DE1987455U - Vorrichtung zur stopfbuchslosen Abdichtung von Räumen unterschiedlichen Druckes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtung mittels Rollmembranj wobei die,Rollmembran beidseitig druckentlastet ist. , . ■-.-■"■

Die Verwendung von Rollmembranen.,beispielsweise zur Abdichtung der Spindel von Ventilen oder Kolben_iist verschiedentlich vorgeschlagen worden.-Die bekannten Anordnungen sind jedoch nicht für alle Anwendungsfälle geeignet, da bestimmte Eigenschaften verlangt werden, wie beispielsweise Gasabgabe,Heliumdrchlässigkeit und Umknickanfälligkeit (Stabilität der geringen Wandstärke), die ihre Verwendungsmöglichkeit sehr stark: einschränken, ;

Zur Vermeidung dieser Nachteile , beispielsweise für Vakuuraventile-die lediglich als ein Beispiel genannt seien und stellvertretend für andere Anwendungsfälle genannt sind, deren Verbesserung'ebenfalls Zweck dieser Erfindung ist- ist vorgeschlagen worden, bei einem Vakuumventil eine Rollmembran als elastisches Abdichtelement zwischen den verschiebbaren Verschlußteilen und dem Ventilgehäuse vorzusehen, wobei die Außenfläche der Rollmembran durch eine Stützhülse abgestützt wird« Durch diese.Anordnung mag zwar die Gasabgabe aus dem Membranmaterial weitgehend verhindert werden, es wird weiter Umstülpen oder Ausbeulen der Membran in dem unter Unterdruck stehenden Raum vermieden, jedoch dürfte die Belastbarkeit der Membrankörper noch verbesserungsbedürftig sein» Diese Belastung der Membrane ergibt sich beispielsweise bei Vakuumventilen aus dem Druckunterschied zwischen dem evakuierten System und dem Atmosphärendruck auf dem Ventil, bei anderen Ventilen aus allen denkbaren Druckunterschiedskombinationen zwischen Ventilinnenraum und ambientem Druck._:

Nach einer weiteren vorbekannten Ausführung ist das Ventil mit einer aus drei unterschiedlichen Abschnitten aufgebauten Rollmembran ausgerüstet, deren äusserer Abschnitt um ein geringes grosser ist als der Innendurchmesser des entsprechenden Teiles des Venlilgehäuses, deren: innerer Durch-

messer um ein geringes kleiner ist als der jeweilige Durchmesser der Bedienunpsspindel, und deren dritter, zwischen dem äusseren und dem inneren Abschnitt angeordneten Abschnitt, gefaltet ist j wobei dessen größter Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des ersten₉ äusseren Abschnittes, Dabei wird keine Stopfbüchse benötigt_sund durch geeignete chemische Zusammensetzung des Membranma- terials, Dimensionierung der Materiäldicke und/oder relative Abmessung des gefalteten Abschnittes der Rollmembran soll es möglich sein_Ä das System bei hohen oder niedrigen Temperaturen., sowie bei schwachen oder starken Drücken,, zu verwenden. Aber auch bei dieser Anordnung ist eine echte Druckentlastung des Membrankörpers nicht gegeben_s der Druck wird ggf. nur auf die längere Membran verteilt.

Um das Membranmaterial von der sich aus unterschiedlichen Drücken ergebenden Belastung zu entlasten, wurde dann vorgeschlagen^ dass die Membran durch eine nichtkompressible Flüssigkeit , wie beispielsweise öl_a mit weitgehend unveränderlichem Volumen abgestützt ist, wctei der mit der Flüssigkeit gefüllte Raum durch die Membrane und den Zylinderkörper bestimmt wird. ■

Durch diese Anordnung wird lediglich eine gewisse Entlastung der Membrane erreicht„ jedoch eignet sich diese Druckentlastungsvorrichtung nur für besondere Anwendungen, insbesondeie Kolbenmaschinen. Für andere Anwendungsfälle ist diese Anordnung im allgemeinen zu aufwendig,, da der mit Flüssigkeit gefüllte Raum die Steuerelemente desselben, und damit Durchführungen nach äussen, enthält, die dann wieder besonders abgedichtet werden müssen* Anschliessend an den Stand der Technik hat sich die Erfindung die technische Aufgabe gestellt, eine stopfbuchslose Abdichtung mittels Rollmembran anzugeben. Es ist ein weiteres Ziel

