DE3900580A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zentrische oder exzentrische Ringdichtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine Dichtungsanordnung für einen Drehschieber o. dgl. mit gewölbter Oberfläche.

Absperrorgane gemäß der Erfindung sind Hähne oder Drehschieber, die ein als Hahnküken oder Drehküken bezeichnetes Abschlußteil aufweisen, welches kegelig, zylindrisch oder kugelförmig ausgebildet sein kann. Je nach Bauart besitzt das Hahnküken Durchgänge in I-, L-, T-, X- oder V-Form, die durch Drehen des Kükens in die gewünschte Betriebsstellung gebracht werden. Die Abdichtung derartiger Drehschieber nach außen hin und die Anschlußleitungen untereinander bereitet oftmals Probleme. Aus der DE-OS 21 48 557 ist ein derartiges, als Rohrweiche bezeichnetes Absperrorgan bekannt geworden, bei welchem die Endöffnungen des Drehkükens mit diesen umgreifenden, aufblasbaren Dichtungen versehen sind, welche sich im aufgeblasenen Zustand fest zwischen Küken und Gehäuseinnenwandung anlegen. Bei Druckentlastung zieht sich die Ringdichtung wieder in die Ringnut zurück und schleift beim Verschwenken des Kükens nicht mehr an der Gehäuseinnenwand. Hierdurch ist eine einfache und mit wenig Kraftaufwand verbundene Verschwenkbarkeit des Drehkükens möglich. Die Druckbeaufschlagung der Ringdichtung erfolgt mittels Ventilen, die in Abhängigkeit der Verschwenklage des Kükens steuerbar sind. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß nur die beiden Endöffnungen des Drehkükens mit Ringdichtungen versehen sind. Die Anzahl der Anschlußöffnungen und eine dementsprechende Abdichtung in diesem Bereich spielt demnach keine Rolle.

Nachteilig an dieser bekannten Anordnung sind die nur auf Spezialmaschinen herzustellenden Ringnuten bei einem derartigen Drehküken. Als Dichtung kommt darüber hinaus nur eine Art aufblasbarer Schlauch in Betracht, der selbst im allgemeinen keine Dichtfunktion übernehmen kann. Deshalb ist zwischen der aufblasbaren Dichtung und dem Gehäuseinneren eine zusätzliche Manschette als Dichtungsorgan vorgesehen. Diese Manschette reibt aber stets in irgendeiner Form an der Gehäuseinnenwandung, was zu einer Schwergängigkeit und zu Verschleiß führen kann. Nachteilig ist weiterhin ein aufwendiger Drehanschluß für die Luftzuführung zum Drehküken.

Bei einer weiteren bekannten Bauform gemäß DE-OS 15 50 132 ist ein Absperrhahn bekannt geworden, der zur Abdichtung zwischen Gehäuse und Drehküken eine Ringdichtung in der jeweiligen Endöffnung des Gehäuseanschlußflansches verwendet, wobei die Ringdichtung in einer zur Bohrungslängsachse radial verlaufenden Nut angeordnet ist und gegen einen zusätzlichen Druckring einwirkt, der gegen das Drehküken selbst verspannt ist. Diese Art der Dichtung hat den Nachteil, daß sie infolge ihrer notwendigen Vorspannung zu einer Schwergängigkeit des Drehkükens führt.

Die gleiche zuvor beschriebene Problematik ergibt sich grundsätzlich auch bei allen Vorrichtungen mit einer abzudichtenden Gehäuseöffnung, die durch einen zur Gehäuseöffnung quer verlaufenden Schieber o. dgl. verschlossen werden soll. Während des Öffnungs- oder Schließvorganges befindet sich stets ein Teil der die Gehäuseöffnung umgebenden Ringdichtung ohne Gegenwandung, was unter Umständen zu einem Herausspringen der Dichtung aus der Ringnut führen kann. Außerdem wird die Dichtung beim Verschließen der Öffnung stets auf Scherung beansprucht, was zu einer seitlichen Beschädigung oder zu einem Herausreißen der Dichtung führen kann.

Das mit der Erfindung angesprochene Problem kann in Drehschiebern und Mehrwegventilen jeglicher Art auftreten, bei denen Öffnungen durch ein bewegtes Maschinenbauteil druckdicht zu verschließen sind. Gleichermaßen kann das Problem auch bei abzudichtenden Längsschiebern auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung an bewegten Maschinenteilen und insbesondere eine Dichtung zur Verwendung an einem Drehschieber vorzuschlagen, die insbesondere bei gewölbten Abdichtungsflächen anwendbar und mit einfachen Maßnahmen ohne komplizierte Bearbeitungsmaschinen hergestellt ist. Insbesondere soll die Dichtung leicht einsetzbar sein und eine leichte Beweglichkeit der Maschinenteile gegeneinander gewährleisten. Aufgabe ist es weiterhin, daß eine Dichtungsanordnung geschaffen wird, die sich selbständig bei Druckentlastung in die Ausgangslage zurückstellt und bei einem Verklemmen zwischen der Dichtung und dem beweglichen Maschinenteil nicht herausfällt.

Diese Aufgabe wird für verschiedene Anwendungszwecke erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den weiteren Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung angegeben.

