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Drehschieber
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschieber mit einem kugelförmigen Schieberkörper, wobei die im Gehäuse vorgesehenen Ein-und Austrittsöffnungen von unelastischen Sitzringen umgeben sind, deren kugelförmige Sitzflächen mit den Kugelflächen des Schieberkörpers zusammenwirken und deren zur
Strömungsrichtung quer verlaufende Oberflächen die entsprechenden Flächen des Gehäuses längs eines ringförmigen Bereiches berühren.
Bei derartigen Drehschiebern wurde gefunden, dass ein idealer Sitzring für grosse Drehschieber (etwa solche zur Verwendung in Hochdruckrohrleitungen bis zu 760 mm Durchmesser und darüber) mehr oder weniger frei beweglich sein muss, d. h., sich um einen geringen Betrag festpunktlos verschieben kann, u. zw. sowohl in radialer als auch in axialer Richtung, so dass er imstande ist, sich auf die Fläche des kugeligen Schieberkörpers einzustellen. Diese Selbsteinstellung sollte eine Gleichförmigkeit des Sitzdrukkes zwischen dem Schieberkörper und dem Sitzring über die ganze Ausdehnung der Sitzflächen gestatten.
Bei ausgedehnten Versuchen an Drehschiebern hat es sich nun gezeigt, dass in der Nähe der Bohrung des Sitzringes eine Hochdruckzone besteht, die ein Auspressen des Schmiermittels aus diesem Bereich verursacht. Dieser Bereich fiel durch seine helle, glänzende und trockene Oberfläche auf, die Anzeichen von sehr grossem Verschleiss zeigte. Der Verlust an Schmiermittel, das in erster Linie auch als Dichtungmittel dient, förderte die Sickerverluste aus der Leitung und führte ausserdem zu einem hohen Kraftbedarf bei der Betätigung des Drehschiebers.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile im wesentlichen dadurch, dass die ringförmige Berührung- zone zwischen jedem Sitzring und dem Gehäuse nächst dem äusseren Umfang des Sitzringes liegt, und anschliessend nach innen zu, ein Spalt zwischen jedem Sitzring und dem Gehäuse vorgesehen ist.
Besitzt ein solcher Drehschieber in den kugelförmigen Oberflächen Rillen und ausserdem Einrichtungen zur Zuführung von plastischem Schmiermittel in die Rillen, dann sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schmierrillen in einem Bereich angeordnet, der von die ringförmige Berührungzone und den Mittelpunkt der Kugelflächen verbindenden Geraden geschnitten wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anschliessend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Darin sind Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, bei der Teile weggebrochen sind, zur Darstellung eines geschmierten Schiebers mit kugelzonenflächigem Sitz und mit festpunktfreiem Sitzring nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein vergrösserter Detailschnitt des Schieber- körpers, des festpunktfreien Sitzringes und des Gehäuses, Fig. 3 ein Vertikalschnitt durch einen der festpunktfreien Sitzringe in der Blickrichtung auf den kugelig ausgebildeten Sitz, Fig. 4 eine kleine perspektivische Darstellung des kugelflächigen Schieberkörpers, Fig. 5, 6, 7, 8, 9 und 10 schematische Darstellungen ähnlich Fig. 2 zur Darstellung verschiedener Berührungszustände zwischen einem Sitzring und dem Schiebergehäuse, Fig.
11 eine Ringsitzausbildung, bei der die Sitzflächen beiderseits der Rille un-
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teren Fläche liegt, und Fig. 12 eine Veranschaulichung der Verwendung einer Mehrzahl von parallelen Schmierrillen, bei denen der Halbierungspunkt des Satzes paralleler Rillen in bezug auf seine Lage entsprechend der Erfindung angeordnet ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführungsform eines Drehschiebers vom Durchmesser etwa
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760 mm. Die relativen Abmessungen und die verschiedenen konstruktionsversteifenden Rippen und Glie- der sind für die Verwendung in einer speziellen Anlage konstruiert. Die Grösse des kugelflächigen Schie- berkörpers bei diesem Schieber ermöglicht es, verschiedene Kombinationen von Innenrippen zu verwen- den und auch die Wandstärken entsprechend den Anforderungen der betreffenden Anlage an Festigkeit und
Steifigkeit zu variieren.
Wo im folgenden die Ausdrücke"ober...","unter...", sowie'andere Angaben über die gegensei- tige Lage von Teilen in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet sind, beziehen sich diese auf die dargestellte Ausführungsform des Schiebers, bei der die Kraftbetätigungseinrichtung oben liegt und die Rotationsachse des Schieberkörpers vertikal steht.
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 20 das Schieberaggregat nach der Erfindung. Dieses besteht aus einem zweiteiligen Schiebergehäuse 22, das einen hohlwandigen, drehbaren Kugelschieberkörper 24 umgibt und im Abstand voneinander angeordnete, kugelzorlenförmige Sitzflächen hat. Wie Fig. l zeigt, besteht das Gehäuse 22 aus zwei starr miteinander verbundenen Teilen, nämlich einem grö- sseren, im wesentlichen zylindrischen Teil 26 und einem leicht becherförmig gewölbten Endteil 28, der im folgenden alsStutzenteil bezeichnet ist. Die beiden Teile 26 und 28 bilden das vollständige Schiebergehäuse 22 mit einem inneren Hohlraum 29, der den Kugelkörper 24 und die Sitzringe enthält, die im folgenden noch beschrieben werden.
Der grössere Gehäuseteil 26 hat als Mantelfläche eine axial gerichtete, im allgemeinen zylindrische Wand 30, deren rechtes Ende zu einem Montageflansch 32 für den Stutzenteil 28 ausgebildet ist. Am Boden ist ein Ablassstopfen 31 vorgesehen. Der gegenüberliegende Endteil 34 der Mantelwand 30 hat ein konisch verjüngtes Übergangsstück. das in eine, mit dem Gehäuse aus einem Stück bestehende Endwand 36 übergeht. Die innere Fläche 38 der Mantelwand des grösseren Gehäuseteils 26 begrenzt den grössten Teil des Gehäusehohlraumes 29 und ist, gleich der Wand 30,34 zum Teil zylindrisch, zum Teil verjüngt, wobei der grössere Durchmesser etwas grösser ist als der des kugeligen Schieberkörpers 24, um sein Einsetzen in den Hohlraum zu ermöglichen.
Zwischen dem Schieberkörper 24 und der Gehäusewandfläche ist ein ausreichendes Spiel vorgesehen, um eine kontrollierte, vollständig festpunktfreie Verlagerung des Schieberkörpers und einen unbehinderten Fluss des Mediums um den Kugelkörper herum innerhalb des Gehäusehohlraumes 29 zu ermöglichen. Ein zylindrischer Durchflusskanal 40 ist durch die Endwand 36 des Gehäuseteils 26 und innerhalb der Verlängerung 39 vorgesehen, die mit einem Rohrleitungsmontageflansch 42 ausgestattet ist. Diese Verlängerung und der Flansch bestehen aus einem Stück mit der Endwand 36. Der obere Teil der Zylinderwand 30 ist auch mit einem mit dieser aus einem Stück bestehenden und mit
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zylindrische Zentrierschulter 52 bildet, die an dem Anbauflansch 54 des Stutzenteils 28 vorgesehen ist, der mit einem Stutzen ausgestattet ist.
