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Abdichtungssystem an Absperrorganen Die Erfindung betrifft ein Abdichtungssystem
zur Abgrenzung eines Bereiches unterschiedlichen Druckes in einem Spalt zwischen
einem metallischen Gehäuse und einem beweglichen metallischen Mittelstück großer
Abmessungen an Absperrorganen, für hohe Betriebsdrücke bzw. Druckunters¢hiede und
weite Teiperaturbereiche.
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Bei derartigen Abdichtungssystemen ist eine solche Ausbildung und
Anordnung der feststehenden und beweglichen Dichtungsbestandteile erforderlich,
die einerseits einfach und preisgünstig in der Herstellung sind und andererseits
eine gute und dauerhafte Abdichtung unter den verschiedenartigsten Betriebabedingungen
in bezug auf DruckgefElle, Temperatur und Zustand des durchfließenden Mittels ermöglichen.
So ein Diohtungssystem soll zum Beispiel zwischen Nennweite 100 mm bis Nennweite
3.000 im und plus minus 200 Grad Celsius gleichermaßen funktionsföhig sein. Die
hochdruckbeständige Abdichtung
zwischen zwei aneinanderliegenden
und beweglichen metallischen Maschinenteilen wie z.B. zwischen dem beweglichen Mittelstück
und dem gehäuse eines Absperrorgans bedeutet mit wachsenden Nennweiten eine immer
delikatere und aufwendigere Aufgabe bei der Verwendung der bisher bekannten Abdichtsysteme.
Die metallenen Bauelemente verlangen selbst mit Kunststoffeinlagen naoh immer genauerer
Bearbeitung und Anpassung. Dieses bedeutet in der Praxis ein gleichbleibendee absolutes
Genauigkeitemaß, also eine mit der Abmessung steigende relative Genauigkeit. Wird
bei einer Abmessung von 200 mal eine Formgenauigkeit von plus minus 0,1 mm verlangt,
so entspricht das einer Genauigkeit von 1 1 2000. Bei Abmessung 2000 mm des gleiohen
Teiles ist die abdichtungstechnisch zulässige Formtoleranz wiederum plus minus o,1
mm, was jetzt einer Genauigkeit von 1 t 20.000 entspricht und teohnisoh nicht mehr
wirtschaftlich ist.
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Es ist bekannt, zur Erfüllung der Erfordernisse der Erfindung ein
Abdichtungssystem an einem Kugelhahn vorzusehen, bei dem der der Abdichtung zwischen
dem drehbaren kugelförmigen Küken und den feststehenden Dichtungsbestandteilen dienende
Dichtring aus relativ weichem Dichtungsmaterial beateht und über einen starren Sitzring,
eine starre Führungsbuchse und kompakte Keilstücke mit dem Gehäuse verbunden ist
(deutsche Patentschrift 1 224 107). Die Dichtwirkung wird hier über starre und gut
geführte Zwischenglieder allein von den z.B. aus Kunststoff bestehenden Dichtring
ausgeübt, wodurch eine Überbeanspruchung und somit plastische Verformung des Dichringes
insgesamt und durch ungleichmäßiges Einführen der Keilstücke teilweise plastische
Verformungen
möglich sind, die leicht zu Undichtigkeiten im Abdichtungssystem führen können.
Der wichtige Dichtring ist hier eine schwache Stelle des Abdichtungssystetns. Drei
weitere sohwache Stellen dieses Abdichtungssystems sind erstens eine Begrenzung
nach oben in der Dimensionierung, weil die Punktion dieses Systems eine geometrische
Ähnlichkeit voraussetzt und der Dichtring nicht beliebig stark gefertigt werden
darf, zweitens eine Verwendbarkeit allein in relativ niedrigen Druckstufen, da die
Anordnung der Dichtringe keine höheren Belastungen zuläßt und drittens eine Begrenzung
bezüglich der geographischen und temperaturmäßigen Einsatzmöglichkeiten dieses Systems,
da es nur begrenzte Temperaturschwankungen verträgt, ohne schädliche Wirkungen auf
die Dichtringe zu zeigen.
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Die Erfindung soll das bessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Abdichtungssystem zu aohaffen, das bei größten Abmessungen keine Verminderungen
der Fertigungstoleranzen erforderlich macht und bei höchsten Druckdifferenzen und
starken Temperaturschwankungen während des Betriebes Uberbeanspruchungen und damit
plastische Verformungen der Dichtringe aus kunststoff vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elastisch
ausgebildeter metallischer Sitzring mit in Nuten befindlichen, vorderen Dichtringen
zur besseren Anpassung an die Dichtfläche des Mittelatückes unter Betriebsbedingungen
elastisch
verformbar ist.
