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Abdichtring für Absperrvorrichtungen, insbesondere für hohe Drücke
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abdichtring für Absperrvorrichtungen, insbesondere
für hohe Drücke, der in einer Sacklochbohrung des Verschlußstückes in Durchflußrichtung
verschieblich geführt und mit einem starren Stützring versehen ist.
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Es ist bei Absperrvorrichtungen bekannt, gummielastische Dichtringe
oder mit Lippen versehene Dichtplatten im Küken anzuordnen, die beim Schließen der
Absperrvorrichtung entweder durch die Bewegung des Kükens oder des Schiebers in
die Abschlußstellung gegen die entsprechende Dichtfläche der Gehäuseinnenwand gepreßt
werden oder die in der Schließstellung vom einwirkenden Leitungsmedium gegen die
Gehäuseinnenwand gepreßt werden. Im letzten Falle werden meistens plattenförmige
Dichtteile verwendet, auf denen konzentrische Metallplatten liegen, die durch den
Leitungsdruck niedergedrückt werden und so das gummielastische Dichtteil in entgegengesetzte
Richtung gegen die Gehäuseinnenwand anpressen.
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Es sind auch Dichteinrichtungen bekannt, die aus einem hohlen, mit
Öffnungen für das Leitungsmedium versehenen kreisförmigen Körper bestehen, so daß
das Leitungsmedium direkten Zugang zur Innenfläche des Dichtteiles erhält und dieses
dann wiederum gegen die Gehäuseinnenwand andrückt.
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Diese Dichteinrichtungen haben den Nachteil, daß sie auf Grund ihrer
Elastizität und der Einwirkung des Leitungsdruckes bereits bei verhältnismäßig niedrigen
Drücken in den Spalt zwischen Küken und Gehäuseinnenwand abwandern und so nach wenigen
Schaltungen zerstört werden. Um diesem Nachteil zu entgehen, ist es bereits bekannt,
gummielastische Dichtungen mit Metallringen zu armieren, um ein Abwandern des gummiartigen
Materials zu verhindern. Bei derartigen Ausgestaltungen kann sich auch der Armierungsring
auf Grund seiner Einbettung in dem elastischen Material etwas mit der Dichtung bewegen;
da jedoch beide Ringe fest miteinander verbunden sind, ist ein einwandfreies Adichten
auf die Dauer nicht gewährleistet, da sich der Gummidichtring schneller abnutzen
wird. Bei einer Abdichtung, bei der die beiden Ringe nicht miteinander verbunden
sind, füllen sie die Aufnahmenut völlig aus, wobei der Dichtring durch Zusammenpressen
seines Materials die Abdichtung bewirkt, wodurch die Lebensdauer ungünstig beeinflußt
wird.
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Weiter wird die Dichtigkeit von Absperrvorrichtungen insbesondere
bei hohen Drücken schon dadurch zu verbessern versucht, daß in Durchflußrichtung
bewegliche oder verschiebliche Abdichtringe oder -platten am Küken vorgesehen sind,
die über eine außerhalb der Absperrvorrichtung verlaufende Leitung von dem Leitungsmedium
von innen her beaufschlagt werden. Absperrvorrichtungen dieser Art vermögen zwar
eine Dichtigkeit bei höheren Drücken zu gewährleisten, haben jedoch den Nachteil,
daß sie in ihrem Aufbau sehr kompliziert sind, weil Druckmittelleitungen von außen
über das Gehäuse und durch das Küken hinter die Abdichtplatte geführt werden müssen.
Dadurch sind besondere Abdichtungen für diese Leitungen und ein zusätzliches Absperrteil
in den Leitungen erforderlich. Außerdem werden derartige Absperrvorrichtungen wegen
der komplizierten Ausbildung sehr teuer.
