DE2811035A1

DE2811035A1 - Hochtemperaturbereich-ventildichtung

Info

Publication number: DE2811035A1
Application number: DE19782811035
Authority: DE
Inventors: Jun Harry Chester Champlin; Carl Francis Livorsi; Kenneth Charles Simmons; Jun Joseph Albert Wucik
Original assignee: Posi Seal International Inc
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1977-03-15
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1978-10-05
Also published as: AU518072B2; MX146872A; GB1571875A; FR2384182B1; GT197852325A; FR2384182A1; AU3427478A; ES467893A1; CA1080684A; DE2811035C2; JPS6228349B2; JPS53130525A; BR7801580A

Description

Hochtemperaturbereich-Ventildichtung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung, insbesondere Dichtungsringe, die als Sitzringe in einem Ventil verwendbar ist.

Die US-PS 3 642 248 offenbart eine Ventildichtungseinrichtung in Form eines abgestuften Verschleißringes, der in einer unterschnittenen Umfangsnut gehalten ist. Der Verschleißring besitzteine kontinuierliche Mittelrippe, die sich durch die Öffnung in der Nut radial über den Schulterteil hinaus erstreckt, wobei die Umfangsflache der Rippe als Sitzfläche dient, die an eine ergänzende Dichtfläche eines Ventilgliedes anliegt.

Der Ver.schleißring gemäß der US-PS ist vorzugsweise mit einem elastomeren O-Gegenring kombiniert, der zwischen dem Nutengrund und dem Schulterteil des Verschleißringes angeordnet ist. Der Gegenring dient der Doppelfunktion des Herausdrückens des Verschleißringes aus der Nut in enge Anlage gegen die Dichtungsfläche und der Abdichtung gegen Leckage des unter Druck stehenden Fluids hinter dem Verschleißring.

Drosselklappenventile, der in der US-PS 3 642 248 beschriebenen allgemeinen Art werden besonders in Systemen eingesetzt, die Fluide bei hohem Druck und hoher Temperatur oder brennbare Fluide führen, bei denen erhebliche Feuergefahr besteht und entsprechend hohe Temperaturen auftreten können. Das Patent empfiehlt bei solchen An- . Wendungen, daß der Verschleißring aus vollständig verfestigtem rostfreiem Stahl hergestellt wird und zwei

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'■_'. /nach außen gespreizte Seitenflansche aufweist, die

.jeweils von einer Seite des abgestuften Teiles in im ; /wesentlichen radialer Richtung entgegengesetzt zur

- Mitte-lrippe ausgehen (Spalte 1o, Zeile 3o bis Spalte 11, V5 V ■■'-; Zeile 32K - ^:

Die Spreizung der Seitenflansche soll eine vorgespannte -.- -: seitliche Abdichtkraft gegen die Seitenwände der Nut Λ ausüben. Der Innenumfang der Sitzfläche des Verschleißringes soll eine vorgespannte radiale Abdichtkraft . zwischen der Sitzfläche des Verschleißringes und der .." . ^: ""■"-.■ ".-Dichtfläche des Ventilgliedes hervorrufen. Durch diese '.""'.; seitliche und radiale Vorspannung des Verschleißringes aus rostfreiem Stahl wird sowohl an der Grenze zwischen Sitzfläche-Dichtflache als auch an den Berührungslinien zwischen den Seitenflanschen und den Nutwänden eine wirksame Abdichtung selbst dann erzielt, wenn übermäßige Temperaturen den elästomeren Gegenring beschädigen oder . .-. ■ zerstören sollten. -

Obwohl der Verschleißring aus rostfreiem Stahl eine wirksame "feuersichere" Dichtung hervorruft, ergibt sich

durch die Hartmetall-auf-Metall-Berührung eine höhere ; Leckrate als diejenige, die mit Verschleißringen aus verschiedenen Kunststoffmaterialien festgestellt wurde.-

Die-US-PS 3 986 699 beschreibt ebenfalls eine "feuer-'Sichere" Dichtung mit einem nichtmetallischen Dichtungs- ; ring gemäß der vorerwähnten US-PS, der in eine unterschnittene Nut anderer Form eingesetzt ist. Die auslaß-

seitige Lippe der Nut der Anordnung nach der US-PS , / 3 986 699 hatdie Form einer ringförmigen dünnwandigen Schürze, deren Innenumfang eine anliegende Dichtfläche des Ventilgliedes vorgespannt abdichtend berührt.

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Auf diese Weise schafft die Anordnung nach der US-PS 3 986 699 einen Weichsitzring zur besseren Abdichtung unter gewöhnlichen Temperaturbedingungen. Der Weichsitzring wurde dann unterstützt von einer Hartmetall— auf-Metalldichtung zwischen der schürzenartigen Lippe und der Dichtfläche des Ventilgliedes.

Obwohl diese letztgenannte "feuersichere" Dichtung für den angestrebten Zweck wirksam ist, hat sie mehrere praktische Nachteile. Vor allem kann sie nur für Anlagen verwendet werden, in denen der Druck immer aus der gleichen Richtung kommt, da die abgestützte Schürzendichtung sich auf der Abströmseite des weichen nichtmetallischen Dichtungsringes befinden muß.

