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Sitzdichtung für Absperrorgane Die Erfindung betrifft eine Sitzdichtung
für Ab-Sperrorgane, insbesondere Hähne, Schieber und Drehklappen, mit einem Dichtungsring,
der in eine Nut mit geraden, praktisch parallelen Seitenflanken eingebettet ist
und aus Vollmaterial besteht und einen Grundabschnitt, welcher den Boden der Nut
berührt und zwischen die Seitenflanken der Nut eingedrückt ist, sowie einen äußeren
Teil aufweist, wel= eher von den Seitenflanken der Nut etwas Abstand hat.
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Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist die Sitzdichtung auf dem
beweglichen Teil des Absperrorgans in einer Nut angebracht. Diese Nut ist über einen
Kanal mit der Abströmseite der Absperrorganbohrung verbunden.. Durch diesen Kanal,
der etwa am Grund der Nut mündet, soll verhindert werden, daß die Dichtung durch
die Turbulenz am Ab-Sperrorgan aus der Nut herausgezogen Wird. Der Kanal verbindet
den Nutgrund mit einem Gebiet niedrigen Drucks, wodurch die Sitzdichtung in die
Nut hineingesaugt wird. Der sich im. Kanal ausbildende Unterdruck, d. h. die Druckdifferenz
zwischen Zuström- und Abströmseite, ist jedoch nicht genügend groß, um die Sitzdichtung
bei den durch die Turbulenz auftretenden Kräften sicher in der Nut zu halten. Man
hat deshalb bei dem bekannten Absperrorgan eine Schutzhaube vorsehen müssen, die
sich bei geöffnetem Absperrorgan über die Sitzdichtung schiebt und sie so vor dem
Aufprall des Fluidums schützt. Dabei hat man allerdings den Nachteil in Kauf nehmen
müssen, daß zurr Schutz der Sitzdichtung ein gesonderter beweglicher Teil notwendig
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sitzdichtung für Absperrorgane
der eingangs genannten Art zu schuf= fen, bei denen die Sitzdichtung finit wesentlich
größerer Kraft im Grund der Nut gehalten wird und die ein Minimum an beweglichen
Teilen aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß. dadurch gelöst, daß der Boden
der Nut durch einen Kanal mit der freien Atmosphäre verbunden ist. Hierdurch entsteht
in dem Kanal ein wesentlich größerer Unterdruck und deshalb eine größere Haltekraft
für die Sitzdichtung.
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Vorteilhaft ist, wenn der äußere Teil der Sitzdichtung federt und
die Seitenflächen ihres Grundabschnitten in der Nähe des äußeren Teils parallel
und eben und wesentlich weiter voneinander entfernt sind als die Seitenflächen des
äußeren Teils und daß zwischen beiden Seitenflächen Schultern vorgesehen sind..
Durch eine solche Gestaltung werden die Beanspruchungen des äußeren Teils nicht
auf den Grundabschnitt übertragen, so daß eine Deformation des äußeren Teils den
Grundabschnitt nicht berührt. Hierdurch bleifit die Dichtung zwischen freier Atmo=
Sphäre und dem Inneren des Absperrorgans erhalten.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigt F i g.1 einen Querschnitt durch ein Flügelventil mit den Merkmalen
der Erfindung, F i g. 2 A einen Schnitt durch einen nachgiebigen Dichtungsring mit
gerader Grundfläche in vergrößertem Maßstab, F i g. 2 B den Dichtungsring gemäß
F i g. 2A nach dem Einsetzen in eine doppelt belüftete Aufnahmenut mit geraden Wänden,
F i g, 2 G die Art der Berührung des Dichtungsringen gemäß F i g. 2 B mit dem mit
ihm zusammenwirkenden Absperrglied sowie seine Verformung durch den auf ihn wirkenden
Plüidutndrüek, F i g. 3 A einen Schnitt durch einen nachgiebigen Dichtungsring reit
einer konkaven Grundfläche in vergrößerten! Maßstab, F i g. 3 B den Dichtungsring
gemäß F i g. 3 A nach dem Einsetzen fit eine einfach belüftete Aufnahmenut mit geraden
Wänden, 1? i g. 3 C die Art der Berührung des Dichtungsringen gemäß F i g.
