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Selbstdichtender Gehäuseverschluß
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Die Erfindung betrifft einen selbstdichtenden Gehäuseverschluß für
Armaturen, insbesondere Schieber, mit einem von einer Betätigungsspindel abgedichtet
durchsetzten Verschlußdeckel, der in dem Gehäuse angeordnet ist und eine radial
nach außen springende ringförmige Dichtungsanordnung aufweist, die durch den im
Gehäuse herrschenden Fluiddruck gegen ein Dichtungswiderlager gepreßt wird.
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Armaturen wie Schieber besitzen ein radial von der zugehörigen Leitung
abstehendes, etwa zylindrisches Gehäuse, das von der an einem Ende ein Handrad oder
dergleichen tragenden Betätigungsspindel für das Absperrorgan durchsetzt wird. Verschlossen
wird dieses Gehäuse durch einen Verschlußdeckel, der von der Spindel durchsetzt
wird. An die Dichtungsanordnung für den Verschluß werden hohe Anforderungen hinsichtlich
der Dichtigkeit gestellt, zudem soll die Anordnung wartungsfreundlich sein.
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Es wurden selbstdichtende Deckelverschlüsse entwickelt, bei denen
der in dem Gehäuse herrschende Fluiddruck auf den Verschlußdeckel wirkt und dadurch
bewirkt, daß die
Dichtungsanordnung fest gegen ein Dichtungswiderlager
gepreßt wird.
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Bekannte Ausführungsformen selbstdichtender Gehäuseverschlüsse besitzen
eine am Verschlußdeckel ausgebildete Ringwulst, die mit ihrem Außenumfang an der
Innenseite des Gehäuses anliegt, einen in eine Innennut des Gehäuses eingelassenen
geteilten Ring als Dichtungswiderlager und ein zwischen dem Ringwulst und dem geteilten
Ring befindliches Dichtungselement. Letzteres wird durch den im Gehäuse herrschenden
Innendruck und der damit einhergehenden Verschiebung des Gehäusedeckels zwischen
der Ringwulst, dem geteilten Ring, der Außenseite des Verschlußdeckels und der Innenseite
des Gehäuses zusammengepreßt.
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Solange im Inneren des Gehäuses ein ausreichend hoher Druck herrscht,
arbeiten die bekannten selbstdichtenden Gehäuseverschlüsse der oben beschriebenen
Art zuverlässig, fällt der Druck jedoch beispielsweise bis auf Atmosphärendruck
ab, so fällt der Verschlußdeckel aufgrund seines Eigengewichts etwas in das Gehäuse
zurück. Wenn nun ein erneuter Druckaufbau erfolgt, fehlt zunächst der die ordentliche
Abdichtung gewährleistende, auf das Innere des Verschlußdeckels einwirkende Druck,
so daß es zu Undichtigkeiten kommt. Die Abdichtung wird erst dann erzielt, wenn
der Verschlußdeckel in seine eine Abdichtung ermöglichende Lage gelangt ist.
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Um diesem Nachteil zu begegnen, hat man bereits versucht, den Verschlußdeckel
mit Hilfe von an den Armaturengehäusen angebrachten Zugschrauben gegen das Dichtungswiderlager
vorzuspannen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch
Druck- und Temperaturschwankungen
immer wieder Undichtigkeiten hervorgerufen werden. Ein gravierender Nachteil dieser
bekannten Ausführung von selbstdichtenden Gehäuseverschlüssen von Schiebern ist
darin zu sehen, daß die Wartung solcher Armaturen relativ aufwendig ist; denn um
den Verschlußdeckel aus dem Gehäuse zu entfernen, muß zunächst der geteilte Ring
aus der Innennut des Gehäuses entfernt werden. Dies ist nur mit hohem Aufwand möglich.
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Bei der oben beschriebenen bekannten Ausgestaltung selbstdichtender
Gehäuseverschlüsse ist zu beachten, daß sich die durch das Vorspannen auf den Verschlußdeckel
einwirkenden Kräfte und die durch den Innendruck des Gehäuses hervorgerufenen Kräfte,
weil sie in die gleiche Richtung wirken, addieren. Aus diesem Grund ist eine mechanische
Vorspannung der Dichtungsanordnung nur bedingt, d. h. in bestimmten Grenzen möglich.
Deshalb bewegen sich die Verschlußdeckel dieser selbstdichtenden Gehäuseverschlüsse
in Richtung der Spindelachse. Es ist also erforderlich, die die Spindellagerung
tragenden Arme nicht, wie üblich, am Verschlußdeckel selbst, sondern am Gehäuse
anzuordnen.
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Die oben beschriebenen bekannten selbstdichtenden Gehäuseverschlüsse
haben notwendigerweise eine beträchtliche Bauhöhe, und zwar deshalb, weil zunächst
der Verschlußdeckel in das Gehäuse eingelassen werden muß, bevor der geteilte Ring
in die dafür vorgesehene Ringnut eingesetzt wird.
