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Spaltdichtung Zum Abdichten des Spaltes zwischen zeitweise oder dauernd
relativ zueinander bewegten Teilen, z. B. an Drosselklappen, Ringschiebern, Wasserturbinenwellen
od. dgl., sind bereits Spaltdichtungen bekannt, bei denen ein in dem einen spaltbegrenzenden
Teil angeordneter Dichtungsring aus elastischem oder nachgiebigem Material durch
ein flüssiges oder gasförmiges Druckmittel an den anderen spaltbegrenzenden Teil
angepreßt wird. Der Dichtungsring ist hierbei in dem einen spaltbegrenzenden Teil
nach Art einer Membran an zwei Stellen eingespannt oder aber an zwei zueinander
parallelen Flächen - etwa den Seitenflächen einer Nut - geführt. In manchen Fällen
ist der Dichtungsring auch als Schlauch ausgebildet und in dem einen spaltbegrenzenden
Teil eingebettet. Durch Verändern des Druckes des den Dichtungsring beaufschlagenden
Mediums kann die Wirkung der Dichtung ohne Schwierigkeit zweckentsprechend eingestellt
oder verändert und den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt werden. Bei geeigneter
Ausbildung ist es sogar möglich, durch Abschalten des Beaufschlagungsdruckes den
Dichtungsring von seinem Sitz abzuheben und so die Dichtung auszuschalten.
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Die Dichtungsringe derartiger Spaltdichtungen weisen meist eine, seltener
zwei Dichtungsflächen zwischen dem Dichtungsring und dem anderen spaltbegrenzenden
Teil auf, wobei diese Dichtungsflächen in üblicher Weise symmetrisch in bezug auf
die beiden Einspannstellen bzw. auf die beiden Führungsflächen des Dichtungsringes
angeordnet sind. Diese bekannten Spaltdichtungen benötigen zum einwandfreien Abdichten
einen verhältnismäßig hohen Druck für das den Dichtungsring beaufschlagende Druckmedium.
Dadurch ist außerdem
auch einverhältnismäßig großerBau- undEnergieaufwand
für die Dichtungen bedingt.
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Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, insbesondere den
erforderlichen Beaufschlagungsdruck zum Anpressen des Dichtungsringes gegenüber
den bisher benötigten Drücken herabzusetzen. Gleichzeitig wird eine möglichst einfache
konstruktive Gestaltung der Dichtungsbauteile angestrebt, um die Herstellungs-,
Montage- und Wartungskosten niedrig zu halten. Das bewährte Bauprinzip mit einem
durch das Druckmedium angepreßten, in einem der beiden spaltbegrenzenden Teile membranartig
eingespannten oder verschiebbar geführten Dichtungsring aus elastischem oder nachgiebigem
Material wird beibehalten. Erfindungsgemäß ist aber nunmehr die Dichtungsfläche
zwischen dem elastischen oder nachgiebigen Dichtungsring und dem anderen spaltbegrenzenden
Teil in bezug auf die beiden Einspannstellen bzw. in bezug auf die beiden Führungsflächen
des Dichtungsringes unsymmetrisch - und zwar in Richtung auf den abzudichtendenRaum
größerenDruckes verschobenangeordnet. Eine derartige Lage der Dichtungsfläche läßt
sich stets mit konstruktiv einfachen Mitteln und ohne zusätzliche Bauelemente erreichen.
Hierbei ist es belanglos, ob die besondere Lage und seitliche Begrenzung der Dichtungsfläche
durch eine geeignete Formgestaltung des Dichtungsringes selbst (wie z. B. bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. r) oder des den Sitz bildenden anderen spaltbegrenzenden
Teiles (Ausführungsbeispiel nach Fig. 2) bestimmt wird.
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Es ist zwar bereits durch die deutsche Patentschrift 699
930 eine Dichtung mit unsymmetrisch liegender Dichtungsfläche vorgeschlagen
worden. Dort liegt aber die Dichtungsfläche näher dem Raum niederen Druckes - also
gerade entgegen gesetzt wie .nach' dem erfindungsgemäßen Vorschlag. Die darin angestrebte
Wirkung wied daher bei dieser bekannten Dichtung, der übrigens auch eine ganz andere
Aufgabenstellung zugrunde lag, nicht erzielt.
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Der für ein sicheres Abdichten erforderliche Beaufschlagungsdruck
ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung nunmehr bedeutend geringer als bei den
bisher üblichen Dichtungen. Dies erklärt sich im wesentlichen folgendermaßen: Der
an den abzusperrenden Raum hohen Druckes grenzende, also in Überdruckrichtung vor
der Dichtungsfläche liegende Bereich des Dichtungsringes wird mit dem vollen hohen
Druck belastet, der hinter der Dichtungsfläche liegende Ringbereich nur mit dem
niederen Druck des zweiten; Raumes. Längs der Dichtungsfläche fällt der Druck allmählich
von dem hohen bis zu dem niedrigen Druck ab. Bei den bekannten Dichtungen mit symmetrisch
oder gar unterdruckseitig verschoben angeordneter Dichtungsfläche kann daher der
hohe Druck auf eine verhältnismäßig große Fläche des Dichtungsringes wirken, und
er versucht, diesen -entgegen, dem BeaufscJhlagungs.druck - von der Dichtungsfläche
abzuheben. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungen ist dagegen der dem hohen Gegendruck
ausgesetzte Flächenbereich des Dichtungsringes wesentlich verringert oder - wie
z. B. bei den Beispielen nach den Fig. r und 3 - praktisch ganz vermieden.
