DE2131576A1

DE2131576A1 - Dichtungs-Anordnung fuer einen Schaft

Info

Publication number: DE2131576A1
Application number: DE19712131576
Authority: DE
Inventors: Lunt William G
Original assignee: Rockwell Manufacturing Co
Current assignee: Rockwell Manufacturing Co
Priority date: 1970-08-24
Filing date: 1971-06-25
Publication date: 1972-03-02
Also published as: NL7108119A; GB1338484A; FR2104544A5; CA943940A; US3682490A

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Rheinstraße 121 · Postfadi 670 · Telefon 30 34 59 2 I 3 I O /

Postsdiedc Frankfurt/Main 1810 08 · Bank Deutsche Bank 3956372

Wiesbaden, den 23. Juni 1971 Mein Zeichen: R 171

ROCKWELL MANUFACTURING COMPANY Pittsburgh, Pennsylvania / USA

Dichtungs-Anordnung für einen Schaft Priorität: 24·.8.1970, USA, Nr. 66 400

Die Erfindung bezieht sich auf die Abdichtung eines Schaftes, der drehbar oder schwingbar aus einer Öffnung in einem Ventil, einer Wandung, einem Gehäuse oder einem anderen Teil heraussteht und insbesondere auf eine solche Abdichtung, die auf einer Seite einem verhältnismäßig hohen Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist. Die wirksame Abdichtung von Schieberventil-Schäften machte lange Zeit Schwierigkeiten, und viele Lösungen wurden vorgeschlagen; keine von ihnen genügte allen Anforderungen. In einem Ventil umgibt die Abdichtung einen Schaft oder dgl., der gewöhnlich in unregelmäßigen Intervallen um weniger als 180° gedreht wird. Die Abdichtung muß druckdicht sein, um das Entweichen der Flüssigkeit aus dem Ventil zu verhindern, aber sie muß jederzeit die Drehung des Schaftes erlauben. Die Dichtung soll eine lange Lebensdauer haben und sollte auch durch eine nicht fachkundige Person ersetzt werden können.

Frühere Versuche zur Lösung des Problems führten häufig zur Anordnung komprimierbarer Packungen um den Schaft, deren einige axial elastisch vorgespannt waren; ein gemeinsames Problem bei den meisten dieser Packungen war, daß sie mit der Zeit fester und weniger wirksam wurden und abnutzten. Die Erfindung bringt eine neuartige Abdichtung, die sich billig herstellen, einfach installieren und ersetzen läßt und währehd""einer langen Lebensdauer eine normale Abnützung automatisch zu kompensieren vermag.

209810/1084 - 2 -

In der bevorzugten Ausgestaltung umgibt ein einteiliges, rohrförmiges Dichtungselement einen zu ihm relativ drehbaren Ventilschaftabschnitt, der durch eine Öffnung in einem Ventilgehäusedeckel hervortritt, und es hat einen ringförmigen, glatten, inneren Oberfl^chenbereich, der eine zylindrische Fläche des Ventilschaftes eng umgibt. Das Dichtungselement ist von solcher Konstruktion und -Eigenschaft, dai3 es eingeprägte , entlang des Umfanges verlaufende Ringspannungen enthält, welche den Dichtungsdruck entlang den einander berühre na en Flächen des Schaftes und des -dichtungselement es zu steigern suchen, und das Dichtungselement ist zur weiteren Steigerung des -^ichtungsdruckes und um es in -^ichtuiigsberührung mit dem Ventildeckel zu bringen, ständig axial elastisch vorgespannt.

Innen ragt der Ventilschaft in eine Ausnehmung des Gehäuses, die Fluid von unterschiedlichem Druck einschl. des Leitungsdruckes enthalten kann, und der Fluid- oder Flüssigkeitsdruck m dieser Ausnehmung wirkt zur Steigerung des Dichtungsdruckes sowohl bezüglich des Schaftes als auch des Ventildeckels ebenfalls axial in bezug auf das Dichtungselement. Das Dichtungselement ist vorzugsweise ein einteiliges, durch Backen geformtes G-lied aus geeignetem syrthe ti schein Plastikmaterial, wie Polytetrafluoräthylen mit den gewünschten plastischen und elastischen Verformungseigenschaften sowie auch fluidundurchlässig und widerstandsfähig gegen '.Yasser und die Leitungsfluide.

Das Hauptanliegen der vorliegenden Erfindung ist eine Lichtungsanordnung für einen drehbaren Schaft, bei der ein verformbares, elastisch dehn- und zusammenziehfähiges Dichtungselement den Schaft dichtend umgibt, während es seine Drehung gestattet und durch elastische Mittel und den Fluiddruck in eine gesteigerte Dichtungsberuhrung mit dem Schaft und einem es umgebenden, relativ ruhenden Teil axial vorgespannt ist.

