DE3039331A1

DE3039331A1 - Ventilschaftbaugruppe

Info

Publication number: DE3039331A1
Application number: DE19803039331
Authority: DE
Inventors: E. Frederick Coraopolis Pa. Schoeneweis
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-10-17
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB2062185B; NL8005911A; FR2468818B1; BE885959A; AR222913A1; MX152586A; CA1144136A; BR8006938A; FR2468818A1; GB2062185A

Description

Dipl.-Ing.	Dipl.-Chem.	Dipl.-Ing.
E. Prinz	Dr. G. Hauser	G. Leiser
	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60

Rockwell International Corporation ¹⁶ · Oktober 1980

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219

V.St.A.

Unser Zeichen: R 1009

Ventilschaftbaugruppe

Die Erfindung bezieht sich auf eine ■Ventilschaftbaugruppe und insbesondere auf eine solche Baugruppe, die in der Lage ist, eine vorbestimmte axiale Belastung auf das Schaftdichtungsmaterial aufzubringen, die für eine wirksame Abdichtung erforderlich ist, selbst wenn das Schaftdichtungsmaterial über seine wirksame Lebensdauer zum Schrumpfen neigt.

In der Ventiltechnik existiert eine Anzahl von Vorrichtungen, die dazu bestimmt sind, eine gleichmäßige Abdichtung um den Ventilschaft während der gesamten Lebensdauer des Ventils sicherzustellen. Bei einer Anzahl von Ventilen ist das verwendete Schaftdichtungsmaterial ausreichend elastisch zum Abdichten, besitzt jedoch die unerwünschte Eigenschaft, während der wirksamen Lebensdauer zu schrumpfen, wenn es einer

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axialen Belastung ausgesetzt ist, die für eine wirksame Abdichtung erforderlich ist. Zur Kompensation dieser Schrumpfung des Dichtungsmaterials verwenden einige Ventile Federn, um die axiale Belastung aufzubringen, wie dies in den US-PS 3 717 323 und 3 916 9^3 beschrieben ist. Die Federbelastung des Dichtungsmaterials scheint jedoch eine Kraft auf den Schaft oder den Ventilabsperrkörper aufzubringen, die einen weichen Ventilbetrieb beeinträchtigen kann. Andere Ventilschaftbaugruppen haben Einstellmittel auf dem Schaft oder auf der Vorrichtung zum Halten der Dichtung, die während der Lebensdauer des Dichtungsmaterials festgezogen werden können, um periodisch die Belastung zu erhöhen, um dadurch die Schrumpfung zu kompensieren. Die US-PS 3 030 O67, 3 030 068, 3 384 341, 3 409 268 und 3 920 026 beschreiben Ventile, die einige dieser Merkmale verwenden. Obwohl eine Anzahl von Ventilen Ventilschaftbaugruppen haben, die innerhalb des Ventils Drucksysteme verwenden, um die gewünschte axiale Belastung zu erzeugen, unterliegen diese Systeme häufig einer Schaftundichtigkeit, wenn der gesamte Systemdruck nicht verwendet wird. Zusätzlich ist eine Anzahl dieser oben erwähnten Ventilausführungen so angeordnet, daß sie das Merkmal eines rückwärtigen Aufsitzens des Ventilschaftes unmöglich machen, wenn ein solches Merkmal zum Schutz der Schaftdichtung bei Drücken oberhalb des normalen Betriebsdruckes erwünscht ist. Daher besteht weiterhin die Notwendigkeit ,für eine einfache Ventilschaftausführung die wirksame Verwendung des Schaftdichtungsmaterials zu ermöglichen, das einem Schrumpfen ausgesetzt ist, das nicht die normale Ventilbenutzung beeinträchtigt und zum Schutz ein rückwärtiges Aufsetzen umfaßt.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Ventilschaftbaugruppe zu schaffen, die eine wirksame Verwendung eines Schaft-

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dichtungsmaterials erlaubt, das schrumpfen kann, ohne daß mit einer Feder arbeitende Mittel oder eine periodische Einstellung erforderlich werden, um eine entsprechende axiale Belastung sicherzustellen, die auf das Dichtungsmaterial aufgebracht wird.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Ventilschaftbaugruppe der beschriebenen Art zu schaffen, die das Merkmal eines rückwärtigen Aufsitzens zum Schutz des Schaftdichtungsmaterials hat.

