DE2740010A1

DE2740010A1 - Dichtkoerper fuer dynamische dichtungen

Info

Publication number: DE2740010A1
Application number: DE19772740010
Authority: DE
Inventors: Ruediger Ing Grad Pipp
Original assignee: WODERICH HORST W
Current assignee: WODERICH HORST W
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1979-03-08

Description

Glawe, Delfs, Moll & P&rtner - ρ C>5'.9/77 - Seite k Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Dichtkörper für dynamische Dichtungen, insbesondere Ventiltellerdichtungen, der einen Dichtteil aus Dichtmaterial enthält.

Bei dynamischen Dichtungen werden grundsätzlich andere Anforderungen als bei statischen Dichtungen gestellt· Bei einer statischen Dichtung wird, falls ein besonderer Dichtkörper erforderlich ist, dieser fest zwischen die beiden Bauteile eingespannt, zwischen denen eine dichtende Verbindung hergestellt werden soll. Der Dichtkörper bleibt dabei unter Betriebsbedingungen immer eingespannt. Die Verbindung wird nur dann gelöst, wenn die Bauteile voneinander getrennt werden sollen oder wenn der Dichtkörper ausgewechselt werden muß.

Bei einer dynamischen Dichtung wird die dichtende Verbindung der Bauteile beim Betrieb jedoch häufig gelöst. Beispiele für solche dynamischen Dichtungen lassen sich bei allen Arten von Ventilen, Hähnen und anderen Absperrorganen für Flüssigkeiten und Gase finden. An Dichtkörper für solche dynamischen Dichtungen werden nicht nur ähnliche Anforderungen wie an statische Dichtungen gestellt, nämlich die Forderung einer guten Abdichtung im Falle des geschlossenen Abaperrorgans. Vielmehr muß der Dichtkörper auch der unter Umständen sehr häufig wechselnden Belastung durch häufiges Schließen und Öffnen des Absperrorgans standhalten.

Für dynamische Dichtungen, bei denen der Dichtkörper in starkem Maße beansprucht wird, müssen natürlich entsprechend widerstandsfähige Dichtkörper vorgesehen sein. Bei Dampfventilen werden z.B. überwiegend Hartkohleringe als Dichtringe an den Ventiltellern benutzt, die mit entsprechenden Ringerhöhungen am Ventilsitz zusammenwirken. Hartkohleringe können jedoch nicht nachgeben, so daß das Ventil undicht wird, wenn sich am Kohlering oder an der Gegendichtfläche Ablagerungen einstellen. Sie sind auch empfindlich gegenüber Temperaturwechsel.

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Es sind bei Dampfventilen auch schon Teflonringe statt der Hartkohleringe verwendet worden, die in einem sich an drei Seiten abstützendem Käfig gehalten sind. Teflon fließt Jedoch unter Druck. Geschlossene Ventile werden daher nach einiger Zeit undicht und lassen Dampf durch.

Gummidichtungen und unter Verwendung von Gummi aufgebaute Dichtungen sind für Dampfventile nicht verwend-bar, weil Gummi nicht in dem erforderlichen Temperaturbereich beständig ist. Die gleichen Probleme treten bei Fluor-Kautschuk auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dichtkörper für dynamische Dichtungen zu schaffen, der auch unter hoher Beanspruchung zuverlässig arbeitet und bei dem die genannten Nachteile vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Dichtteil im wesentlichen aus Asbest besteht.

Asbest hat einerseits die notwendige Temperaturbeständigkeit, so daß es sowohl bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen verwendet werden kann. Andrerseits besitzt es im Gegensatz zu Hartkohle eine gewisse Nachgiebigkeit, so daß auch bei Ablagerungen am Dichtkörper oder der Gegendichtfläche noch eine wirksame Abdichtung erhalten wird. Asbest hat auch nicht den Nachteil, unter Druck zu fließen, so daß auch bei länger geschlossenem Ventil die Abdichtwirkung nicht nachläßt.

