-
Dichtungsanordnung für eine Absperrvorrichtung, z. B. einen Schieber
Die Erfindung bezieht sich auf eine Absperrvorrichtung, z. B. Schieber, mit einem
Gehäuse, das in Ausrichtung miteinander liegende Strömungsdurchgänge aufweist, mit
einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Ventilverschlußstück, das relativ zu den
Durchgängen zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist,
mit an Teilen des Gehäuses vorgesehenen Ventilsitzflächen, welche die Strömungsdurchgänge
umgeben und nahe den Seitenflächen des Ventilverschlußstückes liegen, und mit auf
den gegenüberliegenden Seiten des Ventilverschlußstückes angeordneten Dichtungsringen,
die in ringförmigen Ausnehmungen, welche sich in dem Gehäuse oder in dem Ventilverschlußstück
befinden, aufgenommen werden und in der Schließstellung des Verschlußstückes Abdichtungen
zwischen den ge-
nannten Flächen bilden.
-
Bei Absperrvorrichtungen sind verschiedene Mittel verwendet worden,
um zwischen dem Verschlußstück und dem Gehäuse der Absperrvorrichtung bzw. dem Ventil
mediumdichte Abschlüsse zu bilden.
-
So ist es bekannt, elastische Dichtungsringe mit rechteckigem Querschnitt
zu verwenden, die in am Verschlußstück oder am Gehäuse vorgesehenen Ausnehmungen
angeordnet sind. Diese Dichtungsringe können dicker als die Tiefe der sie aufnehmenden
Ausnehmung sein. Bei der Verwendung solcher Dichtungsringe mit rechteckigem Querschnitt
tritt der Nachteil auf, daß immer die ganze entsprechende Fläche des Dichtungsrings
an der abzudichtenden Sitzfläche anliegt, wobei, weil die Oberflächen der Dichtungsringe
nicht genau genug hergestellt werden können, keine einwandfreie Abdichtung erhalten
wird. Erst bei hohen Drücken arbeiten derartige Dichtungen befriedigend, werden
dabei jedoch verhältnismäßig schnell zerstört.
-
Schließlich ist es bekannt, beispielsweise bei Hähnen Dichtungsringe
in Form von Bellevillescheiben als Spindelabdichtungen zu verwenden.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ab-
dichtung zwischen
einem Verschlußstück und dem Gehäuse einer Absperrvorrichtung der einleitend ge>-nannten
Art unter Venneidung der Nachteile der bekannten Abdichtungen zu verbessern.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtungsringe
wie Bellevillescheiben gestaltet sind, wobei die Dicke jedes Dichtungs-ringes größer
als die Tiefe der ihn aufnehmenden Ausnehmung ist, so daß der Dichtungsring auf
der Abströmseite durch die seitliche Schubkraft des Ventilverschlußstückes zusammengedrückt
wird, wenn durch den Mediumdruck das Federungsvermögen des abströmseitigen Dichtungsringes
überwunden ist.
-
Ein durch die Erfindung erzielter besonderer Vorteil besteht darin,
daß die Abdichtung nicht nur bei starkem Druckunterschied zwischen Zu- und Abströmseite,
sondern infolge des Federungsvermögens und der Ausbildung der Dichtungsringe als
Bellevillescheiben bei jedem Druck gleich gut ist.
-
Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
-
F i g. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im. Schnitt, einer
Absperrvorrichtung gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein Schnitt nach Linie
2-2 der F i g. 1;
F i g. 3 ist ein Teilschnitt eines Dichtungsringes
gemäß der Erfindung; F i g. 4 ist ein Teilschnitt des von dem Verschlußstück
getragenen Ringes gemäß F i g. 3;
F i g. 5 ist ein der F i
g. 4 ähnlicher Teilschnitt mit in das Gehäuse eingeführtem Verschlußstück,
wobei der Dichtungsring teilweise zusammengedrückt ist; F i g. 6 ist ein
der F i g. 5 ähnlicher Teilschnitt des Dichtringes, in zusammengedrücktem.
