DE3106648A1

DE3106648A1 - Dichtung

Info

Publication number: DE3106648A1
Application number: DE19813106648
Authority: DE
Inventors: Norman F. 18974 Warrington Pa. Green; Douglas W. 19380 West Chester Pa. Wilda
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1980-02-25
Filing date: 1981-02-23
Publication date: 1981-12-03
Also published as: JPH0126432B2; CA1140521A; GB2070204B; JPS56153162A; GB2070204A; FR2476789A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 und insbesondere eine Ventildichtung, die unabhängig von der Strömungsrichtung des Fluides eine leckfreie Abdichtung ermöglicht.

Ventile mit einem Ventilgehäuse und einem in einer Gehäusebohrung drehbar gelagerten Schließkörper gehören zum Stand der Technik; in diesem Zusammenhang sei bespielsweise auf die US-PS 2.987.072 verwiesen. Aus dieser Veröffentlichung ist es ebenfalls bekannt, ein nachgiebiges Dichtungsglied in einer Ringnut vorzusehen, wobei sich die Ringnut in der Wand einer Durchgangsbohrung befindet. Wenn der Ventilschließkörper in die Schließstellung gebracht wird, so gelangt er entlang seines Umfanges mit dem Dichtungsglied in Eingriff, um irgendein unter Druck stehendes Fluid am Durchtritt durch das Ventil zu hindern. Ein weiteres Beispiel für ein solches Drehkegelventil kann der US-PS 3.771.763 entnommen v/erden. Die Dichtungsglieder unterliegen im bekannten Fall beim Betrieb des Ventils einer starken Auslenkung, was zu einer vorzeitigen und schnellen Abnutzung des nachgiebigen Dichtungselementes und somit zu einem Leckverlust des Ventils führt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, daß sie einer geringen Abnutzung unterliegt und eine nahezu leckfreie Abdichtung gestattet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. W dtere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Dichtung umfasst ein Dichtungselement, bestehend aus einem Paar gebogener Dichtringe, die innerhalb einer dreieckförmigen Ringnut im Ventilgehäuse angeordnet sind. Die Dichtringe sind Seite an Seite angeordnet, wobei

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eine Außenseite eines jeden Ringes an einer Innenkante der dreieckförmigen Ausnehmung anliegt, während eine Innenseite eines jeden Ringes sich durch einen Austrittschlitz in der Ausnehmung in eine POsition erstreckt, in der sie mit der Umfangsflache eines Schließkörpers in Kontakt gelangt. Die konvesen Flächen der Dichtringe weisen voneinander einen Abstand auf, während die konkaven Flächen der Dichtringe von einer benachbarten Wand der nutenförmigen Ausnehmung einen Abstand aufweisen.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfingung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine teilweise geschnittene Seitenansicht

eines Drehkegelventiles mit einer erfindungsgemäßen Dichtung;

Fig. 2 Eine rückwärtige Ansicht des Drehkegelventils gemäss Fig. 1;

Fig. 3-5 Vergrößerte Querschnittansichten von drei

Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemässen Dichtung.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein Drehkegelventil 2 ein Ventilgehäuse und einen Schließkörper 6, der in einer zentralen Bohrung 5 des Ventilgehäuses 4 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 4 ist zwischen herkömmliche Endflansche 8 und 10 von Rohren 12 und 14 eingespannt, wobei das Ventil 4,6 den Durchfluß eines Fluides zwischen den Rohren 12 und 14 steuert. Der Schließkörper 6 ist mit einer Bestätigungsstange 16 verbunden, die die zylindrische Wand des Ventilkörpers 4 durchsetzt. Die Betätigungsstange 16 kann mit Packungsringen 18 und einer nicht

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dargestellten stop feu chsenm utter zusammenwirken, um eine leckfreie Abdichtung der Betätigungsstange 16 zu erzielen. Der Schließkörper 6 ist mit der Betätigungsstange 16 durch geeignete Verbindungsmittel, wie beispielsweise Stifte 20 verbunden, wobei eine solche Verbindung aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das untere Ende 22 der Betätigungsstange 16 stützt sich in einer Sackbohrung 24 ab, die in einem Wandteil des Ventilgehäuses 4 angeordnet ist. Eine weitere Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise des Drehkegelventiles 2 ist für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Ein Ausführungsbeispiel eines Dichtungsringes 26 gemäss der Erfindung ist in eine Ringnut 2 8 innerhalb der Wand 30 angeordnet, wobei die Wand 30 durch die zentrale Bohrung 5 des Ventilgehäuses 4 vorgegeben ist und sich der peripheren Fläche 32 des Schließkörpers 6 gegenüber befindet. Die Nut 28 wird durch einen Schlitz in der Wand 30 und durch eine Abdeckplatte 34 vorgegeben und sie besitzt einen polygonalen Querschnitt. Eine vergrößerte Querschnittansicht der den Dichtring 2 6 aufnehmenden Ausnehmung bzw. Nut ist in den Figuren 3 bis 5 dargestellt, wobei jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele von Dichtringen zur Anwendung gelangen.

