DE2834336A1 - Dichtung fuer absperrorgane sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Patentanwälte 2 8 3 4 3 3 S

Dipl-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

4. August 1978

ROCKWEIL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.

Unser Zeichen: R 964

Dichtung für Absperrorgane sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft Dichtungen für Absperrorgane und insbesondere Dichtungen für Absperrorgane mit drehenden Schäften.

Es sind viele verschiedene Ausführungen von Absperrorganen und Dichtungen dafür bekannt, wobei eine Anzahl auf die Lösung des Problems der Wartung und Erhaltung der Schaftdichtungen gerichtet ist, die den Raum zwischen dem drehbaren Schaft und dem Gehäuse abdichten.

Zusätzlich zu diesem Problembereich, jedoch ebenfalls hiermit verbunden, ergibt sich das Problem der Herstellung eines Absperrorgans, das sich auch an der Einsatzstelle leicht warten läßt,und insbesondere die Schaffung eines Absperrorgans, das ohne jede Strömungsunterbrechung in der zugehörigen Leitung gewartet werden kann. Eine der typischen Wartungsarbeiten an der Einsatzstelle ist der Austausch der Schaftdichtungen, wobei es wichtig ist, daß das Absperrorgan während des Austausches dieser Dichtungen wenigstens zeitweilig betriebsbereit

909810/0687

bleibt.

Weiterhin hat es sich als ständige Notwendigkeit gezeigt, eine neue, verbesserte Dichtungspackung für Absperrorgane mit drehendem Schaft zu schaffen, die sich von denen der Absperrorgane mit axial beweglichem Schaft unterscheiden. Dies ist insbesondere für Absperrorgane der Fall, bei dem das Absperrglied und der damit gekuppelte Schaft nur um einen begrenzten Winkel gedreht wird. Die Dichtungen müssen dabei eine Anzahl von Eigenschaften haben, die ihre Wirsamkeit unter solchen Umständen ermöglichen.. So sollte beispielsweise eine Schaftdichtung in einem Hahnschieber ein beträchtliches Maß an Schmierfähigkeit haben, durch die die Reibung gegenüber dem Schaft herabgesetzt und der Verschleiß der Dichtung selbst vermindert wird. In Bezug auf den letztgenannten Punkt ist zu sagen, daß sich die Lebensdauer der Dichtung wesentlich erhöht, wenn die Reibung zwischen ihr und den verschiedenen beweglichen Teilen des Absperrorgans, denen sie zugeordnet ist, verringert wird. Eine andere wichtige Funktion der Dichtung liegt in der Erhaltung der eigenen Festigkeitseigenschaften während der betrieblichen Lebensdauer. Dieses besondere Merkmal der Dichtung wird noch wichtiger, wenn eine Zusammendrückung durch einen Dichtungsring oder dergleichen erfolgt.

Beispiele für die charakteristischen Ausführungen der bekannten Absperrorgane dieser und anderer Art sind beispielsweise in den US-Patentschriften 1 584 699, 1 671 603, 1 680 812,

2 945 668, 3 096 070, 3 115 151, 2 231 235, 3 406 707,

3 537 682 und 3 586 289 beschrieben.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Absperrorgans mit einem Gehäuse, das einen Strömungsdurchgang für ein Strömungsmedium und eine diesen Strömungsdurchgang durchschneidende Bohrung aufweist. In der Bohrung ist ein Absperrglied drehbar angeordnet, das den Strömungsdurchgang in der Schließstellung sperrt. Das Absperrglied ist

9098 1 0/0687

seinerseits mit einer durchgehenden Öffnung versehen, die zur Verbindung des Strömungsdurchgangs in der öffnungsstellung des Absperrorgans bestimmt ist. Das Absperrglied und das Gehäuse bilden an dem einen Ende des Absperrgliedes eine erste Kammer. In dem Gehäuse ist ferner ein Schaft drehbar angeordnet und mechanisch mit dem Absperrglied gekuppelt, wodurch dieses innerhalb des Gehäuses drehbar ist. Der Schaft weist einen ringförmigen Rand auf, der innerhalb der ersten Kammer angeordnet und dieser zugewandt ist. Der Schaft ist von wenigstens einer ringförmigen Dichtung umgeben, die den Raum zwischen dem Schaft und dem Gehäuse abdichtet. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Einleitung eines Druckes in die erste Kammer vorgesehen, der gleich oder größer dem Leitungsdruck ist und der auf den ringförmigen Rand einwirkt, um den Schaft in eine axiale Richtung zu bewegen, damit die ringförmigen Dichtungen zusammengedrückt werden, die aus abwechselnden Schichten aus Polytetrafluo.räthylen und Graphit bestehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtung für ein Absperrorgan mit drehbarem Schaft, die Materialien umfaßt, welche mit einer großen Anzahl verschiedener Medien verträglich sind.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtung für Absperrorgane mit drehbarem Schaft, die Materialien umfaßt, welche bedeutende Temperaturbereiche über die für Gummi oder andere herkömmliche Dichtungsmaterialien verträglichen Bereiche hinaus aushält.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtpackung für Absperrorgane, die einen Packungsring umfaßt, der in Radialrichtung abwechselnd komprimierte Schichten aus Polytetraf luoräthylen und Graphit umfaßt. Die Polytetrafluoräthylenschicht ist dabei aus einem fortlaufenden Band aus Polytetraf luoräthylen hergestellt, wahrend die Graphitschicht aus einem fortlaufenden Graphitband hergestellt ist.