Zustand; F i g. 7 ist ein der F i g. 6 ähnlicher Teilschnitt, gemäß
welcher der Dichtungsring durch höheren Mediumdruck vollständig in die ihn aufnehmende
Ausnehmung hineingedrückt ist; F i g. 8 ist ein Teilschnitt sowohl der stromaufwärts
als auch der stromabwärts liegenden Abdichtungen bei Druckdifferenz; F i
g. 9 ist ein der F i g. 5 ähnlicher Teilschnitt einer abgeänderten
Ausführungsform, der Abdichtung; F i g. 10 ist ein der F i g. 5 ähnlicher
Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig.
11 ist ein Teilschnitt einer dritten Ausführungsform der Erfindung; F i
g. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Dichtungsringe
von dem Gehäuse getragen werden.
-
Die in den F i g. 1 und 2 als Schieber dargestellte Absperrvorrichtung
weist ein Gehäuse 10 auf, das mit Strömungsdurchgängen 11. versehen
ist. Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich ein als Schieberplatte ausgebildetes
Verschlußstück 12, das relativ zu den Strömungsdurchgängen 11 zwischen einer
Offen- und einer Schließstellung bewegbar ist.
-
Das Gehäuse 10 ist aus Teilen zusammengesetzt, nämlich äußeren
plattenartigen Teilen 10 a und einem Zwischenteil 10b. Die Gehäuseteile
10a, 10b sind durch Schrauben 13 zusammengeklemmt. Die vorstehenden
Enden der Schrauben 14 und 15 dienen zum Befestigen an den Flanschen einer
Rohrleitung.
-
Die Gehäuseteile 10 a können, wie in F i g. 1 dargestellt,
allgemein ovale Form haben. Der Zwischenteil 10b ist ausgeschnitten, um einen
Gehäuseinnenraum 16 zur Aufnahme des Verschlußstückes 12 zu schaffen.
-
Die Ventilflächen sind an Auskleidungen 17 vorgesehen.
-
Eine Dichtung 18, beispielsweise ein O-Ring, ist zwischen jedem
äußeren Gehäuseteil 10 a und seiner zugehörigen Auskleidung 17 angeordnet.
Weiterhin ist eine Dichtung 19, beispielsweise ein O-Ring, zwischen dem Zwischenteil
10 b und jeder Auskleidung 17 angeordnet. Die Auskleidungen
17 sind z. B. aus rostfreiem Stahl, Monelmetall, Hastelloy, Bronze od. dgl.
hergestellt.
-
Der Zwischenteil 10 b ist mit einer Verlängerung 21 versehen,
an welcher eine Kappe 22 angeordnet ist. Durch die Kappe 22 erstreckt sich eine
in Lagern 24 gelagerte Spindel 23, die durch O-Ringe 26 und
27 abgedichtet ist.
-
Das Verschlußstück 12 ist mit einer Gewindebohrung 28 versehen,
in welche ein Gewindeende 29 des Schaftes 23 eingreift. Anstatt das
Verschlußstück 12 unmittelbar mit einer Gewindebohrung zu versehen, kann an dem
Verschlußstück 12 eine Gewindebuchse 31 befestigt sein, in welche das Gewindeende
29 des Schaftes 23 eingeschraubt ist.
-
Das Verschlußstück 12 hat parallele Seitenflächen 32, die mit
Ventilsitzflächen 33 zusammenarbeiten, welche durch die Innenflächen der
Auskleidungen 17
gebildet sind.
-
Die Abdichtung zwischen Verschlußstück 12 und Gehäuse 10 erfolgt
durch Dichtungsringe 36, die in Ausnehmungen 37 in gegenüberliegenden
Seiten des Verschlußstückes 12 angeordnet sind. Die Ausbildung und Arbeitsweise
dieser Dichtungsringe 36 ist in den F i g. 3 bis 8 näher veranschaulicht.