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Um eine gute Abdichtung unter allen vorkommenden Betriebebedingungen
sicherzustellen, ohne dabei die Dichtring ge zu gefährden, bestehen nach einer weiteren
Ausbildung der Erfindung die Diohtringe aus Kunststoff und sind zur Erhaltung elastischer
Verformbarkeit und Vermeidung plastischer Verformbarkeit entsprechend in dem Sitzring
untergebraoht.
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Um zu erreichen, daß der Dichtring unter starker Beanspruchung in
die Tiefe seiner Nut elastisch nachgeben kann und bei jedem Betriebsmitteldruck
die mechanische Vorspannung des Dichtringes gegen die Dichtfläche des MittelBtückee
in etwa erhalten bleibt, ist nach der Erfindung an der tiefsten Stelle der Nut zur
Aufnahme des Dichtringes ein Hohlraum vorhanden, der über Druokausgleiohebohrungen
oder einen seitlichen Spalt oder anders mit dem Spalt zwischen dem Sitzring und
der Dichtfläche des Nittelstückes verbunden ist.
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Um zu gewährleisten, daß immer das Betriebsmittel die Abdichtung
unterstützt, ist nach einer ferneren Ausbildung der Erfindung in der Einbettung
des Sitzringes im Gehäuse zwischen dem Sitzring und dem Gehäuse ein breiter, o-ringartiger,
weicher Ring ungefähr oder in der Mitte des Sitzringes so angeordnet, daß bei jeder
möglichen Druckdifferenz zwischen den abzugrenzenden Räumen unterschiedlichen Druckes
eine positive Differenzdruckfläche an dem Sitzring vorhanden ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher besohrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen
teilweisen Axialschnitt durch ein Abdichtungssystem mit zwei Dichtringen, Fig. 2
einen Schnitt wie in Fig. 1, nur mit einem Dichtring und Druckfedern im Sitzring,
Fig. 3 bis 9 verschiedene Formen von Dichtringen mit verschiedenen Druckausgleichadurchläs
8 en und Fig. 10 einen teilweisen Axialschnitt durch ein Abdichtungssystem an einem
Kugelhahn in Schließstellung.
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Zwischen Raum 1 und Raum 2 aneinanderliegender metallischer Bauelemente,
die hier das feststehende Gehäuse 3 und das bewegliche Mittelstück 4 mit seiner
Dichtfläche 4a eines Absperrorgans sind, herrscht eine Druckdifferenz. Die Räume
1 und 2 sind mit Hilfe des Abdichtungssystems gas- und flUssigkeitsdicht voneinander
zu trennen. Zum Abdichtungssystem gehören in der Hauptsache der elastische, metallische
Sitzring 5 mit dem oder den Dichtringen 6, die gegen die Dichtfläche 4a weisen,
und der breite, o-ringartige, welche Ring 7, der die Abdichtung zwischen dem Gehäuse
3 und dem Sitzring 5 bewirkt. Eine Nut 8 im Gehäuse 3 ist für die Aufnahme des Sitzringes
5 und eine Nut 9 im Gehäuse 3 ist für die Auinahme des Ringes 7 bestimmt. Aussparungen
1o ii Sitzring 5 sind für Druokfedern ii vorgesehen, die die Anpressung des Sitzringes
5 an das Mittelstück 4 durch Abstützung gegen das
Gehäuse 3 verstärken.
Die Nuten 12 im Sitzring 5 nehmen den oder die Dichtringe 6 auf. Die Druckausgleichsbohrungen
13 im Dichtring 6 bzw. im Dichtring 6 und im Sitzring 5 verbinden den Spalt zwischen
dem Sitzring 5 und der Dichtfläohe 4a des Mittelstückes 4 mit dem Hohlraum 14 hinter
dem Dichtring 6. In Fig. 10 ist mit 15 der Durchgang im Gehäuse 3 und mit 16 der
Durchgang im Mittelstück 4, das hier ein kugelförmiges Küken ist, dargestellt.
