DE3645156C2 - Sealing ring for sliding piston of stop-cock - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring für einen Kol­ benschieber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 01 50 780 A2 ist ein Dichtungsring für einen Kolbenschieber bekannt, wobei der Kolbenschieber einen zylindrischen, axial verstellbaren Kolben aufweist, der in Schließstellung unter Zwischenschaltung des Dichtungsring mit dynamisch abdichtenden Zylinderflächen eine Gehäusebohrung im Strömungskanal abdichtet.

Das Material für solche Dichtungsringe war bisher zumeist ein Weichstoff aus kautschukgebundenen Fasern, dessen Dichtungseigenschaften sich mit steigender Betriebstemperatur infolge teilweiser Zerstörung des Materials verschlechterte.

Wenn man hingegen einen Dichtungsring aus expandiertem Graphit verwendet, bleiben dessen Abdicht- und Elastizitätseigenschaften über einen weiten Temperaturbereich praktisch gleich. Expandierter Graphit hat jedoch den Nachteil, daß die expandierten Teilchen zwar untereinander schlecht zusammenhalten, aber an angepreßten Gegenflächen gut haften. Dies führt bei Dichtungsringen für Kolbenschieber dazu, daß Gleiteigenschaften, Erosionsbeständigkeit und Formfestigkeit schlechter als bei den bisher verwendeten Materialien sind. Die Gleiteigenschaften können durch Beeinflussung von Aufbau und Dichte optimiert werden, nicht jedoch die beiden anderen Eigenschaften. Die Erosionsfestigkeit ist besonders an jener Kante an der dichtenden Zylinderfläche wichtig, die beim Öffnen bzw. Schließen des Ventils durch Verschließen des Kolbens von diesem zuletzt freigegeben bzw. zuerst wieder berührt wird, weil dann an dieser Kante sehr große Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. An dieser Öffnungskante bildet sich eine Rundung, die sich mit jeder Betätigung vergrößert. Die geringe Formfestigkeit eines Dichtungsringes aus Blähgraphit hat den Nachteil, daß bei der Montage des Dichtungsringes, der ja mit Übermaß unter Pressung in die Bohrung des Ventils eingebracht wird, sehr sorgfältig gearbeitet werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtungsring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der die Vorteile von ex­ pandiertem Graphit als Dichtwerkstoff - nämlich die weitgehende Unabhängigkeit von der Betriebstemperatur - ausnutzt, ohne dessen Nachteile, wie ungenügende Erosionsfestigkeit und schlechte Form­ festigkeit, in Kauf nehmen zu müssen.

Die Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Vorsehung eines im Vergleich zum Blähgraphit erosionsfesteren Ringes an der die Öffnungskante bildenden Stirn­ seite des Ringes wird zwar beim Öffnen bzw. Schließen des Schiebers eine Erosion der Öffnungskante aus Blähgraphit eintreten, jedoch wesentlich nur bis zum Innendurchmesser des erosionsfesten Schutz­ ringes. Es ist also nötig, daß einerseits der Innendurchmesser des Dichtungsringes nicht viel größer als der Kolbendurchmesser ist, andererseits soll ein gewisses Spiel zwischen dem Innendurchmesser des Schutzringes und dem Kolbenschieber vorhanden sein.

Sofern der Schutzring, der vorzugsweise aus Metall be­ steht, mit dem Dichtungsring aus Blähgraphit fest verbunden ist, z. B. mittels nagel- oder klammerartiger Elemente oder auch durch Kleben, wird auch die Formfestigkeit des gesamten Ringes verbes­ sert.

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

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten, in einen Kolbenschieber eingebauten Dichtungsrings näher erläutert.

Der dargestellte Kolbenschieber weist einen in einem Ge­ häuse 1 ausgebildeten Strömungskanal 1′, der von einem Dichtungs­ ring 2 umschlossen ist, auf. Dieser ist in der dargestellten Schließstellung mittels eines eingeschobenen Kolbens 3 abgeschlos­ sen, der mittels einer damit drehbar verbundenen Spindel 4 ver­ schiebbar ist. Die Spindel 4 ist mittels eines Gewindestücks 5 ei­ nes 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 Boh­ rung 11 des Gehäuses reicht, welche auch den Dichtungsring 2 sowie ein käfigartiges Distanzstück 9 und ein ringförmiges Dichtelement 10 zur Abdichtung nach außen aufnimmt. Dabei weist die Bohrung 11 im Bereich des Dichtelementes 10 und des Distanzstückes 9 einen größeren Durchmesser auf, als im Bereich zur Aufnahme des Dich­ tungsrings 2. Die so gebildete Schulter hat eine Höhe, die minde­ stens 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 Oberteiles 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 fes­ thält. Da das Dichtungselement 10 eine größere Breite und geringere Dichte hat, kann es zum Toleranzausgleich zusammengepreßt werden, ohne einen zu großen Reibungswiderstand am Kolben zu bewirken, aber den Dichtungsring 2 mit größerer Flächenpressung sicher festzuhal­ ten. Auf diese Weise kann die gewünschte Dichte des Dichtungsringes genau eingehalten werden, wodurch ein geringer Reibungswiderstand bei guter Abdichtung gesichert ist.