Zweitens bildet die offenbarte Dichtlippe eine Seite der Nut in einem Sitzbereich eines Ventils, z.B. eines Drosselklappen-Zapfenventils. Die Abmessungstoleranzen der Lippe sind viel enger als für den Rest der Nutenelemente erforderlich und die Konzentrizität der Lippe zu dem Ventilglied ist wichtig. Deshalb müssen mehr Sorgfalt und Kosten bei der Bearbeitung und Montage von Ventilen mit dieser Art von Doppeldichtungen aufgewendet werden als üblich.

Zunehmend strenge Umweltschutzmaßnahmen, die insbesondere für Petroleumbohr- und Verarbeitungsanlagen angewendet werden, machen Ventile erforderlich, die sehr hohen Temperaturen standhalten können, die z.B. bei Feuer auftreten können und die nach einem solchen Feuer weiter sehr hohe Abdichteffektivität aufweisen. Die Doppelausbildung der Weichdichtung und der Hartmetall-Gegendichtung sind nicht in der Lage gewesen, solchen strengen Erfordernissen zu genügen, wenn sie in ein Platten-Zapfenventil

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eingebaut sind. Es hat sich in der Industrie gezeigt, daß nur Kugelventile den geforderten "feuersicheren" - Betrieb durchzuführen vermögen.

Beispielsweise hat die Oil Companies Materials Association ■ / (OCMA) PrüfVorschriften (OCMA Vorschrift Nr. FSV-1:

Brandprobe für Weichsitz-Kugelventile) für ein Kugelventil mit einem Weichsitz, d.h. einem nichtmetallischen Kunststoff oder Weichmetallsitz für einen hohen Grad an Dichtwirksamkeit unter Normalbedingungen herausgegeben. Nach Einwirkung von Prüftemperaturen, die den Weichsitz vollständig zerstören, darf das Ventil anschließend bei vollem Auslegungsdruck eine Leckrate von nicht mehr als 1 ο mm/Min pro 25,4 Millimeter des Ventildurchmessers haben. In keinem Fall soll nach Zerstörung der Weichdichtung die Leckrate größer als 1oo mm/Min sein.

"'".- Eine andere bekannte Bestimmung der Ölindustrie von

ähnlicher Strenge ist EXXON BP 3-14-1. Bis heute ist : kein Standardkugelventil in der Lage gewesen, eine dieser Bestimmungen zu erfüllen und Platten-Zapfenventile haben sogar schlechter gearbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Dichtungsringes zur Verwendung als Sitzring für Ventile im erweiterten Temperaturbereicheinsatz.

Außerdem soll ein Metalldichtungsring kontruiert werden, der für "feuersichere" Aufgaben geeignet ist und unter normalen Betriebsbedingungen verbesserte Abdichtcharakteristika aufweist. Der Hochtemperaturbereich-Dichtungsring soll für den Einbau in übliche Ventile geeignet sein, die bereits im Feldeinsatz installiert sind. Außerdem

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- 1ο -

geht es wesentlich darum, einen Weichsitz-Dichtungsring so auszubilden, daß er für Drosselklappen-Zapfenventile geeignet ist, die die Erfordernisse der OCMA.-Vorsch.rift Nr. FSV-1 und EXXON BP 3-14-1 für feuersicheren Betrieb erfüllen oder übertreffen.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben werden von dem verbesserten Dichtungsring gemäß der Erfindung gelöst. Dieser Ring hat einen Hartmetallkorper,an dem ein zylindrischer Schulterteil vorgesehen ist, der von einer umfangsmäßigen Frontfläche, einer gegenüberliegenden umfangsmäßigen Rückflache und zwei Enden gebildet wird. Zwei Umfangsflansche gehen von der Rückflache des Schulterteiles an jedem Ende aus, wobei jeder Flansch eine Umfangskante aufweist, die von der Rückflache des Schulterteiles radialen Abstand hat. Eine ümfangsrippe erstreckt sich von der Frontfläche des Schulterteiles zwischen den Enden und endet in einer Umfangs-Sitzfläche. Die Breite der Rippe ist kleiner als der Abstand zwischen den Enden des Schulterteiles.

Der Dichtungsring ist zur Einpassung in.eine unterschnittene ümfangsnut in einem Sitzbereich eines Ventils geeignet, wobei eine solche Nut mit im wesentlichen parallelen Seiten ausgestattet ist, deren Abstand größer als der Abstand zwischen den Enden des Schulterteiles des Ringes ist und eine Öffnung aufweist, die schmaler als der Abstand zwischen den Seiten einer solchen Nut ist. Die Rippe des Dichtungsringes ragt durch die Nutöffnung hindurch, damit die Rippensitzfläche mit einer ergänzenden Dichtfläche eines solchen Ventils gleitend zusammengreifen

3ο kann.

