DE2941451A1

DE2941451A1 - Reibungsarme dichtung fuer die antriebsspindel von haehnen und ventilen

Info

Publication number: DE2941451A1
Application number: DE19792941451
Authority: DE
Inventors: Jean Gachot
Original assignee: Individual
Current assignee: Omnibrev Holding Ag Zug Ch
Priority date: 1978-10-17
Filing date: 1979-10-12
Publication date: 1980-04-30
Also published as: BE879130A; NL175097B; US4291863A; JPS5725753B2; FR2439348A1; JPS5557786A; NL7907356A; DE2941451C2; NL175097C; FR2439348B1

Description

95230 SOISY SOUS MONTMORENCY, Frankreich

Unser Zeichen: G 1463

Reibungsarme Dichtung für die Antriebsspindel von Hähnen und Ventilen

Die Erfindung bezieht sich auf eine reibungsarme Vorrichtung, die in Verbindung mit der Antriebsspindel von den Durchfluß regelnden oder absperrenden Hähnen oder Ventilen Verwendung finden kann, insbesondere dann, wenn es sich um Hähne oder Ventile für unter hohem Druck bzw. hoher Temperatur stehende Medien handelt. Bei solchen Geräten ist es wesentlich, daß die Durchführung der Antriebsspindel aus dem unter Druck stehenden Hahn- oder Ventilgehäuse einwandfrei abgedichtet ist. Obwohl die Erfindung für Hähne und Ventile verschiedener Gattung benutzt werden kann, ist sie in erster Linie für sogenannte Klappenventile bestimmt.

Bei den bekannten Ausführungen erfolgt die Abdichtung mit Hilfe von Stopfbuchsen oder Dichtungen, welche gegen einen Bund der Antriebsspindel gedrückt werden. Zu der Dichtung

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gehört häufig eine Gleitscheibe aus einem Harz aus einer Fluor-Kohlenstoffverbindung, welche auf der anderen Seite des Bundes auf die Spindel aufgeschoben und zwischen dem Bund und einer Ringschulter des Hahn- oder Ventilgehäuses eingespannt ist.

Solche Scheiben erleichtern die Betätigung des Hahnes oder Ventiles durch ihre selbstschmierenden Eigenschaften. Außerdem tragen sie zur Erzielung der gewünschten Abdichtung bei. Infolge der Kriechfähigkeit des Harzes formen sich die beiden Seiten der Scheibe an die Flächen des Bundes und der Schulter an, wodurch auch sehr geringe Zwischenräume ausgefüllt werden.

Es hat sich nun aber gezeigt, daß bei Ventilen der beschriebenen Art, deren Verschlußorgan auf der stromaufwärts gerichteten Seite mit einem hohen Druck belastet ist und/oder deren Betriebstemperatur hoch ist, das Material der reibungsarmen Scheibe sich in einem Bereich von z.B. 1/4 oder 1/5 des Umfanges so abnutzt, daß es dort völlig verschwindet. Es tritt dann eine Reibung dieser normalerweise durch die Scheibe voneinander getrennten Teile unmittelbar zwischen Metall und Metall ein, woraus sich eine schrittweise Blockierung der Antriebsspindel ergeben kann.

Im übrigen hat die Erfahrung gezeigt, daß dabei im Bereich des Verschlußorgans ein Spiel auftritt, das sich bei jeder Betätigung des Hahnes oder Ventiles vergrößert. Dann ist es erforderlich, die Antriebsspindel zum Ersatz der Scheibe auszubauen. Die vorzeitige Abnutzung der Scheibe stellt also für den Benutzer einen wesentlichen Mangel dar.

