DE2821329C2

DE2821329C2 - Dichtungsanordnung für Armaturen

Info

Publication number: DE2821329C2
Application number: DE19782821329
Authority: DE
Inventors: Ernst 2000 Hamburg Hoyer
Original assignee: Deutsche Audco 2081 Prisdorf De GmbH
Current assignee: Deutsche Audco 2081 Prisdorf De GmbH
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1982-11-18
Also published as: DE2821329A1

Description

J5

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für Armaturen, insbesondere für Kugelhähne, mit einer im Armaturengehäuse angeordneten Primärdichtung aus Metall, die mit einem beweglichen Absperrorgan zusammenwirkt und in der dem Absperrorgan zugewandten Fläche mindestens eine Nut aufweist, in der eine Sekundärdichtung aus elastischem Material mit Kaltfließeigenschaften einsitzt, die über die Primärdichtfläche übersteht und durch das Verformen einer eine Wand der Nut bildenden Lippe in die Nut hineingepreßt ist.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist aus der US-PS 37 65 647 bekanntgeworden. Bei einem Plattenschieber sind zwei in radialem Abstand angeordnete Dichtungsanordnungen vorgesehen mit jeweils einer Nut. Ί■·■ einen Dichtring mit Kaltfließeigenschaften aufnehme

In beiden Fällen sorgt die eine Nutwand bildende Lippe dafür, daß die Dichtringe in den Nuten gehalten werden. Die beschriebenen Sekundärdichtungsringe wirken vorwiegend bei Druckausgleich am Plattenschieber. Bei einer Druckdifferenz am Plattenschieber kommt ein dauerelastischer Dichtring zum Einsatz, der zusammen mit einem der zuvor erwähnten Sekundärdichtungsringe in einer Nut sitzt und axial über den Dichtungsring mit Kaltfließeigenschaften hinaussteht. Der elastische Dichtring kann bei entsprechender Druckbeaufschlagung in eine Ausnehmung ausweiche^ um eine rein metallische Abdichtung zu gewährleisten. Die vorwiegend aus Polytetrafluoraethylen hergestell· ten anderen Dichtungsringe können dabei in die entsprechenden Nuten hinein verformt werden, die mit ausreichendem Ausweichraum ausgestattet sind.

Füf einen Kugelhahn ist ferner eine Dichtungsanord» nung bekanntgeworden, bei der in einer Aussparung eines Sitzringes aus Polytetrafluoraethylen bestehende Dichtringe angeordnet sind (US-PS 28 61773). Die Dichtringe werden durch einen federnden Klemmring gehalten, der auch eine Ausweichbewegung erlaubt, z. b. bei the?misch bedingten Volumenänderungen, wie sie bei Niederdruckarmaturen mit voluminösen Sitzringen auftreten. Die bei einer derartigen Armatur auftretenden Drücke sind jedoch nicht geeignet, mit '.lilfe der Anordnung der Dichtringe und des federnden Klemmringes eine Kompensation des Verschleißes zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung für Armaturen, insbesondere für Kugelhähne, zu schafftn, weiche bei hohen Drücken, insbesondere über 40 bar und großen Nennweiten, insbesondere von 50 bis 1500 mm, eine große Standzeit gewährleistet und verhindert, daß die Sekundärdichtung durch hohe Druckdifferenzen aus ihrer KaTimerung hausgerissen wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Metallippe die Sekundärdichtung derart federnd in die Nut preßt, daß die Sekundärdichtung unter Vorspannung gegen das Absperrorgan gedrückt wird.

Die Sekundärdichtung kan aus Polytetrafluoraethylen bestehen und ist mit Hilfe der federnd nachgebenden Metallippe unter Vorspannung in die Nut eingepreßt Es kann jedoch auch anderes Material für die Sekundärdichtung verwendet werden, das neben hoher Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit hervorragende Reib-und Gleiteigenschaften besitzt. Hierfür seien Polyoxymethylen-Homopolymerisate oder Copolymerisate der vorgenannten Elastomeren genannt.

Die Primärdichtung besteht aus hartem korrosionsfestem Material, wie einer korrosionsfesten Metall-Legierung ausreichender Härte, insbesondere rostfreiem Stahl.

