DE2605109B2

DE2605109B2 - Kolbenschieber mit Dichtungen

Info

Publication number: DE2605109B2
Application number: DE2605109A
Authority: DE
Inventors: Marvin H. Houston Tex. Grove (V.St.A.)
Original assignee: M & J Development Co Houston Tex (vsta)
Current assignee: M & J Development Co Houston Tex (vsta)
Priority date: 1975-02-12
Filing date: 1976-02-10
Publication date: 1978-11-23
Also published as: FR2300946A1; JPS51106237A; DE2605109A1; US3955796A; NL7601395A; GB1493341A; CA1030939A; FR2300946B1; DE2605109C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenschieber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Kolbenschieber mit diesen Merkmalen ist bereits Gegenstand des älteren DE-Patents 24 45 022. Bei diesem liegt die abdichtende Ringfläche des Randabschnitts der Dichtung axial in einem Abstand von deren freiem Ende, das durch den axial vorspringenden Flansch, der unverschiebbar mit dem Schieberkolben verbundenen Rückhaltevorrichtung umgriffen wird, deren Außendurchmesser !deiner ist als der Innendurchmesser der gehäuseseitigen Dichtungsfläche.

Es ist bekannt, Dichtungsringscheiben aus elastischem Material und von napfförmiger Gestalt paarweise auf dem Kolben eines Kolbenschiebers anzuordnen (DE-OS 20 33 058).

Dichtungsringe dieser Art sind nicht in der Lage, erheblichen Druckunterschieden standzuhalten, weil sie die Abdichtung zwischen ihrem äußeren Umfangsrand und der damit zusammenwirkenden hohlzylindrischen

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Dichtfläche des Gehäuses bewirken.

Ferner sind Kolbenschieber bekannt, deren Dichtungsringe innerhalb des Gehäuses befestigt sind und mit zylindrischen Absperrkoiben zusammenwirken (AT-PS 1 86 080). Die Dichtungsringe haben hierbei kreisrunden Querschnitt und werden bei Beaufschiagung von dem Mediumdruck in abdichtende Berührung mit den jeweiligen Gegenflächen gebracht

Bei einer anderen bekannten Dichtung eines Kolbenschiebers (FR-PS 9 73 215) sind zwei Dichtungsringe von abgewinkelter Querschnittsform zwischen Flanschflächen im Schiebergehäuse so festgeklemmt, daß die freien Enden der Randabschnitte voneinander weg weisen. Rückhaltevorrichtungen sind hierbei nicht vorgesehen.

Bei einer anderen bekannten Dichtung (FR-PS 3 71484), bei der einzelne Dichtungsringe zwischen Gehäuseabschnitten angeordnet sind, gelangt ein zylindrischer Absperrkoiben stets nur mit dem Umfangsrand der Dichtungsringe in Eingriff.

Es ist ferner ein Ventil bekannt, dessen Ventilglied durch den Druck des einen Kolben beaufschlagenden Mittels zwischen seinen äußeren Stellungen bewegt wird (US-PS 37 37 140). Die flexiblen Dichtungen stehen dabei ständig in abdichtendem Eingriff mit dem das Ventilglied tragenden Kolben. Die Dichtungen sind von abgewinkelter Querschnittsform und zwischen Flanschen an den Enden von Gehäuseabschnitten zusammen mit einem zwischen ihnen angeordneten Distanzstück so festgeklemmt, daß die freien Enden der Randabschnitte voneinander weg weisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenschieber der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der im Bedarfsfall auch hohen Dichtungsdrükken standhält, jedoch nur leicht austauschbare Dichtungen erfordert, so daß er zur Steuerung des Durchflusses von Strömungsmitteln, wie z. B. Flüssigkeiten und Gase, und insbesondere für den Einsatz in Meßprüfeinrichtungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des neuen Kolbenschiebers sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kolbenschieber,

F i g. 2 einen der F i g. 1 entsprechenden Längsschnitt, wobei sich jedoch der Kolben in der Stellung befindet, bei der der Durchfluß durch den Kolbenschieber gesperrt ist,

F i g. 3 zeigt einen Teillängsschnitt zur Veranschaulichung der Anordnung der beiden Dichtungen,

Fig.4 ist eine der Fig.3 entsprechende Ansicht, wobei jedoch die ringförmigen Dichtungen die zylindrische Außenfläche des Kolbens berühren,

