DE2213451A1 - Absperrorgan - Google Patents

Description

BE 14 379

Yon Roll AG, Gerlafingen

(Schweiz).

Absperrorgan

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absperrorgan, bestehend aus einem, einen Durchflusskanal und einen Hals bildenden Gehäuse und einem im Gehäuse bewegbaren Verschlusskörper mit einer elastischen Weichdichtung zum dichtenden Abschluss des Durchflusskanales.

Es sind Absperrorgane bekannt, bei welchen der abdichtende, zum Durchflussgehäuse relativ verschiebbare Verschiusskörper mit einem elastischen Ueberzug versehen ist oder mit eingelegten Dichtringen aus einem elastischen Werkstoff bestückt ist. Diese Ausführungsform bezweckt eine hermetische Abdichtung des Verschlusskörpers mittels des weichen, elastischen Dichtwerkstoffes gegenüber dem Durchflussgehäuse, wobei die Dichtstellen

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am Gehäuse keine Bearbeitung erfahren. Die Dichtstellen am Gehäuse befinden sich in dem Oberflächenzustand, der durch das Urformen (Giessen, Schmieden) zwangsläufig entsteht. Zum Vorteil preisgünstiger Herstellungskosten tritt noch der Umstand, dass die Durchgangsbohrung keine Ausbuchtung, den sogenannten Sack, nach unten aufweist, wie es beispielsweise bei metallisch dichtenden Keilschiebern der Fall sein muss, bei denen der Keil die Dichtstellen im Gehäuse überfahren können muss.

Dem Vorteil des Wegfallens der Bearbeitung der Dichtstellen stehen gewisse Einschränkungen bezüglich der Einsatzmöglichkeit solcher Absperrorgane gegenüber. Durch den Wegfall der Bearbeitung muss der Führung des Verschluss-Körpers mit dem elastischen Dichtungswerkstoff ein verhältnismässig grosses Spiel gegeben werden, da die Herstellungstoleranzen der durch Urformen erzeugten Dichtflächen Beträge von mehreren Millimetern annehmen können, sodass sich der Verschluss-Körper kurz vor dem Schliessen unter dem einseitig wirkenden Mediumsdruck schiefstellen kann und in dieser Schiefstellung nicht mehr in der Lage ist, einwandfrei abzudichten. Entsprechend dieser Erscheinung ergibt sich hieraus die Notwendigkeit, den Einsatzbereich von sogenannten Weichkeilschiebern auf niedrige Mediumsdrücke zu beschränken.

Eine weitere typische Eigenart dieser Weichkeilschieber besteht darin, dass der metallische Kern des Verschlusskörpers einerseits aus gusstechnischen Gründen, anderseits zum Zweck der Materialersparnis dünnwandig gegossen wird. Das hat grosse Hohlräume zur Folge, die sich während der Offenstellung der Verschlusskörper mit Medium füllen und,

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da dieses nicht mehr an der Strömung teilnimmt, sich zersetzen oder entmischen kann. Aus diesem Grunde ist es nicht zweckmässig oder sogar schädlich, solche Weichkeilschieber zum Absperren von Medien zu verwenden, die leicht verderblich sind oder zum Sedimentieren neigen. Dasselbe gilt auch für den Raum, der im Hals über dem Weichkeilschieber liegt; auch dort ist die Gefahr für leicht verderbliche Medien besonders nach längeren Schliessperioden gegeben, dass beim Wiederöffnen eine Verunreinigung, ja sogar eine Verseuchung des Mediums eintreten kann.