9098 10/0687

283433 - a -

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, bei der die Graphitschicht etwa fünfmal dicker ist als die Polytetrafluoräthylenschicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, bei der jede Schicht in eine im Querschnitt schlangenlinienförmige Gestalt gepreßt ist.

Außerdem ist es Ziel der Erfindung, eine Dichtungspackung für Absperrorgane zu schaffen, bei der der Ring auf etwa 50 % der ursprünglichen Höhe zusammengedrückt ist.

Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, eine Dichtungspackung für Absperrorgane zu schaffen, bei der die fortlaufenden Bänder die gleiche Höhe aufweisen und zur Bildung der Dichtung übereinanderliegend eingerollt werden.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, bei der das fortlaufende Band aus Polytetrafluoräthylen einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und zur Ausbildung der Dichtung mit dem in den U-förmigen Querschnitt eingelegten Graphitband eingerollt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, bei der wenigstens zwei Bänder, von denen das eine aus Graphit und das andere aus Polytetrafluoräthylen besteht, zur Bildung mehrerer abwechselnder Bandschichten um einen Dorn gewickelt werden und die abwechselnd liegenden, gewickelten Bänder dann zur Ausbildung der Dichtung zusammengedrückt werden.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Packungsdichtung für Absperrorgane, bei der die Bänder in einem Formtopf zusammengedrückt werden.

909810/0687

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, bei der die Bänder auf etwa 50 % ihrer ursprünglichen Höhe zusammengedrückt werden.

Weiterhin ist Ziel der Erfindung die Schaffung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, bei der das Band aus Polytetrafluaräthylen in eine U-förmige Querschnittsform geformt und das Graphitband vor dem Zusammenpressen der Bänder in das U-förmige Polytetrafluoräthylenband eingelegt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, der äußerst effektiv und leistungsfähig arbeitet und eine einzigartige, fortschrittliche .Schaftdichtung aufweist.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, der an der Einsatzstelle wirksam gewartet werden kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, der sich kostengünstig herstellen läßt, äußerst betriebssicher arbeitet und leicht zu warten ist.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Absperrorgans, bei dem das Absperrglied ein Kegelabsperrglied ist, das in einer angepaßten kegelförmigen Bohrung sitzt, wobei das Absperrglied und das Gehäuse die erste Kammer an dem vorderen Ende des Absperrgliedes bilden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, bei dem der Außendurchmesser des an dem Schaft ausgebildeten kegelförmigen Randes kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Kammer.

Darüberhinaus ist Ziel der Erfindung die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, bei dem der Schaft von einem mitdrehenden

909810/0687

Ring umgeben ist. Der Ring weist dabei eine radial verlaufende Fläche auf, die der Ringdichtung dichtend anliegt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, bei dem eine druckdichte Dichtung durch die Ringdichtung herbeigeführt wird, wobei die Außenfläche des Schaftes und die einwärtsgerichtete Fläche der Ringdichtung sowie die radial verlaufende Fläche des Ringes und die radial verlaufende Fläche der Ringdichtung beweglich aneinanderliegen.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, bei dem die Einrichtung zur Einleitung eines Druckes in die erste Kammer eine Absperreinrichtung zur Einführung eines unter Druck stehenden Dichtungsschmiermittels in die erste Kammer und in an der Außenfläche des Absperrgliedes ausgebildete Nuten umfaßt.

Weiterhin ist Ziel der Erfindung die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, der eine druckabhängige Absperreinrichtung in dem Absperrglied aufweist, die ermöglicht, daß der Leitungsdruck in die erste Kammer eintritt, wenn der Druck in dieser Kammer unter den Leitungsdruck abfällt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist schließlich die Schaffung eines Kegelhahnschiebers, bei dem eine Vorspanneinrichtung zwischen dem Schaft und dem Absperrglied vorgesehen ist, die das Absperrglied in Richtung auf das größere Ende hin belastet. Die Vorspanneinrichtung ist dabei ein Federelement, das in einer Aufnahme des Schaftes angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Kegelhahnschiebers,

909810/0687

Fig. 2 eine um etwa 90 gegenüber der Darstellung in Fig. 1 gedrehte Schnittansicht des erfindungsgemäß gestalteten Kegelhahnschiebers,

Fig. . 3 eine Draufsicht des Kegelhahnschiebers gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer der bei dem Kegelhahnschieber gemäß Fig. 1 verwendeten Dichtungen vor der Zusammendrückung,

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung der Dichtung gemäß Fig. 4 im zusammengepreßten Zustand,

Fig. 6 das Einrollen der Dichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 7 einen Querschnitt einer anderen bei dem Kegelhahnschieber gemäß Fig. 1 verwendbaren Dichtung vor der Zusammendrückung,

Fig. 8 einen Querschnitt der Dichtung gemäß Fig. 7 nach der Zusammendrückung,

Fig. 9 das Einrollen der Dichtung gemäß Fig. 7 und

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung der Bänder gemäß der Linie 10-10 in Fig. 9.

Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Kegelhahnschiebers 10. Der Kegelhahnschieber 10 ist in hohem Maße an viele Anwendungsbereiche und Betriebserfordernisse anpaßbar, wie dies den Fachleuten bekannt ist. So kann beispielsweise der erfindungsgemäß gestaltete Kegelhahnschieber bei der öl- und Gasproduktion, bei Raffinerie- und Leitungseinrichtungen, bei Strömungssystemen aller Art und dergleichen verwendet werden.

90981 0/0687

Der Kegelhahnschieber 10 ist mit einem Gehäuse 12 versehen. Das Gehäuse 12 ist in typischer Ausführung als Gußteil gestaltet, das für die betriebsfähige Einführung der verschiedenen Teile maschinell nachbearbeitet oder anderweitig geeignet vorbereitet ist. Das Gehäuse 12 ist dabei so gestaltet, daß es eine Endkappe 14 aufnehmen kann. Die Endkappe 14 kann mit dem Gehäuse durch geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise eine Reihe von Schraubbolzen 16 verbunden sein. Bei entfernter Endkappe lassen sich die verschiedenen betriebsnotwendigen Teile, die nachfolgend noch beschrieben werden sollen, in das Gehäuse 12 einführen, so beispielsweise der Schaft 18, das Kupplungsglied oder der Ausgleichsring 20 und das Absperrglied 22, die alle vom Boden her in das Gehäuse eingesetzt bzw. in dem Gehäuse zusammengesetzt werden.

Der Schaft 18 sitzt drehbar in dem Gehäuse 12 und ist mechanisch mit dem Ausgleichsring 20 gekuppelt. Der Ausgleichsring 20 seinerseits ist mechanisch mit dem Absperrglied 22 gekuppelt, das an einer konischen Zwischenfläche 24 drehbar in dem Gehäuse 12 sitzt. Wie sich unmittelbar erkennen läßt, führt die Drehung des Schaftes 18 zu einer Drehung des Absperrgliedes 22 über den Ausgleichsring 20, der den Schaft 18 mit dem Absperrglied 22 mechanisch kuppelt. Die Endkappe 14 ihrerseits ist mit einer mit Gewinde versehenen Ausnehmung 28 ausgestattet, in die eine Einstellschraube 30 für das Absperrglied und eine Schutzkappe 32 einschraubbar sind. Die Einstellschraube 30 des Absperrgliedes dient, wie der Name schon ausdrückt, der Einstellung der axialen Lage des Äbsperrgliedes 22 in dem Gehäuse 12. Diese Einstellung wird durch die Anordnung einer Axialdruckkugel 34 erreicht, die in einer Aufnahme 36 im unteren Ende des Absperrgliedes 22 liegt und einem Kugelsitz 38 aufsitzt. Der Kugelsitz 38 ist abhängig von der Axialbewe= gung der Einstellschraube 30, die, wenn sie beispielsweise in Bezug auf die Endkappe 14 einwärts geschraubt wird, das Absperrglied vorschiebt und dabei die Axialdruckkugel 34 zu der Kegelspitze hin belastet.

909810/0687

An der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 12 und der Endkappe 14 kann auch eine Banddichtung 40 vorgesehen sein, die den Zwischenraum 42 zwischen diesen beiden Bauteilen nach aussen hin abdichtet. Die Zwischenraumdichtung wird darüberhinaus noch verstärkt durch die Anordnung einer Schmiervorrichtung 44, die in einer Bohrung 46 der Endkappe 14 sitzt und die Druckeinführung eines Schmiermittels in den Zwischenraum 42 erlaubt. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß das Schmiermittel den Zwischenraum 42 vollständig ausfüllt und die Gewindebolzen 16 umgibt, wodurch die Gewinde der Gewindebolzen 16 gegen alle ungünstigen Substanzen bzw. Umgebungseinflüsse abgeschirmt werden.

