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Die
Erfindung betrifft einen Schieber nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Schieber
gehören
zu den Absperrorganen. Dies sind hand- oder maschinenkraftbediente
Vorrichtungen zum Absperren oder zur Freigabe strömender Flüssigkeiten,
Gase oder Dämpfe,
aber auch zum Regeln der Durchflussmenge oder als Abschluß von Druck- oder Vakuumräumen. Absperrorgane werden
nach der Schließrichtung
des Dichtkörpers unterschieden:
Ventile und Klappen schließen
entgegen der Strömung;
Schieber besitzen quer zur Strömung
in geradlinigen Führungen
bewegte Abschlusskörper.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen solchen Schieber, also
ein Absperrorgan, bei dem das Absperrelement senkrecht zum Strömungsfluss
bewegt wird. Solche Schieber werden vorzugsweise bei größeren Rohrdurchmessern
eingesetzt, wobei die Durchmesser durchaus 50 cm oder noch größer sein
können.
Die beweglichen Absperrorgane der größeren Schieber werden auch
Dichtplatten genannt. An Vakuumrezipienten müssen die Querschnitte der abzusperrenden
Rohrleitungen oft besonders groß dimensioniert
werden, da nur durch große
Querschnitte hohe Absaugleistungen erreichbar sind. Ferner können größere Teile
in den Vakuumraum eingeschleust werden. Sollen solche großen Querschnitte,
die ggf. rund oder viereckig mit abgerundeten Ecken ausgebildet
sind, abgesperrt werden, sind großflächige Dichtplatten notwendig.
Diese Dichtplatten sind in Führungen
linear verschiebbar, welche als Gleitlager- oder Wälzlagerführung ausgeführt sind.
Zum Schließen
werden sie in den Rohrflansch und damit in die Strömung geschoben
und zum Öffnen
aus der Strömung
heraus in ihr Gehäuse zurückgezogen.
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Aus
der Internetseite www.vat.ch (Seiten ausgedruckt am 23. 11. 02)
sind Schieber bekannt, die dort als „Series 10: UHV gate valve", „Series
16: Pendulum valve" oder
Series 12: Vacuum gate valve" bezeichnet
werden. Der Antrieb der Dichtplatten kann dabei entweder mechanisch über Hebel
und Übersetzungen
oder elektromechanisch oder hydraulisch über Motoren erfolgen. Gemeinsam
ist diesen Schiebern, dass sie je ein Gehäuse aufweisen, welches die
verschiebliche (Serien 10 und 12) oder verdrehbare (Serie 16) Dichtplatte
in Öffnungsstellung
aufnimmt. Die Gehäuse
haben ebene Wände. Die
Wände des
Gehäuses
der „Series
10: UHV gate valve" sind
zusätzlich
mit Rippen zur Verstärkung oder
Versteifung versehen.
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Nachteilig
an ebenen Wänden
ist, dass der im Vakuumbetrieb auf sie wirkende äußere Luftdruck die Wände verformen
kann. Dies kann zu einer Verformung der Dichtflächen im Schiebegehäuse und damit
zu Undichtigkeiten zwischen Gehäuse
und Dichtplatte führen.
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Die
Verstärkungsrippen
verteuern die Herstellung des Produkts, da nun keine einfachen Bleche,
sondern komplizierter aufgebaute Strukturen verwendet werden müssen.
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Auch
aus der
US 3,638,908 sind
Schieber für runde
Flansche bekannt, deren ebene Gehäusewände mit Rippen verstärkt sind.
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Aus
der
US 3,372,903 ist
ein Schieber bekannt, dessen Gehäuseform
zylindrisch ist. Seine Tiefe (Abmessung in Strömungsrichtung) ist jedoch deutlich
größer als
die lichte Weite der abzusperrenden Rohrleitung. Dieses Gehäuse braucht
daher extrem viel Platz, so dass es für beengte Einbauverhältnisse
oder für
große
Rohrdurchmesser nicht geeignet ist.
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Aus
der
DE 1 928 585 B ist
ein Schieber für Absperrschieber-Armaturen bekannt
mit einem Schiebergehäuse,
bestehend aus einem Mittelteil und zwei gleichachsigen Durchflusstutzen.