BAD ORIGINAL 209810/1084

Eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung liegt in einem neuen Verfahren zur Herstellung des -^ichtungselementes aus einem rohrförmigen, synthetischen Plastikwerkstoff und dem resultierenden, speziellen Aufbau des durch das Verfahren erzeugten Dichtungselementes.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine neuartige Ventilanordnung, bei welcher ein drehbarer Ventilschaft durch eine Öffnung in einer Gehäusewandung hervorsteht und ein einteiliges, rohrförmiges dichtungselement aus synthetischem Plastikmaterial den Schaft umgibt und mit einem ringförmigen Bereich geformt ist, der eingeprägte Ringspannungen enthält, welche das Element um den Schaft zusammenzuziehen trachten und der durch axiale Beaufschlagung durch den Flüssigkeitsdruck innerhalb dee Gehäuses in einen gesteigerten Dichtungskontakt mit dem Schaft und der Gehäusewand gebracht wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die das Vorausgehende Detrifft, enthält ein neues Dichtungselement zur Benutzung in einer Anordnung, in welcher es in dem ringförmigen Dehnungsbereich zur glatten Berührung des Schaftes an gegenüberliegenden Enden dieses Bereiches radial aufgespannt ist.

Ein weiteres Objekt der Erfindung ist eine neue Ventilanordnung bei welcher ein Ventilschieberschaft von einem verformbaren, rohrförmigen, relativ dünnwandigen Dichtungselement aus synthetischem Plastikmaterial dichtend umgeben ist, welches mit einem ringförmigen Bereich von Ring- oder Mantelspannungen vorgeformt ist und einander schneidende Außenflächen hat, deren jede unter einem spitzen Winkel zur Dichtungsachse axial begrenzt ist zwischen ähnlichen, gegenüberliegenden Flächen, welche unter größeren spitzen Winkeln zur Dichtungsachse geneigt sind, wobei eine der gegenüberliegenden Flächen relativ ortsfest ist und die gegenüberliegende Fläche gegen die relativ ortsfeste Fläche axial zu dem Dichtungselement elastisch vorgespannt ist.

209810/1084

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein neues, einteiliges Dichtungselement, das aus einem relativ dünnwandigen synthetischen Plastikmaterial, wie Polytetrafluorethylen gemacht ist und zwischen seinen Enden einen gedehnten Bereich aufweist, in weichem benachbarte, zusammenstoßende Wandbereiche unter einem Winkel zusammentreffen und worin an gegenüberliegenden Enden innere, glatte, den Schaft berührende Flächen vorgesehen sind.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung liegt in einem neuen Verfahren zur Herstellung derartiger rohrförmiger Dichtungselemente, bei welchem ein Stück aus rohrförmigem Plastikmaterial von einheitlichem Durchmesser zwischen zwei Backen axial gepreßt wird, welche gegensinnig abgewinkelte, ringförmige Formungsflächen haben_r gegen welche sich während der plastischen Verformung ein mittlerer Bereich des rohrförmigen Körpers ausdehnt zur Erzeugung eines ringförmigen Dichtungsabschnittes mit eingeprägten ^ing- oder Mantelspannungen, welche das Dichtungselement nach Entfernung des Elementes aus den Backen auf einen Grad axial zu verlängern und radial zusammenzuziehen suchen, der durch die während des Formungsvorganges mitgeteilte plastische Verformung begrenzt wird. Weitere Einzelheiten der Erfindung mögen nun anhand der Beschreibung und im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläutert sein.

Figur 1 ist ein zentraler Schnitt und zeigt eine Ventilvorrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.

Figur 2 ist eine getrennt voe der Vorrichtung dargestellte End-Ansicht eines der Ventilsitze.

Figur 3 zeigt die gegenüberliegende End-Ansicht des Ventilsitzes von figur 2.

Figur 4 zeigt in Querschnittdarstellung eine vergrößerte Teilansicht der Schaft-Abdichtungο

209310/Ί084

^igur 5 zeigt eine von der Vorrichtung abgelöste End-Ansicht des Dichtungselementes für den Schafte

Figur 6 ist ein diametrischer Schnitt durch das Dichtungselement der Figur 5·

Figuren 7 und 8 sind Teilansichten in Schnittdarstellung und zeigen das bevorzugte Verfahren zur Erzeugung des Dichtungselementes für den Schaft entsprechend der Erfindung.

