DE3706590C2 - Vorrichtung zum zeitweiligen Verschließen des Querschnittes einer Gas oder Flüssigkeit führenden Rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeitweiligen Verschließen des Querschnittes einer Gas oder Flüssigkeit führenden Rohrleitung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Für den genannten Einsatzzweck sind Ring-Absperrklappen bzw. Butterfly-Ventile mit einer statischen Abdichtung auf dem Markt mit massiven oder umhüllten Sitzringen, mit O-Ringen oder anderen elastischen Dichtungen, aber auch mit metallischen Abdichtungen, PTFE oder dergleichen.

Um das Abdichten zu gewährleisten, muß die Dichtung auch während des Öffnungs- und des Schließvorganges mechanisch belastet werden, was den Verschleiß erheblich erhöht. Von besonderem Nachteil ist dies bei Absperrventilen, die vakuumdicht sein müssen; hier reicht schon geringes Setzen der Dichtung oder aber eine kleinste Verletzung aus, um das Ventil insgesamt ausfallen zu lassen.

Eine Behebung dieser Mängel ist mit Berührungsdichtungen an sich gar nicht möglich, seien diese Metallwellringe, metallgefaßte Weichstoffringe, Rillendichtungen mit Spieß­ kantquerschnitt, ballige Dichtringe, einfache oder metall­ ummantelte Runddichtungen oder Packungswerkstoffe wie Dicht­ schnüre. Daß berührungsfreie Abdichtungen zwar dem Verschleiß weniger ausgesetzt, dafür jedoch mit anderen Nachteilen be­ haftet sind, dürfte allgemein bekannt sein.

Nach der DE-OS 32 29 603 dienen zum vorübergehenden Abdichten von Rohrleitungen Dichtstopfen, die einen mechanisch festen Tragkörper und ein an diesem gehaltenes verformbares elastisches Dichtungsglied aufweisen. Der Tragkörper umfaßt ein Rohr mit einer größeren Länge als der Durchmesser sowie mit über seinen Umfang vorspringende Führungsschienen, zwischen denen als Dichtungsglied ein aufblasbarer Schlauch angeordnet ist. Der Schlauch ist in drucklosem Zustand in Umfangsrichtung kleiner als die Führungsschienen, so daß er das Einführen des Dichtstopfens nicht behindert.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dank deren ohne grundsätzliche Änderung herkömmlicher Absperrklappen eine erhebliche Verbesserung sowohl des Dichteffektes als auch der Standzeit und Betriebs­ sicherheit zu erreichen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach den unabhängigen Patentansprüchen; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an.

Erfindungsgemäß ist eine als Hohlprofil aus­ gebildete und an eine Leitung für ein Arbeitsmedium an­ geschlossene Dichtung mit wenigstens einer flexiblen Seitenwand versehen und in einer Aufnahmenut des Gehäuses so festgelegt, daß die flexible Seitenwand in Ruhelage der Vorrichtung innerhalb der die Aufnahmenut enthaltenden Oberfläche verläuft und in Schließstellung durch das sie stützende Arbeitsmedium aus jener Oberfläche herausgeführt und dem Umfang des Tellers angepreßt ist.

Bei einer anderen Vorrichtung der eingangs erwähnten Art mit in einer Umfangsnut des Tellers festzulegendem Hohlprofil verläuft die Leitung wenigstens teilweise innerhalb des Tellers und ist an einen Rotationsverteiler am freien Ende einer den Teller tragenden Welle an die Dichtung angeschlossen.

Die Dichtung kann mit einem - bevorzugt anvulkanisierten - Ventil versehen sein, welches die Leitung für das Arbeitsmedium mit der Dichtung verbindet. Zudem soll dem Umfang des Tellers bzw. dem ihm in Schließstellung benachbarten Bereich des Ge­ häuses ein Endschalter oder dergleichen zugeordnet sein, der mit dem Ventil oder einem in anderer Weise ausgebildeten Sperr­ organ an der Dichtung oder in der Leitung verbunden ist.

Dank dieser Maßgaben ist die Dichtung ausschließlich in Schließstellung der Vorrichtung bzw. des Ventils belastet - jede Verletzungsmöglichkeit oder Abnutzung durch mechanische Einflüsse beim Öffnen oder Schließen wird dadurch vermieden.

