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Federung der Sitz-und Dichtringe bei Absperrvorrichtungen für Rohrleitungen
Die Erfindung betrifft eine Federung eines axial verschiebbaren Sitzringes bei Absperrvorrichtungen für Rohrleitungen, die aus einem elastischen Ring besteht, auf den der Druck des Betriebsmediums einwirkt.
Es ist bekannt (franz. Patentschrift Nr. 1. 494. 311), zur Federung des Sitzringes eines Hahnes einen elastischen Ring zu verwenden, der die äussere Form eines Torus, d. h. den Querschnitt einer Kreisfläche hat. Er befindet sich in einer aus dem Sitzring und dem Hahngehäuse gebildeten Ringkammer, wo er zwischen den Stirnflächen des Sitzringes und der Gehäusekammer vorgespannt ist, wobei auf ihn der Innen druck des Betriebsmediums radial nach aussen einwirkt. Im Spiel der Kräfte zwischen der Vorspannung und dem Druck des Betriebsmediums wird der Dichtdruck für den Hahnsitz geliefert.
Gleichzeitig dichtet der elastische Ring den Bewegungsspalt zwischen dem Sitzring und dem Gehäuse ab. Der elastische Ring hat einen kurzen Federungsweg mit einer steil ansteigenden Federkraftcharakteristik. Als Federkraftcharakteristik wird hier der Verlauf der Rückstellkraft einer Feder für sich allein in Abhängigkeit von ihrem Federweg bezeichnet. Das hat den Nachteil, dass schon bei geringen Formveränderungen des Hahnes die Vorspannkraft des elastischen Ringes nicht ausreicht oder nicht mehr vorhanden ist, um ohne Druck des Betriebsmediums dem Sitzring den notwendigen Schliessdruck zu verleihen. Bei derartigen Formänderungen, z.
B. durch Verschleiss, müsste der Sitzring im Schliesszustand mit zu grossem Hub nach vorn verschoben werden, dem die Federkraft des elastischen Ringes allein, infolge ihres kurzen Federweges, gar nicht mehr folgen könnte.
Weiters ist ein Kugelhahn bekannt (USA-Patentschrift Nr. 3, 270, 772), dessen Federung für den Sitzring eine flachere Belastungscharakteristik aufweist, der Federweg ist jedoch nicht verlängert. Die Torusf0l1l1 ist hohl ausgebildet und schliesst Luft ein, die beim Einbau des Sitzringes komprimiert wird.
Dabei wirkt der Druck des Betriebsmediums durch einen Ringschlitz radial nach aussen gerichtet auf die Federung, die gleichzeitig die Abdichtung darstellt. Der Ringschlitz ist nahe der Mitte zwischen den Stirnflächen der Ringkammer angeordnet. Diese Federung hat noch den Nachteil, dass sich der Ringbchlitz beim Verschieben des Sitzringes verengen kann und den Federring durch Einzwicken beschädigt. infolgedessen entweicht die komprimierte Luft aus der Federung, wodurch die Vorspannung der Federung versagt und die Abdichtung verschlechtert wird.
Es ist weiterhin bekannt (franz. Patentschrift Nr. 1. 451. 388), bei einem Sitzring, auf dessen Stirn Hache der Druck des Betriebsmediums kolbenartig wirkt, nur am Rande der Kolbenfläche eine Ringdidltung anzubringen. Der zwischen den Stirnflächen des Sitzringes und des Gehäuses
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Federweg geeignet. Er weist ringförmige Vertiefungen auf, die offensichtlich Beschädigungen des Dichtungsringes vermeiden sollen, wenn er in den Ringschlitz infolge seiner Inkompressibilität des Volumens hineinquillt und dort zerquetscht wird.
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Ferner ist bekannt (USA-Patentschrift Nr. 3, 301, 523), einen Sitzring durch Kombination eines torusförmigen elastischen Ringes und getrennten Schraubenfedern abzufedern. Schon nach kurzer entspannender Weglänge hört die Federkraft des Ringes auf zu wirken, so dass im restlichen Teil des Federweges der Sitzring nur durch die Schraubenfedern abgefedert wird. Daher weist die kombinierte Federkraftcharakteristik zwar einen langen Federweg auf, ihre Federkraft wirkt jedoch nur entlang eines kurzen Federweges und verläuft hier steil.
Die Aufgabe besteht darin, bei der eingangs beschriebenen Federung die Voraussetzung der einwandfreien Funktion zu schaffen, um ihren Federungsweg zu verlängern, um damit eine flach verlaufende Federkraftcharakteristik zu erzielen, wobei gleichzeitig auch ihre dichtende Wirkung verbessert wird.
