DE3706215C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring auf PTFE zur Ab­ dichtung der Kugel bei Kugelhähnen, der einen einen Stütz­ ring umschließenden Außenmantel mit einwärts gerichteter Dichtmanschette aufweist.

Bei einem bekannten derartigen Dichtring (DE-AS 25 46 595) bilden der Außenmantel und die Dichtmanschette ein nach hinten offenes V-Profil, in das eine ebenfalls im Querschnitt V-förmige Ringfeder unter leichter Aufwei­ tung des V-Profils des selbst nicht federelastischen Dichtringes eingesetzt ist. Die Ringfeder stützt sich mit ihren freien Schenkelrändern an einer Ringschulter des Ku­ gelhahngehäuses ab und drückt die Dichtmanschette im wesent­ lichen axial gegen das Kugelküken und den Außenmantel ra­ dial gegen das Kugelhahngehäuse. Bei derartigen Ringfe­ dern ist der Federungsweg der beiden V-Schenkel sehr be­ grenzt, so daß der Anpreßdruck schon bei einem geringen Abrieb an der Dichtmanschette nachläßt, was insbesondere zu Undichtigkeiten zwischen Dichtringaußenmantel und Ge­ häuse führen kann. Darüber hinaus sind die Elastizität und Federungskraft solcher Ringfedern stark temperaturab­ hängig. Bei dieser Abdichtung wird die Dichtwirkung durch eine statische Vorspannung erreicht. Die bei unterschied­ lichen Einsatzbedingungen wechselnden Faktoren wie Medien­ druck und Medientemperatur können dabei nur in einem unbefriedigenden Rahmen berücksichtigt werden. Unab­ hängig vom Druck der abzudichtenden Medien ist aufgrund der statischen Vorspannung auch bei geringen Betriebs­ drücken ein relativ großes Drehmoment zum Bewegen des Kugelkükens erforderlich.

Es ist ferner bekannt (US-PS 39 40 107 und FR-OS 23 98 947), zur Abdichtung der Kugel bei Kugelhähnen Dicht­ ringe zu verwenden, die an der Kugelanlageseite in einer kleinen Dichtlippe auslaufen. Die der Kugel abgewandte Rückseite des Dichtringes ist für eine gehäuseseitige Ein­ spannung geeignet ausgebildet. Bei dem Dichtring nach der US-PS 39 40 107 wird die Abdichtung der Kugel im wesent­ lichen durch eine geringe Verformung der Dichtlippe er­ reicht. Bei dem Dichtring nach der FR-OS 23 98 947 wird die Dichtwirkung durch eine hinter der Dichtlippe umlaufende Schraubenfeder unterstützt. Es hat sich aber gezeigt, daß bei starkem Temperaturwechsel die geringfügigen Lippenver­ formungen oft nicht ausreichen, um die aufgrund unterschied­ licher Ausdehnungskoeffizienten von Dichtring, Einspannele­ menten und Kugelküken bedingten Bewegungen zu kompensieren. Die Dichtwirkung ist bei den bekannten Kugelhähnen auch nur begrenzt durch Erhöhung der Einspannkraft der Dichtringe verbesserbar, da die Kugelhähne mit zunehmender Einspann­ kraft schwergängiger werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leichtgängi­ ge, auch bei starken Temperaturschwankungen zuverlässige Kugelkükenabdichtung für Kugelhähne zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Dichtmanschette in nichtmontiertem Zustand eine ebene oder annähernd ebene Scheibe ist, die bei der Mon­ tage unter Aufweitung ihrer Innenöffnung bis Auftref­ fen auf eine konische Anschlagfläche des starren Stützringes flexibel um einen Schwenkwinkel einstülp­ bar ist. Bei der Erfindung wird die Dichtmanschette, die im Anlieferungszustand rechtwinklig zu dem Außen­ mantel steht, bei der Montage des Kugelhahnes mecha­ nisch um einen relativ weiten Ausbiegeweg unter beträcht­ licher Aufweitung ihrer Innenöffnung verformt. Der in­ nere Bereich der Dichtmanschette wird dabei in starkem Maß in Umfangsrichtung gedehnt, und wegen der starken Rückverformungstendenz von PTFE, die angesichts des Memory-Effektes über lange Zeiten erhalten bleibt, schnürt die Dichtmanschette allein schon aufgrund ihrer Kontraktionskräfte das Kugelküken ein. Sobald Druck in das System eingebracht wird, entsteht eine zusätz­ liche, mit dem Systemdruck variierende Andruckkraft auf die als dynamische Dichtlippe wirkende Dichtmanschette. Der auf der Gehäuseseite liegende Außenmantel stellt die sta­ tische, d. h., die vom Mediendruck unabhängige Abdich­ tung sicher. Durch die Erfindung werden wesentliche Vor­ teile erreicht. Zum einen wird auch bei stark schwanken­ den Betriebstemperaturen durch die vom Mediendruck abhän­ gige Kraftkomponente immer noch eine ausreichende Dicht­ pressung erreicht. Zum anderen ergibt sich bei hohen und niedrigen Betriebsdrücken ein nahezu konstantes Drehmoment, welches nur ¹/₁₀ so groß ist wie bei herkömmlichen Kugel­ hahndichtungen. Ferner ist der Abriebsverschleiß infolge der druckabhängigen Anpressung erheblich verringert, und der materialbedingte Kaltfluß ist durch die Entlastung der Kugeldichtungen im drucklosen Zustand minimiert.