Der Schaft 18 ist, wie bereits zuvor erwähnt wurde, in dem Gehäuse 12 drehbar gehalten. Der Schaft 18 ist mit einem ringförmigen Rand 48 versehen, der im Endbereich der oberen Kammer 76 angeordnet ist. Die obere Kammer 76 wird nachfolgend noch im einzelnen beschrieben. Der ringförmige Rand 48 kann einstükkig mit dem Schaft 18 ausgebildet sein und hat generell einen geringeren Durchmesser als der Innenraum der oberen Kammer 76. Insbesondere ist der Außendurchmesser 19 des ringförmigen Randes 48 kleiner als der Innendurchmesser der oberen Kammer 76, so daß der Rand frei in der Kammer drehbar ist. Der Schaft 18 ist weiterhin mit einem zusätzlichen ringförmigen Rand 21 versehen, dessen radial verlaufende Oberfläche 23 von der oberen Kammer 76 aus auswärts gerichtet ist. Dieser ringförmige Rand 21 kann ebenfalls einstückig mit dem Schaft 18 und mitdrehbar mit diesem ausgebildet sein. Wie bei dem ringförmigen Rand 48 hat auch die Außenfläche 25 des ringförmigen Randes 21 einen kleineren Durchmesser als die Innenfläche der oberen Kammer 76, so daß dieser Rand ebenfalls frei in der Kammer drehbar ist.

Der Hahnschieber 10 ist weiterhin mit einem Ring 27 versehen, der den Schaft 18 umgibt und mit diesem drehbar ist. Der Ring 27 ist durch einen eng tolerierten Aufsatz auf den Schaft 18 im wesentlichen fest mit diesem verbunden, wobei er die Innenfläche des Gehäuses nicht berührt, mit dem Schaft jedoch frei

909810/0687

_₁₄_ 2834335

vom Gehäuse drehen kann.

In dem Gehäuse sind oberhalb des Ringes 2 7 und unterhalb der Schaftkappe 62 mehrere ringförmige Dichtungen 56 angeordnet. Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, ist die Schaftkappe 62 durch geeignete Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Reihe von Gewindebolzen 64, an dem Gehäuse 12 festgelegt. Die Schaftkappe 62 bildet einen Bauteil zur zwangsweisen Positionierung der Dichtungen 56 und sorgt außerdem für die Abdichtung des Schaftes nach außen hin durch eine wetterbeständige Dichtung 66, wie sie beispielsweise von der Firma Johns Manville unter der Bezeichnung "Wiper Construction II, Type B" hergestellt wird. Die Schaftkappe 62 dient darüberhinaus außerdem noch als Anschlagglied, wobei ein Anschlagabschnitt 68 auf der Schaftkappe 62 ausgebildet ist und mit einem Anschlagkragen 70 zusammenwirkt, der mitdrehbar an dem Schaft 18 befestigt ist. Der Anschlagkragen 70 weist einen Ausschnittbereich 72 und an dessen beiden Enden Stege 74 auf, die die Drehbewegung des Schaftes auf einen vorbestimmten Winkel begrenzen. Die Begrenzung der Bewegung des Schaftes 18 erfolgt durch den Anschlag des Anschlagkragens 70 an den beiden Anschlagstegen 74 des Anschlaggliedes 68.

Wie jede der Schnittdarstellungen des Absperrorgans 10 erkennen läßt, bilden das Gehäuse 12 und das konische bzw. kegelige Absperrglied 22 eine obere Kammer und eine untere Kammer 78. Zur Einführung eines Dichtungsschmierinittels in die obere Kammer 76 ist eine Rückschlagventil-Anordnung 8O vorgesehen, durch die das Dichtungsschmiermittel unter Druck einführbar ist. Das Dichtungsschmiermittel, das in die obere Kammer 76 fließt und diese füllt, fließt zugleich auch in axial verlaufende Nuten 82 und Umfangsnuten 84. Wie der Name Dichtungsschmiermittel andeutet, dient das Material dem doppelten Zweck des Schmierens der verschiedenen Betriebsteile des Absperrorgans 10 und zugleich der Abdichtung des Absperrgliedes gegenüber dem Gehäuse.

909810/0687

283433i

Das Gehäuse 12 ist mit einer radial verlaufenden Öffnung versehen, die in Verbindung mit einer Druckentlastungsschrauben-Anordnung 86 steht. Die Druckentlastungsschrauben-Anordnung umfaßt eine teilweise mit Gewinde versehene Aufnahme 90, die in dem Gehäuse 12 ausgebildet ist. Die Druckentlastungschrauben-Anordnung 86 löst den Leitungsdruck in der ersten Kammer 76 ab, wenn die Kappe 68 entfernt wird. Innerhalb der mit Gewinde versehenen Aufnahme 90 ist ein geeignetes Anschlagteil wie beispielsweise eine feste, runde Kugel 88, die innerhalb der Aufnahme 90 auf einem (nicht dargestellten) Kugelsitz sitzt. Die Kugel 88 wird in dichtenderAnIage auf dem Kugelsitz durch eine Kopfschraube 92 gehalten, die in das Gewinde der Aufnahme 90 eingeschraubt ist.