Damit der Dicht teil durch die Beanspruchung nicht so leicht zerfasern kann, kann er ein Bindemittel enthalten. Vorteilhafterweise enthält der Dichtteil Elastomere als Bindemittel, da in diesem Falle die Elastizität des Dicht teils durch das Bindemittel nicht in unerwünschtem Maße herabgesetzt wird. Der Dichtteil kann vorteilhafterweise Füllstoffe, insbesondere

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anorganische Füllstoffe, enthalten. Durch solche Füllstoffe können die Eigenschaften des Materials weiter verbessert werden. Das Material könnte z.B. Graphit enthalten, wobei das Asbestgewebe entweder mit Graphit imprägniert ist oder Graphitfasern enthält, die z.B. in Wirrfaseranordnung im Asbest enthalten sein könnten.

Vorzugsweise enthält der Dichtteil It-Material, z.B. nach DIN

Blatt 1 und 2. Dieses Material hat besonders günstige Dichteigenschaften. Es ist zwar bekannt, It-Material für statische Dichtungen zu verwenden. Es wurde bisher jedoch allgemein angenommen, daß dieses Material nur für statische Dichtungen verwendet werden kann, da es beim Einbau deformiert wird. So ist z.B. im Normblatt DIN 375^, Blatt 2, ausdrücklich erwähnt, daß der Wiedereinbau ausgebauter Dichtungen sich nicht empfiehlt. Bei hoher Beanspruchung der Dichtung sei er grundsätzlich zu vermeiden.

Es tritt jedoch bei It-Material die überraschende und nicht vorhersehbare Wirkung auf, daß das Material auch für dynamische Dichtungen verwendet werden kann. Das Material vermag überraschenderweise den wechselnden Belastungen häufigen Schließens und Lösens sehr gut zu widerstehen.

Damit der Dichtteil besonders widerstandsfähig wird und mögliche Ungleichmäßigkeiten des Materials besser ausgeglichen werden können, ist der Dichtteil vorteilhafterweise mehrschichtig ausgebildet. Jede dieser Schichten kann z.B. aus entsprechend dünnem Plattenmaterial gestanzt sein. Die Faserrtchtungen der einzelnen Schichten werden normalerweise gekreuzt angeordnet sein, um eine größere Stabilität des Dichtteils zu erhalten.

Normalerweise werden die Schichten miteinander verbunden sein. Eine besonders einfache Verbindung kann dadurch erreicht werden,

+) oder nach DIN 36075 _

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daß die Schichten miteinander verklebt sind. Damit eine Dichtung auch bei hohen Temperaturen möglich ist, z.B. bei Dampfventilen, sollte die Verklebung temperaturbeständig sein. Es könnten jedoch auch Elastomere zur Verklebung der Schichten vorgesehen sein, venn der Dichtteil für Tieftemperaturanwendungen vorgesehen ist.

Bei zu geringer oder zu großer Härte des Dichtmaterials kann eine zuverlässigere Dichtung über längere Zeiträume nicht erhalten verden. Erfindungsgemäß sollte die Härte im Bereich von Shore A 35 - 95 liegen. Ein besonders günstiger Bereich für die Härte ist der Bereich Shore A 65 - 95.

Damit der Dichtteil nicht mit den angrenzenden Flächen des Ventils verklebt, sollte er wenigstens teilweise mit einem Gleitmittel beschichtet sein. Mögliche Gleitmittel sind z.B. Graphit oder Molybdändisulfid. Diese Beschichtung wird natürlich in erster Linie an der Fläche des Dichtteils vorgesehen sein, die mit der Gegendichtfläche zusammenwirkt. Das Gleitmittel kann jedoch auch als Füllstoff des Dichtmaterials im Dichtteil enthalten sein, das Material kann z.B. Graphit, PTFE-Pulver oder Molybdändisulfid enthalten.

Bei einer Dichtung eines Ventils, das für extreme Temperaturen verwendet wird, können sehr große Temperaturdifferenzen auftreten. Dadurch entstehen sehr große Temperaturgradienten im Dichtteil, der dadurch sehr stark beansprucht wird. Diese Temperaturgradienten können dadurch vermindert werden, daß der Dichtteil wenigstens teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die ein inertes Metall hoher Wärmeleitfähigkeit und ein Bindemittel enthält. Durch den Temperaturausgleich wird die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Dichtteils vorteilhaft beeinflußt. Das Metall sollte inert sein, damit es mit dem durch das Ventil zu steuernden Medium nicht chemisch reagiert.

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Ale Metall können z.B. Zink, Kupfer oder Nickel verwendet werden.

