DE3730419A1 - Drehschieber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschieber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine Dichtungsanordnung für einen Drehschieber o. dgl.

Als Absperrorgane sind Hähne oder Drehschieber bekannt geworden. Den Abschlußteil bildet das Hahnküken oder Drehküken, welches kegelig, zylindrisch oder kugelförmig ausgebildet sein kann. Je nach Bauart besitzt das Hahnküken oder Drehküken Durchgänge in I-, L-, T- oder X- Form, die durch Drehen des Kükens in die gewünschte Betriebsstellung gebracht werden. Beim Dreiweghahn oder Dreiweg-Drehschieber sind im allgemeinen drei rechtwinklig zueinander stehende Anschlüsse vorgesehen, wobei das Küken mit L- oder T-förmigen Durchgängen beim Drehen je zwei Anschlüsse miteinander verbindet. Der Leitungsweg wird dabei erst dann freigegeben, wenn der bisher geöffnete bereits geschlossen ist.

Das Problem der Abdichtung derartiger Drehschieber nach außen hin und der Anschlußleitungen untereinander spielt eine beträchtliche Rolle. So ist beim sogenannten Patenthahn zwischen dem zylindrischen Küken und dem Gehäuse eine elastische Dichtungsbüchse eingefügt, die das Nachdichten wie bei einer Stoffbüchse ermöglicht. (s. Lueger, Lexikon der Technik, Band 1, S. 199, 192).

In der Schüttguttechnik mit der pneumatischen Förderung von Schüttgütern besteht oft das Problem, ein strömendes Medium, vorzugsweise ein Gas-Feststoffgemisch von einer ankommenden Rohrleitung wahlweise mit mindestens zwei abführenden Rohrleitungen zu verbinden. Umgekehrt kann es erforderlich sein, mindestens zwei, das strömende Medium führende, ankommende Rohrleitungen wahlweise mit einer weiterführenden Rohrleitung zu verbinden.

Der Transport von staub-, pulver- oder grobkörnigen Feststoffen mit Hilfe eines strömenden Gases durch eine pneumatische Förderleitung wird dann problematisch, wenn innerhalb der Abzweigeinrichtung bzw. des Drehschiebers keinerlei Gas- oder Feststoffübertritt von der durch­ strömenden Rohrleitung in die nicht durchströmende Rohrleitung stattfinden darf. Im Gegensatz zu den von reinen Flüssigkeiten oder Gasen durchströmten Abzweig- oder Zusammenführungs-Einrichtungen unterliegen die bewegten Teile und insbesondere derartige Abzweigeinrichtungen oder Drehschieber beim Einsatz in pneumatischen oder hydraulischen Förderleitungen mit Feststoffanteil einem erheblichen Verschleiß.

Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden. Zunächst werden die Abzweigleitungen stets V-förmig in einem möglichst spitzen Winkel zur Zuführleitung angeordnet, um Strömunsverluste klein zu halten. Zur Absperrung können die V-förmigen Leitungen mit je einem Absperrhahn, Klappen, Kugelhähne, Quetschventile o. dgl. versehen sein. Diese Hähne können zwar vollständig dicht ausgeführt werden, aber es bildet sich ein toter Raum in der Abzweigleitung vor dem Absperrhahn. Weiterhin weisen derartige Hähne einen hohen Druckverlust auf.

Als weitere Möglichkeit bieten sich sogenannte Zungen- oder Klappenweichen an, die mit einem im unteren V- förmigen Bereich der Abzweigung angeordneten Drehpunkt hin und her schwenken und jeweils eine Durchflußrichtung frei geben. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine vollständige Abdichtung insbesondere für hohe Drücke nicht möglich ist.

Weiterhin bekannt sind sogenannte Klöppelweichen mit einem im V-förmigen Kreuzungspunkt drehbaren und umschwenkbaren Klöppel, der in die jeweilige zu verschließende Rohrleitung eingeschwenkt wird. Nachteilig hieran ist ebenfalls der entstehende tote Raum vor der Klöppelweiche, der hohe Druckverlust und das Gestänge im Förderraum.

