DE1650278B1 - Dichtungsanordnung mit schmierung der dichtungsfla echen fuer eine absperrvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung mit Schmierung der Dichtungsflächen für eine Absperrvorrichtung, deren mit einer Durchflußöffnung versehenes Verschlußteil beim Öffnen und Schließen am Dichtungssitz entlanggleitet, mit einem in einer den Durchflußkanal umgebenden Gehäuseausnehmung beweglich gelagerten Sitzkörper, in dem in einer zum Verschlußteil hin offenen Ringnut ein am Verschlußteil anliegender, elastischer Dichtungsring angeordnet ist, wobei das Schmiermittel über einen Schmiermittelkanal im Gehäuse und einen im Sitzkörper vorgesehenen Schmiermittelkanal, der mit dem im Gehäuse durch eine im Sitzkörper zwischen dessen Abdichtungsstellen gegenüber der Gehäuseausnehmung vorgesehene Ringkammer verbunden ist, in die Ringnut und über Undichtigkeitsstellen zwischen Ringnutbegrenzungswand und Dichtungsring vorbei-zum Verschlußteil geführt wird.

Es sind zahlreiche Schmierungssysteme für Absperrvorrichtungen bekanntgeworden. Zumeist ist hierbei am Außenmantel des Gehäuses ein Schmiermittelfitting vorgesehen, von welchem ein Schmiermittelkanal in das Gehäuseinnere führt, so daß den Dichtstellen Schmiermittel unter Druck zugeführt werden kann. Zumeist führt ein Schmiermittelkanal in die Nähe der Berührungsstelle zwischen Verschlußkörper und dem mit diesem zusammenwirkenden Sitzkörper. Der Schmiermittelkanal führt zumeist in eine Nut od. dgl. in der Dichtfläche des Sitzkörpers und gelangt von dieser Nut auf die Dichtfläche des Verschlußgliedes. Das Schmiermittel ist zumeist ein viskoses Erdöl- bzw. Petroleumprodukt oder ein halbstarres Kunststoffmaterial und erfüllt einerseits die Aufgabe, die Arbeitsfläche des Verschlußgliedes zu schmieren, anderseits die Dichtungsverhältnisse an der Dichtungsstelle zwischen dieser Arbeitsfläche und dem Sitzkörper zu verbessern.

Geschmierte Kugelhähne sind häufig mit einer einfachen Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen den Sitzkörpern und der sphärischen Arbeitsfläche des Kugelkükens versehen. Das Schmiermittel wird hierbei Nuten zugeführt, die in der Dichtfläche des Sitzkörpers oder in der sphärischen Arbeitsfläche des Kugelkükens vorgesehen sind.

Andere bekannte geschmierte Absperrvorrichtungen verwenden das Schmiermittel in erster Linie als Dichtung im Notfall. Beispielsweise zeigt die USA.-Patentschrift 3 078 865 einen Absperrschieber, der bewegliche Sitzkörper aufweist, die mit einem Kunststoffeinsatz für die Dichtung gegenüber der Arbeitsfläche des Schiebers versehen sind. Mittels eines Schmiermittelsystems kann halbstarres Schmiermittel der Arbeitsfläche des Schiebers zugeführt werden, um bei Auftreten einer Undichtheitsstelle zwischen Kunststoffeinsatz und der Arbeitsfläche des Schiebers eine Notdichtung zu schaffen.