Gemäss Figur 3 besitzt das Ventilgehäuse 4 eine Ausnehmung 28 mit dreieckförmigem Querschnitt zur Aufnahme der erfindungsgemässen Ventildichtung. Die Dichtung im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 besteht aus einem Paar gebogener Dichtringe 40 und 42, wobei diese mit ihrer Außenseite 44 und 46 gegen eine zugeordnete Innenkante 4 8 und 5 0 der dreieckförmigen Ausnehmung 28 stoßen. Die andere Seite, d.h. die Innenseite 52 und 54 der Dichtringe 40 und 42 erstreckt sich durch einen Austrittsschlitz 56 aus der Ausnehmung 28 heraus, um mit der peripheren Fläche 32 des Schließkörpers 6 in Kontakt zu gelangen. Die Dichtringe 40 und 42 können aus einem nachgiebigen Material beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen gebildet

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werden. Ein Vorspannelement 58 für die Dichtung, das aus einer Ringbandfeder oder einem O-Ring bestehen kann, ist in dem Raum zwischen den konvexen Flächen 60 und 62 der beiden gebogenen Dichtringe 40 und 42 innerhalb der dreieckförmigen Ausnehmung 2 8 angeordnet. Das Vorspannelement 58 berührt die konvexe Fläche eines jeden der Dichtring'e 40 und 42, um diese entsprechend vorzuspannen. Die konkaven Flächen 64 und 66 eines jeden der Dichtringe 4 0 und 42 sind im Abstand von benachbarten Seitenwänden 68 und 70 der dreieckförmigen Ausnehmung 2 8 angeordnet und sie befinden sich in Kontakt mit den entsprechenden Kanten des Austrittschlitzes 56. Der Vorspanndruck bewirkt eine Straffung bzw. Abflachung der gebogenen Dichtringe 40 und 42 in einem solchen Ausmaß, daß die Innenseiten 52 und 54 leicht die umlaufende Fläche 32 des Schließkörpers 6 kontaktieren.

Im Betrieb und im geschlossenen Zustand des Ventiles 2 wird ein Leckverlust des nicht dargestellten Fluides in folgender Weise verhindert. Das unter Druck stehende Fluid befindet sich beispielsweise zwischen der Umfangsflache 32 des Schließkörpers 6 und der Wand 30 des Veiitilgehäuses 4, wobei dieses Fluid unter Druck durch den Schlitz 56 in einen Teil der dreieckförmigen Ausnehmung 28 eintreten kann. Die Gegenwart des Fluides unter Druck auf der konkaven und konvexen Seite eines der Dichtringe 4 0 bzw. 42 ist unwirksam_/soweit es eine Veränderung der Biegung dieses Dichtringes gegen die Wirkung der Vorspanneinrichtung 5 8 betrifft. Andererseits wirkt das Fluid unter Druck nur auf die konvexe Seite des jeweils anderen Dichtringes 40 bzw. 42, wodurch die Durchbiegung desselben vermindert, d.h. der entsprechende Dichtring geglättet und gestreckt wird. Durch das Anwachsen der wirksamen Breite des Dichtringes zwischen seiner Innen- und Außenseite wird die Innenseite des Dichtringes gegen die umlaufende Fläche 32 des Schließkörpers 6 gedrückt, wobei sich die Außenseite des Dichtringes in der zugeordneten Ecke der dreieckförmigen Aus-

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nehmung 2 8 abstützt. Nimmt man beispielsweise an, daß das Fluid in Fig. 3 von links nach rechts fließt, so bleibt der Dichtring 40 unbeeinflußt und der Dichtring 42 wird geglättet und gestreckt wobei einerseits die Außenseite 46 in die Ecke 50 und die Innenseite 54 gegen die Fläche 32 des Schließkörpers 6 gedrückt wird.