Der Hahnschieber ist unempfindlich gegen das Festsetzphänomen, da das Absperrglied 22 bei teilweiser oder vollständig geöffneter Position, d.h. wenn die öffnung 94 des Absperrgliedes mit dem Durchgang 96 des Gehäuses 12 verbunden ist, in dem Gehäuse dynamisch ausbalanciert wird. Das dynamische Ausbalancieren des Absperrorgans 10 wird erreicht durch die Ausbildung einer ersten axial verlaufenden öffnung 98 in dem Absperrglied 22, die die Öffnung 94 mit der unteren Kammer verbindet, sowie durch die Ausbildung einer zweiten axial verlaufenden öffnung 100 in dem Absperrglied 22, die die öffnung 94 mit der oberen Kammer 76 verbindet, Die öffnung 98 kann gegenüber der Längsachse des Absperrgliedes 22 versetzt sein, während die öffnung 100 ebenfalls von der Längsachse weg angeordnet sein kann.

An dieser Stelle ist erkennbar, daß der bei in teilweiser oder ganz geöffneter Position befindlichem Absperrglied 22 an der öffnung 94 auftretende Druck gleichzeitig auch in der oberen Kammer 76 und in der unteren Kammer 78 wirksam wird. Der in den Kammern 76 und 78 wirkende Druck wirkt dabei ebenfalls auf das schmalere Ende 102 des Absperrgliedes 22 und auch auf das weitere Ende 104 des Absperrgliedes 22= Der auf das schmalere Ende 102 und das weitere Ende 104 des Absperrgliedes ausgeübte

9098 10/0687

hydraulische Druck sucht die axiale Position des Absperrgliedes 22 gegenüber der konischen Übergangsfläche 24 zu dem Gehäuse 12 stets aufrecht zu erhalten, selbst beim Auftreten von Druck- und Temperaturspitzen. Es wurde dabei jedoch festgestellt, daß sich ein geringes, in Richtung der Kegelspitze wirkendes Druckungleichgewicht durch Sekundärkräfte einstellt, die beispielsweise durch die verhältnismäßig großen Querschnittsbereiche des weiteren Endes 104 gegenüber dem des schmaleren Endes des Absperrgliedes sowie durch die ungleiche Gewichtsverteilung des Absperrgliedes 22, das an dem weiteren Ende ersichtlich schwerer ist als an dem schmaleren Ende, hervorgerufen werden. Abhängig von der Anordnung des Absperrorgans gegenüber der zugeordneten Leitung kann die Schwerkraft ebenfalls eine Rolle bei der axialen Verlagerung des Absperrgliedes 22 in Richtung der Längsachse spielen. Zum Ausgleich dieser Sekundärkräfte wird das Absperrglied 22 durch eine Schraubenfeder 106 belastet, die in Richtung der Längsachse des Absperrgliedes angeordnet sein kann und dieses von dem verjüngten Ende weg belastet. Die Feder 106 kann in einer Aufnahme 108 des Schaftes untergebracht sein und, wie zuvor ausgeführt, an dem Absperrglied 22 anliegen und dieses belasten. Das Absperrglied 22 erfährt daher tatsächlich keine axialen Verlagerungskräfte beim Auftreten von Druck- und Temperaturspitzen in der teilweise oder ganz geöffneten Position. Die Beseitigung einer solchen axialen Verlagerung des Absperrgliedes führt zugleich auch zur Beseitigung der Festsetzerscheinung, weil das Absperrglied 22 seine axiale Lage innerhalb des Gehäuses 12 beibehält und nicht in den verjüngten Bereich hineingedrückt und so von dem Gehäuse nach der¹ Stabilisierung eines Druck- oder Temperaturstoßes festgeklemmt wird.

In der zweiten axial verlaufenden Öffnung 1OO sitzt ebenfalls eine runde Kugel 110. Die Kugel, die nicht von einer Feder 106 belastet ist, kann innerhalb der zweiten axial verlaufenden Öffnung frei schweben und dient dabei als Rückschlagventil, das den Fluß des Dichtungsschmiermittels in die Öffnung

909810/0687

2834338

des Absperrgliedes 22 aufhält, wenn, dieses unter Druck in die obere Kammer 76 eingeführt wird.