Diese und andere Ziele sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Form einer Ventilschaftbaugruppe für ein Ventil der Art geschaffen, das ein Gehäuse mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung hat, das einen Ventilabsperrkörper besitzt, der in dem Gehäuse für eine Drehung um eine Achse des Ventils zwischen geöffneten und geschlossenen Stellungen aufgenommen ist,und das ein Schaftdichtungsmaterial hat, das über seine wirksame Lebensdauer schrumpfen kann, wenn es einer vorbestimmten axialen Belastung ausgesetzt ist, die für eine wirksame Abdichtung notwendig ist. Die Ventilschaftbaugruppe hat einen drehbaren Schaft, der sich längs seiner Achse durch eine Öffnung in dem Gehäuse erstreckt und der mit einem Ventilabsperrkörper zur Ausführung einer Drehung dieses Körpers gekuppelt ist. Der Schaft kann unabhängig von der axialen Stellung des Absperrkörpers gegenüber dem Gehäuse eine begrenzte axiale Bewegung ausführen. Der Schaft hat einen mittleren Abschnitt mit einem ersten Durchmesser, der in einem mittleren Bereich der Öffnung dicht aufgenommen ist. Der äußere Abschnitt des Schaftes ist im Durchmesser verringert, um einen zweiten Durchmesser zu besitzen, der geringer ist als der erste Durchmesser, so daß eine sich in radialer Richtung erstreckende Schulter zwischen dem äußeren Abschnitt und dem mittleren Ab-

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schnitt angeordnet ist. Ein verlängertes inneres Ende des Schaftes hat eine sich in radialer Richtung erstreckende hintere oder Rücksitzfläche angrenzend an den mittleren Abschnitt. Die öffnung ist vergrößert, um einen äußeren Bereich aufzuweisen, der außerhalb des mittleren Bereiches angeordnet ist und der einen dritten Durchmesser hat, der größer ist als der erste Durchmesser, um eine innere Schulter des Gehäuses zu schaffen, die im allgemeinen mit der sich in radialer Richtung erstreckenden Schulter fluchtet. Die öffnung ist innerhalb des mittleren Abschnittes vergrößert, um eine Sitzfläche in dem Gehäuse zu bilden, die mit der hinteren oder Rücksitzfläche des inneren Endes des Schaftes zusammenpaßt. Eine Vorrichtung zum Halten der Dichtung ist um den äußeren Abschnitt des Schaftes befestigt, um das Schaftdichtungsmaterial in dem äußeren Bereich der öffnung zu halten. Beim ersten Einbau in dem Ventil ergibt sieh ein fester axialer Abstand von der inneren Schulter zur Aufbringung einer vorbestimmten axialen Belastung auf das dazwischen befindliche Dichtungsmaterial des Systems. Der Schaft kann sich in axialer Richtung zu der Vorrichtung zum Halten der Dichtung unter normalen Betriebsdrücken bewegen, ohne daß die Rücksitzfläche in eine Berührung mit der Sitzfläche gedrückt wird, um die vorbestimmte axiale Belastung auf das Schaftdichtungsmaterial zwischen der sich in radialer Richtung erstreckenden Schulter und der Vorrichtung zum Halten der Dichtung aufzubringen, wenn das Schaftdichtungsmaterial einige Zeit nach dem ersten Einbau einem Schrumpfen unterliegt.

Im nachfolgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung ist die einzige Figur mit Pig.l bezeichnet.

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Fig.l ist ein Ausschnitt einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eines Ventils mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Ventilschaftbaugruppe gemäß der Erfindung.

In Fig.l ist die bevorzugte Ventilschaftbaugruppe 10 bei einem Ventil 12 mit einem Gehäuse 14 mit nicht gezeigten Ein- und Auslassen verwendet. Ein Ventilabsperrkörper 16, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Küken ist/ ist in dem Gehäuse l4 für eine Drehung um die Ventilachse zwischen geöffneten und geschlossenen Stellungen angebracht. Für die Schaftdichtung oder die Schaftpackung 18 wird beispielsweise ein Packungsmaterial verwendet, das auf ausgedehntem oder aufgeblähtem Graphit basiert. Dieses und anderes Material, das häufig in Ventilen dieser Art ver- wendet wird, ist im allgemeinen elastisch und in der Lage, radial sich auszudehnen, um einen Dichtungseingriff mit einem Schaft und einer Gehäusevertiefung herzustellen, wenn es einer vorbestimmten axialen Last ausgesetzt wird. Jedoch kann das Packungsmaterial zu seinem Nachteil während seiner wirksamen Lebensdauer unter einer derartigen Belastung schrumpfen, was bei einigen Anwendungen die Abdichtung beeinträchtigt. Die Erfindung ist dazu bestimmt, sicherzustellen, daß die wirksame Abdichtung aufrechterhalten wird, selbst wenn das Schaftdichtungsmaterial 18 nach einem ersten Einbau eine wesentliche Schrumpfung .erfahren hat.