Weiterhin bekannt für die Abzweigung sind sog. Trommelweichen, die nach Art eines Drehschiebers aufgebaut sind. Die Verbindung der V-förmigen Abzweigungen von einer Zufuhrleitung geschieht mittels eines Drehkükens mit schräger Durchgangsbohrung, die jeweils eine der abzweigenden Leitungen durch Drehung beispielsweise um 180° verbindet. Derartige Anordnungen sind groß und schwer und damit aufwendig in der Herstellung.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Herstellung einer V- förmigen Abzweigung einer Zufuhrleitung ist in der Fig. 1 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Art Dreiweg- Drehschieber wie eingangs erläutert. Das Drehküken ist mit einer exzentrischen Durchgangsbohrung versehen, die die Verbindung der jeweiligen zu beaufschlagenden Leitungen vornimmt. Um die einzelnen Leitungen druckdicht gegegeneinander abzuschotten, sind in der Innenmantelfläche des Gehäuses um die Zuführöffnungen der Anschlußleitungen O-Ringe als Dichtungsmittel eingelassen, die die jeweilige Anschlußleitung gegenüber dem Drehküken und damit gegenüber der nächsten Anschlußleitung abdichtet. Die O-Ringe sind in Ringnuten in die Gehäusewandung eingelassen und stützen sich zwischen dem Gehäuse und dem Drehküken ab.

Diese Dichtungsanordnung hat den Nachteil, daß die Dichtungen bei jeder Drehbewegung des Drehkükens von der Öffnungskante der Durchgangsbohrung des Drehkükens überstrichen werden, so daß es zu einem Herausspringen und zu einer übermäßigen Belastung der ringförmigen Dichtung kommen kann. Es sind zwar aus der Literatur Möglichkeiten bekannt, Berührungsdichtungen an gleitenden Flächen mit einem zusätzlichen Ring an der gleitenden Fläche zu versehen, die eine unmittelbare Berührung des O-Rings mit der gleitenden Fläche vermeidet. Dies geschieht insbesondere bei Abdichtungen von Kolben und Stangen in Arbeitszylindern. Die zusätzlichen Ringe sind dabei in die für den O-Ring bestimmte Ringnuten eingelassen und stützen sich stets zwischen dem O-Ring und dem bewegten Teil ab.

Derartige zusätzliche, verschleißarme Ringe können das Problem einer stark beanspruchten umlaufenden Dichtung bei einer bekannten Vorrichtung nach Fig. 1 ebenfalls nicht lösen, da die, die Dichtung überstreichende Öffnungsfläche der Kükendurchgangsbohrung und der innere Zug der Dichtung entlang einer Kreissehne ein leichtes Herausspringen oder sich Lösen der Dichtung insbesondere bei den angesprochenen strömenden Medien mit Feststoffanteilen nicht ausschließen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschieber insbesondere zur Verwendung für pneumatische oder hydraulische Förderleitungen mit Schüttgut zu schaffen, bei welcher die Abdichtung des Drehkükens gegenüber dem Gehäuse und damit der Anschlußleitungen untereinander befriedigend erfolgt. Aufgabe ist es weiterhin eine Dichtung für ähnlich gelagerte Fälle vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Drehschieber der einleitend bezeichnenden Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, sowie allgemein durch den Anspruch 4 gelöst.

In den weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch sowie Unteranspruch 4 angegebenen Drehschiebers bzw. der Dichtungsanordnung möglich.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es bei einer als O-Ring ausgebildeten Dichtung stets darauf ankommt, dieses Dichtungselement möglichst als stationäre Dichtung, d. h. als Berührungsdichtung an ruhenden Flächen zu verwenden. Bei der in der Fig. 1 dargestellten hekannten Dichtungsart muß demnach der O-Ring in einen Bereich gelegt werden, der nicht von sich bewegenden oder gleitenden Flächen erfaßt wird. Hierbei genügt es jedoch nicht, den O-Ring mit einem darüberliegenden Schutzring, wie im Stand der Technik bekannt, zu versehen.

Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Ringspalt zwischen Drehschiebergehäuse und Drehküken geschaffen, welcher zur Aufnahme der die Anschlußleitungen umschließenden Ringdichtungen bzw. O-Ringe dient. Dabei wird eine zusätzliche Kunststoffplatte, insbesondere eine gleitfähige Teflonplatte zwischen dem sich drehenden Drehküken und der Dichtung angeordnet, wobei die Teflonplatte als Kreisringstücke wenigstens im Bereich der Ringdichtungen angeordnet ist.

Dadurch, daß die Anschlußleitungsenden in den gebildeten Ringspalt im Gehäuse hineinragen, kann die Ringdichtung diese Anschlußenden vollkommen umschließen, so daß mittels der Abdeckung durch die Teflonplatte ein Abrutschen der Dichtung beim Überqueren der Durchgangsbohrung des Drehkükens ausgeschlossen ist.

Durch den strammen Sitz der Dichtung um das Anschlußende der Anschlußleitung zieht sich der O-Ring in radialer Richtung zusammen und weitet sich in seiner axialen Richtung auf und ergibt somit einen Druck auf die dahinterliegende Teflonplatte, die dadurch gegen das Drehküken gepreßt wird.

Dieser Effekt kann in Ausgestaltung der Erfindung noch durch eine zusätzliche Beaufschlagung des Ringspalts mit Druckluft insbesondere im Bereich der O-Ringe verbessert werden. Durch Druckbeaufschlagung des O-Rings wird dieser radial weiter zusammengepreßt, d. h. in die durch Gehäuse, Ringschulter und Küken gebildete Nut eingepreßt. Durch die gegen das Küken bewegliche flexible Teflonplatte kann sich dann der O-Ring axial aufweiten und hierdurch die Teflonplatte zusätzlich gegen das Drehküken pressen. Dabei genügt ein leichter Systemüberdruck zur vollständigen Abdichtung der Anschlußleitungen untereinander.

Die Teflonplatte kann das Drehküken teilweise oder vollständig umschließen. Maßgeblich ist die Anordnung dieser Kunststoffplatte unmittelbar vor der ringförmigen Dichtung zur Bildung einer Zwischenschicht zwischen Dichtung und sich bewegenden Drehküken. Dabei wird die Teflonplatte im allgemeinen als Ringscheibe um die in den Ringspalt hineinragenden Anschlußenden der Anschlußleitungen gelegt.

In Ausbildung der Erfindung nach Unteranspruch 4 kann der erfindungsgemäße Gedanke auch auf andere Maschinenbauteile angewandt werden.

Ein vorteilhaftes und zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Dreiweg-Drehschieber nach herkömmlicher Bauart,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Dreiweg-Drehschieber in Draufsicht und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 2.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Drehweg- Drehschieber (1) erfolgt der Transport eines Gas- Feststoffgemisches von einer ankommenden Rohrleitung (2) wahlweise in zwei abführende Rohrleitungen (3 und 4) die aus Strömungsgründen V-förmig mit einem Winkel von z. B. α =30° und einem gemeinsamen Achsenschnittpunt (5) angeordnet sind. Um die Strömungsrichtung zu bestimmen, ist ein Drehküken (6) vorgesehen, welches eine Durchgangsbohrung (7) aufweist. In Fig. 1 sind die Anschlußleitungen (2 und 3) über die Durchgangsbohrung (7) im Drehküken (6) miteinander verbunden. Will man die Anschlußleitung (2) mit der Anschlußleitung (4) verbinden, so muß das Drehküken um den Winkel β=180°C α gedreht werden, damit die aufeinanderpassenden Anschlußöffnungen der Anschlußleitungen und des Drehkükens aneinanderliegen.