Die Erfindung geht prinzipiell von dem gleichen Grundgedanken aus, wie er in der DE 21 48 557 verwirklich ist. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Ringspalt oder Ringkanal im Anschlußflansch des Gehäuses geschaffen, wobei hinter der Ringdichtung bzw. in der Ringdichtung selbst ein Druckraum für Druckmedium vorgesehen ist der zu einer Längsverschiebbarkeit der Dichtung nach Art eines ringförmigen Kolbens führt, um die Ringdichtung selbst oder einen gleitfähigen, flexiblen, gegen Verdrehen gesicherten Zwischenring gegen das abzudichtende Maschinenteil zu pressen. Diese Anordnung hat gegenüber der bekannten Einrichtung den Vorteil, daß die Dichtung in ein stationäres Teil im Gehäuse und nicht in ein bewegliches Teil wie z. B. einem Drehküken angeordnet ist. Hierdurch entfallen aufwendige und kostspielige Anschlußmittel zur Beaufschlagung der Dichtung mit Druckmedium. Der hinter der Dichtung befindliche Ringkanalbereich dient als Druckraum zur Beaufschlagung der Ringdichtung, die sich dann nach Art eines ringförmigen Kolbens axial gegen das abzudichtende Maschinenteil preßt. Dabei geschieht die Druckbeaufschlagung grundsätzlich nur im stationären Zustand, d. h. wenn das bewegliche Maschinenteil seine gewünschte Endlage angenommen hat. Die Bewegung selbst erfolgt im drucklosen Zustand, so daß eine leichte Verstellbarkeit des beweglichen Maschinenteils gewährleistet ist. Anstelle oder zusätzlich zum Druckraum hinter der Dichtung kann die erfindungsgemäße Anordnung auch einen innerhalb der Dichtung befindlichen Druckraum aufweisen, der eine axiale Verschiebbarkeit der Dichtung ermöglicht. Maßgeblich ist die freie Bewegbarkeit der Dichtung in Richtung zum abzudichtenden Maschinenteil, wobei sich die Dichtung im drucklosen Zustand vom Maschinenteil wieder abhebt und während der Verstellung des Kükens keinem Reibungsverschleiß unterliegt. Es sollen deshalb Maßnahmen vorgesehen sein, die es verhindern, daß die Dichtung aus dem Ringkanal heraustritt. Dies gilt insbesondere für die Phase, wo die Dichtung ohne Gegendruck durch ein Maschinenelement ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Dichtung beidseitig mit Schlitzen oder Einschnitten versehen, die V-förmig in Richtung zum dahinterliegenden Druckraum gerichtet sind. Durch diese seitlichen Schlitze entsteht eine Art Kniehebeleffekt auf die Dichtung, d. h. bei Druckbelastung wird die Dichtung nach unten gegen das Maschinenteil gedrückt, wobei sie sich an die Seitenwandung abstützt. Dabei wirkt jedoch stets eine Rückstellkraft in entgegengesetzter Richtung, so daß die Dichtung bei Druckentlastung wieder in ihre Ausgangslage zurückkehrt.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß seitliche Vorsprünge an der Dichtung sowie im Ringkanal eine formschlüssige Verbindung bilden. Wird die Dichtung durch Druckbeaufschlagung nach unten gedrückt, so geschieht dies nur im mittleren Bereich, während der äußere, formschlüssige Bereich in seiner Lage gehalten wird. Bei Druckentlastung kommt es demnach zu einer Zurückführung der Dichtung in die Ausgangslage.

Eine weitere alternative Ausbildung sieht vor, daß anstelle der seitlichen Schlitze oder Einschnitte innerhalb der Dichtung ebenfalls V-förmig angeordnete Lufteinschlüsse o. dgl. vorgesehen sind, die eine gezielte Dichtungsbewegung ebenfalls nach dem Kniehebeleffekt erzeugen. Hierdurch erfolgt ebenfalls ein Rückstellmoment nach Druckentlastung in die Ausgangslage.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die zuvor angesprochenen Dichtungsarten seitlich in den Ringkanal bzw. die Dichtungsnut eingeklebt. Hierdurch werden die Seitenflächen der Ringdichtung stets in ihrer Lage gehalten, während der mittlere Teil durch Druckbeaufschlagung nach unten gegen das Maschinenelement bewegbar ist. Der zuvor beschriebene Kniehebeleffekt wird hierdurch demnach verstärkt.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die Ringdichtung zum Maschinenelement hin Durchgangsbohrungen vom Druckraum her aufweist. Sofern Luft als Druckmedium verwendet wird, strömt demnach bei Druckbeaufschlagung zunächst ein Luftstrom durch die mehrfach am Umfang der Ringdichtung angeordneten Durchgangsbohrungen. Von der Austrittsstelle an der Stirnfläche der Ringdichtung strömt dann die Druckluft entlang der abzudichtenden Oberfläche des Maschinenteils. Die Bohrungen sind in ihrem Querschnitt dabei derart bemessen, daß der im Druckraum vorhandene Druck dennoch ausreicht, die Ringdichtung axial gegen das abzudichtende Maschinenteil zu bewegen. Hierdurch kommt es zu einem Aufsetzen der Ringdichtung auf das Maschinenteil und damit zu einer Abdichtung der Bohrungsöffnung. Diese Lösung hat den Vorteil, daß Schmutzpartikel im Bereich der Dichtungsoberfläche durch den Luftdruck ggf. weggeblasen werden und die Dichtung druckentlastet wird, wenn während der Kükenverstellung die Dichtung ohne Gegenfläche ist und trotzdem vom Ringkanal her mit Druck beaufschlagt wird. Dadurch wird ein Heraustreten der Dichtung aus dem Ringkanal und eine damit verbundene Beschädigung der Dichtung während der Kükenverstellung verhindert.

Wie zuvor erwähnt, kann die Dichtung auch in ihrem Inneren einen aufblasbaren Dichtungsraum enthalten, der zum Andrücken der Dichtung gegen das Maschinenelement führt.