In bekannter Weise hat der Grund der Nut vorzugsweise einen größeren Durchmesser als ihr offenes Ende, und der Querschnitt der Nut ist vorzugsweise trapezförmig. Im entlasteten Zustand steht der Dichtring nach einer Ausgestaltung der Erfindung etwa 0.2 bis 1 mm aus der Nut heraus. Bei Belastung der Sekundärdichtung wird der aus der Primärdichtung hervorstehende Teil in die Dichtungsnut hineingepreßt. Dabei wird die die Sekundärdichtung haltende Metallippe federnd verformt und die Dichtung dauernd unter hohem Druck der Metallippe gegen das Absperrorgan gedrückt, wodurch eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist Infolge ihrer Kaltflußeigenschaften vermag die Sekundärdichtung Fremdkörper in sich aufzunehmen. Sie fließt in etwaig auftretende Beschädigungen der Primärdichtung und auch im Absperrorgan nach und erneuert sich dadurch selbst bzw. verhindert Undichtigkeiten. Somit wird bei der Erfindung der normalerweise als Nachteil bei Polytetrafluoraethylen angesehene Kaltfluß zum Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung genutzt. Ein seitliches Abfließen der Sekundärdichtung ist nicht möglich, da Spalte infolge des direkten Kontakts der Primärdichtung mit dem Absperrorgan nicht vorhanden sind- Bei hohen Drücken wird die Wirkung der Dichtung noch durch den Druck des strömenden Mediums auf die Metallippe unterstützt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das Volumen des Sekundärdichtringes sehr klein gehalten werden kann. Dadurch können störende Volumenänderungen aus thermischen Gründen nicht auftreten.

Ferner wird durch den möglichen geringen Querschnitt der Sekundärdichtungsring wesentlich fester in der Nut gehalten und gegen ein Herausreißen durch Drücke und Strömungen gehindert als das bei Ringen mit größeren Querschnitten der Fall ist. Zwar tritt bei kleinerem Querschnitt ein erhöhter Verschleiß auf, dieser wird jedoch gerade durch die en'indungsgemäße Lösung ausreichend kompensiert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Schmiermittelzuführleitung durch das Armaturengehäuse und die Primärdichtung über die Schmiermittel unter Druck zur Sekundärdichtung geleitet und diese aus der Nut heraus verstärkt gegen das Absperrorgan preBbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, auftretende außergewöhnliche Abnutzungen der Sekundärdichtung zu kompensieren. Darüber hinaus ist es möglich, in Notfällen eine Abdichtung einer stark beschädigten Armatur zu erreichen, ohne daß Dichtungsmittel in das Medium gelangt und sonst als Sekundärdichtung verwendete Dichtungsmittel nach kurzer Zeit weggedrückt werden. Bei Dichtungsanordnufigen für Armaturen ist es indessen grunHsät7lich bekannt, ein Dichtungselement über Strönu· -gsmitceldruck an ein Absperrorgan anzudrücken (US-PS 30 43 469).

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. la ein Querschnittsbild einer Dichtung nach der Erfindung mit einem Teil eines Absperrorgans im entlasteten Zustand.

Fig. Ib das gleiche Bild wie Fig. la, aber unter Belastung.

Fig.2 Querschnittsbilder einer Sekundärdichtung nach der Erfindung während verschiedener Einbaustadien.

Fig. 3 bis 6 Querschnittsbilder von Dichtungen nach der Erfindung mit mehreren Sekundärdichtungen,

Fig. 7 ein Querschnittsbild einer Dichtung nach der Erfindung mit Zusatzdichtung,

Fig.8 ein Querschnittsbild einer Dichtung nach der Erfindung mi. einer Zusatzeinrichtung.

In Fig. la ist mit 1 das Absperrorgan bezeichnet, genauer gesagt der Teil der Kugel eines Kugelhahns, der der Dichtung benachbart ist In der Primärdichtung 2, einem Kugelsitzring aus Metall, z. B. Stahl, ist in der der Kugeloberfläche zugewandten Dichtfläche 20 eine Sekundärdichtung S aus PTFE odei einem ähnlichen Matern! in einer im Querschnitt trapezförmigen Nut 4 vorgesehen. Wie zu erkennen, hat die Nut 4 an ihrem der Kugel 1 abgewandten Ende einen größeren Querschnitt als an ihreu. der Kugel 1 zugewandten Ende. An diesem Ende ragt die Sekundärdichtung 5 über die Primärdichtfläche aus der Nut 4 etwa heraus.

