DE2937435A1

DE2937435A1 - Dichtung fuer absperrorgan

Info

Publication number: DE2937435A1
Application number: DE19792937435
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 6095 Gustavsburg Oertel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-09-15
Filing date: 1979-09-15
Publication date: 1981-04-09

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 12. Sept. 1979

Dichtung für Absperrorgan

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für ein Absperrorgan mit kugelförmigem Küken.

Durch die DE-OS 2 609 316 ist eine Dichtung für Kugelhähne bekannt, bei der die Dichtung mittels O-ringförmigem Kolben anpreßbar ist, wobei der Druck des Durchflußmediums durch einen Differentialkolben verstärkt über ein Arbeitsmedium auf die der Dichtung abgewandten Seite des O-ringförmigen Kolbens wirkt. Der Differentialkolben weist am hochdruckseitigen Ende einen Konus auf, wobei der Übergang vom zylindrischen Teil zum Konus eine Steuerkante bildet, welche bei Entlastung des Differentialkolbens vom Druck des Durchflußmediums den Weg zu einem federbelasteten Vorspannkolben freigibt, welcher über die Hydraulikflüssigkeit die Dichtung wählend der Drehung des Kükens mit definierbarer, aber verminderter Kraft anpreßt. Eine solche Einrichtung ist zwar in der Theorie funktionsfähig, die Praxis mit ihren im gesamten System vorhandenen Leckv erlusten verurteilt dieses Dichtungssystem zur Funktionsunfähigkeit, da sich der Vorspannkolben bei Leckage in Richtung der wirksamen Federvorspannung bewegt, wodurch

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sich die Feder dehnt und der Druck auf dem Vorspannkolben absinkt, bis der Kolben am Grunde der Bohrung aufsitzt und der Druck in der Hydraulikvorlage vollends auf Null absinkt und der Ovringförmige Kolben den Dichtring freigibt, was zum Versagen des Kugelhahnes führt. Auch der O-ringförmige Kolben und der Differentialkolben weisen natürlich Leckverluste auf, welche zum gleichen Ergebnis führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtungssystem genannter Art so fortzuentwickeln, daß unter Beibehaltung des hydraulischen Anpreß- und Regelsystems unter Ausschaltung von Leckverlusten eine für die Praxis geforderte zuverlässige Funktion erreicht wird.

K'.rf indungsgemäß wird

diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Druckraum des O-ringförmigen Kolbens durch einen endlosen, sich an die Wände des Gehäuses anschmiegenden Schlauches leckfrei abschließbar ist, und daß der Schlauch direkt oder über eine Bohrung mit dem Hochdruckraum des Differentialkolbens verbunden ist, und daß diese Bohrung ebenso wie der Hochdruckraum mit einer endlosen allseitig dichtenden elastischen Folie ausgekleidet ist, welche nahtlos mit dem Schlauch verbunden ist, sowie der Differentialkolben mittels Dichtelementen leckfrei gehalten ist und über eine einstellbare Vorlage den Systemdruck regelbar hält.

Durch diese Maßnahmen sind Leckverluste absolut ausgeschlossen, die Vorspannkraft der Dichtung während der Drehung des Kükens ist mittels der Schraube über eine Feder auf einen definierbaren Wert dauerhaft einstellbar. In Arbeitsstellung des Kükens sorgt der Druck des Durchflußmediums für den erforderlichen Anpreßdruck, um stets Dichtheit zu gewährleisten. Durch das hermetisch abgeschlossene System Differentialkolben-O-ringförmiger Kolben ist es unmöglich, daß der Differentialkolben nach geraumer Zeit infolge von Leckverlusten hochdruckseitig auf dem Grund der Zylinderbohrung aufsitzt und sich die Hydraulik

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entspannt und die Dichtung abhebt. Dies ist erfindungsgemäß mit Sicherheit vermieden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann Anspruch 2 entnommen werden.