Die Erfindung sieht vor, daß der Ringkanal im Anschlußflansch durch eine Gehäusehinterschneidung gebildet wird, dessen Nutgrund rechtwinklig zur Anschlußleitungsmittelachse besteht. Hierdurch weist der Ringkanal an jeder Stelle eine andere Tiefe auf. Der Ringkanal ist jedoch mit einfachen Maschinen, z. B. konventioneller Drehbank herstellbar. Ein zusätzliches Einschubrohr auf der Innenseite begrenzt den Ringkanal nach innen.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Abstützung und die Rückstellung der aufblasbaren Ringdichtung im Ringkanal dadurch erfolgt, daß diese an ihrer Rückseite fest mit einem Ringeinsatz verbunden ist, der seinerseits ortsfest im Anschlußflansch angeordnet ist. Dieser Ringeinsatz kann aus einem gegossenen Präzisionsteil bestehen und so der speziellen Formgebung des Ringkanals angepaßt werden. Der gegenüber dem Drehschiebergehäuse asymmetrisch angeordnete Anschlußflansch erhält demnach eine Ringkanalausnehmung, die in ihrer axialen Tiefe an jeder Stelle unterschiedlich ist, wobei zur einfachen Herstellung der Nutgrund mit der Achse des Ringkanals einen Winkel von 90° bildet. Dieser Ringkanal wird dann mit einem gegossenen Ringeinsatz in seiner Formgebung ausgefüllt, so daß die aufblasbare Ringdichtung hieran befestigt werden kann und dreiseitig formschlüssig abgestützt ist.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß die aufblasbare Ringdichtung an ihrer dem Drehküken zugewandten Stirnseite V-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden seitlichen Schenkel, zur Herstellung einer Linienberührung der V- förmigen Spitze, im drucklosen Zustand nicht zur Auflage auf das Drehküken kommen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Rückhaltung der aufblasbaren Ringdichtung durch seitlich eingesetzte Gleit- oder Stützringe erfolgt, die rundherum im Ringkanal ortsfest eingebracht sind. Dabei sollen diese Stützringe in ihrer axialen Länge zur vereinfachten Herstellung gleich lang ausgebildet sein. Aufgrund der Krümmung des Drehkükens entsteht hierbei jedoch an jeder Stelle, außer dem obersten Punkt des Drehkükens, eine seitliche Höhendifferenz zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Stützringen im Ringkanal. Der zur Mittelachse des Anschlußflansches innere Stützring liegt demnach in seiner Lage höher als der äußere Stützring. Diese unterschiedliche Lage wird durch eine in ihrer Symmetrieebene längsgeschlitzte Ringdichtung ausgeglichen. Die Längsschlitzung erfolgt oberhalb des Druckraums. Hierdurch können die beiden Dichtungshälften axial gegeneinander verschoben werden.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung an einem Drehschieber mit Hahnküken mit V-förmigen Anschlußleitungen,

Fig. 1a eine Detailansicht von Fig. 1,

Fig. 2a bis c drei Anordnungsbeispiele für die Dichtung in Fig. 1 und

Fig. 3a bis d vier Ausführungsformen der Ringdichtung im Ringkanal.

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einem im Ringkanal eingesetzten Ringeinsatz zur festen Verbindung mit der Ringdichtung und

Fig. 5, 5a, 5b eine Dichtungsanordnung mit Stützringen und längsgeschlitzter Dichtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehschieber mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung dient vorzugsweise zum Transport von staub-, pulver- oder grobkörnigen Feststoffen mit Hilfe eines strömenden Gases durch pneumatische Förderleitungen. Im Gegensatz zum Transport von reinen Flüssigkeiten oder Gasen unterliegen bei einer derartigen Anordnung die bewegten Teile und insbesondere die Abzweigeinrichtungen bzw. das Drehküken durch den Feststoffanteil einem erheblichen Verschleiß.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Dreiweg-Drehschieber 1 erfolgt der Transport eines Gas-Feststoffgemisches von einer ankommenden Rohrleitung 2 wahlweise in zwei abführende Rohrleitungen 3, 4, die unter einem Winkel α zueinander angeordnet sind. Um die Strömungsrichtung zu bestimmen, ist ein Drehküken 5 vorgesehen, welches eine Durchgangsbohrung 6 aufweist. In Fig. 1 sind die Anschlußleitungen 2 und 3 über die Durchgangsbohrung 6 im Drehküken miteinander verbunden. Will man die Anschlußleitung 2 mit der Anschlußleitung 4 verbinden, so muß das Drehküken um den Winkel β gedreht werden, damit die aufeinander passenden Anschlußöffnungen zwischen Anschlußflansche und Drehküken aneinanderliegen. Bei der Durchführung der Drehbewegung des Drehkükens 5 um den Winkel β zur Verbindung der Anschlußleitung 2 mit der Anschlußleitung 4 überstreichen die Kanten 7 der Austrittsöffnungen 8 der Durchgangsbohrung 6 des Drehkükens 5 den äußeren Abdichtungsbereich im zugehörigen Anschlußflansch 9, 10 der Rohrleitungen 2, 3. Sofern der jeweilige Anschlußflansch 9, 10 mit einem handelsüblichen O-Ring abgedichtet wäre, kann dieser ohne den radialen Druck des Drehkükens 5 im Bereich der den O-Ring überstreichenden Austrittsöffnung 8 aus der entsprechenden O-Ring-Nut herausgleiten. Außerdem wird der O-Ring zusätzlich durch die Kante 7 auf Scherung beansprucht. Dieser Vorgang wird verstärkt durch das Verhalten der staub-, pulver- oder grobkörnigen Feststoffen in den Transportleitungen.