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Durch die Erfindung sollen Abdichtringe für Absperrvorrichtungen in
der Weise weitergebildet werden, daß sie universell verwendbar sind, keine besondere
Ausbildung der Absperrvorrichtung erfordern, einfach und billig hergestellt werden
können und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Dichtring in an
sich bekannter Weise aus einem außenliegenden starren Stützring und einem inneren,
mit einer Stufe versehenen gummielastischen Dichtring besteht, wobei Stützring und
Dichtring relativ zueinander beweglich sind und beide Ringe zusammen im Sackloch
vor- und zurückwandern können.
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Durch den Stützring, der sich zusammen mit dem gummielastischen Dichtring
an die Dichtfläche anlegt, wird einerseits die Bildung eines Spaltes, in den der
gummielastische Dichtring hineinwandern könnte, vermieden, und andererseits kann
zwischen Verschlußstück und Dichtfläche des Gehäuses ein verhältnismäßig
großer,
die Fertigung erleichternder Spalt vorhanden sein.
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Vorzugsweise ist im Dichtring ein starrer Haltering angeordnet, der
auch bei Anliegen des Stützringes und Dichtringes an der Gehäusedichtfläche von
dieser einen gewissen Abstand behält. Der gummielastische Dichtring ist an seiner
der Gehäusedichtfläche zugewandten Stirnfläche an der Innenseite mit einer Abschrägung
versehen.
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Durch diese Abschrägung wird die dem Leitungsdruck zugekehrte Stirnfläche
kleiner, verglichen mit der dem Leitungsdruck. abgekehrten, im Sacklochinneren liegenden
Stirnfläche, so daß der Abdichtring nur mit einem dem Leitungsdruck proportionalen
Druck gegen die Gehäusedichtfläche gedrückt wird. Da dieser Druck durch entsprechende
Abstimmung der Größe der beiden Stirnflächen aufeinander gewählt werden kann, ist
auch der Druck bzw. die Kraft bestimmbar, mit der der Abdichtring gegen die Gehäuseinnenwand
gepreßt wird.
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Ein Teil des gummielastischen Dichtringes ist mit größerem Durchmesser
zum Bilden der als Ringschulter vorgesehenen Stufe versehen, die sich an der der
Gehäusefläche abgewandten und abgerundeten Stirnfläche des Stützringes in axialer
Richtung abstützt. Der Dichtring wird in an sich bekannter Weise durch Federkraft
mit einer geringen Vorspannung an die Dichtfläche der Gehäuseinnenwand angedrückt.
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Wie der Dichtring kann auch der außenliegende metallische Stützring
an seiner der Gehäuseinnenwand zugekehrten Stirnfläche abgeschrägt sein.
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Es war überraschend und nicht vorherzusehen, daß eine Absperrvorrichtung
mit einem erfindungsgemäßen Abdichtring auf der Zuflußseite, d. h. der Druckseite,
im Verschlußstück, beispielsweise im Küken eines Hahnes, trotz seiner sehr geringen
Stärke von nur etwa 2 mm auch nach etwa 1000 Schaltungen bei 70 bis 380 atü praktisch
überhaupt keine Abnutzung aufweist und vollkommen dicht ist. Eine Abnutzung kann
bei dem Abdichtring nämlich deshalb nicht auftreten, weil der Abdichtring mit allen
Teilen schlagartige Schließ- oder Öffnungsbewegungen beim Schließen oder Öffnen
des Kükens ausführt, indem der Abdichtring sich im Sackloch entsprechend der Bewegung
des Verschlußstückes vor- und zurückbewegt.
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Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
eines Abdichtringes im Schnitt darstellt, ausführlich beschrieben.
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Im Gehäuse 1, das die Durchflußbohrung 2 aufweist, ist das Küken 3
mit der Durchflußbohrung 4 angeordnet. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses 1
und der Mantelfläche des Kükens 3 darf ein verhältnismäßig großer Spalt von etwa
1 bis 2 mm Weite vorhanden sein. Ferner braucht die Gehäuseinnenwandung nicht fein
bearbeitet zu sein.
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Im Küken 3 ist eine Ausnehmung in Form einer zylinderförmigen Sackbohrung
mit der Bodenfläche 5 und der Seitenwandung 12 vorgesehen. In dieser Ausnehmung
ist der Abdichtring gelagert und von der Seitenwandung 12 geführt. Der Abdichtring
ist von einem äußeren starren Stützring 8 und einem inneren Dichtring 9 gebildet,
der aus gummielastischem Werkstoff, z. B. aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff,
besteht.