Das bevorzugt insgesamt aus flexiblem Werkstoff bestehende ringförmige Hohlprofil wird in die Aufnahmenut eingeklebt oder in anderer Weise kraftschlüssig befestigt und ruht im normalen Betrieb innerhalb jener Aufnahmenut. Ist der Teller bzw. die Klappe in ihre Schließstellung überführt, steht also der Dichtung der Tellerumfang - oder im anderen geschilderten Falle das Widerlager des Gehäuses - gegenüber, öffnet der Endschalter die Leitung für das Arbeitsmedium und läßt dieses in den Innenraum der Dichtung eintreten; letztere ist dann pneumatisch oder hydraulisch belastet und weitet in die von den Nutwänden nicht begrenzte Richtung aus, nämlich zum Tellerumfang oder zum Widerlager hin.

Vor dem Öffnen des Rohrleitungsquerschnittes durch Orts­ veränderung des Tellers bzw. der Klappe wird die Dichtung durch Ablassen des Arbeitsmediums wieder entlastet und zieht sich hinter die Vorderkante der Aufnahmenut bzw. eine an diese beidseits angrenzende Oberfläche zurück - der Kontakt zwischen Teller und Gehäuse ist unterbrochen, ein gegenseitiges Berühren dieser Teile unmöglich gemacht.

Bevorzugt ist das Öffnen der Leitung für den Zufluß des Arbeitsmediums in die Dichtung in Schließstellung des Tellers und/oder dessen Entriegelung aus der Schließstellung nach dem Rückfluß des Arbeitsmediums aus der Dichtung mit einer Steuereinrichtung gesteuert.

Mit dieser erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung, etwa einem beispielhaft an Ventil- oder Sperrorgan angeschlosse­ nen Endtaster, ist gewährleistet, daß die Dichtung erst nach dem Erreichen der vorgegebenen Schließstellung pneu­ matisch oder hydraulisch aktiviert werden kann; diese Maß­ gabe erhöht die Betriebssicherheit ebenso wie die Tatsache, daß der Teller erst dann bewegt werden kann, wenn die Dich­ tung entspannt und eine Meldung über diese Zustand erfolgt ist.

Im Vakuumbetrieb gewährleistet die Steuereinrichtung, daß die Dichtung nach Ablassen des Arbeitsmediums zusätzlich evakuiert wird.

Da die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung bei der Be­ tätigung des Tellers bzw. der Klappe keine Reibungs­ kräfte auf letzteren erzeugen kann, bringt die Erfindung außer einer hohen Standzeit der Dichtung noch den Vor­ zug, daß die Vorrichtung mit einem erheblich kleineren Antriebsdrehmoment auskommt, als dies bei konventionellen Klappen der Fall ist. Darüber hinaus ist das vor allem bei Tellern größeren Ausmaßes entstehende Problem gelöst, das Herausreißen des Tellers oder der Klappe aus dem Sitzring zu unterbinden. Das Öffnen und Schließen des Tellers bzw. der Klappe erfolgt auch bei pneumatischer Betätigung kontinuierlich, ein explosionsartiges Öffnen oder Schließen entfällt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß der kreisförmige Teller an einer am Gehäuse gelagerten und dessen Durch­ bruch durchgreifenden Welle drehbar ist, deren Achse in Abstand zur Mittelachse des Tellers bzw. des Durch­ bruches diesen quert, zudem kann die Achse der Welle außerhalb des Tellers und zu dessen Oberfläche in axialem Abstand verlaufen; der erfindungsgemäße Teller dreht sich um eine zweifach exzentrisch angeordnete Achse mit einem bevorzugten Öffnungswinkel von 90°. Diese Lagerung ge­ währleistet insbesondere dann einen ungehinderten Betrieb des Tellers, wenn der dadurch entstehende kürzere Teil des Tellerquerschnittes so angeordnet ist, daß er zum Öffnen auf die Welle zu geschwenkt wird; der längere Querschnittsteil schwenkt dementsprechend von der Welle weg. Vor letzterer muß lediglich ein Ende nach außen ge­ führt werden und kann über Drehantriebe, Schwenkflügel, Zylinder mit Kniehebel, motorisch oder auch von Hand be­ tätigt werden.

Erfindungsgemäß ist der dem Tellerumfang gegenüberstehende Bereich der Gehäuseinnenseite besonders ausgebildet; die von der Gehäuseinnenseite und der anschließenden Gehäuse­ stirnfläche gebildete Ecke ist angefast, an den Fasen­ rand schließt ein Ringwandabschnitt einer Höhe an, welche etwa der Dicke des Tellers entspricht, und jener Ringwand­ abschnitt geht in einen sich konisch öffnenden Wandungs­ teil über; letzterer endet an einem zylindrischen Teil der Gehäuseinnenseite.

