DE2047888A1 - Ventildichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. VV. Sdimitz

8 München 15, Mozaristr. 23

Tel. 5 3805 86

Marshall Alexander Stiltner
6 32 Cliff Drive

Laguna Beach, Calif. 92651/USA 29. September 197o

Anwaltsakte M-I3o8

Ventildichtung

Die Erfindung geht aus von einem Ventil mit einem mit öffnungen versehenen Gehäuse und einem mit öffnungen versehenen Schieber, der im Gehäuse zwischen einer Betriebslage, in der die öffnungen miteinander ausgerichtet sind, und einer Betriebslage, in der die öffnungen voneinander getrennt sind, verschiebbar angeordnet ist, j

das j

wobei auf dem/Gehäuse oder den Schieber bildenden, ersten Bauteil ! eine ebene Fläche ausgebildet und in dem den Schieber bzw. das Gehäuse bildenden, zweiten Bauteil ein Gleitdichtring angeordnet ist, der die im zweiten Bauteil ausgebildete öffnung umschließt und an seiner ringförmigen Stirnfläche dichtend und gleitfähig an der ebenen Fläche des ersten Bauteils anliegt.

Es sind Ventile bekannt, bei denen in einem mit öffnungen versehen en Gehäuse ein mit öffnungen versehener Ventilschieber verschiebbar angeordnet ist, so daß die öffnungen entweder miteinander ausgerichtet oder voneinander getrennt werden können, und ein rohrförmiger, metallischer Gleitdichtring eine öffnung umgreift und mit einer ebenen Stirnfläche versehen ist, die dichtend an einer

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zugekehrten ebenen Fläche des Gehäuses oder des Ventilschiebers anf

liegt, um eine Strömungsmittelleckage zwischen dem Gehäuse und dem-Schieber zu unterbinden, j

Diese rohrförmigen Metallringe sind gewöhnlich in einer Bohrung
des Gehäuses oder des Schiebers angeordnet, und an der Außenwand
des Metallringes ist eine O-Ringdichtung vorgesehen, die eine Ströj mungsmittelleckage an der Außenseite des Metallringes vorbei ver- ' hindert. Um eine Mindestanpressung der ebenen Stirnfläche des rohr! förmigen Metallringes an der zugekehrten ebenen Fläche des Sch.e- j bers oder des Gehäuses zu gewährleisten, ist der rohrförmlge Mete..J₁ ring von einer Feder beaufschlagt, die den Metallring in der Bohrung nach außen drückt.

Beim öffnen derartiger Ventile wird der metallische Gleitdichtring, insbesondere wenn derartige Ventile für hohe Betriebsdrücke
eingesetzt werden, infolge des plötzlichen Strömungsmittelzustrom in das dichtende Ende des Gleitdichtringes mit starken Kräften beaufschlagt, die den Gleitdichtring entgegen der Kraft der Feder
nach innen in die Bohrung einzuschieben suchen. Infolge einer der j artigen Kraftbeaufschlagung werden die Gleitdichtringe so weit ηε?^Λ innen verschoben, daß die Feder zum Aufsetzen kommen kann, falls sie nicht sehr stark bemessen ist, und die ebene Stirnfläche des Gleitdichtringes sich von der zugekehrten ebenen Fläche des Schiebers
oder Gehäuses abhebt. Um dies zu vermeiden, sind starke Federn verwendet worden, die die ebene Stirnfläche des Gleitdichtringes mit
einer entsprechend starken Kraft gegen die zugekehrte ebene Fläche des Schiebers oder Gehäuses andrücken. Diese verhältnismäßig starke Anpreßkraft ist auch im Schließzustand des Ventils vorhanden,

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dc da.3 eine große Betätigungskraft auf den Ventilschieber ausgeübt v/erden muß, um die sich ergebenden Reibungskräfte zu überwinden.Zusätzlich führt die große Federkraft zu einem raschen Verschleiß der

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'!ebenen Flächen und zu einem Fressen und Verklemmen, falls das durch

das Ventil strömende Strömungsmittel die aneinander anliegenden ebenen Flächen nicht schmiert.

Je verwickelter die Anordnung der Durchlaßoffnungen des Ventiles und je größer infolgedessen die Anzahl der erforderlichen Gleitdichtringe ist, desto größer wird natürlich die Schwierigkeit, eine ausreichende' Betätigungskraft für den Ventilschieber aufzubringen, und desto häufiger muß eine Reparatur des Ventils oder ein Austausch einzelner Ventilteile vorgenommen werden.