Bei zu geringem Metallanteil der Beschichtung wird die Wärmeleitung sehr klein; bei zu großem Metallanteil besteht die Gefahr, daß sich das Metall löst. Die Beschichtung sollte daher aus kO - 95 Gew.-^ Metall, insbesondere 6O - 90 Gew.-% Metall bestehen, während die restlichen Schichtbestandteile wärmebeständige Kunstharze sind. Als besonders günstig hat sich eine Beschichtung herausgestellt, die zu ca. aus 80% Zink und 20% Epoxidharz besteht. Eine solche Beschichtung kann z. B. auf den Dichtteil aufgemalt oder aufgespritzt werden. Es wäre jedoch auch denkbar, eine Metallschicht auf den Bindemittel enthaltenden Dichtteil aufzudampfen, wobei sich das aufgedampfte Metall mit dem Bindemittel verbindet.

Vorteilhafterweise ist die Beschichtung in erster Linie an den Seitenflächen des Dichtteils angebracht, da hier erfahrungsgemäß der Temperaturgradient besonders hoch ist. Es besteht in diesem Falle weiterhin der Vorteil, wenn der Dichtteil aus Schichten aufgebaut ist, daß ein Auswaschen der Verklebung der einzelnen Schichten, die im wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen stehen, durch die Beschichtung vermieden wird. Unter Seitenflächen sind in diesem Falle die Flächen zu verstehen, die im wesentlichen senkrecht zu der Hauptdichtfläche des Dichtteils stehen. Es könnte in Spezialfällen, z.B. bei Dichtungen mit konusförmigen Seitenwänden, jedoch der Fall eintreten, daß diese Seitenflächen ebenfalls eine gewisse Dichtfunktion ausüben.

Die Schichtdecke wird sich nach der Verwendung richten. So wird bei einer einschichtigen Dichtung, die lediglich bei kleinen Temperaturdifferenzen eingesetzt werden soll, eine verhältnismäßig dünne Schicht ausreichen, während bei mehrschichtigen Dichtungen, die hohen Temperatürdifferenzen ausgesetzt sind, eine dickere Beschichtung vorgesehen sein wird.

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Eine günstige Scliichtdecke liegt zwischen 0,05 ram und 0,3 mm. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Schichtdecke zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.

Die Gesamtdicke des Dichtteils sollte mindestens 1 bis 8 mm betragen, da sonst mögliche Unebenheiten in der Gegend!chtfläche oder Ablagerungen an derselben durch entsprechende Verformung des Dichtteils nicht mehr ausgeglichen werden können, s° daß keine zuverlässige Dichtung erhalten wird. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Gesamtdicke zwischen 3 und 5 mm erwiesen.

In vielen Fällen wird es ausreichen, daß der Dichtteil oberflächlich am Ventilteller oder der Gegendichtfläche des Tellerventils oder an den entsprechenden Dichtflächen eines anderen Ventils angebracht wird. Der Dichtteil könnte z.B. scheibenförmig oder ringförmig sein. Damit der Dichtteil bei großen Drucken nicht seitlich herausgedrückt werden kann, wird der Dichtteil vorteilhafterweise in einem zur Gegendichtfläche offenen Käfig angeordnet.

Der Dichtteil kann z.B. in einem Käfig am Ventilteller angeordnet sein, wobei durch eine Mutter oder eine mit einer' Schraube verbundene Platte der Dichtring und der Käfig gegen den Ventilteller gedrückt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der ^ichtteil und der Käfig ringförmig sind und der in dem Käfig eingesetzte Dichtring um einen solchen Betrag höher als die innere Käfigsei tenwand ist, daß der Dichtring beim Befestigen mit einer Mutter oder ähnlichen Mitteln so zusammendrückbar ist, daß seine äußere Oberfläche im Bereich der Mutter mit derselben dichtend zusammenwirkt und dort gleiche Höhe wie die Käfigseitevand hat. Der Dichtring ragt also zunächst über die Käfigseitenwand hinaus. Wird die flutter j anschließend festgezogen, so wird der Dichtring zusammengedrückt. Wenn der Dichtring soweit zusammengedrückt ist, daß er die Höhe der Käfigseiteηwand hat und daß die Mutter die Käfigseitenwand gleichzeitig mit dem Dichtring berührt, ist eine ausreichende Dichtung zwischen Dichtring und Mutter τ erreicht. Es wird jedoch nicht nur der

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Dichtring, sondern auch der Käfig durch die Mutter festge- ' halten.