Mit Bezugnahme auf Figur 1 umfaßt die Ventilvorrichtung ein Gehäuse 11 mit einem Durchlaß 12, der eine konische Ausnehmung 13 kreuzt. Ein konisches Hahnküken 14 mit einem Durchlaß 15 ist drehbar innerhalb der Ausnehmung 13 angeordnet, worin es durch ringförmige Ventilsitz-Teile 16 und 17 gehalten wird. Die Sitzteile sind gleichartig geformte, einteilige Elemente aus einem weichen Plastikmaterial, wie beispielsweise Teflon oder Polyäthylen.

Das Sitzteil 16 ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt und umfaßt einen zylindrischen Montageabschnitt 18, welcher, vgl. Figur 1, an der Kreuzung des Durchlasses 12 mit der Ausnehmung 13 in einen vergrößerten Bereich 19 des Durchlasses 12 hineiiragt. Auf seiner Innenseite hat das Sitzteil 16 einen vergrößerten Bereich 21, der mit dem Küken zusammenarbeitet und eine das Küken berührende Oberfläche 22 aufweist, die in geeigneter Y/eise konkav gewölbt ist, um sich der anliegenden Oberfläche des Kükens 14 satt anzupassen. Das Sitzteil 16 hat einen glatten .uurchlaß 23, der im wesentlichen eine Verlängerung des D_urciila88es 12 bildet und ungefähr auch dessen Durchmesser aufweist. Der Durchlaß 15 des Kükens hat den gleichen Durchmesser wie die Durchlässe 23; ist das Küken, wie in Figur 1 dargestellt, in die Auf-Poeition gedreht, so ist der Durchlaß zu den übrigen Durchlässen ausgerichtet und bildet eine wesentliche Fortsetzung der Durchlässe des Gehäuses und der Sitzteile.

209810/1084

Das schmalere Ende der Ausnehmung 13 wird durch die einstückige Wandung 24 des Gehäuses verschlossen; in das Gehäuse ist ein Raum 25 eingeformt, dessen Durchmesser größer ist als der des angrenzenden Endes der Ausnehmung 13· line zentrale Öffnung 26 in dem Küken bringt den Durchlaß 15 in Flüssigkeit s-Kommunika ti on mit dem Raum 25· Am größeren Ende der Ausnehmung 13 läuft das Gehäuse als kreisförmiger Ring 27 aus, der einen Raum 28 umfaßt, dessen Durchmesser größer ist als der des angrenzenden Endes der Ausnehmung 13· Über das Ende des Ringes 27 ist quer ein Deckel 29 gelegt, der durch eine Anzahl von Bolzen 31 an dem Gehäuse befestigt ist. Zwischen dem Deckel und dem ringförmigen Gehäuseteil befindet sich ein geeigneter Dichtring 32.

Das Küken H hat einen einstückigen zylindrischen Schaft 33 von konstantem Durchmesser und glatter Oberfläche, welcher durch den Raum 28 und eine Öffnung in dem Deckel 29 hindurchtrittj außerhalb des Deckels 29 ist er mit einer geeigneten Handhabe 34 versehen.

Wie in der Zeichnung dargestellt, hat die Öffnung im Deckel einen inneren zylindrischen Wandbereich 35 von großem Durchmesser und einen hiermit koaxialen äußeren zylindrischen Wandbereich 36 von kleinerem Durchmesser. Zwischen den Wandbereichen 35 und 36 hat die Deckelöffnung einen schräg verlaufenden konischen koaxialen Wandbereich 37, der den Bereich 36 einschneidet. Zwischen dem größeren Innenende des. konischen Bereiches 37 und dem inneren Wandbereich 35 befindet sich eine ringförmige, axial einwärts gerichtete, koaxiale Fläche 38, die bezüglich der Achse der Öffnung und bezüglich der Wandungen der Bereiche 35 und 36 unter rechtem Winkel ausgerichtet ist.

Innerhalb der Deckelöffnung befindet sich ein ringförmiges Element 39 zur Abdichtung des Schaftes, dessen äußeres Ende innerhalb des Wandungsbereiches 36 der Öffnung den Schaft 33 umgibt und dessen anderes Ende mit einem kreisförmigen Stützring 42 zusammenwirkt,der sowohl bezüglich des Schaftes 33 als auch bezüglich der Fläche 35 der Deckelöffnung Spiel hat.