5 B mit dein mit ihm zusammenwirkenden
Absperrglied sowie
seine Verformung durch den auf ihn wirkenden Fluidumdruck, F i g. 4 eine Vorderansicht
eines Schiebers, F i g. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4, F i
g. 6 eine im Schnitt dargestellte Aufsicht auf einen Zylinderhahn, -F i g. 7 einen
Querschnitt längs der Linie 7-7 in F i g. 6 und F i g. 8 einen Schnitt durch einen
Kugelhahn.
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In den Zeichnungen sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet. Die in F i g.1 dargestellte Drosselklappe weist ein Gehäuse 10 mit einem
geradlinigen- Durchgang 12 auf.
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Wenn sich das Absperrglied 18 in Schließstellung befindet, hat die
Fläche 36 einigen Abstand von der Dichtfläche 34. Der Zwischenraum sowie die Art
der Ausbildung der Flächen ermöglichen es, das Absperrglied 18 um die gemeinsame
Achse der Wellen 20 und 22 zu drehen und. -dabei den Durchgang 12. ohne Reibungsberührung
zwischen den Metallflächen 34 und 36 zu öffnen und zu verschließen. Wenn das Absperrglied
18 in -Schließstellung steht, wird durch andere, im folgenden beschriebene Einrichtungen
eine fluidumdichte Abdichtung gebildet.
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Die Dichtfläche 36 des Gehäuses 10 ist mit einer Ringnut 38 von rechteckigem
Querschnitt versehen, die einen im folgenden an Hand von F i g. 2 A, 2 B und 2C
beschriebenen Dichtring 40 aufnimmt. Der Dichtungsring 40 besteht aus einem
geformten Stück aus nachgiebigem Material, beispielsweise aus synthetischem Gummi.
Er weist gemäß F i g. 2 A einen biegsamen Schaftabschnitt 42 mit flachen Parallel-bzw.
Seitenwänden 42 a und 42 b auf, die durch eine gekrümmte Berührungsfläche bzw. Spitze
42c und einen verdickten bzw. vergrößerten Grundabschnitt 44 miteinander verbunden
sind. Der Grundabschnitt 44 bildet zusammen mit dem - Schaftabschnitt 42 Schultern
44 a und 44 b und weist flache parallele Seiten 44 c und 44 d auf, welche in ausgebeulte
Abschnitte 44 e bzw. 44 f übergehen. Die ausgebeulten Abschnitte 44 e und 44 f werden
von gekrümmten Flächen 44g bzw. 44h begrenzt, welcher ihrerseits durch eine flache
Grundfläche 441 miteinander ver= bunderi sind. Der biegsame Schaftabschnitt 42 erfüllt
die Dichtungsaufgaben, während der Grundabschnitt 44 gewisse Halte- bzw. Klemmfunktionen
ausführt, wie dies im folgenden genauer beschrieben ist.
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F i g. 2 B stellt die einfache Befestigungsvorrichtung für den Dichtungsring
40 gemäß Fi g. 2A dar, die aus einer in die ringförmige Dichtfläche 34 in F i g.
1 eingestochenen Nut 38 mit rechteckigem Querschnitt besteht. Dabei ist zu beachten,
daß die Nut 38 leichter im Absperrglied 18 als im Gehäuse 10 eingestochen werden
kann. Der Grundabschnitt 44 des Dichtungsringes 40 ist zusammengepreßt und wird
zwischen praktisch parallelen, flachen Seitenflächen 38a und 38b der Nut 38 gehalten.
Außerdem liegt die flache Grundfläche 441 auf der Bodenfläche 38 c der Nut 38 auf.
Die gekrümmten Flächen 44g und 44h kommen in F i g. 2 B wegen des auf diese wirkenden
Drucks nicht zur Geltung, so daß der Grundabschnitt 44 scheinbar flache Seitenflächen
besitzt. Wenn der Dichtungsring 40 gemäß F i g. 2 B in der Ringnut 38 angeordnet
ist, gewährleistet der Druck des Grundabschnitts 44 eine fluidumdichte Abdichtung
um den Bodenabschnitt der Nut 38 und trägt auch dazu bei, den Dichtungsring in der
Nut festzuhalten. Dabei bewirkt das durch die parallele Nutwand geführte Profil
des Grundabschnitts 44 im Zusammenwirken mit den Öffnungen 46 und 48 bzw. 47, daß
mit steigendem Innendruck der Anpreßdruck gegen die Nutflächen 38 größer wird, da
der Dichtungsring 40 dann pfropfenartig nach außen und zur Seite zusammengequetscht
wird. Der ausgebauchte Abschnitt 44g-44f bewirkt einen verstärkten Anpreßdruck auch
bei geringerem Innendruck.
