DE29822791U1

DE29822791U1 - Klappenscheibenventil

Info

Publication number: DE29822791U1
Application number: DE29822791U
Authority: DE
Original assignee: ZWICK ARMATUREN GmbH
Current assignee: ZWICK ARMATUREN GmbH
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2008-12-23

Description

9089/VIl/bu

Zwick GmbH

Egerstraße 25, D-58256 Ennepetal

Klappenscheibenventil

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klappenscheibenventil für Medien unter Hochdruck und/oder Hochtemperatur, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Durchlaß für das Medium und aus einer als Absperrorgan innerhalb des Durchlasses angeordneten Klappenscheibe, die über eine beidendig in gehäuseseitigen Drehlagern geführte und sich quer durch den Durchlaß erstreckende Welle um eine Drehachse derart verschwenkbar ist, daß sie in einer Öffnungsstellung mit ihrer Scheibenebene etwa entsprechend der Durchlaßrichtung verläuft und in einer Absperrstellung mit einer äußeren, umfangsgemäßen Dichtzone dichtend mit einem umfangsgemäßen gehäuseseitigen Dichtsitz zusammenwirkt.

Derartige Ventile sind hinlänglich bekannt. Sie werden als Absperrorgane in Hochdrucksystemen, beispielsweise zwischen Rohrleitungen, Druckbehältern, Kesseln, Turbinen und/oder dergleichen, eingesetzt. Dabei sind üblicherweise die Dichtzone der Klappenscheibe und der gehäuseseitige Dichtsitz in Anpassung an die Schließ- bzw. Öffnungsbewegung der Klappenscheibe derart "konisch" ausgebildet, daß in der Absperrstellung im Falle einer Druckbeaufschlagung von der

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Seite her, auf der die Welle verläuft, die Klappenscheibe fest in den Dichtsitz gepreßt wird. Hierdurch wird auch bei einem sehr hohen Druck eine effektive Abdichtung gewährleistet, und gleichzeitig wird die Klappenscheibe auch mechanisch gegen den Druck abgestützt. In der Praxis sind solche Ventile aber in der Regel für beide Fließrichtungen ausgelegt, so daß oft auch der umgekehrte Belastungsfall auftritt, wobei die Klappenscheibe auf ihrer der Welle abgekehrten Seite mit einem Gegendruck beaufschlagt wird.

Bei den bekannten Ventilen hat sich im praktischen Einsatz gezeigt, daß es bei bestimmten Medien zu Funktionsstörungen dahingehend kommen kann, daß nach einer bestimmten Zeit die Klappenscheibe kaum noch oder sogar überhaupt nicht mehr betätigt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Klappenscheibenventil der gattungsgemaßen Art zu schaffen, welches auch nach längerer Einsatzzeit sowie auch bei Verwendung für beliebige Medien stets eine störungsfreie Funktion zum Öffnen und Schließen des Durchlasses gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jedes der beiden gehäuseseitigen Drehlager in seinem dem Durchlaß zugekehrten, inneren Endbereich eine verpreßbare Lagervorabdichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse aufweist.

Hierdurch wird vorteilhafterweise vermieden, daß das unter Druck stehende jeweilige Medium vom Durchlaß in den Bereich der Drehlager, d.h. jeweils in einem Ringspalt zwischen der Welle und einer gehäuseseitigen Lagerbohrung, eindringen

kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß gerade ein solches Eindringen bestimmter Medien in den Bereich der Drehlager die beschriebenen Probleme verursacht. Vor allem sogenannte "Crack-Medien" , wie z.B. Hydrokarbon und bestimmte Harze, können Ablagerungen vor allem in Form von Kristallen verursachen und damit zu einem Festfressen der Welle in den Drehlagern führen. Dies wird nun durch die erfindungsgemäße Lagervorabdichtung wirkungsvoll verhindert, indem die Medien- gar nicht erst in den Bereich der Drehlager eindringen können.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede Lagervorabdichtung eine zweiteilige Lagerbuchse mit einer die Welle unmittelbar aufnehmenden Innenbuchse und einer die Innenbuchse aufnehmenden und in einer Lagerbohrung des Gehäuses sitzenden Außenbuchse aufweist. Hierbei ist im inneren, d.h. dem Durchlaß zugekehrten Endbereich des jeweiligen Drehlagers axial zwischen der Innenbuchse und einem vorspringenden, ringstegförmigen Endabschnitt der Außenbuchse ein verpreßbares Dichtelement derart angeordnet, daß durch ein axiales Verpressen der Lagerbuchse - bzw. der Innenbuchse und der Außenbuchse relativ zueinander - das Dichtelement auch radial nach innen gegen die Welle verpreßt wird. Diese bevorzugte Ausgestaltung stellt einen besonderen Vorteil hinsichtlich der Montage des Klappenscheibenventils dar. Die Welle kann zunächst problemlos in den - erfindungsgemäß von den jeweils zweiteiligen Lagerbuchsen gebildeten - Drehlagern durch einfaches Einschieben montiert werden. Erst nach diesem Zusammensetzen werden dann die Lagervorabdichtungen durch axiales Verpressen der Lagerbuchsen verspannt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung

sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Klappenscheibenventils in Absperrstellung auf die "Gegendruckseite" ,

Fig. 2 einen Axialschnitt in der Schnittebene II-II gemäß Fig. 1, wobei hier eine herkömmliche, bekannte Ausführungsform veranschaulicht ist,

Fig. 3 eine gesonderte und vergrößerte Darstellung der Klappenscheibe in Axialrichtung, d.h. in Pfeilrichtung III gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine vereinfachte und vergrößerte Darstellung analog zu Fig. 2 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 5 eine Ausschnittvergrößerung des Bereichs eines der beiden Drehlager aus Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs VI in Fig. 3 und

Fig. 7 eine gesonderte Darstellung eines Dichtungsringes der Klappenscheibe in Pfeilrichtung VII gemäß Fig. 3.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes Klappenscheibenventil 1 besteht aus einem Gehäuse 2 mit einem Durchlaß 4 (vgl. Fig. 2 und 4) für ein Medium sowie aus einer als Absperrorgan innerhalb des Durchlasses 4 angeordneten, im wesentlichen kreisförmigen Klappenscheibe 6. Diese Klappenscheibe 6 ist über eine auf einer Scheibenseite angeordnete, beidendig in gehäuseseitigen Drehlagern 8 geführte und sich quer durch den Durchlaß 4 erstreckende Welle 10 um eine bezüglich ihrer Kreisform im wesentlichen diametral verlaufende Drehachse X-X derart verdrehbar bzw. - zutreffender gesagt - verschwenkbar, daß sie in einer Öffnungsstellung (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit ihrer Scheibenebene etwa entsprechend der Durchlaßrichtung bzw. etwa parallel dazu verläuft und in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Absperrstellung den Durchlaß 4 verschließend mit einer äußeren umfangsgemäßen Dichtzone 12 dichtend mit einem gehäuseseitigen umfangsgemäßen Dichtsitz 14 zusammenwirkt. Dies ist am besten in Fig. 2 zu erkennen.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten, herkömmlichen Ausführungsform ist erkennbar, daß im Bereich jedes Drehlagers 8 jeweils zwischen der Welle 10 und einer zugehörigen Lagerbohrung 16 ein Ringspalt 18 gebildet ist, in den ein unter Druck stehendes Medium aus dem Bereich des Durchlasses 4 eindringen und sich dort eventuell festsetzen könnte.