2 09810/1084

Wie in F4-gur 1 gezeigt, kann dem Küken an seiner oberen Außenfläche ein Rand 43 angeformt sein, in dessen Bodenbereich eine kreisförmige, flache Abdeckscheibe 44 gelegt ist. Der Schaft 33 ist von einer die Abdichtung vorspannenden Schraubenfeder 45 umgeben, die zwischen dem Stützring 42 und der Abdeckscheibe 44 eingespannt ist. Eine weitere Schraubenfeder von größerem Durchmesser, die das Küken in seinem Sitz hält, umgibt die Feder 45 und ist zwischen dem Deckel 29 und der Abdeckscheibe 44 eingespannt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen das Dichtelement 39 losgelöst von der Vorrichtung in seiner entspannten ü'orm. Es ist ein einstückiges Element aus geeignetem Plastikmaterial, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen (Teflon) von neuem Aufbau und in neuartiger Weise geformt. Wie noch beschrieben wird, ist es in neuer Kombination in die Ventilvorrichtung montiert.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 ist das -Element 39 ein hohler Ringkörper, der an einem Ende für einen kleineren Teilabschnitt 41 seiner Länge zylindrisch gestaltet ist und in einem mittleren Teilabschnitt 47 seiner Länge einen vergrößerten Durchmesser mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt hat. Wie in Figur 6 gezeigt, hat das ^ichtelement aufeinander folgend eine glatte, zylindrische äußere Oberfläche 48, eine auswärts abgewinkelte , glatte im wesentlichen konische Fläche 49 und eine einwärts abgewinkelte, glatte und im wesentlichen konische Fläche 51. An den gegenüberlxegenden Enden hat das ^ichtelement 39 koaxiale,glatte, zylindrische Innenflächen 52 und 53 von gleichem Durchmesser, welche, wie sich zeigen mag, in der Vorrichtung den Schaft 33 des Ventils umgeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft die Oberfläche unter einem Winkel von etwa 55° zu einer Ebene, die von der Longitudinalachse des Elementes 39 senkrecht durchdrungen wird, während die Oberfläche 51 unter dem gleichen Winkel aber gegenainnig verläuft.

209810/1084

So verlaufen die Flächen 49 und 51 in dieser Ausgestaltung unter 35° in "bezug auf die Oberfläche 48 und in bezug auf die liongitudinal achse des Elementes, während der zwischen ihnen selbst aufgespannte Winkel etwa 110 beträgt. Vorzugsweise hat das Element 39 mit Ausnahme des zylindrischen Endabsehnittes 41 über seine länge etwa die gleiche radiale Wanddicke, obwohl diese am Scheitel des aufgespannten Dichtbereiches 47 und im Schnittpunkt der Flächen 51 und 53 etwas variieren kann entsprechend dem neuen Formungsverfahren, welches noch erläutert wird. Der Endabschnitt 41 ist, wie gezeigt, von reduzierter radialer Wanddicke, um dem Pressen des Elementes durch die Deckelöffnung zu widerstehen.

Figur 4 zeigt das Dichtelement 39 in Arbeitsanordnung in einem Kükenventil. Die Längsausdehnung der zylindrischen Fläche 48 ist vorzugsweise mindestens gleich der des Wandbereiches 36 der Deckelöffnung und zur Erzielung einer kontinuierlichen Abdichtung gegen den Deckel wirkt, die im wesentlichen kreisförmige Verbindungslinie 54 zwischen den Flächen 48 und 49 mit der kreisförmigen Verbindung 55 der Deckelflächen 36 und 37 zusammen. Der Dichtungsabschnitt 41 paßt sich satt gleitfähig zwischen den Schaft 33 und den Wandbereich 36 des Deckels ein.

Das Dichtelement 39 ist durch die Feder 45, welche über den Stützring 42 angreift, bezüglich der Anordnung in Eichtung nach außen vorgespannt. Die Außenseite des Ringes 42 weist eine abgewinkelte kreisförmige Oberfläche 56', welche die innere zylindrische Fläche 57 entlang einer kreisförmigen scharfen Kante 58 schneidet. Die Zusammenwirkung zwischen dem Ring 42 und dem Eichtelement 39 ergibt eine im wesentlichen linien··· förmige Kreiskontaktzone zwischen der Kante 58 und der Oberfläche 51 in der Uähe des inneren Endes des Dichtelementes

Wie gezeigt springt die Oberfläche 37 bezüglich der Achse des Schaftes 33 von der Verbindungskante 55 unter einem größeren Winkel einwärts vor als die Oberfläche 49 des Dichtelementes. In der bevorzugten Ausgestaltung mag die Fläche 37 bezüglich der Achse des Schaftes 33 unter 45°vorspringen.

209810/1084

Ähnlich springt die Fläche 56 des Stützringes von der Kante ■bezüglich der Achse des Schaftes 33 unter einem größeren Winkel vor als die Oberfläche 51 des Dichtringes ; der Winkel dieser Fläche 56 in bezug auf die Schaftachse mag in der bevorzugten Ausgestaltung ebenso 45 betragen. Die innere Fläche -59 des Ringes 42, die mit der Feder 45 zusammenwirkt, ist vorzugsweise eben und bezüglich der Achse des koaxialen Schaftes, des Dichtelementes und des Stützringes senkrecht ausgerichtet.