Dieser ist mit dem Gehäuseteil 26 in solcher Weise zusammengepasst, dass die Schulter 52 innerhalb der Zentrierbohrung 50 ruht. Die beiden Montageflansch 32 und 54 sind, z. B. mittels Gewindestiften und Muttern 56 bzw. 58 fest miteinander verbunden. Einlegeplättchen 59 können zwischen den Flanschen 32 und 54 vorgesehen sein, um das richtige Spiel im zusammengebauten Zustand zu sichern und ein Dichtungs-O-Ring 60 aus Gummi od. dgl., ist in einer ringförmigen Rille 62 zusammengedrückt, die am Umfang der Zentrierschulter 52 vorgesehen ist. Der Stutzenteil 28 hat ausserdem eine mit ihm aus einem Stück bestehende Verlängerung 64 am Ende, die jener am Gehäuseteil 26 ähnlich ist und die mit einem zylindrischen Durchflusskanal 66 ausgestattet ist, der im zusammengebauten Zustand mit dem Durchflusskanal 40 koaxial fluchtet.
Die Verlängerung 64 hat ebenfalls einen Anschlussmontageflansch 68, ähnlich dem Montageflansch 42. Die Flansche 42 und 68 an den offenen Enden der beiden Durchflusskanäle 40 und 66 gestatten den Anschluss an Rohrleitungen mit herkömmlichen Mitteln. Durch genaues Ausfluchten des Durchflusskanales 66 im Stutzenteil mit der zylindrischen Zentrierschulter 52 und entsprechendes Ausfluchten des Durchflusskanales 40 im Gehäuseteil 26 mit der Zentrierbohrung 50 ist eine genaue koaxiale Ausrichtung der beiden Durchflusskanäle 40 und 66 im zusammengebauten Zustand gesichert.
Der Schieberkörper 22 kann natürlich auch in anderer als der beschriebenen Weise ausgebildet sein.
Zum Beispiel kann der grössere Teil des Schiebergehäuses zur Gänze zylindrisch sein und den ganzen Hohlraum des Schiebers enthalten, während der Stutzenteil lediglich aus einer im wesentlichen ebenen Platte bestehen könnte, die an dem Verschlussmontageflansch des grösseren Gehäuseteils befestigt wäre. Das
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Schiebergehäuse könnte statt dessen auch aus zwei im wesentlichen halbkugeligen Teilen bestehen und entlang der Spindelöffnung geteilt sein.
Innerhalb des Gehäuseteils 26 ist ein ringförmiger Falz 74 an der Übergangsstelle zwischen dem ver- jüngten Wandteil 34 und der Endwand 36 vorgesehen. Dieser Falz ist im zusammengebauten Zustand im wesentlichen mit einem ähnlichen ringförmigen Falz 76 in der Innenfläche des Stutzenteils 28 in der
Nähe des Durchflusskanales 66 desselben koaxial, und hat auch die gleiche Grösse. Die zylindrischen
Schultern der Falze 74 und 76 haben in der Durchmesserrichtung eine Abmessung, die grösser ist als die der darin in der Achsrichtung verschiebbar montierten Schiebersitzringe 78 und 80.
Inbezug auf Genauig- keit ist das Radialspiel zwischen den Sitzen und dem Schiebergehäuse bei der beispielsweise beschriebe- nen Ausführungsform nicht an enge Toleranzen gebunden, und die zylindrischen Umfangsflächen der Fal- ze können während des Giessens der Gehäuseteile 26 und 28 endgültig geformt werden. Die Endflächen 82 und 84 der Falze 74 und 76 sind glatt, im wesentlichen eben (mit der Einschränkung nach der folgen- den Beschreibung), und zur Achse der Durchflusskanäle 40 und 66 unter rechtem Winkel angeordnet und dienen den Schiebersitzringen 78 und 80 als Stütze. Die radiale Abmessung der Falze 74 und 76 muss in- nerhalb einer groben Toleranz liegen, damit gewährleistet wird, dass die Abweichung der Sitzringe von der fluchtenden Lage in bezug auf die Strömungswege im Gehäuse auf ein Minimum beschränkt bleibt.
Die Sitzringe 78 und 80 sind mit Rücksicht auf die Kosten vorzugsweise aus Eisen mit hoher Zugfestigkeit hergestellt, können aber auch aus einem andern geeigneten starren Metall oder nichtmetallschen Werkstoff hergestellt sein. Jeder der Sitzringe hat eine im wesentlichen ebene glatte Endfläche 86, die eine ringförmige Rille 88 zur Aufnahme eines Dichtungs-O-Ringes 90 aus synthetischem Gummi oder einem andern geeigneten elastischen Material enthält, der eine verformbare, gegen das Medium undurchlässige Dichtung mit den Flächen 82 und 84 der Falze 74 und 76 bildet.
Die O-Ril1ge 90 haben im Vergleich zur Tiefe der Rillen 88 einen ausreichenden Durchmesser, so dass sie zwischen den Sitzringen 78 bzw. 80 und den Falzen im Schiebergehäuse im zusammengebauten Zustand um ein Mass zusammengedrückt sind, das grösser ist als die relative axiale Verschiebung zwischen den Sitzringen und dem Schieberkörper und dem Gehäuse. Dies gewährleistet, dass die federnde Andruckkraft des stromaufwärtsliegenden O-Ringes 90 bestrebt ist, den Ring und den Kugelkörper im wesentlichen in Flächenberührung zu halten, wenn der stromabwärts gelegene O-Ring 90 zusammengedrückt und der Schieberkörper und der stromabwärts gelegene Sitzring infolge des Leitungsdruckes axial verschoben sind.
Für die gewöhnlichen Temperaturbereiche sind die O-Ringe 90 vorzugsweise aus ölbeständigem synthetischem Gummi, wo jedoch höhere Temperaturen auftreten, können Ringe aus"Teflon","Silastic"oder einem ähnlichen Kunststoff verwendet werden. Jeder Sitzring 78 und 80 ist in bezug auf das Schiebergehäuse um seine Achse undrehbar mittels eines einzigen axialen Dübelstiftes 92 gehalten, der verschiebbar in einer Blindbohrung 93 im Sitzring und einem damit fluchtenden Loch im Schiebergehäuse sitzt.
Dieser Stift 92 legt in erster Linie die Lage des Sitzringes in solcher Weise fest, dass seine Schmierrillenenden in solcher Lage am Umfang zu liegen kommen, dass sie in einer noch zu beschreibenden Weise mit Sch'mierrillchen im Schieberkörper funktionsmässig zusammenzuwirken vermögen. Die Verwendung nur eines Dübelstiftes 92 bei jedem Ring und der Umstand, dass dieser Stift in einer Blindbohrung 93 an der Planfläche 86 des zugeordneten Sitzringes lose eingepasst ist, ermöglichen sowohl eine axiale als auch eine radiale Lageänderung der Sitzringe in ihren Falzen um die exzentrische Achse der Dübel 92.
Die Bohrungen 100 der Sitzringe 78 und 80 sind zylindrisch und im wesentlichen von der gleichen Grösse wie die Durchflusskanäle 40 und 66 und sind, wie bereits beschrieben, mit diesen Durchtlusskanä- len im wesentlichen koaxial festgehalten, wobei durch die Schaffung eines Freiheitsgrades der Sitzringe in radialer Richtung in bezug auf das Schiebergehäuse in geringem Mass eine Abweichung von der koaxia-
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102 zum Zusammenwirken mit den kugelig konvexen Sitzflächenzonen des kugelförmigen Schieberkörpers 24 ausgestattet, welch letzterer mit einem zylindrischen Durchlass 106 versehen ist, der mindestens so gross ist, wie die Durchflusskanäle 40 und 66.