Durch dieses Merkmal wird eine in radialer Richtung zwangsfreie, stets dichtende Lage des Dichtungsringes gewährleistet.

Um Leckverluste im Differentialkolben auszuschließen, wird nach Anspruch 3 vorgeschlagen, daß die Dichtelemente des Differentialkolbens aus Linsenkopf- oder Faltenbalgdichtungen bestehen.

Durch hermetischen Abschluß der Zylinderräume des Differentialkolbensystems wird absolute Dichtheit des gesamten Hydrauliksystems erreicht, so daß dauernde, vorher definierbare und eingestellte Betriebszustände unbegrenzte Zeit aufrechterhalten werden können.

Um bei der Drehung des

Kükens von Arbeits- in Ruhestellung bzw. umgekehrt den gewünschten Anpreßdruck angepaßt an den Druck des Durchflußmediums zu erhalten, zeichnet sich ein weiteres Merkmal der Erfindung dadurch aus, daß die Vorlage aus einem durch eine λ Feder belastbaren Kolben gebildet wird, daß die Feder mittels einer Justierschraube vorspannbar ist, und daß der Kolben seine Kraft über die zwischengeschaltete und mittels Linsenkopf- oder Faltenbalgdichtung abdichtbaren Pufferräume auf den Arbeitskolben überträgt.

Durch diese Maßnahme wird eine schnelle und zuverlässige Regelung der Anpreßkraft des Ringkolbens an die Dichtfläche des Kugelkükens in Anpassung an den Druck des abzudichtenden Mediums gewährleistet. Der Druck kann so gewählt werden, daß während der Drehung des Kükens Dichtheit vorhanden ist, jedoch das Dichtmaterial als Folge

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zu hoher Anpreßkraft nicht zu Schaden kommt. Die Abdichtung des Differentialkolbensystems verhindert Leckverluste, so daß ein Nachlassen der eingestellten Federvorspannung und damit ein Nachlassen des Steuerhydraulikdruckes, sowie der Anpreßkraft des Ringkolbens zuverlässig vermieden wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Differentialkolben über eine Linsen-oder Faltenbalgdichtung unter Zwischenschaltung eines abgedichteten Pufferraumes mit einem Arbeitskolben verbunden ist, und daß dieser Arbeitskolben einen Konus aufweist, welcher mit geringem Spiel in eine konische, konzentrische Bohrung des Differentialkolbens ragt, welcher durch eine Schraubenfeder rückstellbar ist.

Durch den nadeiförmigen Konus wird erreicht, daß bei der Verbindung des Pufferraumes der Hydraulikvorlage mit dem Druckraum des Durchflußmediums über einen Dreiwegehahn der Differentialkolben mechanisch auf den Konus des Arbeitskolbens aufsitzt und direkt auf diesen seine Kraft überträgt. Wird hingegen der Pufferraum über den Dreiwegehahn mit der Umgebung verbunden, so ist bei Drehung des Kükens nur noch die Kraft des federbelasteten Kolbens wirksam.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der endlose Schlauch, welcher hinter einer mit radialem Spiel eingebauten Dichtung liegt, in einer ringförmigen Ausnehmung konzentrisch zur Achse der Druckflußrichtung angeordnet ist, und daß die Mittelebene dieser Ausnehmung mit der Achse des Arbeitskolbens zusammenfällt.

Diese Konstruktion hat d'jn Vorteil, daß abzudichtende Kanäle zwischen dem Arbeitskolben und dem Schlauch vermieden

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werden. Vielmehr wirkt der Arbeitskolben direkt auf den Schlauch und über diesen auf die Dichtung ein. Die Fertigung wird dadurch wesentlich vereinfacht.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. I Längsschnitt durch Kugelhahn mit Abdichtung des Ringraumes hinter der Dichtung mittels eines durch Bohrung mit dem Differentialkolbensystem verbundenen endlosen Schlauches,

Fig. 2 Längsschnitt durch Kugelhahn mit endlosem Schlauch zum Anpressen der Dichtung mit einem direkt auf den Schlauch einwirkenden Arbeitskolben.