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Damit der geteilte Ring sicher gehalten wird, muß oberhalb der Ringnut
ein ausreichend groß bemessener Haltekragen vorhanden sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstdichtenden
Gehäuseverschluß der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine im Vergleich
zum Stand der Technik bessere Abdichtung erzielt wird und gleichzeitig eine Verringerung
der Höhe des Gehäuses möglich ist.
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Bei einem selbstdichtenden Gehäuseverschluß der eingangs genannten
Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei einem solchen Gehäuseverschluß erfolgt ähnlich wie beim Stand
der Technik ein Vorspannen des Verschlußdeckels, um nach einem Druckabfall und anschließendem
erneuten Druckaufbau im Gehäuse sofort eine sichere Abdichtung zu gewährleisten,
jedoch ist die durch die Vorspannvorrichtung auf den Verschlußdeckel ausgeübte Kraft
der durch den Innendruck im Gehäuse hervorgerufenen, auf den Verschlußdeckel einwirkenden
Kraft entgegengesetzt. Der Innendruck des Gehäuses einerseits und die Spindelkraft
andererseits können den Verschlußdeckel nur in vernachlässigbar kleinem Maß in Richtung
der Spindelachse verschieben. Hierdurch ist es möglich, die die Spindellagerung
aufnehmenden Arme mit dem Verschlußdeckel selbst fest zu verbinden Aufgrund der
schrägen Anlageflächen trachten die beiden Teilringe, sich quer zu der auf sie einwirkenden
Kraft zu verschieben, so daß sie sich mit relativ hoher Kraft an die Außenfläche
des Verschlußdeckels bzw. die Innenfläche des Gehäuses anlegen.
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Die über den Druckring (Losflansch) erzeugte Vorspannung des Dichtungsrings
ist hierbei so groß, daß selbst bei Atmosphärendruck im Innern des Gehäuses immer
noch eine ausreichende Dichtungsvorspannung sichergestellt ist.
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Da im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen selbstdichtender Gehäuseverschlüsse
ein geteilter Ring und ein diesen Ring haltender Kragen in der Gehäuseöffnung überflüssig
sind, läßt sich die Bauhöhe des Gehäuses klein halten. Der Verschlußdeckel wird
mit dem Dichtungsring von oben in die Gehäuseöffnung eingesetzt, bevor der Druckring
mit Hilfe der Schraubbolzen festgezogen wird. Aufgrund dieser speziellen Ausgestaltung
des Gehäuseverschlusses lassen sich Wartungsarbeiten ohne Zuhilfenahme von Spezialwerkzeugen
leicht durchführen.
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Die Auslegung des Druckrings und der Schraubbolzen kann bevorzugt
derjenigen entsprechen, die bei Deckelflanschbauarten benutzt wird. Auf jeden Pall
ist sicherzustellen, daß der Druckring, die Schraubbolzen und die Muttern gegen
den höchsten zu erwartenden Innendruck zuzüglich der höchstens zu erwartenden Spindelkraft
ausgelegt werden. Die Schraubbolzen können in dem Gehäuseflansch einseitig festgelegt
sein oder diesen durchsetzen, so daß an beiden Enden der Schraubbolzen Muttern aufgeschraubt
werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird in den Merkmalen
des Anspruchs 2 gesehen. Wenn der Druck im Gehäuseinnern abfällt, wird der weitere
Dichtungsring (untere Dichtungsring) zwischen dem Ringflansch und dem Gehäusevorsprung
belastet, während gleichzeitig der Dichtungsring zwischen dem Ringflansch und dem
Druckring (oberer Dichtungsring) entlastet wird. Somit ist auch in Extremfällen
bei kleinsten Drücken eine ausreichende Abdichtung des Gehäuses gewailrleistet.
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Eine besonders wirtschaftliche und gleichzeitig im Hinblick auf die
erzielte Dichtigkeit optimale Weiterbildung sieht nach Anspruch 3 vor, daß die Dichtungsringe
identisch ausgebildet sind Sie können dabei gemäß Anspruch 4 einen rechteckigen
Querschnitt besitzen. Hierdurch wird erreicht, daß sich zum Zwecke einer besonders
guten Abdichtung die beiden Dichtungsringe an sämtliche Wände der sie aufnehmenden
Kammern anlegen.
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Nach Anspruch 5 liegt der Druckring vorzugsweise direkt auf der Stirnfläche
der Gehäuseöffnung. Er kann mit einem axial vorspringenden ringförmigen Ansatz versehen
sein, der in den Zwischenraum zwischen Verschlußdeckel und Gehäuseöffnung eingreift
und auf den oberen Dichtungsring drückt.
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Der Vorsprung in dem Gehäuse, der zur Aufnahme des unteren Dichtungsrings
vorgesehen ist, kann grundsätzlich zwar auch als geteilter Ring ausgebildet sein,
der in einer entsprechenden Ringnut in der Innenwand des Gehäuses sitzt, am einfachsten
und billigsten ist es jedoch, wenn der Vorsprung gemäß Anspruch 6 durch eine im
Innern des Gehäuses ausgebildete Gehäuseabstufung gebildet wird.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittansicht durch
den oberen Teil eines Verschlußgehäuses eines Schiebers, wobei in dem Gehäuse ein
von einer Spindel durchsetzter Verschlußdeckel sitzt.