Um die Anschlußleitungen (2 bis 4) derart gegeneinander abzudichten, daß kein strömendes Medium in eine nicht hierfür vorgesehene Leitung gelangen kann, sind in das Drehschiebergehäuse (8) jeweils um die Einlauföffnungen der Anschlußleitungen (2 bis 4) Ringnuten (9) eingefräst, in die ringförmige Dichtungen, insbesondere O-Ringe (10 bis 12) eingelassen sind. So dichtet der O-Ring (10) die Anschlußleitung (2), der O-Ring (11) die Anschlußleitung (3) und der O-Ring (12) die Anschlußleitung (4) zwischen dem Gehäuse (8) und dem Drehküken (6) ab. Das zu fördernde Medium kann demnach nicht durch den Spalt (13) zwischen dem Gehäuse (8) und dem Drehküken (6) zu einer nicht vorgesehenen Zufuhrleitung gelangen.

Bei der Durchführung der Drehbewegung des Drehkükens (6) um den Winkel β zur Verbindung der Anschlußleitung (2) mit der Anschlußleitung (4) (Fig. 1) überstreichen die Kanten (14) der Austrittsöffnungen (15, 16) der Durchgangsbohrung (7) des Drehkükens (6) die Dichtungsringe (10 bis 12), wobei im Bereich der Öffnungen (15, 16) kein radialer Druck auf den Dichtungen liegt, so daß sich diese unter Umständen aus den Nuten (9) lösen können. Dies insbesondere deshalb, da der Zug der vorgespannten O-Ringe in einer Schnittebene liegt, die durch die Sehne (17) dargestellt ist. Ohne den radialen Druck des Kükens (6) im Bereich der Öffnungen (15, 16) können die Dichtungen aus den Nuten (9) herausgleiten, insbesondere bei verschlissenen und älteren Dichtungen.

Dieser Vorgang wird verstärkt durch das Verhalten der staub-, pulver- oder grobkörnigen Feststoffe in den Transportleitungen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Sofern gleiche Teile mit gleicher Funktionsweise wie in Fig. 1 vorgesehen sind, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Um das Dichtungsproblem der Vorrichtung nach Fig. 1 zu lösen, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 2 der Innendurchmesser (D ₁) des Drehschiebergehäuses (18) zur Bildung eines Ringspalts (19) größer ausgebildet, als der Durchmesser (D ₂) des zylindrisch ausgebildeten Drehkükens (6). Die Durchmesser betragen beispielsweise D ₁ ∼ 250 mm, D ₂ ∼ 230 mm. Der Abzweigungswinkel der V-förmigen Anordnung der Abzweigungsleitungen (3, 4) beträgt im Ausführungsbeispiel α=30°. Die außermittige Anordnung der fluchtenden Rohrachsen (20, 21) einschließlich der fluchtenden Mittelachse (22) der Durchgangsbohrung (7) von der parallel angeordneten Mittelachse (23) des Drehkükens (6) beträgt e ∼ 27 mm.

Hierbei ist mit d der Innendurchmesser der Anschlußrohre (2 bis 4) bezeichnet. Er beträgt im Ausführungsbeispiel d ∼ 80 mm.

Die Enden der Anschlußleitungen (2, 3, 4) ragen in den Ringspalt (19) hinein und bilden so eine Ringschulter (24), die von der jeweiligen Ringdichtung bzw. dem O-Ring (25 bis 27) kraftschlüssig umschlossen ist. Eine separate Einstichnut im Gehäuse (18) ist deshalb nicht vorgesehen. Die Ringdichtung (25) umschließt demnach die Ringschulter (24) des in den Ringspalt (19) hineinragenden Anschlußendes der Anschlußleitung (2). Gleiches gilt für die ringförmige Dichtung (26) für die Anschlußleitung (3) und die Ringdichtung (27) für die Anschlußleitung (4).