Der Erfindung zufolge kann ferner vorgesehen werden, daß der Dichtring in nichtmontiertem Zustand etwa ein L-Profil und der Stützring ein im wesentlichen dreieckiges Quer­ schnittsprofil aufweisen und daß der Stützring mit einem Außensteg unverlierbar in einer hinterschnit­ tenen Innennut des Außenmantels gehalten ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorge­ sehen werden, daß die Innenöffnung der Dichtmanschet­ te in der Grundstellung konisch, zur Kugelanlagenseite hin sich erweiternd, ausgebildet ist, wobei der Konus­ winkel etwa gleich dem maximalen Auslenkwinkel der Dicht­ manschette ist. Beim Auftreffen der Dichtmanschette auf den Stützring weitet sich die von Hause aus ko­ nische Innenöffnung in eine zylindrische Durchgangs­ öffnung, so daß ein bündiger Übergang vom Dichtring zum Druckmittelanschluß, erreicht werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß der Außenmantel und die Dichtmanschette etwa gleiche Wandstärke aufweisen. Der Außenmantel kann an seiner rück­ wärtigen Stirnseite mit ein oder zwei axial gerichteten Dichtlippen versehen sein. Die Dichtlippen liegen direkt am Gehäuse des Kugelhahnes an und sorgen damit für eine gehäuseseitige Abdichtung.

Der Stützring kann aus Kunststoff oder vorzugsweise aus Stahl bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt einen Dichtring nach der Er­ findung vor der Montage,

Fig. 2 den Dichtring nach Fig. 1 in montiertem Zu­ stand und

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines Dichtringes nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Dichtring 1 aus PTFE, der ein zur Rückseite 2 hin offenes L-Winkelprofil besitzt. Der Dichtring 1 besteht aus einem Außenmantel 3 und einer, die Kugelanlage bildenden, ringscheibenförmigen Dicht­ manschette 4, wobei der Außenmantel 3 und die Dichtman­ schette 4 etwa gleiche Wandstärke besitzen. Die Innen­ öffnung 5 der Dichtmanschette 4 ist in der Grundstellung konisch, zur Kugelanlageseite 6 sich erweiternd, ausge­ bildet, wobei der Konuswinkel A etwa gleich dem maximalen Schwenkwinkel B der Dichtmanschette 4 ist. In dem Außenman­ tel 3 sitzt ein Stützring 7 aus Kunststoff oder Stahl, der ein im wesentlichen dreieckiges Querschnittsprofil besitzt. Der Stützring 7 weist eine rückwärtige Einspann­ seite 8 sowie eine vordere, etwa an der Fußlinie 9 der Dichtmanschette 4 auslaufende Stützfläche 10 auf und ist mit einem Außensteg 11 unverlierbar in einer hinterschnit­ tenen Innennut 12 des Außenmantels 3 gehalten. Der Außen­ mantel 3 ist außerdem an seiner rückwärtigen Stirnseite mit zwei axial gerichteten Dichtlippen 13 und 14 versehen.