Die Ringbohrungen 100 (Fig. 7) können etwas grösser im Durchmesser sein als der Durchflusskanal 66 und der Durchlass 106 im Schieberkörper, um in geringem Mass eine Verschiebung der Ringe in radialer Richtung zuzulassen, ohne dass eine Kante der Bohrung 100 in die Strömungslinie des Mediums durch den Durchlass 66 hinein vorspringt. In ähnlicher Weise sind die Enden 107 des Durchlasses 106 im Schieberkörper von etwas grösserem Durchmesser als die Ringbohrungen 100, um geringe Abweichungen von der fluchtenden Lage des Durchlasses im Schieberkörper und der Ringbohrungen zuzulassen, ohne dass die Ränder des Durchlasses im Schieberkörper in die Strömungslinie des Mediums hinein vorspringen.
Die Kanten der Durchflusskanäle 40 und 66, der Ringbohrungen 100 und des Durchlasses i06 im Schieberkörper sind gebrochen, so dass sie zu einem glatten Durchfluss des Mediums bei geöffneter Stellung des Drehschiebers beitragen.
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Das Durchmesserverhältnis zwischen der lichten Weite des Durchlasses und dem kugelförmigen Schieberkörper kann entsprechend dem Leitungsdruck und der Schiebergrösse variiert werden. Es können z. B. je nach Schiebergrösse, Leitungsdruck und zugelassenem Betätigungsdrehmoment Verhältnisse von 3, 0 : 1, 0 oder darüber sowie auch von l, 5 : 1. 0 oder darunter erwünscht sein. Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis 1, 61 : 1.
An Hand der Fig. 1 und 4 wird nun der hohlwandige, kugelige Schieberkörper 24 mit einem durchgehenden Durchlass 106 beschrieben. Zur Verminderung des Gewichtes des Schieberkörpers kann der Teil des Schieberkörpers, der seiner Verbindungsstelle mit einer Betätigungsspindel gegenüberliegt und keine für den Sitz oder die Lagerung erforderlichen Ausbildungen enthält, im wesentlichen fortgelassen werden, so dass an der Unterseite des Kugelkörpers 24 ein ebener, kreisförmiger Teil entsteht. Der Schieberkörper nach der Erfindung ist unter Verwendung von vorgeformten Kernen beim Giessen hergestellt, und bildet eine starre Rumpfkonstruktion mit verhältnismässig dünnen, einen Strömungsweg begrenzenden Wänden 108 und etwas stärkeren, im wesentlichen kugelflächigen Wänden 110 als Kugelsitzflächen.
Der obere Teil des Schieberkörpers 24 hat einen äusseren, im allgemeinen kugelförmigen Wandabschnitt 111 von etwas geringerem Durchmesser als die kugelige Sitzfläche 102. Dieser Wandteil besteht aus einem
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quer zur Mittellinieerstreckt. In dem kräftigen Querteil 112 innerhalb des äusseren, unteren Wandabschnittes 111 befindet sich eine Quernut 114 zur Aufnahme des Mitnehmerlappens 116 der Betätigungsspindel 48. Zwischen dem Mitnehmerlappen 116 und den Wänden der Nut 114 ist ein Spiel vorgesehen, um eine einwandfreie Bewegungsfreiheit des Schieberkörpers 24 in radialer und axialer Richtung zu ermöglichen und eine Ausrichtung und Verschiebung mit den Sitzringen 78 und 80 zu gestatten.
Aus einem Stuck mit dem Schieberkörper 24 sind zwischen den kugeligen Wandteilen und der zylindrischen Wand 108 Innenversteifungsrippen 118 gegossen und mit durchgehenden Löchern ausgestattet, die eine Verminderung des Gewichtes schaffen und ermöglichen, dass das Medium unter Druck an der Aussenseite des kugelflächigen Schieberkörpers 24 alle Flächen innerhalb der hohlen Konstruktion erreicht. Die Löcher 120 in der oberen Wand 111
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Schieberkörpers 24 sind während des Giessens mittels Kernstopfen gebildetund dienen dazu, das Gesamt-trierzwecken gebildet ist. Diese Ansätze haben keine Funktion beim zusammengebauten Schieber, sondern sind lediglich bei der Fertigbearbeitung der kugeligen Sitzflächen des Schieberkörpers von Nutzen.
Die Kanten des offenen Unterteils der kugeligen Wand 110 können mittels dicker Randteile 122 verstärkt sein, die zur Steifigkeit des mit den Ringsitzen 78 und 80 zusammenwirkenden Teils der kugeligen Sitzfläche beitragen. Die kugelige Fläche des Schieberkörpers, die mit den genau bearbeiteten, ringförmigen Kugelzonenflächel1 102 an den Ringsitzen 78 und 80 zusammenwirkt, ist ebenfalls genau bearbeitet, so dass sie eng und genau mit den Auflagerflächen am Ringsitz zusammenpasst.
Obwohl der Mitnehmerlappen 116 der Betätigungsspindel mit einem Spiel in die Nut 114 eingepasst ist, wird der Kugelkörper trotzdem im wesentlichen in solcher Weise ausgerichtet sein, dass der durchgehende Durchlass 106 mit den Durchflusskanälen 40 und 66 koaxial ist, wenn der Schieber geöffnet ist, da die Stellwirkung zwi-
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Drehrichtung hat.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist die kugelige Sitzfläche 102 jedes Schieberringes 78 und 80 mit einer ringförmigen Schmierrille 124 ausgestattet. Die Schmierrille 124 jedes Ringes ist oben und unten auf eine kurze Strecke durch Teile der Sitzfläche 102 unterbrochen. Die Schmiermittelrille 124 kann im wesentlichen von gleichförmiger Tiefe oder, wenn dies erwünscht ist, auch von halbkreisförmigem Querschnitt sein. Anstatt einer einzelnen Rille können auch mehrere nebeneinanderliegende, parallele und untereinander verbundene Rillen vorgesehen sein.
Wie die Fig. l, 2 und 4 zeigen, ist der Schieberkörper 24 mit einem Satz Rillchen 128 in Abständen
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sind lang genug, um die Unterbrechungen oder Stege zwischen der Schmiermittelrille 124 in der kugelflächigen Ringsitzfläche sowohl bei vollständig geöffneter wie auch bei vollständig geschlossener Stellung des Schiebers zu überbrücken, wobei diese beiden Stellungen gegeneinander um 90 versetzt und mittels (nicht dargestellter) zusammenwirkender Anschläge an der Spindel und dem Schiebergehäuse bestimmt sind.
Wenn die Schmiermittelrille 124 an ihren Unterbrechungen durch die Rillchen 128 verbunden ist, sind die Schmiermittelrillel1 und das in diesen enthaltene plastische Schmiermittel in Wirklichkeit um den Kugelkörper herum an den einander gegenüberliegenden Sitzflächen, die mit den Sitzringen in Berührung stehen, durchgehend vorhanden.
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Nach der anerkannten Theorie ist die Grösse der hydraulischen Kraft, die zum Abheben des Kugelkörpers von den Sitzflächen in axialer Richtung erforderlich ist, eine Funktion des Produktes aus der Flache der Schmiermittelrille und dem Einheitsdruck des Mediums, der auf 3as plastische Schmiermittel
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Verwendung nur einer Rille beschränkt. die Erfindung zieht vielmehr die Verwendung einer beliebigen Anzahl solcher Rillen in Betracht, um die erforderliche wirksame Anhebekraft zu erzeugen. Die Rille 124 ist geeignet, ein fliessfähiges, plastisches Material aufzunehmen, das nicht nur die Anhebekraft zwischen den Schieberkörpern und die Sitze überträgt, sondern auch die Schiebersitzfläche abdichtet und schmiert.