Der Gehäusemittelteil
ist topfartig einteilig hergestellt und besteht aus einem erweiterten
Oberteil und einem etwa rechteckigen Unterteil. Das Oberteil ist
etwa rotationskörperartig
erweitert und am oberen Rand mit einem Flansch versehen, welcher
zur Befestigung eines eine Spindel tragenden Aufsatzes dient. Der
Gehäuseunterteil
besitzt quer gerichtete Flachwände,
in welchen Anschlussausnehmungen für die zylindrischen Durchlaufstutzen
vorgesehen sind. In den inneren Stutzenenden sind Sitzringe eingesetzt,
die entsprechend der Neigung eines keilförmigen Verschlussgliedes schräg angeordnet
sind.
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Aus
der
US 3 632 084 B ist
ein Schieber für Pipelines
bekannt, mit einem Schiebergehäuse,
dass zwei im Abstand zueinander angeordnete Seitenwände aufweist.
Im mittleren Bereich der gegenüberliegenden
Seitenwände
befinden sich kreisförmige Öffnungen,
in welchen die Rohrstutzen angeschweißt sind. Zwischen den beabstandeten
Seitenwänden
ist ein Schieber zwischen einer Öffnungs- und
einer Schließstellung
verschiebbar geführt.
An dem sich beiderseits der Rohrstutzen erstreckenden Abschnitten
der gegenüberliegenden
Wandungen des Schiebergehäuses
sind Kugelsegmente aufgeschweißt,
welche als Verstärkungselemente
für das Schiebergehäuse gegenüber den
im Gehäuseinneren
wirkenden Drücken
dienen. Zusätzlich
weisen die beanstandeten Gehäusewandungen
Durchgangsbohrungen zu den äußeren Kugelsegmenten
auf, so dass der im Gehäuse
herrschende Innendruck auch auf die inneren Wandungen der Kugelsegmente wirkt.
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Aus
der
US 3,905,082 oder
der
US 3,957,246 sind
Schieber bekannt, deren die Dichtplatten aufnehmende Gehäuse nach
außen
ausgebuchtete Wände
aufweisen. Die Gehäuse
sind durch Innenhochdruckumformung aus flachen, vormals ebenen Quadern
erzeugt worden, so dass ihre großflächigen Breitseiten zweidimensional
nach außen gewölbt und
die schmalen Längsseiten
im wesentlichen eben geblieben oder nur leicht nach innen verformt
sind. Die Wände
können
so besser dem Außendruck
standhalten. Auch bauen diese Gehäuse in ihrer Tiefe (in Strömungsrichtung)
relativ schmal, so dass der Schieber nur wenig Platz braucht. Dieser Gegenstand
bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
kritischste Stelle des Schiebers ist der Bereich der Gehäuseflansche
zwischen denen die Dichtplatte beim Öffnen des Schiebers durchbewegt wird.
In diesem Bereich müssen
die Flansche freitragend gestaltet werden. Damit im geschlossenen
Zustand des Schiebers die Dichtplatte entlang der Dichtfläche im Gehäuse exakt
anliegt, muß der
freitragende Bereich der Flansche durch geeignete Maßnahmen
so versteift werden, dass dieser die nicht unerhebliche Last durch
den äußeren Luftdruck
ohne Verformung aufnehmen kann. Dieses Problem soll bei den bekannten
Schiebern dadurch kompensiert werden, dass zwischen den Wänden und
dem Rohrflansch nochmals eigene, massive Montierflansche vorgesehen
sind. Dies verteuert jedoch die Herstellkosten und führt zu einer
Vergrößerung der
Gesamttiefe des Schiebers und des Gewichts.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schieber
vorzuschlagen, bei dem die Verformung der Dichtflächen durch
den Luftdruck vermieden ist, wobei auf gesonderte Montierflansche
verzichtet werden soll und auch die Bautiefe nicht zu groß ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von Schieber
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß sind die
Breitseiten (die größten Seiten)
des Gehäuses
zylindrisch gewölbt und
die dem Flansch zugewandten Seiten eben und diese Wölbung abdeckend
ausgebildet. Dies führt dazu,
dass die stabilisierende Wölbung
nicht nur in der Mitte, sondern auch und gerade an dem Rand der Gehäuseöffnung vorliegt,
der den Dichtflächen
benachbart ist. Dadurch kann die Form des Gehäuses die Dichtflächen stützen und
verhindern, dass die Dichtflächen
aufgrund des wirkenden Luftdruckes verformt werden. Höhere Dichtheit
der Schieber wird also mit weniger Material erreicht. Die Steifigkeit
der erfindungsgemäßen Lösung entspricht
der Steifigkeit von vollständig
zylindrisch geformten Gehäusen.