Die Abdichtung gegen das Fluid unter Druck erfolgt somit zwischen der Innenseite des gestreckten Dichtringes und der umlaufenden Fläche 32 des Schließkörpers 6. Bei einem Fluß des Fluides in der entgegengesetzten Richtung wird der andere Dichtring, d.h. der Dichtring 40 gestreckt und dichtet gegen die umlaufende Fläche 32 des Schließkörpers 6 ab. Die Dichtwirkung ist somit bidirektional im Hinblick auf die Fließrichtung des Fluides und sie wird durch das unter Druck stehende Fluid in der Schließstellung des Schließkörpers 6 erhöht. Das Vorspannglied 58 bewirkt eine minimale Dichtkraft der Innenseiten 52 und 54 an der umlaufenden Fläche 32 des Schließkörpers 6, wobei diese minimale Dichtkraft nicht durch die Kaltfließeigenschaft von Polytetrafluoräthylen herabgesetzt wird und unabhängig von der Selbstabdichtung ist die durch das Fluid unter Druck hervorgerufen wird. Diese minimale Dichtkraft verhindert eine ausgeprägte Abnutzung der Dichtkanten 52 und 54,während durch sie die Lage der Dichtringe 40 und 42 innerhalb der Ausnehmung 28 gesteuert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 bestehen die Dichtringe 72 und 74 aus Metall, beispielsweise aus Federstahl, wobei sie ebenfalls durch eine Vorspanneinrichtung 5 8 vorgespannt sind und in einer modifizierten dreieckförmigen Ausnehmung 28 A in der Wand 30 des Ventilkörpers 4 angeordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch den Innenseiten 76 und 78 der Dichtringe 72 und 74 nicht einfach eine Anlage an der umlaufenden Fläche 32 des Schließkörpers 6 ge-

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stattet; vielmehr sind sie in der Weise vorgeformt, daß sie an ihrem Ende eine Ausnehmung 80 mit trapezförmigem Querschnitt bilden. Ferner sind die Seitenflächen der Dichtringe 72 und 74 in der Nähe der geformten Enden 76 und 78 miteinander verschweißt, um die trapezförmige Ausnehmung 80 zwischen den Enden 76 und 78 genau zu definieren.' Der Austrittsschlitz 56 A mündet in eine zweite Ausnehmung 79, die die entsprechend geformten Enden 76 und 78 der Dichtringe 72 und 74 aufnimmt. Ein nachgiebiger Dichtring 82 ist in dem Raum 80 angeordnet, der durch die geformten Enden 76 und 78 der Dichtringe 72 und 74 gebildet wird, wobei eine Innenseite des Dichtringes 82 aus dem Raum 80 und aus der Ausnehmung 79 hervorragt, um mit der umlaufenden Fläche 32 des Schließkörpers 6 in Kontakt zu gelangen. Der herausragende Teil des Dichtringes 82, der wieder aus einem nachgiebigen Material wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen bestehen kann, wird somit benutzt, um die Abdichtung gegenüber dem Schließkörper 6 herbeizuführen.

Die Aufbiegung der gebogenen Metallringe 72 und 74 innerhalb der dreieckförmigen Ausnehmung 28 wird durch das Fluid unter Druck in einer Weise hervorgerufen, wie dies auch bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß Fig. 3 der Fall war. Im Hinblick auf die verschweißten Teile der Dichtringe 72 und 74 bewirkt jedoch der Druck des Fluides, eine Verschwenkung der geformten Enden 76 und 78 der Dichtringe 72 und 74 gegen den Schließkörper 6 anstelle einer einfachen Verschiebung eines Dichtringes gegenüber dem anderen, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 der Fall war. Der Grund für die Dichtwirkung ist jedoch weiterhin die Abflachung eines der Dichtringe 72 bzw. durch das Fluid unter Druck. Die Dichtung gemäß dem in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel kann bei einem feuersicheren Ventilaufbau Verwendung finden, da die geformten Enden 76 und 78 der Dichtringe 72 und 74 eine metallische Dichtung mit der umlaufenden Fläche 32 des Schließkörpers 6 hervorrufen, wenn

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der Dichtring 82 durch übertrieben hohe Temperaturen zerstört worden ist. In diesem Fall bewirkt das Fluid unter Druck eine Herausverschiebung der Enden 76 und 78 der Dichtringe und 74 aus der Ausnehmung 79 gegen die umlaufende Fläche 32 des Schließkörpers 6, da der Dichtring 82 durch die Hitze zerlegt worden ist. Die Dichtung bildet somit auch bei Abwesenheit des Dichtungsgliedes 82 eine Abdichtung, wobei diese metallische Dichtung feuersicher arbeitet.