Wie Fig. 1 und das vergrösserte Detail nach Fig. 2 zeigen, ist jeder der Sitzringe 78 und 80 mit min- destel1s einer, vorzugsweise jedoch mit zwei, im wesentlichen radialen Bohrungen 134 ausgestattet, deren jede in eine Schmiermittelrille 124 mündet. Wenn die Sitzringe 78 und 80 in den Gehäusefalzen 82 und 84 eingebaut und ihre Winkellage durch die Dübelstifte 92 festgelegt ist, sind ihre im wesentlichen
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ten 26 und 28. Wie Fig. 2 zeigt, hat die Ringbohrung 134 einen kleineren Durchmesser als die Gehäusebohrung 138, wodurch eine Ausrichtung zwischen den Bohrungen 134 in den Sitzringen 78 und 80, die ein Axialspiel in bezug auf das Gehäuse haben, und den lagefesten Gehäusebohrungen 138 sowie auch das Einsetzen einer Schmiermittelleitungsbuchse 140 erleichtert wird.
Der Durchmesserunterschied dient auch dazu, eine universalgelenkige Bewegung der besonderen, nicht flexiblen Schmiermittelbuchse 140 zu gestatten.
Wenn die Buchse 140 sich in ihrer richtigen Lage für das Zusammenwirken zwischen den Sitzringen und dem Schiebergehäuse in den gebohrten Kanälen 134 und 138 befindet, sind drei oder mehr zusam- mengesetzte"Belleville"-Federscheiben 162 im zusammengedrückten Zustand an der Oberseite jeder Buchse, und gewährleisten, dass die Buchse in ihrer Ringbohrung vollständig eingesetzt und festgehalten ist, jedoch trotzdem eine universalgelenkige Schwenkbewegung der Buchse gestattet. In das gewindetragende äussere Ende des Gehäusekanals 138 ist ein Rückschlagventil 164 eingeschraubt, stösst stumpf gegen die Federscheibe 162 und hält diese in Anlage an der Buchse 140. Eine Schmiermittelpressbüchse 166 ist in einen Querkanal 168 eingeschraubt, der den Kanal 138 im Gehäuse oberhalb des Rückschlagventils 164 schneidet.
Nach Füllen der Schmierbüchse 166 mit Schmiermittel kann die Pressschmierung dadurch herbeigeführt werden, dass der nicht dargestellte Kopf der Schmiermittelschraube mit Hilfe eines Schraubenschlüssels gedreht wird. Die Kugel des Rückschlagventils ist nicht federbelastet, da bei Anlagen, bei denen ein Schmiermittel von hoher Viskosität verwendet wird, es häufig üblich ist, auf solche Rückschlagventilfedern zu verzichten. Wenn es jedoch erwünscht ist, kann auch ein federbelastetes Rückschlagkugelventil verwendet werden.
Der Unterschied zwischen dem Halbmesser des Strömungsweges 134 im Schiebersitzring 80 und dem des Kanals 138 im Schiebergehäuse soll mindestens gleich sein dem gesamten möglichen Axialspiel zwischen den Sitzringen 78 bzw. 80 und den Schiebersitzfalzen 82 bzw. 84, da sonst eine gegenseitige bauliche Behinderung zwischen der Buchsenwand und der Seiteawand der Bohrung 138 möglich wäre.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein beträchtlicher Zwischenraum zwischen der inneren Mantelfläche des Schiebergehäuses 22 und der Aussenfläche des Schieberkörpers 24 vorgesehen. Dies ermöglicht den Eintritt von Medium aus der Leitung in den gesamten Hohlraum des Gehäuses und vollständig um den Ku-
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löchern 120 und den gewichtsvermindernden Löchern in den Versteifungsrippen 118 gestatten das Strömen dieses Mediums um den Schieberkörper 24 herum und in sein Inneres hinein, so dass es die zylindrische Wand 108, die die durchgehende Durchflussöffnung 106 umgibt, vollständig umschliesst.
In jeder der Gehäusehälften 26 und 28 sind Einrichtungen zum Einführen von Medium aus der Leitung unter Druck jeweils von jenem Strömungsweg vorgesehen, der in bezug auf die Strömung vorn liegt. Normalerweise ist jeweils nur eine dieser Einrichtungen in solcher Weise wirksam, dass sie das Durchströmen des Mediums gestattet, je nachdem in welcher Richtung die Strömung des Mediums bei der betreffenden Leitungsanlage erfolgt. Dies wird mittels Rückschlagventilen 170 und 171 erreicht, deren eines im Radialteil des Stutzenteils 28 und deren anderes in der Stirnwand 36 des Gehäuseteils 26 (Fig. 1) vorgesehen ist. Wie Fig. 1 zeigt, führt ein Radialkanal 172 vom Strömungskanal 66 im Stutzenteil nach ausserhalb des Stutzenteils, wobei zwei aufeinanderfolgende, mit Gewinde versehene Ansenkungen 174 und 175 vorgesehen sind.
An der Übergangsstelle zwischen den gewindetragenden Ansenkungen 174 und 175 zweigt vom Ka- nal 172 ein Axialkanal 178 ab und führt ins Innere des Hohlraumes im Schiebergehäuse am Falz 84 des Stutzenteils. Die gebrochene Aussenkante 180 des Sitzringes 80 stellt eine für das Medium leitende Verbindung zwischen dem Kanal 178 und dem ringförmigen seitlichen Wandungsspiel zwischen dem Ring 80
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und der Umfangswaad 76 des Falzes 84 her. Auf diese Weise gelangt Medium von dem Strömungsweg 66 im Stutzenteil durch die Kanäle 172 und 178 in den Gehäusehohlraum 29.
In die Ansenkung 174 ist ein Rückschlagventil 182 eingeschraubt und sitzt straff auf dem Boden der- 'selben auf. Dieses Rückschlagventil ist derart angeordnet, dass es ein Hindurchströmen von Medium le- diglich in der Richtung vom Strömungsweg 66 in den Hohlraum des Gehäuses zulässt.
In der oberen gewindetragenden Ansenkung 175 oberhalb des Rückschlagventils 182 ist eine Hoch- druck-Nadelventilanordnung 188 eingeschraubt. Wenn die Nadelventilanordnung in die gewindetragende
Ansenkung 175 eingeschraubt ist, beeinflusst sie den Durchfluss von Medium aus der Leitung durch das
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Die Ventileinrich-tung 171 ist der Anordnung 170 gleich.
Die Rückschlagventile'170 und 171 an beiden Strömungskanalenden des Schiebergehäuses sollen dazu dienen, den im stromaufwärts liegenden Leitungsteil herrschenden Druck in den, den Schieberkörper umgebenden Hohlraum im Gehäuse ohne Rücksicht auf die Strömungsrichtung einzuführen. Dadurch wird ein Druckausgleich unter Umgehung des stromaufwärts gelegenen Sitzringes herbeigeführt und verhindert, dass dieser Sitzring unter dem Einfluss von hohen Druckunteschieden gegen die kugelige Sitzfläche angedrückt wird, so dass die Reibungskraft am Schieberkörper bei dessen Betätigung vermindert wird.
Würde diese Umgehung fehlen, so würde dies zur Folge haben, dass, wenn sich der stromaufwärts gelegene Sitzring straff gegen den Kugelkörper setzt, wobei der Hohlraum um den Kugelkörper herum unter einem niedrigeren Druck steht als die Leitung selbst, der Sitzring unter dem Einfluss des hohen, im stromaufwärts gelegenen Leitungsteil herrschenden Druckes, der gegen den O-Ring 90 zwischen dem Schiebergehäuse und dem stromaufwärts gelegenen Sitzring wirksam ist, mit zu hoher Kraft gegen die kugelflächige Sitzfläche des Schieberkörpers anliegt. Durch den Ausgleich der Drücke und die Verminderung des Sitzdruckes des stromaufwärts gelegenen Sitzringes wird eine wesentliche Verminderung des erforderlichen Betätigungsdrehmomentes erzielt.