Wie aus Fig. 1 und in vergrößerter Darstellung insbesondere aus Fig. 1a anhand des oberen Anschlußflansches 10 ersichtlich, wird die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung durch einen Ringkanal 11 gebildet, in dem sich die Ringdichtung 12 befindet. Der Ringkanal 11 entsteht durch eine durch Ausspindelung der Anschlußleitung sich ergebende Wandungshinterschneidung 13 im jeweiligen Anschlußflansch 9, 10 bzw. 10′ und einem in den Anschlußflansch 9, 10, 10′ eingelassenen Rohr 14. Der innere Rohrabschnitt 14′ bildet dann die Innenwandung für den Ringkanal 11. Im jeweiligen Anschlußflansch 9, 10, 10′ wird demnach nicht nur eine Ringnut mit den gleichen Abmaßen wie die Ringdichtung selbst, sondern ein sich axial parallel zur Mittelachse 19 des jeweiligen Anschlußflansches erstreckender Ringkanal 11 gebildet. Der hinter der Ringdichtung 12 angeordnete Raum 15 wird als Druckraum bezeichnet. Hierfür ist eine Druckanschlußleitung 16 vorgesehen. Der in Fig. 1a dargestellte Pfeil 17 deutet die Druckbeaufschlagung des Druckraums 15 an.

In Fig. 1 ist das Innenrohr 14 zur Bildung des Ringkanals 11 für die Ringdichtung 12 in allen drei Anschlußflanschen 9, 10, 10′ dargestellt. Dieses Rohr ist als dünnwandiges Rohr, z. B. aus Chromnickelstahl in die jeweiligen Anschlußflansche eingesetzt. Es kann sich auch - wie in Fig. 1 dargestellt - als dünnwandiges Rohr 18 im Drehküken 5 befinden. Hierdurch können die Gehäuseteile des Drehschiebers 1 sowie das Drehküken 5 selbst aus einem Gußmaterial hergestellt werden, wobei die Durchgangsbohrungen und auch ggf. der Umfang des Drehkükens platiert sind mit einem hochwertigen Material, wie z. B. Chromnickelstahl.

Die Anschlußflansche 9, 10, 10′ der Rohrleitungen 2, 3, 4 sind prinzipiell gleich aufgebaut und wie zu Fig. 1a am Beispiel des Anschlußflansches 10 der Rohrleitung 3 beschrieben.

Die Ringdichtung 12 ist im Ringkanal 11 angeordnet und umschließt das Rohr 14 in seinem unteren Rohrabschnitt 14′ kraftschlüssig. Beaufschlagt man den hinter der Ringdichtung 12 liegenden Druckraum 15 mit Druckmedium, z. B. Druckluft, so wird die Ringdichtung nach Art eines ringförmigen Kolbens axial parallel zur Längsachse 19 verschoben (s. Pfeil 20 in Fig. 1a) und direkt oder über einen flexiblen, das Einschubrohr 14 lose umschließenden, sehr gleitfähigen, gegen Verdrehen gesicherten Zwischenring 26 gegen das bewegte Maschinenteil 5, im Ausführungsbeispiel das Drehküken 5 gepreßt. Der hinter der Ringdichtung 12 befindliche Druckraum 15 kann dabei relativ klein gehalten werden, um mit einem geringen Volumen an Druckmedium die Ringdichtung rasch mit Druck beaufschlagen und umgekehrt auch wieder entlasten zu können. Entlastet man den Druckraum 15, so wird die Ringdichtung 12 nicht mehr gegen das Drehküken gepreßt. Dieses läßt sich dann frei im Gehäuse des Drehschiebers 1 bewegen.

In Fig. 2a bis c sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Dichtungsanordnung dargestellt.

Nach Fig. 2a besteht die Ringdichtung 12 aus einer U- förmigen Ringdichtung 21, deren zum Druckraum 15 weisender U-förmiger Hohlraum 22 mit Druckmedium beaufschlagbar ist. Diese Bauart erlaubt eine sehr flexible Ringdichtung, wobei die Seitenflanken der Ringdichtung 21 durch den U- förmigen Hohlraum 22 infolge des Innendrucks gegen die Seitenwandung gepreßt wird. Hierdurch ist eine gute Fixierung der Ringdichtung gewährleistet, bei gleichzeitiger guter Beweglichkeit und Anpreßkraft gegen das zu bewegende Maschinenteil, hier das Drehküken 5.

In Fig. 2b ist eine mechanische Rückhaltvorrichtung 23 vorgesehen, bestehend aus einem konzentrisch angeordneten Formblech 24, das ein Herausgleiten der Ringdichtung 12 aus dem Ringkanal 11 verhindert. Diese Anordnung erfordert jedoch eine sehr präzise Abstimmung von Ringdichtung 12 und zu überbrückendem Dichtungsspalt, da der axiale Hub der Ringdichtung 12 trotz Druckbeaufschlagung im Druckraum 15 nicht so groß sein kann.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2c zeigt eine als O-Ring 25 ausgebildete hohle Ringdichtung 12. Auch der O-Ring wird vom hinteren Druckraum 15 mit Druckluft über die Druckleitung 16 beaufschlagt. Da der O- Ring 25 nicht direkt mit dem abzudichtenden Drehküken 5 in Berührung stehen soll, ist ein Zwischenring 26 als Abstützring und Abdichtring zwischen dem O-Ring 25 und der Drehkükenoberfläche 5 vorgesehen. Der Zwischenring 26 ist gegen Verdrehen gesichert und er kann auch bei den anderen Ausführungsbeispielen zusätzlich angewandt werden.

In Fig. 3a bis d sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Ringdichtung 12 dargestellt.