Um dies zu vermeiden, ist gemäß Fig. 4 und 5 erfindungsgemäß vorgesehen, daß jedes der beiden Drehlager 8 auf

seiner dem Durchlaß 4 zugekehrten, inneren Seite 20 eine verpreßbare Lagervorabdichtung 22 zwischen der Welle 10 und dem Gehäuse 2 aufweist. Zweckmäßigerweise besitzt hierzu jede Lagervorabdichtung 22 eine zweiteilige Lagerbuchse 24 mit einer die Welle 10 unmittelbar lagernd aufnehmenden Innenbuchse 26 und einer die Innenbuchse 26 aufnehmenden und in der jeweiligen Lagerbohrung 16 des Gehäuses 2 sitzenden Außenbuchse 28. Diese beiden Buchsen sitzen so ineinander, daß sie axial gegeneinander verschiebbar sind. Auf der jeweils inneren Seite 20 der Drehlager 8 ist axial zwischen der Innenbuchse 26 und einem vorspringenden, radial über das Stirnende der Innenbuchse 26 ragenden, ringstegförmigen Endabschnitt 3 0 der Außenbuchse 28 ein verpreßbares Dichtelement 3 2 derart angeordnet, daß durch ein axiales Verpressen bzw. Verspannen der Lagerbuchse 24 bzw. der Innen- und Außenbuchsen 26, 28 relativ zueinander - das Dichtelement 32 auch radial zwischen der Außenbuchse 2 8 und der Welle 10 verpreßt wird. Hierdurch wird der Ringspalt zwischen der Welle 10 und der Lagerbuchse 24 zur Seite des Durchlasses 4 hin abgedichtet, so daß ein Eindringen des jeweiligen Mediums in den die Welle 10 umgebenden Ringspalt verhindert wird.

Bevorzugt weist jedes Drehlager 8 auch auf seiner von dem Durchlaß 4 entfernt liegenden Seite 34 ein zweites, äußeres Dichtelement 3 6 derart auf, daß dieses zweite Dichtelement 36 durch das oben schon beschriebene axiale Verpressen der Lagerbuchse 24 auch radial nach außen gegen die Lagerbohrung 16 des Gehäuses 2 verpreßt wird.

Wie am besten in Fig. 5 erkennbar ist, ist zumindest das erste, innere Dichtelement 32 jeder Lagervorabdichtung 22 durch ein Dichtringpaket mit mindestens einem verformbaren

Dichtring 38 sowie mindestens einem relativ formstabilen Dichtring 40 gebildet. Insbesondere die beiden inneren Dichtelemente 32 bestehen vorzugsweise aus einem dreiteiligen Dichtringpaket aus zwei verformbaren Dichtringen 38 und einem dazwischenliegenden, formstabilen Dichtring 40. Jedes äußere Dichtelement 36 besteht vorzugsweise aus lediglich zwei Dichtringen, und zwar einem verformbaren Dichtring 3 8 und einem formstabilen Dichtring 40. Dabei ist bevorzugt der verformbare Dichtring 3 8 jeweils auf der von dem Durchlaß 4 entfernt liegenden Seite angeordnet, während der formstabile Dichtring 40 auf der dem Durchlaß 4 nächstliegenden Seite angeordnet ist. Jeder verformbare Dichtring 38 besteht vorzugsweise aus einem Kohlefasergeflecht oder aus Graphitgewebe. Jeder relativ formstabile Dichtring 40 besteht zweckmäßigerweise aus vorgepreßtem Reingraphit.

Wie sich nun weiterhin insbesondere aus Fig. 2 bis 7 ergibt, sind der gehäuseseitige Dichtsitz 14 und die Dichtzone 12 der Klappenscheibe 6 zumindest in einem Teilbereich ihres Umfanges in Anpassung an die Schließ-Schwenkbewegung der Klappenscheibe 6 derart "konisch" abgeschrägt ausgebildet, daß sich der freie Strömungsquerschnitt im Bereich des Dichtsitzes 14 insbesondere in die der Wellenseite der Klappenscheibe 6 gegenüberliegende Richtung geringfügig verringert. Hierdurch handelt es sich bei der Wellenseite der Klappenscheibe 6 um die "Druckseite", die mit einem Druck P₁ beaufschlagbar ist. Die gegenüberliegende, von der Welle 10 abgekehrte Seite der Klappenscheibe 6 ist die sogenannte "Gegendruckseite", die mit einem Druck p₂ beaufschlagbar ist. Bei Beaufschlagung mit Druck P₁ - bzw. wenn P₁ größer p₂ - wird die Klappenscheibe 6 in den Dichtsitz 14 gepreßt. Bei Beaufschlagung mit hohem Gegendruck p₂ (bzw. p₂ größer P₁) wird die Klappenscheibe 6 über die Welle 10 gegen