Die neue, verbesserte Dichtungspackung 56 umfaßt mehrere kreisrunde Ringe, wobei, wie bei den Darstellungen des ■Hahnschiebers in den Fig. 1 bis 3 erkennbar, es sich um drei solcher Ringe handelt. Diese drei Ringe sind, wie später noch im einzelnen erörtert wird, in einer axialen Lage entlang des Schaftes zwischen der Schaftkappe 62 festgelegt. Bei dem Hahnschieber 1O gemäß Fig. 1 übt der Ring 27 eine Druckbelastung auf die Dichtungen 56 aus. Die Punkte des Drehkontakts der Dichtungen 56 gegenüber dem Schaft 18 und dem Ring 27 werden nachfolgend ebenfalls noch im einzelnen erläutert, es sei jedoch schon an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Verwendung dieser Dichtungen nicht notwendigerweise auf einen Hahnschieber, wie er zuvor beschrieben worden ist, beschränkt ist. Die erfindungsgemäß gestalteten Dichtungen können, wenn sie auch besonders für einen solchen Verwendungszweck ausgebildet sind, auch für andere Zwecke verwendet werden, "bei denen ihre einmaligen Eigenschaften brauchbar sind. Wie die Fig. 4 bis TO erkennen lassen, umfassen die neuen, verbesserten Dichtungen 56 generell in Radialrichtung abwechselnde,"^: zusammengedrückte Schichten aus Polytetrafluoräthylen und Graphit. Die Fig. 6 läßt dabei erkennen, daß die in Fig. 4 dargestellte Dichtung durch das Einrollen eines Polytetrafluoräthylenbähdes 51 und eines Graphitbandes 53 ausgebildet ist. Diese 'Bänder, die im wesentlichen die gleiche Höhe haben, werden zur Formung des' zunächst noch nicht zusammengedrückten Ringes 57 um einen Dorn 55 gewickelt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, wobei die Schichten abwechselnd Polytetrafluoräthylen und Graphit sind. Die Polytetrafluoräthylenschicht kann eine-^rvon vielen im Handel erhältlichen Formen, wie beispielsweise TEFLON (ein Handelsname der Firma E. I. Dupönt De Nemours & CO.) sein. Als Graphit kann ebenfalls im Handel erhältliches Material wie beispielsweise GRAFOIL (ein Handelsname der Union Carbide) verwendet werden. Die Bänder 51 und 53 werden derart um den

9 09810/0687

Dorn 55 gerollt, xiaß sie sich im wesentlichen den Endmaßen der Dichtungskammer, in die sie eingefügt werden sollen, annähern (sowohl deren Innen- als auch deren Außendurchmesser). Die Höhe, .der Bänder ist jedoch generell zweimal so groß wie, die gewünschte Endhöhe. Nachdem der Ring 57 gewickelt ist, wird er in einem Formtopf 59 durch eine geeignete (nicht dargestellte) Druckeinrichtung auf etwa die Hälfte der Höhe des Ringes 57 zusammengedrückt, so daß der in Pig. 5 dargestellte Ring 61 entsteht. Die Querschnittsdarstellung in Fig. 5 läßt erkennen, daß_r die verhältnismäßag parallelen Bandschichten, wie sie in Fig. 4. gezeigt sind, in eine im wesentlichen schlangenförmige Gestalt zusammengedrückt sind, d.h., daß jede Schicht so zusammengedrückt ist, daß sie. einer Schlangenlinie bzw. einer sinusförmigen Kurve folgt.

In den Fig. 7 bis IO ist eine andere .Aus führungs form einer verwendeten Dichtung 131 dargestellt, die ebenfalls abwechselnde Schichten aus Polytetrafluoräthylen und Graphit aufweist, wie s4e. auch bei der in den Fig. Φ bis 6 dargestellten Dichtung 61 verwendet sind. Wie am besten die Fig. 9 erkennen läßt, werden zunächst zur Ausbildung eines nicht zusammengedrückten Ringes 135, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, zwei Bänder um einen Dorn 133 gewickelt. Während das Graphitband 137 in einer der in Fig. 6 dargestellten Art entsprechenden Weise um den Dorn herumgewickelt wird, weicht die Gestalt des Polytetrafluoräthylenbandes 139 ab. Dies ist am besten aus der Fig. 10 ersichtlich, die einen Schnitt entsprechend der Linie l0-10der Fig. 9 zeigt. Das Polytetrafluoräthylenband 139 ist im wesentlichen U-förmig gestaltet, während das Graphitband 137 in das U-förmige Polytetrafluoräthylenband 139 eingefügt ist. Dementpsrechend werden diese beiden Bänder in der zuvor beschriebenen Zusammensetzung um den Dorn 133 gewickelt, wobei die noch nicht zusammengedrückte Dichtung 135 ausgebildet wird, bei der jedes U-förmige Polytetrafluoräthylenband an einem Ende konzentriert ist. Wie bei der zuvor beschriebenen Dichtung wird auch die Dichtung 135 dann auf im

909810/0687

wesentlichen die Hälfte der ursprünglichen Höhe in einem Formtopf 141 durch geeignete Fonneinrichtungen (nicht dargestellt) in die Dichtung 131 gemäß Fig. 8 umgeformt. Die Dichtung 131 in dem zusammengedrückten Zustand gemäß Fig. 8 weist eine untere radial verlaufende Fläche 143 auf, die ganz aus Polytetrafluoräthylen gepreßt ist, deren Zweck nachfolgend beschrieben werden soll.