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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Verschwinden eines Teiles der Scheibe auf dem Kriechen des aus einer Fluor-Kohlenstoffverbindung bestehenden Materials beruht, das durch eine ungleichmäßige Verteilung der Drücke verursacht wird, die über die Antriebsspindel übertragen werden und von dem Druck des Mediums auf das Verschlußorgan herrühren. Diese Erscheinung ist besonders bei Klappenventilen ausgeprägt, da die Klappe gegenüber der Drehachse der Antriebsspindel versetzt ist.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die geschilderten Mängel zu beseitigen, und es geschieht dies aufgrund der Erkenntnis, daß es möglich ist, die reibungsmindernde Scheibe trotz der Unsymmetrie der auf sie einwirkenden Kräfte mit einfachen und wenig aufwendigen Mitteln im Betrieb unversehrt zu erhalten.

Die Erfindung sieht zu diesem Zweck eine reibungsarme Dichtung für die Antriebsspindel von den Durchfluß regelnden oder absperrenden Hähnen oder Ventilen mit einem die Zu- und Ableitungsanschlüsse aufweisenden Gehäuse vor, welches das an der aus dem Gehäuse herausgeführten Spindel angebrachte Absperrorgan enthält und mit wenigstens einer die Spindel umgebenden Stopfbuchse versehen ist, die auf einen an der Spindel vorgesehenen Bund einwirkt, der sich über eine aus kriechfähigem Material bestehende Scheibe auf einer Gehäuseschulter abstützt, wobei der Umfang der Antriebsspindel gegenüber der Scheibe eine Nut aufweist.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die Gegenwart dieser Nut das Verschwinden eines Abschnittes der Scheibe durch Kriechen seines Materials zwischen der Antriebsspindel und der Bohrung, in welcher sich die Spindel dreht, verhindert.

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Zweckmäßig beträgt die Höhe der Nut gemessen parallel zur Achse der Spindel wenigstens 3/4 der Stärke der Scheibe oder sie ist wenigstens gleich der Scheibenstärke vor dem Kriechen des Materials derselben. Das kriechbare Material tritt so vollständig in die Nut ein, ohne gegen die Außenfläche der Antriebsspindel zu stoßen und ohne zwischen die Antriebswelle und das Gehäuse des Hahnes oder Ventiles zu treten.

Die Nut läuft zweckmäßig um die Achse der Spindel herum. Es ergibt sich somit für die Nut ein gleichmäßiges Profil, welches etwaigen Ungleichheiten der Scheibenstärke infolge der Kriecherscheinung entgegenwirkt.

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform hat der Querschnitt der Nut etwa die Form eines U, dessen beide Schenkel rechtwinklig zur Achse der Spindel verlaufen, während der mit einem Bogen daran ansitzende Steg mit der Spindelachse parallel ist.

Bei allen Ausführungsformen hat die Scheibe aus kriechfähigem Material zweckmäßig einen Innendurchmesser, bei dem die auf die Spindel aufgesteckte Scheibe teilweise in die Nut der Antriebsspindel eingreift, während zwischen ihrem Außendurchmesser und der Schulter des die Spindel umgebenden Hahn- oder Ventilgehäuses ein geringes Spiel verbleibt.

Die Plastizität des Materials der Scheibe erlaubt dieser nämlich, trotz ihres gegenüber dem Spindeldurchmesser etwas kleineren Innendurchmessers mit leichter Spannung auf der Spindel bis zu der Stelle zu gleiten, wo sich die Nut befindet. Die Scheibe nimmt dort wieder ihre normalen Abmessun-

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gen an, und sie ist selbst vor jeder Kriechbewegung über den ganzen Umfang der Spindel im Innern der Nut festgelegt. Ein späteres Kriechen des Materials kann also nur zur Folge haben, daß das Material noch mehr in die Nut hineingedrückt wird, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Material zwischen die Spindel und die die Spindel enthaltende Bohrung eintritt, da die Verteilung des Materials in der Nut schnell ein Fortschreiten der Kriechbewegung verhindert.

Andere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser sind:

Fig. 1 ein Schnitt in einer Ebene, die durch die Achsen der Antriebsspindel und der Leitungsanschlüsse eines Klappenventils gemäß der Erfindung verläuft,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 eingekreisten Abschnittes,

Fig. 3 die noch stärker vergrößerte Darstellung des in Fig. 2 eingekreisten Abschnittes vor der Kriechbewegung der Scheibe,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3 nach der Kriechbewegung des Scheibenmaterials und

Fig. 5 eine Teilansicht zweier Elemente nach Fig. 2, woraus sich beispielsweise deren Abmessungen und Toleranzen in Millimeter im Falle einer Ausführungsform der Erfindung ergeben.