F i g. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 2,

Fig.6 ist ein Längsschnitt einer weiteren, zwei Kolben und zwei Dichtungsbaugruppen aufweisenden Ausführungsform des Kolbenschiebers,

F i g. 7 ist eine F i g. 6 entsprechende Ansicht, wobei sich jedoch die Kolben in einer anderen Betriebsstellung befinden.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform hat ein aus zwei Teilen 10a und 10i> bestehendes Schiebergehäuse 10. Beide Gehäuseteile sind durch eine

Dichtungsbaugruppe 11 miteinander verbunden. Das zylindrische Gehäuse 10 trägt an dem einen Ende einen Flansch 12, an dem eine Verschlußplatte 13 angebracht ist Die Verschlußplatte 13 trägt einen Stellantrieb 14 mit einem Joch 15 und einer Gewindestange 16.

Am anderen Ende des Gehäuses lö befindet sich ein Gehäuseteil 10c verringerten Durchmessers mit einem Durchlaß 17 in einem Flansch. In einer Seitenwand des Gehäuses 10 befindet sich ein weiterer Durchlaß 18 mit einem Anschlußstutzen 19.

In dem Gehäuse 10 ist ein Kolben 21 angeordnet, der entweder in die in Fig. 1 dargestellte Öffnungsstellung oder in die in Fig.2 dargestellte Schließstellung verstellbar ist Der Kolben 21 hat kreisförmigen Querschnitt mit einer zylindrischen Außenfläche 22. Er ist am einen Ende mit einer Platte 23 versehen, die ihrerseits fest mit der Stellstange 24 verbunden ist Die Sfellstange 24 ist koaxial mit dem Gehäuse 10 und dem Kolben 21 angeordnet und reicht durch eine Dichtung in der Verschlußplatte 13 hindurch nach außen.

Die Dichtungsbaugruppe 11 ist im einzelnen in den F i g. 3 und 4 gezeigt Zwei Flanschringe 26 sind z. B. durch Schweißung mit dem angrenzenden Gehäuseteil 10a und iOb verbunden. Zwischen den beiden Flanschringen 26 befindet sich ein ringförmiges Distanzstück 27. Zwei ringförmige Dichtungen 28 in abgewinkelter Querschnittsform sind zwischen den Flanschringen 26 und dem Distanzstück 27 eingespannt. Sie bestehen aus einem elastischen Werkstoff, wie z. B. einem Elastomer. Jede Dichtung 28 weist eine ringförmige Basiszone 29 und einen inneren Rariaabschnitt 31 auf. Die Basiszonen 29 der Dichtungen 28 werden von ringförmigen Ausnehmungen 32 an den sich gegenüberliegenden Seiten der Flanschringe 26 aufgenommen. Die Randabschnitte 31 der Dichtungen 28 konvergieren bei ihrem in Fig.3 dargestellten entspannten Zustand zur Achse des Kolbenschiebers hin. Die inneren Umfangsflächen 33, 34 der Dichtungen bilden im Schnitt gesehen nach außen offene Kegelstümpfe, und der Scheitel der beiden Umfangsflächen bildet eine abdichtende Ringfläche 36.

Das Distanzstück 27 hat eine äußere Ringzone 37, die von einer Ausnehmung 38 in den Flanschring 26 aufgenommen wird. Ein an die Ringzone 37 anschließender Steg 39 befindet sich zwischen den beiden Basiszonen 29 der Dichtringe. Die Basiszonen 29 sind gegen die anliegenden Oberflächen von Flanschringen 26 und Steg 39 abgedichtet, indem eine O-Ringdichtung

41 zwischen den Basiszonen und den Flanschringen 26 und eine weitere O-Ringdichtung 42 zwischen den Basiszonen 29 und dem Steg 39 des Distanzstücks 27 angeordnet ist Die ganze Baugruppe wird von Bolzen

42 zusammengehalten.