Es ist bei geschmierten Absperrvorrichtungen von Bedeutung, eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten Schmiermittels über die gesamten Dichtflächen sicherzustellen, da die einwandfreie Dichtwirkung um so besser ist, je gleichmäßiger die Dichtflächen mit einem Schmiermittelfilm überzogen sind. Einige Konstruktionen sehen einen einzigen Schmiermittelzuführungskanal vor, welcher zu einer an der Dichtfläche des Sitzkörpers bzw. des Verschlußgliedes angeordneten Nut führt. Andere Konstruktionen verwenden mehrere Schmiermittelkanäle, welche im Abstand voneinander angeordnet sind. Es ist einleuchtend, daß die Schmiermittelverteilung an der Dichtfläche unter anderem von dem Abstand der Mündungsöffnungen der Schmiermittelkanäle von der Dichtstelle, von der Art und Viskosität des verwendeten Schmiermittels, von der Betriebstemperatur der Absperrvorrichtung usw. abhängt. Die Einarbeitung eng nebeneinanderliegender Schmiermittelkanäle im Sitzkörper der Absperrvorrichtung erscheint wegen der hohen Herstellungskosten nicht günstig. Es ergeben sich daher Schwierigkeiten, verhältnismäßig hohe Schmiermittelmengen gleichmäßig der Dichtfläche zuzuführen. Dies führt häufig dazu, daß Schmiermittel an Stellen zugeführt wird, welche verhältnismäßig entfernt von der eigentlichen Dichtfläche liegen, so daß das Schmiermittel erst bei Bewegungen der die Dichtflächen tragenden Bauteile (zumeist Sitzkörper und Verschlußglied) den Dichtflächen zugeführt wird. Abgesehen davon, daß bei sol-

chen Konstruktionen große Mengen an Schmiermittel zugeleitet werden müssen, wodurch nicht nur der Schmiermittelverbrauch steigt, sondern auch der für die Förderung des Schmiermittels nötige Aufwand steigt, hat dies den Nachteil, daß häufig das Schmiermittel Zutritt zu Stellen erhält, an denen es nicht erwünscht ist. Beispielsweise kann das durch die Absperrvorrichtung geregelte Medium durch eine solche übermäßige Schmiermittelzufuhr verunreinigt werden.

Die geschilderten Nachteile einer nicht völlig gleichmäßigen Schmiermittelzufuhr über die Dichtflächen gelten auch für die eingangs geschilderte bekannte Konstruktion (französische Patentschrift 1 343 404), von welcher die Erfindung ausgeht.

Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine gleichmäßige Schmiermittelzufuhr zur Dichtungsstelle bei geringem konstruktivem Aufwand sicherzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Absperrvorrichtung in an sich bekannter Weise als Kugelhahn ausgebildet ist und die Ringnut eine verengte Öffnung aufweist, welche durch den Sitzkörper sowie einen auf diesen aufgezogenen Haltering begrenzt wird, daß die Undichtigkeitsstellen durch eine Vielzahl eng nebeneinanderliegender Nuten in der Mantelfläche des Halteringes und/oder des Dichtungsringes ausgebildet sind und im Sitzkörper voneinander im Abstand liegende ringförmige Schmiermittelverteilungsräume vorgesehen sind, welche untereinander durch einen verengten Ringkanal in Verbindung stehen und von Aussparungen des Sitzkörpers sowie des Halteringes begrenzt sind, wobei die Nuten in diese Schmiermittelverteilungsräume münden.

Durch die Vielzahl eng nebeneinanderliegender Nuten ergibt sich ein gleichmäßiger Zustrom des Schmiermittels zu den Dichtflächen, so daß bei sparsamem Schmiermittelverbrauch die Dichtflächen ausreichend und vor allem gleichmäßig geschmiert werden. In der Folge ergibt sich ein gutes Dichtungsverhalten der Absperrvorrichtung. Weiter wird die Gefahr, daß das von der Leitung geführte Medium durch übermäßige Schmiermittelzufuhr verunreinigt wird, stark gesenkt. Der konstruktive Aufwand zur Ausbildung der Undichtigkeitsstellen sowie der Schmiermittelverteilungsräume ist sehr gering, da der Sitzkörper und der Haltering ohnedies erforderlich sind und somit nur die entsprechenden Ausnehmungen in den Mantelflächen vorzusehen sind. Die Vielzahl eng nebeneinanderliegender Nuten kann z.B. durch eine Rändelung od. dgl. erzielt werden, was herstellungsmäßig leicht durchführbar ist.

