DE2445022C3 - Kolbenschieber - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenschieber mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.

Bei Kolbenschiebern mit einer auf dem Schieberkolben angeordneten napfförmigen Dichtung, deren ringförmiger elastischer Randabschnitt sich in bestimmten Kolbenstellungen gegen gehäuseseitige, hohlzylindrische Dichtungsflächen anlegt und bei Kolbenstellungen, bei denen er nicht durch gehäuseseitige Dichtungsflächen abgestützt ist, frei liegt (DE-PS 8 34 310), kann es insbesondere bei hohen Drücken bzw. hohen Geschwindigkeiten des Strömungsmittels vorkommen, daß die napfförmige Dichtung eine bleibende Verformung oder Beschädigung erfährt. Um dies zu verhindern, sind Rückhaltevorrichtungen entwickelt worden, welche den Rand der napfförmigen Dichtung bei Kolbenstellungen, bei denen er nicht durch gehäuseseitige Dichtungsflächen abgestützt ist, gegen radiale Ausdehnung sichern soll. So zeigt DE-OS 21 57 347 eine unter Federdruck relativ zu dem Kolben bewegliche Rückhaltevorrich- bs tumg in Form einer Hülse, in welche die napfförmige Dichtung, nachdem sie beim öffnen des Schiebers die ßehäuseseilig hohlzylindrische Dichtungsfläche verlassen hat, eintritt. Ferner zeigt die US-PS 37 34 457 eine elastische Ringdichtung mit U-förmigem Querschnitt für eine Drosselklappe, deren Inneres bei geschlossener Klappe von dem auf der einen Seite der Klappe herrschenden höheren Druck beaufschlagt und in radialer Richtung nach innen gedrückt wird, und bei der der eine Schenkel der U-Form des Ringquerschnitts mit Absätzen versehen ist, die sich bei geöffneter Klappe gegen entsprechende Absätze an benachbarten Teilen der Aufnahmenut für die Ringdichtung anlegen können, wodurch die freie radiale Bewegung dieser Ringdichtung begrenzt werden soll.

Bei den bekannten napfförmigen Dichtungen wird stets das freie Ende des Randabschnitts zur Abdichtung herangezogen. Es ist daber nicht möglich, am freien Ende dieses Randabschnitts eine Rückhaltevorrichtung anzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenschieber der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß die den Randabschnitt der napfförmigen Dichtung gegen radiale Ausdehnung sichernde Rückhaltevorrichtung unverschieblich mit dem Schieberkolben verbunden ist und keine zusätzliche Feder erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Möglichkeiten zur weiteren Ausgestaltung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche 2-5.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

F i g. 1 ist ein teilweise im Längsschnitt dargestellter seitlicher Aufriß eines Kolbenschiebers nach der Erfindung, '

F i g. 2 ist eine Querschnittsteilansicht in einem größeren Maßstab; sie zeigt die Formgebung einer Dichtung im entspannten Zustand und außerdem in gestrichelten Linien im zusammengedrückten Zustand innerhalb der hohlzylindrischen Dichtungsfläche,

Fig. 3 ist ein seitlicher Aufrißquerschnitt und zeigt den Schitberkolben in einer nahezu ganz aus der hohlzylindrischen Dichtungsfläche herausgezogenen Stellung, in welcher die Dichtung gerade noch wirksam ist.

Fig.4 ist ein Fig.3 entsprechender Aufrißquerschnitt, in welchem der Schieberkolben noch weiter in Öffnungsrichtung verstellt und der Dichteingriff gerade unterbrochen worden ist.

F i g. 5 ist eine F i g. 2 entsprechende Teilansicht einer weiteren Ausführungsform.