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Die erfindungsgemäße Verbessung ist dadurch gekenn-.: zeichnet, daß in der Sitzfläche der Rippe eine Umfangsnut ausgebildet ist, deren Öffnung schmaler als die Breite eines Innenteiles der Nut ist, und daß ein Sitzring vorgesehen ist, dessen Material weicher als das Hart- : metall des Dichtungsringes ist und der im Paßsitz gegen

die Seiten und den Grund der Nut in der Rippe anliegt . und durch die Öffnung der Nut in der Rippe über die

Sitzfläche der Rippe hinausragt, um eine erste Ventil-To sitzfläche /zu bilden, wobei die erste Ventilsitzfläche des Sitzringes den einzigen Dichtungszusammengriff mit -. einer solchen ergänzenden Ventilabdichtfläche bildet, bis die Temperatur innerhalb des Ventils die Zerstörungstemperatur des Sitzringmaterials übersteigt.

/Der Dichtungsring besteht vorzugsweise aus gehärtetem rostfreien Stahl, .während der in die Rippennut eingesetzte weiche Dichtungsring vorzugsweise aus einem elastischen nichtmetallischen Werkstoff, z.B. Polytetrafluoräthylen hergestellt ist. Für manche Anwendungszwecke kann der Sitzring jedoch aus einem Weichmetall, z.B. Blei oder ^er bestehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat . die.Rippehnut des Dichtungsringes einen Schwalbenschwanz-

querschnitt und der Sitzring hat einen ergänzenden massiven Trapezquerschnitt. Eine andere Ausführungsform des Sitzringes hat V-förmigen Querschnitt, wodurch sich der Sitzring durch Zusammendrücken der Schenkel des V-Querschnitts in die Schwalbensehwanznut einsetzen läßt. Bei .einer dritten bevorzugten Ausführungsform haben die Rippennut Und der Sitzring T-förmigen Querschnitt. Diese Aus-■ ": ■ führungsform vermittelt einen gesteigerten Widerstand

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gegen das Ausblasen des Sitzringes aus der Nut, wenn das Ventil unter sehr hohen Druckbedingungen geöffnet wird.

Um einen Sitzring mit massivem Querschnitt verwenden zu können, wird ein Verfahren zur Herstellung des Dichtungsringes vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in der Fläche einer Rippe eines abgestuften Metalldichtungsringes eine Nut ausbildet, die breiter als erforderlich ist, so daß die verbleibenden Teile der Rippe zwei Seitenwände der Nut darstellen und wenigstens eine der. Seitenwände in bezug auf die Öffnung der Nut unterschneidet, daß man in die Nut einen verhältnismäßig weichen Sitzring einfügt, dessen eine Seitenwand der einen Seitenwand der Nut angepaßt ist, dessen Rückfläche dem Boden der Nut" angepaßt ist und dessen Frontfläche schmaler als die Nutöffnung ist, und daß man die andere Seitenwand der Nut zur engpassenden Anlage gegen die andere Seitenfläche des Sitzringes plastisch verformt, damit eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Sitzring und den Seitenwänden der Nut entsteht.

Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden anhand in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht eines üblichen Drosselklappenventils zur Aufnahme der verbesserten Dichtanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Dichtungsringes in Kombination mit einem üblichen Gegenring in dem Ventil nach Fig. 1 bei geöffneter Ventilplatte,

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Fig. 3 eine teilgeschnittene Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch bei geschlossener Ventilplatte,

Fig. 4 eine teilgeschnittene Ansicht ähnl'ich Fig. 3 zur Veranschaulichtung des Dichtringes nach Zerstörung der weichen Sitzringeinlage und des Gegenringes,

Fig.. 5 eine geschnittene schaubildliche Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Dichtungsringes in einem Zwischenstadium der Montage,

Fig. 5A eine geschnittene schaubildliche Teilansicht ähnlich Fig. 5 zur Darstellung der fertigen Dichtungsringanordnung,

Fig. 6 eine geschnittene schaubildliche Teilansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des Dichtungsringes in einem Zwischenstadium der Montage,

Fig. 6A eine geschnittene schaubildliche Teilansicht ähnlich Fig. 6 zur Darstellung der fertigen Dichtungsringanordnung und

Fig. 7 einen Teilquerschnitt der abgewandelten bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 6A in Kombination mit einem üblichen Gegenring in dem Ventil der Fig. 1 bei geschlossener Ventilplatte.

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Zur Unterstützung des Verständnisses der Anordnung und des Funktionsprinzips des verbesserten Dichtungsrings gemäß der Erfindung wird dieser anhand von Ausführungsformen beschrieben, die in ein im übrigen herkömmliches Drosselklappen- oder Zapfenventil eingebaut sind. Fig. 1 zeigt ein solches Ventil in auseinandergebogener schaubildlicher Darstellung.

Das Zapfenventil gemäß Fig. 1 enthält einen Ventilkörper in Form einer flachen Ringplatte mit einem Innendurchlaß 2, der einen Einlaß 3 und einen Auslaß 4 aufweist. Die auslaßseitige Fläche 5 des Ventilkörpers 1 ist mit einer versenkten Ringaussparung 6 zum bündigen Einlassen eines Halteringes 7 mittels Flachkopfschrauben 8 versehen. Der Haltering 7 dient der Halterung eines Dichtungs- oder Verschleißringes 9 und eines Gegenringes 1o innerhalb einer Umfangsnut 11, die in die auslaßseitige Kante des Durchlasses 2 eingearbeitet ist.