Die Nadelventile 188 sollen wahlweise den Eintritt von Leitungsdruck zur Rückseite des stromaufwärts gelegeneaSitzringes absperren und die Möglichkeit gewährleisten, eine gasdichte Abdichtung zu erhalten, für den Fall, dass das stromabwärts gelegene Rückschlagventil versagen sollte. Beide Nadelventile sind normalerweise offen, jedoch kann das stromabwärts gelegene Nadelventil geschlossen werden, wenn eine Undichtigkeit im zugeordneten Rückschlagventil bei geschlossener Stellung des Drehschiebers 20 auftreten sollte.
Durch Versuche wurde gefunden, dass der Druck des Mediums in der Leitung in den Hohlraum des Schiebergehäuses eintritt, ohne Rücksicht darauf, ob der Schieber geöffnet ist oder nicht. Das Nadelventil 188 jedoch als Sicherheitseinrichtung gegen unbeabsichtigtes Schliessen der Spielabstände, durch das eine Fortpflanzung des Leitungsdruckes in den Hohlraum 29 verhindert würde.
In Fig. 2 ist in einem Kanal 232, der sich von der äusseren Mantelfläche des Ringsitzes 80 zur Ril-
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der der Sitzringe 78 und 80 ist mit einem oder mehreren derartigen Rückschlagventilen 230 ausgestattet, die in das gewindetragende und angesenkte äussere Ende 234 je eines Strömungskanales 232 eingeschraubt sind. Das innere Ende 236 des Rückschlagventiles ist mit einer Schulter versehen, die zur Aufnahme und
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kung 240 am unteren Ende der Ansenkung 234 dient.
Das Rückschlagventil 230 soll gewährleisten, dass der Schmiermitteldruck im Schieber 20 jederzeit mindestens gleich ist dem Leitungsdruck. Die Schmiermittelrillen in den Sitzringen bestehen aus zwei halbkreisförmigen Rillen 124 in jedem Ring, und diese Rillen sind miteinander durch die entsprechenden Rillchen 128 am kugelförmigen Schieberkörper 24 verbunden, wenn sich der Schieber in seiner vollständig geöffneten oder in seiner vollständig geschlossenen Stellung befindet. Während der Schieberkörper 24 sich zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung befindet, kann eine der halbkreisförmigen Rillen 124 in jedem Ring dem im stromabwärts gelegenen Leitungsteil herrschenden Druck ausgesetzt sein, der ebenso niedrig sein kann wie der Druck der Atmosphäre.
Wenn der Schieberkörper 24 die vollständig geöffnete oder geschlossene Stellung erreicht, wird die Verbindung der Rille 124, die bisher dem stromabwärts herrschenden Druck ausgesetzt war und in der somit ein nur geringer oder gar kein Schmiermitteldruck vorhanden ist, und dem Schmiermittelsystem wieder hergestellt. In dem Masse, in dem ein Druckausgleich zwischen dem Schmiermittelsystem und der unter niedrigem Druck stehenden Rille 124 erfolgt, sinkt der Druck im Schmiermittelsystem. Wenn der Schieber häufig genug ohne Wiederholung des Schmierens betätigt wird, kann der Druck im Schmiersystem auf einen sehr niedrigen Druck sinken.
Um zu ermöglichen, dass das Schmiermittelsystem mindestens unter dem gleichen Druck verbleibt wie das Medium
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in der Leitung, ermöglicht das Rückschlagventil 71 zwischen dem Hohlraum des Gehäuses und der Schmierrille 124 im Schiebersitzring eine Einwirkung des Druckes des Mediums in der Leitung auf das Schmiersystem, ohne jedoch ein Entweichen von Schmiermittel in das Schiebergehäuse zu gestatten, wenn der Schmiermitteldruck den Leitungsdruck übersteigt.
Wenn sich der Schieberkörper 24 in seiner Schliessstellung befindet und der Leitungsdruck den Schie- berkörper gegen den stromabwärts gelegenen Sitzring drückt, ist die durch den Leitungsdruck erzeugte Sitzkraft gleich dem Produkt des Druckunterschiedes und der Fläche, auf welche dieser Druckunterschied wirkt. Diese Fläche kann sich einem Minimum von zirka 43,2 dm nähern, wenn der Schieberkörper nur an der innersten Kante der Sitzfläche aufsitzt. Bei Nichtvorhandensein des Rückschlagventils kann der Druck über eine Fläche wirksam sein, die sich einem Maximum von annähernd 72,2 dm nähert, wenn der Schieberkörper an der äussersten Kante der Sitzfläche oder auf der ganzen Sitzfläche aufsitzt.
Wenn das Rückschlagventil offen ist, kann der stromaufwärts herrschende Druck in die Schmierrillen eintreten, und wenn das Aufsitzen auf der ganzen kugeligen Sitzfläche erfolgt, hält der Druck auf das Schmiermittel in den Rillen mindestens dem Druck über die Fläche der Rillen das Gleichgewicht und kann sogar den Druck über die ganze Fläche zwischen den Rillen bis zur Aussenkante der Sitzfläche ausgleichen, wenn ein genügender Schmiermittelfilm vorhanden ist.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass jeder Sitzring 78 und 80 mit zwei Radialkanten 134 zum Einführen von Schmiermittel in die Verteilungsrille 124 ausgestattet ist und dass in ähnlicher Weise jeder Sitzring mit zwei Schmiermittelbuchsen 140 und den ihnen zugeordneten Rückschlagventilen 164 und Pressschmierbüchsen 166 zusammenwirken. Obwohl für jeden Sitzring 80 eine einzige Schmieral10rdnung ausreichen kann, ist. es vorzuziehen, zwei oder mehrere solche an gegenüberliegenden Enden der Sitzrillenlängen anzuordnen, um eine rasche und sichere Verteilung des plastischen Schmiermittels über die ganze Ausdehnung der Schmierrillen zu gewährleisten.
Ohne Rücksicht darauf, ob nun ein oder mehrere Schmiersätze verwendet werden, wird das Schmiermittel in die Ringrille 124 an jenen Seiten eingeführt, die jederzeit mit der kugeligen Fläche des Schieberkörpers in Berührung stehen, wenn der Schieber zwischen seiner vollständig offenen und vollständig geschlossenen Stellung gedreht wird. Auf diese Weise ist zu keiner Zeit ein Strömungsweg für die Schmiereinrichtung in direkter Verbindung mit dem Schieberkörperdurchlass 106.
Ein Vergleich der Fig. 2 oder 9, die den Ringsitz nach der Erfindung zeigen, mit Fig. 7 in der eine andere Sitzringkonstruktion dargestellt ist, lehrt, dass der neue Sitzring 80 einen symmetrischeren Querschnitt hat. Im Vergleich zum bekannten Ring (Fig. 7). ist die radiale Abmessung des neuen Ringes grösser und die axiale Ausdehnung geringer, so dass der Flächeninhalt der kugeligen Ringsitzfläche 102 im wesentlichen unverändert geblieben ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es erforderlich, einige Zustände des Zusammenwirkens zwischen dem Schiebergehäuse, dem Schieberkörper und den festpunktfreien Sitzringen eines geschmierten Drehschiebers zu untersuchen. Einige dieser Zustände sind in den Fig. 5 - 10 dargestellt. Diese schematischen Darstellungen zeigen alle einen stromabwärts gelegenen Sitzring und es ist dabei angenommen, dass der Sitzring in einem Schieber angeordnet ist, der sich in jener Lage befindet, in der der Strömungskanal horizontal liegt und bei der das Medium für den Betrachter von links nach rechts fliesst.