Die Figuren 7 und 8 zeigen ein bevorzugtes Verfahren zur Formung des Dichtelementes 39« Ein Stück 61 eines dünnwandigen, hohlen synthetischen Rohrmaterials aus Plastik ist gleitfähig auf einem glatten, zylindrischen Aufspanndorn 62 gezogen, der den gleichen Durchmesser wie der Ventilschaft 33 hat; der Innendurchmesser des Rohrmaterials entspricht dem Außendurch— messer des Aufspanndornes, so daß, wie sich zeigen wird, während des Formungsvorganges im wesentlichen keine radiale Einwärtsverformung des Rohres auftritt.

In einer besonderen Ausgestaltung, bei welcher der ,»Durchmesser des Ventilschaftee etwa 12,7 mm (1/2 inch) beträgt, hat der Aufspanndorn 62 den gleichen Durchmesser, und der innere Durchmesser des Rohrstückes 61 ist dem letzteren gleitfähig angepaßt. Der äußere Durchmesser des Rohrstückes 61 beträgt etwa 15,9 mm (5/8 inch), so daß die Wandstärke etwa 1,6 mm (1/16 inch) beträgt.So ist das Dichtungselement verglichen mit seiner Länge dünnwandig, was die Federwirkung des ausgedehnten Abschnittes 47 innerhalb der Anordnung unterstützt.

Die Formteile oder Backen 63 und 64 umfassen den Aufspanndorn 62 gleitfähig an den gegenüberliegenden Enden des Rohrstückes 61 j die Backen sind zwischen der in Figur 7 gezeigten offenen Position und der in Figur 8 gezeigten geschlossenen Position beweglich.

209810/1084

Die Backe 63 hat an dem dem Schlauch- oder Rohrstück 61 zugekehrten Ende eine einspringende koaxiale konische Fläche 65, die an ihrem inneren Ende eine zylindrische Fläche 66 schneidet, deren Durchmesser größer ist als die auf dem Aufspanndorn 62 gleitende Fläche 67, aber geringfügig kleiner als der Auiiendurchmesser des Schlauchstückes 61· Eine ebene radial ausgerichtete Fläche 68, welche die Flächen 66 und 67 verbindet, bildet einen Endanschlag während des FormungsVorganges, wie sich noch zeigen wird« -^ie Backen-Aus sparung 69, die durch die Flächen 68 und 66 definiert wird, entspricht sowohl im Durchmesser als auch in der Länge den erforderlichen Abmessungen der reduzierten Wandstärke des zylindrischen Endbereiches 41 des Dichtelementes. Das nach innen gekehrte Ende der Backe 43 endet in einer ebenen Fläche 71, die senkrecht zur Achse des Aufspanndornes 62 verläuft.

Die Backe 64 hat an ihrer dem Schlauchstück 61 zugekehrten Seite eine einspringende Formfläche 72, die an ihrem inneren Ende eine kurze, axiale, verhältnismäßig niedrige Hilfsaussparung 73 schneidet, welche den Aufsp_anndorn umgibt, die Backe 64 hat eine zylindrische Innenfläche 74, die auf dem Dorn 62 gleitet und eine ebene Endfläche 75, die senkrecht zu der Achse des Doms ausgerichtet ist.

In der bevorzugten Ausgestaltung verlaufen die Backenflächen 65 und 72 ι
dornes 62,

65 und 72 unter 45° in bezug auf die Achse des Aufspann-

Bringt man die Backen 63 und 64, wie in Figur 8 gezeigt, aufeinander zu in die Formungsstellung, wobei die Endflächen 71 und 75 sich berühren, so ist das Eohr- oder Schlauchstück 61, wie in Figur 8 zu sehen ist» in das Dichtungselement umgeformt, und zwar gewöhnlich kalt geformt» Ein Ende des Schlauches dringt in die Aussparung 69 und füllt diese aus, wobei die innere Oberfläche des Schlauches den Dorn t>2 eng umspannt und die Fläche 52 des späteren Dichtungselementes bildet, während ein mittlerer Bereich in der Mhe des anderen Endes axial verkürzt und radial ausgedehnt wird und den Abschnitt

209810/1084

mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt bildet, dessen äußere Oberflächen 49' und 51' die 45°-Lage der Backenflächen 65 bzw. 72 annehmen, während sie in der Vorrichtung sind. Während der Expansion des Mittelabschnittes des Rohrstückes erduldet das Material der Rohrwandung sowohl eine elastische als auch eine plastische Verformung, die nach dem Trennen der Backen im wesentlichen erhalten bleibt. Jedoch tendiert das entlastete, geformte Dichtungselement 39' infolge der eingeprägten Elastizität des Plastikmaterials und der in dem ausgedehnten Bereich entstandenen Ringspannungen zur elastischen .Rückkehr in seine ursprüngliche Form, sobald die Backen in die Auf-Stellung zurückbewegt sind. Diese Rückkehr wird durch die aufgetretene plastische Deformation begrenzt, genügt jedoch zur Bewirkung eines kleineren Stauchwinkels der Flächen 49' und 51* "bezüglich der Achse. Tatsächlich wurde bei einem Formflächenwinkel von 45° in der bevorzugten Ausgestaltung festgestellt, daß das entlastete Element einen Winkel von ungefähr 55° an den äußer
und beschrieben.