Dabei beträgt
der Platzverbrauch in Tiefenrichtung aber nur einen Bruchteil des
Platzverbrauches eines ganzen Zylinders.
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Erfindungsgemäß haben
die Schiebergehäuse
auf ihren „Breitseiten", also auf den größten Seiten,
die den stärksten Belastungen
durch den Luftdruck ausgesetzt sind, gewölbte Seitenwände. Hierdurch
ist erreicht, dass die von außen
auf die Seitenwände
wirkenden Kräfte
gleichmäßig verteilt
werden, so dass ein Verziehen des Flansches des Gehäuses und
damit ein Verschieben der Dichtungen im wesentlichen ausgeschlossen
sind.
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Die
zylindrischen Wölbungen
können
nach außen
(konvex) oder nach innen gerichtet (konkav) sein. In beiden Ausführungen
gelingt es, auch bei geringen Materialstärken eine sichere Aufnahme
der zusätzlichen
Kräfte
zu erreichen, So kann auf aufwändige
Verstärkungen über Rippen
und Mehrmaterial verzichtet werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene
Wölbung
des Materials reicht vollkommen aus, um noch mit geringen Wandstärken die
hohen Kräfte
aufzufangen und so gleichmäßig in das
Gehäuse
einzuleiten, so dass ein Verzug des Flansches und damit eine Undichtigkeit
vermieden wird.
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Die
erfindungsgemäß gewölbten Breitseiten sind
Abschnitte von Zylindern und können
kleiner (weniger tief) als Halbzylinder sein. Der Krümmungsradius
der Breitseiten ist also in der Regel größer als die Tiefe der Gehäuseseite.
Dies ergibt eine geringe Bautiefe in Strömungsrichtung, so dass der
erfindungsgemäße Schieber
auch in Fällen
beengter Verhältnisse
oder großdimensionierter
Rohre einsetzbar ist. Es können
kreiszylindrische Flächen,
also solche mit einem Krümmungsradius,
oder auch Flächen
mit unterschiedlichen Krümmungsradien
verwendet werden. Auch senkrecht dazu kann die Fläche eben
ausgebildet oder mit Krümmungen
versehen sein.
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In
einer Ausführung
der Erfindung ist die dem Flansch zugewandte Unterseite des Gehäuses und eventuell
auch die gegenüberliegende
Oberseite der Wölbung
entsprechend ausgebildet. Die Ober- und Unterseiten springen also
nicht hervor und benötigen nicht
mehr Platz als die Breitseiten, so dass die Gesamttiefe des Schiebers
nicht wesentlich größer ist als
zweimal die Tiefe der Breitseite plus der Dicke der Dichtplatte.
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In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung ist zumindest die dem Flansch zugewandte Unterseite
des Gehäuses
der Wölbung
entsprechend ausgebildet. Ist die Zylinderabschnitt der Breitseite
konvex, so hat auch die daran angrenzende Unterseite eine entsprechend
gekrümmte
Kante und ist nach außen vorspringend.
Ist der Zylinderabschnitt konkav, ist auch die Unterseite in ihrer
Mitte eingezogen ausgebildet. Diese Ausführungen vermeiden vorspringende
Kanten und beschränken
den Platzbedarf auf das Notwendigste.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die
Wölbung
des Gehäuses
bis nahe an den Flansch des abzudichtenden Elements herangeführt. Dazu
eignet sich die erfindungsgemäße eindimensionale
zylindrische Form der Breitseiten besonders gut, insbesondere, wenn
die Zylinderlängsrichtung
parallel zur Bewegungsrichtung der Dichtplatte verläuft. Dadurch
wirkt die Verstärkung
in unmittelbarer Nähe
des Flansches, wo die besonders empfindlichen Dichtlippen liegen.
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In
jedem Fall ist durch die Krümmung
sichergestellt, dass die auf das Gehäuse von außen wirkenden Kräfte gleichmäßig auf
die Trennwand oder die Flanschwand zum Rezipienten hin verteilt
werden. Die Erfindung bewirkt so ein Entstehen von Zugkräften bzw.