Bei dem dritten in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel· wird das Dichtungsglied durch ein Y-förmiges einstückiges Element 90 gebildet/ das konkave Seite 92 und 94 aufweist und aus einem nachgiebigem Material besteht. Die Funktion der Vorspanneinrichtung 5 8 zwischen den Armen 96 und 98 des Y-förmigen Dichtungsgliedes 90 entspricht derjenigen, wie sie in Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 beschrieben wurde . Ein Fluid unter Druck bewirkt eine Abflachung einer konvexen Seite 92 bzw. 94 gegenüber einer benachbarten Wand 68 bzw. 70 der dreieckförmigen Ausnehmung 28₍wodurch der Y-förmige Dichtring 90 verschoben wird. Die Innenseite 100 des Dichtringes 90 verschiebt sich hierbei aus dem Schlitz 56 heraus, wodurch sich eine verbesserte Abdichtung an der umlaufenden Fläche 32 des Schließkörpers 6 ergibt.

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Claims

HONEYWELL INC. 20.Februar 1981

Honeywell Plaza 04-4236 GE

Minneapolis, Minnesota, USA Hz/Li

Dichtung

Patentansprüche:

ι Λ j. Zwischen einem ersten und einem zweiten Körper, insbe- ^" sondere zwischen einem Schließkörper und einem Sitz

eines Ventils,angeordnete Dichtung für ein unter Druck stehendes Fluid,gekennzeichnet durch eine ringförmige Ausnehmung (28) mit polygonalem Querschnitt und einem Austrittsschlitz (56) in dem ersten
Körper (4, 34);

ein in der ringförmigen Ausnehmung (28) angeordnetes
Dichtungsglied (40, 42, 58), das mit seiner Außenseite (44, 46) in einer Ecke (48, 50) der Ausnehmung anliegt und mit seiner Innenseite (52, 54) durch den Austrittsschlitz (56) aus der Ausnehmung herausragt, wobei das
Dichtungsglied zwischen Außen- und Innenseite eine
konkave Fläche (6 4, 66) mit einem Abstand von der zugeordneten Seitenwand (68, 70) der Ausnehmung (28) aufweist; und

eine periphere Dichtfläche (32) an dem zweiten Körper (6), die sich in Kontakt mit der Innenseite (52,54) des
Dichtungsgliedes (40,42, 58) befindet, wenn der zweite Körper (6) eine gegen das Fluid abdichtende Stellung einnimmt, wobei der Fluiddruck auf das Dichtungsglied
(40, 42) in der Weise einwirkt, daß die konkave Fläche

gegen die Seitenwand der Ausnehmung gedrückt und dadurch die Innenseite des Dichtungsglied weiter aus dem Austrittsschlitz herausgedrückt wird, wodurch der Kontaktdruck des Dichtungsgliedes mit der Dichtfläche erhöht wird.
2. Dichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied ein Paar gebogene Dichtringe (40, 42) umfasst, deren konvexe Flächen (6 4,62) im wesentlichen einen Abstand voneinander und deren konkave Flächen (64,66) von den entsprechenden Seitenwänden (6 8, 7 0) der Ausnehmung (28) einen Abstand aufweisen.
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (40,42) mit ihren konvexen Flächen (60, 62) durch einen Federring (58) vorgespannt sind.
4. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (40, 42) aus PoIytetrafluoräthylen bestehen.
5. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (72, 74) aus Federstahl bestehen.
6. Dichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied aus einem einstückigen, nachgiebigen Ring (90) mit Y-förmigem Querschnitt besteht.
7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Ring (90) aus PoIy-

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- 3 tetrafluoräthylen besteht.
8. Dichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (58) in Kontakt mit dem Dichtungsglied (40, 42) , um unabhängig von dem Druck des Fluides einen Kontakt zwischen der Innenseite des Dichtungsgliedes und der Dichtfläche (32) des zweiten Körpers (6) zu bewirken.
9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzei chnet, daß die Vorspanneinrichtung aus einem O-Ring (58) besteht.
10. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied ein Paar gebogene Dichtringe (40, 42) umfasst, die in der Ausnehmung (28) so angeordnet sind, daß sie einen Raum zwischen den entsprechenden konvexen Flächen (60, 62) bilden, wobei die Vorspanneinrichtung (58) sich im Kontakt mit diesen konvexen Flächen befindet.

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