In der Baugruppe sind außerdem Rückhaltevorrichtungen vorgesehen, um die Verbiegung der elastischen inneren Randabschnitte 31 nach innen zu begrenzen. Hierzu weisen die Flanschringe 26 innere Ringhohlräume 43 auf, in weiche die Randabschnitte 31 abgebogen werden können. Außerdem hat jeder Flanschring 26 eine Ringzone 44, die den Außenrand 45 der entsprechenden Randabschnitte 31 des Dichtringes übergreift. Die innenliegende Umfangsfläche der Ringzone 44 hat die Form einer Kegelstumpffläche und bildet einen Sitz für den Außenrand 45 des Dichtrings.

Außer den Sitzflächen für die Außenränder 45 der Dichtringe sind an dem ringförmigen Distanzstück 27 innenliegende Randflansche 46 vorgesehen, die über eine größere Strecke in Richtung der Ringzonen 44 nach außen vorstehen. Die Randflansche 46 weisen ebenfalls kegelstumpfförmige Umfangsflächen auf, deren Lage und Form den benachbarten Kegelflächen der Randabschnitte 31 der Dichtringe 28 entspricht.
Gemäß F i g. 3 sind die Dichtringe 28 entspannt Die inneren Umfangsflächen der Randabschnitte 31 liegen dann gegen die äußeren Umfangsflächen der Ringzone 44 und des Randflansches 46 an. Beide sind, da aus Metall bestehend, nicht ohne weiteres verformbar. In

ιυ dem Zwischenraum 47 zwischen Ringzone 44 und Randflansch 46 liegt nur ein kleiner ringförmiger Bereich beider Dichtringe frei.

Der Außendurchmesser des Kolbens 21 ist kleiner als die zwischen den aus Metall bestehenden Ringen 26 und 27 der Dichtungsbaugruppe 11 verbleibende öffnung, aber größer als die öffnung der Dichtringe im entspannten Zustand, insbesondere im Bereich der Ringdichtflächen 36. Wenn sich der Kolben 21 in der in F i g. 1 dargestellten Öffnungsstellung befindet, kann Strömungsmittel ungehindert durch das Gehäuse von dem einen zum anderen Durchlaß 17 bzw. 18 hindurchfließen. Zur Sperrung des Durchflusses wird der Kolben in die in Fig. 2 dargestellte Sperrstellung gebracht. Beim Einschieben in die Sperrstellung gelangt

Ji der Kolben nacheinander in Berührung mit den Dichtringen 28, so daß die Randabschnitte 31 der Dichtringe radial nach außen aufgeweitet werden. Dadurch gelangen die Dichtringe an ihren Dichtflächen 36 in abdichtende Berührung mit der zylindrischen

jo Außenfläche 22 des Kolbens 21. Auf diese Weise wird eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet, zugleich werden alle etwa vorhandenen Fremdstoffe abgestreift. Wenn danach wieder der Durchfluß ermöglicht werden soll, wird der Kolben in die in Fig. 1 dargestellte Öffnungslage verstellt. Beim Verlassen der Dichtungsbaugruppe 11 gelangt der Kolben nacheinander außer Eingriff mit den Dichtringen, so daß sich diese entspannen und wieder die in F i g. 3 dargestellte Lage einnehmen können. Beim entspannten Zustand der

M) Dichtringe kann der auf die Außenflächen der Randzonen 31 einwirkende Strömungsmitteldruck diese nach innen drücken. Dieser Zustand stellt sich auf der Druckseite der Dichtungsbaugruppe ein, wenn sich der Kolben in der Schließstellung befindet, wobei die

4> ringförmigen Dichtflächen 36 durch diesen Druck gegen den Kolben gedrückt werden. Wenn der Kolben die Dichtungsbaugruppe in Richtung der Druckseite verläßt und außer Eingriff mit der Ringdichtfläche 36 eines Dichtringes 28 gelangt, begrenzen die Ringzone 44 und

jo der Randflansch 46 die Rückstellung der Dichtungsrandzone 31. Auf diese Weise sind die Dichtringe 28 gegen Beschädigung infolge des einwirkenden hohen Druckdifferential oder hoher Durchflußgeschwindigkeiten geschützt. Die Verformung der Dichtringe ist durch die Anlage des inneren Randabschnitts 31 gegen die innere Ringzone 44 des Flanschringes und den innenliegenden Randflansch 46 des Distanzrings 27 begrenzt.

Damit der Kolben 21 sich nicht verdreht, wenn die

ι··. Gewindestange 16 durch die umlaufende Mutter angetrieben wird, sind Führungsrippen 51 an dem Gehäuse 10 und Führungsarme 52 an der Stellstange 24 vorgesehen.