Druckkräften
in der Seitenwand des Gehäuses,
die einer Durchbiegung dieser Seitenwand entgegen wirkt. Dadurch
sind Verformungen der Seitenwand und Undichtigkeiten vermieden.
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Weitere
Ziele, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen.
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Es
zeigen:
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1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schiebers
in perspektivischer Darstellung und
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2 eine weitere Ausführungsform
eines Schiebers nach der Erfindung.
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Der
Schieber zum Anbringen an einen Vakuumrezipienten gemäß 1 weist einen abzudichtenden
oder zu öffnenden
Rohrflansch 8 mit rechteckigem Querschnitt auf. Der Schieber
besitzt ein Gehäuse 4,
in dem eine Dichtplatte 2 in Öffnungsstellung aufnehmbar
und bei dem hier gewählten
Ausführungsbeispiel
von oben nach unten bewegbar ist.
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Das
Gehäuse 4 ist
quaderförmig
und wird hier von den zwei großen
Breitseiten 12, den Längsseiten 10,
der Unterseite 14 und der Oberseite 16 gebildet.
Die Bewegung der Dichtplatte 2 erfolgt über einen Antrieb 6.
Die Flansche 8 liegen im Strömungsweg und enthalten als
Wälz- oder
Gleitlager ausgebildete Führungen 8a für die Dichtplatte 2.
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Der
Schieber der 1 erfüllt seine
Funktion des Öffnens
der Durchgangsöffnung
im Flansch 8 dadurch, dass der Antrieb 6 die Dichtplatte 2 nach oben
in das Gehäuse 4 hebt,
den Rohrquerschnitt also öffnet.
Zum Schließen
wird die Dichtplatte 2 aus dem Gehäuse 4 heraus nach
unten in den Bereich der Flansche 8 verschoben.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass das Gehäuse 4 an
seinen Breitseiten 12 konvex geformt ist, hier also eine
Konvexformung in einer Dimension bzw. eine Zylinderform vorliegt.
Der Zylinder kann einen oder unterschiedliche Radien haben. Die Unterseite 14 ist – wie die
Oberseite 16 – als
ebenes Bauteil (bevorzugt aus einem Blech) ausgebildet, dessen nach
vorne weisende Kontur der Kontur des Zylinders der Breitseite 12 entspricht.
Diese zylindrische Wölbung
der Unterseite 14 reicht völlig aus, um den auf dem Gehäuse lastenden
Luftdruck Stand zu halten, so dass sich die Dichtfläche des
Flansches 8, die sich hinter der konvexen Unterseite 14 befindet, nicht
verschiebt, sondern eben bleibt und damit eine ausreichende Dichtwirkung
an der verschieblichen Dichtplatte 2 beibehält. Diese
kritische Stelle an der Oberseite des Flansches 8 wird
durch den auf das Gehäuse 4 wirkenden
Luftdruck nicht verformt, sondern behält ihre Form bei und erlaubt
dadurch ein dichtes Anliegen der Dichtflansche an der Dichtfläche 2.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei
mit gleichen Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnet sind. Im Ausführungsbeispiel
der 2 sind die Breitseiten 12 des
Gehäuses 4 nicht
konvex sondern konkav geformt. Wiederum ist die Ausrichtung des
Zylinders parallel zur Bewegungsrichtung der Dichtplatte 2,
so dass an der Unterkante der konkav geformten zylindrischen Breitseite 12 eine
dazu senkrecht stehende steife (metallische) Unterseite 14 vorgesehen
ist, die ein Verformen der Dichtlippe im Flansch 8 sicher
verhindert.
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Die
Oberseite 16 hat die gleiche Kontur wie die Unterseite 14.
Auch sie ist eben, aber nach innen eingezogen geformt. Die Längsseiten
sind bei diesem Ausführungsbeispiel
etwas tiefer (in Strömungsrichtung)
als in 1. Die Gesamttiefe
des Schiebers der 2 ist
aber gleich der Tiefe des Schiebers der 1.
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- 2
- Dichtplatte
- 4
- Gehäuse
- 6
- Antrieb
- 8
- Flansch
- 8a
- Führung
- 10
- Längsseite
- 12
- Breitseite
- 14
- Unterseite
- 16
- Oberseite