Abheben von dem Dichtsitz 14 abgestützt.

Die Dichtzone 12 der Klappenscheibe 6 ist von einem separaten Dichtungsring 42 gebildet, der gesondert in Fig. 7 dargestellt ist. Dieser Dichtungsring 42 ist zwischen einer Basisscheibe 44 der Klappenscheibe 6 und einem insbesondere scheibenförmigen, gegebenenfalls aber auch ringscheibenförmigen Klemmelement 46 eingespannt gehalten (s. hierzu Fig. 3 und 6) . Hierbei ist nun bevorzugt vorgesehen, daß der Dichtungsring 42 als Lamellendichtung aus mehreren paketartig aufeinanderliegenden Einzelscheiben 42a, 42b aus Stahl (Edelstahl) besteht. Bezüglich der oben beschriebenen Druckverhältnisse ist es hierbei vorteilhaft, wenn die auf einer Seite, insbesondere der Druckseite P₁, angeordnete erste Einzelscheibe 42b der Lamellendichtung 42 eine Dicke D₁ aufweist, die größer als die Dicke D₂ der übrigen Einzelscheiben 42a ist - siehe hierzu Fig. 6. Beispielsweise beträgt die Dicke D₁ der ersten Scheibe 42b etwa 1 mm, während die Dicke D₂ aller übrigen Scheiben 42a z.B. etwa 0,5 mm beträgt.

Wie sich noch aus Fig. 7 ergibt, sind die Einzelscheiben 42a, b im inneren Umfangsbereich des Dichtungsrings 42 an vorzugsweise mindestens drei über den Ringumfang gleichmäßig verteilten Verbindungsstellen 50 stoffschlüssig miteinander verbunden, und zwar insbesondere verschweißt. Vorzugsweise sind hierzu jeweils durch beidseitige Einschnitte 52 etwa radial angeordnete Zungen 54 gebildet, wobei die Verschweißung nur im Bereich der Zungen 54 erfolgt, um thermisch bedingte Verformungen der Scheiben zu vermeiden.

In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante können die Einzelscheiben 42a, b auch in ihrem Ringflächenbereich mit-

einander verstiftet bzw. vernietet sein.

In jedem Fall ist darauf zu achten, daß die beiden Ring-Stirnflächen plan bearbeitet sind, um sie zwischen Basisscheibe und Klemmelement 4 6 einspannen zu können.

Abschließend sei noch erwähnt, daß das Gehäuse 2 im wesentlichen hohlzylindrisch bzw. aufgrund relativ kurzer Strömungslänge ringscheibenförmig ausgebildet ist. Hierbei weist das Gehäuse 2 zwei stirnseitige, gegenüberliegende Dichtflächen 56 auf, die mit entsprechenden Gegendichtflächen von bestimmten, nicht dargestellten Drucksystemkomponenten, wie Rohrleitungen, Druckbehältern, Kesseln, Turbinen und dergleichen, verflanschbar sind.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