Zwischen den ringförmigen Dichtungen (25 bis 27) und dem Drehküken (6) sind jeweils in radialer Richtung flexibel angeordnete Kunststoffplatten (28), insbesondere Teflonplatten (28) mit einer Dicke von ca. 2 mm angeordnet. Diese stationär angeordneten Teflonplatten (28) umschließen das Drehküken teilweise als Teilmantelflächen und weisen entsprechende Aussparungen für die Durchflußöffnungen (15, 16) der Anschlußleitungen (2 bis 4) auf. Die Teflonplatten liegen auf der Manteloberfläche des Drehkükens (6) auf und werden von den Dichtungen (25, 26, 27) durch deren axiale Aufweitungen gegen diese Mantelfläche gedrückt. Dies ist mit dem Kraftpfeil (29) in Fig. 2 symbolisch dargestellt. Da sich die ringförmigen Dichtungen (O-Ringe 25 bis 27) infolge der kraftschlüssigen Umschließung der Ringschultern (24) der Anschlußenden der Leitungen (2 bis 4) axial aufweiten, ergibt sich eine bezüglich dem Drehküken (6) radiale Kraft (Pfeil 29, 30) auf die Teflonplatte (28), was zur Abdichtung der Anschlußleitungen (2 bis 4) gegenüber dem Gehäuse (18) führt.

Diese Abdichtung kann dadurch verstärkt werden, daß über eine Zufuhrleitung (31) Druckluft (Pfeil 32) in den Ringkanal (19) eingebracht wird, der die Ringdichtungen (25, 26, 27) noch stärker gegen die Ringschulter (24) der Anschlußenden der Rohrleitungen (2 bis 4) drückt (Kraftpfeil 33), was zu einer weiteren axialen Aufweitung (Pfeil 29, 30) der Dichtungen (25 bis 27) und damit zur Erhöhung der Dichtungswirkung führt.

Die Teflonplatte (28) kann als Teilmantelfläche oder als umlaufende Mantelfläche ausgebildet sein. Letzteres ist durch die gestrichelte Linie (34) in Fig. 2 angedeutet.

Der durch die Druckluftzuführung in den Ringspalt (19) auftretende Überdruck braucht nur geringfügig über dem Systemdruck liegen. Neben der zusätzlichen axialen Aufweitung der Dichtungen (25 bis 27) hat dies den zusätzlichen Vorteil, daß allenfalls eine Strömung vom Ringkanal (19) in die Anschlußleitungen (2 bis 4) und nicht umgekehrt erfolgen kann.

In Fig. 2 ist weiterhin die Verbindung der Anschlußleitung (2) mit der Anschlußleitung (4) gestrichelt mit Bezugszeichen (7′) bezeichnet. Hierfür muß das Drehküken um mehr als β=180°-α , d. h. um β=150° gedreht werden, um die Übereinstimmung der Anschlußöffnungen zu schaffen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen dargestellt. Aus der Fig. 3 ist die Umschließung der jeweiligen Ringschulter (24), die durch das in das Gehäuse (18) hineinragende Anschlußende des jeweiligen Anschlußrohrs (2, 3) gebildet ist, durch den jeweiligen O-Ring (25, 26) ersichtlich. Durch die kraftschlüssige Umschließung der Ringschulter (24) und den pneumatischen Druck in der Ringleitung (19) erfolgt die Aufweitung des O-Rings (Kraftpfeil 29, 30) und damit ein Druck gegen die Teflonplatte (28). Hiermit sind die Eintrittsöffnungen der Anschlußleitungen (2, 3) gegenüber dem Gehäuse (18) bzw. dem Drehküken (6) zuverlässig abgedichtet.