Die Dichtungsbaugruppe kann vorteilhafterweise auch zur Leckanzeige dienen. Ein durch das ringförmige Distanzstück 27 hindurchführender Kanal 56 steht an seinem inneren Ende in Verbindung mit einem abgeschlossenen Raum 57. der sich ergibt, wenn sich der

Kolben 21 in der in F i g. 2 und 4 dargestellten abdichtenden Lage befindet und durch den inneren Umfang des Distanzstücks 27, die zylindrische Außenumfangsfläche 22 des Kolbens 21 und die beiden Ringdichtflächen 36 der beiden Dichtringe 28 begrenzt ^r> ist. Wenn der Kanal 56 geschlossen ist und der Kolben 21 in die Schließstellung verstellt wird, wobei er nacheinander in Dichteingriff mit den Ringdichtflächen 36 beider Dichtungen gelangt, bewirkt seine Berührung mit der Innenfläche der zuletzt in Eingriff kommenden κι Dichtung, die dabei aufgeweitet wird, einen erheblichen Druckabfall in dem Raum 57. Dieser Druckabfall einerseits und der in diesem abgeschlossenen Raum 57 bei der Schließlage des Kolbens 21 herrschende Druck kann zur Leckanzeige dienen. F i g. 2 zeigt schematisch eine solche Leckanzeigevorrichtung. Eine Rohrleitung 58, die an den Kanal 56 angeschlossen ist, verbindet diesen mit einem durch ein Druckdifferential gesteuerten elektrischen Schalter 59, der zwei abgeschlossene Kammern aufweist, die durch ein Stellglied, wie z. B. eine Membran, getrennt sind. Die Bewegungen dieses Stellgliedes dienen zur Betätigung elektrischer Kontakte. Die Rohrleitung 60 ist mit der zweiten Druckkammer des Schalters verbunden und führt zur Abstromseite, beispielsweise zu einer mit dem Gehäuseteil 10c verbundenen Rohrleitung. Von den Kontakten des Druckschalters 59 werden Signallampen 61 und 62, z. B. eine rote und eine grüne Lampe, gesteuert, welche durch eine Stromquelle gespeist werden. Wenn das Druckdifferential einen vorgegebenen Wert überschreitet, w leuchtet z. B. die grüne Lampe auf. Bei Abfall des Druckdifferentials unter einen bestimmten Wert erlöscht diese, während gleichzeitig die rote Lampe aufleuchtet. Beim Betrieb des Kolbenschiebers betätigt das Druckdifferential den Schalter 59, so daß die grüne i"> Lampe aufleuchtet, wenn der Durchlaß 17 auf der Abstromseite geöffnet und der Kolben 21 in die in Fig.2 gezeigte Schließstellung verstellt ist. Beim Auftreten eines Leckstroms am Kolben 21 wird das Druckdifferential zwischen dem Druck im abgeschlosse- -to nen Raum 57 und dem Druck auf der Abstromseite des Kolbens verringert, der Schalter 59 umgeschaltet, die grüne Lampe 61 abgeschaltet und die rote Lampe 62 zum Aufleuchten gebracht.

Der neue Kolbenschieber ist für einen großen Bereich von Drücken und Durchsatzmengen geeignet. Die Dichtringe 28 bewirken eine gute Abdichtung gegen die Außenumfangsfläche des Kolbens 21, wobei eine einfache Vorrichtung wie beschrieben zur Leckanzeige dienen kann. Die Dichtringe arbeiten über einen weiten so Bereich von Drücken und Durchsatzmengen einwand frei, vor allem deshalb, weil sie fest eingespannt und ihr« Randabschnitte 31 an einer übermäßigen Verformung zur Achse hin gehindert sind.

Wenn einer der beiden Dichtringe 28 ausgetauscht werden soll, können die Flanschringe 26 durch Löser der Bolzen 42 voneinander getrennt werden, wonacl· sich die Dichtringe und das ringförmige Distanzstück 2i von den Flanschringen 26 abnehmen und austauscher lassen.