Erfindungsgemäß soll ein Ventil der eingangs erwähnten Art geschaffen werden, bei dem der Ventilschieber mit einer geringen Betätigungskraft verschoben werden kann und der Verschleiß des Gleitdichtringes beträchtlich verringert wird.

¹BeI dem erfindungsgemäßen Ventil, bei dem der rohrförmige Gleitdichtring eine Ventilöffnung umschließt und mit seiner ebenen Stirnfläche gleitend und dichtend mit der zugekehrten ebenen Fläche des mit einer weiteren öffnung versehenen Schiebers oder Gehäuses zusammenwirkt, ist am Gleitdichtring eine nachgiebig federnde Dichtung «angeordnet, die in einer Bohrung zwischen einer Schulter des Gleitdichtringes und einer dieser zugekehrten Schulter des Gehäuses bzw. Schiebers einsitzt, und der Gleitdichtring ist ferner mit einem Kragen versehen, der in die Ventilöffnung hinein verläuft und mit einer Feder zusammenwirkt, die die ebene Stirnfläche des

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Gleitdichtringes in eine normale Anlage gegen die zugekehrte ebene Fläche des Schiebers oder Gehäuses drückt.

Bei dem erfindun^sgemäßen Ventil ist lediglich eine geringe Federkraft erforderlich, die ausreicht, eine Berührung zwischen denbbenen Flächen aufrecht 2u erhalten, und infolgedessen wird zum Verschieben des Ventilschiebers nur eine geringe Betätigungskraft benötigt, so daß, insbesondere bei einer automatischen Betätigung, eine beträchtliche Vereinfachung und Kostenverringerung erzielt wird, und bei einer Handbetätigung das Ventil ohne unzumutbar hohen Kraftaufwand verstellt werden kann und ohne daß stark untersetzte Betätigungsgestänge erforderlich sind.

Zusätzlich sind die Gleitdichtringe bei dem erfindungsgemäßen Ventil so aufgebaut, daß sie nicht infolge des plötzlichen Zustromes von unter hohem Druck stehenden Strömungsrnittels in ihrer zugehörigen Bohrung abgesetzt oder ständig zurückgedrückt bleiben können, und infolge des besonderen Aufbaues des erfindungsgemäßen Ventile wird eine ausreichende Aripreßkraft des Gleitdichtringes durch die öruckbeaufschlagten Flächen des Gleitdichtringes aufgebracht, so daß das erfindungsgemäße Ventil für unterschiedlichste Anwendungsfälle sowohl im Hoch- als auch im Niederdruckbereich geeignet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, und der nachfolgenden, beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeicp ielen,

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Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2, und

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht einer Gleitdichtringanord- j nung eines erfindungsgemäßen Ventils. _t

Das in den Figuren beispielsweise gezeigte Ventil enthält ein läng_r liches Gehäuse 1 von beliebiger Gestalt, das an unterschiedlichste! Tragvorrichtungen angebracht werden kann und zu diesem Zweck an entsprechenden Stellen mit Befestigungsnasen 2 versehen ist, in denen Öffnungen 3 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben ausgebildet sin<fl.

Im Gehäuse 1 ist eine rechteckige, in Längsrichtung verlaufende Steuerkammer 4 angeordnet. Das Gehäuse 1 kann aus komplementär geformten Gehäuseteilen 5 und 6 (s. Fig. J>) zusammengesetzt sein, die durch Senkkopfschrauben 7 miteinander verbunden sind, wobei Dichtungen 8 an den aneinander anliegenden Flächen angeordnet sind.An den Enden des Gehäuses 1 sind Stirnplatten 9 und 10 vorgesehen,die durch Senkkopfschrauben 11 am Gehäuse befestigt sind, wobei Dichtungen 12 zwischen den Stirnplatten und den zugekehrten Stirnflächen des Gehäuses eingesetzt sind.

Wie Fig. 3 zeigt, hat die Steuerkammer 4 einen im wesentlichen qua dratischen Querschnitt und ist an den Ecken mit in Längsrichtung des Gehäuses verlaufenden, parallelen Nuten Ij5 versehen, in denen entsprechend ausgebildete Rippen 14 einsitzen, die an den Ecken des Ventilschiebers I5 ausgebildet sind. Der Schieber 15 ist somit

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über die Rippen l4 in den Nuten 13 gleitfähig abgestützt und durchj eine Betätigungsvorrichtung in Längsrichtung verschiebbar. Zwischen den Tragflächen der Rippen 14 und der Nuten 15 sind Lager, beispielsweise Kugeln 14a angeordnet. ,