In Fig. 2 ist der Dichtring 1 in Dichtanlage an einer Ku­ geloberfläche 15 gezeigt. Der Dichtring 1 ist hierbei zwi­ schen der Kugel 15 und dem nur strichpunktiert angedeute­ ten Kugelhahngehäuse 16 eingespannt, wobei die rückwärtige Einspannseite 8 des Stützringes 5 sowie die Dichtlippen 13 und 14 des Außenmantels 3 zur gehäuseseitigen Einspannung und Abdichtung dienen. Die Dichtmanschette 4 ist zur Anpas­ sung an die Kugeloberfläche 15 bis Auftreffen auf den vom Außenmantel 3 getragenen Stützring 7 flexibel zurückgebogen. Die zuvor konische Innenöffnung 5 der Dichtmanschette 4 ist bis zu einem zylindrischen Durchlaß aufgeweitet, der bündig mit dem Druckmittelanschluß 17 liegt. Die radiale Breite 18 der Dichtmanschette 4, d. h. die Differenz zwischen ihrem Außen- und Innenradius, ist mehrfach größer als ihre axiale Stärke 19. Die Stützfläche 10 des Stützringes 7 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, etwa tangential zur abzudichtenden Kugeloberfläche 15 ge­ neigt.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Dichtringes 19, bei dem die Dichtmanschette 20 in nicht­ montiertem Zustand bereits gegenüber der Radialebene einwärts geneigt ist. Dieser Neigungswinkel ist deutlich kleiner als der Neigungswinkel der Stützfläche 10, so daß noch ein großer Schwenkwinkel für die Auslenkung der Dichtmanschette 20 verbleibt.

Claims (6)

1. Dichtring aus PTFE zur Abdichtung der Kugel bei Kugelhähnen, der einen einen Stützring umschlie­ ßenden Außenmantel mit einwärts gerichteter Dicht­ manschette aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmanschette (4) in nichtmontiertem Zustand eine ebene oder annähernd ebene Scheibe ist, die bei der Montage unter Aufweitung ihrer Innenöffnung (5) bis Auftreffen auf eine konische Stützfläche (10) des starren Stützringes (7) flexibel um einen Schwenkwin­ kel (B) einstülpbar ist.

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (1) in nichtmontiertem Zustand etwa ein L-Profil und der Stützring (7) ein im wesentli­ chen dreieckiges Querschnittsprofil aufweisen und daß der Stützring (7) mit einem Außensteg (11) unverlier­ bar in einer hinterschnittenen Innennut (12) des Außen­ mantels (3) gehalten ist.

3. Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenöffnung (5) der Dichtmanschette (4) in der Grundstellung konisch, zur Kugelanlageseite (6) hin sich erweiternd, ausgebildet ist, wobei der Konuswin­ kel (A) etwa gleich dem maximalen Auslenkwinkel (B) der Dichtmanschette (4) ist.

4. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) an seiner rück­ wärtigen Stirnseite mit ein oder zwei, axial gerichte­ ten Dichtlippen (13, 14) versehen ist.

5. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmanschette (20) in nichtmontiertem Zustand gegenüber der Radialebene einwärts geneigt ist, wobei dieser Neigungswinkel kleiner als der Neigungswinkel der Stützfläche (10) gegenüber der Radialebene ist.

6. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (7) aus Kunst­ stoff besteht.