Wie zuvor bereits erwähnt wurde, ist der Ring 27 im wesentlichen fest mit dem Schaft 18 verbunden, so daß er mit diesem dreht, weshalb er an seiner radial verlaufenden Fläche 29 einen Bewegungskontakt mit der radial verlaufenden Fläche 31 hat, die durch die abwärts gerichtete Fläche eier untersten Dichtung der Dichtungspackung 56 gebildet wird. Die Dichtungspackung 56 hat darüberhinaus einen Bewegungskontakt mit der Außenfläche des Schaftes 18. Wie zuvor bereits dargelegt, erfährt die obere Kammer 76 den höheren Leitungsdruck bzw. den Dichtungsschmiermitteldruck. Dieser Druck wirkt auf die verschiedenen Oberflächen der ringförmigen Rinder 21 und 48, die generell in der oberen Kammer 76 angeordnet sind. Aus den Fig. 1 und 2 ist erkennbar, daß dieser Druck allgemein dazu neigt, den Schaft 18 in Richtung seiner Längsachse weg von dem Absperrglied zu belasten. Die Fig. 1 und 2 lassen insbesondere erkennen, daß der Druck auf die untere, radial verlaufende Fläche 33 des ringförmigen Randes 48 wirkt und daß die dadurch insgesamt erzeugte Di£f£renzbelastungskraft den Schaft 18 nach außen weg von dem Absperrglied 22 zu bewegen sucht. Wenn der Schaft 18 sich in einer solchen Richtung bewegt, wirkt der ringförmige Rand 21 auf den Ring 27 ein, der wiederum in der gleichen Richtung wie der Schaft 18 belastet wird. Der mit dem Schaft 18 mitdrehende Ring 27 drückt daraufhin die Dichtungspackung gegen das stationäre Anschlagglied 68, das mit dem Gehäuse 12 verbolzt ist. Wenn der Ring 27 die Dichtungspackung 56 zusammendrückt, werden sie in eine innigere Berührung mit dem Schaft 18 gezwungen, wodurch eine zusätzliche Dichtungswirkung gegenüber dem Schaft eintritt. Auch der,Ring 27 wird mit der radial verlaufenden Fläche 29 in innigeren Kontakt mit der Dichtungspak-

9 0 9810/0687

kung 56 gebracht. Wie schon erwähnt wurde, ergibt sich zwischen der Außenfläche des Schaftes 18 und der Dichtungspackung 56 wie auch zwischen der Dichtungspackung 56 und der radial verlaufenden Fläche des Ringes 27 ein Dreh- oder Rotationskontakt.

Die Dichtungspackung 56 kann drei getrennte Dichtungsringe umfassen. Der unterste Ring der Dichtungspackung 56 entspricht dabei vorzugsweise dem Ring 131 gemäß Fig. 8. Dabei ist erkennbar, daß die radial verlaufende Polytetrafluoräthylenfläche 143 des Ringes 131 in Bewegungskontakt mit der axial verlaufenden Fläche 31 des Ringes 27 gelangt. Die aufwärts gerichteten alternierenden Schichten aus Polytetrafluoräthylen schaffen darüberhinaus eine geeignete Lagerfläche für den Bewegungskontakt zwischen der Außenfläche des Schaftes 18 und der inneren, axial verlaufenden Oberfläche der Dichtung 131. Für die beiden oberen Dichtungsringe der Dichtungspackung 56 können dann geeignetermaßen die Dichtungen 61 gemäß Fig. 5 verwendet werden. Bei diesen obersten Dichtungen ergibt sich hauptsächlich ein Bewegungskontakt zwischen der äußeren Oberfläche des Schaftes 18 und den inneren, axial verlaufenden Oberflächen der Dichtungen.

Die vorangehenden Ausführungen lassen erkennen, daß der Leitungsdruck und/oder der Druck des Dichtungsschmiermittels als antreibende Kraft betrachtet werden kann, die im Ergebnis dazu führt, daß die Dichtungspackung 56 in innige Dichtberührung mit dem Schaft 18 und dem Ring 27 wie auch mit der Innenfläche des Gehäuses 12 und der abwärts gerichteten, radial verlaufenden Fläche des Anschlaggliedes 68 führt.

Es ist außerdem festzustellen, daß der ringförmige Rand 48 zusätzlich zu den zuvor genannten Funktionen auch als Rücksitz dient. Wenn es beispielsweise notwendig ist, die Dichtungspackungen 56 zu ersetzen, können, wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, nach einer Entfernung der Gewindebolzen 64,

909810/0687

die die Abnahme des Anschlaggliedes 68 nach der Abnahme des Anschlagkragens 70 erlauben, die Dichtungen freigelegt werden. Wenn die Schaftkappe 62 in dieser Weise entfernt ist, neigt der Schaft 18 selbst dazu, sich in Axialrichtung nach außen zu bewegen, wobei dann der ringförmige Rand 48 sich mit seiner auswärts gerichteten, radial verlaufenden Fläche 35 auf eine radial verlaufende Fläche 37 aufsetzt, die in dem Gehäuse 12 ausgebildet ist.

Wie zuvor ebenfalls schon erwähnt wurde, können die verschiedenen Betriebsteile des Absperrorgans, d.h. der Schaft 18, das Axialdrucklager und die Dichtungen 56, der Ausgleichsring 20, die Feder 106, die runde Kugel 110, das Absperrglied 22, die runde Absperrglied-Druckkugel 34 usw. durch die Öffnung des Gehäuseendes hindurch eingebaut werden, die durch die Endkappe 14 verschlossen ist. Wenn der Schaft 18 durch den Boden des Gehäuses 12 hindurch entfernt worden ist, stößt der Ring 27 gegen den winkeligen Vorsprung 39 des Gehäuses 12 und gleitet dabei von dem Schaft ab, wenn dieser aus dem Gehäuse herausgezogen wird.