EineVentilplatte 12 mit einer umfangsmäßigen Dichtfläche 13 kann in den Durchlaß 2 so eingesetzt werden, daß sie um eine diametrale Achse zwischen einer Öffnungsstellung , in der die Ventilplatte im wesentlichen parallel zur Achse des Durchlasses 2 verläuft,und einer Schließstellung gedreht werden kann, in der die Ventilplatte im wesentlichen senkrecht zur Durchlaßachse verläuft, und die Dichtfläche 13 berührt die Ventilsitzkonstruktion, die den Verschleißring 9 und den Haltering 7 aufweist.

Zur drehbaren Lagerung der Ventilplatte in dem Durchlaß zur Drehung zwischen der Öffnungs- und Schließstellung dient eine Ventilstange 14, die in oberen und unteren Buchsen 15,16 in einer Bohrung 17 drehbar gelagert ist, die diametral durch den Ventilkörper gebohrt ist. Die

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- Ventilstange 1:4 durchquert eine Bohrung 18, die durch ein diametrales Auge 19 auf der einlaßseitigen Fläche der Ventiltplatte gebohrt ist. Die Platte ist mit der Ventilstange¹ durch Stifte 2o verriegelt.

5\ -■; Lecks hinter dem oberen Ende der Ventilstange 14 werden

"■-·..- vermieden durch herkömmliche Ventilstangenpackungen, die :- eine Distanzscheibe- 21 und elastische Packungsringe 22

aufweisen, die in der Bohrung 17 gegen die Oberseite ■ ,-".. der Buchse 15 zusammengepreßt werden, indem eine Stopf- ^: 1o:^; büchse 23 und ein Stopfbüchsdeckel 24 mittels auf Stehbolzen 26 geschraubter Muttern 25 nach unten gedrückt -..-,-.- werden. Die Ventilstange 14 wird in ihren Buchsen mittels

; einer nicht gezeichneten Handhabe oder eines Motoran- : triebes gedreht, die auf den Vierkantkopf 27 der Stange 15:."-. aufgesetzt "sind.

: " Aufbau, Funktion und Herstellungsverfahren des er-

. findungsgemäßen-Dichtungsringes werden anhand der Fign. ."".-.,:"■^;"" 2 bis 7 erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt der zusammengebauten Sitz- --2-Q-".--"- : anordnung des Ventils nach Fig. 1 mit einer Ausführungs-

. form, eines erfindungsgemäßen Dichtungsringes 28 für ;.- - erweiterten Temperaturbereich. Die Grundform des abgesetzten Hartmetalldichtungsringes 28 und die Anordnung des Dichtungsringes und des Gegenringes 1o in der Nut 11:sind in der erwähnten US-PS 3 642 248 beschrieben (insbesondere Fign. 14 und 15). Es verbleiben jedoch einige wichtige Unterschiede in Einzelheiten und in der Funktion. '-..;""

. Der Dichtungsring 28 besteht aus einem zylindrischen Schulterteil 29, der von einer Umfangsfrontflache 3o

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einer gegenüberliegenden Rückfläche 31 und Enden 32,33 gebildet wird. Zwei Flansche 34,35 erstrecken sich von der Rückfläche des Dichtungsringes an den jeweiligen Enden 32 und 33. Der Flansch 34 endet in einer Umfangskante 36, die zu der Rückfläche 31 nach hinten radialen Abstand aufweist, während der Flansch 35 in ähnlicher Weise in einer ümfangskante 37 endet.

Die Nut 11,in die der Dichtungsring eingelegt ist, besteht aus Seitenwänden 38,39 und einer Basis oder Rückwand 4o.

Der Abstand zwischen den Seitenwänden 38 und 39 ist etwas größer als der Abstand zwischen den Enden 32 und 33 des Schulterteiles des Ringes 28. Die Flansche 34 und 35 sind jedoch nach außen gespreizt, so daß die ümfangskanten 36,37 im Paßsitz an die Seitenwände der Nut 1"1 angreifen.

Der Abstand zwischen den Seitenwänden 38 und 39 ist ebenfalls größer als die Breite der Nutöffnung, wobei die Öffnung zwischen Lippen 41 und 42 gebildet ist, die von den jeweiligen Seitenwänden der Nut ausgehen. Eine Rippe 43 erstreckt sich von der Frontfläche des Schulterteiles 29 des Ringes 28 und endet in einer ümfangssitζfläche 44. Die Breite der Rippe ist kleiner als der Abstand zwischen den Enden des Schulterteiles, so daß zwischen den Seiten der Rippe und der Nutöffnung Spielraum vorhanden ist.

Eine ümfangsnut 45 (Fig. 4) ist in der Sitzfläche der Rippe 43 ausgebildet und die Öffnung dieser Nut ist enger als die Breite der Nut an ihrer Basis. Der Querschnitt der Nut ist vorzugsweise schwalbenschwanzförmig. In die Nut 45 ist ein Sitzring 46 eingefügt. Der Sitzring 4 6 besteht aus einem Material, das weicher als das Metall des Dichtungsringes ist; vorzugsweise handelt

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es sich um elastisches nichtmetallisches Material z.B. Polytetrafluoräthylen. Der Sitzring ist fest in die Nut 45 eingepaßt, wobei die Seiten und die Basis des Sitzringes an die Seiten und die Basis der Nut dicht anliegen. Die Radialabmessung des Sitzringes ist größer als die Tiefe der Nut, so daß der Ring über die Sitzfläche der Rippe 43 vorsteht und in einer ersten Ventilsitzflache 47 endet.

