitung herrührenden Unebenheiten der Dichtfläche gut anpassen kann und damit ferner der gummielastische Werkstoff durch die auf seine der Dichtfläche 7 abgewendete innere Stirnfläche 15 vom Leitungsdruck ausgeübte Kraft in Richtung auf die Dichtungsfläche geschoben wird.
Die der Dichtfläche 7 zugewendete Stirnfläche 13 des gummielastischen Ringes 9 soll hinter der benachbarten Stirnfläche des Stützringes 8 in drucklosem Zustand etwas zurückstehen, damit der Leitungdruck zu Beginn des Schaltvorganges, wenn anfangs ein Teil der Stirnfläche 13 aus dem Bereich der Dichtfläche 7 in die Durchflussbohrung gelangt, sofort die Stirnfläche 13 auf ihrem gesamten Umfang herum beaufschlagt und damit von der Dichtfläche abhebt. Hiedurch wird der gummielastische Ring 9 vor jeder Abnutzung beim Schaltvorgang geschützt. Diese Wirkung tritt jedoch auch, wenn auch nicht so unmittelbar, dann auf, wenn der gummielastische Ring 9 an seiner Stirnfläche 13 mit der Stirnfläche des Stützringes 8 bündig abschliesst.
Das Abheben des gummielastischen Ringes 9 von der Dichtfläche 7 zu Beginn des Öffnens wird auch durch die hiebei auftretende Flüssigkeitsströmung begünstigt. Das Leitungsmedlum kann nämlich hiebet durch den Spalt 6 zwischen Küken 3 und Gehäuse 1 entweichen und weist im Bereich des auftretenden Öffnungsspaltes eine dynamische Druckkomponente auf, die auf die Stirnfläche 13 des gummielastischen Ringes drückt und somit die gesamte Abdichtung plötzlich abhebt. Hiedurch wird zugleich vermieden,
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Druck schnell auf und wird auf der Stirnfläche 15 des gummielastischen Ringes wirksam. Der Teller 16, der Topf 18 sowie gegebenenfalls der Haltering 10 können aus einem Stück bestehen.
Der Teller 16 und die Feder 19 können auch durch an die der Dichtfläche 7 abgewendeten Stirnfläche 15 des Ringes 7 angesetzte, vorzugsweise mit diesem aus einem Stück bestehende Gummikörper ersetzt werden, die an der Bodenfläche 5 der Ausnehmung anliegen.
Da der Aussendurchmesser a der sich mit der Lippe 11 abdichtend an die Seitenwandung 12 der Ausnehmung im Küken 3 anliegenden Stirnfläche 15 grösser ist als der Innendurchmesser desStützringes 8 und insbesondere grösser als der Innendurchmesser b des gummielastischen Ringes 9, an dessen an der Dichtfläche 7 anliegender Stirnfläche 20, ist, wird der Ring 9 mit einer Kraft, die dem Leitungsdruck und der Ringfläche mit dem Aussendurchmesser a und dem Innendurchmesser b proportional ist, an die Stirnfläche 7 gedrückt.
Da der Stützring 8 den Spalt 6 zwischen Küken 3 und Gehäuse 1 überbrückt, kann der gummielastische Werkstoff durch den Leitungsdruck nicht in den Spalt 6 gedrückt werden.
Nunmehr wird auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen, in welchen für gleiche oder bezüglich ihrer Funktion ähnliche Teile die m Fig. l für diese Teile gebrauchten Bezugszeichen verwendet sind.
Im Gehäuse 1, das die Durchflussbohrung 2 aufweist, Ist der Schieberkörper 3 angeordnet, welcher über eine Schieberstange 21 betätigt wird. Diese Schieberstange 21 kann durch eine mechanische, hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Betätigungseinrichtung entweder direkt oder ferngesteu-
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ert axial bewegt werden. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses 1 und der diesen Wandungsflächen zugekehrten Flächen des Schieberkörpers 3 kann ein verhältnismässig grosser Spalt vorhanden sein und die Gehäuseinnenwandung braucht nicht feinbearbeitet zu sein.
Die Ausnehmungen im Schieberkörper 3 bestehen ebenfalls jeweils aus der Bodenfläche 5 und der Seitenwandung 12. Jeweils in dieser Ausnehmung ist der Abdichtring, welcher auf der Seitenwandung 12 geführt wird, angeordnet. Der Abdichtring besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 wiederum aus einem äusseren starren Stüt3ring 8 und einem inneren gummielastischen Ring 9, wobei der Ring 9 den äusseren Stützring 8 in Richtung auf die Bodenfläche 5 hin überragt. Der äussere Stützring 8 liegt auch hiebei gegen eine Ringschulter des gummielastischen innenringes 9 an, welcher an seinem der Bodenfläche 5 zugekehrten Ende als Dichtungslippe 11 ausgebildet ist. Der Stützring 8 verhindert ein den Ring 9 zerstörendes Hineinpressen des gummielastischen Werkstoffes infolge des Leitungsdruckes in den Spalt zwischen Gehäuse 1 und Absperrkörper 3.