Als Kugelhahn ausgebildete Absperrvorrichtungen sind z.B. aus der USA.-Patentschrift 2916254 bekannt, wobei die Ringnut zur Aufnahme des elastischen Dichtungsringes eine verengte Öffnung aufweist, die durch den Sitzkörper sowie einen auf diesen aufgezogenen Haltering begrenzt wird.

Es ist außerdem ein geschmierter Kugelhahn bekannt (österreichische Patentschrift 250112), bei dem ein am Kugelküken anliegender, elastischer Dichtungsring in einer Ringnut eines in einer Hahngehäuseausnehmung befindlichen Sitzkörpers angeordnet ist. Das Schmiermittel gelangt über eine Bohrung im Hahngehäuse in einen nach außen abgedichteten Ringkammerraum zwischen Gehäuseausnehmung und Sitzkörper und von hier über einen Kanal im Sitzkörper zu einer zum Kugelküken hin offenen Ringnut an der Stirnseite des Sitzkörpers mit Abstand zum elastischen Dichtungsring. Hierbei tritt das Schmiermittel nicht unmittelbar neben der Dichtungsstelle aus, und eine gleichmäßige Schmiermittelverteilungist nicht gewährleistet.

Aus der USA.-Patentschrift 2 048 884 ist es ferner bekanntgeworden, zwei im Abstand voneinander liegende Sammelräume vorzusehen, die aber nicht über

ίο einen Ringkanal sondern über Bohrungen miteinander verbunden sind. Hierdurch wird nicht eine so gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels wie beim Erfindungsgegenstand erzielt, abgesehen davon, daß die Ausbildung der Bohrungen konstruktiv verhältnismäßig aufwendig ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Nuten zueinander parallel und sind über den ganzen Umfang des Dichtungsringes bzw. Halteringes gleichmäßig verteilt. Parallele Nuten lassen sich, z. B. durch den bereits erwähnten Rändelvorgang, besonders leicht herstellen, und ihre gleichmäßige Verteilung über den gesamten Umfang des Dichtungsringes bzw. Haiteringes gewährleistet eine möglichst gleichmäßige Belieferung der Dichtstellen mit Schmiermittel.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen mit einer in erfindungsgemäßer Weise ausgebildeten Dichtungsanordnung versehenen Kugelhahn;

F i g. 2 zeigt ein Detail der F i g. 1 in größerem Maßstab;

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen an seiner Außenmantelfläche mit Nuten versehenen Haltering, während

F i g. 4 in perspektivischer Darstellung einen Haltering und einen an seiner Innenmantelfläche mit Nuten versehenen Dichtungsring in auseinandergenommenem Zustand zeigt.

Der Kugelhahn 10 nach F i g. 1 besitzt ein Gehäuse 12 mit einer Kükenkammer 14, die mit den Durchströmkanälen 15, 23 in Verbindung steht. Das Gehäuse 12 ist an die Rohrleitung 18 mittels Flansche 16, Schweißverbindungen 17, Gewindeverbindungen od. dgl. anschließbar. Das Gehäuse 12 ist einseitig offen und durch einen Deckel 20 mit Schrauben 22 verschlossen. Das Gehäuse 12 weist ein Druckablaßfitting 21 sowie miteinander fluchtende obere und untere Bohrungen 26, 28 auf, in die Zapfen 30 bzw. 32 eingesetzt sind. Das einen Durchströmkanal 36 aufweisende Kugelküken 34 ist drehbar in der Kükenkammer 14 gelagert. Hierzu dienen zwei einander gegenüberliegende Bohrungen 38, 40, welche jeweils das innere Ende der beiden Zapfen 30 bzw. 32 aufnehmen. Der obere Zapfen 30 ist mittels zweier Stifte 42 drehschlüssig mit dem Kugelküken 34 verbunden. Eine analoge Verbindung (Stifte 43) ist für den unteren Zapfen 32 vorgesehen. Am Gehäuse 12 sind mittels Schrauben 48, 50 je eine obere und eine untere Abschlußplatte 44 bzw. 46 befestigt, welche axiale Widerlager für die beiden Zapfen 30 bzw. 32 bilden. Zur Abdichtung dient eine .Dichtpackung 54, die in einer Verbreiterung 52 der Bohrung 26 angeordnet ist. Zur Nachstellung der Dichtungspackung ist ein Fitting 56 vorgesehen, durch dessen Betätigung ein geeignetes Dichtungs- bzw. Schmiermittel eingepreßt werden kann. Der obere Zapfen 30 trägt einen Betätigungshandgriff 58, jedoch kann, falls gewünscht,

auch ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb zur Verdrehung des Kugelkükens vorgesehen sein.