Gemäß den Figuren enthält die Betätigungsvorrichtung für den Schiejber 15 eine Betätigungsstange 16, die bei 17 mit dem Schieber 15 ; verbunden ist und durch eine abgedichtete öffnung l8 in der Stirnplatte 9 verläuft. Ein Hebel 19 ist bei 20 mit dem freien Ende der· Betätigungsstange 16 verbunden und über einen Lenker 21 am Gehäuse 1 befestigt, so daß sich der Schieber I5 bei einem Verschwenken \ des Hebels 19 in Längsrichtung'verstellt. Am anderen Ende des Schie bers 15 ist bei 23 eine Stellstange 22 befestigt, die durch eine aIj) gedichtete öffnung 24 in der Stirnplatte 10 verläuft. An der stelltstange 22 ist eine Schulter 25 ausgebildet, die- mit einem Federhalt ter 26 für eine Schraubenfeder 27 zusammenwirkt, wobei ein Feder- j ende am Federhalter 26 anliegt und das andere Federende mit einem . festen Anschlag 28 in einer Kappe 29 zusammenwirkt,die mit der j Stirnplatte 10 verbunden ist. Die Feder 27 drückt somit den Schieber 15 nach links (im Sinne der Fig. 2).

Die Durchlaßöffnungen im Gehäuse 1 und im Schieber 15 können nach [

i einem irgend erwünschten Muster verlaufen, um den Anforderungen | eines speziellen Anwendungsfalles Rechnung zu tragen. Bei dem ge- ! zeigten A us führ ungs be is pi el sind im Gehäuse 1 Durchlaßöffnungen j50 jjl, 32 und y$ ausgebildet, in denen jeweils eine Dichtungseinrichtung 35 angeordnet ist. Die Dichtungseinrichtungen 35, die weiter unten im einzelnen beschrieben werden, wirken dichtend mit einer

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i ebenen Fläche des Schiebers 15 zusammen, so daß im Schließzustand : des Ventile ein Strömungsmittelstrom in Längsrichtung der Kammer

j an dem Schieber 15 entlang verhindert und in der Öffnungslage des j Ventils der Strömungsmittelstrom auf den durch ofen Verlauf der

j Dure-hlaßöf fnungen im Schieber 15 vorgegebenen Strömungsmittelpfad

!zwischen den Durchlaßöffnungen 30, 21, 32 und 33 begrenzt wird.Bei dem gezeigten Ausfülirungsbeispiel ist der Schieber I5 mit zwei Durchlaßöffnungen 36 und 37 versehen, die durch die Dichtungen 35 vom Strömungsmittelstrom getrennt sind, wenn der Schieber unter der Kraft der Feder 27 in der einen Betriebsstellung liegt, während die Durchlaß Öffnungen 36 bzw. 37 eine Strb'mungsmittelverbindung zwischen den Gehäuseöffnungen 30, 3I und den Gehäuseöffnungen 32, 33 herstellen, wenn der Schieber I5 bei Betätigung des Betätigungshebels 19 im Sinne der Fig. 2 nach rechts verstellt wird.

Insoweit ist das Ventil nur als beispielsweiser Anwendungsfall einer Dichtungsanordnung 35 beschrieben worden, wobei das Ventil zwei relativ zueinander verschiebbare mit Durchlaßöffnungen versehene Bauteile enthält, die in Abhängigkeit von der Verschiebung eines der Bauteile zwischen einer ersten, geschlossenen Betriebsstellung ind einer zweiten, geöffneten Ventilstellung den Strömungsmittelstrom durch die Durchlaßüffnungen steuern. Es ist zwar ein Ventil mit einem Ventilschieber gezeigt und beschrieben, jedoch kann das Ventil auch ein mit Durchlaßöffnungen versehenes Gehäuse mit einer mit Durchlaßöffnungen versehenen Drehscheibe enthalten, die das veriichiebbare Bauteil bildet. Außerdem können die Dichtungsanordnungen 35 auch statt im ortsfesten Bauteil erwünschtenfalls im verschiebbaren Bauteil angeordnet sein.

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Erfindungsgemäß sind nun in einem derartigen Ventil die Dichtungs-, anordnungen 35 angeordnet, die im einzelnen am deutlichsten in Fig. 4 gezeigt sind, wobei der Aufbau und die Anordnung sämtlicher Dich* tungsanordnungen 35 anhand der in der Durchlaßöffnung 30 angeordne'ten Dichtungsanordnung beschrieben und gezeigt wird.