Noch eine weitere Eigenschaft dieser Weichkeilschieber soll nicht unerwähnt bleiben: die Formgebung der Dichtsteilen des Gehäuses am Uebergang vom Hals zur Durchgangsbohrung ist in vielen Fällen schwer zu erfassen und zu kontrollieren. Ob die Formgebung funktionsgerecht ist oder nicht, stellt sich somit erst nach der Fertigmontage am Prüfstand heraus. Durch diese Unzulänglichkeiten treten Mehrkosten infolge Montage, Prüfung, Demontage und Korrekturarbeiten sowie Wiedermontage auf, die sich insgesamt auf den Verkaufspreis negativ auswirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,"einen Absperrschieber zu schaffen, bei welchem die durch die vorher erwähnten Eigenschaften der Weichkeilschieber gegebenen Einschränkungen und Mangel nicht vorkommen.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Absperrorgan der eingangs erwähnten Art gelöst, bei welchem der Verschlusskörper gegenüber dem Durchflusskanal einen geschlossenen Körper bildet und eine Dichtungspartie und eine Führungspartie aufweist, wobei mindestens die Führungspartie des Verschlusskörpers und die Innenwandung des Halses als glatter Zylinder ausgebildet und annähernd gleich bzw.

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nur um das für die Bewegung des Verschlusskörpers notwendige Spiel verschieden sind und die Führungspartie gegenüber dem Durchflusskanal durch eine Partie der Weichdichtung abgedichtet ist.

Dadurch erreicht man, dass in allen Stellungen des Verschlusskörpers die gegebenenfalls im Verschlunskörper und im Hals vorhandenen Hohlräume gegenüber dem Durchflusskanal abgedichtet sind. Durch das enge Spiel zwischen der Führungspartie und der Innenwandung des Halses wird ein Schiefstellen des Verschlussstückes unter dem einseitig wirkenden Mediumsdruck vermieden, sodass auch hohe Mediumsdrücke zulässig sind. Weiter treten durch die einfache Formgebung, die sich in der Fertigung leicht einhalten, leicht kontrollieren und ebenso auch am korrespondierenden Gegenstück mit der») gleichen geringen Aufwand verwirklichen lässt, keine Umtriebe bei der Fertigmontage und bei der Funktionsprüfung auf.

In der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Absperrorgan nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt nach der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch ein weiteres

Absperrorgan nach der Erfindung mit Flansch und "nicht steigender Spindel",

Fig. 4 und ^r> vergrösserte Ausschnitte aus Fig. 2 mit der Stoss-Steile der beiden Teile des Dichtungsringes und

Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführung forro des DJ chtungnringes

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Das Gehäuse 1 ist ein T-Stück, bestehend aus zwei Rohrstücken mit gleichen, kreisförmigen Querschnitten. Der Innendurchmesser des Durchflusskanalοω 2 ist gleich gross wie der des Halses Zuleitung wie Ableitung erfolgen durch Verschraubungen an den Gewinden 4 und 5 mit dem Gehäuse 1, wobei diese Gewinde die gleichen Abmessungen aufweisen, wie das Gewinde 6 am Hals 3> auf dem die Verschlusskappe 7 sitzt.

Selbstverständlich kann das Gehäuse 1 auch in bekannter Art mit Flanschen 23 entsprechend Fig. 3 versehen werden.

Das eigentliche Abschlussorgan, ein Verschlusskörper 8 in Form eines Kolbenschiebers, hat gleichfalls kreisförmigen Querschnitt und weist eine Dichtungspartie Sa und eine Führungspartie 8b auf. Sein unteres Ende ist eine Halbkugel mit einem Radius, der um das Einbauspiel kleiner ist als der Radius des Durchflusskanales 2.

Als Dichtelement trägt der Verschlus.skörper 8 einen steigbügelartigen Dichtring 9, der aus einem kreisrunden Ringteil 9a besteht, an dem symmetrisch ein U-förmiger Ansatz 9b hängt. Der kreisrunde Ringteil 9a dichtet die Bohrung 10 im Hals 3 ab, während der U-förmige Ansatz 9b die Durchgangsbohrung 2 senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums abdichtet, wenn sich der Verschlusskörper 8 in der Schliess-Stellung in seiner tiefsten Stellung befindet.

Der Dichtring 9 ist in eine gleichfalls steigbügelartige Nut 11 mit einen ringförmigen Einstich 11a und einem U-förmigen Einstich 11b im Verschlusskörper 8 eingelegt und seine Dichtwirkung beruht auf dem gleichen Dicht-Effekt, der sich bei O-Ringabdichtungen auch gegen sehr hohe Mediumsdrücke bewährt.