Nach Fig. 3a weist die Ringdichtung 12, 27 beidseitig Schlitze bzw. Einschnitte 28 auf, die V-förmig nach oben gerichtet sind. Der Ansteigwinkel γ der Mittellinie 29 der Schlitze 28 beträgt ca. 5 bis 20°. Die ovalförmigen oder halb-ellipsenförmigen Einschnitte 28 ragen um den Betrag a von der Seitenflanke in die Ringdichtung hinein, wobei a ≈ 1/4 der Breite b beträgt. Durch diese V-förmig angeordneten Einschnitte 28 wird bei Druckbeaufschlagung der Ringdichtung 12, 27 ein Kniehebeleffekt erzeugt, d. h. der mittlere Dichtungsbereich c wird nach unten gegen das Maschinenteil 5 gepreßt, während sich die zwischen den Einschnitten 28 befindlichen Stege 30 gegen die Wandung 31 abstützen. In Fig. 3a ist die Druckkraft mit Pfeil 32 und die als Kniehebelkraft wirkende Kraft mit Pfeil 33 gekennzeichnet. Durch die V-förmige Anordnung der Schlitze bzw. Einschnitte 28 entsteht eine Rückstellkraft (Pfeil 34) die in entgegengesetzter Richtung wirkt. Bei Druckbeaufschlagung wird demnach die Ringdichtung 12, 27 nach unten gegen das Drehküken 5 gepreßt (s. gestrichelte Linie 35), während bei einer Druckentlastung infolge der Rückstellkraft 34 sich die Ringdichtung 12 in den Ringkanal wieder in die Ausgangslage zurückzieht. Durch diese Anordnung kommt es demnach zu keinerlei Berührung zwischen Ringdichtung 12, 27 und beweglichen Maschinenteil 5 im drucklosen Zustand.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3b zeigt als Variante von Fig. 3a eine im unteren Bereich aufblasbare Ringdichtung 12, 36. Hier kann das im hinteren Druckraum 15 befindliche Druckmedium über das Druckrohr 37 zum Druckraum 38 im vorderen Bereich der Ringdichtung 12, 36 gelangen. Hierdurch wird die Ringdichtung 12, 36 insgesamt noch elastischer und durch Vergrößern des Druckraums 38 kann die Dichtwirkung gegenüber dem Drehküken 5 leicht bewerkstelligt werden.

Gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 3c ist die Ringdichtung 12, 39 mit seitlichen Vorsprüngen 40 versehen, die als formschlüssiges Verbindungsglied zur Verankerung der Ringdichtung im Ringkanal dienen. Hierfür ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3c ein im Ringkanal 11 eingesetzter Einsatz 41 vorgesehen, der Nuten 42 zur Aufnahme der Vorsprünge 40 aufweist. Sofern fertigungstechnisch möglich, können aber auch die Wandungen des Ringkanals entsprechend profiliert ausgebildet sein. Die Ringdichtung 12, 39 wird demnach mit formschlüssigen Rückhalteelementen 40, 42 gehalten. Durch eine obere Bohrung 43 oder unmittelbar kann die Rückseite 44 der Ringdichtung 12, 39 mit Druckmedium beaufschlagt werden, wobei sich der mittlere Teil wiederum axial gegen das zu bewegende Maschinenteil, insbesondere das Drehküken 5 preßt.

Um ein Herausrutschen der Ringdichtung 12 aus dem Ringkanal grundsätzlich zu vermeiden, kann diese mit ihren seitlichen Flanken in den Ringkanal 11 festgehalten, insbesondere eingeklebt, oder durch einen Zwischenring 26 gesichert sein. Dies gilt für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3d ist die Ringdichtung 12, 45 ebenfalls in den Ringkanal 11 mit einer Klebeschicht 46 an seinen Seitenwandungen eingeklebt. Anstelle der Schlitze bzw. Einschnitte 28 in Fig. 3a und 3b werden im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3d ebenfalls bezüglich der Längsachse 51 der Dichtung V- förmig ausgebildete Lufteinschlüsse 47 oder sonstige Einschlüsse aus einem anderen Material verwendet, die in ihrem Querschnitt ebenfalls ovalförmig ausgebildet sind. Die Mittellinien 29′ entsprechen der Anordnung der Mittellinie 29 wie in Fig. 3a beschrieben. Hierdurch entsteht wiederum der in Fig. 3a beschriebene Kniehebeleffekt mit einer Rückstellwirkung der Ringdichtung 12, 45.

Die in Fig. 3d dargestellte Durchgangsbohrung 48, mit einem in die Ringdichtung 12, 45 eingesetzten Röhrchen ist wahlweise zu verwenden. Beaufschlagt man den hinter der Ringdichtung 12, 45 liegenden Druckraum 15 mit Druckmedium, z. B. Luft, so kann diese zunächst durch die Durchgangsbohrung 48 hindurchtreten und gelangt zum stirnseitig der Ringdichtung angeordneten Abdichtungsbereich entsprechend den dargestellten Pfeilen 49. Der abzudichtende Spalt vor der Ringdichtung wird hierdurch mit Preßluft beaufschlagt, was zu einer gewissen Reinigung der Dichtungsoberfläche bzw. der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenteils 5, d. h. dem Drehküken 5 führt. Der im Druckraum 15 herrschende Druck wird so groß bemessen, d. h. der Druckabfall infolge der Durchgangsbohrungen 48 so klein gehalten, daß die Ringdichtung 12, 45 dennoch axial gegen das abzudichtende Teil gepreßt wird, wodurch sich durch Aufliegen der Ringdichtung 12, 45 auf das Maschinenteil 5 der vordere Bereich der Durchgangsbohrung 48 wieder verschließt. Die Durchgangsbohrung 48 hat demnach einen Spüleffekt zur Reinigung der Oberfläche zwischen den abzudichtenden Teilen. Hierzu sind eine Reihe solcher Bohrungen am Umfang der Ringdichtung verteilt. Außerdem wird dadurch die Ringdichtung druckentlastet, wenn während der Kükenverstellung die Dichtung ohne Gegenfläche ist und trotzdem vom Ringkanal her noch Druck anstehen sollte.