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Die neuartige Spaltdichtung ist als sogenannte Laufdichtung für Wellen
an Wasserturbinen, Pumpen od. dgl. verwendbar. Insbesondere ist sie aber als Stillstandsdichtung
für Drosselklappen, Kugelschieber, Ringschieber, Deckeldichtungen od. dgl. geeignet,
bei denen ein Absperrorgan nur zeitweise bewegt wird und wobei die Abdichtung nur
zwischen ruhenden Teilen erfolgt.
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Eine besonders günstige Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Spaltdichtung
besteht darin, daß die Dichtungsfläche etwa in dem Raum zwischen der überdruckseitigen
Einspannstelle bzw. Führungsfläche des Dichtungsringes und einer Mittelfläche angeordnet
ist, die in der Mitte zwischen beiden Einspannstellen bzw. Führungsflächen und senkrecht
zum Abstand dieser beiden Stellen oder Führungsflächen liegt. Des weiteren ist es
zweckmäßig, die Breite der Dichtungsfläche etwa mit einem Drittel bis zur Hälfte
des Abstandes zwischen den beiden Einspannstellen bzw. Führungsflächen des Dichtungsringes
zu bemessen.
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Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei Spaltdichtungen
anwenden, bei denen das Druckmedium zum Anpressen des Dichtungsringes aus dem abzudichtenden
Raum mit dem größeren Druck entnommen wird, also z. B. an Absperrorganen von Druckrohrleitungen,
bei denen das abzusperrende Druckwasser gleichzeitig den Dichtungsring beaufschlagt.
Mit den bisherigen Dichtungsbauarten war auf diese Weise - insbesondere in den Bereichen
niedriger Drücke - meist nur eine mangelhafte Abdichtung zu erreichen, oder es mußten
zusätzliche Hilfsmittel wie Druckmultiplikatoren angewandt werden.
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Bei. Stillstandsdichtungen für bewegliche (z. B. schwenkbare oder
verschiebbare) Absperrorgane, insbesondere an Drosselklappen, Kugel- oder Ringschiebern
- od. dgl. muß bei ausgeschalteter Dichtung - in welchem Falle also die Zufuhr des
zum Anpressen des Dichtungsringes bestimmten Druckmediums unterbrochen ist - zwischen
Dichtungsring und Sitz ein Spalt bestehen, damit bei den Schwenkbewegungen der Drosselklappe
od. dgl. der weiche Dichtungsring nicht beschädigt wird. Diesen Spalt wünscht man
allerdings möglichst klein zu machen, da dann zum einwandfreien Abdichten auch nur
ein kleinerer Beaufschlagungsdruck für den Dichtungsring erforderlich ist. Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung wird daher bei solchen Stillstandsdichtungen der
elastische Dichtungsring derart ausgebildet und angeordnet und/oder gegebenenfalls
mit einem zusätzlichen elastischen Mittel (Feder od. dgl.) versehen, daß er bei
gleichen Drücken in- sämtlichen an den Dichtungsring angrenzenden Räumen - wenn
also das Absperrorgan gänzlich außer Betrieb ist und im allgemeinen nicht geschwenkt
wird, z. B. irr Montagezustand -an der Dichtungsfläche ohne oder gegebenenfalls
mit -kleiner Vorspannung anliegt. Der Betriebsdruck
in den voneinander
abzusperrenden Räumen (z. B. der Wasserdruck in einer durch eine Drosselklappe absperrbaren
Rohrleitung) drückt dann bei ausgeschaltetem Beaufschlagungsdruck den Dichtungsring
entgegen seiner Eigenelastizität oder der Federkraft wieder so weit zurück, daß
der für das Ein- und Ausschwenken erforderliche kleine Spalt entsteht. Andererseits
wird dann bei eingeschalteter Dichtung das Anpressen des Dichtungsringes auf seinen
Sitz durch die Eigenelastizität des Dichtungsringes und/oder durch das zusätzliche
elastische Mittel unterstützt.
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In gleicher Weise wie bei den bisher üblichen Stillstandsdichtungen
kann auch bei den hier vorgeschlagenen Stillstandsdichtungen für Absperrorgane eine
an sich bekannte selbsttätige Verriegelungseinrichtung vorgesehen sein, die das
Bewegen des Absperrorgans (z. B. der Drosselklappe) stets dann sperrt, wenn der
Dichtungsring durch das ihn anpressende Druckmedium beaufschlagt ist, und die ferner
den Zufluß dieses Druckmediums nur dann zuläßt, wenn sich das Absperrorgan in Absperrstellung
befindet. Dadurch werden mit Sicherheit Beschädigungen des weichen Dichtungsringes
infolge unsachgemäßer Bedienung vermieden. Ohne Verriegelungseinrichtung wären nämlich
Beschädigungen einerseits durch das Bewegen des Absperrorgans bei eingeschalteter
Dichtung, andererseits auch bei eingeschaltetem Beaufschlagungsdruck für den Dichtungsring
und außerhalb der Dichtungsstellung befindlichem Abysperrorgani (durch zu große
Dehnung oder durch Platzen der Dichtungsmembran, Herausdrücken des Dichtungsringes)
möglich.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen näher
erläutert, und zwar veranschaulichen die Fig. i und 2 je eine Stillstandsdichtung
und Fig. 3 eine Laufdichtung.