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Wird der Kolbenschieber 8 beim Oeffrien nach oben bewegt, so tritt bei geringem Oeffnungsquercchnitt, bei dem sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen können, eine nachteilige Eigenschaft der O-Ringabdichtung auf: Der O-ringförmige Steigbügel-Ansatz 9b wird aus der Nut 11 des Verschlusskorpers 8 herausgespült. Um dies zu verhindern, kann der U-förmige Ansatz 9b entweder durch einen einvulkanisierten Stahlbügel X2 verstärkt werden, oder der U-förmige Ansatz 9b wird durch ein geeignetes Klebeverfahren mit dem Verschlusskörper 8 so verbunden, dass ein Herausspülen unmöglich wird.

Bei dem U-rförmigen Ansatz 9b kann an der Stoss-Stelle des Ringteiles 9a mit dem Absatz 9b der reine O-Ringabdichtungs-Effekt behindert werden, Der Mediumsdruck, der in Richtung A (Fig. 4) wirken sollte, um den O-Ring in oder an der Dichtfuge 24 zu drücken, kann unter Umständen keine Ansatzfläche finden, sondern drückt lediglich radial nach aussen, wobei die Ringpartie an der Stoss-Stelle der Partien 9a und 9b an den Hals gedrückt wird und dadurch umso schwerer in Richtung auf die Dichtfuge 24 verschoben werden kann. Hierzu kann noch kommen, dass bei der Auswärtsbewegung des Kolbens 8 durch die Reibung im Hals 3 der Ring 9a an die untere Kante des O-Ring-Einstiches 11a geschoben wird und damit das Anliegen an der Dichtfuge 24 in Gefahr gebracht wird.

Als Abhilfe können nachstehende Massnahmen getroffen werden: Einmal wird der Querschnitt des Ringes 9a nicht kreisförmig sondern halbkreisförmig entsprechend Fig. 5 ausgebildet und zudem wird an der Stoss-Stelle ein Spickel oder eine Anschrägung 25 ausgeschnitten, an dem der Mediurasdruck in Richtung A angreifen kann und den O-Ring in die Dichtfuge 24 drückt. Als weitere Massnahme kann durch Einvulkanisieren einer Versteifungseinlage 26 beispielsweise eines Stahldrahtstückes an den Stellen 27 und 28 des Dichtringes 9a eine Vorspannung erzeugt werden,

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die den O-Ring 9a unter allen Umständen an der Dichtfuge 24 anliegen lässt. Die Stahldrahtstücke 26 sind so gebogen, dass die Radien 29 und 30 des Ringes 9a im uneingebauten Zustand ' kleiner sind, als im eingebauten (Fig. 7). Dadurch wird ein Anliegen in radialer Richtung erzeugt. Durch eine Krümmung in der Senkrechten dazu (Fig. 6) wird der O-Ring ausserdem nach oben im kritischen Bereich der Abdichtung bevorzugt angelegt, d.h. ein Anliegen der Dichtung 9 an der Dichtfuge 24 an der Stoss-Stelle, kann dadurch erreicht werden, dass der Einstich lla im Bereich des Ueberganges zum Einstich 11b herabgezogen wird, siehe strichpunktierte Partie in Fig. 3. In diesem Fall können zwar auch Versteifungseinlagen in die Dichtung 9 eingelegt werden, jedoch brauchen sie nicht so geformt zu sein, dass eine Vorspannung an den Stellen 27, der Dichtungspartie 9a entsteht. Die Herstellung einer herabgesetzten Partie des Einstiches lla kann beispielsweise durch Präzisionsguss oder in anderer geeigneter Weise ohne Mehraufwand erreicht werden.

Schliesslich kann auch ein zusätzlicher O-Ring 9c wie er in Fig. 1 strichpunktiert - mit entsprechender Kürzung der Nut 16 dargestellt ist oberhalb des Ringes 9a vorgesehen werden, womit eine vollständige Abdichtung des Haloes 3 erreicht wird, für den Fall, dass an der Stoss-Stelle der Partien 9a und 9b eine geringfügige Undichtheit vorkommen könnte.