Die Ventilschaftbaugruppe 10 der Erfindung hat einen drehbaren Schaft 20, der sich längs der Ventilachse durch eine öffnung 22 in dem Gehäuse 14 erstreckt. Der Schaft 20 ist " bei 24 mit dem Ventilabsperrkörper 16 in einer Weise gekuppelt, die eine Drehung des Schaftes 20 zum Drehen des Ventilabsperrkörpers 16 ohne eine direkte Berührung zwischen

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diesen in axialer Richtung erlaubt. Der Schaft 20 und der Ventilabsperrkörper 16 haben ebene, sich in axialer Richtung erstreckende Arbeitsflächen an ihren benachbarten Enden mit einem dazwischen angeordneten Kragen 26, der auf diese Flächen wirkt, um nur die Drehbewegung des Schaftes auf den Absperrkörper zu übertragen. Daher ist der Schaft 20 in der Lage, eine begrenzte axiale Bewegung in der Öffnung 20 unabhängig von der axialen "Stellung des Absperrkörpers l6 gegenüber dem Gehäuse 14 auszuführen. Eine Feder 28 in dem Kragen 26 drückt den Schaft 20 nach oben und den Absperrkörper 16 nach unten, wobei sie jedoch nur eine der Kräfte darstellt, die auf jeden Teil während des Ventilbetriebes wirkt und sie verhindert nicht ihre unabhängige axiale Einstellung. Die Kupplung stellt sicher, daß der Schaft und der Absperrkörper beide in der Lage sind, sich in axialer Richtung unabhängig voneinander einzustellen, was für eine wirksame Ventiltätigkeit erwünscht ist.

Der Schaft 20 hat einen mittleren Abschnitt 30, der in einem mittleren Bereich 32 der Öffnung 22 dicht umschlossen aufgenommen ist. Der Schaft ist an seinem äußeren Abschnitt 34 auf einen Durchmesser verringert, der kleiner ist als der Durchmesser des mittleren Abschnittes 30. Eine sich in radialer Richtung erstreckende Schulter 36 ist an dem Übergang zwischen dem mittleren Abschnitt 30 und dem äußeren Abschnitt 34 ausgebildet. Die Schulter 36 hat ein Drucklager 38, dessen Zweck sich aus der nachstehenden Erläuterung der Erfindung ergibt.

Ein vergrößertes inneres Ende 40 des Schaftes 20 hat eine sich in radialer Richtung erstreckende hintere Fläche oder Rücksitzfläche 42 angrenzend an den mittleren Abschnitt 30. Das vergrößerte innere Ende 40 begrenzt wirksam die axiale Be-

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wegung des Schaftes 20 und stellt einen Übergang in der Öffnung 22 sicher.

Die Öffnung 22 ist vergrößert, um einen äußeren Bereich 44 außerhalb des mittleren Bereiches 32 auszubilden- Der äußere Bereich 44 hat einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des mittleren Abschnittes 30 und er hat somit einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des mittleren Bereiches 32, der diesen mittleren Abschnitt dicht umschließt. _Eine an dem Gehäuse l4 ausgebildete innere Schulter 46 stellt den Übergang zwischen den Bereichen der Öffnung 22 dar. Die innere Schulter 46 fluchtet allgemein mit der radial sich erstreckenden Schulter 36 während des ersten Einbaues. Die Bedeutung dieser Pluchtung wird im nachstehenden behandelt.