Normalerweise wird die Gegendichtflache eine ringförmige Erhöhung haben, die in den Käfig bis zur Berührung mit dem Dichtteil hineinreichen könnte. Damit nach Abnutzung öder Abschleifen dieser Gegendichtflache z.B. durch häufige Reinigung noch eine zuverlässige Dichtung erhalten wird, ist vorteilhafterweise die mit der Gegendichtflache zusammenwirkende Fläche des Dicht teils höher als die benachbarte Käfigseitenwand. Der Dichtteil ragt also über die Käfigseitenwand hinaus und kann auch, wenn&ie Gegendichtflache eben ist, dichtend mit dieser zusammenwirken. Um eine besonders zuverlässige Dichtung im Falle der ebenen Gegendichtfläche zu erreichen, sollte die Fläche mindestens 1 mm, vorzugsweise aber mindestens 2,5 mm höher als die benachbarte Käfigseitenwand sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtkörpers in Form eines Dichtringe,

Fig. eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Ansicht ein Dichtring 1 mit einer parallel zur Durchmesserebene angeordneten Dichtfläche 2 gezeigt. Der Dichtring besteht aus mehreren miteinander verklebten Schichten 3 eines Asbest enthaltenen Materials, z.B. It-Material. Diese Schichten 3 sind parallel zur Dichtfläche 2 angeordnet. Der Ring kann noch mit in der Figur nicht gezeigten Beschichtungen versehen sein. Eine Beschichtung mit einem Antihaftmittel wäre vorteilhafterweise im Bereich der Dichtfläche 2 vorgesehen, damit der Dichtring an der Gegendicht-

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-JlK-

flathe nicht festhaftet. Im Bereich der zu der Dichtfläche 2 senkrechten äußeren Seitenfläche k und inneren Seitenfläche 5 kann der Dichtring 1 mit einem Kaltverzinkungsmittel beschichtet sein, das aus 80$ Zink und 2o$ Epoxidharz besteht. Dadurch wird nicht nur eine wärmeleitende Schicht erhalten, durch die Temperaturunterschiede im Dichtring ausgeglichen werden. Es wird auch die Gefahr vermieden, daß der Klebstoff zwischen den Schichten 3 durch das strömende Medium ausgewaschen wird. Bei Dampfventilen ist ein Schutz gegen Auswaschen wesentlich, da beträchtliche Turbulenzkräfte auftreten.

In Fig. 2 ist schematisch im Querschnitt die Teilansicht eines Ventils 6 gezeigt, bei dem der Dichtring 1 in einem Käfig 7 angeordnet ist, der am Ventilteller 8 anliegt. Dichtrine; 1 und Käfig 7 werden durch eine Mutter 9 die auf einen am Ventilteller angeordneten, mit Gewinde vers ehenem Zapfen geschraubt ist,gegen den Ventilteller 8 gedrückt. Der Dichtring 1 steht dabei im unbelasteten Zustand soweit über den inneren Käfigrand 10 hinaus, daß er beim Festziehen der Mutter sowei t kompromiert wird, daß in dem Moment, wo die Mutter 9 den inneren Käfigrand 10 berührt, eine ausreichende Abdichtung zwischen Dichtring 1 und Mutter ? geschaffen ist.

In der in Figur 2 gezeigten AusfUhrungsform besitzt die Gegendichtfläche 11, mit der der Dichtring 1 dichtend zusammenwirken soll, eine ringförmige Erhöhung 12. Diese ringförmige Erhöhung wird bei geschlossenem Ventil teilweise in den Käfig hineinragen, wenn der Dichtring 1 keine ausreichende Dicke besitzt. Eine ausreichende Dichtwirkung wird trotzdem im allgemeinen erreicht werden. Nimmt die Höhe der ringförmigen Erhöhung 12 jedoch mit der Zeit ab, z.B. durch Abnutzung oder durch häufiges Schleifen der Gegendichtfläche 11, oder verschwindet diese ringförmige Erhöhung ganz, so dichtet das Ventil nicht mehr, da der äußere Rand 13 ctos Käfigs 7 im geschlossenen Zustand des Ventile auf ι "der Gegendichtfläche 11 aufliegen würde. Damit dieser Nachteil vermieden wird,

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steht der Dichtring 1 einige Millimeter über den äußeren Rand 13 des Käfigs 7 hervor.