Fig. Ib zeigt die gleiche Dichtungsanordnung wie Fig. la, aber unter Belastung. Die Kugel 1 ist vollständig gegen die Dichtfläche 20 gepreßt, wodurch die Sekundärdichtung 5 in die Nut 4 hineingepreßt wird. Das verdrängte Volumen der Dichtung 5 verdrängt dabei eine Metallippe 5', welche eine Seite der Nut 4 bildet, und welche dabei federnd verformt wird. Die Metallippe 5' ist so bemessen, daß zu ihrer Verformung ein erheblicher Druck im Dichtungsraum, z. B. bis 500 bar, erforderlich ist. Unter dem gleichen Druck wird nun im unbelasteten Zustand die Dichtung 5 gegen die Kugel 1 gedrückt und dichtet somit außerordentlich gut ab.

Fig.2 zeigt eir>e Nut 4', weiche mit größerem Querschnitt als die Seki/idärdichlung 5 ausgestochen worden ist. Die dabei gebildete Metallippe 5', etwa von einer Dicke von 1 bis 3 mm je nach Dichtungsquerschnitt, wird anschließend angewalzt (mittlere Figur). Die untere Figur zeigt die Dichtung nach fertigein Einbau und unter Belastung.

F i g. 3 stellt eine weitere Ausführungsform dar. Sie weist sowohl auf der dem Absperrorgan zugewandten, als auch auf der dem Primärdichtungssitz, also dem Armaturengehäuse zugewandten Seite je eine Nut 4 mit einer darin befindlichen Sekundärdichtung 5 auf. Hierdurch wird erreicht, daß auch an der Gehäuseseite die primäre Metalldichtung durch eine sekundäre Weichdichtung unterstützt wird

Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform der

■ 5 erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sind auf der der Kugel (nicht gezeigt) zugewandten Seite zwei Nuten 4 mit darin befindlichen Sekundärdichtungen 5 und einer Nut 4 mit Sekundärdichtung 5 auf der dem Gehäusedichtungssitz 3 zugewandten Seite vorgesehen.

Die beiden zur Kugel hin gerichteten Sekundärdichtungen 5 sind in annähernd senk^cht aufeinander stehenden Richtungen so angeordnet daß ihre herausragenden Enden nebeneinander liegen. Dadurch wird eine gegen das Herausreißen bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und damit verbundenen hohen Unterdrücken bessere Lage erzielt. Die Anordnung von zwei Dichtungen nebeneinander ergibt eine größere Lecksicherheit, besonders bei Gasen als Durchflußmedium.
Durch Einbringen entsprechender Aussparungen 6 im

^Jn Sitzring 2 werden die Metallippen 5' zwischen Ober-und Unterseite geformt

F i g. 5 gibt eine Dichtungsanordnung mit zwei voneinander weg gerichteten Sekundärdichtungen 5, zwischen denen eine Ausnehmung 6 vorgesehen ist,

^J5 wieder. Im übrigen gilt das zu F i g. 4 Ausgeführte.

F i g. 6 ist eine Ausführungsform mit einer Sekundärdichtung 5 auf der dem Gehäusedichtungssitz zugewandten Seite und zwei in größerem Abstand voneinander vorgesehenen Sekundärdichtungen 5 auf der dem Absperrorgan zugewandten Seite, wobei die Dichtelemente 5 wiederum senkrecht zueinander ang -ordnet sind. Durch die Primärdichtung 2 ist ein Kanal 14 geführt, dessen eines Ende zwischen den beiden Sekundärdichtungen 5, und zwar ·η gleichem Abstand von beiden mündet, während das andere Ende an der Oberseite der Primärdichtung 2 e;.det. De. Kanal dient dazu Schmiermittel zuzuführen zum Aufbau eines Polsters zwischen Silzring 2 und den beiden Dichtelementen 5 einerseits und der Kugel andererseits.

Dadurch werden zum einen die Dichtungsverhältnisse verbessert, insbesondere bei gasförmigen Medien, und andererseits die Dichtungsverhältnisse bei Beschädigung der Dichtelemente wiederhergestellt. Schließlkn wird rlurch das Polster ein Schwimmen der Kugel im Sitzring 2 erreicht und damit ein niedriges Reibungsbzw. Drehmoment.