Der in F i g. 1 dargestellte Kolbenschieber hat ein Gehäuse 10, das ein T-Stück 11 üblicher Art aufweist. Das Gehäuse 10 besitzt einen seitlichen Stutzen mit der Durchflußöffnung 12 in einem angeschweißten Verlängerungsstück 13. In das eine Ende des T-Stücks 11 ist eine zylindrische Buchse 14 eingepaßt und durch eine Schweißnaht 16 mit dem T-Stück verbunden. Ein Flansch 17 ist durch Schweißung mit der Buchse 14 verbunden und dient zur Befestigung einer Flanschverbindung 18, mit welcher eine Rohrleitung 19 an das Gehäuse 10 anschließbar ist. Die Buchse 14 befindet sich zwischen der Durchflußöffnung 12 und der am äußeren Ende der Buchse 14 befindlichen Durchflußöffnung 21. An wenigstens einem Ende der Buchse ist ein sich erweiternder Eintrittsbereich mit zwei kegelstumpfförmigen Oberflächen 22 und 23 ausgebildet.

In der Achse der Buchse 14 ist eine Stellstange 24 angeordnet, welche an ihrem Ende den Schieberkolben

26 trägt. Das außenliegende Ende der Stellstange 24 kann unmittelbar mit einem Stellantrieb 27 verbunden sein, beispielsweise einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder.

In der Schließstellung des Kolbenschieb ?rs befindet sich der Schieberkolben 26 entsprechend F i g. 1 innerhalb der Buchse 14, und in der Öffnungsstellung in der in F i g. 1 in gestrichelten Linien angedeuteten Stellung außerhalb des Durchflußweges des Strömungsmittels durch das Gehäuse 10.

Der Schieberkolben 26 trägt zwei napfförmige Dichtungen 28 aus einem elastischen Werkstoff wie z. B. synthetischem Gummi oder einem Elastomer. Jede Dichtung 28 besteht aus einem Basisabschnitt 29 und einem in einem Stück mit diesem ausgebildeten ringförmigen Randabschnitt 31. Der Randabschnitt jeder Dichtung ist in der in F i g. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Schließstellung der Kolbenschieber zusammengedrückt und in der in F i g. 1 mit gestrichelten Linien dargestellten Öffnungsstellung ausgedehnt. Zwischen den beiden elastischen Dichtungen 28 ist ein Distanzstück 32 angeordnet, und die Basisabschnitte 29 der Dichtungen sind vermitteis der Einsätze 33 und 34 und der Spannbolzen 36 an dem Distanzstück 32 befestigt. 2i

An den Randabschnitten 31 der elastischen Dichtungen 28 sind Rückhaltevorrichtungen vorgesehen, um die Radialausdehnung der Randabschnitte über die entspannte Stellung hinaus zu begrenzen. Diese Rückhaltevorrichtungen für jeden Randabschnitt bestehen aus einem Ringkörper 37, der entweder in einem Stück mit dem entsprechenden Einsatz 33 oder 34 ausgebildet oder an diesem befestigt ist, Dieser Ringkörper 37 weist einen Ringrand oder Ringflansch auf, welcher das freie Ende 39 des Randabschnitts 31 der Dichtung überlagernd umgreift.

Die Gestaltung der vorstehend beschriebenen Teile ist aus Fig.2 ersichtlich. Die Außenflächen 41 und 42 des ringförmigen Randabschnitts 31 entsprechen, wie aus dem Längsschnitt ersichtlich, zwei zueinander entgegengesetzt geneigten Kegelstumpfflächen, die durch eine Rundung 43 miteinander verbunden sind, welche als Dichtfläche dient, wenn sie im Eingriff mit der zylindrischen Innenfläche 44 der Buchse 14 steht. Die Innenfläche 46 des Ringflanschumfangs 38 ist ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet und weist bei entspanntem, ausgedehntem Randabschnitt 31 den gleichen Neigungswinkel wie die Ringfläche 41 auf. Der Durchmesser der Außenumfangsfläche 47 des Ringflanschs 38 ist geringfügig kleiner bemessen als der Durchmesser der Buchseninnenfläche 44. Wenn beispielsweise der Durchmesser der letzteren 15, 24 cm beträgt, entspricht der Außendurchmesser des Ringflanschs 38,14,92 cm.

Da der Ringflansch 38 das freie Ende 39 des Randabschnitts 31 überlagernd umgreift, begrenzt er die Ausdehnung des Randabschnitts 31 auf die in Fig. 2 in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung, gestattet jedoch ein Zusammendrücken des Randabschnitts, wenn sich der Schieberkolben 26 innerhalb der Buchse 14 befindet, wobei der Randabschnitt in die in F i g. 2 in gestrichelten Linien angedeutete Lage gelangt.