Mit Pfeil 50 ist die Bewegbarkeit des zu bewegenden Maschinenteils 5 angedeutet. Selbstverständlich erfolgt die Bewegung nur im nicht abgedichteten Zustand, d. h. wenn der Druckraum 15 hinter der Dichtung druckentlastet ist.

Bei den Dichtungsausführungen nach den Fig. 3a bis 3d können die dem Druckraum 15 zugewandten Dichtungsbereiche als Hutmanschettenprofil 52 ausgebildet sein, wie dies gestrichelt in der Zeichnung dargestellt ist. Durch die seitlich hochgezogenen Wandungen dieser Hutmanschettendichtung 52 erfolgt eine Druckbelastung gerade in diesem oberen seitlichen Bereich, was zu einer Abdichtung dieses Bereiches führt. Dies hat die gleiche Wirkung, wie beispielsweise beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a, wo die U-förmige Dichtungsausbildung in Form einer Hutmanschettendichtung ebenfalls zu einer radialen, auf die Seitenwandungen gerichteten Druckausbildung führt.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung soll eine Fixierung der aufblasbaren Ringdichtung 12, 53 dadurch erfolgen, daß diese mit einem Ringeinsatz 54 fest verbunden ist. Der Ringeinsatz 54 ist als Präzisionsgußteil an den Ringkanal 11 in seiner Formgebung genau angepaßt, so daß die Lage der Ringdichtung 12, 53 im Ringkanal 11 genau fixiert ist. In der Darstellung nach Fig. 2b der vorliegenden Anmeldung wurde die Ringdichtung 12 mit einer durch Längsstreben 24 gebildeten Halterung in ihrer axialen Lage gehalten. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird diese Halterung optimiert, indem die Ringdichtung 12, 53 mit ihrer rückwärtigen Stirnseite 55 fest mit dem Ringeinsatz 54 verbunden ist. Dies kann beispielsweise durch eine schematisch dargestellte Klebeverbindung 56 oder eine schematisch dargestellte formschlüssige Verbindung 57 erfolgen. Der Ringeinsatz 54 weist wenigstens eine Längsbohrung 58 zur Zuführung des Druckmediums, insbesondere zur Luftzuführung zum Druckraum 38 der Ringdichtung 12, 53, auf. Diese Längsbohrung 58 mündet im oberen Bereich in eine Querbohrung 59, die auch als Anschlußbohrung zur Aufnahme eines Druckmedium­ Zuführungsventils 60 bzw. eine Luftzufuhranschlußleitung 60 dient. Dieses Luftzufuhrventil weist in seinem vorderen Bereich einen am Umfang abgedichteten Ventilkörper 61 auf, der radial in den Ringeinsatz 54 hineinragt und diesen damit in seiner Lage fixiert.

Der Ringeinsatz 54 weist an seiner der Ringdichtung 12, 53 zugewandten Stirnseite 55 einen am Umfang abgedichteten Verbindungsstutzen 62 auf, der in seinem vorderen Bereich einen pilzförmigen Anschlußnippel 63 aufweist. Dieser Anschlußnippel wird durch die Rückseite der elastischen Ringdichtung hindurchgestoßen und ragt mit seinem vorderen Ende in den Druckraum 38 der Ringdichtung 12, 53 hinein.

Wie aus den Fig. 1, 2 sowie 4 ersichtlich, ist der Ringkanal 11 in seiner Formgebung aufgrund der außermittigen Lage der Anschlußflansche 9, 10 gegenüber der Symmetriemittelachse 64 des Drehschiebergehäuses 1 als in der Formgebung komplizierter Raum ausgebildet. Dieser Raum wird im Drehschiebergehäuse relativ einfach dadurch hergestellt, daß durch spanabhebende Bearbeitung die in Fig. 1 dargestellte Wandungshinterschneidung 13 eingearbeitet wird, dessen axiale Länge zwar variiert, die Endlage jedoch durch die in Fig. 4 dargestellte Horizontallinie 65 begrenzt wird. Die Formgebung des Ringeinsatzes 54 wird dann mathematisch ermittelt und im Gießverfahren hergestellt.

Die dem Drehküken 5 zugewandte Stirnseite 66 der aufblasbaren Ringdichtung 12, 53 ist V-förmig ausgebildet, wobei die beiden seitlichen Schenkel 67, 68 an keiner Stelle der Ringdichtung zumindest im drucklosen Zustand mit dem Drehküken 5 in Berührung treten sollen. Im druckbeaufschlagten Zustand der Ringdichtung 12, 53 soll demnach möglichst nur die Spitze 69 der V-förmigen Stirnseite 66 in eine Linienberührung mit dem Drehküken 5 kommen, um eine möglichst hohe Flächenpressung zu erreichen. Die in der Fig. 4 dargestellte linke Stellung der Ringdichtung 53 hat an ihrer Spitze 69 einen Drehkükensteigungswinkel von γ ₁≈40°. Der in dieser Stellung notwendige Freiwinkel des Schenkels 68 beträgt δ ₁≈5 bis 10°. Diesere Freiwinkel δ ₁ ist in der tiefsten Lage der Dichtungsanordnung zu messen, d. h. in dem Bereich, wo der Anstiegswinkel γ des Drehkükens 5 seinen größten Wert hat.

Der Anstiegswinkel δ ₂ des Schenkels 67 gegenüber der Horizontalen 70 in Fig. 4 braucht nicht so groß ausgeführt zu werden, wie der Anstiegswinkel δ ₃=γ ₁+δ ₁, da an dieser Seite keine Berührung mit dem Drehküken stattfinden kann. Dieser Winkel kann in der Größenordnung von δ ₂=15° gegenüber der Horizontalen liegen.