Der Radius des Tellers ist etwa 0,5% kürzer als der Radius des Ringwandabschnittes - der enge Spalt zwischen dem bewegten Teller und dem stehenden Ringwandabschnitt ermöglicht es, das Abdichten bereits mit einer geringen Verformung der hohlprofilförmigen Dichtung durchzuführen.

Die beschriebene, für den Einsatz in gas- oder flüssigkeits­ führenden Rohrleitungen gedachte Vorrichtung ist dicht bis 1×10^-3 mbar im Vakuum bzw. bis 6 bar Überdruck bei be­ liebiger Durchflußrichtung oder doppelseitiger Beaufschlagung. Auch können je nach Durchflußmedium und Wahl des elastomeren Werkstoffes für die Dichtung Betriebstemperaturen zwischen etwa -110°C und +250°C ohne weiteres abgedeckt werden.

Für das Gehäuse, den Teller und die Welle können übliche Werkstoffe wie Stahl, Edelstahl, Leichtmetall oder Bunt­ metall sowie entsprechend geeignete Kunststoffe eingesetzt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils schematisiert in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Rohrleitung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 nach deren Pfeil II;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Wiedergabe;

Fig. 4 ein Detail aus Fig. 3 in Draufsicht;

Fig. 5 den Fig. 1 entsprechende Darstellungen eines anderen Ausführungsbeispiels;

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5 nach deren Pfeil VI.

In eine angedeutete Rohrleitung 10 für gasförmige oder flüssige Strömungsmedien ist zwischen zwei Rohr­ flansche 11 eine Absperrklappe 12 eingebaut. Diese be­ steht aus einem ringförmigen Klappengehäuse 13 mit kreis­ förmigem Durchbruch 14 eines Radius a von - im gewählten Ausführungsbeispiel - 300 mm sowie aus einem darin an einer - eine klotzartige Halterung 15 durchsetzenden - Welle 16 gelagerten Klappenteller 17, dessen Radius b etwa 0,5% kürzer ist als jener des Durchbruches 14.

Der Umfang 18 des Klappentellers 17 steht in der in Fig. 1, 2 gezeigten Schließstellung der Absperrklappe 12 einer Aufnahmenut 19 des Klappengehäuses 13 gegenüber, in welche eine Ringdichtung 20 eingesetzt und durch einen Kleber oder mechanisch kraftschlüssig gehalten ist.

Die Ringdichtung 20 ist aus elastischem Werkstoff in Form eines Hohlprofiles mit Seitenwänden 21, 21 _a sowie diese verbindenden Querwänden 22 ausgebildet und mit Luft oder einer Hydraulikflüssigkeit so beaufschlagt, daß die nicht mit der Nutbegrenzung verbundene, die Aufnahmenut 19 frei durchspannende äußere Seitenwand 21 konvex verläuft und sich dem Umfang 18 des Klappentellers 17 anschmiegt.

Gemäß Fig. 3 ist die - einen Durchmesser d von hier 50 mm anbietende - Welle 16 zur Mittelachse M des Klappengehäuses 13 und des Klappentellers 17 um ein Radialmaß e (hier: 4 mm) exzentrisch gelagert; der Klappenteller 17 wird durch diese Exzentrizität mittels einer durch die Wellenachse A gelegten Ebene E in einen - bezogen auf den Querschnitt - kurzen Scheibenteil 17 _k in Form eines von jener Ebene E begrenzten Scheibensegmentes einerseits und in einen langen Scheibenteil 17 _w geteilt, welch letzterer sich aus einer Scheibenhälfte und dem anschließenden Scheibenstreifen der Breite e zusammensetzt.

Die genannte klotzartige Halterung 15 ist mit der Unter­ seite 25 des Klappentellers 17 fest verbunden, bevorzugt an diese angeschweißt, und hält die Wellenachse A in einem Abstand i sowohl zur - mit einer Stirnfläche 23 des Klappengehäuses 13 etwa fluchtenden - Oberseite 26 des Klappentellers 17 als auch zur anderen Stirnfläche 23 _u des Klappengehäuses 13, dessen axiale Höhe h 90 mm mißt.