-
Wie in F i g. 3 dargestellt, hat jeder ]Ring 36 die
Form einer Bellevillescheibe. Die Seitenflächen 38
und 39 verlaufen
im wesentlichen parallel zueinander, jedoch in einem Winkel zur Achse des Ringes
36,
und der Außenumfang 41 bildet eine zylindrische Fläche, deren Achse mit
der Achse des Ringes 36
zusammenfällt. Dadurch wird eine im Schnitt spitzwinklige
Kante 42 geschaffen. Der Innenumfang 43 kann ebenfalls einer zylindrischen Fläche
entsprechen, deren Achse mit der Achse des Ringes 36 zusammenfällt; diese
Fläche kann gegebenenfalls jedoch auch abgerundet sein oder, wie dargestellt. zu
den Flächen 38 und 39 (im Schnitt gesehen) rechtwinklig verlaufen.
Jede Ausnehmung 37 kann einfache rechteckige Form haben, wie es beispielsweise
in den F i g. 4 und 5
dargestellt ist. In diesem Fall liegt die Fläche
44, welche den Boden der Ausnehmung 37 bildet, parallel zur Seitenfläche
32 des Verschlußstückes 12.
-
Die Abmessungen des Ringes 36 relativ zu den Abmessungen der
Ausnehmung 37 sind für das einwandfreie Arbeiten von Bedeutung. Der Außendurchmesser
jedes Ringes 36 stimmt im wesentlichen mit dem Durchmesser der äußeren Umfangsfläche
46 der Ausnehmung 37 überein, so daß, wenn das Verschlußstück 12 aus dem
Gehäuse 10 herausbewegt wird und die Ringe 36 entlastet werden, sie
auf die in F i g. 4 dargestellte Weise in den Ausnehmungen 37
passend
gleiten. Wenn das Verschlußstück 12 mit den eingelegten Ringen 36 in das
Gehäuse 10 zwischen dessen Sitzflächen 33 eingeführt wird, wird jeder
der Ringe 36 teilweise federnd zusammengedrückt, und das Verschlußstück 12
liegt nicht an den Sitzflächen 33 an. Der Innenrand 43 jedes Ringes
36 befindet sich unter diesen Umständen teilweise innerhalb seiner Ausnehmung
37, wie dies in F i 5 dargestellt ist.
-
Durch das Zusammendrücken des Dichtungsringes 36 bei Einführen
des Verschlußstückes 12 in das Gehäuse 10 wird auf die ringförmige Kante
42 ein mechanischer Druck ausgeübt, da diese Kante 42 das Bestreben hat, ihren Durchmesser
zu vergrößern. Durch dieses Zusammendrücken werden beträchtliche Kräfte zwischen
der Umfangsfläche 41 des Ringes 36
im Bereich der Kante 42 und der entsprechenden
Kante der Ausnehmung 37 entwickelt. Dabei wird der äußere Umfang 41 des Ringes
36 nahe der Kante 42 fest gegen den entsprechenden Bereich der äußeren Umfangsfläche
46 der Ausnehmung 37 gedrückt. Dies dient dazu, in dem Bereich 48, der in
F i g. 5
angedeutet ist, einen dichten Abschluß herzustellen. Gleichzeitig
wird die Innenkante 49 des Ringes 36
nachgiebig gegen die Sitzfläche
33 des Gehäuses 10
gedrückt, um auch in diesem Bereich einen dichten
Abschluß herzustellen.
-
Jeder Dichtungsring 36 ist weiterhin so dimensioniert, daß
er im Querschnitt etwas dicker als die Tiefe seiner zugehörigen Ausnehmung
37 ist. Die Art des für die Ringe 36 verwendeten Materials ist von
Faktoren, wie den Arbeitsdrücken, der Größe der Absperrvorrichtung und der Anlage,
für welche sie bestimmt ist, abhängig. Gute Ergebnisse sind durch Verwendung nichtmetallischen
elastischen Materials und insbesondere eines Kunststoffes oder Elastomeren, wie
eines Polyamids (»Nylon«), erzielt worden. Solches Material hat für die erforderliche
federartige Wirkung genügend Festigkeit und fließt in kaltem Zustand nicht. Weiterhin
ist es gegen gasförinige und flüssige Medien und Chemikalien verschiedenster Art
widerstandsfähig.