Zur Lösung der Aufgabe werden an Stelle eines bekannten Schlitzes, der nahe der Mitte zwischen den Stirnflächen des Sitzringes und des Gehäuses angebracht ist und der radial in die den elastischen Ring enthaltende Kammer mündet, erfindungsgemäss Bohrungen vorgesehen, die im Sitzring angebracht sind und aus dem Durchflussraum der Absperrvorrichtung in die den elastischen Ring enthaltende Kammer münden.
Die Funktionsfähigkeit wird durch den unveränderlichen Querschnitt der Bohrungen gewährleistet, so dass gegebenenfalls in die Bohrungen einquellender Werkstoff des elastischen Ringes nicht zerstört werden kann. Der eingequollene Werkstoff wird aus den Bohrungen unzerstört herausgedrückt und legt die Bohrungen frei, wenn das Kräftespiel zwischen dem Druck des Betriebsmediums und dem Quelldruck des elastischen Ringes beginnen soll, d. h. dann, wenn der Druck des Arbeitsmediums grösser als der Quelldruck des elastischen Ringes wird. Da dem Werkstoff die Möglichkeit gegeben ist in die Bohrungen einzuquillen, wird ein sprunghafter Anstieg der Federkraftcharakteristik gleichzeitig vermieden.
Die funktionssichere Zuleitung des Druckes in der Mitte zwischen den Stirnflächen des Sitzringes und des Gehäuses gestattet es, einen elastischen Ring anzuwenden, dessen äussere Flächen den Flächen der Kammer angepasst sind und dadurch auch dann eine gute Abdichtung gewährleisten, wenn die äussere zylindrische Mantelfläche des Ringes eine grosse Höhe besitzt. Es sind damit die Voraussetzungen geschaffen worden, einen elastischen Ring mit grosser zylindrischer Mantelfläche zu verwenden, der einen grossen Federweg und eine flache Belastungscharakteristik besitzt. Die Flachheit der Belastungscharakteristik bewirkt, dass bei grosser Hubbewegung des Sitzringes die auf den Sitz wirkende Kraft verbessert wird. Sie ergibt sich aus dem Zusammenspiel zwischen dem Druck des Betriebsmediums und dem Quelldruck des vorgespannten elastischen Ringes.
Dabei wird der kolbenartig wirkende Druck des Betriebsmediums von der Federkraft des elastischen Ringes überlagert. Entsprechend der grossen Federweglänge und entsprechend der Flachheit der Federkraftcharakteristik ist die Federkraft in Abhängigkeit des Sitzringhubes mit der Kolbenkraft immer gleich gerichtet und in ihrer Grösse nur wenig von der Konstanten abweichend.
Die Bohrungen können in Wirkräume des elastischen Ringes münden. Damit wird erzielt, dass die Vorspannkraft verkleinert wird und dass die Belastungscharakteristik, unter Beibehaltung des Dichtvermögens und Verlängerung des Vorspannweges, weiter abgeflacht wird. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, nur durch Formgebung des elastischen Ringes die Absperrvorrichtung den Gegebenheiten des Betriebsmediums oder des Sitzes anzupassen.
Zur gleichen Anpassung der Gegebenheiten können in dem elastischen Ring Federelemente aus Stahl od. dgl. eingebettet sein, wodurch die Federkraft entlang des ganzen Federweges flach verlaufend verstärkt werden kann, weil erzielt wurde, dass der Federweg des elastischen Ringes und der Federweg
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt. Es zeigen : Fig. l einen Querschnitt durch einen gefederten Sitzring für einen Kugelhahn, Fig.9 einen Querschnitt durch einen gefederten Sitzring für einen Schieber und Fig. 3 verschiedene Profilquerschnittsformcn des elastischen Ringes mit zylindrischer Aussen hache und kreisförmigen Stirnflächen.
Im Cehäusetcii-l-eines Kugelhahnes (Fig. l) oder eines Schiebers (Fig. 2) ist der Ring 2--mit dem eingearbeiteten Sitz--3-in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Der Sitzring - 2-- und der Gehäuseteil--l-bilden eine Rhigkammer mit zylindrischen Aussen und Inncnflächen und kreisringförmigen Stirnflächen.
In der Kammer befindet sich der elastische Ring - --4--, der den Sitzring --2,3-durch Vorspannung in Pfeilrichtung--7-- federnd drückt. indem er sich an dem Ceh. iuseteil--l--abstützt. Dadurch wird der Sitz--3--an die nicht dargestellte Kugelfläche des Kükens angedrückt und dichtet den Sitz - -3-- der Absperrvorrichtung schon ohne
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