DE3631447C2

DE3631447C2 -

Info

Publication number: DE3631447C2
Application number: DE19863631447
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. Moedling At Huber; Peter Unterkulm Aargau Ch Wirz
Original assignee: Klinger AG
Current assignee: Klinger AG
Priority date: 1985-12-03
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1991-05-16
Also published as: DE3631447A1; IN166461B; DE3645156C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenschieber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP-PS 01 50 780 ist ein Kolbenschieber mit einem zylindrischen, axial verstellbaren Kolben bekannt, der in Schließstellung unter Zwischenschaltung eines Weichstoff-Dichtungsrings mit dynamisch abdichtenden Zylinderflächen eine Gehäusebohrung im Strömungskanal abdichtet. Wenn man hierbei einen bekannten Weichstoff-Dichtungsring aus expandiertem Graphit verwendet, führt er einerseits in vielen Fällen zu hohen Reibwerten und andererseits zu ungenügender Erosionsfestigkeit, wenn er strömendem Medium ausgesetzt ist. Solche Dichtungsringe weisen eine zu niedrige Dichte auf und werden durch Formpressen eines zur Achse koaxialen Wickels einer Graphitfolie mit etwa der Breite der Ringhöhe hergestellt. Mit einem derartigen Dichtungsring zur Abdichtung der Gehäusebohrung ausgestattete Kolbenschieber haben eine relativ geringe Lebensdauer auch dann, wenn eine sogenannte Nachdichtung möglich ist, bei der der Dichtungsring bei Auftreten von Undichtigkeit axial zusammengepreßt wird. Dieses axiale Zusammenpressen bei der Produktion oder beim Nachdichten bewirkt ein unkontrolliertes Ausknicken der einzelnen Lagen des Wickels, so daß Inhomogenitäten entstehen, die die Lebensdauer negativ beeinflussen. Außerdem erhöht sich bei jedem Nachdichten die Betätigungskraft, weil die innerste Lage des Wickels ebenflächig, insbesondere auch mit unterschiedlicher, örtlich stark überhöhter Pressung an dem Kolben anliegt. Bei Anströmung lösen sich leicht Teilchen ab.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kolbenschieber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der die Vorteile von expandiertem Graphit als Dichtwerkstoff, nämlich die weitgehende Unabhängigkeit von der Betriebstemperatur, ausnützt, ohne dessen Nachteile, wie zu hohe Reibwerte und ungenügende Erosionsfestigkeit, in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Ausgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Kolbenschieber ist bei geringer Betätigungskraft praktisch nachziehfrei und hat eine befriedigende Lebensdauer, weil die einzelnen verformten Blähgraphitteilchen genügend hohe Dichte aufweisen und nicht mit einer Fläche am Kolben anliegen. Da bei ist unter "Pulver" unverarbeitetes Graphitexpandat zu verstehen, auch wenn es bereits einem Verdichtungsvorgang unterworfen war, jedoch kein gemahlener Abfall, aber gegebe nenfalls mit pulverförmigen oder körnigen Beimengungen, z.B. Füllstoffen.

Der Dichtungsring kann dabei im Gehäuse oder im Kolben angeordnet sein. Dabei kann er bereits mit der gewünschten Dichte in den Schieber eingebracht und dort im Gehäuse oder Kolben abgedichtet unverschieblich festgehalten sein. Ande rerseits ist es auch möglich, den Dichtring mit einer gerin geren Dichte zu fertigen und ihn erst nach dem Einbau im Ge häuse oder Kolben zusätzlich auf die gewünschte Dichte zu pressen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ge stanzte Lamellen zum Aufbau des unteren Dichtungsringes ver wendet werden, die nicht vor dem Einbau formgepreßt werden, weil dann die Anpassung auf die genauen Durchmesserverhält nisse bei der Montage erfolgen kann.

Wenn ein Kolbenschieber ein zusätzliches ringförmiges Dichtelement aufweist, das ebenso wie der Dichtungsring in die Gehäusebohrung eingelassen ist und zur Abdichtung nach außen mit dem Kolben zusammenwirkt, kann dieses Dichtelement eine geringere Dichte aufweisen, weil damit der Reibungswi derstand zusätzlich vermindert wird.

Um die Erosionsfestigkeit weiter zu verbessern, kann der Dichtungsring mit einem Schutzring abgedeckt sein, der zum Nennmaß der dynamisch abdichtenden Dichtringfläche oder der Gegenfläche im Durchmesser ein Spiel von maximal 1 mm aufweist. Dadurch ist es im Rahmen der erfindungsgemäß vor geschriebenen Grenzen möglich, eine relativ geringe Dichte zu wählen, weil dann die beim Öffnen und Schließen des Ventils gefährdete Dichtringkante durch den Schutzring geschützt ist. Dieser kann entweder im Kolbenschieber durch einen Bestand teil desselben, z.B. ein Distanzstück, gebildet sein; vor teilhaft ist aber ein gesonderter Ring mit der Stirnseite des Dichtungsringes verbunden.