Auf diese Weise wird ein einzigartig gestalteter Hahnschieber 10 mit druckbetätigten Rotationsdichtungen geschaffen, die eine leistungsfähige, wirksame Dichtung zwischen dem drehbaren Schaft 18 und dem Gehäuse 12 schafft. Es kommt hinzu, daß der Hahnschieber 10 am Einsatzort gewartet werden kann, auch ohne daß die Leitungsströmung unterbrochen werden muß. Darüberhinaus können die Dichtungen 56 entfernt und ersetzt werden, während das Absperrorgan betriebsfähig installiert ist.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführunge nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen möglich sind.

909810/0687

Claims (1)

1. 283433S

   Patentanwälte

   Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

   E.Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

   Ernsbergerstrasse 19

   8 München 60

   4. August 1978

   ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

   Grant Street

   Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.

   Unser Zeichen: R 964

   Ansprüche :

   1. Dichtungspackung für Absperrorgane, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Packungsring in Radialrichtung alternierend zusammengedrückte Schichten aus Polytetrafluoräthylen und Graphit aufweist.

   2. Dichtungspackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Polytetrafluoräthylenschicht aus einem fortlaufenden Polytetrafluoräthylenband hergestellt ist.

   3. Dichtungspackung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Graphitschicht aus einem fortlaufenden Graphitband hergestellt ist.

   4. Dichtungspackung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Graphitschicht beträchtlich dicker als die Polytetrafluoräthylenschieht ist.

   909810/0687

   283433

   5. Dichtungspackung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitschicht etwa fünfmal dicker ist als die Polytetrafluoräthylenschicht.

   6. Dichtungspackung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß jede Schicht zu einer schlangenlinienförmigen Querschnittsform zusammengedrückt ist.

   7. Dichtungspackung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsring auf etwa 50 % der ursprünglichen Höhe zusammengedrückt ist.

   8. Dichtungspackung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die fortlaufenden Bänder des Ringes die gleiche Höhe aufweisen und zur Ausbildung der Dichtung aufeinanderliegend gewickelt sind.

   9. Dichtungspackung nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fortlaufende Polytetrafluoräthylenband einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und mit dazwischen eingefügtem Graphitband zur Bildung der Dichtung gewickelt ist.

   10. Verfahren zur Herstellung einer Dichtungspackung für Absperrorgane, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei Bänder, von denen das eine aus Graphit und das andere aus Polytetrafluoräthylen besteht, unter Bildung einer Vielfachschichtung um einen Dorn gewickelt werden und dann die abwechselnd liegenden, gewickelten Bänder zur Ausbildung einer Dichtung zusammengedrückt werden.

   909810/0687

   283433

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder in einem Formtopf zusammengedrückt werden.

   12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Bänder auf etwa 50 % ihrer ursprünglichen Höhe zusammengedrückt werden.

   13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis

   12, dadurch gekennzeichnet, daß das PoIytetrafluoräthylenband in einen U-förmigen Querschnitt gebracht wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitband in das im Querschnitt U-förmige Polytetrafluoräthylenband vor dem Zusammendrücken der Bänder eingefügt wird.

   15. Absperrorgan mit einem einen Durchgang für einen Medienstrom und mit einer diesen Durchgang schneidenden Bohrung versehenen Gehäuse, mit einem in der Bohrung drehbar angeordneten Absperrglied, das in einer Absperrlage den Strömungsdurchgang sperrt, zur Freigabe des Strömungsdurchganges in einer Öffnungsstellung jedoch eine Öffnung hat, wobei das Absperrglied mechanisch mit einem drehbar in dem Gehäuse sitzenden Schaft gekuppelt ist und durch den Schaft in die gewünschte Einstellage drehbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Absperrglied und das Gehäuse an einem Absperrgliedende eine erste Kammer bilden, in der ein ringförmiger Rand des Schaftes sitzt, daß ferner der Schaft von wenigstens einer ringförmigen Dichtung umgeben ist, die den Zwischenraum zwischen dem Schaft und dem Gehäuse dichtet, wobei durch eine Einrichtung ein Druck einführbar ist, der gleich oder größer dem Leitungsdruck in der ersten Kammer ist und der auf den ringförmigen Rand des Schaftes einwirkt und diesen zur Zu-

   909810/0687

   sainmendrückung der ringförmigen Dichtungen in Axialrichtung bewegt, wobei die Dichtungen abwechselnde Schichten aus Polytetrafluoräthylen und Graphit umfassen.

   16. Absperrorgan nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Absperrglied als konisches Absperrglied ausgebildet und drehbar in einer angepaßt konisch ausgebildeten Bohrung des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Absperrglied und das Gehäuse die erste Kammer am schmaleren Absperrgliedende bilden.

   909810/0687