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Obschon hier im einzelnen ein selbstdichtender Gehäuseverschluß für
einen Schieber beschrieben wird, ist die Erfindung grundsätzlich auf solche Armaturen
anwendbar, bei denen die oben geschilderte Problematik bei der Abdichtung des Gehäuses
auftritt.
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Die Figur zeigt den oberen Endabschnitt eines Gehäuses 1. Die Gehäuseöffnung
ist von einem Verschlußdeckel 2 verschlossen, den eine das (nicht gezeigte) Absperrorgan
betätigende Spindel 3 durchsetzt. Mit 4 ist in der Zeichnung ein Teil des Stopfbuchsbereichs
des Verschlußdeckels 2 bezeichnet.
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Das Gehäuse 1 besitzt in seinem Inneren einen Gehäusevorsprung 5,
der eine Aufnahmefläche für einen Dichtungsring 6 bildet. Der Dichtungsring 6 liegt
an einer dem Gehäuse 1 zugewandten Stirnfläche 8 eines einstückig mit dem Verschlußdeckel
2 ausgebildeten, radial nach außen vorspringenden Ringflansches 7. Die dem Gehäuse
1 abgewandte Stirnfläche 9 des Ringflansches 7 nimmt einen zweiten Dichtungsring
10 auf, der identisch ausgebildet ist, wie der erste Dichtungsring 6.
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Der Öffnungsrand des Gehäuses 1 ist verbreitert ausgebildet und trägt
auf seiner Stirnseite 11 einen Druckring 12, der mittels Schraubbolzen 13 und Muttern
14 festgezogen ist. Hierzu sind in der Stirnfläche 11 mehrere, vorzugsweise glelchmäßig
über den Umfang der Gehäuseöffnung verteilte Gewindebohrungen 18 vorgesehen, in
welche die Schraubbolzen 13 eingedreht sind.
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Wie weiter ersichtlich, besitzt der Druckring 12 einen inneren, in
axialer Richtung nach unten vorspringenden ringförmigen Ansatz 17, der die dem Ringflansch
7 abgewandte Seite 15 des oberen Dichtungsrings 10 beaufschlagt.
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Die axiale Länge dieses zwischen die Innenseite des Gehäuses 1 und
die Außenseite des Verschlußdeckels 2 gelangenden Ansatzes 17 bestimmt die Kraft,
mit der die beiden Dichtungsringe 6 und 10 gegen den Ringflansch 7 gepreßt werden.
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Mit dem Bezugszeichen 16 ist in der Figur ein Haltearm für die Spindellagerung
angedeutet.
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Wie weiterhin ersichtlich ist, sind die beiden Dichtungsringe 6 und
10 identisch ausgebildet. Jeder Dichtungsring 6, 10 besteht aus zwei Teilringen
19, 20 gleichen Querschnitts, wobei die schrägen Flächen 21 der Teilringe 19, 20
gegeneinander anliegen, so daß durch die in Richtung P der Spindelachse wirkenden
Kräfte dazu senkrecht gerichtete Querkräfte entstehen, welche die Teilringe 19,
20 der Dichtungsringe 6, 10 gegen die Außenseite des Verschlußdeckels 2 und die
Innenseite des Gehäuses 1 drücken.
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Wenn im Inneren des Gehäuses 1 und in dem durch den Verschlußdeckel
2 gebildeten Hohlraum ein großer Druck herrscht, so wird der Verschlußdeckel 2 in
der Zeichnung nach oben gedrückt, wobei der untere Dichtungsring 6 entlastet und
der obere Dichtungsring 10 belastet wird. Die durch den Druckring 12 bewirkte Vorspannkraft
wirkt also über den oberen Dichtungsring 10 und den Ringflansch 7 der durch den
Gehäuseinnendruck hervorgerufenen, nach oben gerichteten
Kraft
entgegen. Fällt der Innendruck in dem Gehäuse 1 z. B. bis auf Atmosphärendruck ab,
so sind die von beiden Seiten auf den Ringflansch 7 einwirkenden Kräfte etwa gleich
groß, wenn man das Eigengewicht des Verschlußdeckels 2 nicht berücksichtigt. Die
insgesamt durch den Druckring 12 auf die Dichtungsanordnung 6, 7, 10 aufgebrachte
Kraft ist so groß, daß auch bei plötzlich wieder ansteigendem Druck stets eine ausreichende
Dichtigkeit gewährleistet ist.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Gehäuse 2 Verschlußdeckel 3 Spindel 4
Stopfbuchsbereich 5 Gehäusevorsprung 6 Dichtungsring 7 Ringflansch 8 Stirnfläche
von 7 9 Stirnseite von 7 10 Dichtungsring 11 Stirnseite von 1 12 Druckring 13 Schraubbolzen
14 Muttern 15 Oberseite von 10 16 Haltearm 17 Ringansatz 18 Gewindebohrungen 19
Teilring von 6, 10 20 " " 6, 10 21 schräge Flächen von 19, 20 P Kraftrichtung