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Abdichtung einer Absperr- bzw. Regelklappe mittels eines Ò-Ringes
Angeme det am 26. 8. 1969 (A Beginn der Patentdauer: U!a eine Absperr- oder eine
Regelklappe völlig gasdicht auszubilden, stattet man deren Dichtfläche mit einer
Weichdichtung aus. Herkömmliche Bauarten sind jedoch oft nur begrenzt einsetzbar.
Bei bekannten Konstruktionen wird das Dichtungselement, z.B. ein O-Ring od. dgl.,
mit Hilfe eines Halteringes an die Klappenscheibe angepreßt, sodaß eine zweigeteilte
Nut das Dichtungselement aufnimmt. Daraus ergibt sich, daß für die elastische Verformung
bei der Abdichtung
der Klappe, ferner beim Dehnungsausgleich, bei
Auftreten von Temperaturdifferenzen u.s.f. nur jener Teil des Dichtungselementes
fGr die Dic'atungsfunktion herangezogen werden kann, der aus der Nut hervorragt.
Dies erfordert eine sehr genaue Einstellung der Klappe, die am Einbauort meist nicht
möglich ist, sowie hohe Losbrechdrehmomente zum Öffnen der Klappe aus der Schließstellung.
Eine starke Abnützung des Dichtungselementes ist die Folge.
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Von der Klappenfunktion her gesehen, soll das Dichtungselement möglichst
weich sein, um die erwähnten Schwierigkeiten zu beheben. Ein weiches Dichtungselement
war aber bisher auf einfache Weise nur für geringe Differenzdrücke verwendbar, weil
es beim Öffnungsvorgang nicht in seiner Halterung bleibt, sondern durch den Druck
daraus entfernt wird.
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Die Möglichkeit, aucL höhere Differenzdrucke gasdicht abzuschließen,
erhält man gegebenenfalls dadurch, daß man härtere oder armierte Werkstoffe für
das Dichtungselement verwendet. Diese erfordern aber nicht nur noch. höhere Losbreohdrehmomente,
sondern wirken eish auch ungünstig auf die Klappenfunktion aus (großer Sprung in
der Öffnungscharakteristik).
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Es aind ferner bereits Eonstruktionen bekannt, die wohl höhere Differenzdrücke
gasdicht bei geringen Losbrechdrehmomenten abschließen, die aber einen sehr hohen
konstruktiven Aufwand, z.B.
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wegen der Notwendigkeit einer Hiltseteuerung für das Dichtungselement
im Schließzustand, erfordern.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine wirtschaftlich günstige Lösung
der BStriebserfordernisse zu erhalten, und dennoch eine einfache und dabei nicht
störanfällige Konstruktion zu schaffen. Ausgehend nun von einer Abdichtung einer
Absperrt klappe bzwO Regelklappe mittels eines O-Ringes aus weichem Material besteht
das Wesentliche der Erfindung dwin, daß der O-Ring in der vorzugsweise schwalbenschwanzförmigen
Gut der einteilig ausgebildeten Klappe ang@ordnet ist, wobei der Querschnitt der
Nut größer als der Querschnitt des Q-Ringes ist.
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Von Vorteil ist es hiebei, daß die Nut mit Druokentlastungsbohrungen
versehen ist, die von der Butbasis zur Niederdruckseite der Klappe führen. In weiterer
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abdichtung ist an der Nutbasis eine die Entlastungsbohrungen
verbindende Entlastungsnut vorgesehen, deren Breite größer als die Abrißhöhe des
O-Ringes zwischen der Klappenscheibe und dem Klappensitz ist.
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Ein Ausführungsb@ispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nun
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen Fig. 1 einen Schnitt durch
eine Absperrklappe zeigt. Fig. 2 veranchaulicht in groberem Maßstab die erfindungswichtigen
Teile der Absperrklappe in Schließstellung. Fig. 3 entspricht der Fig. 2, zeigt
jedoch die Klappe während des Losreissens vom Klappensitz. Fig. 4 veranschaulicht
schließlich die Klappe außerhalb des Klappensitzes.
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Die in Fig. 1 gezeigte Klappe K ist mit einer Weichdichtung in Form
eines O-Ringes versehen und exzentrisch gelagert, um den O-Ring an der Klappenwelle
W vorbeiführen zu können. Der Klappensitz S ist kegelstumpfförmig oder konvex, jedenfalls
nicht konkav ausgebildet, wie es der Anordnung der Drehachse entsprechen wUrde,
damit der O-Ring allmählich auf seine maximale Pressung gebracht werden kann. Der
Klappensitz weist an beiden Seiten Eingleitschrägen E oder Rundungen auf, bzw. kann
der Sitz so gestaltet sein, daß er in Verbindung mit der kreisförmigen Bewegung
des Klappenscheibenumfanges ein leichtes Eingleiten des 0-Rlagos ermöglicht. durch
baut eioh auch das Losbrechdrehmoment beim öffnen der Klappe kontinuierlich und
nicht plötzlich ab, sodaß ein
steiler Sprung in der Öffnungscharakteristik
vermieden ist.
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Als Material für den Klappensitz S kommen vorwiegend rostfreie Werkstoffe
in Betracht, um eine Beschädigung des O-Ringes zu vermeiden. Um die Reibung im Bereich
der Schließstellung gering zu halten, bietet sich auch eine Beschichtung mit Kunststoffen,
z.B. mit PVC. PTFE u.dgl., an. Ebenso bietet sich Galvanisieren der Oberfläche,
(z.B. Hartverchromen, Verkedmen etc.) an.