-
Es sei angenommen, daß die Dichtungsringe 36
aus einem Polyamid
(»Nylon«) hergestellt sind. Dann arbeitet die Absperrvorrichtung wie folgt: Ohne
Vorhandensein einer Druckdifferenz stellt sich das Verschlußstück 12 mit den Dichtungsringen
36 so ein, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, wobei zwischen den
Seiten des Verschlußstückes 12 und den Ventilsitzflächen 33 geringes Spiel
vorhanden ist. Beide Dichtungsringe 36 sind teilweise zusammengedrückt, und
jeder Ring 36 bildet zwei auf verschiedenen Durchmessern liegende Abdichtungsbereiche
(F i g. 5).
-
Wird eine Druckdifferenz angelegt, dann bewegt sich das Verschlußstück
12 gegen die Abstromseite,
wodurch ein stärkeres Zusammendrücken
des abstromseitigen Dichtungsringes 36 hervorgerufen und eine gewisse Entspannung
des zustromseitigen Dichtungsringes 36 ermöglicht wird. Eine verhältnismäßig
kleine Druckdifferenz genügt, um den abstromseitigen Ring 36 vollständig
abzuflachen, wie dies in F i g. 6
veranschaulicht ist. In diesem Zustand nimmt
dieser Ring 36 die gesamte seitliche Schubkraft des Verschlußstückes C 12
auf. Dabei ist zwischen den Flächen 32 und 33 (F i g. 66) geringes
Spiel vorhanden, und es werden verhältnismäßig breite ringförmige Ab-
dichtungsbereiche
geschaffen, von denen der eine zwischen der Sitzfläche 33 und der Außenfläche
38
des Ringes 36, und der andere zwischen der Innenfläche
39 des Ringes 36 und dem Boden 44 der Ausnehmung 37 liegt.
-
Wenn der Druck auf oder beinahe auf dem maximalen Wert erhöht wird,
für den die Absperrvorrichtung berechnet ist, kann der abstromseitige Dichtungsring
36 bis zu dem in F i g. 7 veranschaulichten Ausmaß zusammengedrückt
werden, so daß die Flächen 32 und 33 in unmittelbare Berührung miteinander
kommen. Dadurch wird ein weiteres Zusammendrücken dieses Dichtungsringes
36 begrenzt und seine mechanische Beschädigung verhindert.
-
Auf der Zustromseite des Verschlußstückes 12 bietet der Dichtungsring
36 zufolge der auf verschiedenen Durchmessern liegenden Abdichtungsbereiche
eine Druckfläche dar, wie dies in F i g. 5 wiedergegeben ist. Demzufolge
hat die Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärts liegenden Strömungsdurch-Crang
11 und dem Gehäuse 10 das Bestreben, den zustromseitigen Dichtungsring
36 gegen die Sitzfläche 33 zu drücken. Die Abdichtung auf der Zustromseite
zwischen dem Dichtungsring 36 und dem Verschlußstück 12 wird am Außenumfang
41 des Dichtungsringes 36 aufrechterhalten, und daher wird durch eine Bewegung
des Dichtungsringes 36 vom Boden 44 seiner Ausnehmung 37 weg die Abdichtung
nicht unterbrochen.
-
Wie in den F i g. 2 und 8 dargestellt, weist die Absperrvorrichtung
Schab- oder Wischmittel zum Entfernen von Fremdstoffen von den Ventilsitzflächen
33 auf, mit welchen die Dichtungsringe 36 in Berührung kommen. Nach
F i g. 8 bestehen diese Mittel aus Ringen 50, die aus Federmetall,
z. B. rostfreiem Stahl, Monelmetall, Bronze od. dgl., hergestellt sind. Diese Ringe
50 haben einen größeren Durchmesser als die Dichtungsringe 36 und
werden an den Seitenflächen des Verschlußstückes 12 gehalten. Jeder Ring
50 ist mit einem Flanschteil 50 a versehen, der in einer
ringförmigen Ausnehmung 51 des Verschlußstückes 12 sitzt. Der Hauptteil jedes
Ringes 50 ist gewölbt, um wie eine Bellevillescheibe zu arbeiten, und die
benachbarte Zone der Fläche 32 des Verschlußstückes 12 ist mit einer ringförmigen
Vertiefung 51a versehen, welche eine Fortsetzung der Ausnehmung 51 bildet,
und in welche der Ring 50
durch die seitliche Schubkraft des Verschlußstückes
12 hineingedrückt werden kann. Auf der Zustromseite bleibt der äußere Umfangsrand
des Ringes 50
immer mit der zustromseitigen Ventilsitzfläche 33 in
Berührung.