Im Gehäuse 12 sind zwei Aussparungen 70, 72 zur Aufnahme von Sitzkörpern 74 bzw. 76 vorgesehen. Diese Sitzkörper werden durch wellenförmig gebogene Blattfedern 77 (Fig. 2) gegen das Kugelküken 34 gedrückt. Jeder Sitzkörper 74, 76 weist eine Sitzring 78 und einen Haltering 80 auf, welche passend aufeinandergesteckt unÜ miteinander z. B. durch Schweißung so verbunden sind, daß eine Ringnut 82 gebildet wird, welche im wesentlichen Dreiecksquerschnitt aufweist. In dieser Ringnut 82 sitzt ein Dichtungsring 84, dessen ringförmiger Dichtungsabschnitt 86 durch eine verengte, ringförmige Öffnung hervorragt, welche von am Sitzring 78 bzw. am Haltering 80 angeordneten Ringlippen 88 bzw. 90 begrenzt ist.

Um Schmiermittel zwischen die Sitzkörper 74, 76 und die sphärische Dichtfläche 91 des Kugelkükens 34 einbringen und· dadurch das Dichtungsverhalten des Kugelhahns verbessern zu können, ist im Gehäuse 12 ein Schmiermittelkanal 92 (Fig. 2) vorgesehen, in dessen äußeres Ende mittels eines Gewindes 93 eine Schraube 94 zur Eindrückung von Schmiermittel eingeschraubt ist. Der Kanal 92 mündet in die dem jeweiligen Sitzkörper zugeordnete Aussparung 70 des Gehäuses an einer Stelle, welche einer Ringnut

99 im Sitzring 78 gegenüberliegt. An die Ringnut 99 ist ein Kanal 96 im Sitzring 78 angeschlossen. Zu beiden Seiten der Ringnut 99 sind Dichtungsringe 98,

100 mit Kreisquerschnitt vorgesehen, die den Sitzring 78 gegen das Gehäuse 12 abdichten und verhindern, daß Schmiermittel aus der Ringnut 99 seitlich verlorengehen kann.

Der Haltering 80 ist auf den Sitzring 78 derart aufgesetzt, daß innen zwischen diesen beiden Bauteilen ein ringförmiger Schmiermittelverteilungsraum 106 gebildet wird, in welchen der Kanal 96 mündet. Die Querschnittsverhältnisse des Dichtungsringes 84 und der ihn aufnehmenden Ringnut 82 sind so gewählt, daß ein weiterer ringförmiger, jedoch im Querschnitt kleinerer Schmiermittelverteilungsraum 108 gebildet wird. Die beiden Schmiermittelverteilungsräume 106, 108 sind durch einen verengten Ringkanal 114 miteinander m Verbindung, der einen schmalen Spalt bildet, der das Schmiermittel zwingt, sich im Schmiermittelverteilungsraum 106 zu verteilen, so daß das Schmiermittel an allen Stellen dieses Raumes gleichmäßig zum Schmiermittelverteilungsraum 108 strömt.