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Das Klappenventil gemäß der Erfindung nach Fig. 1 hat ein Gehäuse 3» in welches die Antriebsspindel 1 eingesetzt ist. Die Klappe 8 ist mit der Spindel 1 durch einen Bolzen 8a gekuppelt, und sie kann mit der Halbspindel 51 Schwenkbewegungen ausführen. Die Achse der nicht dargestellten Ein- und Austrittsleitungen befindet sich in der Zeichnungsebene und verläuft rechtwinklig zu der Achse der Spindel 1. In der Schlußstellung liegt die Klappe 8 über eine Dichtungszwischenlage 9 auf dem ringförmigen Sitz 10 auf.

Ein mit der Spindel 1 fest verbundener Bund 2 dient als Widerlager für die Abdichtungsvorrichtung, nämlich eine Stopfbuchse, welche von den zylindrischen Elementen 6a, 6b, 6c und 6d gebildet wird, welche sich in dem Ringraum zwischen dem Gehäuse 3 und der Spindel 1 befinden. Eine ähnliche Anordnung umgibt die Halbspindel 51. Sie besteht aus dem Bund 52 und den Abdichtungselementen 56a, 56b, 56c und 56d, welche zwischen dem Gehäuse 3 und der Halbspindel untergebracht sind.

Die Bunde 2 und 52 stützen sich auf ringförmigen Schultern 4 bzw. 54 des Gehäuses 3 ab, und zwar über Scheiben 5 bzw. 55, welche auf die Spindel 1 bzw. die Halbspindel 51 aufgesteckt sind. Gegenüber den Scheiben 5 und 55 haben die Spindeln 1 bzw. 51 mit der Achse X-X koaxiale Umfangsnuten 7 bzw. 57. Zur Vereinfachung und besseren Klarheit der Beschreibung sei angenommen, daß die den Spindeln 1 und 51 gemeinsame Achse X-X senkrecht verläuft.

Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Nut einen senkrechten Querschnitt in Form eines U mit waagerechten Schenkeln, wobei ein Teil des Spindelbundes einen dieser Schenkel bildet. Der Steg 7a des U ist ein senkrecht ver-

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laufender Abschnitt, welcher mit den waagerechten Schenkeln 7b durch zwei Kreisbogenstücke 7c verbunden ist, die über einen Winkel von 90° verlaufen und einen kleinen Krümmungsradius haben (Fig. 3).

Wie sich aus den Fig. 3 und 4» und zwar besonders aus der letzteren, ergibt, ist die senkrechte Höhe der Nut 7 bzw. 57 etwas größer ala die Dicke der Scheibe 5 bzw. 55 vor ihrer Kriechbewegung.

Die Fig. 5 ist eine:Werkstattzeichnung eines Versuchszwecken dienenden Prototyps entnommen, und sie gibt Abmessungen, Toleranzen und Spiele an, wie sie bei dieser Ausführung vorhanden sind.

Wie man sieht, ist der mittlere Innendurchmesser der Scheibe 5 bzw. 55 (25 - 0,05 mm) etwa 3/100 mm kleiner als der mittlere Außendurchmesser der Spindel 1 bzw. 51 (25 - 0,017 mm). Die Scheibe muß also infolge ihres um 3/100 mm kleineren Innendurchmessers mit Gewalt auf die Spindel aufgesteckt und in ihre Stellung gegenüber der Nut gedrückt werden, wo sie wieder ihren ursprünglichen Innendurchmesser annimmt und dabei in die Nut 7 bzw. 57 eintritt. Das in Fig. 4 nicht gezeigte Spiel zwischen dem Außendurchmesser der Scheibe und dem Innendurchmesser des Gehäuses beträgt etwa 6/100 mm.