Fig. I,stellt einen Längsschnitt durch einen Kugelhahn mit dessen Dichtungsmechanismus dar. Das Küken I ist drehbar im Gehäuse 2 gelagert und durch eine Dichtung 4 nach außen abgedichtet. Das Küken selbst ist gegen das Gehäuse durch eine ringförmige Dichtung 3 abgeschlossen.Die ringförmige Dichtung 3 wird durch einen O-ringförmigen Kolben 5 angepreßt. Die Dichtung 3 ist mit radialem Spiel eingebaut, um axiale Verschiebungen des Kükens oder leichte Schrägstellungen desselben zu kompensieren, ohne seine Dichtfunktion einzubüßen. Vor der Drehung des Kükens ist es zur Schonung der Dichtung notwendig, den Anpreßdruck so zu vermindern, daß gerade noch Dichtheit vorhanden ist, die Reibung aber so weit gemindert ist, daß die Dichtung nicht beschädigt wird. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Differentialkolben 6 bewerkstelligt, welcher in Arbeitsstellung über einen Dreiwegehahn 6a von dem Druck pl des Durchflußmediums beaufschlagt wird und seine Kraft über einen Konus 7 weiterleitet, welcher auf einem Arbeitskolben 8 aufgesetzt und in eine konusförmige Bohrung 9 des Differentialkolbens ragt. Um Leckverluste auszuschließen,

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ist der Differentialkolben mit dem Arbeitskolben mittels einer Linsendichtung 10 oder einem Faltenbalg dicht verbunden, so daß ein Pufferraum 2^a entsteht, über diesen Pufferraum wirddie für die Drehung des Kükens 1 erforderliche Anpreßkraft der Dichtung 3 vom Kolben 12 einer Vorlage über den Zwischenraum der nun nicht anliegenden Konen 7, 9 mittels Hydraulikflüssigkeit übertragen. Um Leckverluste bei dieser übertragung zu vermeiden, ist Kolben 12 mit dem Differentialkolben 6 über eine Linsendichtung lOa oder Faltenbalg verbunden. Der für die Anpressung der Dichtung 3 während der Drehung des Kükens 1 erforderliche Hydraulikdruck ist in Anpassung an den Druck des Durchflußmediums mit einer Justierschraube 13 und einer Feder 14, welche auf den Kolben 12 wirkt, einstellbar.

Um nun absolute Dichtheit des gesamten Systems zu erreichen, wirkt der Hydraulikdruck der Vorlage nicht unmittelbar auf den O-ringförmigen Kolben 5, sondern über einen endlosen Schlauch 15, welcher sich einerseits gegen den Kolben 5 und andererseits gegen den Arbeitskolben 8 abstützt, so daß der Kolben 8 seine Kraft der im Schlauch 15 eingeschlossenen Hydraulikflüssigkeit aufprägt, welche ihren Druck ebenfalls über den Schlauch auf den O-ringförmigen Kolben 5 überträgt. Leckverluste zwischen Arbeitskolben 8 und Kolben 5 werden so zuverlässig vermieden. Ein Platzen des Schlauches 15 ist nicht zu befürchten, da er sich gegen die Wände des Gehäuses 2 abstützen kann und die Kolbenwege verschwindend gering sind, d.h., daß die Wege der Kolben 5, 8 lediglich aus der Stauchung der Dichtung bestehen, wenn deren Anpreßdruck nach der Drehung des Kükens 1 wieder auf den Anpreßdruck erhöht wird bzw. umgekehrt zur Drehung des Kükens vermindert wird. Bei der Härte des hier in Frage kommenden

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Dichtungsmaterials gehen diese Wege praktisch gegen Null. Ebenso kann für den Weg des Arbeitskolbens 8 die Kompressibilität der im Schlauch 15 eingeschlossenen Hydraulikflüssigkeit vernachlässigt werden, wenn deren Druck bei
Drehung des Kükens I vermindert oder in Arbeitsstellung
des Kugelhahnes erhöht wird. Es handelt sich somit in der Praxis um rein statische Vorgänge.