Die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Kolbenschiebers ist folgende: Zunächst sei angenommen, daß sich der Schieberkolben 26 in der Schließstellung innerhalb der Buchse 14 befindet, die Durchflußöffnung 21 auf der Aufstromseite liegt und ein hoher Druckunterschied zwischen dtn Durchflußöffnungen 21 und 12 herrscht. Der Strömungsmitteldruck beaufschlagt den Randabschnitt 31 der in der Zeichnung linksseitigen Dichtung 28 und drückt diesen radial nach außen, so daß die ringförmige Rundungsfläche 43 in feste Abdichteingriff gegen die zylindrische Buchseninnenfläche 44 der Buchse 14 gedrückt wird. Die ringförmige Rundungsfläche 43 der auf der Abstromseite befindlichen Dichtung 28, d. h. der in F i g. 1 rechtsseitigen Dichtung, wird dagegen nur aufgrund der Elastizität des Randabschnitts, welche normalerweise eine Ausdehnung in Radialrichtung bewirkt, gegen die Buchseninnenfläche 44 angedrückt Auf diese Weise wird die Abdichtung durch die linksseitige Dichtung von F i g. 1 bewirkt

Es sei nun angenommen, daß der Schieberkolben 26 in die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Öffnungsstellung verschoben werden soll, in der sie sich außerhalb des Durchflußweges durch das Gehäuse befindet und somit einen freien Durchfluß durch dieses gestattet. Zu diesem Zweck wird die Stellstange 24 vermittels des Stellantriebs 27 nach rechts verschoben, wobei die rechts liegende Dichtung 31 als erste aus der Buchse 14 herausgezogen wird. Sobald diese Dichtung ganz aus der Buchse 14 herausgezogen wird, dehnt sie sich in die in den F i g. 2 und 3 dargestellte ausgedehnte Lage. Ihre Längsschnittskontur im entspannten oder gedehnten Zustand ist so gestaltet, daß sich die Ringfläche 41 unmittelbar neben oder in Berührung mit der Innenumfangsfläche 46 des zur Rückhaltung dienenden Ringflansch 38 befindet.

Das Distanzstück 32 dient zur Rückhaltung der benachbarten ringförmigen Bereiche der Dichtungen und kann Ringlippen 49 aufweisen. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, umgreift jede Ringlippe 49 einen ringförmigen Bereich der Dichtung in der Nähe des Übergangs zwischen Randabschnitt 31 und Basisabschnitt 29 und hat zu diesem Zweck eine kegelstumpfförmige Innenfläche 52.

Wenn der Schieberkolben 26 aus der in F i g. I dargestellten Schließstellung nach rechts verschoben wird, bleibt zunächst die linksseitige Dichtung 31 im Dichteingriff mit der zylindrischen Buchseninnenfläche 44, bis der Schieberkolben in die in Fig.3 dargestellte Stellung gelangt ist, in der sich die Rundungsfläche 43 in einer Lage befindet, von der sie bei weiterer Verschiebung außer Eingriff mit dem Eintrittsbereich der Buchse, d. h. der kegelstumpfförmigen Oberfläche 22 gelangt. Bei noch weiterer Verschiebung des Kolbens in die in Fig.4 dargestellte Stellung wird der Dichteingriff zwischen der linksseitigen Dichtung und dem Eintrittsbereich der Buchse 14 aufgehoben, so daß das Strömungsmittel an dem Ringflansch 38 vorbei und um die Dichtung 28 herum fließen kann. In der Stellung von F i g. 4 entsteht somit eine Durchflußdrosselöffnung 56 zwischen dem Umfang des Ringflanschs 38 und der Innenfläche 44 der Buchse 14. Diese Durchflußdrosselöffnung befindet sich auf der Aufstromseite des Durchflußquerschnitts zwischen der linksseitigen Dichtung und der Buchse 14. Aufgrund des Strömungsmitteldurchflusses durch die Durchflußdrosselöffnung werden die auf den Randabschnitt der linksseitigen Dichtung einwirkenden Strömungsmitteldruckkräfte und die Durchflußgeschwindigkeit und den Randabschnitt der linksseitigen Dichtung herum verringert. Durch den auf den ^andabschnitt der linksseitigen Dichtung einwirkenden Strömungsmitteldruck wird der Randabschnitt jedoch radial ausgedehnt, wobei diese Radialausdehnung durch Eingriff des ringförmigen freien Endes 39

des Randabschnitts 31 mit dem dieses zurückhaltenden Ringflansch 38 begrenzt wird.