Wenn der Hahn bzw. das Ventil unter Druck gesetzt wird und das durchfließende Medium eine hohe Temperatur hat, so tritt ein Kriechen des die Scheibe bildenden Harzes ein, jedoch bleibt derjenige Teil des Verformungskräften ausgesetzten Harzes, welcher schon vorher in die Nut 7 bzw.

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eingetreten war, an dieser Stelle, ohne zwischen die Spindel 1 bzw. 51 und die Innenwand der Bohrung des Gehäuses 3 einzudringen. Die Kompression des Materials in der Nut 7 bzw. 57 begrenzt schnell das Kriechen des Materials, so daß die Scheiben auf ihrem ganzen Umfang Bestand haben. Die Drehung der Spindeln 1 bzw. 51 bleibt also sehr weich. Auch verbleiben die Spindeln in ihrer senkrechten Stellung, und es tritt an den Stopfbuchsen keine Undichtigkeit auf.

Die vorstehenden Erläuterungen für das Zustandekommen der mit der Erfindung erzielten Wirkungen dürften zutreffen, sollen jedoch in keiner Weise bindend sein. Ebenfalls haben Versuche mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, daß durch das Anbringen einer Umfangsnut auf der Antriebsspindel anschließend an deren Bund, und insbesondere dann, wenn die besagte Scheibe in die Nut eingreift, mehr als 200.000 Öffnungs- und Schließbewegungen des Ventiles vorgenommen werden konnten, ohne daß Undichtigkeiten auftraten und ohne daß die Reibungsscheibe ausgewechselt werden mußte.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, das Abänderungen zuläßt. So kann der radiale in einer senkrechten Ebene verlaufende Querschnitt der Nut von einem U abweichen, und auf den Bund der Spindel bzw. auf der ringförmigen Schulter des Gehäusekörpers können zusätzliche ringförmige Ausnehmungen angebracht werden. Die Erfindung erstreckt eich auf alle Ausführung sformen, welche Mittel zur Aufrechterhaltung des senkrechten Verlaufes der Spindel und der Dichtigkeit der Stopfbuchsen trotz des Kriechens der Scheiben aufweisen.Be-

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merkt sei noch, daß durch die Erfindung die Abdichtung auch bei Kugelhähnen verbessert werden konnte, obwohl sich die größten Erfolge bei Klappenventilen zeigten.

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Claims

Patentanwälte

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Dipt -Ing Dipl.-Chem. Dipl -Ing. *- ^ ~r I T ^ I

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

Ernsber ger strasse 19

8 München 60

Jean GACHOT 10. Oktober 1979

bis, avenue de Paris

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Patentansprüche

Reibungsarme Dichtung für die Antriebsspindel von den Durchfluß regelnden oder absperrenden Hähnen und Ventilen mit einem die Zu- und Ableitungsanschlüsse aufweisenden Gehäuse, welches das an der aus dem Gehäuse herausgeführten Spindel angebrachte Absperrorgan enthält und mit wenigstens einer die Spindel umgebenden Stopfbuchse versehen ist, die auf einen an der Spindel vorgesehenen Bund einwirkt, der sich über eine aus
kriechfähigem Material bestehende Scheibe auf einer
Gehäuseschulter abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Antriebsspindel (1) gegenüber der
Scheibe (5, 55) eine Nut (7, 57) aufweist.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Nut (7, 57) gemessen parallel zur Achse
der Spindel (1) wenigstens 3/4 der Stärke der Scheibe (5, 55) vor dem Kriechen derselben entspricht.

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3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7, 57) um die Achse der Spindel (1) herumläuft.
4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nut (7, 57) etwa die Form eines U hat und daß dessen beide Schenkel (7b) rechtwinklig zur Achse der Spindel (1) verlaufen, während der mit einem Bogen (7c) daran ansitzende Steg (7a) mit der Spindelachse parallel ist.
5. Dichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (5, 55) aus kriechfähigem Material einen inneren Durchmesser hat, bei dem die auf die Spindel (1) aufgesteckte Scheibe in die Nut (7, 57) eingreift.

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