In Fig. 4 ist mit γ ₃ in der rechten Figurenhälfte der Anstiegswinkel des Drehkükens 5 in dieser Stellung gezeigt. Oberhalb der Symmetriemittellinie 64 des Drehschiebergehäuses ist γ ₂=0, d. h. in diesem Punkt liegt keine Versetzung der beiden seitlichen Flanken des Ringkanals vor.

Im übrigen sind in Fig. 4 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren, soweit erforderlich, eingezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 5 ist eine alternative Dichtungsanordnung gezeigt, die ebenfalls wie die Dichtungsanordnung nach Fig. 4 die Aufgabe hat, ein Herausziehen oder Herausgleiten der Dichtung, z. B. durch ein Verkanten mit dem Drehküken 5, zu vermeiden.

Wie beispielsweise aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, verläuft die Ringdichtung 12 aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Anschlußflansche 9, 10, 10′ bzw. aufgrund der kreisförmigen Ausführung des Drehkükens 5 längs einer Kreisbahn in unterschiedlichen Höhenabschnitten. Betrachtet man den Anschlußflansch 10, so verläuft die Ringdichtung bezüglich der horizontalen Mittellinie 71 (Fig. 1) von einem tiefsten Punkt 72 zu einem höchsten Punkt 73, der sich oberhalb der Symmetriemittelachse 64 befindet, zu einem etwas darunter liegenden weiteren Punkt 74 (siehe Fig. 1, 4, 5). Diese Punkte sind in Fig. 4 und 5 ebenfalls nochmals zur Klarstellung eingetragen. Wie aus der Fig. 5 hierzu ersichtlich, sind an jedem Punkt mit einem Tangentenwinkel an dem Küken 5 γ<0, d. h. jedem bezüglich dem obersten Punkt 73 hierzu seitlichem Punkt, die seitlichen Flanken der Ringdichtung unterschiedlich hoch bemessen. Die zu verwendende Ringdichtung 12, 53 muß demnach bei einer derartigen Konzeption an den Krümmungsradius des Kükens 5 angepaßt sein.

Gemäß der Darstellung nach Fig. 5, insbesondere den Detaildarstellungen 5 a, 5 b, kann hier eine völlig symmetrisch aufgebaute Ringdichtung, wie in Fig. 5a dargestellt, dann verwendet werden, wenn sich diese Ringdichtung der seitlichen Höhenverschiebung anpassen kann. Hierfür ist die Ringdichtung 12, 75 in ihrer Längssymmetrieebene 76 in ihrem oberen Bereich, d. h. bis zum Hohlraum 38 mit einer Längsschlitzung 77 versehen, die es erlaubt, daß sich die beiden Dichtungshälften 78, 79 gegeneinander vertikal verschieben lassen. Der Hohlraum 38 wird außerdem durch mindestens zwei Halbbohrungen 86 in den Ebenen 76, 77 aus dem Raum 15 mit Druckmedium beaufschlagt. Die symmetrische Darstellung in Fig. 5a wäre im obersten Punkt 73 gegeben, d. h. an dem Punkt an dem der Tangentenwinkel an das Drehküken 5 γ ₂=0° (siehe Fig. 5) ist. Hierbei wird die Dichtung seitlich von zwei im Ringkanal umlaufende Gleit- oder Stützringe 80, 81 gehalten, an dessen obere Stirnseite 82 sich die Ringdichtung 75 gegen ein Herausfallen nach unten abstützt. Die in Fig. 5 dargestellte tiefste Stelle 72 weist dann eine Dichtungsanordnung auf, wie sie in Fig. 5b dargestellt ist, d. h. die seitlichen Flanken der Dichtung 83, 84 sind in ihrer Höhenlage aufgrund des Tangentenwinkels γ ₁ unterschiedlich ausgebildet. Hierdurch kommt es zu einer vertikalen Verschiebung der beiden Dichtungshälften 78, 79, da sich die beiden gleich langen Stützringe 80, 81 in unterschiedlicher Höhenlage befinden. Durch die Längsschlitzung 77 kann sich demnach eine von Haus aus symmetrische Dichtung 75 an die unterschiedliche Lage im Ringspalt 11 anpassen.

Die Gleit- oder Stützringe 80, 81 sind aus in ihren Abmessungen gleichbleibenden Flachmaterial, z. B. aus Kunststoff, wie Teflon oder Polyamid. Diese werden zusammen mit der Dichtung 75 in den Ringkanal 11 eingeklebt und berühren das Drehküken 5 am Umfang.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt. Insbesondere kann die Erfindung bei jeglichen Abdichtungsproblemen von Ringdichtungen gegenüber gewölbten beweglichen Maschinenteilen verwendet werden. Während der Bewegung des Maschinenteils wird die Ringdichtung druckentlastet und kann damit eine leichte Bewegbarkeit des Maschinenteils gewährleisten, ohne selbst einem Reibungsverschleiß zu unterliegen.