To ..Fig-« 3 zeigt die Dichtringanordnung mit in Schließstellung befindlicher Ventilplatte 12. Ein Vergleich der Fig. 3 und 2 ergibt, daß die Dichtfläche 48 der Ventilplatte 12 an die erste Ventilsitzflache 47 des Dichtungsringes mit einer Übermaßpassung anliegt, die ausreicht, um den Dichtungsring nach hinten gegen die "Basis der Nut 11 zu bewegen. Die Übermaßpassung bewirkt eine radiale Vorspannung, so daß eine im wesentlichen perfekte Abdichtung zwischen dem weichen Dichtungsring 46 und der Dichtfläche 48 erzielt wird. Gleichzeitig schafft der Gegenring Ίο eine gleichgute Dichtung zwischen der Basis der Nut 11 und der Rückfläche des Schulterteiles des Dichtringes. Die Funktion des Gegenringes 1o entspricht in dieser Hinsicht derjenigen des in der erwähnten US-Patentschrift offenbarten Gegenringes.

Fig. 4 zeigt eine Dichtungsanordnung nachdem der weiche Sitzring 46 und der Gegenring 1o durch übermäßig hohe Temperaturen vollständig zerstört worden sind. Es ist ersichtlich, daß nun ein Dichtungszusammengriff zwischen Dichtfläche 48 und der Ventilplatte von der Sitzfläche 44 des metallischen Dichtringes bewirkt wird. Wichtig ist, daß die Sitzfläche 44 einen kleineren Krümmungsquerradius aufweist, als die Dichtfläche 48 der Ventilplatte Daher findet nur über die beiden Außenkanten der Sitzfläche 44 eine Berührung statt.

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Dieser schmale Berührungsbereich vermittelt hohe Berührungsdrücke und eine ausgezeichnete Abdichtung. Gleichzeitig wird der Nebenweg um die Rückfläche des Dichtungsringes von den vorgespannten Umfangskanten 36 und 37 geschlossen, die gegen die Seitenwände der Nut 11 anliegen.

Um einen nichtmetallischen Sitzring 46 in die Schwalbenschwanznut 4 5 einsetzen zu können, hat der Sitzring gemäß Fign. 2 und 3 einen V-förmigen Querschnitt. Diese y-Form erlaubt ein Zusammendrücken des Sitzringes, damit er durch die enge Öffnung der Nut einführbar ist. Die Nachgiebigkeit des Sitzringmaterials spreizt dann die Seiten des V zu engem Anschluß an die Seiten der Nut.

Zurückkommend auf Fig. 4 wird darauf hingewiesen, daß in der Rückfläche 31 des Schulterteiles des Ringes 28 eine flache Nut oder Rinne 49 ausgebildet ist. Diese Rinne hilft bei der Zentrierung des Gegenringes 1 ο.in der Nut 11, jedoch liegt ihre wesentlichere Aufgabe in der Erzeugung einer vorbestimmten Dicke des Metalls zwischen der Basis der Nut 45 und dem Boden der Rinne 49 derart, daß sich eine gewünschte Federelastizität • bei der Vorspannung der Flansche des Ringes gegen die Seitenwände der Nut 11 ergibt. Bei der bekannten Ausführungsform des Metallsitzringes gemäß ÜS-PS 3 642 248 wurde eine solche Federelastizität erzielt, indem der Querschnitt des Metallringes im wesentlichen gleichmäßig ausgeführt wurde. Dies bedeutet, daß die Rückflache des Ringes in den Rippenteil hineinragte. Bei der verbesserten Ringgestaltung gemäß der Erfindung muß die Rippe stark sein, damit Raum zur Bildung der Nut 45 vorhanden ist.

Fign. 5 bis 5a zeigen eine abgewandelte Ausführungsform

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dieses Dichtungsringes,bei dem ein Sitzring mit einem :. ^: ,massiven Trapezquerschnitt verwendet wird. Hierdurch ergibt sich ein festerer Sitzringquerschnitt. Zur Einfügung - "'- eines solchen-Sitzringes in die Nut wird ein erfindungsgemäßes⁷Montageverfahren vorgeschlagen, das in diesen

:-". - Fign. widergegeben ist. Gemäß Fig. 5 besitzt die Nut in .;""...' der Sitzfläche 44 des Dichtungsringes 28' nur eine

einzige unterschrittene Seitenwand 5o. Die andere Seiten-..... S "\ wand 51 verläuft zur Basis der Nut rechtwinklig. Hier-To :.:■ durch entsteht eine Nutöffnung, die zum Einfügen des Sitzringes 52 groß genug ist. Nach dem Einsetzen des Sitzringes wird.dieiWand 53 der Rippe gegen die entsprechende . Seite des Sitzringes 52 gebogen oder angedrückt "(Fig. 5a). Dieses Verfahren der Ausbildung und . Montage.,verschafft eine fluiddichte Vereinigung des --"-"-■ ".- weichen Sitzringes 52 mit dem Metallring 28'. Außerdem ^: erlaubt es das Einfügen des Sitzringes ohne Spezialwerkzeuge, wodurch sich ein preiswertes Verfahren zur Montage des gesamten Dichtungsringes ergibt.