-
F i g. 9 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,
bei welcher die Dichtungsringe 52,
die im wesentlichen ebenso wie die Dichtungsringe
36 gestaltet sind, durch Schrauben 54 in ihren Ausnehmungen 53 gehalten
werden. Ein Hindurchsickern el von Medium zwischen den Schrauben 54 und dem Ring
52 kann durch Dichtungsmittel, z. B. O-Ringe 55, verhindert werden.
-
Es ist möglich, Dichtungsringe 36, 52 zu verwenden, die aus
rostfreiem Stahl, Monelmetall, Bronze od. dgl. hergestellt sind.
-
Der in F i g. 11 dargestellte Dichtungsring 58
weist
einen Federmetallkern auf, der mit einem äußeren überzug 59 aus einem elastischen
nicht metallischen Material, z. B. Polytetrafluoräthylen (»Teflon«) od. dgl., versehen
ist.
-
Wie in F i g. 12 dargestellt, können die Dichtungsringe
67 statt am Verschlußstück 61 auch am Gehäuse angeordnet werden. Hier
ist das Verschlußstück 61 mit einer öffnung 62 versehen, die in der
Offenstellung 61 mit den Strömungsdurchgängen 63
des Gehäuses in Ausrichtung
liegt. Die Sitze 64 des Gehäuses sind mit Ausnehmungen 66 zur Aufnahme der
Dichtungsringe 67 versehen.
-
F i g. 12 zeigt weiterhin Wisch- oder Schabringe
68, welche die gleiche Funktion wie die Ringe 50
ausüben. Die Schabringe
68 sind so angeordnet, daß sie mit dem Verschlußstück 61 in innerhalb
der Dichtungsringe 67 liegenden Bereichen im Eingriff stehen. Die Ringe
68 sind ebenfalls aus Federinetall hergestellt und weisen Flansche
69 auf, die in Ausnehmungen 71 eingreifen, die im Gehäuse ausgebildet
sind.
-
F i g. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zusätzliche
Mittel vorgesehen sind, um die Dichtungsringe nachgiebig gegen die zugehörigen Ventilsitzflächen
zu drücken. Bei dieser Ausführungsform ist der Dichtungsring 72 dem Dichtungsring
67 gemäß F i g. 12 ähnlich. Anstatt jedoch einen einfachen Ring zu
verwenden, ist eine Schicht 56 aus elastischem Material mit der Hinterseite
des Ringes 72
verbunden und in der den Ring 72 aufnehmenden Ausdehnung
66 angeordnet. Das Material der Schicht 56 hat im Vergleich zu dem
des Ringes 72 eine höhere Elastizität und Erholungsfähigkeit. Wenn der Ring
72 aus Polytetrafluoräthylen (»Teflon«) oder aus einem Polyamid (»Nylon«)
hergestellt ist, kann die Schicht 56 aus synthischem Kautschuk hergestellt
sein. Vorzugsweise hat die Schicht 56 im Schnitt eine sich verjüngende Form,
so daß am äußeren Umfang des Dichtungsringes 72 kein Nachgeben möglich ist.
Die in F i g. 10 dargestellte Dichtungsringausbildung kann sowohl für die
Ausführungsformen, bei denen die Dichtungsringe von dem Verschlußstück getragen
werden, als auch für die Ausführungsform gemäß F i g. 12 verwendet werden,
bei welcher die Dichtungsringe von dem Gehäuse getragen werden.