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Ein oder mehrere Durchgänge bzw. Belüftungsöffnungen 48 und 46 sind
vorgesehen, um die Grundfläche 44i mit der Umgebungsluft zu verbinden. Diese Durchgänge
bzw. Belüftungsöffnungen stellen sicher, daß der auf jeden Punkt der Fläche des
biegsamen Schaftabschnitts 42 oder auf eine der Schultern 44 a, 44 b wirkende Druck
den Dichtungsring 40 gegen die Unterseite 441 drückt und dadurch einen. einwandfreien
Sitz und ein einwandfreies Festhalten gewährleistet. -Der Dichtungsring 40 ist so
ausgebildet, daß sein nachgiebiger Schaftabschnitt 42 zwischen den Seitenflächen
38 a und 38 b der Nut und den flachen Seitendichtflächen
42 a bzw. 42 b zwei Zwischenräume 50 a
bzw. 50 b bildet, wenn
kein Leitungsdruck auf ihn wirkt und er sich im Ruhezustand befindet. Der Grundabschnitt
44 ist so ausgebildet, daß die Dichtflächen 44 c und 44 d nach dem Einpressen des
Ringes in die Nut 38 in enger Berührung mit den Nutenflächen 38a und 38b
stehen. Die gekrümmte Berührungsfläche 42c sollte dabei so bemessen sein, daß sie
mit der komplementären Fläche 36 in Berührung gelangt, um über den Zwischenraum
zwischen der Dichtfläche 34 und der komplementären Fläche 36 eine anfängliche Abdichtung
zu gewährleisten'. Mit anderen Worten wird das Höhenmaß des Dichtungsringes 40 so
bemessen, daß die Dichtungsflachen 42a, 42b und 42c beim Bewegen des Absperrgliedes
18 in die Schließstellung verformt bzw. verbogen werden.
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Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Dichtungsringes 40 kann am
besten an Hand von F i g. 2 C beschrieben werden, in welcher er einem von links
wirkenden Leitungsdruck ausgesetzt ist und dabei zwischen dem durch die Dichtfläche
34 und die kömplementäre Fläche 36 gebildeten Zwischenraum eine fluidumdichte
Abdichtung herstellt. Der Dichtungsring 40 ist so weit in die Nut 38 eingesetzt,
daß seine abgerundete Spitze 42c aus der Nut hervorragt. Wenn das Absperrglied 18
geschlossen ist, gelangt seine Dichtfläche 36 in Berührung mit der Spitze 42 c des
Dichtungsringes 40 und verformt dessen Schaftabschnitt 42 gemäß F i g. 2 C, d. h.,
die eine Seite, in diesem Fall die Seite 42b, wird gegen die benachbarte Seitenwand
der Nut 38 flach gedrückt, während -sich die andere Seite des Dichtungsringes 40
auswärts wölbt. Die Form des Schaftabschnitts 42 verändert sich unter dem Einfluß
der Größe und Richtung des Leitungsdrucks sowie in Abhängigkeit von der relativen
Bewegungsrichtung von Absperrglied 18 und Dichtungsring 40 während des Schließens
des Ventils, in jedem Fall steht jedoch die Spitze 42 c in festem Kontakt mit der
Dichtfläche 36 und dichtet deshalb gegen diese ab. Die übergröße des Grundabschnitts
44 im Verhältnis zur Breite der Nut 38 und der Druckunterschied zwischen dem auf
den Schaft 42 wirkenden Leitungsdruck und dem durch die Leitungen 46 und 48 an der
Grundfläche
44 i aufrechterhaltenen Umgebungsdruck bewirken gemeinsam
ein festes Einklemmen des Dichtungsringes 40 in seiner Nut 38.