Die Öffnung 22 ist auch auf der Innenseite des mittleren Bereiches 30 vergrößert j um eine Sitzfläche 48 in dem Gehäuse zu bilden. Die Sitzfläche 48 paßt mit der Rucksitzflache 42 des inneren Endes 40 des Schaftes 20 zusammen. Wenn jedoch die Schultern 36 und 46 im allgemeinen während der normalen Ventiltätigkeit fluchten, erfolgt keine Berührung zwischen der Rücksitzfläche 42 und der Sitzfläche 48. Es ergibt sich, daß ein wesentlicher Betrag einer axialen Bewegung erforderlich ist, ehe ein rückwärtiges Aufsitzen des Schaftes 20 tatsächlich auftritt.

Wenn der Schaft 20 in der Öffnung 22 richtig eingebaut ist und mit dem Absperrkörper l6 richtig gekuppelt ist, muß das Schaftdichtungsmaterial 18 um den äußeren Abschnitt 34 des Schaftes 20 innerhalb des äußeren Bereiches 44 der Öffnung 22 eingebaut werden. Es wird zuerst ein Ring 50 gegen die Schultern 36 und 46 in der bevorzugten" Ausführungsform in Stellung gebracht, obwohl auch Packungsmaterial l8 mit aus-

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reichender Festigkeit verwendet werden kann, so daß auf den Ring 50 verzichtet werden kann. In jedem Fall wird das Schaftpackungsmaterial 18 zuerst in der Größe so bemessen, um sicherzustellen, daß es zur Abdichtung vorbelastet wird, wenn eine Vorrichtung 52 zum Halten der Dichtung um den äußeren Abschnitt 34 des Schaftes befestigt wird. Die Vorrichtung 52 zum Halten der Dichtung des in Fig.l gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispieles hat eine Stopfbüchse 54, die mit dem oberen Abschnitt der Schaftdichtung 18 in Berührung steht, und einen Stopfbüchsenhalter 56 oder eine Stopfbüchsenbrille. Die Stopfbüchsenbrille 56 ist an dem Gehäuse- l4 fest angeschraubt, so daß ein fester axialer Abstand zwischen der Vorrichtung 52 zum Halten der Dichtung und der Schulter 46 beim ersten Einbau und über die Ventiltätigkeit vorhanden ist. Dieser feste axiale Abstand beim ersten Einstellen der Schaftdichtung 18 stellt sicher, daß die Schaftdichtung 18 der vorbestimmten axialen Belastung beim ersten Einbau für eine wirksame Abdichtung ausgesetzt wird. Es sei bemerkt, daß die Abdichtung unabhängig von dem tatsächlichen Druck in dem Ventil bei allen Ventildrücken bis zu dem normalen Betriebsdruck wirksam ist.

Gemäß dieser Erläuterung ergibt die Ventilschaftbaugruppe eine wirksame Schaftabdichtung solange die Schultern 36 und 46 in Fluchtung bleiben. Die Schulter 36 bewegt sich in axialer Richtung über die Schulter 46 nur, wenn der Druck in dem Ventil einen normalen Betriebsdruck übersteigt. In diesem Fall verursacht ein höherer Druck auf den Schaft 20 dessen Bewegung in axialer Richtung und ein weiteres Zusammenpressen des Schaftdichtungsmaterials l8 bis ein rückwärtiges Aufsetzen erfolgt. Dieses rückwärtige Aufsetzen des Schaftes

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ORIGINAL INSPECTED

- yt -

• Ai-

schützt die Schaftdichtung und vermeidet deren Beschädigung.

Wie jedoch oben erläutert worden ist, kann die Schaftdichtung l8 manchmal nach dem Einbau schrumpfen. Da der axiale Abstand zwischen der Schulter 46 und der Vorrichtung 52 zum Halten der Dichtung festgelegt ist, würde dieses Schrumpfen wirksam die axiale Belastung auf der Schaft- -rlichtung 18 verringern, wenn ihre axialen Abmessungen kleiner werden. Da der Schaft 20 sich in axialer Richtung zu der Vorrichtung 52 zum Halten der Dichtung bewegen kann, wirkt der normale Ventilbetriebsdruck auf den Schaft 20, ur*i die sich in radialer Richtung erstreckende Schulter üter die Schulter 46 anzuheben. Daraus ergibt s.ich, daß die Schulter 36 den Ring 50 nach oben drückt, um die verringerten Abmessungen der Schaftdichtung l8 nach dem Aufcreten einer Schrumpfung zu kompensieren. Es sei bemerkt, daß ein wesentlicher Betrag dieser axialen Bewegung, die die Schaftdichtung 18 unter der gewünschten vorbestimmten axialen Belastung hält, auftreten kann, ehe ein rückwärtiges Aufsetzen des Schaftes 20 erfolgt.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung umfaßt die Erfindung eine Ventilschaftbaugruppe, die dem Schaftdichtungsmaterial erlaubt, für eine wirksame Abdichtung unabhängig von dem Ventilsystemdruck vorbelastet zu werden, was eine kontinuierliche Abdichtung bei einem normalen Betriebsdruck erlaubt, selbst nachdem das Packungsmaterial aus Altersgründen zu schrumpfen begonnen hat, und es bleibt während des ganzen Ventilbetriebes die Möglichkeit bestehen, daß der Ventilschaft rückwärtig zur Anlage kommt.