Claims (15)

1. Zentrische oder exzentrische Ringdichtungsanordnung insbesondere an gewölbten Flächen zur Abdichtung gegenüber einem bewegten Maschinenteil, insbesondere zur Abdichtung eines Drehschiebers mit einem, in einem zylindrischen Gehäuse angeordneten zylindrischen Hahnküken, mit wenigstens drei Gehäuseanschlußflanschen, deren Mittelachsen gegenüber den Symmetrieachsen des Gehäuses versetzt angeordnet sind, wobei jeder Anschlußflansch ein sich in seiner Höhenlage ändernden, konzentrisch um die Anschlußleitungsmittelachse des Flansches verlaufenden Ringspalt zur Aufnahme einer druckbeaufschlagbaren Ringdichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (11) einen rechtwinklig zur Anschlußleitungsmittelachse (19) verlaufenden Nutgrund (65) aufweist, daß zur Bildung eines seitlich geschlossenen Ringkanals (11) ein in den Gehäuseanschlußflansch (9, 10, 10′) einsetzbares Einschubrohr (14) vorgesehen ist, daß zur Begrenzung des axialen Hubs der gegen das gewölbte, bewegliche Maschinenteil (5) unmittelbar oder mittelbar anpreßbaren Ringdichtung (12, 21, 25, 27, 36, 39, 45, 53, 75) im Ringkanal oder in der Ringdichtung selbst Mittel vorgesehen sind, die die Ringdichtung im Ringkanal fixieren und daß hinter der Ringdichtung und/oder in der Ringdichtung selbst ein Druckraum (15, 38) für Druckmedium vorgesehen ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 27, 36, 39, 45, 53, 75) im drucklosen Zustand von der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenteils (5) abhebbar ist, wobei mechanische Mittel (24, 28, 40, 42, 54, 80, 81) zur Zurückführung oder Zurückhaltung der Ringdichtung in den Ringkanal (11) vorgesehen sind.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 27, 36) beidseitig angeordnete Schlitze oder halbovale Einschnitte (28) aufweist, deren zur Mittelachse der Dichtung ansteigenden Mittelsymmetrielinie (29) einen Anstiegswinkel γ≈5° bis 20° einschließt, wobei durch einen Kniehebeleffekt eine Rückstellkraft der Ringdichtung erfolgt.

4. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 25, 36, 53, 75) als in ihrem unteren Abdichtungsbereich aufblasbare Dichtung mit einem Innenhohlraum ausgebildet ist, wobei der hinter der Ringdichtung (12, 25, 36, 53, 75) angeordnete Ringkanalbereich (15) und/oder die Ringdichtung selbst mit Druckmedium beaufschlagbar ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 39, 75) mit seitlichen Vorsprüngen formschlüssig direkt oder mittels eines den Vorsprüngen angepaßten Einsatzes (41, 80) indirekt in den Ringkanal (11) fest gehalten ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12) im Ringkanal (11) seitlich fest gehalten, insbesondere eingeklebt ist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Ringdichtung (12, 45) V-förmig angeordnete Einschlüsse (47) zur Erzeugung einer Rückstellkraft vorgesehen sind.

8. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 45) wenigstens eine Durchgangsbohrung (48) für Druckmedium zum bewegbaren Maschinenteil (5) hin aufweist, die durch die axiale Bewegung der Ringdichtung (12, 45) gegenüber dem Maschinenteil (5) an der Stirnseite der Ringdichtung verschließbar ist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen (48) mittels am Umfang der Ringdichtung (12, 45) verteilten Röhrchen (48) gebildet sind.

10. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (11) durch eine Wandungshinterschneidung (13) im Anschlußflansch (9, 10, 10′) und einem hieran anschließenden Einschubrohr (14) gebildet ist und der Nutgrund mit der Achse (19) des Ringkanals (11) einen Winkel von 90° bildet.

11. Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 27, 36, 39, 45) in ihrem oberen Bereich als Hutmanschettendichtung (52) ausgebildet ist.

12. Dichtungsanordnung insbesondere nach Anspruch 1, 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im hinter der Ringdichtung (12, 53) angeordneten Ringkanal (11) mit senkrecht zur Mittelachse (19) angeordneten Nutengrund (65) ein an die Form des Ringkanals (11) angepaßter Ringeinsatz (54) ortsfest im Anschlußflansch (9, 10, 10′) angeordnet ist, dessen der Ringdichtung (12, 53) zugewandte Stirnseite (55) mit der Ringdichtung kraftschlüssig, z. B. Verklebung (56), oder formschlüssig (57) verbunden ist und daß vorzugsweise der Ringeinsatz (54) wenigstens eine Längsbohrung (58) zur Zuführung von Druckmedium zur Ringdichtung (12, 53) aufweist.

13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflansch (9, 10, 10′) ein Druckmedium-Zuführventil oder -Anschluß (60) aufweist, dessen am Umfang abgedichteter Körper (61) in den Ringeinsatz (54) zur Fixierung der Lage des Ringeinsatzes (54) hineinragt und daß der Ringeinsatz (54) vorzugsweise an seiner der Ringdichtung (12, 53) zugewandten Stirnseite (55) einen am Umfang abgedichteten Verbindungsstutzen (62) aufweist, dessen pilzförmiges hervorstehendes Ende (63) in den Hohlraum (38) der Ringdichtung (12, 53) hineinragt.

14. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung (12, 53) in ihrem dem Drehküken (5) zugewandten Stirnbereich (66) V- förmig ausgebildet ist, wobei zur Erzeugung einer Linienberührung der V-förmigen Spitze (69) die beiden seitlichen Schenkel (67, 68) der V-förmigen Stirnseite (66) an keiner Stelle der Ringdichtung, zumindest im drucklosen Zustand, mit dem Drehküken (5) in Berührung treten.

15. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich der Ringdichtung (12, 75) im Ringkanal (11) umlaufende Gleit- oder Stützringe (80, 81) mit gleichbleibender axialer Länge (85) ortsfest eingebracht sind, an dessen obere Stirnseite (82) die Ringdichtung (12, 75) axial abstützbar ist und daß die in außermittiger Lage (γ<0) verursachten Höhenunterschiede durch eine in ihrer Längssymmetrieebene (76) oberhalb des Druckraumes (38) der Ringdichtung angebrachte Längsschlitzung (77) ausgleichbar ist.