In den Fig. 5 und 6 sind die drei möglichen Zustände der Anlage des Sitzringes am Schiebergehäuse dargestellt. Zwischen dem Sitzring 80'und dem Schiebergehäuse 28'besteht ein Radialspiel, so dass eine Berührung zwischen dem Schiebergehäuse und dem Sitzring nur an im wesentlichen radial liegenden Flächen des Schiebergehäuses bzw. des Sitzringes besteht. Um die Schnittdarstellungen der Fig. 5 und 6 richtig zu beurteilen, muss man annehmen, dass die radialliegende Fläche 86'eine vollständig eben ausgebildete Fläche ist, die vollständig innerhalb einer Ebene liegt, die radial unter einem Winkel von 900 zur Achse der Sitzringbohrung steht.
Wenn dies der Fall ist, dann muss die radialliegende Fläche 84'des Falzes im Schiebergehäuse für den Sitzring sich in einem von drei Zuständen befinden, wenn sich der Schieber nicht unter Druck befindet. Wenn die Falzfläche 84'des Schiebergehäuses genau unter 900 zur Achse der Bohrung liegt, so fällt sie mit der radialliegenden Fläche 86'des Ringes 80'zusammen und gerührt sie an allen Punkten der beiden radialliegenden Flächen. Dieser Zustand ist in Fig. 5 durch eine rolle Linie dargestellt.
Wenn die radialliegende Wandfläche 84'des Falzes im Schiebergehäuse nicht inter 900 zur Achse der Ringbohrung 100 liegt, so ist sie leicht konisch und, von einem Berührungskreis beginnend, der entweder an der inneren oder an der äusseren Peripherie der radialliegenden Fläche 86'
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6, n dem die konische Fläche 84', beginnend von einem Berührungskreis an der inneren Peripherie des ! itzringes, vom Sitzring 80'fort geneigt ist, und die unterbrochenen Linien in Fig. 5 veranschaulichen
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den Fall, in dem die konische Fläche 84', beginnend von einem Berührungskreis an der äusseren Peri- pherie der radialliegenden Fläche 86'des Ringes, vom Sitzring 80'fort geneigt ist.
Der ursprünglich angestrebte Zustand war der, bei dem die radialen Flächen sowohl des Sitzringes als auch des Schiebergehäuses in der gleichen, gegen die Achse der Bohrung im Sitzring unter 900 liegenden
Ebene liegen. Infolge von Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung und der Verformung des Schiebergehäu- ses unter Druck kann jedoch jeder der drei Zustände auftreten. Dies führt am Ende dazu, dass keine Flä- chenberührung über die ganze Ausdehnung der radialen Planflächen, sondern eine Berührung zwischen dem Sitzring und dem Schiebergehäuse entlang eines Kreises oder eines schmalen Kreisringes auftritt, wie dies in den Schnittdarstellungen der Fig. 5-10 durch einen mit A bezeichneten Punkt veranschaulicht ist.
Der Grund, warum der Fall einer als ideale Planfläche ausgebildeten Schiebergehäusewand und der der vom Kreis mit dem grössten Durchmesser aus konisch gegen den Sitzring geneigten Fläche in der gleichen
Zeichnung (Fig. 5) dargestellt sind, liegt darin, dass gefunden wurde, dass der Fall der ideal planflächigenAnlage zwischen den Flächen 84'und 86'durch den letzteren Fall abgelöst wird, wenn der Schieberkörper geschlossen und der Schieber unter den Nenndruck der Leitung gesetzt wird.
Der Wandteil 200'des Schiebergehäuses, der dem Sitzringfalz benachbart ist, ändert seine Richtung beim Punkt B, der in Fig. 5 jenen Punkt bezeichnet, um den sich der Wandteil 200 des Gehäuses verformt. Wenn auf den stromabwärts gelegenen Sitzring 80'eine Axialkraft ausgeübt wird, wie dies der Fall ist, wenn der Schieberkörper sich in geschlossener Stellung unter Druck befindet, dann dient der Punkt B, an dem der Gehäusewandteil 200'seine Richtung ändert, als festes Auflager, und der radiale Wandteil des Gehäuses biegt sich unter der Belastung ähnlich wie ein einseitig eingespannter Träger.
Wenn sich die radialen Flächen 84'und 86'des Schiebergehäuses 28'und des Sitzringes 80'vor Belastung durch den Druck über ihre ganze Ausdehnung in einer gemeinsamen Ebene berühren, nimmt die Durchbiegung in dem Masse des ausgeübten Druckes allmählich zu, und die Flächen 84 und 86 beginnen, sich unter der Belastung in den. Bereichen des kleinsten Durchmessers zu trennen. Der Flächeninhalt der in Berührung befindlichen Teilflächen innerhalb der Flächen 84 und 86 vermindert sich weiter, bis die Kraftübertragung auf die Gehäusewand über die Kreislinie oder kleine Berührungsfläche erfolgt, die durch den Punkt "A" veranschaulicht ist.
Dieser Berührungskreis befindet sich in der Nähe des äusseren Umfanges der Radialfläche 86'des Sitzringes 80', da die entsprechende Teilfläche an der Schiebergehäusefläche 84'sich dem Punkt B am nächsten benachbart befindet, um den der Wandteil 200'des Schiebergehäuses verformt ist, und daher diese Teilfläche die geringste Verformung erfährt.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass, wenn der dort gezeigte Fall gegeben ist, während der Schieber nicht unter Druck steht, die Berührungsfläche nach Fig. 6 mit dem Druck steigt und sich infolge der Durchbiegung des Gehäuses dem Fall nähert, bei dem die Planflächen einander berühren, wenn der Schieber bei geschlossenem Schieberkörper unter Druck gesetzt wird. Es konnte festgestellt werden, dass der in Fig. 5 veranschaulichte Fall dem nach Fig. 6 vorzuziehen ist. Die Gründe hiefür sollen nun unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen nach Fig. 7, 8, 9 und 10 erläutert werden.
Fig. 7 und 8 zeigen Sitzringe allgemeiner Form, Fig. 9 ist eine Darstellung des neuen Sitzringes nach der Erfindung und Fig. 10 stellt einen Ring von der, der Form des Ringes nach Fig. 7 und 8 entgegengesetzten Form dar. Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Form hat es sich gezeigt, dass, infolge von Bearbeitungsungenauigkeiten, bei geschmierten Drehschiebern gewöhnlich einer der beiden Extremfälle nach Fig. 5 und 6 besteht. Es hat sich ferner gezeigt, dass jeder dieser Fälle eine Folge der ungleichförmigen Dicke des Schmiermittelfilms ist, die an den Sitzflächen zwischen dem Ringsitz und dem Kugelkörper in der Nähe der Bohrung der Sitzringe Bedingungen schafft, die den Verschleiss und das Verklemmen begünstigen.