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Der gummielastische Dichtring 9 ist länger als der äußere Stützring
8 und überragt diesen in Richtung auf die Bodenfläche 5 der Ausnehmung hin. Der
Dichtring 9 weist hier außerdem einen Außendurchmesser a auf, der dem Außendurchmesser
des Stützringes 8 etwa entspricht, und ist hier zu einer Dichtungslippe ausgebildet,
die an der Seitenwandung der Ausnehmung, der Führungsfläche für den Abdichtring,
anliegt.
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Der Teil des gummielastischen Dichtringes 9 mit größerem Durchmesser
a ist zweckmäßigerweise mit einer Ringschulter als Stufe ausgebildet, die sich an
der der Gehäusedichtfläche 7 abgewandten abgerundeten Stirnfläche des Stützringes
8 in axialer Richtung abstützt. Hierdurch wird ein Abheben des gummielastischen
Dichtringes 9 in drucklosem Zustand von der Gehäusedichtfläche 7 begünstigt.
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An der der Gehäusedichtfläche 7 zugewandten Stirnfläche 13 des gummielastischen
Dichtringes 9 wird dessen Innenkante vorzugsweise mit einer Abschrägung 20 versehen.
Hierdurch wird die Stirnfläche 13 ebenfalls nach Art einer Dichtungslippe beweglich;
außerdem ist hierdurch die Innenkante des gummielastischen Dichtringes 9 bei Beginn
des Schaltvorganges vor einem Einrollen auf der Gehäuseinnenwandung, der Gehäusedichtfläche
7, geschützt.
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Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß für den gummielastsichen Dichtring
9 ein verhältnismäßig weicher Werkstoff (Shore-Härte etwa 45 bis 50) angewandt werden
kann und soll, damit sich die Stirnfläche 13 des Dichtringes 9 auch von der Bearbeitung
herrührenden Unebenheiten der Gehäusedichtfläche gut anpassen kann und damit ferner
der gummielastische Werkstoff durch die auf seine der Gehäusedichtfläche 7 abgewandte
innere Stirnfläche 15 vom Leitungsdruck ausgeübte Kraft in Richtung auf die Gehäusedichtfläche
geschoben wird.
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Die der Gehäusedichtfläche 7 zugewandte Stirnfläche 13 des gummielastischen
Dichtringes 9 soll hinter der benachbarten Stirnfläche des Stützringes 8 in drucklosem
Zustand etwas zurückstehen, damit der Leitungsdruck zu Beginn des Schaltvorganges,
wenn anfangs ein Teil der Stirnfläche 13 aus dem Bereich der Gehäusedichtfläche
7 in die Durchflußbohrung gelangt, sofort die Stirnfläche 13 auf ihrem gesamten
Umfang herum beaufschlagt und damit von der Gehäusedichtfläche abhebt. Hierdurch
wird der gummielastische Dichtring 9 vor jeder Abnutzung beim Schaltvorgang geschützt.
Diese Wirkung tritt jedoch auch ein, wenn auch nicht so unmittelbar, wenn der gummielastische
Dichtring 9 an seiner Stirnfläche des Stützringes 8 bündig abschließt.
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Das Abheben des gummielastischen Dichtringes 9 von der Gehäusedichtfläche
7 zu Beginn des Öffnens wird auch durch die hierbei auftretende Flüssigkeitsströmung
begünstigt. Das Leitungsmedium kann nämlich hierbei durch den Spalt 6 zwischen Küken
3 und Gehäuse 1 entweichen und weist im Bereich des auftretenden Öffnungsspaltes
eine dynamische Druckkomponente auf, die auf die Stirnfläche 13 des gummielastischen
Dichtringes drückt und somit die gesamte Abdichtung plötzlich abhebt. Hierdurch
wird zugleich vermieden, daß die Strömung den Dichtring 9 mitreißt und dadurch ein
Abrieb auftritt.