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Die Wirkungsweise der Erfindung sei an einem Kugelhahn als Beispiel
eins Absperrorgans erklärt (Fig. 1o). Das kugelförmige Mittelstück 4 versperrt mit
seiner vollen Seite so den Durchgang 15 im Gehäuse 3, daß der Durchgang 16 im Mittelstück
4 senkrecht zum Durchgang 15 steht. Der Raum 1 im Innern des Kugelhahnes und der
Raum 2 zum Anschlußstutzen des Kugelhahnes stehen unter verschieden hohen Drücken,
die sich nicht ausgleichen dürfen. Der Sitzring 5 liegt unter der Wirkung der Druckfedern
11 an der Dichtfläche 4a des Mittelstückes 4 an. Die Dichtringe 6 sind ebenfalls
zufolge der Wirkung der Druckfedern 11 - in ihren Nuten 12 elastisch beweglioh -
soweit zurückgedrängt, daß sie bündig mit der Dichtfläche des glatt angedrückten
Sitzringen 5 zu liegen kommen. Die Echlräume 14 hinter den Dichtringen 6 stehen
wegen der Verbindung über die Druckausgleichsbohrungen 13 unter dem jeweils an den
Dichtringen 6 im Spalt zwischen den Diohtflächen vorhandenem Druck. Die Dichtringe
6 sind auf dieae Weise mit einer größeren Flächenpressung mit der Dichtfläche
4a
des Mittelstückes 4 dichtend verbunden als die metalliachenDichtflächendes Sitzringes
5 mit der Dichtfläche 4a zufolge der Wirkung der Druckfedern ii oder des Betriebsmitteldruckes
aus dem Raum 1 oder 2 auf die Jeweilige poaktive Differenzdruckfläche des Sitzringes
5. Dadurch wird der abzudichtende Spalt zwischen dem Mittelstück 4 und dem Sitzring
5 sowohl in der Richtung von Raum 1 nach Raum 2 wie von Raum 2 nach Raum 1 wirkungavoll
versperrt.
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Um einen Druckausgleich auf dem Wege hinter dem Sitzring 5 zu vermeiden,
ist dort in der Nut 9 der weiche, breite Ring 7 untergebracht, der durch seine o-ringartige
Wirkung die Absperrung des hinteren Weges sichert. Da sich der Ring 7 gleichermaßen
am Gehäuse 3 und am Sitzring 5 abstützt, verstärkt die sich dabei ergebende sogenannte
Kolbenwirkung des Ringes 7 die Anpressung des Sitzringes 5 an das Mittelsttw 4.
Der Sitzring 5 ist so ausgebildet bzw. profiliert, daß in seinem Profil an der Stelle
bzw. den Stellen, an denen Dichtringe 6 untergebracht sind, der Querschnitt derart
geschwächt ist, daß eine elastische Biegung des Sitzringes 5 unter Betriebebedingungen
möglich und eine leichte und genaue Anpassung desselben an die Dichtfläohe 4a des
Mittelstückes 4 gegeben ist, wodurch der Sitzring 5 nicht allein Träger der Dichtringe
6 ist, die allein abdichten sollen, sondern selbst eine gute Metall-áuf-Metall-Dichtung
darstellt. In der Zusammenwirkung aller Teile des Abdichtungssystems dienen die
Teile, bei denen die metallischen Dichtflächen
des Sitzringes 5
gegen die Dichtfläche 4a des Mittelstückes 4 gepreßt sind, der Grob-Abdichtung und
die Berührungsflächen der Dichtringe 6 mit der Dichtfläche 4a der Fein-Abdichtung.
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Die Dichtringe 6 können neben dem Beispiel in Fig. 1 und Fig. 1o
auf verschiedene Art und Weise mit verschiedenen mögliohen Querschnitten eingesetzt
werden. Einige andere Beispiele zeigen die Fig. 2 bis 9. Wichtig ist dabei, daß
die Dichtringe 6 so untergebracht sind, daß sie einerseits nicht aus ihren Nuten
12 herauespringen können und andererseits der Druck von einer gewählten Außenseite
des Dichtringes 6 sicher hinter den Ring gelangen kann, ganz gleich ob mit Hilfe
oder ohne Druckausgleichsbohrungen 13. Der Querschnitt des Dichtringes 6 muß so
gestaltet sein, daß er bis zur bndigen Lage mit der Dichtfläche des Sitzringes 5
ohne Uberbelastung bzw. plastische Verformung belastet werden darf.
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Zur Erleichterung des Zurückweichens des Dichtringes 6 kann der Hohlraum
14 hinter dem Dichtring 6 vorgesehen sein oder sonstwie die notwendige elastische
Verformung des Dichtringes 6 möglich sein. Dieses kann durch Materialauswahl, Formgebung,
Anbringungsart oder Aussparen erreicht werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß bei dem erfindungsgemäßen Abdichtungssystem mit äußerst einfaohen Mitteln bzw.
einfacher Konstruktion eine sichere und relativ unempfindliche Abdichtung in allen
möglichen Dimensionen, besonders auch bei großen Abmes-
Rungen,
mit gleiohbleibender Diohtwirkung zu erreichen ist.
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Die in diesem Lösungsprinzip steokende doppelte Abdichtungsweise -
grobe Abdichtung durch Metall-auf-Metall-Abdichtung und feine Abdichtung durch Eunststoff-auf-Metall-Abdichtung
- erlaubt es außerdem, eine hochwertige Abdichtung preiswert zu erstellen. Die elastische
Anordnung bzw. Anpassung der funktionellen Bauelemente gestattet ea, das Abdiohtungssystem
locker, also mit großen Fertigungstoleranzen zusammenzubauen und für breite Sohrumpfungs-
und Belastungsbereiche auszulegen.