Zweck einer nur linear erfolgenden Auf- und Abbewegung des Verschlusskörpers 8 wird in diesen koaxial eine Gewindestange 13 eingeschraubt und gegen Verdrehen gesichert. Die Gewindentange 13 greift in eine Mutter 14 ein, die in der Verschlusskappe 7 drehbar gelagert ist und mit"dem Handrad 15 bewegt werden kann. Damit sich der Kolbenschieber 8 nicht drehen kann, weist er eins Lärigsnut 16 auf, in die eine Schraube 17 mit ihrem sylinarisahen Ende 18 eingreift.

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Anstelle dieser Ausbildung mit "steigender Spindel" sind auch "nicht steigende Spindel" möglich.

In Fig.-3 übernimmt die Spindel 19 die Aufgabe der linearen Auf- und Abwärts-Bewegung, wobei ihr Bund 20 sich an der Verschlusskappe 7 abstützt, während die Funktion der Mutter 14 von der Gewindebohrung 21 im Verschlusskörper 8 übernommen wird. Die verdrehsichere Verbindung zwischen Handrad 15 und der Spindel 19 erfolgt in bekannter Weise durch konische Vierkante.

Zur exakten Führung des Verschlusskörpers 8 in der Bohrung 10 des Halses 3 werden sowohl die zylindrische Aussenkontur des Verschlusskörpers 8 wie auch die Bohrung 10 mit Hilfe eines wirtschaftlichen Feinbearbeitungsverfahren auf Mass gebracht. Auf mechanische bzw. zerspanende Vorbearbeitungs-Operationen wird bewusst verzichtet. Statt dessen erfolgt die Feinstbearbeitung durch ein zeitsparendes Verfahren wie z.B. elektro-chemisches Honen, welches in kürzesten Bearbeitungszeiten die Oberflächen des Verschlusskörpers 8 und der Bohrung 10 von den Rauhigkeiten des Umformens befreit und durch eine automatische Mass-Steuerung in enge Toleranzen bringt. Durch geringes Eifcau-Spiel kann der Verschlusskörper 8 auch bei sehr hohen Mediumsdrücken nicht verkanten, sondern läuft leichtgängig und reibungsarm. Die glatte Oberfläche der Bohrung 10 gewährleistet sicheres Abdichten und geringen Verschleiss des Dichtringes 9. Eine gesonderte Abdichtung zwischen Gewindestange 13 gegenüber der Mutter 14 bzw. gegenüber der Verschlusskappe 7 ist nicht mehr erforderlich. Zur "Sacklosigkeit", worunter man das Fehlen einer Ausbuchtung in dem Durchflusskanal 2 versteht, tritt "Totraumlosigkeit". Damit soll zum Ausdruck kommen, dass sich weder im Hals 3 oberhalb des Verschlusskörpers 8 Medium ansammeln kann, noch

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Medium ins Innere des Verschlusskörpers 8, den man bei
grösseren Nennwerten hohl ausbildet, dringen kann und dort
durch Zersetzung, Faulen oder Entmischen Anlass zu Störungen geben wird.

Damit sich keine Niederschläge wie z.B. Kalk auf der Y/andung der Bohrung 10 bilden können, wird diese mit Kunststoffen wie z.B. Teflon beschichtet, oder durch galvanische Aufträge geschützt. Durch derartige Beschichtungen werden auch Angriffe aggresiver Medien verhindert. Leichtgangigkeit, sicheres und langanhaltendes Abdichten sowie hohe Lebensdauer werden begünstigt.

Formgebung und Bearbeitung dieses Absperrorganes eignen sich nicht nur dazu, Gehäuse und Kolbenschieber aus Grauguss herzustellen, sondern auch aus Temperguss, Sphäroguss, Stahlguss oder Edelstahl. Die einfache Formgebung des Gehäuses 1 ist
geradezu prädestiniert für eine Herstellung aus gepressten
und verochweissten Blechhälften aus Fluss- oder Sdelstahlblech. Darüber hinaus lässt sich das Gehäuse 1 vorteilhaft aus Kunststoff, z.B. Polyamid, Polyäthylen, Polypropylen, PVC oder
Teflon herstellen, oder auch mit einer Beschichtung durch
einen dieser Kunststoffe auf billigem Grundmaterial. Desgleichen sind Auskleidungen oder Ueberzüge aus keramischen Materialien und Glasuren möglich.