Wenn der Schieberkolben 26 aus der in Fig. 1 in gestrichelten Linien angedeuteten vollen Öffnungsstellung gegen den Strömungsmitteldruck wieder in die Schließstellung verschoben wird, wird zunächst der am linksseitigen Ende des Kolbens von Fig. 1 befindliche Ringflansch 38 in die Buchse 14 eingeführt und bildet dabei eine den Durchfluß verringernde Durchflußdrosselöffnung. Sobald der Randabschnitt 31 der linksseitigen Dichtung in unmittelbare Nähe des Eintrittsbereichs der Buchse 14 gelangt, wird der Randabschnitt aufgrund des auf diesen einwirkenden Strömungsmitteldruckunterschiedes radial ausgedehnt. Die zulässigen Höchstwerte für den Kolbenschieber sind so bemessen, daß die dabei im Zusammenwirken mit der Zurückhaltung auftretenden Kräfte durch den Ringflansch 38 nicht zu einer anormalen Verzerrung des Randabschnitts führen können. Der Schieberkolben 26 läßt sich daher einwandfrei in die Buchse 14 einführen, wobei die Randabschnitte der beiden Dichtungen nacheinander zusammengedrückt werden, bis die in F i g. 1 dargestellte volle Schließstellung erreicht ist.

Wird nun angenommen, daß sich die Durchflußöffnung 12 auf der Aufstromseite befindet, ergibt sich die gleiche Wirkungsweise wie vorstehend beschrieben. Dann bildet jedoch der Randabschnitt 31 der rechtsseitigen Dichtung in der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung die druckfeste Abdichtung. Bei Verschiebung des Schieberkolbens in eine Öffnungsstellung dehnt sich der Randabschnitt der rechtsseitigen Dichtung radial so lange aus, bis die weitere Ausdehnung durch Anlage gegen den entsprechenden Ringflansch 38 begrenzt wird. Bei weiterer Verschiebung wird die Abdichtung gegen die Buchse aufgehoben, so daß ein Durchfluß an der rechtsseitigen Dichtung vorbei erfolgen kann. Der Durchsatz wird dabei durch die zwischen dem Distanzstück 32 und der zylindrischen Buchseninnenfläche 44 und die zwischen dem Ringflansch 38 am linksseitigen Ende des Schieberkolbens und der Buchseninnenfläche vorhandene Durchflußdrosselöff-

nur.g begrenzt.

Die als Rückhaltevorrichtungen dienenden Ringtlan-

sche 38 dienen zur Begrenzung der Radialausdehnung der elastischen Dichtungsrandabschnitte auf eine vorbestimmte Ausdehnung. Wie bereits erwähnt, ist jeder Randabschnitt in einem bestimmten Bereich im entspannten oder gedehnten Zustand außerdem auch durch die am Distanzstück 32 ausgebildeten Ringlippen 49 gehalten.

Der neue Kolbenschieber gestattet eine wirksame und genaue Durchflußmengeneinstellung bei verhältnismäßig hohen Durchflußmengen und/oder -geschwindigkeiten und Druckunterschieden. Bei einer F i g. 1 entsprechenden Ausführungsform wies die Buchse 14 einen Innendurchmesser von 15,24 cm auf.

Die Größenverhältnisse, die Formgebung und die gegenseitige Zuordnung der Teile entsprechen im wesentlichen der Darstellung von Fig. 1. In praktischen ίο Versuchen ließ sich der Kolbenschieber unter Strömungsmitteldruckunterschieden bis zu 56,2 kp/cm² ohne Auftreten von Verzerrungen oder Beschädigungen an den Dichtungen öffnen und schließen.