Die V-förmigen und die massiv trapezförmigen Querschnitte

- der Sitzringe bringen im wesentlichen zwei Vorteile mit ^: sich. Erstens verriegelt diese Form den Sitzring in der ^; Nut. Zweitens hat sie einen selbstwirkenden Dichtungs- ; ' : effekt zur Folge. Jedes Fluid, das um die Rückseite des Sitzringes von der Hochdruckseite lecken kann,wenn die '; Ventilplatte geschlossen ist, übt auf die Basis des TrapezquerSchnitts eine nach außen gerichtete Kraft aus. Diese Kraft zwingt den auslaßseitigen Rand des Sitzringes in engere Dichtungsanlage gegen die angrenzende Rippen-So wand." Außerdem verstärkt sie den Dichtungsdruck zwischen -der Fläche des Sitzringes und der Dichtfläche der Ventil- -- platte" durch das Verhältnis der hinteren und vorderen Bereiche des Sitzringes.

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Gemäß Fign. 6 und 6A ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Sitzring 54 mit T-förmigem Querschnitt ausgestattet, der in eine entsprechende T-förmige Nut 55 in der Rippe eines Metalldichtungsringes 56 eingepaßt ist. Die Gestalt des Dichtungsringes 56 entspricht bis auf die Form der Rippennut im wesentlichen derjenigen der vorher beschriebenen Ausführungsform. Deshalb werden die Teile des Dichtungsringes 56, die in bezug auf die anderen Ausführungsformen unverändert geblieben sind, mit gleichen Bezugszeichen beziffert und nicht nochmals beschrieben.

Der grundsätzliche Unterschied zwischen dem Dichtungsring der Fign. 6, 6A und den vorher beschriebenen Dichtungringen besteht in der Form der Nut und in der Art der Anbringung des Sitzes in der Rippennut. Wie Fig. zeigt, wird zunächst eine unterschnittene Nut 55 in der Rippe ausgebildet, wobei der Abstand zwischen Lippen 57, 58 an der Nutmündung ausreicht zum Einsetzen des Schulterteiles des Sitzringes 54 in die Nut.

Nachdem der Sitzring in die Nut eingeschnappt ist (Fig. 6) wird eine Seitenwand 59 der Nut seitlich aus der gestrichelten Stellung in die durchgezogene Stellung plastisch verformt (Fig. 6A). Dies kann bei in eine Drehbank eingespanntem Dichtungsring 56 durch Rollen der Seitenwand geschehen, bis der Sitzring passend gegen die Seitenwand 6o anliegt und kein Spalt zwischen dem Rippenteil des Sitzringes 54 und den Kanten der Lippen 57 und 58 mehr existiert. Hieraus ergibt sich eine dichte Abdichtung zwischen dem Hartmetalldichtungsring und dem weicheren Sitzring.

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Die fertige T-Sitzringausführungsform nach Fig. 6A ist gemäß Fig. 7 in ein Ventil eingebaut,und die Anordnung ist der Schwalbenschwanz-Sitzringausführungsform gemäß Fig. 3 vergleichbar. Genau wie bei der Anordnung nach Fig. 3 berührt'die Dichtfläche 48 der Ventilplatte 12 . nur die erste Sitzfläche 61 des Sitzringes 54. Die zweiten Sitzflächen 62 und 63 des Hartmetalldichtungsringes 5 6 werden bei normalen Betriebsbedingungen von der Ventilplatte ferngehalten.

1p Die Ausführungsform der Fign. 6 bis 7 ist insbesondere für Betriebsdrücke geeignet, die höher sind als normal, weil die Lippen der unterschnittenen Nut 55 einen besseren Schutz gegen ein Ausblasen des Sitzringes bei : schnellem Öffnen des Ventils bieten, als bei der Schwalbenschwanznut und dem Sitzring der vorher beschriebenen .Ausführungsformen möglich ist. Gleichzeitig vermitteln die im wesentlichen rechtwinkligen Profile an den Schultern des Sitzringes einen vergrößerten Widerstand gegen Leckage zwischen dem Sitzring und dem Dichtungsring bei hohen Drücken.