der Erfindung, eine Abdichtung anzugeben, bei welcher wahlweise Unter- oder Überdruck auf beiden Seiten der Abdichtung herrschen kann. Außerdem ist es nach der Erfindung möglich,, eine stopfbuchslose Abdichtung von in einem Gehäuse hin- und herbewegenden Teilen anzugeben. Es ist schließlich ein Ziel der Erfindung, eine geringere Gasdurchlässigkeit bei bestimmten Gasarten, beispielsweise Helium, zu erzielen.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist innerhalb eines Gehäuses ein bewegliches Element, beispielsxtfeise Kolben oder Ventilsitz, angeordnet; die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem beweglichen Element erfolgt durch Membrankörper, wobei letztere die bei geschlossenem bzw, gesenktem oder gehobenem bzw, geöffnetem Element im Volumen weitgehend unveränderliche Membrankammern definieren,, xtfelche mit einem weitgehend nicht kompressiblen Medium gefüllt ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird somit dadurchgelöst, daß zxyei Rollmembranen in der Weise angeordnet werden, daß·zwischen ihnen eine Kammer (geschlossener Raum) entsteht, der sich bei Bewegung des hin- und hergehenden Teiles in seinem Volumen nicht verändert und mit einem Druckmedium (z.B. Flüssigkeits- öl- oder Gas) gefüllt -ist,- dessen Druck größer oder gleich ist dem Druck auf einer beliebigen

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Seite der Dichtung,. Der Druck auf der Überdruckseite ' '■ der Abdichtung wird sich also über die erste Rollmembrane und- -das Druckmedium (Flüssigkeit) auf der an der. Unterdruckseite befindlichen Rollmembrane abstützen. . Da die beiden Rollmembranen symmetrisch zueinander angeordnet sind, spielt es keine Rolle, auf welcher Seite der Abdichtung überdruck bzw. Unterdruck herrscht_s und die Abdichtung ist also auch in den vorher genannten Fällen -wechselweise überdruck oder Unterdruck auf beiden Seiten der Dichtung- bei denen eine normale Rollmembranabdichtung versagt» voll funktionsfähig. .

Das Druckmedium in der Kammer zwischen den beiden Rollmembranen lässt insbesondere bei.Verwendung einer Flüssigkeit (sehr geringe Kompressionsfähigkeit) eine Faltenoder Knickbildung der Membrane nicht zu. Nach diesem Prinzip sind also auch Abdichtungen mit extrem langen Rollmembranen (grosse Hublänge bei kleinem Durchmesser der Membrane) möglich. '

Weiterhin können (besonders bei grösseren Membrane-Durchmesser) die Durchmesserunterschiede .zwirnen Gehäusewand (Zylinder) undfäem beweglichen Teil (Kolben) verkleinert werden, da das Druckmedium eine Berührung der am Kolben und am Gehäuse aufliegenden Membraneteile verhindert.

Dadurch wird der Ringspalt, der für die Druckbelastung der Membrane maßgebend ist j verkleinert und die in der Membrane auftretende Spannung (t> ·; o-'Vsptt'*·»)- ebenfalls kleiner.

Da nach der Erfindung zwei- Rollmembranen (doppelte Wandstärke) sowie das eingeschlossene Druckmedium als Dichtung wirken, ist eine wesentliche Verringerung der Gasdurchlässigkeit (z.B. Heliumdurchlässigkeit) der Abdichtung gegenüber"■'; einer normalen Rollmembraneanordnung zu erwart en. -

„De-r Druck des Mediums innerhalb der Rollmerabrankammer kann beispielsweise erreicht 'werden: .

a) durch einen verstellbaren und feststellbaren Kolben,, der gleichzeitig als Abschluss des Systems nach auss.en dient, " - -

b) durch einen federbelasteten verstellbaren Kolben ,{ggf. mit Rückschlagventil)j wobei sich -auch bei Leckverlusten und unabhängig von den Aussendrücken- ein '

nahezu konstanter Druck in der Membranekammer einstellt_s

c) durch eine Regeleinrichtung., die den Druck in der Membranekammer selbsttätig entsprechend dem Druck auf einer Seite der Abdichtung einstellt.

Dieses Prinzip der Regelung kann ach doppelt für beide Seiten der Abdichtung angewandt werden. Nach b) und c) kann auch die bei Betrieb auftretende Wärmeausdehnung des Druckmediums ausgeglichen werden.

Der Erfindungsgegenstand sei anhand der beigefügten Abbildung kurz erläutert» Dabei zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemässe Vorrichtung in einem - ^; Zylinder mit beweglichem Kolben,;..,-. ...■■'.■

Fig. 2 drei sinnvolle Ausgestaltungen da? Vorrichtung zur Erzielung eines konstanten Druckes in der Membrankammer. . . .