Andere vorteilhafte Ausbildungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nun anhand des in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Kolbenschiebers näher erläu tert.

Der dargestellte Kolbenschieber ist ein Durchgangs ventil mit einem im Gehäuse 1 ausgebildeten Strömungskanal 1′, der von einem Dichtungsring 2 umschlossen ist. Dieser kann in der dargestellten Schließstellung mittels eines ein geschobenen Kolbens 3 abgeschlossen werden, der mittels einer drehbar verbundenen Spindel 4 verschiebbar ist. Die Spindel ist mittels eines Gewindestücks 5 eines Oberteils 6 über ein Handrad 7 axial verstellbar. Das Oberteil 6 ist mittels Stiftschrauben 8 am Gehäuse 1 fest verschraubt, wobei ein rohrförmiger Fortsatz 6′ in eine Bohrung 11 des Gehäuses reicht, welche auch den Dichtungsring 2 aufnimmt, sowie ein käfigartiges Distanzstück 9 und ein ringförmiges Dichtelement 10 zur Abdichtung nach außen aufweist. Dabei weist die Boh rung 11 im Bereich des Dichtelementes 10 und des Distanz stückes 9 einen größeren Durchmesser auf, als im Bereich zur Aufnahme des Dichtungsringes 2. Die so gebildete Schulter hat eine Höhe, die mindestens der Höhe des Dichtungsringes im Anlieferzustand entspricht. Das Distanzstück 9 hat einen in diese Bohrung kleineren Durchmesser reichenden Ansatz, so daß bei Anziehen der Stiftschrauben bis zum Anschlag des Ober teiles 6 am Gehäuse 1 das Distanzstück 9 mit dem äußeren Durchmesser an der Bohrungsschulter aufsitzt und den Dich tungsring in festgelegter Höhe und der entsprechenden Dichte festhält. Da das Dichtungselement 10 eine größere Breite hat, kann es zum Toleranzausgleich zusammengepreßt werden, ohne einerseits infolge der geringeren Dichte einen zu großen Reibungswiderstand am Kolben zu bewirken, aber andererseits den Dichtungsring 2 mit größerer Flächenpressung sicher festzuhalten. Auf diese Weise kann die Dichte des Dichtungs ringes genau eingehalten werden, wodurch ein geringer Rei bungswiderstand bei guter Abdichtung gesichert ist. Der Dichtungsring 2 weist die anmeldungsgemäß höhere Dichte auf, damit er ausreichend gegen Erosion gesichert ist. Der Ring besteht beim dargestellten Beispiel aus expandiertem Graphit, der direkt als Pulver (Granulat) mit größerer Höhe gepreßt wurde und beim Verschrauben des Oberteils in seine Anschlag stellung zur erforderlichen Höhe gepreßt wurde. Es ist na türlich auch möglich, den Ring direkt in die gewünschte End höhe zu pressen, wobei beim Zusammenbau die Rückfederung des Ringes zum Teil oder zur Gänze ausgeglichen werden muß. Dies ist auch beim Aufbau des Ringes aus gestanzten Ringlamellen möglich, vorzugsweise wird der Ring jedoch höher, d.h. mit geringerer Dichte eingebaut, damit er bei eingeschobenem Kolben durch das Oberteil axial gepreßt und hierdurch radial verformt die genauen Kolbenabmessungen annimmt. Vor Einbau des Dichtungsrings kann vorteilhaft zur Gewährleistung einer guten Abdichtung relativ zum Kolben ein Untermaß von max. 0,2 mm vorgesehen werden. Bei größerem Untermaß und bei der die angestrebten Eigenschaften gewährleistenden Dichte besteht sonst die Gefahr, daß der Ring bei der Bewegung des Kolbens beschädigt wird. Der Dichtungsring 2 weist oben und unten an der Stirnseite einen Schutzring 2′ auf, dessen Innendurch messer nur wenig größer als der des Kolbens 3 ist, damit beim Austreten des Kolbens aus dem Ring keine Beschädigungen durch das bei geringer Spaltbreite sehr schnell strömende Medium entstehen können. Dies gilt für den oberen Schutzring. Der untere Ring hat die gleichen Dimensionen wie der obere und gewährleistet eine einfache Demontage des unteren Dichtungs ringes. Gleichzeitig ist gesichert, daß der Dichtungsring nicht falsch eingebaut werden kann. Da Verklebungen im Dich tungsring möglichst vermieden werden sollen, weisen die Schutzringe 2′ nagelartige Elemente auf, die in das Graphit material eingebettet sind. Zur Sicherung gegen Loslösen kön nen diese nagelartigen Verbindungselemente auch Widerhaken aufweisen. Statt Schutzringe vorzusehen, ist es natürlich auch möglich, das käfigartige Distanzstück 9 mit solchen Toleranzen auszustatten, daß die Spaltbreite nicht größer als 0,5 mm ist, jedoch wird dies meistens nicht nur fertigung stechnisch, sondern auch funktionell zu Schwierigkeiten füh ren, weil dann nach längerem Einsatz die Gefahr des Festsit zens des Distanzstückes im Gehäuse bedeutend vergrößert ist.