Fig. 2 stellt eine vereinfachte Version dar, bei der der Arbeitskolben 8 in der gleichen Ebene zu liegen kommt wie die Ringebene des Schlauches 15, welche den O-ringförmigen Kolben 5 anpreßt. Dadurch wird die problematische Abdichtung von Bohrungen zwischen Schlauch und Arbeitskolben vermieden. Der Anpreßmechanismus kann mit dieser Version billiger gefertigt werden, die Funktion selbst erleidet keine Einbuße.

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Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 12. Sept. 1979

Patentansprüche

Dichtung für Absperrorgan mit kugelförmigem Küken,· bei der die Dichtung mittels eines O-ringförmigen zur Durchflußachse des Kükens konzentrischen Kolbens anpreßbar ist, dessen Druckraum mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, deren Systemdruck durch Beaufschlagung mit dem Druck des Durchflußmediums unter Zwischenschaltung eines der Verstärkung des Druckes dienenden Differentialkolbens aufrechterhalten wird bzw. nach Umschaltung eines Dreiwegehahnes auf Umgebungsdruck entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum des O-ringförmigen Kolbens (5) durch einen endlosen, sich an die Wände des Gehäuses (2) anschmiegenden Schlauches (15)leckfrei abschließbar ist, und daß der Schlauch direkt oder über eine Bohrung(20) mit dem Hochdruckraum (Arbeitskolben 8) des Differentialkolbens (6) verbunden ist, und daß diese Bohrung (20) ebenso wie der Hochdruckraum mit einer endlosen allseitig dichtenden elastischen Folie (21) ausgekleidet ist, welche nahtlos mit dem Schlauch verbunden ist, sowie der

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Differentialkolben (6) mittels Dichtelementen leckfrei gehalten ist und über eine einstellbare Vorlage (22) den Systemdruck regelbar hält.
2. Dichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem O-ringförmigen Kolben (5) und dem Küken (I) eine ringförmige Dichtung (3) zwischengeschaltet ist, und daß diese Dichtung mit radialem Spiel eingebaut ist.
3. Dichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente des Differentialkolbens (6) aus Linsenkopf- oder FaItenbalgdichtungen (10, 10a) bestehen.
4. Dichtung nach Anspruch, 1, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlage (22) aus einem durch eine Feder (14) belastbaren Kolben (12) gebildet wird, daß die Feder mittels einer Justierschraube (13) vorspannbar ist, und daß der Kolben (12) seine Kraft über die zwischengeschaltete und mittels Linsenkopf- oder Faltenbalgdichtung (10a, 10) abdichtbaren Pufferräume (23, 23a) auf den Arbeitskolben überträgt.
5. Dichtung nach Anspruch I, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (6) über eine Linsenoder Faltenbalgdichtung (10) unter Zwischenschaltung eines abgedichteten Pufferraumes (23a) mit einem Arbeitskolben (8) verbunden ist, und daß dieser Arbeitskolben einen Konus (7) aufweist, welcher mit geringem Spiel in eine konische, konzentrische Bohrung (9) des Differentialkolbens (6) ragt, welcher durch eine Schraubenfeder (24) rückstellbar ist.

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6. Dichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der endlose Schlauch (15), welcher hinter einer mit radialem Spiel eingebauten Dichtung (3) liegt, in einer ringförmigen Ausnehmung konzentrisch zur Achse der Durckflußrichtung angeordnet ist, und daß die Mittelebene dieser Ausnehmung mit der Achse des Arbeitskolbens (8) zusammenfällt.

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