Ganz allgemein bewirkt der Ringflansch 38, daß der zugeordnete Dichtungsrandabschnitt beim öffnung und Schließen des Kolbenschiebers verhältnismäßig hohe Durchflußgeschwindigkeiten aushalten kann, während die Ringlippen 49 dazu beitragen, daß der Randabschnitt verhältnismäßig hohen Druckunterschieden standhalten kann.

Der Kolbenschieber ist für Strömungsmittel verschiedenster Art, insbesondere für Erdöl und flüssige Erdölprodukte geeignet. Er läßt sich genausogut auch für Gase wie z. B. Erdgas u. dgl. einsetzen. Bei Verwendung zur Durchflußeinstellung von Gasen können die von denDichtungsrandabschnitten umgebenen Räume 54 vermittels einer oder mehrerer vorgesehener Entlüftungsöffnungen 55 entlüftet werden, um den Einschluß von unter Druck stehendem Gas zu verhindern und in der Öffnungsstellung des Kolbens einen Druckausgleich auf die beiden Randabschnitte zu bewirken.

Bei der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform

weist jede der Dichtung 28 von Fig. 2 entsprechende

Dichtung 61 eine etwas abgeänderte Gestalt auf. Der

Randabschnitt 62 trägt eine abgerundete Rippe 63, welche die Dichtfläche gegen die Buchseninnenfläche 44 bildet. Der Ringflansch 64 umgibt das freie Ende 65 des Randabschnitts, und das zwischen den Dichtungen 61 angeordnete Distanzstück 66 weist zum Rückhalten der

Bereiche 68 der Dichtung dienende Ringlippen 67 auf.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen derjenigen der Ausführungsform nach F i g. 1 —4, jedoch kann bei dieser Ausführungsform der Abstand zwischen Ringflansch 64 und dem freien Ende 67 des Randabschnitts kleiner bemessen werden, so daß der Randabschnitt durch Strömungsmittelkräfte nicht durch diesen Zwischenraum herausgepreßt werden kann. Diese Ausführungsform eignet sich daher für die Verwendung bei noch höheren Druckunterschieden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolbenschieber mit einer auf dem Schieberkolben angeordneten napfförmigen Dichtung, deren ringförmiger elastischer Randabschnitt sich in bestimmten Kolbenstellungen gegen gehäuseseitige, hohlzylindrische Dichtungsflächen anlegt und bei Kolbenstellungen, bei denen er nicht durch gehäuseseitige Dichtungsflächen abgestützt ist, durch eine am Schieberkolben angeordnete, aus einem ringförmigen Teil mit axial vorspringendem Flansch bestehende Rückhaltevorrichtung gegen radiale Ausdehnung gesichert ist, dadurch gekennzeichnet,daß die abdichtende Ringfläche (43,63) · des Randabschnitts (31,62) der Dichtung (28) axial in einem Abstand von deren freiem Ende (39,65) liegt, das durch den axial vorspringenden Flansch (33,64) der unverschiebbar mit dem Schieberkolben (26) verbundenen Rückhaltevorrichtung (33, 34) umgriffen wird, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der gehäuseseitigen Dichtungsfläche (44).

2. Kolbenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Basisabschnitt (29) der napfförmigen Dichtung (28) von einer Rückhaltevorrichtung (32,66) umgriffen wird.

3. Kolbenschieber nach Anspruch 2, mit zwei durch ein Distanzstück getrennten, napfförmigen Dichtungen, deren Randabschnitte voneinander M abgewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzstück (32) als Rückhaltevorrichtung für beide Basisteile der Dichtungen ausgebildet ist.

4. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche I —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt der Dichtung zwei entgegengesetzt zueinander geneigte Kegelstumpfflächen (41, 42) aufweist, die sich im Bereich der abdichtenden Ringfläche (43) treffen.

5. Kolbenschieber nach Anspruch 4, dadurch *o gekennzeichnet, daß die abdichtende Ringfläche als abgerundete Rippe (63) ausgebildet ist.