In der Fig. 3 ist weiterhin die obere Abschlußplatte (34) und die untere Abschlußplatte (35) des Drehschiebergehäuses (8) dargestellt. Mittels der Durchgangswelle (36) wird die Drehung des Drehkükens (6) bewerkstelligt.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Prinzips. Insbesondere kann die Dichtungsanordnung auch bei einer geradlinig verlaufenden Vorrichtung verwendet werden, bei welcher das Problem der Überstreichung von Durchgangsöffnungen über Ringdichtungen auftritt. Dies trifft beispielsweise bei in einem Rohrkörper mit Anschlußbohrungen axial verschiebbaren Regelungsstößel mit Anschlußbohrungen auf, wie sie beispielsweise in Ventilregelungen verwendet werden. Gleichermaßen können auch von O-Ringen verschiedene Dichtungsringe, wie an sich bekannt, verwendet werden.

Claims (6)

1. Drehschieber, mit einem in einem Gehäuse angeordneten zylindrischen oder kugligen Hahnküken mit einem I-, L-, T- oder X-förmigen Durchgang zur Verbindung der gewünschten Anschlußleitungen, wobei zwischen dem Küken und dem Gehäuse eine elastische Dichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (D ₁) des Gehäuses zumindest im Bereich des Eintritts der Anschlußleitungen (2, 3, 4) zur Bildung eines Ringspaltes (19) größer ausgebildet ist als der Durchmesser (D ₂) des Kükens (6), wobei die Anschlußleitungsenden in den Ringspalt (19) zur Bildung einer Ringschulter (24) hinein­ ragen, daß um die Ringschulter (24) der Leitungsenden der Anschlußleitungen (2 bis 4) eine Ringdichtung (O-Ring 25, 26, 27) kraftschlüssig angeordnet ist und daß sich die Ringdichtung (25 bis 27) über eine flexible Platte, insbesondere Kunststoffplatte (28) gegen das Küken (6) und das Gehäuse (18), diese Teile abdichtend, abstützt.

2. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpressung der Ringdichtung (25, 26, 27) der Ringspalt (19) zwischen Küken (6) und Gehäuse (18) mit einem Druckmedium, insbesondere Druckluft über eine Leitung (19) beaufschlagbar ist.

3. Drehschieber zum Transport und Verteilung von staub-, pulver- oder grobkörnigen Feststoffen in einer pneumatischen oder hydraulischen Förderleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradlinige Hauptleitung (2, 3) und eine unter einem Winkel von α ∼ 30° abzweigende Abzweigleitung (4) vorgesehen ist.

4. Drehschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Kunststoffplatte (28) aus ca. 2 mm starkem Teflon besteht und das Drehküken (6) teilweise oder vollständig (34) mantelförmig umschließt.

5. Berührungsdichtung an bewegten Maschinenteilen, insbesondere zur Verwendung an einem Drehschieber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, mit einem, eine abzudichtende erste Anschlußleitung aufweisenden, stationären Gehäuse und einem sich an oder im Gehäuse bewegenden Maschinenteil, welches eine, mit der ersten Anschlußleitung fluchtende, jedoch verschiebbare Durchgangsleitung aufweist, wobei die erste Anschlußleitung mit einer Ringdichtung (O-Ring) im stationären Gehäuse zur Abdichtung gegenüber dem beweglichen Maschinenteil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Anschlußleitung (2, 3, 4) zwischen dem Gehäuse (18) und dem beweglichen Maschinenteil (6) ein Spalt (19) vorgesehen ist, wobei die Anschlußleitung (2, 3, 4) zur Bildung einer Ringschulter (24) in den Spalt (19) hineinragt und von einer Ringdichtung (25, 26, 27) kraftschlüssig umschlossen ist und daß zwischen der Ringdichtung (25 bis 27) und dem beweglichen Maschinenteil (6) eine durch die Ringdichtung (25 bis 27) gegen das Maschinenteil (6) anpressbare Kunststoffplatte oder -scheibe (28) vorgesehen ist.

6. Berührungsdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt zusätzlich mit Druckluft beaufschlagbar ist.