DE2941451A1 - Reibungsarme dichtung fuer die antriebsspindel von haehnen und ventilen - Google Patents
Reibungsarme dichtung fuer die antriebsspindel von haehnen und ventilenInfo
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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 (5)
- Patentanwälte2941Λ51Dipt -Ing Dipl.-Chem. Dipl -Ing. *- ^ ~r I T ^ IE. Prinz - Dr. G. Hauser - G. LeiserErnsber ger strasse 198 München 60Jean GACHOT 10. Oktober 1979bis, avenue de Paris95230 SOISY SOUS MONTMORENCY, FrankreichUnser Zeichen; G 1463PatentansprücheReibungsarme 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.030018/076A-2- 294H51 - 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.030018/0764
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