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Claims

Patentansprüche

ilΛ Ventilschaftbaugruppe für ein Ventil der Art, daß ein — Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß hat, ein in dem Gehäuse für eine Drehung um eine Achse des Ventils zwischen offenen und geschlossenen Stellungen angebrachten Ventilabsperrkörper und ein Schaftdichtmaterial besitzt, das während der wirksamen Lebensdauer schrumpfen kann, wenn es einer vorbestimmten axialen Belastung ausgesetzt ist, die für eine wirksame Abdichtung erforderlich ist, gekennzeichnet durch einen sich längs seiner Achse durch eine öffnung in dem Gehäuse erstreckenden und mit dem Ventilabsperrkörper gekuppelten drehbaren Schaft zur Erzeugung einer Drehung des Absperrkörpers, wobei der Schaft unabhängig von der axialen Stellung des Absperrkörpers gegenüber dem Gehäuse eine begrenzte axiale Bewegung ausführen kann, durch einen mittleren Abschnitt des Schaftes mit einem ersten Durchmesser, der in einem mittleren Bereich der öffnung dicht aufgenommen ist,

We/na

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durch einen äußeren Abschnitt des Schaftes mit einem zweiten Durchmesser, der geringer ist als der erste Durchmesser und eine sich in radialer Richtung erstreckende Schulter zwischen dem äußeren Abschnitt und dem mittleren Abschnitt besitzt, durch ein vergrößertes inneres Ende des Schaftes mit einer sich in radialer Richtung erstreckenden Rücksitzfläche angrenzend an den mittleren Abschnitt, durch eine Vergrößerung der öffnung für einen äußeren Bereich außerhalb des mittleren Bereiches mit einem dritten Durchmesser, der größer ist als der erste Durchmesser, und zur Bildung einer inneren Schulter des Gehäuses, die im allgemeinen mit der sich in radialer Richtung erstreckenden Schulter fluchtet, wobei die öffnung innerhalb des mittleren Bereiches vergrößert ist, um eine Sitzfläche in dem Gehäuse zu bilden, die mit der Rücksitzfläche des inneren Endes des Schaftes zusammenpaßt, durch eine Vorrichtung zum Halten der Dichtung, die um den äußeren Abschnitt des Schaftes befestigt ist, um das Schaftdichtungsmaterial in dem äußeren Bereich der öffnung zu halten, wobei die Vorrichtung zum Halten der Dichtung einen festen axialen Abstand von der inneren Schulter hat, um eine vorbestimmte axiale Belastung auf das Schaftdichtungsmaterial dazwischen beim ersten Einbau in dem Ventil aufzubringen und wobei der Schaft in der Lage ist, unter einem normalen Ventilbetätigungsdruck eine axiale Bewegung zu der Vorrichtung zum Halten der Dichtung auszuführen, ohne daß die Rücksitzfläche in eine Berührung mit der Sitzfläche gedruckt wird, um eine vorbestimmte axiale Belastung auf das Schaftdichtungsmaterial zwischen der sich in radialer Richtung erstreckenden Schulter· und der Vorrichtung zum Halten der Dichtung aufzubringen, wenn das Schaftdichtungsmaterial einige Zeit nach dem ersten Einbau einem Schrumpfen unterliegt.

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Ventilschaftbaugruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ring um den äußeren Abschnitt des Schaftes ₃ der die sich in radialer Richtung erstreckende Schulter und die innere Schulter so überdeckt, daß der Ring die vorbestimmte axiale Belastung auf das Schaftdichtungsmaterial zwischen dem Ring und der Vorrichtung zum Halten der Dichtung direkt überträgt.

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