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Innerhalb des gummielastischen Dichtringes 9 ist noch ein Haltering
10 eingesetzt, der den Dichtring 9 in seinem Stützring 8 festhält. Es ist dann nicht
erforderlich, ja sogar bei härterem gummielastischem Dichtring 9 schädlich, den
Dichtring 9 in seinem
Stützring 8 z. B. durch eine Haftverbindung
besonders zu befestigen, da sonst der Dichtring 9 nicht fließen kann. Es ist jedoch
möglich, den Dichtring 9 mit dem Haltering 10 durch eine Haftverbindung zu verbinden.
Der Haltering 10 soll jedoch nicht bis an die Gehäusedichtfläche 7 reichen.
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Eine getrennte Anordnung des gummielastischen Dichtringes 9 ermöglicht
eine leichtere und billigere Auswechselbarkeit desselben, die etwa bei aggressiven
Leitungsmedien erforderlich werden könnte.
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Es ist weiterhin ein an der Stirnfläche 15 des gummielastischen Dichtringes
9 und gegebenenfalls am Haltering 10 anliegender Teller 16 vorgesehen, der mit Bohrungen
17 für den Durchtritt des Leitungsdruckes versehen ist. Der Teller 16 wird durch
eine sich gegen den Boden 5 der Ausnehmung im Küken 3 abstützende Druckfeder 19,
die in einem Federtopf 18 angeordnet ist, gegen die Stirnfläche 15 gedrückt und
schiebt den Abdichtring mit einer gewissen Vorspannung gegen die Gehäusedichtfläche
7. Hierdurch wird in der Sperrstellung bereits bei anfänglich geringen Leitungsdrücken
eine gewisse Abdichtung dadurch erzielt, daß die äußere Stirnfläche des Stützringes
8 sich an Gehäusedichtfläche 7 anlegt. Sodann baut sich der Druck schnell auf und
wird auf der Stirnfläche 15 des gummielastischen Dichtringes wirksam. Der Teller
16, der Federtopf 18 sowie gegebenenfalls der Haltering 10 können aus einem Stück
bestehen.
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Der Teller 16 und die Feder 19 können auch durch an die der Gehäusedichtfläche
7 abgewandten Stirnfläche 15 des Dichtringes 7 angesetzte, vorzugsweise mit diesem
aus einem Stück bestehende Gummikörper ersetzt werden, die an der Oberfläche 5 der
Ausnehmung anliegen.
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Da der Außendurchmesser a der sich mit der Lippe 11 abdichtend an
die Seitenwandung 12 der Ausnehmung im Küken 3 anlegenden Stirnfläche 15 größer
ist als der Innendurchmesser des Stützringes 8 und insbesondere größer als der Innendurchmesser
b des gummielastischen Dichtringes 9 an dessen an Gehäusedichtfläche 7 anliegenden
Stirnfläche 20 ist, wird der Dichtring 9 mit einer Kraft, die dem Leitungsdruck
und der Ringfläche mit dem Außendurchmesser a und dem Innendurchmesser
b proportional ist, an die Gehäusedichtfläche 7 gedrückt.
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Da der Stützring 8 den Spalt 6 zwischen Küken 3 und Gehäuse 1 überbrückt,
kann der gummielastische Werkstoff durch den Leitungsdruck nicht in den Spalt 6
gedrückt werden.
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Der erfindungsgemäße Abdichtring kann nicht nur bei dem gezeigten
Beispiel eines Hahnes, sondern bei Absperrvorrichtungen aller Art, wie Schiebern
usw., angewandt werden. Besondere Vorteile bietet er hinsichtlich Lebensdauer, sehr
leichter Betätigung des Verschlußstückes auch bei sehr hohen Betriebsdrükken bis
600 atü und einfacherer Fertigung der Gehäuse und der Verschlußstücke, zumal da
er die Verwendung von gummielastischen Dichtungen unter Vermeidung deren Nachteile
auch bei hohen Drücken ermöglicht.