Bei dem in Fig.6 und 7 dargestellten zweiter Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 71 aus dre Gehäuseteilen 71a, 716 und 71c Eine Dichtungsbau gruppe 11 ist zwischen den Gehäuseteilen 71a und 71i und eine zweite Dichtungsbaugruppe 11 zwischen der Gehäuseteilen 71 b und 71c angeordnet. Beide Dich tungsbaugruppen haben den gleichen anhand F i g. 1 — < beschriebenen Aufbau. Statt eines einzigen Kolbens 2 sind jedoch hier zwei zylindrische Kolbenabschnitte T. und 73 vorgesehen, die mit den Enden eines hohlei Rohrs 74 verschweißt sind. Der Kolbenabschnitt 72 is mit einer Endplatte 76 versehen, die ihrerseits mit den einen Ende der Stellstange 77 verbunden ist. In de Endplatte 76 befinden sich Druckausgleichsöffnungei 78. Der Abstand zwischen den Kolbenabschnitten T. und 73 ist so bemessen, daß diese in der in F i g. \ dargestellten Schließstellung sich innerhalb eine Dichtungsbaugruppe 11 befinden. In der in Fig.( dargestellten Öffnungsstellung sind beide Kolbenab schnitte 72 und 73 aus den Dichtungsbaugruppen 1: herausgezogen.

Eine Verdrehung der Kolbenabschnitte wird durcl mit der Stellstange 77 verbundene Arme 79 verhindert die an ihren äußeren genuteten Enden an feststehendei Rippen 81 geführt sind.

Das Schiebergehäuse der Ausführungsform nacl F i g. 6 und 7 weist einen Anschlußstutzen 82 an eine Seitenwand des Gihäuseteils 7\b und einen Anschluß stutzen 83 an dem Ende des Gehäuseteils 71cauf.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach der F i g. 6 und 7 ist hinsichtlich des Dichtungseingriff: dieselbe wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1-4. Jedoch wirken in der Schließstellung dei beiden Kolbenabschnitte 72 und 73 innerhalb dei Dichtungsbaugruppen 11 gleiche Strömungsmittel druckkräfte auf die Kolbenabschnitte ein. Daher is dieser Kolbenschieber bei jedem Druck besonder! leicht verstellbar, so daß nur ein Stellantrieb relath kleiner Leistung benötigt wird

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenschieber mit zwei zwischen Flanschflächen eingespannten, durch ein ringförmiges Distanzstück voneinander getrennten, ringförmigen Dichtungen mit abgewinkelter Querschnittsform, deren ringförmiger elastischer Randabschnitt mit einer vom freien Ende des Randabschnitts in axialem Abstand vorgesehenen abdichtenden Ringfläche bei bestimmten Stellungen des Kolbens an einer zylindrischen Dichtungsfläche anliegt und bei anderen, den Durchfluß freigebenden Kolbenstellungen, bei denen die Ringfläche nicht von der Dichtungsfläche abgestützt ist, gegen zu große radiale Verformung durch eine Rückhaltevorrichtung gesichert ist, die das freie Ende des Randabschnitts jeder der beiden Dichtungen umgreift, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtungen (28) zusammen mit dem Distanzstück (27) zwischen Abschnitten (10a, i0b)des Schiebergehäuses (10) eingebaut sind, daß der Innendurchmesser der Rückhaltevorrichtung (44) jeder Dichtung größer ist als der Außendurchmesser des Kolbens i21) und daß der Kolben (21) so in die ringförmige η öffnung der Dichtungen (28) einführbar ist, daß er bei denjenigen Kolbenstellungen, bei denen die Abdichtung erfolgt, mit seiner Außenfläche an den Ringflächen (36) der Dichtungen anliegt

2. Kolbenschieber nach Anspruch 1, dadurch ω gekennzeichnet, daß die beiden Dichtungsringe (28) zusammen mit ihrem Distanzstück (27) zwischen Flanschen (26) an den Enden der Gehäuseabschnitte (10a, \Qb) festgeklemmt und so angeordnet sind, daß die freien Enden der Randabschnitte voneinander weg weisen.

3. Kolbenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dichtungsbaugruppen (11), die je zwei durch ein Distanzstück voneinander getrennte Dichtungsringe (28) aufweisen, an verschiedenen Unterteilungsfugen des Kolbenschiebergehäuses (71) angeordnet und zwei mit ihnen zusammenwirkende, miteinander durch ein Rohr (74) verbundene Kolben (72, 73) vorgesehen sind.