55° an den äußeren Oberflächen annahm, wie in Figur 6 gezeigt

Während der Verformung nimmt das Rohrstück an seinen gegenüberliegenden Enden auf seiner Innenseite engen Kontakt mit dem Aufspanndorn an und erhält ihn aufrecht, während der dazwischen gelegene Abschnitt allseitig nach außen expandiert und mit den Flächen 65 und 72 kontaktiert; der Abstand d in Figur 8 ist dabei kleiner als die axiale Länge des Rohr- oder Schlauchstückes 61. Während des Formungsvorganges gestattet die Hilfsaussparung 73 das anfängliche Eintreten von etwas Plastikmaterial während der Annäherung der Backen zueinander und liefert einen wirksamen Festhalte- und Wendebereich, worin die Endfläche 76 des Rohrstückes 61 zur eventuellen Erzeugung der zylindrischen Fläche 53 der fertigen Dichtung in Berührung mit der Oberfläche des Dornes gebracht werden kann. Es kann ein gewisser Druck in die Aussparung 73 hinein auftreten, durch welchen an diesem Ende eine Lippe um die Dichtung entstehen kann; sie kann bei Bedarf entfernt werden.

209810/1084

Das vorstehende Verfahren zur Ausformung des einteiligen Diohtungselementes 39 ist zum Teil deswegen vorteilhaft, veil es ein Dichtungselement hervorbringt, bei welchem Spannungen eingebracht werden, welche ständig die Dichtungswirkung unterstützen. Der ausgedehnte Mittelbereich 47 des Dichtungselementes hat eingeprägte, umlaufende Eingspannungen, welche in der Vorrichtung dazu tendieren, das Element in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuführen; diese Ringspannungen bewirken in der Vorrichtung eine Reduzierung des effektiven Durchmessers des Dichtungselementes und steigern dadurch die Dichtungswirkung zwischen dem Schaft 33 und der Oberfläche des Dichtungselementes bei 53» welche die erste Abdichtung um den Schaft ist. Bei 52 bildet die Oberfläche des Dichtungselementes eine zweite, wirksame Abdichtung.

So liefert der zylindrische Abschnitt 41 des mentes 39 in der Anordnung der Figur 1 eine radiale Halterung zur Stützung des Ventilschaftes innerhalb des Deckels,und das Dichtungselement 39 hat einen guten Dichtungskontakt mit dem Schaft 33 infolge der Wirkung der eingeprägten Ringkräfte in dem gedehnten Abschnitt 47. Die Feder 45 spannt das Dichtungselement ständig nach außen vor und die gegensinnigen Kräfte, die von dem Deckel 29 und dem durch die Feder vorgespannten Stützring 42 ausgehen und in axialer Richtung des Dichtungselementes wirken suchen fernerhin die inneren Durchmesser der Dichtungsflächen zu reduzieren, welche den Schaft umgeben, wodurch die iJichtungswirkung in diesen Bereichen intensiviert wird. Eine Abnützung der Dichtung in diesen Bereichen wird automatisch aufgefangen und durch die Vorspannung der vorbelasteten Feder 45 kompensiert·

Der Deckel und der federvorgespannte Stützring halten einen ringförmigen Dichtdruck an den Kanten 54 und 55 aufrecht, um einen Gegendruck abzudichten, der entlang der Fläche 48 entweicht; durch die Wirkung des Druckes von etwas Leitungsflüssigkeit im Raum 28 wird die Dichtungszone an diesen Kanten breiter und wirksamere Ein Ansteigen <fes Flüssigkeitsdruckes im Raum bewirkt, daß die Dichtungsfläche 49 um die Kante 5b pendelt, wodurch ihre Wirkungsbreite bezüglich der Deckelflache 37 steigt. 209810/1084