Im Inneren des gummielastischen Innenringes 9 ist wiederum der starre Haltering 10 angeordnet, der mit seiner einen Stirnfläche jedoch an dem Gehäuse 1 anliegt und mit seiner andern Stirnfläche innerhalb des gummielastischen Innenringes 9 mit Abstand zu dessen der Dichtfläche 7 am Gehäuse abgewendeten Stirnfläche 15 endet.
Der Teller 161 im linken Teil der Fig. 2, der jeweils zwischen Abdichtring und Bodenfläche 5 liegt, ist mit einer Durchtrittsbohrung 171 grossen Durchmessers versehen, es ist jedoch auch möglich, mehrere oder eine Bohrung l ? ! kleineren Durchmessers in der Platte 162 anzuordnen, wie aus dem rechten Teil der Fig. 2 ersichtlich ist Die Platten 161, 16% weisen eine Umfangsausnehmung auf, deren Stirnfläche 22 der Stirnfläche 15 des gummielastischen Innenringes 9 zugeordnet ist und deren Mantelfläche 23 verschiebbar im starren Haltering 10 gelagert ist, wobei die Mantelfläche 23 mehrere Umfangseinschnitte 24 aufweisen kann, welche unmittelbar vor derAusnehmungsstirnfläche 22 enden.
Zwischen Teller 16 und Bodenfläche 5 der Absperrkörperausnehmung sind mehrere Druckfedern 19 angeordnet, welche den Abdichtring über den Teller 16 mit gewisser Vorspannung gegen die Dichtfläche 7 drücken, hiedurch wird in der Sperrstellung bei anfänglich geringen Leitungsdrücken eine gewisse Abdichtung erzielt.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 gezeigten Abdichtungen entspricht der mit Bezug auf Fig. l beschriebenen. Hiebei tritt das Druckmittel durch die Bohrung 171 bzw. 172 und beaufschlagt die Stirnfläche 15.
Wenn die Platte 161 bzw. 162 zusätzlich noch mit Umfangseinschnitten 24 versehen ist, kann das Druckmittel auch noch durch diese Einschnitte zur Stirnfläche 15 gelangen, nämlich dann, wenn die Platte dz 162 anfänglich vom Innenring 9 infolge des Leitungsdruckes abgehoben werden sollte.
Der Abdichtring kann auch, wie in Fig. 3 gezeigt ist, aus einem Stück bestehen und aus Kunststoff gefertigt sein. Dieser Abdichtring 25 besitzt einen im wesentlichen ähnlichen Querschnitt, wie der in
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gesehen, die durch eine Umfangseinkerbung 26 eine gewisse Beweglichkeit für die Erzielung der Abdichtung an der Seitenwandung 12 der Absperrkb gerausnehmung unter Leitungsdruckeinwirkung erhält. Auch bei dieser Ausgestaltung ist der Abdichtring 25 axial verschiebbar in der Absperrkörperausnehmung gelagert.
In der linken Hälfte des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels besteht der Teller 16S aus einer gewölbten Federscheibe mit Durchtrittsbohrungen zo die mit ihrer äusseren Wölbung der Bodenfläche 5 der Absperrkörperausnehmung anliegt.
In der rechten Hälfte des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels ist zwischen Teller 164 und Bodenfläche 5 etwa am Umfang des Tellers, der mit einer oder mehreren Durchtrittsbohrungen 174 versehen ist, ein ringförmiger elastischer Schlauch 27 eingelegt, welcher dieselbe Funktion versieht wie die federnde Wölbung des Tellers 16.
Es ist selbstverständlich möglich, die rechte und linke Hälfte des in den Fig. 2 und'3 gezeigten Schie- beis mit Tellern 16, 162, 193, 16', oder mit allen möglichen Kombinationen dieser Teller zu versehen. Gleichfalls ist es auch möglich, den Schieberkörper 3 nur auf der einen Seite mit einer Abdichtung zu versehen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen dieselbe in den Fig. 2 und 3 dargestellte Schieberanordnung, auf eine Wiederholung des allgemeinen Schieberaufbaues wird daher verzichtet. Die Abdichtungen sind bei diesen
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sem Zweck sind die Platten 116, 116', 116"geschlossen, d. h. ohne Durchtrittsbohrungen, ausgeführt. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung müssen die Umfangsausschnitte im Gegensatz zur Ausführung gemäss Fig. 2 vorhanden sein.
Wird der geschlossene Schieber auf der einen oder andern Seite bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausfüh-
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