Die Wellenachse A ist also zum einen radial, zum anderen axial zur Mitte des Klappentellers 17 versetzt vorge­ sehen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 fluchtet im übrigen die Oberseite 26 des Klappentellers 17 mit der Stirnfläche 23 des Klappengehäuses 13 nicht; es besteht ein axialer Abstand n zwischen beiden Flächen. Während in Fig. 2 der Umfang 18 des Klappentellers 17 sich über dessen Gesamt­ dicke q von 15 mm erstreckt, ist der Umfang 18 der Aus­ führung der Fig. 3 um ein Drittel der Dicke q gekürzt; hier schließt sich an den Umfang 18 ein dazu geneigter Fasenabschnitt 28 an, dessen axiale Stufenhöhe t hier also 5 mm beträgt. Einen etwas steileren Fasenrand 29 erkennt man sowohl in Fig. 3 als auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2. An diesen Fasenrand 29 schließt ein parallel zur Mittelachse M verlaufender, die Aufnahmenut 19 enthaltender Ringwandabschnitt 30 der Höhe f (Fig. 6) an, der in einen konischen Wandungsteil 31 des Klappengehäuses 13 übergeht; dessen Höhe f₁ mißt beispielsweise 15 mm und ist damit so groß wie die Höhe f des Ringwandabschnittes 30 zuzüglich der Höhe t des Fasenrandes 29. Der radiale Abstand k der Oberfläche des Ringwandabschnittes 30 von der an den konischen Wandungsteil 31 anschließenden Ringwandung 33 des Klappengehäuses 13 ist in der Ausführung nach Fig. 3 mit 8 mm angenommen.

Soll die Absperrklappe 12 aus ihrer Schließstellung in die Öffnungslage überführt werden, wird das Arbeitsmedium aus der Ringdichtung 20 entfernt, deren tellernahe Seitenwand 21 sich dabei hinter die Oberfläche des Ringwandabschnittes 30 zurückzieht und dann in der Auf­ nahmenut 19 des Klappengehäuses 13 etwa so ruht, wie dies eine in Fig. 6 wiedergegebene Ringdichtung 20 _a er­ kennen läßt. Dann kann der Klappenteller 17 bis zu einem Öffnungwinkel von 90° mit der Welle 16 um deren Wellen­ achse A gedreht werden; hierzu genügt es, lediglich ein Ende der Welle 16 nach außen zu führen und dieses Ende in an sich bekannter Weise abzudichten. Die Betätigung des Klappentellers 17 kann über einen Drehantrieb, Schwenkflügel, Zylinder mit Kniehebel, motorisch oder auch von Hand erfolgen.

Zum Beaufschlagen der Ringdichtung 20 ist diese mit einem einvulkanisierten Ventil 40 ausgestattet, das andern­ ends an eine Leitung 41 für das Arbeitsmedium anschließt. Ein Sperrorgan 42 sperrt die Leitung 41, bis der Klappenteller 17 seine Schließstellung exakt erreicht hat. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Ventil 40 als Sperrorgan aus­ zubilden. Von Bedeutung ist, daß dieses Sperrorgan 42 an einen im Bereich des Ringwandabschnittes 30 vor­ gesehenen Endtaster angeschlossen ist, der das Sperr­ organ 42 beim Erreichen der Schließstellung betätigt; aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Endtaster in der Zeichnung nicht erkennbar, da die Arbeitsweise der Vorrichtung ausreichend mit dem Hinweis offenbart ist, daß die Ringdichtung 20 nach dem Einstellen der Schließ­ stellung pneumatisch oder hydraulisch aktiviert wird und sich im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 dem Umfang 18 des Klappentellers 17 anlegt.

Jener Endtaster samt Sperrorgan 42 steuert auch das Entlüften oder Entfluten und gegebenenfalls Evakuieren der Ring­ dichtung 20 vor dem Öffnen der Absperrklappe 12 bzw. vor dem Ver­ schwenken von deren Klappenteller 17. Dabei ist es für die ge­ schilderte Sicherheitsschaltung unbedeutend, ob der Klappenteller 17 manuell oder mechanisch zu betreiben ist - Voraussetzung ist lediglich, daß der im pneu­ matischen oder hydraulischen System vorhandene Druck zum Aktivieren der Ringdichtung 20 ausreicht.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5, 6 gibt einen Klappenteller 17 _a mit Umfangsnut 39 für die in be­ schriebener Weise darin gehaltene Ringdichtung 20 _a wie­ der; hier bildet die Oberfläche des Ringwandab­ schnittes 30 das Widerlager für die mit dem Klappen­ teller 17 _a schwenkbare Ringdichtung 20 _a, wenn diese in Schließstellung pneumatisch oder hydraulisch be­ aufschlagt ist. Der Anschluß für das Vorspann- oder Arbeitsmedium erfolgt über einen nicht dargestellten Rotationsverteiler am freien Wellenende der Welle 16 _a. Die Zuführleitung 41 verläuft hier innerhalb des Klappen­ tellers 17 _a.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum zeitweiligen Verschließen des Quer­ schnittes einer Gas oder Flüssigkeit führenden Rohr­ leitung durch einen darin ortsveränderlich unter­ gebrachten Teller, der in einer Öffnungs­ lage in Abstand zu einer Begrenzung des Strömungs­ querschnittes steht und in eine Schließstellung be­ wegbar ist, in welcher der Teller unter Zwischen­ schaltung zumindest einer Dichtung der den Strömungs­ querschnitt begrenzenden Innenfläche eines den Teller umgebenden Gehäuses anliegt, gekennzeichnet durch eine als Hohlprofil ausgebildete und an eine Leitung (41) für ein Strömungsmedium angeschlossene Dichtung (20), die mit wenigstens einer flexiblen Seiten­ wand (21) versehen und in einer Aufnahmenut (19) des Gehäuses (13) so festgelegt ist, daß die flexible Seitenwand in Ruhelage der Vorrichtung (12) innerhalb der die Aufnahmenut enthaltenden Oberfläche (30) ver­ läuft und in Schließstellung durch das sie stützende Arbeitsmedium aus jener Oberfläche herausgeführt und dem Umfang des Tellers (17) angepreßt ist.