F i g. 7 stellt eine Ausführungsform, ähnlich der in F i g. 5 gezeigten dar. wobei aber auf der Rückseite des Sitzringes 2 eine Ausnehmung 21 eingebracht ist zur Aufnahme eines Z satzringes 7. der eine Sekundärdichtung 5 seinerseits in einer Nut aufweist entsprechend der oben beschriebenen Anordnung, die gegen den Gehäusedichtsitz gerichtet ist, Ein weiteres Sekundärdichtungselement 5 ist zur Ausnehmung 21 hin gerichtet und wirkt mit der zugekehrten Seite des Zusatzringes 7 zusammen.

Eine Feder 8 spannt den Zusatzring 7 gegen den Gehäusesitz vor. Hierdurch wird erreicht, daß zusätzlich

zur abstromseitigen Abdichtung auch eine aufslromseitige Dichtung der Armatur abdichtet. Die Feder 8 hat
die Aufgabe, eine gewisse Vordichtung auch bei
Verlängerung der Armatur durch Innendruck,Temperatur oder andere äußere Einflüsse sicherzustellen. Sie ■>
wird in ihrer Wirkung durch den nach beiden Seiten
wirkenden Mediendruck unterstützt.

Um aber auch bei einem schwierigen Einsatz mit
größerem Verschleiß die Armatur abschlußsicher zu
halten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine tu
Zusatzeinrichtung vorgesehen. Sie soll an Hand von
Fig,8 erläutert werden» Bei dieser Ausführungsform
sind die Nuten 4 zur Aufnahme der Sekundärdichtungen
an ihrem Fuß mit kleinen Ringnuten 12 versehen. Von
ihnen führt ein Verbindungskanal 11 zu einem 15
rohrförmigen Verbindungsstück 10, welches durch das
die Primärdichlung 2 und das Absperrorgan 1
einschließende Gehäuse 3 hindurch durch eine Öffnung
ins Freie führt. Dieses Verbindungsstück 10 ist in der
Primärdichtung und dem Gehäuse derart gehalten, daß 20
es parallel zu seiner Längsachse und senkrecht dazu

Spiel hat, um die Bewegungen der Dichtung bei Belastung und Entlastung mitmachen zu können. Die Gehäuseöffnung 9 endet in einem durch einen Kolben 13 und eine Schraube 14 nach außen verschlossenen Zylinder. Durch diese Schraube 14 kann, sowie an eine Vorrichtung (nicht gezeigt) am äußeren Umfang der Armatur anschließbar, ein nicht komprimierbares Medium, 2. B. Fett öder eine Flüssigkeit, unter hohem Druck über die Nuten 12 verteilt in den Grund der Nuten 4 eingedrückt werden. Das Eindrücken kann auch mittels eines Schmiernippels vorgenommen werden. Durch das Nachdrücken von Fett oder Flüssigkeit wird die Sekundärdichtung 5 aus ihreni Sitz, der Nut 4, hervorgedfückt. So ist es möglich, auftretende außergewöhnliche Abnutzung der Sekundärdichtung 5 zu kompensieren. Darüber hinaus ist es möglich, in Notfällen eine Abdichtung einer stark beschädigten Armatur zu erreichen, ohne daß Dichtungsmittel in das Medium gelangt und sonst als SekiinHHriliehliing verwendete Dichtmittel nach kurzer Zeit weggedrückt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für Armaturen, insbesondere für Kugelhähne, mit einer im Armaturengehäuse angeordneten Primärdichtung aus Metall, die mit einem beweglichen Absperrorgan zusammenwirkt und in der dem Absperrorgan zugewandten Fläche mindestens eine Nut aufweist, in der eine Sekundärdichtung aus elastischem Material mit Kaltfließeigenschaften einsitzt, die über die Primärdichtfläche übersteht und durch das Verformen einer eine Wand der Nut bildenden Lippe in die Nut hineingepreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metal-Hppe (5') die Sekundärdichtung (5) derart federnd in die Nut (4) preßt, daß die Sekundärdichtung unter Vorspannung gegen das Absperrorgan gedrückt wird.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärdichtung (5) unbelastet etwa 0,2 bis 1 mm aus der Nut (4) herausragi.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallippe eine Dicke von 1 bis 3 mm hat.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Schmiermittelzuführleitung (9, 10, 11, 12, 13, 14) durch das Armaturengehäuse und die Primärdichtung (2) über die Schmiermittel unter Druck zur Sekundärdichtung (5) geleitet und diese aus der Nut (4) heraus verstärkt gcen das Absperrorgan preßbar ist.