Der Dichtungsring 2 weist die vorgesehene 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 Anschlagstellung zur er­ forderlichen Höhe gepreßt wurde.

Dabei ist unter "Pulver" unverarbeitetes Graphitexpandat zu verstehen, auch wenn es bereits einem Verdichtungsvorgang un­ terworfen war, jedoch kein gemahlener Abfall, aber gegebenenfalls mit pulverförmigen oder körnigen Beimengungen, z. B. Füllstoffen.

Es ist natürlich auch möglich, den Ring direkt in die ge­ wünschte Endhöhe zu pressen, wobei beim Zusammenbau die Rückfede­ rung 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 gerin­ gerer Dichte eingebaut, damit er bei eingeschobenem Kolben durch das Oberteil 6 axial angepreßt und hierdurch radial verformt die genauen Kolbenabmessungen annimmt.

Vor Einbau des Dichtungsrings kann vorteilhaft zur Gewähr­ leistung einer guten Abdichtung relativ zum Kolben ein Untermaß von max. 0,2 mm vorgesehen werden. Bei größerem Untermaß und größerer 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 Innendurchmesser 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 Dich­ tungsringes. Gleichzeitig ist gesichert, daß der Dichtungsring nicht falsch eingebaut werden kann und auf jeden Fall auf der die Öffnungskante bildenden Stirnseite des Dichtungsrings ein Schutz­ ring angeordnet ist.

Da Verklebungen im Dichtungsring möglichst vermieden wer­ den sollen, weisen die Schutzringe 2′ nagelartige Elemente auf, die in das Graphitmaterial eingebettet sind. Zur Sicherung gegen Los­ lösen können diese nagelartigen Verbindungselemente auch Widerhaken aufweisen.

Einer der Schutzringe kann dadurch ersetzt werden, daß das käfigartige Distanzstück 9 dessen Funktion einnimmt und mit solchen Toleranzen ausgestattet wird, daß die Spaltbreite nicht größer als 0,5 mm ist, jedoch wird dies meistens nicht nur fertigungstech­ nisch, sondern auch funktionell zu Schwierigkeiten führen, weil dann nach längerem Einsatz die Gefahr des Festsitzens des Distanz­ stückes im Gehäuse bedeutend vergrößert ist.

Ein mit einem derartigen Dichtungsring ausgestatteter Kol­ benschieber weist infolge der Ausbildung und gewählten Dichte für die Dichtungen eine gute und auch für lange Betriebsdauer ausreich­ ende Abdichtfähigkeit auf, weil die aus Blähgraphit gebildete Öff­ nungskante des Dichtungsrings nur begrenzt durch die Strömung ab­ getragen werden kann.

Claims (12)

1. Dichtungsring für einen Kolbenschieber aus einem Blähgraphit ent­ haltenden Weichstoff, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens seiner die Öffnungskante bildenden Stirnseite ein Ring (2′) aus erosionsfestem Material angeordnet ist.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (2′) aus Metall besteht.

3. Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er senkrecht zur Achse des Kolbens verlaufende, Blähgraphit enthaltende Lamellen umfaßt.

4. Dichtungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die La­ mellen mechanisch miteinander verbunden sind.

5. Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Formkörper umfaßt, der aus Blähgraphit enthaltendem Pulver formgepreßt ist.

6. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Blähgraphit eine Dichte von 1,3 bis 1,95 g/cm³ aufweist.

7. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ring (2′) zum Nennmaß der dynamisch abdichtenden Dichtringfläche im Durchmesser ein Spiel von maximal 1 mm aufweist.

8. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (2′) mittels nagel- oder klammerartiger Elemente mit dem Dich­ tungsmaterial verbunden ist.

9. Dichtungsring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nage­ lartigen Verbindungselemente Widerhaken aufweisen.

10. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß seine dynamisch abdichtende Zylinderfläche im Durchmesser rela­ tiv zum Nennmaß im Sinne eines Paßsitzes ein Übermaß von 0,0 bis 0,25 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 mm, aufweist.

11. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß seine Breite mindestens das 0,03fache des Ringinnendurchmessers in mm +2,5 mm beträgt.

12. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß seine Höhe mindestens 3 mm, vorzugsweise aber nicht größer als das 1,4fache seiner Breite ist.