Wie auch bei den anderen Ausführungsformen übt der Kautschuk-Gegenring 1o eine erste Abdichtfunktion gegen Leckage zwischen dem Dichtungsring und dem Ventilkörper aus, während die nach außen belasteten Flanschränder 36, 37 des Dichtungsringes eine zweite Abdichtung gegen die jeweiligen Seitenwände der Nut 11 in dem Ventilkörper hervorrufen. -

Beispiel:

Ein Platten-Zapfenventil der dargestellten Art mit einer /inneren Nennweite von 152,4 mm und einer Auslegung für

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68,o3886 kg Druck wurde gemäß den erwähnten OCMA Richtlinien geprüft, die veröffentlicht sind als OCMA-Vorschrift Nr. FSV-1: Brandprobe für Weichsitz-Kugelventile. Diese Vorschrift erfordert, daß das Ventil einem Versuchsdruck ausgesetzt wird, der seiner Druckauslegung entspricht, wobei als Prüfungsfluid Kerosin oder Dieselöl verwendet werden •soll. Das Ventil muß in geöffnetem Zustand einer Feuereinwirkung über einen Zeitraum ausgesetzt werden, der ausreicht um sicherzustellen, daß der weiche Sitz- und Gegenring sich vollständig aufgelöst oder zersetzt hat. Dann muß das Ventil mindestens dreimal innerhalb von fünf Minuten bei erlöschendem Feuer betätigt werden. Sodann soll das

2 Ventil geschlossen und bei 1,o5 kg/cm und vollem Prüfdruck in dieser Größenordnung geprüft werden. Die Leckrate darf 1o mm/Min pro 25,4 Millimeter des Ventildurchmessers nicht überschreiten.

Ein 6-inch-Ventil, das mit einer erfindungsgemäßen Abdichtung ausgerüstet war, wurde dieser Prüfung unterzogen.

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Die gemessenen Leckraten bei 1,o5 kg/cm und 21,1o kg/cm ausgelegtem Prüfdruck nach Beendigung der Feuerprobe waren im wesentlichen gleich Null. Bei anschließendem Auseinanderbau des Ventils wurde festgestellt, daß sowohl der weiche Sitzring, als auch der weiche Gegenring vollständig zerstört waren.

Eine nachfolgende Erprobung mit einem 45,72 cm-Ventil brachte gleiche Ergebnisse.

Im Hinblick auf die bisherige Erfahrung relativ hoher Leckraten bei Metalldichtungsringen, die in der Beschreibungseinleitung erwähnt sind, war die einwandfreie Wirkungsweise der "Weichsitz"-Metalldichtungsringe gemäß der Erfindung vollkommen unerwartet. Nach Kenntnis der Erfinder war kein anderes unverändertes Standard-Drosselklappen

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: Zapfenventil in der Lage, den OCMA-Vorschriften zu genügen. Mit· Sicherheit hat bisher kein anderes elastisch gelagertes V " . Ventil; die Vorschrift übertroffen, indem gar keine meß- -^:- ; ■" - ..hare .Leckage feststellbar war.

5 Es wird angenommen, daß die überragende Wirkung des er-, - f indungsg'emäßen Dichtungsringes sich aus der Tatsache ergibt, daß die "weiche" erste Sitzfläche des nichtmetallischen Sitzringes den gesamten Verschleiß während der -Lebensdauer des Ventils im Normalbetrieb aufnimmt. Daher Ip "." "wird die -metallische Sitzfläche des Schulterringes gegen

ν Verschleiß und Abnutzung geschützt, wodurch sie eine -""■■■". - perfekte. Abdichtung in der auf ein Feuer folgenden Not-..--". - \, betriebssituation hervorrufen kann. Der kombinierte -".-"-"-":"- erste Weichsitz/Gegenhartsitz des erfindungsgemäßen 15. - . Dichtungsringes vermittelt daher, weit bessere Ergebnisse,. ■--;.-.. ■"-.. als. alle weichen, alle, harten oder Tandem-Weich- und -■'": -."; _. Harts it ζ anordnungen des Standes der Technik.

-V -..-:-Wie bereits erwähnt, wird als Material für den Weichsitz vorzugsweise- ein nichtmetallischer Kunststoff, z.B.

2o Polytetrafluoräthylen für die meisten Anwendungszwecke ------- - benutzt,. .In" manchen Fällen kann der Weichsitz selbst Blei öder Kupfer, das viel weicher als das gehärtete Me-

■"/■■:". . tall des Dichtungsringes ist, sein.

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eerse ite

Claims

Ansprüche

Dichtungsring für einen Hochtemperaturbereich-Ventilsitz, bestehend aus einem Hartmetallkörper mit einem zylindrischen Schulterteil, der aus einer Umfangsfrontflache, einer gegenüberlxegenden Umfangsrückflache und zwei Enden gebildet ist,

mit zwei Umfangsflanschen, die von der Rückfläche der Schulter an den jeweiligen Enden ausgehen und von denen jeder eine zu der Rückfläche des Schulterteiles in radialem Abstand befindliche Umfangskante aufweist,

mit einer von der Frontflache des Schulterteiles zwischen den Enden ausgehenden Umfangsrippe, die in einer Umfangssitzfläche endet und deren Breite kleiner als der Abstand zwischen den Enden des Schulterteiles ist,

wobei der Dichtungsring in eine unterschnittene Umfangsnut in einem Sitzbereich eines Ventils eingepaßt ist, die Nut im wesentlichen parallele Seiten aufweist, deren gegenseitiger Abstand größer als der Abstand