Die Figur 1 zeigt in der linken Hälfte A den innerhalb des Zylinders 1 angeordnet en j bewe glichen Kolben 2 in -.Mittel--., stellung., während in der rechten Hälfte B der bewegliche Kolben 2 in oberster Stellung gezeigt ist. Die Abdichtung der Räume/3,4 gegeneinander erfolgt durch die Membranen 5j6 ₉ wobei der auf der einzelnen Membrane jeweils wirkende Druck durch das die Membrankammer 7 füllende Medium kompensiert und von der einen auf die andere Membrane über™, tragen wird. Zur Einstellung des Druckes in. der Membranekammer 7 wird weiter vorgeschlagen,, wie in Fig. 2.1 ge- '.. ■' zeigt_s einen in die Membranekammer 7 hineinragonden_s variabel einstellbaren Kolben 8_S welcher durch eine Kontermutter 9 gehaltert ist und am beispielsweise schltizkopfförmig ausgebildeten Ende 8l verstellt werden kann_s vorzusehen. · ·,-■ .'""■.. . ."■-."

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung (PIg'. 2.2) wird der Druck durch einen durch eine Feder 11 gesteuerton Kolben Io erreicht.

Für bestimmte Anwendungsfälle hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Regelvorrichtung nach Fig. 2„3 zu verwenden. Dabei ist die Membrankammer 7 durch einen Federungskörper 11 nach aussen abgeschlossen. Der Federungskörper 11 ist in einem nach aussen abgedichteten Raum 12 untergebracht, der mit. dem Raum 3 über eine Druckausgleichsleitung 13 verbunden ist.-Hierdurch wird eine Entlastung, des Membrankörpers (5j6) erreicht^ da der Druck im Raum 7 dadurch annähernd gleich dem Druck im Raum 3 ist. Zur Begrenzung für den Federungskörper ist ein variabel einstellbarer Anschlag IM₅ ggf. mit Feder 15₉ vorgesehen.

Durch geeignete Anordnung von zwei Abdichtungen und der Ausführung dor Fig. 1 ist es möglich,."-beispielsweise-durch

'Anordnung eines abgefüllten,, in allen Betriebsstellüngen im Volumen unveränderlichen Raumes zwischen den Abdichtungen, das erfindungsgomässe Verfahren auch für grössere Druckdifferenzen zu verwenden.

Claims (8)

1. Ί) Vorrichtung zur stopfbuchslosen Abdichtung von Räumen unterschiedlichen Druckes $ und zwar wahlweise Über- oder Unterdrücke auf beiden Seiten der Abdichtung„ mittels eines elastischen Abdichtungselementes j dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Gehäuses '(1) ein bewegliches Element, beispielsweise Kolben oder Ventilsitz (2) angeordnet ist_P und daß die Abdichtung zwischen dem Gehäuse (1) und dem beweglichen Element (2) durch Membrankörper '(5, 6) erfolgt, wobei letztere die bei geschlossenem,, bzw. gesenktem oder geöffnetem bzw. gehobenem Element (2) im Volumen weitgehend unveränderliche Membrankammer (7) definiert;, und daß die Membrankammer (7) mit einem Medium gefüllt ist.
2. 2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _f daß der Druck in der Membrankammer (7) durch einen in die Membrankammer (7) hineinragenden,. variabel einstellbaren Kolben (8) eingestellt wird. ;

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3. 3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_? daß der Dru—ck in der Membrankammer (7) durch einen durch eine Feder (11.) gesteuerten Kolben (10) geregelt
4. 4) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß die Membrankammer (7) mit einem 'beweglichen Element (Federungskörper) (71) verbunden ist, und daß der Federungs körper (71) durch den variabel einstellbaren Anschlag (14) und/oder durch den über die Druckausgleichsleitung (13) einwirkenden Über- oder Unterdruckdes Raumes (3) in seiner Ausdehnung begrenzt wird.
5. 5) Vorrichtung nach Anspruch 1_? dadurch gekennzeichnet/ daß der Druck in der Membrankammer (7) größer ist als der Betriebsdruck im Raum (3) oder (4).
6. 6) Vorrichtung nach Anspruch'T₉ dadurch gekennzeichnet_s daß der Druck in der Herabrarikammer (7) gleich ist dem Betriebsdruck im Raum (3) oder (4).
7. 7) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (7) mit einem weitgehend nicht~kompressiblen Medium gefüllt ist,
8. 8) Vorrichtung nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet-, daß die Kammer (7) mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist.

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