Wie F i g. 3 zeigt, ist der Haltering 80 an seinem Außenmantel UO nicht glatt ausgebildet, sondern mit Undichtigkeitsstellen versehen, welche von einer Vielzahl nebeneinanderliegender Nuten 112 gebildet sind. Diese Nuten 112 können parallel verlaufen (F i g. 3), jedoch kann auch eine unregelmäßige Nutenrichtung gewählt werden. Die Nuten 112 können jede beliebige Form aufweisen, sie müssen sich nur über die ansonsten im wesentlichen zylindrische Mantelfläche 110 des Halteringes 80 erstrecken. Zur Herstellung der Nuten 112 können beliebige Verfahren Verwendung finden, insbesondere ein Rändelvorgang, mit welchem Nuten mit einer Tiefe von etwa, 0,4 mm in die zylindrische Mantelfläche HO des Halteringes 80 eingearbeitet werden. Diese Herstellungsart ist besonders einfach und billig.

Diese Nuten 112 bilden im zusammengebauten Zustand des Halteringes 80 und des Sitzringes 78 eine Vielzahl von einander benachbarten kleinen Schmiermittelkanälen, die zum Schmiermittelverteilungsraum 108 führen. Der Dichtungsring 84 sitzt auf den dem Kugelküken benachbarten Enden dieser Nuten 112 auf, so daß auch im Bereich des Dichtungsringes 84 eine Vielzahl verhältnismäßig kurzer Schmiermittelkanäle 116 gebildet wird, durch die das Schmiermittel vom Schmiermittelverteilungsraum 108 zur Innenmantelfläche des Dichtungsringes 84 strömt.

Diese eng aneinanderliegenden kleinen Schmiermittelkanäle 116 tragen zur Verteilerwirkung der Schmiermittelverteilungsräume 106, 108 bei, so daß eine völlig gleichmäßige Schmiermittelversorgung der Dichtstelle zwischen Kugelküken 34 und Dichtungsring 84 sichergestellt wird. Diese Dichtwirkung bleibt durch das nachgedrückte Schmiermittel in allen Betriebszuständen des Hahnes erhalten. Diese Dichtung ist flüssigkeits- bzw. gasdicht, auch dann, wenn die Dichtfläche des Dichtungsringes 84 Verschleißerscheinungen zeigt bzw. beschädigt ist.

Bei der Ausführungsvariante nach F i g. 4 ist der Haltering 120 mit einer glatten Außenmantelfläche 122 versehen. Ansonsten ist der Haltering im wesentlichen gleich dem Haltering 80 nach Fig. 2 ausgebil- | det und ebenfalls durch Preßsitz am Sitzring 78 befestigt. Abweichend gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 ist jedoch der aus elastomerem Material bestehende Dichtungsring 124 am Innenmantel seiner im wesentlichen dreieckigen Querschnittsform mit einer Vielzahl von Nuten 126 versehen. Diese Nuten bilden zusammen mit der glatten zylindrischen Mantelfläche 122 des Halteringes 120 eine Vielzahl eng nebeneinanderliegender kleiner Schmiermittelkanäle, die in derselben Weise arbeiten wie die Schmiermittelkanäle 116 nach F i g. 2.

Bei beiden Ausführungen wird durch die Schmiermittelzufuhr nicht nur das Dichtungsverhalten zwischen Kugelküken 34 und Sitzkörper 74 bzw. 76 verbessert, sondern auch das zur Verdrehung des Kugelkükens 34 nötige Drehmoment herabgesetzt.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Kugelhahn dargestellt, bei welchem der zustromseitige Sitzkörper 74 in enge dichtende Anlage an die sphärische Oberfläche des Kugelkükens 34 gedrückt wird, wogegen der abstromseitige Sitzkörper im allgemeinen einem solchen i Druckeinfluß nicht unterworfen ist. Die Erfindung ^s kann jedoch auch für Kugelhähne verwendet werden, welche doppeltwirkende Sitzkörper aufweisen, bei welchen also sowohl der Zustrom- als auch der abstromseitige Sitzkörper dem Einfluß des Druckes des in der Leitung befindlichen Mediums unterworfen sind. Ferner können die Sitzkörper auch durch das durch den Sitzkörper zugeführte Schmiermittel in dichtende Anlage an das Kugelküken gebracht werden. Das unter Druck zwischen den Dichtungsringen 98, 100 (Fig. 2) zugeführte Schmiermittel hat hierbei die Tendenz, den Sitzkörper gegen das Kugelküken zu drücken. Diese Druckbetätigung ist jedoch nur für eine begrenzte Zeit wirksam, da ein Teil des zugeführten Schmiermittels allmählich aus dem Schmiermittelsystem durch die engen Schmiermittelkanäle 116 austritt, so daß allmählich der Druck im Schmiermittelsystem gleich dem Leitungsdruck im Hahngehäuse wird. Weiter werden, wie bereits erwähnt, die Sitzkörper durch die Blattfedern 77 in dichtende Anlage an das Kugelküken gedruckt