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In den F i g. 3 A und 3 B ist eine abgewandelte Ausführungsform des
Dichtungsringes 40 gemäß F i g. 2 A dargestellt, wobei an Stelle der flachen Grundfläche
441 eine konkave Grundfläche 44 j vorgesehen ist und die beiden Belüftungsöffnungen
46 und 48 gemäß den F i g. 2 B und 2 C durch eine einzige Leitung bzw. Belüftungsöffnung
47 ersetzt sind. Mit Ausnahme dieser Abänderungen trifft die Beschreibung der F
i g. 2A, 2B und 2 C gleichermaßen auch auf die F i g. 3 A, 3 B und 3 C zu, so daß
auf diese Bezug genommen werden kann. Wie aus F i g. 3 C ersichtlich ist, verformt
sich die konkave Grundfläche 44 j und verstärkt den haltenden und abdichtenden Druck
gegen die Nutflanke, wenn der Dichtungsring 40 durch den Fluidumdruck gegen die
Grundfläche 38 c der Tut gedrückt wird; doch wird sie nicht gegen die Belüftungsöffnung
47 flach gedrückt, bevor nicht ein ausreichend hoher Druck angelegt wird.
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Das dargestellte und vorstehend beschriebene spezielle Flügelventil
verwendet ein in einer gegenüber der Drehachse versetzten Ebene angeordnetes Absperrglied
18. Ersichtlicherweise kann die Erfindung gleichermaßen auch auf .andere Flügelventiltypen
angewandt werden; beispielsweise auf Ventile, bei denen das Absperrglied in einer
mit der Drehachse der Wellen 20 und 22 übereinstimmenden oder dieser gegenüber geneigten
Ebene angeordnet ist.
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Die Erfindung kann gemäß F i g. 4 und .5 auch bei Absperrschiebern
angewandt werden. Das Gehäuse 60 eines solchen Schiebers weist im Abstand vonenander
angeordnete Platten 61 mit aufeinander ausgerichteten, einen Durchflußkanal bildendenöffnungen
62 und einen Gehäusezwischenring 63 auf, wobei zwischen diesen Teilen Dichtungen
beispielsweise nachgiebige O-förmige Ringdichtungen eingesetzt sind.
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Bei dieser Ausführungsform besteht das bewegbare Absperrglied 70 aus
einer flachen Scheibe mit zwei -flachen Dichtflächen 74 und 75. Das Gehäuse 60 weist
entsprechende komplementäre Flächen 76 und 78 auf, in denen Ringnuten 80 und 82
vorgesehen sind, die zur Aufnahme der Dichtungsringe 84 und 86 dienen, welche die
gleiche Querschnittsform besitzen wie der Dichtungsring 40 gemäß F i g. 1. Die Leitungen
88 und 90 entsprechen den Leitungen 46 und 48 gemäß F i g. 1 und 2 B und verbinden
die Nuten 80 und 82 über die Durchgänge 91 mit der Umgebungsluft.
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Die Dichtungsringe 84 und 86 für den in den Fig. 4 und 5 dargestellten
Schieber arbeiten im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Klappe gemäß F i
g. 1. Für die Stromauf- und Stromabseite ist je ein Dichtungsring vorgesehen. Während
der Betätigung des Schiebers 70 werden die Dichtringe 84 und 86 auf Grund ihrer
Kompression in den Nuten 80 und 82 festgehalten, außerdem trachtet der Fluidumdruckunterschied,
sie in den Nuten zu halten. Natürlich können die Abwandlungen gemäß den F i g. 3
A, 3 B und 4 B auch auf den Schieber gemäß F i g. 5 angewandt werden.
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In den F i g. 6 und 7 ist die Erfindung auf einen Zylinderhahn angewandt
dargestellt. Das Gehäuse 100 weist eine zylindrische Kammer 102 sowie an diametral
gegenüberliegenden Seiten der Kammer 102 je einen Durchflußkanal103 auf. In die
Kammer 102 ist ein beispielsweise zylindrisches Küken 3.04 mit einem zylindrischen
Durchgang 112 eingepaßt, dessen Durchmesser vorzugsweise etwa genauso groß ist wie
der Durchmesser des inneren, verengten Abschnitts des Durchflußkanals 103, um bei
in Offen-. stellung befindlichem Zylinder 104 einen gleichmäßigen und unbehinderten
Durchfluß zu gewährleisten. Ein Hindurchlecken des Leitungsfluidums hinter den Enden
des Zylinders 104 wird durch entsprechende Dichtungsmittel, wie herkömmliche O-Ringdichtungen
113 und 114, verhindert. Der Zylinder wird durch in im Gehäuse vorgesehene Nuten
3.15 a eingesetzte , Halteringe 115 mechanisch in der Kammer 102 festgehalten.