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ORIGINAL INSPECTED

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zwischen den Enden des Schulterteiles des Ringes ist, während eine Öffnung der Nut schmaler als der Abstand zwischen den Seiten einer solchen Nut ist und die Rippe des Dichtungsringes durch die Nutöffnung hindurchragt, damit die Rippensitzfläche mit einer ergänzenden Dichtungsfläche eines solchen Ventils beweglich zusammengreift, dadurch gekennzeichnet , daß in der Sitzfläche (44) der Rippe (43) eine Umfangsnut (4 5) ausgebildet ist, deren Öffnung schmaler als die Breite eines Innenteiles der Nut ist, und daß ein Sitzring (46) vorgesehen ist, dessen Material weicher als das Metall des Dichtungsringes (28) ist und der im Paßsitz in die Nut (45) in der Rippe (43) eingefügt ist und durch die Öffnung der Nut (45) in der Rippe über die Sitzfläche (44) der Rippe hinausragt, um in einer ersten Ventilsitzfläche (47) zu enden, wobei die erste Ventilsitzfläche (47) des Sitzringes (46) den einzigen Dichtungszusammengriff mit einer solchen ergänzenden Ventilabdichtfläche (48) bildet, bis die Temperatur innerhalb des Ventils die Zerstörungstemperatur des Sitzringmaterials übersteigt.
2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des Sitzringes (46) ein elastisches nichtmetallisches Material enthält.
3. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.

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4. Dichtungsring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Sitzring (46) aus metallischem Material hergestellt ist.
5. Dichtungsring nach Anspruch 1 , dadurch

• gekennzeichnet, daß die Nut (45) in der Rippe (43) des Dichtungsringes (28) im Querschnitt schwalbenschwanzförmig gestaltet ist und der Querschnitt des Sitzringes (52) entsprechende Trapezform aufweist.
6. Dichtungsring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Nut (45) in der Rippe (4 3) des Dichtungsringes (28) im Querschnitt schwalbenschwanzförmig gestaltet ist und der Sitzring (4 6) einen entsprechend V-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Sitzring (46) durch Zusammendrücken der freien Ränder seines V-Querschnitts in die Mündung der Schwalbenschwanznüt (45) einsetzbar ist.
7. Dichtungsring- nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Nut (55) in der Rippe (43) des Dichtungsringes (56) im Querschnitt T-förmig gestaltet Lst und der Sitzring .(54) einen entsprechend T-förmigen Querschnitt aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsringes zur Verwendung als Hochtemperaturbereich-Ventilsitz, das. folgende Schritte aufweist: Formen eines Metalldichtungsringes, bestehend aus einem zylindrischen Schulterteil, welcher- von einer Umfangsfrontfläche, einer gegenüberliegenden Umfangsrückflache und zwei Enden gebildet ist,

aus zwei Umfangs-f!ansehen,, die von der Rückfläche des Sahulterteils an den jeweiligen Enden ausgehen und von

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denen jeder eine Umfangskante aufweist, die zu der Rückfläche des Schulterteiles in radialem Abstand vorgesehen ist,

aus einer Umfangsrippe, die von der Frontfläche des Schulterteiles zwischen den Enden ausgeht und in einer Umfangssitzflache endet, wobei die Breite der Rippe kleiner als der Abstand zwischen den Enden des Schulterteiles ist, und

Einsetzen des Dichtungsringes in eine unterschnittene Umfangsnut in einem Sitzbereich eines Ventils, wobei die Seiten der Nut im wesentlichen parallel verlaufen und einen gegenseitigen Abstand haben, der größer als der Abstand zwischen den Enden des Schulterteiles des Ringes ist, während die Öffnung der Nut schmaler als der Abstand zwischen den Seiten der Nut ist und die Rippe des Dichtungsringes durch eine solche Nutöffnung hindurchragt, damit die Rippensitzfläche mit einer ergänzenden Abdichtfläche eines solchen Ventils beweglich zusammengreifen kann, dadurch gekenn zeichnet, daß man in der Umfangssitzflache der Rippe eine Nut ausbildet, so daß die verbleibenden Teile der Rippe die beiden Seitenwände der Nut darstellen und wenigstens eine der Seitenwände in bezug auf die Öffnung der Nut unterschneidet,

daß man in die Nut einen verhältnismäßig weichen Sitzring einfügt, dessen eine Seitenfläche wenigstens der einen unterschnittenen Seitenwand der Nut angepaßt ist, dessen Rückfläche dem Boden der Nut angepaßt ist und , dessen Frontfläche schmaler als die Nutöffnung ist,

und daß man die andere Seitenwand der Nut zur engpassenden Anlage gegen die der einen Seitenfläche gegenüberliegende andere Seitenfläche plastisch verformt, damit eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Sitzring und

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den Seitenwänden der Nut entsteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , bei dem der Schritt der Ausbildung einer Nut in der Umfangssitzflache der Rippe dadurch gekennzeichnet ist, daß man die eine Seite einer Nut unter einem Winkel unterschneidet und die andere Seite der Nut senkrecht zum Nutengrund ausrichtet.

1o. Verfahren nach Anspruch 8 , bei dem der Schritt der 'Ausbildung einer Nut in der Umfangssitzflache der Rippe dadurch gekennzeichnet ist , daß man die Nut so unterschneidet, daß sie an ihrer Mündung ein gegeneinandergerichtetes Lippenpaar erhält, durch das die Öffnung der Nut schmaler als der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden im Inneren der Nut ist.

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