Bei der Form nach Fig. 7 ist die Neigung der in geringem Masse konischen Radialfläche des Schiebergehäuses so gerichtet, dass der Berührungskreis zwischen dem Gehäuse und dem Sitzring in der Nähe des inneren Umfanges der Radialfläche des Ringes liegt. Wenn nun auf den geschlossenen Schieberkörper ein Axialdruck ausgeübt wird, ist die auf die Schiebergehäusewand übertragene Kraft bestrebt, die Wand zu verbiegen, und die Berührungsfläche zwischen dem Ring und dem Gehäuse zu vergrössern. Das Mass, in dem dies erfolgt, hängt von der Zugfestigkeit der Materialien und dem Neigungswinkel der ursprünglichen konischen Fläche ab. Auf jeden Fall werden die aus Fig. 7 gezogenen Erkenntnisse von diesen, eine Vergrösserung der Berührungsfläche erzeugenden Bedingungen, nicht wesentlich beeinflusst.
Wenn der Kugel- körper unter Druck gegen den Ring gepresst wird, drückt der Ring seinerseits an dem durch den Punkt A gekennzeichneten Kreis gegen die Gehäusewand. Da der Ring dazu neigt, sich an der Gehäusewand entlang eines Berührungskreises abzustützen, besteht auch die Neigung, dass der restliche Teil des Ringes sich inter der vom Kugelkörper auf den Ring ausgeübten Kraft verbiegt. Dieser Biegekraft wirkt ein inneres
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Moment des Ringes entgegen, das durch seine Steifigkeit bedingt ist. Dieses innere Widerstandsmoment ist in den Zeichnungen durch einen Pfeil M bezeichnet.
Die Durchbiegung des Ringes erfolgt um einen Berührungskreis zwischen dem Ring und der Wandfläche des Gehäuses, und dieser Berührungskreis erscheint auf der Zeichnung als Punkt A. Der Widerstand gegen die Durchbiegung infolge des inneren Momentes nimmt also mit zunehmendem Abstand vom Punkt A ab. Wenn sich der Schieber unter Druck befindet, und zwischen dem Kugelkörper und dem Sitzring kein oder zu wenig Schmiermittel vorhanden ist, wird, da der Widerstand gegen die Durchbiegung des Ringes von der Mittellinie der Bohrung beginnend radial nach aussen abnimmt, der Druck (d. i. die auf die Flä- cheneinheit wirkende Kraft) auf die kugelige Sitzfläche des Ringes bei der Bohrung des Ringes am grössten sein und mit zunehmendem Abstand von der Bohrung abnehmen.
Wenn nun der Schmiermittelrille Schmiermittel unter Druck zugeführt wird, wird dieses bestrebt sein, die Flächen des Kugelkörpers und des Ringes voneinander zu trennen. Da die auf die Einheitsfläche bezogene Kraft in der Nähe des Punktes C (Fig. 7) am kleinsten ist, nimmt das Schmiermittel den Weg des geringsten Widerstandes und entweicht aus dem Raum zwischen dem Ring und dem Kugelkörper an diesem Punkt, ohne sich überhaupt einen Weg zwischen den Ring und den Kugelkörper an der dem Punkt A in der Nähe der Bohrung zunächst gelegenen Stelle zu bahnen. Dieser Zustand ist für die Abnutzung an der Bohrung des Ringes verantwortlich.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Zustand ergibt sich immer noch eine Abnutzung an der Bohrung des Sitzringes, obwohl dieser Zustand nicht so schädlich ist wie der nach Fig. 7 und der Verschleiss wahrscheinlich nicht so gross ist. Die Flächenbedingungen der Radialflächen des Sitzringes und des Schiebergehäuses entsprechen den Flächenbedingungen, die im Zusammenhang mit Fig. 5 erörtert wurden. Der Berührungskreis wurde zu einem Punkt in der Nähe des äusseren Umfanges des Ringes verschoben, wie dies durch den Punkt A kenntlich gemacht ist. Der Sitzring verbiegt sich um den Punkt A, und die grösste Kraft je Flächeneinheit tritt immer noch an der Kugelfläche des Ringes gegenüber dem Punkt A auf. Dieser gegenüberliegende Bereich ist durch einen Halbmesser der Kugelfläche gegeben, der durch den Punkt A hindurchgeht.
Dieser Halbmesser ist im folgenden kurz als"Kugelhalbmesser"bezeichnet. Da der Ring sich in grösseren Entfernungen vom Punkt A stärker durchbiegt, ist die Kraft je Einheitsfläche der Ringfläche wie auch beim Zustand nach Fig. 7 beim Punkt C (Fig. 8) am geringsten. Die Kraft je Flächeneinheit der Ringfläche ist an der Bohrung des Ringes geringer als bei Fig. 7, sie ist jedoch grösser als beim Punkt C nach Fig. 8. Wenn der Schmiermittelrille Schmierstoff zugeführt wird, neigt dieser immer noch dazu, gegen den Punkt C zu ausgepresst zu werden, doch ist diese Gefahr nicht so ausgeprägt wie beim Zustand nach Fig. 7.
Um den Verschleiss und der Unwirksamkeit der früheren Ringsitze, bei denen zum Betätigen des Schiebers ein grösseres Drehmoment erforderlich war, abzuhelfen, wird nach der Erfindung ein Sitzring vorgeschlagen, dessen Prinzipien an Hand von Fig. 9 beispielsweise erläutert werden. Bei diesem neuen Ring ist eine gleichmässige Verteilung des Schmiermittelfilms über die ganze Sitzfläche des Ringes ermöglicht. Die beiden grundlegenden Änderungen gegenüber Fig. l und 2 zum Erzielen dieser anzustrebenden Bedingungen sind :
1. Die Ringsitzfalze im Schiebergehäuse 74 und 76 sind in solcher Weise bearbeitet, dass die Gewähr besteht, dass die radialen Flächen 82 und 84 jederzeit in einem Zustand sind, der dem in Fig. 5 gezeigten entspricht, und dass ein Zustand entsprechend der Darstellung nach Fig. 6 nie zugelassen ist.
Mit andern Worten, die Radialfläche 84 oder 86 des Gehäusefalzes 74 bzw. 76 ist so ausgebildet, dass, wenn sich der Schieber unter Druck befindet, ein Auseinanderstreben oder ein Spiel zwischen den Randflächen des Gehäuses und des Ringes besteht, und dieses Spiel gegen die Mittellinie der Ringbohrung nach innen zunimmt.
2. Die radiale Breite des Sitzringes ist in genügender Grösse gewählt, dass der letzten Endes erreichte Berührungskreis A (Fig. 9) zwischen dem Gehäuse und dem Sitzring sich weit genug aussen befindet, dass ein Halbmesser der kugelflächigen Sitzfläche des Ringes, der durch einen Punkt auf dem Beruhrung- kreis zwischen dem Ring und dem Gehäuse hindurchgeht, sehr nahe an der Mitte der Schmiermittelrille in der kugelflächigen Sitzfläche liegt. Versuche deuten darauf hin, dass die Schmiermittelrille in jener Lage an der Sitzfläche des Ringes angeordnet werden sollte, die den grössten Widerstand gegenDurchbie- gung aufweist.
Vorzugsweise sollte der Mittelpunkt der Sitzfläche sich an der gleichen Stelle befinden, wie die Schmiermittelrille, jedoch lassen die derzeitigen Erkenntnisse darauf schliessen, dass die örtliche Lage der Schmierrille von den beiden Faktoren der wichtigere ist.