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Fig. i zeigt eine Spaltdichtung einer Absperrklappe für eine Druckrohrleitung
großen Durchmessers. Mit i ist der äußere Rand des schwenkbaren Drosselklappenkörpers
bezeichnet, der in Absperrstellung mit dem Drosselklappengehäuse 2 den Spalt 3 bildet.
Das Abdichten dieses Spaltes erfolgt durch den Dichtungsring d. aus elastischem
Material (z. B. aus Gummi), der nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ringmembran
ausgebildet und mit seinen beiden stirnseitigen Rändern bei 5 und 6 im Klappengehäuse
eingespannt ist. Die äußere Mantelfläche der Membran 4 grenzt an einen Ringraum
7, dem durch einen Kanal 8 das Druckmedium zum Anpressen der Dichtungsmembran zugeführt
wird. Sobald dieser Druck wirkt, ist die Spaltdichtung eingeschaltet, und die Dichtungsmembran
liegt mit ihrer Dichtungsfläche g an dem Drosselklappenkörper i an und schließt
den Spalt 3 zwischen dem druckseitigen Rohrraum io und dem anderen Rohrraum ii vollkommen
ab. Der Dichtungsring (Dichtungsmembran) ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß
die Dichtungsfläche g in bezug auf die beiden Einspannstellen 5, 6 unsymmetrisch
liegt, und zwar im vorliegenden Falle zwischen der Mittelfläche 12 (Symmetrieebene)
der beiden Einspannstellen und der druckseitigen Einspannstelle 5. Außerdem ist
die Breite der Dichtungsfläche g gleich der Hälfte des Abstandes zwischen den beiden
Einspannstellen 5 und 6.
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In Fig. 2 ist eine sehr ähnliche Dichtung, ebenfalls für eine Absperrklappe,
dargestellt. Die Dichtungsfläche 13 ist wiederum gegenüber den Einspannstellen 5,
6 unsymmetrisch - in diesem Beispiel allerdings nur um einen geringeren Betrag in
Richtung zu dem Rohrraum io mit größerem Druck verschoben - angeordnet. Die Breite
der Dichtungsfläche beträgt etwa ein Drittel des Einspannabstandes 5-6. Im Gegensatz
zu der Ausführung nach Fig. i wird hier die Breite und seitliche Lage der Dichtungsfläche
13 durch die besondere Ausbildung und Anordnung einer am Klappenkörper vorstehenden
Dichtungsleiste bestimmt. Das Druckmittel zum Beaufschlagen des Ringraumes 7 und
des Dichtungsringes ,4' wird über die Leitung 8 dem druckseitigen Rohrraum io selbst
entnommen. Mittels des Dreiwegehahns 14 kann .die ein- und ausgeschaltet werden.
Die Dichtung in Fig. 2 ist gemäß Anspruch 5 ausgebildet, wonach also die Dichtungsmembran
q.' bei völlig gleichen Drücken in den Räumen io, ii und 7 (z. B. bei der Montage)
an der Dichtungsfläche 13 entweder mit oder ohne Vorspannung anliegt, so daß der
zum einwandfreien Abdichten erforderliche Beaufschlagungsdruck besonders niedrig
ist. In dem dargestellten Zustand ist die Dichtung ausgeschaltet und der Ringraum
7 drucklos; lediglich der Wasserdruck in den Räumen io und i i der Rohrleitung hat
dann die Dichtungsmembran q.' so weit nach außen gepreßt, daß zwischen Membran und
Dichtungsfläche 13 ein Spalt 15 vorhanden ist, der ein Beschädigen der Dichtungsmembran
beim Offnen und Schließen des Klappenkörpers vermeidet.
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In Fig. 3 ist die Erfindung an einer Laufdichtung für eine Wasserturbine
dargestellt. Zwischen den Wänden 16, 17 von Nuten des Turbinengehäuses 18 sind zwei
Dichtungsringe ig aus elastischem Material axial verschiebbar angeordnet. Die Dichtungsringe
werden durch ein durch die Leitungen 20 zugeführtes Druckmedium an das Turbinenlaufrad
21 angepreßt. Erfindungsgemäß sind die Dichtungsringe ig an ihren laufradseitigen
Stirnflächen abgeschrägt, und zwar nur in denäußeren, dem Außenraum mit dem niederen
Druck zugewandten Bereichen, so daß sie nur mit den inneren Ringflächen 22 ihrer
Stirnseiten anliegen und so den wassergefüllten Innenraum 23 der Turbine nach außen
hin abdichten.