Weiter trägt auch der Druck des durch den Kugelhahn geregelten Mediums bis zu einem gewissen Grad zur Schmierung des zustromseitigen und ab-

stromseitigen Sitzkörpers bei. Dieser Effekt ist abhängig von der Größe der Aussparungen, in welchen die Ringdichtungen 98, 100 liegen. Wird in das Hahngehäuse Schmiermittel durch den Kanal 92 eingetrieben, so werden die beiden Dichtungsringe 98, 100 in entgegengesetzter Richtung in den sie aufnehmenden Ringnuten auseinandergedrückt. Der Druck im Schmiermittelsysteni beaufschlagt gleichzeitig den Sitzkörper 74 bzw. 76 derart, daß dieser in der oben beschriebenen Weise gegen das Kugelküken 34 ge- ίο

drückt wird. Wird Schmiermittel aus dem Schm mittelsystem durch die Kanäle 116 ausgedrückt, bewirkt der im Gehäuse auftretende Leitungsdri daß der Dichtungsring 98 gegen den Dichtungsi 100 bewegt wird, so daß das Schmiermittel gegen mit dem Kugelküken zusammenwirkende Dichtflä des Dichtungsringes 84 gedrückt wird. Dadurch ki der Hahn mehrmals geöffnet und wieder geschlos werden, ohne daß eine Nachstellung der Schmiert erf orderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

209 522/21

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung mit Schmierung der Dichtungsflächen für eine Absperrvorrichtung, deren mit einer Durchflußöffnung versehenes Verschlußteil beim Öffnen und Schließen am Dichtungssitz entlanggleitet, mit einem in einer den Durchflußkanal umgebenden Gehäuseausnehmung beweglich gelagerten Sitzkörper, in dem in einer zum Verschlußteil hin offenen Ringnut ein am Verschlußteil anliegender, ' elastischer Dichtungsring angeordnet ist, wobei das Schmiermittel über einen Schmiermittelkanal im Gehäuse und einen im Sitzkörper vorgesehenen Schmiermittelkanal, der mit dem im Gehäuse durch eine im Sitzkörper zwischen dessen Abdichtungsstellen gegenüber der Gehäuseausnehmung vorgesehene Ringkammer verbunden ist, in die Ringnut und über Undichtigkeitsstellen zwischen Ringnutbegrenzungswand und Dichtungsring vorbei zum Verschlußteil geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung in an sich bekannter Weise als Kugelhahn ausgebildet ist und die Ringnut (82) eine verengte Öffnung aufweist, welche durch den Sitzkörper (74, 76) sowie einen auf diesen aufgezogenen Haltering (80, 120) begrenzt wird, daß die Undichtigkeitsstellen durch eine Vielzahl eng nebeneinanderliegender Nuten (112 bzw. 126) -in der Mantelfläche des Halteringes und/oder des Dichtungsringes (84, 124) ausgebildet sind und im Sitzkörper voneinander im Abstand liegende ringförmige Schmiermittelverteilungsräume (106, 108) vorgesehen sind, welche untereinander durch einen verengten Ringkanal (114) in Verbindung stehen und von Aussparungen des Sitzkörpers sowie des Halteringes begrenzt sind, wobei die Nuten in diese Schmiermittelverteilungsräume münden.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (112 bzw. 126) zueinander parallel verlaufen.und über den gesamten Umfang des Dichtungsringes (84) bzw. Halteringes (80) gleichmäßig verteilt sind.

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