Vorzugsweise sollte im Interesse der mechanischen Genauigkeit die Schmiermittelrille gegen den Kugelhalbmesser durch den Bssrührungskteis um ein sehr geringes Mass versetzt sein, so dass die Rille näher
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an der Bohrung des Sitzringes liegt, da bei der tatsächlichen Herstellung der Umstand, dass der Radius eines kugelflächigen Schieberkörpers von 760 mm Durchmesser etwa um ein Zehntel Millimeter kleiner ist als der Radius der kugelflächigen Sitzflächen des Ringes, zur Folge hat, dass der Bereich des Sitzrin- ges, in dem der Widerstand gegen eine Durchbiegung des Sitzringes am grössten ist, um ein geringes Mass von der durch den Berührungskreis hindurchgehenden Normalen auf die Sitzfläche gegen die Bohrung des
Ringes zu verschoben ist.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, bewirkt die Neigung zur Durchbiegung in beiden Richtungen um den
Punkt A, dass über die Fläche des Ringes beiderseits des Punktes A in gleichen Abständen von diesem gleich grosse Kräfte je Flächeneinheit wirken. Wenn der Schmiermittelrille Schmiermittel zugeführt wird, geht die vom Schmiermittel in der Rille erzeugte Kraft auf den Sitzring direkt durch den Berührung- punkt A hindurch und es entsteht durch eine solche Kraft, die bestrebt ist, den Ring in der einen und der andern Richtung zu verbiegen, kein Moment. Das Schmiermittel wird im wesentlichen gleichmässig über die ganze Sitzfläche des Sitzringes verteilt und dies ist der anzustrebende Zustand.
Die Fig. 10 wurde hinzugefügt, um auf die Gefahr hinzuweisen, die besteht, wenn der Zustand ent- gegengesetzt dem nach Fig. 8 ist. Bei Fig. 10 ist der Berührungskreis A zwischen dem Schiebergehäuse und dem Ring in der Lage, zu einem Punkt zu wandern, von dem eine Normale zur Kugelfläche durch den
Berührungskreis von der Bohrung noch weiter entfernt ist, als bei jedem der bereits besprochenen Zustän- de. Bei diesem Zustand wäre die Sitzkraft je Flächeneinheit beim Punkt C grösser als an der Bohrung des
Ringes. Auf diese Weise würde das Schmiermittel bei der Ringbohrung herausgepresst und beim Punkt C würde ein Verschleiss auftreten.
Da sich der Punkt C in einem grösseren radialen Abstand von der Achse des Strömungskanales befindet als die Bohrung, würde der Verschleiss und der Mangel an Schmierung des Ringes in diesem Bereich noch weit unerwünschter sein als ein Verschleiss an der Bohrung. Der Umfang des Verschleisskreises bei C wäre grösser als derbei der Bohrung und der Verschleiss und der Mangel an Schmierung würde insgesamt grösser sein. Dieser Zustand würde ein noch höheres Drehmoment zur Betätigung des Schiebers erforderlich machen, als dies bei einem Zustand nach Fig. 8 der Fall ist.
Fig. 11 zeigt eine Möglichkeit der Anwendung der Erfindung bei bekannten Ringausbildungen durch Verlegen der Schmiermittelrille zu einem Punkt niedrigster Durchbiegung. Obwohl dies zur Folge hat, dass die Ringsitzflächen beiderseits der Rille ungleich gross sind, haben Versuchsergebnisse gezeigt, dass der resultierende Schmiermitteldruck über die ganze Sitzfläche fast ebensogut ist wie wenn die Sitzfläche ausserdem durch die Linie der geringsten Durchbiegung halbiert wird.
Fig. 12 zeigt die Verwendung einer grösseren Anzahl von parallelen Schmierrillen, bei denen der Halbierungspunkt für den Satz paralleler Rillen auf der Linie der geringsten Durchbiegung liegt.
Aus Fig. 2 geht die Anwendung der Grundsätze der Erfindung bei den Ringen 80 und dem Gehäusefalz 76 des Drehschiebers nach der Erfindung hervor, wo an der Bohrung des Sitzringes zwischen den einander in der Achsrichtung zugewendeten Wänden 84 und 86 des Schieberkörpers 28 und des Ringes 80 ein kleiner Zwischenraum X zu sehen ist. Erhalten bleibt der Kreis der endgültigen Berührung (Punkt A) zwischen dem Ring und dem Gehäuse an einer Stelle, die im wesentlichen von den beiden Enden der kugeligen Sitzfläche 102 des Ringes 80 in gleichen Abständen liegt.
Es ist zu erkennen, dass der Erfindungsgedanke, d. h., die Kombination der richtigen Ausbildung des Ringquerschnittes mit einem kleinen Zwischenraum zwischen dem Ring und dem Schiebergehäuse an der Bohrung des Ringes auf verschiedene Arten verwirklichbar ist. Eingangs war zur Entwicklung der Theorie, auf die sich die Erfindung aufbaut, angenommen worden, dass die Radialfläche des Sitzringes in einer einzigen idealen Ebene liegt. Es ist ersichtlich, dass die gleichen Ergebnisse erzielbar sind, wenn die Fläche des Ringes leicht konisch ausgeführt ist, so dass zwischen dem Ring und dem Gehäuse in der Nähe der Bohrung des Ringes ein kleiner Zwischenraum gebildet wird.
Dieser Zwischenraum, der zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens erforderlich ist, kann also entweder durch Bearbeitung des Ringes oder durch Bearbeitung des Schiebergehäuses geschaffen werden. Wahlweise ergibt sich statt dessen der gewünschte kleine Zwischenraum, wenn die beiden Flächen genau radial koplanar sind, als Folge der natürlichen Verformung des Gehäuses, jedoch würde eine derartige bauliche Ausbildung nur unter grossen Kosten vor- iätzlich herstellbar sein.
Das angestrebte gesamte Mass des Zwischenraumes in der Nähe der Bohrung des Ringes zwischen dem Ring und dem Schiebergehäuse ist in der Grössenordnung von 25 bis 76 jn. Die zusammenpassenden Ra- lialflächen des Sitzringes und des Schiebergehäuses verhindern, dass der O-Ring 90 aus seiner Lage her- ausgedrückt wird, wie dies der Fall wäre, wenn er sich an einer axial liegenden Fläche des Sitzringes be- fände. Der sehr kleine Zwischenraum, der nach der Erfindung zwischen diesen Flächen erwünscht ist, beeinträchtigt dies nicht, da der grosse O-Ring 90 sich natürlich nicht in einen freien Zwischenraum von 5 bis 76 li drücken lässt.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der wesentliche Inhalt der Erfindung darin besteht, dass. benachbarte, im wesentlichen radiale Flächen am Gehäuse und am Schiebersitz vorgesehen sind, die in solcher Weise bearbeitet sind, dass sie einander im wesentlichen entlang einer Linie in der Nähe des äusseren Umfanges der Radialfläche des Ringes und Gehäuses berühren und nach innen zu bis zu einem Maximalabstand am inneren Umfang der Radialfläche des Ringes divergieren, wobei der Ringquerschnitt so ausgebildet ist, dass eine Gerade durch die Berührungslinie im rechten Winkel zur kugelflächigen Sitzfläche des Ringes im wesentlichen durch den Halbierungspunkt der Sitzflächenbreite hindurchgeht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehschieber mit einem kugelförmigen Schieberkörper, wobei die im Gehäuse vorgesehenen Einund Austrittsöffnungen von unelastischen Sitzringen umgeben sind, deren kugelförmige Sitzflächen mit den Kugelflächen des Schieberkörpers zusammenwirken und deren zur Strömungsrichtung querverlaufende Oberflächen die entsprechenden Flächen des Gehäuses längs eines ringförmigen Bereiches berühren, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Berührul1gszol1e zwischen jedem Sitzring und dem Gehäuse nächst dem äusseren Umfang des Sitzringes liegt und anschliessend nach innen zu ein Spalt zwischen jedem Sitzring und dem Gehäuse vorgesehen ist.