Der dargestellte Kolbenschieber weist infolge der Ausbildung und gewählten Dichte für die Dichtungen eine gute und auch für lange Betriebsdauer ausreichende Abdichtfähig keit auf, ohne daß ein Nachpressen der Dichtungsringe er forderlich wäre, so daß deshalb auch keine Einrichtungen hierfür vorgesehen sind; dabei sind die Betätigungskräfte gering, und die Erosionsgefahr ist weitgehend ausgeschaltet.

Claims

1. Kolbenschieber mit einem zylindrischen, axial verstellbaren Kolben, der in Schließstellung unter Zwischenschaltung eines Blähgraphit enthaltenden Weichstoff-Dichtungsringes mit dynamisch abdichtenden Zylinderflächen eine Gehäusebohrung im Strömungskanal abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (2) aus Pulver gepreßt oder aus senkrecht zur Kolbenachse verlaufenden Lamellen aufgebaut ist, wobei der Blähgraphit im eingebauten Zustand eine Dichte von 1,5-2,2 g/cm³, vorzugsweise zwischen 1,6 und 1,95 g/cm³, aufweist, und der Dichtungsring (2) auf mindestens seiner die Öffnungskante bildenden Stirnseite mit einem Schutzring (2′) aus erosionsfestem Material versehen ist.

2. Kolbenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Dichtungsring (2) kammernde Teile Schutzring (2′) und/oder Distanzstück (9) unverschiebbar befestigt sind und eine zusätzliche Zusammenpressung des Dichtungsringes (2) während des Betriebes nicht zulassen.

3. Kolbenschieber nach Anspruch 1 oder 2 mit einem zusätzlichen ringförmigen Dichtelement (10), das zur Abdichtung nach außen mit dem Kolben (3) zusammenwirkt, wobei beide Dichtungen (2, 10) in die Gehäusebohrung eingelassen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (10) eine geringere Dichte, die inbesondere zwischen 1,2 und 1,8 g/cm³ liegt, als der Dichtungsring (2) aufweist.

4. Kolbenschieber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (10) breiter, vorzugsweise etwa doppelt so breit wie der Dichtungsring (2) ist.

5. Kolbenschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Durchmesser größere Abschnitt der Gehäusebohrung für das Dichtelement (10) auch im Bereich des käfigartigen, den Strömungsdurchlaß bildenden Distanzstückes (9) verläuft, welches den Raum für den Dichtungsring (2) begrenzt.

6. Kolbenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (2) im Kolben angeordnet ist.

7. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stirnfläche der die Dichtungen (2, 10) kammernden Teile (2′, 9) zur Aufnahme von Toleranzen eine Profilierung, vorzugsweise mit Zylinder- und/oder Kegelflächen aufweist.

8. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring (9) durch ein separates ringförmiges Distanzstück gebildet wird.

9. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring (2′, 9) zur dynamisch abdichtenden Gegenfläche (3) im Durchmesser ein Spiel von maximal 1 mm aufweist.

10. Kolbenschieber mit einem Dichtungsring aus einem Blähgraphit enthaltenden Weichstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Blähgraphit im nicht eingebauten Zustand eine Dichte von 1,3 bis 1,95 g/cm³ aufweist.

11. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen des Dichtungsringes (2) mechanisch miteinander verbunden sind.

12. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamisch abdichtende Zylinderfläche des Dichtungsrings (2) im Durchmesser relativ zum Nennmaß im Sinne eines Paßsitzes ein Übermaß von 0,0 bis 0,25 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 mm, aufweist.

13. Kolbenschieber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Dichtungsrings (2) mindestens das 0,03fache des Ringinnendurchmessers in mm +2,5 mm beträgt.

14. Kolbenschieber nach Anspruch 12 oder 13, durch gekennzeichnet, daß die Höhe des Dichtungsringes (2) mindestens 3 mm, vorzugsweise aber nicht größer als das 1,4fache seiner Breite ist.

15. Kolbenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring (2′) aus Metall mittels nagel- oder klammerartiger Elemente mit dem Dichtungsmaterial des Dichtungsrings (2) verbunden ist.

16. Kolbenschieber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die nagelartigen Verbindungselemente Widerhaken tragen.