Im einzelnen enthält die Dichtungsanordnung 35 einen ringförmigen Hauptabschnitt 40, der mit einer ebenen Stirnfläche 4l versehen ist, die gleitend und dichtend mit der zugekehrten ebenen Fläche 42 des Schiebers I5 zusammenwirkt. Der Hauptabschnitt 40 ist in einer Bohrung 43 im Gehäuse 1 angeordnet. Die Bohrung 43 endet in einer Ringschulter 44, die einer am Hauptabschnitt 40 ausgebildeten Schulter 45 zugekehrt ist. In Axialrichtung der Bohrung 4.3 verläuft vom Hauptabschnitt 40 ein Kragen 46, der sich in die Durchlaßöffnung 30, oder genauer gesagt in eine abgestufte Bohrung ¹IJ hinein erstreckt, in der eine Schulter 48 ausgebildet ist, die von dem Ende des Kragens 46 auf Abstand gehalten ist. Zwischen der Schulter 48 und dem Ende des Kragens 46 ist eine Schraubendruckfeder 49 eingesetzt, die zumindest einen geringen Anprei3druck der ebenen Dichtfläche 4l mit der ebenen Fläche 42des Schiebers I5 erzeugt.

Die sich zugekehrten Schultern 44 und 45 der Bohrung 43 und des Hauptabschnittes 40 bilden gemeinsam mit der Wandung der Eohrun-; und dem Außenumfang des Kragens 46 einen Ringraum, in dem eine dichtung, die einen nachgiebigen O-Ring 50 enthält, angeordnet ist. Der O-Ring 50 wirkt dichtend mit d er Wandung der Bohrung 43 und

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!des Kragens 46 zusammen, und Stützringe 5I und 52 sind zwischen dem

G-Ring 50 und der Schulter 44 bzw. 45 angeordnet, um ein unerwünschtes Herauspressen des O-Ringes zu unterbinden.

In Axialridi tang verläuft durch den Hauptabschnitt 40 und den Kra- ' gsn 46 ein Kanal 53, der eine nach innen geneigte Fläche 54 enthält}, die von der Verbindungsstelle mit der ebenen Dichtfläche 41 nach _; innen zu einer Verbindungsstelle mit einer zylindrischen Wandung ι 55 des Kragens 46 verläuft. i '

Unter der Annahme, daß die Durchla3öffnung JO eine Druckeinlaßöff-

I nung ist, und bei statischer Druckbeaufschlagung, also im Schließ- 1

zustand des Ventils, setzen sich die an der Dichtungsanordnung j55

angreifenden Kräfte, die eine dichtende Berührung zwischen der ebe-n

η en Stirnfläche 41 und der ebenen Fläche42 des Schiebers 15 aufrechterhalten, aus der Kraft der Feder 49 und der Druckkraft zusam-t .",en, die durch den an der ringförmigen Stirnfläche des Kragens 46
...ncl an der Ringfläche der Schulter 45 des Hauptabschnitts 40 angreifenden Strömungsmitteldruck hervorgerufen wird.

Die in entgegengesetzter Richtung wirkenden Kräfte sind diejenigen Druckkräfte, die sich aus dem an den in der Projektion ringförmigen Flächonberoich der konvergenten Wand 54 des Hauptabschnitts 40 an- i , reifenden Betriebsdruck und einen mittleren Druck ergeben, der
■■weh einen an der ringförmigen, ebenen Stirnfläche 41 des Hauptabrjchnittt; 40 vorhandenen Druokgradloriteri gegeben ist. Infolgedessen l;.\, eine unausgeglichene Belastung vorhanden, die eine Strömungs- i

i nittolleckage zwischen der ebenen Dichtungsfläche 41 und der Schie-I

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fläohe 42 zu verhindern sucht, no daß eine schwache Feder 49 verj

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- 10 '-wendet werden kann, die lediglich für eine geringe, anfängliche Anj-

pressung der ebenen Flächen 41 und 42 im drucklosen Zustand sorgt;.'

ι Da die Feder 49 schwach bernessen sein kann, so daß sie lediglich eine geringe Belastung auf die Gleitdichtringe ausübt, ist die j zur Verstellung des Schiebers 15 oder eines anderen verschiebbaren Ventilbauteils erforderliche Kraft äußerst gering, so daß bei auto» matisehen Systemen einfache, leichtungsschwache Batätigungsvor- : richtungen verwendet werden können. Im Falle nicht-schmierender ' ': Strömungsmittel wird zusätzlich, insbesondere bei hohen Verstellgeschwindigkeiten, ein Fressen der Bauteile unterbunden.