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   ί 1 j Absperrschieber, bestehend aus einem, einen Durchflusskanal und einen Hals bildenden Gehäuse und einem im Gehäuse bewegbaren Verschlusskörper mit einer elastischen Weichdichtung zum dichtenden Abschluss des Durchflusskanals, dadurch gekennzeichnet, dass der Vcrschlusskörper (8) gegenüber dem Durchflusskanal (2) einen geschlossenen Körper bildet und eine Dichtungspartie (8a) und eine Führungopartie (8b) aufweist, wobei mindestens die Führungspartie (8b) des VerschlusGkörpers (8) und die Innenwandung (10) des Halses (3) als glatter Zylinder ausgebildet und annähernd gleich bzw. nur um das für die Bewegung des Verschlusskörpers (8) notwendige Spiel verschieden sind, und die Führungspartie (8b) gegenüber dem Durchflusskanal (2) durch einen Ringteil (9a) der Weichdichtung (9) abgedichtet ist.
2. 2. Absperrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungspartie (8a) und die Führungspartie (8b) einen kreiszylindrischen Kolben bilden, der ein gegen den Durchflusskanal (2) gerichtetes sphärisch ausgebildetes Ende aufweist und annähernd denselben Durchmesser wie der Durchmesser des zylindrischen Durchflusskanales (2) aufweist,
3. 3. Absperrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Führungspartie (8b) eine Verdrehsicherung (16, 17) angeordnet ist.
4. 4. Absperrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungspartie (8a) zwei Dichtungszonen aufweist, von denen die erste Zone die Dichtung gegenüber der Führungspartie (8b) und die zweite Zone die Dichtung im Grund des Kanals (2) und an seinen Seitenwänden übernimmt.

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5. 5. Absperrschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtungszone von einem in einer Nut (11) im Verschlusskörper angeordneten U-förmigen Teil (9b) der elastischen Weichdichtung (9) gebildet ist, dessen im Kanalgrund dichtende Partie eine Versteifungseinlage (12) aufweist.
6. ^r6. Absperrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringteil (9a) der Weichdichtung (9) einen halbkreisförmigen Querschnitt, und deren an den Ringteil (9a) sich anschliessenden U-förmigen Teil (9b) an der Stoss-Stelle eine gegen den Grund des den U-förmigen Teil (9b) aufnehmenden Einstiches (lib) anliegende Anschrägung (25) aufweist.
7. 7. Absperrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichdichtung (9) an der Stoss-Stelle (27, 28) ihrer beiden Teile (9a, 9b) Versteifungseinlagen (26, 27) aufweist, die in nicht montiertem Zustand dem Ringteil (9a) eine Ovalität und eine Anhebung erteilen (Fig. 6, 7).
8. 8. Absperrschieber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Weichdichtung (9) aufnehmende Nut (11) im Verschlusskörper (8), welche aus einem ringförmigen (lla) und einem U-förmigen Einschnitt (lib) besteht, wobei der ringförmige Einstich (lla) im Bereich des Ueberganges sum U-förmigen Einstich (lib) herabgezogen ist.
9. 9. Verfahren zur Herstellung des Schiebers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Aussenkontur des Verschlusskörpers (8) und/oder die zylindrische Bohrung (10) des Halses (3) mittels einer Oberflächen-Peinbearbeitung bzw. -Feinbehandlung auf glatte Oberfläche "und enge Toleranz bearbeitet werden.

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10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen-Feinbearbeitung ohne Vorbearbeitung der Aussenkontur durchgeführt wird.
11. 11..Verfahren nach Anspruch 9, oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ob.erflächen-Feinbearbeitung mittels elektrochemischen Honen durchgeführt wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen-Feinbehandlung mittels einer Beschichtung ausgeführt wird, beispielsweise galvanisch oder mit Kunststoff.

    9.3.1972
    My/db/FS

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