2. Vorrichtung zum zeitweiligen Verschließen des Quer­ schnittes einer Gas oder Flüssigkeit führenden Rohr­ leitung durch einen darin ortsveränderlich unter­ gebrachten Teller, der in einer Öffnungs­ lage in Abstand zu einer Begrenzung des Strömungs­ querschnittes steht und in eine Schließstellung beweg­ bar ist, in welcher der Teller unter Zwischenschaltung zumindest einer Dichtung der den Strömungsquerschnitt begrenzenden Innenfläche eines den Teller umgebenden Gehäuses anliegt, wobei die in einer Umfangsnut des Tellers festgelegte Dichtung als Hohlprofil mit wenigstens einer flexilen Seitenwand ausgebildet und an eine Leitung für ein Strömungsmedium angeschlossen ist sowie mit der flexiblen Seitenwand in Ruhelage der Vorrichtung innerhalb der die Nut enthaltenden Oberfläche des Umfanges verläuft und in Schließstellung durch das sie stützende Arbeitsmedium aus jener Oberfläcche herausgeführt und der Innenfläche des Gehäuses angepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (41) wenigstens teilweise innerhalb des Tellers (17 _a) verläuft und an einen Rotationsverteiler am freien Ende einer den Teller tragenden Welle (16 _a) an die Dichtung (20 _a) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20, 20 _a) mit einem Ventil (40) versehen und über dieses an die Leitung (41) für das Strömungsmedium angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umfang (18) des Tellers (17, 17 _a) sowie/oder dem ihm in Schließstellung benachbarten Bereich des Gehäuses (13) ein Endschalter zugeordnet und dieser mit dem Ventil (40) oder einem Sperrorgan (42) an der Dichtung (20, 20 _a) oder in der Leitung (41) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, mit welcher das Öffnen der Leitung (41) für den Zufluß des Arbeits­ mediums in die Dichtung (20, 20 _a) in Schließstellung des Tellers (17, 17 _a) und/oder dessen Entriegelung aus der Schließstellung nach dem Rückfluß des Arbeitsmediums aus der Dichtung (20, 20 _a) gesteuert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Teller (20, 20 _a) an einer am Gehäuse (13) gelagerten und dessen Durchbruch (14) durchgreifenden Welle (16, 16 _a) drehbar ist, deren Achse (A) in Abstand (e) zur Mittelachse (M) des Tellers (17, 17 _a) bzw. des Durchbruches diesen quert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) der Welle (16, 16 _a) außerhalb des Tellers (17, 17 _a) und zu dessen Oberfläche (26) in axialem Abstand (i) verläuft.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (18) des Tellers (17, 17 _a) und/oder die Gehäuseinnenseite an der Gehäusestirnfläche (23) angefast sind/ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fasenrand (29) des Gehäuses (13) ein Ringwandabschnitt (30) und an diesen ein sich erweiternder konischer Wandungsteil (31) an­ schließen,wobei die Höhe (f) des Ringwandabschnittes gleich oder größer ist als die Dicke (q) des Umfanges (18) des Tellers (17, 17 _a).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwandabschnitt (30) die Aufnahmenut (19) für die Dichtung (20) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Radius (b) des Tellers (17′ 17 _a) etwa 0,5% kürzer ist als der Radius (a) des Ringwand­ abschnittes (30).

12. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Endschalter oder einen Fühler enthält, durch dessen Signale das Sperrorgan (42) betätigbar ist.