Der erfindungsgeraäße Dichtkörper kann in einem weiten Bereich von Temperaturen und Drucken verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß die Dichtung bis über 500 C temperaturbeständig ist. Sie ist damit allgemein für Heißdampf und Heißwasser verwendbar; die Temperatur von Wasserdampf überschreitet selten einen Bereich von 180 - 35O°C. Versuche haben gezeigt, daß der erfindungsgemäße Dichtkörper einen Druck von 6k bar aushält. Diese Zahlenangaben sind jedoch keine Höchstgrenzen für Temperaturen oder Drucke, bei denen der Dichtkörper verwendet werden kann. Obwohl bei der Anwendung des Dichtkörpers der Erfindung in erster Linie an Vasser oder Wasserdampf gedacht ist, dessen Temperatur im flüssigen oder dampfförmigen Zustand nicht viel niedriger als 0 C sein kann, arbeitet die Dichtung auch bei wesentlich tieferen Temperaturen als derjenigen des Gefrierpunkts von Wasser. Die Dichtung ist auch beständig gegen Säuren und Basen mit pH-Werten zwischen 2 und 13.

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Claims

Patent ansprüche

(1,Dichtkörper für dynamische Dichtungen, insbesondere Ventiltellerdichtungen, der einen Dichtteil aue Dichtmatmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (i) im wesentlichen aus Asbest bestellt.
2. Dichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (1) bindemittel enthält.
3. Dichtkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (i) Elastomere als Bindemittel enthält.
h. Dichtkörper nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (i) Füllstoffe, insbesondere anorganische Füllstoffe enthält.
5· Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (i) It-Material enthält.

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BANK: DRESDNER BANK. HAMBURG, 4 030 448 (BLZ 200 800 00) - POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 ■ TELEGRAMM: SPECHTZIES

ORIGINAL INSPECTED

Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ S3V /77 - Seite 2
6. Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (i) mehrschichtig ist.
7. Dichtkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (3) miteinander verklebt sind.
8. Dichtkörper nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklebung temperaturbeständig ist.
9. Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des Materials des Dichtteils (1) im Bereich Shore A 35 - 95» insbesondere Shore A 65 - 95 liegt.
10. Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (1) wenigstens teilweise mit einem Gleitmittel beschichtet ist.
11. Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (1) wenigstens teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die ein inertes Metall hoher Wärmeleitfähigkeit uiJ ein Bindemittel enthält.
12. Dichtkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Zink, Kupfer oder Nickel ist.
13· Dichtkörper nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus kO - 95 Gewichtsprozenten Metall, insbesondere aus 6O - 90 Gewichtsprozenten Metall besteht, während die restlichen Schichtbestandteile wärmebeständige Kunstharze sind.
14. Dichtkörperjiiach einem der Ansprüche 11 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in erster Linie an den Seitenflächen (4, 5) des Dichtteils (1) angebracht sind.

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Glave, Delfs, Moll & Partner - ρ «5 ι?/77 - Seite 3
15· Diclitkörper nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 0,2 nun beträgt.
16. Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis I5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke des Dichtteils (1) mindestens 1 bis ο mm, insbesondere 3 bis 5 mm beträgt.
17. Dichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil (1) in einem zur Gegendichtfläche (11) offenen Käfig (7) angeordnet ist.
18. Dichtkörper nach Anspruch I7» dadurch gekennzeichnet, daß .Dichtteil (1) und Käfig (7) ringförmig sind und daß der in den Käfig (7) eingesetzte Dichtiing (i) um einen solchen Detrag höher als die innere Käfigseitenwand (10) ist, daß der Dichtring (1) beim Befestigen mit einer Mutter (9) oder ähnlichen Mitteln so zusammendrückbar ist, daß seine äußere Oberfläche im Bereich der Mtitgfe_r (9) mit derselben dichtend zusammenwirkt und dort gleiche Höhe wie die Käfigseitenwand (1O) hat.
19. Dichtkörper nach Anspruch I7 oder 18, dadurch gekennzeich net, daß die mit der Gegendichtflache (11) zusammenwirkende Fläche des Dichtteils (i) höher als die benachbarte Käfigseitenwand (13) ist.
20. Dichtkörper nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 2,5 mm höher als die benachbarte Käfigseitenwand (13) ist.

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