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In den gegenüberliegenden Seiten des Zylindergliedes 104 sind Ringnuten
116 und 118 zur Aufnahme der Dichtungsmittel 117 und 119' eingestochen. Sowohl die
Nuten als auch die Dichtungen besitzen dieselben Querschnittsformen, wie im Zusammenhang
mit den F i g. 2 A bis 4 C beschrieben, und bilden eine billige und wirksame Abdichtung,
wenn sich der Zylinder 104, wie dargestellt, in Schließstellung befindet. Den Leitungen
46 und 48 entsprechende Belüftungsöffnungen bzw. Leitungen 120 dienen dazu, die
Unterseite der Nuten mit der Umgebungsluft zu verbinden und dabei den vorher erwähnten
Druckunterschied aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise drückt der Leitungsdruck die
Dichtungsringe in ihre Aufnahmenuten. Zwecks Erleichterung .des Einbaus können die
Dichtungsringe in Längsrichtung so geformt -sein, daß sie sich im wesentlichen der
Form der Nut 116 anpassen. Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Fall die Grundfläche
44 i weder wie beim Flügelventil eine Kegelfläche noch wie beim Schieber über ihre
Länge flach ausgebildet, sondern vielmehr eine der Projektion eines flachen Kreisringes
auf die Fläche eines echten Zylinders entsprechende Fläche ist.
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Eine weitere Art von Absperrorganen, bei der die Erfindung Anwendung
finden kann, ist der in F i g. 8 dargestellte Kugelhahn 130, der ein Gehäuse 131
mit einem darin angeordneten kugelförmigen Küken 132 aufweist. Das Gehäuse 131 ist
mit fluchtenden Durchflußkanälen 133 und mit Flanschen 134 zum Anschließen von nicht
dargestellten Rohrleitungen versehen. Das Küken 132 weist einen Durchflußkanal 135
auf, der bei völlig in Offenstellung stehendem Ventil mit den Durchflußkanälen 133
fluchtet, und ist mit Kugel-Dichtflächen 150 versehen, während im Gehäuse 131 komplementäre
Kugelflächen 151 vorgesehen sind. Diese zusammenwirkenden Dichtflächen sind jedoch
in geringem Abstand voneinander angeordnet. In den Flächen 151 sind in den die Durchflußkanäle
umgebenden Bereichen ringförmige Nuten 152 ausgebildet, die andererseits auch im
Absperrglied 132 vorgesehen sein könnten, so daß sie die Durchflußkanäle 133 umgeben,
wenn sich das Absperrglied in Schließstellung befindet, d. h. gegenüber der Stellung
gemäß F i g. 8 um 90° versetzt steht. In jedem Fall sind es geradlinig eingestochene
Nuten, die beispielsweise über an der Unterseite vorgesehene Durchgänge 154 belüftet
werden und in denen sich jeweils ein dem Dichtungsring gemäß den F i g. 2 A bzw.
3 A ähnlicher Dichtungsring 153 befindet.
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In der vorstehenden Beschreibung wurde eine Anzahl von Dichtungsvorrichtungen
zur Verwendung
bei verschiedenartigen Ventilen beschrieben, durch
welche wirksame und wirtschaftliche Ventile geschaffen werden, wobei die verschiedenen
Anwendungsformen eine auf ein und demselben Lösungsprinzip, nämlich der erfindungsgemäßen
Dichtungsvorrichtung, beruhenden Erkenntnis darstellen. Diese Dichtungen besitzen
derartige Eigenschaften, daß sie eine einwandfreie fluidumdichte Abdichtung gewährleisten,
selbst wenn Ungenauigkeiten in der maschinellen Bearbeitung vorhanden sind. Der
erfindungsgemäße Dichtungsring gleicht auch geringfügige schlechte Ausrichtungen
des Absperrgliedes aus und ist Abweichungen in Toleranzen und Abständen gegenüber
ziemlich unempfindlich. Die Dichtwirkung wird noch durch den Fluidumleitungsdruck
erhöht. Außerdem benötigen die erfindungsgemäß ausgebildeten Ventile keine speziellen
Befestigungsringe oder andere Haltevorrichtungen zum Festhalten der Dichtungsringe;
erforderlich sind lediglich einfache, leicht einzuarbeitende Nuten, diezur Umgebungsluft
hin belüftet werden, so daß der Differenzdruck die erfindungsgemäßen Dichtungsmittel
noch weiter in den Nutensitz drängt. Je größer der angelegte Leitungsdruck ist,
um so größer wird die einen festen Sitz der Ringe bewirkende Kraftund um so größer
wird die Dichtwirkung gegen die Dichtfläche.