9089/VIl/bu Zwick GmbH Egerstraße 25, D-58256 Ennepetal Ansprüche

1. Klappenscheibenventil (1) für Medien unter Hochdruck und/oder Hochtemperatur, bestehend aus einem Gehäuse (2) mit einem Durchlaß (4) für das Medium und aus einer als Absperrorgan innerhalb des Durchlasses (4) angeordneten Klappenscheibe (6) , die über eine beidendig in gehäuseseitigen Drehlagern (8) geführte und sich quer durch den Durchlaß (4) erstreckende Welle (10) um eine Drehachse (X-X) derart verschwenkbar ist, daß sie in einer Öffnungsstellung mit ihrer Scheibenebene etwa entsprechend der Durchlaßrichtung verläuft und in einer Absperrstellung mit einer äußeren, umfangsgemäßen Dichtzone (12) dichtend mit einem umfangsgemäßen gehäuseseitigen Dichtsitz (14) zusammenwirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Drehlager (8) auf seiner dem Durchlaß (4) zugekehrten, inneren Seite (20) eine Lagervorabdichtung (22) derart vorgeordnet ist, daß ein die Welle (10) im Bereich des jeweiligen Drehlagers (8) umgebender Ringspalt gegen ein Eindringen von Medium aus dem Durchlaß (4) abgedichtet ist.

2. Klappenscheibenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lagervorabdichtung (22) eine zweiteilige Lagerbuchse

(24) mit einer die Welle (10) aufnehmenden Innenbuchse (26) und einer die Innenbuchse (26) aufnehmenden und in einer Lagerbohrung (16) des Gehäuses (2) sitzenden Außenbuchse (28) aufweist.

3. Klappenscheibenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß auf der inneren Seite (20) des jeweiligen Drehlagers (8) axial zwischen der Innenbuchse (26) und einem vorspringenden Endabschnitt (30) der Außenbuchse (28) ein verpreßbares Dichtelement (32) derart angeordnet ist, daß durch ein axiales Verpressen der Lagerbuchse (24) das Dichtelement (32) auch radial zwischen der Außenbuchse (28) und nach innen gegen die Welle (10) verpreßt wird.

4. Klappenscheibenventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drehlager (8) auf seiner von dem Durchlaß (4) entfernt liegenden Seite (34) ein zweites, äußeres Dichtelement (36) derart aufweist, daß dieses zweite Dichtelement (36) durch axiales Verpressen der Lagerbuchse (24) auch radial nach außen gegen die Lageröffnung (16) des Gehäuses (2) verpreßt wird.

5. Klappenscheibenventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste, innere Dichtelement (32) jeder Lagervorabdichtung (22) durch ein Dichtringpaket mit mindestens einem verformbaren, insbesondere aus einem

Kohlefasergeflecht oder Graphitgewebe bestehenden Dichtring (38) sowie mindestens einem relativ formstabilen, insbesondere aus vorgepreßtem Graphit bestehenden Dichtring (40) gebildet ist.

6. Klappenscheibenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtringpaket aus zwei verformbaren Dichtringen (38) und einem dazwischen angeordneten formstabilen Dichtring (40) besteht.

7. Klappenscheibenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtzone (12) der Klappenscheibe (6) von einem Dichtungsring (42) gebildet ist, der zwischen einer Basisscheibe (44) der Klappenscheibe (6) und einem scheiben- oder ringscheibenförmigen Klemmelement (46) eingespannt gehalten ist.

8. Klappenscheibenventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (42) als Lamellendichtung aus paketartig aufeinanderliegenden Einzelscheiben (42a,b) aus Stahl besteht.

9. Klappenscheibenventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelscheiben (42a,b) im inneren Umfangsbereich des Dichtungsrings (42) an vorzugsweise mindestens drei Verbindungsstellen (50) stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verschweißt sind.

10. Klappenscheibenventil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelscheiben (42a,b) in ihrem Ringflächenbereich miteinander verstiftet bzw. vernietet sind.

11. Klappenscheibenventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Seite, insbesondere einer Druckseite, angeordnete erste Einzelscheibe (42b) der Lamellendichtung (42) eine Dicke (D₁) aufweist, die größer als die Dicke (D₂) der übrigen Einzelscheiben (42a) ist.