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Der 0-Ring 0 ist, wie erwähnt, in einer Nut N gehalten, die schwalbenschwanzförmig
ausgebildet ist. Wenn sich die Klappenscheibe K nicht in ihrer Schließstellung befindet,
liegt der O-Ring lose verschiebbar in dieser Nut (Fig. 4). Eine gleichmäßige Pressung
in Schließstellung am gesamten Umfang der Klappensoheibe ergibt sich somit von selbst,
weil sich der 0-RiAS der Mit entsprechend anpassen kann (Fig. 2).
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Ist die Klappenscheibe in Schließstellung, so füllt auch dann der
0-Ring die Nut N noch nicht vollkommen aus, d.h. der Querschnitt des 0-Ringes ist
geringer als der Querschnitt der Nut. Aufgrund dieser Maßnahme
bleibt
die Elastizität dee Ringes in seinem gesamten Querschnitt erhalten, die dieser zur
Ausübung einer einwandfreien Dichtungsfunktion unbedingt erfordert, Um nun den O-Ring
auch beim Öffnen (Fig. 3) in seiner Nut N festzuhalten, ist in an sich bekannter
Weise eine Druckentlastung vorgesehen. Die 0-Ringnut N ist zu diesem Zweck an ihrer
Basis mit eine Entlastungsringnut R) versehen die durch eine An zahl von Bohrungen
B1 mit der Niederdruckseite der Klappe verbunden ist Für die erfindungsgemäße ßusbildung
der Absperr- bzw. Regelklappe ist es von besonderer Bedeutung, das diese Nut R 1
nicht von zwei voneinander unabhängigen Teilen gebildet wird, d.h., daß die Klappenscheibe
K im Bereich der 0--Ringnut N und R 4 zweigeteilt ist0 Weiters kann im Bedarfsfall
und ohne irgendwelche Nachteile eine Druckdifferenz mit wechselnder Richtung zugelassen
erden, aofern mit Bohrungen B2 eine zweite gleichartige Entlastungsringnut R 2/vorgesehen
wird0 Die erfindungsgemäße Absperr- und Regelklappe wirkt wie folgt: Solange die
Stellung der Klappenscheibe K derart ist, daß sich der 0-Ring 0 gänzlich innerhalb
des Elappensitses S befindet (Fig. 2), kann er auch bei Fehlen einer Entlastungsnut
trotz
hoher Differenzdrüke nicht aus seiner Nut N gezogen werden
Sobald aber die Klappenscheibe beim Öffnen mit dem O-Ring den Sitz S verläßt, würde
der O-Ring bei hohem Differensdruck durch den immer größer werdenden Spalt aus seiner
Nut in den Niederdruckraum der Klappe gepreßt werden, Daran ändert auch die schwalbenschwanzförmige
Ausbildung der 0-Ringnut prinzipiell nichts, weil sie lediglich zur Aufnahme dynamischer
Kräfte dient. Die Entlastungsring nut R hält den O-Ring aber beim Öffnen in seiner
Nut N uO zw. dadurch, daß die Ringnutbreite b größer ist als die sogenannte "Abrißhöhe"
h des O-Ringes zwischen der Klappenscheibe K und dem Klappensitz S. Die Kraft. die
den O-Ring nun in eine Spalte drückt, ist gleich dem Produkt aus Spaltfläche und
Differenzdruck. Da die Durchmesser der beiden Nuten N (außen) und R praktisch als
gleich angenommen werden können, ist also, wenn die Ringnutbreite b größer als die
Abrißhöhe h ist, die Kraft, die den 0-Ring 0 in die Ringnut R preßt, größer als
Jene, die ihn in den Spalt mit der Höhe h ziehen würde.
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Der 0-Ring wird aus Gründen der dynamischen Beanspruchung mit einer
Vorspannung in Umfangsrichtung eingebaut. Wie erwahnt, wird der 0-Ring nicht durch
einen gesonderten Haltering oder durch Halte segmente festgehaltene Der Austausch
des 0-Rlnges
ist leicht und einfach auszuführen und vor allem ohne
an der Klappeneinstellung in der Dichtzone etwas verändern zu müssen möglich. Dank
der exsentrischen Lagerung der Klappe genügt es, zwecks Ausbaues des O-Ringes, die
Klappe um 1600 zu schwenken, und den 0-Ring mit einem spitzen Gegenstand an einem
Punkt aus der Nut N zu heben und ihn sodann am ganzen Umfang aus der Nut herauszuziehen0
Auf die gleiche Weise wird ein neuer 0-Ring eingelegt0 Da der Spalt zwischen Klappenscheibe
K und dem Klappengehäuse
größer ist als der O-Ringdurchmesser, ist das Einlegen an jedem Punkt des Umfanges
möglich0 Durch die erfindungsgemäße Ausgespaltung einer Abdichtung für Absperr-
und Regelklappen ist es möglich, hohe Differenzdrücke gas dicht abzuschließen. Das
erforderliche Losbrechdrehmoment ist wegen der elastischen Weichheit des 0-Ringes
gering. Der konstruktive Aufwand ist, gemessen an den hohen Anforderungen, ebenfalls
gering, und es ist nicht zuletzt von Vorteil, daß ein handelsüblicher 0-Ring als
Dichtungselement Verwendung finden kann0