~ 13 -

Die -dichtung wird sfinsibilisiert duroh den begrenzten Berührungsbereich, der durch das elastische Zurückfedern des geformten -^ichtungselementes verursacht wird, wodurch ein veränderlicher Berührungswinkel zwischen dem dichtungselement und dem Deckel entsteht. Die Abwinkelung der Flächen 37 und entspricht vorzugsweise derjenigen der abgewinkelten Flächen der Formungsbacken. Da der Berührungsbereich mit einer theoretischen Berührungslinie an der Kante 55, die einen minimalen Bereich hat, beginnt, bedarf es nur einer leichten vertikalen Belastung durch die Feder 45»um eine -^ichtungsspannung und eine weitere -^ichtungszone zu erreichen. Der veränderliche Bereich, der zwischen der Schaftdichtung und der Deckeldichtung auftritt, entsteht durch den Druck der Flüssigkeit, der abzudichten ist und eine vertikale Belastung des Dichtungselementes erzeugt, die der Druckhöhe proportional isto Der Deckelberührungsbereich bei 55 reagiert auf die Druckänderungen durch entsprechende Änderungen des Berührungsbereiches, wodurch die zur Abdichtung notwendige Höhe der Berührungsspannung aufrecht erhalten wird. Der Leitungs- oder Gefäßdruck wirkt auch auf den äußeren durchmesser des Dichtungselementes zwischen den Punkten der Schaft- und Deckeldichtung und sucht den ausgedehnten Durchmesser der Dichtung zu verkleinern. Diese Drucklast wirkt sich auf die Berührungszonen an dem Deckel und an dem Schaft aus und verursacht eine verbesserte Abdichtung,

Bei Versuchen, die 20.000 Arbeitszyklen umfaßten, zeigte sich, daß die in einer Veiitilvorrichtung eingebaute Erfindung bei Temperaturen im Bereich zwischen -4O⁰GeI (-4O⁰F) und 178⁰OeI (3¹PO⁰F) eine wirksamere Abdichtung ergibt. Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Dichtung mit bisher benutzten Dichtringanordnungen mit V-förmigem Winkelbereich ergab eine längere Lebensdauer, bis zu 300$ langer; geringere Kosten, bis zur Hälfte und, eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Zerstörungen während der Montage und der Betriebszeit.

209810/1004

Claims

Patentansprüche

1J Dichtungsanordnung für einen drehbaren Schaft, der durch ^-^ eine Öffnung in einem ihm gegenüber ruhenden Teil hervortritt, gekennzeichnet durch ein einteiliges, rohrförmiges Plastikelement (39)> dessen Y/andstärke in bezug auf seine Länge klein ist, das eine innere Dichtungsfläche (53) hat, die den Schaft (33) abdichtet und seine Relativdrehung gestattet und das an seiner Längsseite einen iia wesentlichen radial gedehnten ringförmig aufgespannten Bereich (47) aufweist, der den Dichtungsdruck an der Dichtungsfläche (53) in der Anordnung steigert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Glied (45) zur elastischen Vorspannung des Bichtungselementes (39) in Axialrichtung des Schaftes auf eine ringförmige, dichtende Berührungszone mit dem die öffnung umgebenden ruhenden Teil (29)·

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei.cnn e t, daß der gedehnte Bereich (47) einander unter einem Winkel schneidende Wandbereiche (49> 51) des Elementes (39) aufweist.

4ο Anordnung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der gedehnte Bereich (47) in axialer Richtung einem elastischen Glied (45) ausgesetzt ist, welches ihn in Richtung auf die ringförmige Berührungszone mit dem die _:, Öffnung umgebenden ruhenden Teil (29) vorspannt.

5· Anordnung nach Anspruch 3_r dadurch gekennzeic hn e t, daß der ruhende Teil (29) eine Wandung ist, die einen Flüssigkeitsdruck abgrenzt, dem das Dichtungselement (39) zur Ausübung einer Kraft in Richtung des elastischen Gliedes · ausgesetzt ist.

20S810/108A

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß das Dichtungselement (39) an seiner Längsseite einen ringförmigen Bereich (41) hat, der in die Öffnung hineingreift und eine radiale Abstützung des Schaftes (33) bewirkt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ringförmige Bereich (41) zylindrisch ist und eine geringere radiale Wandstärke aufweist als der übrige Teil des Elementes.

8. Schieber-Ventilanordnung des Typs, in dem ein gehaltenes Küken drehbar in einer Aushöhlung des Ventilgehäuses angeordnet ist, die einen Flüssigkeits-Durchlaß durch das Gehäuse unterbricht und das Küken zwischen Stellungen, in denen es den Flüssigkeitsfluß durch das Gehäuse zuläßt oder blockiert, drehbar gelagert ist und einen Betätigungsschaft hat, der drehbar durch eine Öffnung des Gehäuses hervorsteht, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Dichtungselement (39) aus nicht-metallischem Plastikmaterial mit einer Wandstärke, die kleiner als seine Länge ist und mit einer glatten Innenfläche, die den Schaft dichtend umgibt aber seine relative Drehung zuläßt und welches (39) einen im wesentlichen radial vergrößerten, mittleren, kreisförmigen Bereich (47) hat, der in der Anordnung den Schaft umgibt und einem Flüssigkeitsdruck in der Aushöhlung ausgesetzt ist.

9. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vergrößerte Bereich (47) des einteiligen, rohrförmigen ^ichtungselementes einander außerhalb schneidende Seitenflächen (49> 51) hat und daß Mittel zur axialen Vorspannung des Elementes (39) in Richtung auf die Gehäuseöffnung vorgesehen sind.

10. Ventilanordnung nach Anspruch 9» dadurch g e k e η nz e i ohne t, daü eine (49) dieser Seitenflächen in einer ringförmigen -Diehtungszone mit der Kante der Öffnung und die andere (51) mit einem Stützglied (42) zusammenwirkt, welches durch eine auf dem drehbaren Küken (14) sitzende Feder (45)vorgespannt ivt.

209810/1084

- - 1C -

11. Ventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einander schneidenden Seitenflächen (49,51) des Dichtungselementes zur Achse des Elementes unter gleichem Winkel ausgerichtet sind und in begrenzten Berührungszonen mit den abgewinkelten Flächen (37, 56) der die Öffnung umgebenden V/and und der './and des Stützringes (42), die unter kleinerem, spitzen Winkel zu dieser Achse abgeschrägt ist, zusammenwirken.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (45) eine gespannte Schraubenfeder ist, die den Schaft umgibt und sich zwischen dem Küken (14) und dem Stützring (42) aufspannt.

13· Dichtungselement für einen relativ zu diesem drehbaren, zylindrischen Schaft, gekennzeichnet durch ein einteiliges, rohrförmiges Glied (39) aus verformbarem Plastikmaterial, das wenigstens an einem Endbereich eine innere, glatte zylindrische fläche (52) und in einem Mittelabschnitt einen im wesentlichen radial aufgespannten, gedehnten Abschnitt (47) aufweist und dessen \7andstärke im Vergleich zu seiner Länge klein ist.

14. dichtungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Glied aus formbarem Plastikmaterial ist, das während des Formungsvorganges in in dem Mittelabschnitt (47) gedehnt wird.

15. Dichtungselement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des -Elementes ein zylindrischer Bereich (41) vorgesehen ist, daß der gedehnte Mittelbereich (47) von unter einem Winkel schneidenden Wandbereichen (49»51) gebildet ist und daß zu beiden Seiten dieses Mittelbereiches zylindrische Innenflächen (52,53) von gleichem Durchmesser vorgesehen sind.

209810/1084

"16. Dichtungselement für einen Schaft, gekennzeichnet durch ein einteiliges, rohrförmiges Element (39) aus plastisch verformbarem, nicht-mtallischem Plastikmaterial mit einem zylindrischen Endbereich (41) und einem im wesentlichen radial gedehnten Bereich (47), in welchem die Wände (49, 51) des Elementes unter spitzen Uinkeln zu seiner Achse verlaufen und sich in einem Gebiet, das von dem Endbereich radial auswärts liegt, schneiden und durch zylindrische Innenflächen (52,53) von gleichem Durchmesser zu beiden Seiten des gedehnten Bereiches.

17. Dichtungselement nach Anspruch 15, dadurch g ek e η nzeichnet, daß der zylindrische Bereich (41) von geringerer Wandstärke ist als der gedehnte Bereich (47).

J. Dichtungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Bichtungselement aus Polytetrafluoräthylen ist.

⁴?. Verfahren zur herstellung eines rohrförmigen mentes für einen Schaft, gekennzeichne t durch folgende Schritte:

Herstellen eines relativ dünnwandigen, zylindrischen Sohrstückes (61) aus geeignetem, plastisch verformbaren Material bestimmter Länge,

das Rohrstück einem zur plastischen Verforiimng genügenden axialen Druck aussetzen, während seine radiale Dehnung zur iiuoformung eines sich ringförmig aufspannenden, entlang seines Umfanges gedehnten Bereiches (47) abgegrenzt wird.

Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzei c hn e t, daß das Hohl¹-stück gleitfähig auf einen Dorn (62) gebracht wird, dessen Durchmesser dem des Schaftes (33) entspricht, auf welchen die Dichtung montiert werden soll und zwischen zwei einander gegenüberliegenden Backen (63,64) zusammengedrückt wird, die abgewinkelte Flächen (65,72)aufweisen, die den sich dehnenden Bereich während des Formens

abgrenzen. 209810/1084

BAD ORIGINAL