Da die Kraftverhältnisse an der Dichtungsanordnung j55 eine Funktion der Relativflächen der Stirnfläche 41 und der Schulter 45 sind, ist es möglich, die Dichtungsanordnung in einfacher Weise so abzuwandeln, daß das Ventil in zufriedenstellender Weise in unterschiedlichsten Anwendungsfällen und mit unterschiedlichsten Drücken. verwendbar jäb. ^!

j Infolge der besonderen Ausbildung der Dichtungsanordnung 35 muß darüber hinaus die Kraft der Feder 49 nicht so groß sein, daß bei | Umkehr der Strömungsrichtung, d.h., wenn das Strömungsmittel gemäß Fig. 4 aus der Durchlaßöffnung ~$6 in die Dichtungsanordnung 35 ein·!· strömt, eine nach innen gerichtete Verschiebung des Gleitdichtringes verhindert wird.

In diesem Falle nämlich wird der Neigung des Hauptabschnittes 40,

sich infolge des beim öffnen des Ventiles plötzlich einsetzenden

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3trübungsmittelZustroms in der bohrung 4 3 nach innen zu verschieben, zunächst durch die O-Ringdichtung 50 entgegengewirkt, die den -Hing-•raum zwischen den Schultern 44 und 45, der Wandung der Bohrung 43 ;und dem Außenumfang des Kragens 46 im wesentlichen ausfüllt. Innerhalb eines Bruchteiles einer Sekunde nach dem Öffnen des Ventils lie.;·; der Betriebsdruck am Gleicdichtring an und erzeugt das oben erwähnte Kräfte-Ungleichgewicht, durch das die Dichtflächen 41 und 42-in gegenseitiger dichtender Anlage gehalten werden. Infolgedessen werden bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 35 die bei den bekannten Dichtungen'beobachteten Schwierigkeiten des Ansetzens der Dichtungen vermieden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1Δ Ventil mit einem mit Durchlaßöffnungen versehenen Gehäuse und einem mit Durchlaßöffnungen versehenen Schieber, der im Gehäuse zwischen einer Betriebslage, in der die Durchlaßöffnungen miteinander ausgerichtet sind, und einer Betriebslage, in der die öffnungen voneinander getrennt sind, verschiebbar angeordnet ist,

   das

   wobei auf dem/Gehäuse oder den Schieber bildenden, ersten Bauteil eine ebene Fläche ausgebildet und in dem den Schieber bzw. das Gehäuse bildenden, zweiten Bauteil ein Gleitdichtring angeordnet ist, der die im zweiten Bauteil ausgebildete Durchlaßöffnung umschließt und an seiner ringförmigen Stirnfläche dichtend und gleitend an der ebenen Fläche des ersten Bauteils anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Bauteil (1) eine Bohrung (4 3) mit einer Ringschulter (44) ausgebildet und der Gleitdichtring (35) mit einer der Schulter der Bohrung zugekehrten, äußeren Ringschulter (44) versehen ist, daß am Gleitdichtring ein in Axialrichtung von der äußeren Schulter in die Durchlaßöffnung (3o) des zweiten Bauteils (1) verlaufender Kragen (46) angeordnet ist, und daß zwischen den Schultern (44,4 5) eine nachgiebige Dichtung (5o,51,52) eingesetzt ist, die den

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   j Kragen (46) umschließt und die Bohrung (43) zwischen der Außen-

   I fläche des Gleitdichtringes (35) und dem zweiten Bauteil (l) abr-

   I dichtet und dadurch die Einschubbewegung des Gleitdichtringes !

   j (35) in die Bohrung (43) begrenzt. f

   ^!2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleit-

   I dichtring (35) aus Metall besteht.

   3· Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Bauteil (1) eine zweite Schulter (48) in der Durchlaßöffnung (30) ausgebildet und zwischen der Schulter (48) und dem inneren Endecbs Kragens (46) eine Druckfeder (49) angeordnet

   ■4. Ventil nach einenfäer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

   i zeichnet, daß die nachgiebige Dichtung (50,51,52) einen O-Ring j (50) und zwei Stützringe (51,52) enthält, die jeweils zwischen J einer der Ringschultern (44,45) und dem O-Ring (50) einsitzen.

   ^;3. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-ι zeichnet, daß der den Gleitdichtring (35) durchsetzende Kanal (35) schmaler als der Innendurchmesser der ringförmigen Stirn- ¹ fläche (41) des Gleitöichtringes (35) ist, wobei der Innenumfang i der Stirnfläche (4l) über eine nach innen geneigte Fläche (54) J mit dem Kanal (55) verbunden ist, und daß die Ringfläche der am

   j Gleitdichtring (55) ausgebildeten Ringschulter (45) größer als die Ringfläche der Stirnfläche (41) des Gleitdichtringes (35) ist.

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