DE2210458A1

DE2210458A1 - Drehschieber

Info

Publication number: DE2210458A1
Application number: DE19722210458
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kilian
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1972-03-01
Filing date: 1972-03-01
Publication date: 1973-09-20
Also published as: DE2210458C3; DE2210458B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschieber mit einem als kugelzonenförmige Schale ausgebildeten Absperrkörper, der wechselweise von beiden Seiten durch Überdruck beaufschlagbar iBt*

Bei derartigen Drehschiebern ist eine solche Ausbildung des Absperrkörpers und Anordnung der Dichtelemente erforderlich» die es gestatten, die Drehschieber zum Absperren ύοϊι Leitungen mit gasförmigen und flüssigen Medien zu verwenden, irvsbescnaere für unter hohem Druck durch Leitungen grosser Nennweiten geförderte Medien, wobei beachtet werden muss, dass sich bei vielen Medien Ablagerungen in den Rohrleitungen und JLbsperrorganen zeigen, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen·

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse Absperrschieber, Absperrklappen und Kugelhähne einzusetzen. Absperrschieber haben den Nachteil einer zu grossen Bauhöhe. Absperrklappen zeigen besondere Nachteile beim Reinigen der Hoiirlei- , tungen, da sie das Molchen derselben nicht zulassen» Kugtlh&iuie haben wohl vorteilhafte, =^«4^e* geringe Baumaßej sie folgende Sacht eilet 309838/0040

a) Die vom Druck des Durciiflußmediums verursachtet Kräfte auf die Kugel werden in den meisten Fällen in fliegend gelagerte Lagerzapfen geleitet und von diesen an das Gehäuse weitergegeben, woraus Verformungen der Kugel, aus Formsteifigkeitsgründen ein höheres Gewicht der Kugel· und hohe Reibwerte'^beim Schalten der Kugel folgen. intuvc :-. :,& .

b) Das Schalten der Kugel erfolgt unter dem Druck de"s Durchflußmediums auf die Kugel und unter dem Druck von⁷einem oder ^J zwei Sitzringen für die Abdichtungsringe gegen die Kugel· Da#' bedingt hohen Verschleiß der Abdichtungsringe sowie der Kugeloberfläche, ungleichmässige Beanspruchung der Sitzringe mit den Abdichtungaringen z. B. im Zustand des halbgeöffneten Kugelhahnes während des Schaltvorganges und sehr grosse Reibkräfte. ^sv-^>l'^!

c) Wegen a) und b) ist ein grosses Antriebsdrehmoment beim Scha-L^- ten der Kugel nötig.

d) Die Abdichtungsringe werden beim Öffnungsbeginn und in der letzten Schließphase einseitig ausgewaschen.

e) Die konstruktive Ausbildung der Sitzringe mit den Abdichtungeringen bzw· der Führungsbuchsen der Sitzringe muss so erfolgen, daes einerseits keine zu grossen Druckkräfte des Durchflußmediums die Abdichtungsringe überbeanspruchen und andererseits bei niedrigem Mediumdruck keine Undichtigkeit entsteht· Pur den Anfangsdruck sind deshalb zusätzliche Federelemente notwendig·

Die Srfindung soll das bessern. Ihr liegt die Aufgabe zu grunde, einen Drehschieber für grosse Nennweiten und hohe Drück· zu schaffen, der eine gute Dichtigkeit zeigt und bei dem

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beim Schalten des drehbaren Absperrkörpers der oder die Dichtringe die gegenüberliegende Dichtfläche nicht berühren und ausserdem das Antriebsdrehmoment für den Absperrkörper minimal ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der als kugelzonenförmige Schale ausgebildete Absperrkörper im Zustand der geschlossenen Dichtung mittels einer axial verschiebbaren Dichtbuchse mit einer "wirksamen Fläche zwischen dieser Dichtbuchse und einem Rohrstutzen des Gehäuses des Drehschiebers unter Druck gehalten ist, wobei zwischen einem oberen Lagerzapfen für den Antrieb der Schale und ihrer Lagerbuchse und zwischen einem unteren Lagerzapfen der Schale und ihrer Lagerbuchse in axialer Richtung der Dichtbuchse beiderseits Spiele vorhanden sind, und dass für den Schaltvorgang der Schale eine der einen Ringfläche entgegengesetzt gerichtete wirksame Ringfläche vorhanden ist, durch die Spalte zwischen der Schale einerseits und der Dichtbuchse und dem Rohrstutzen andererseits gegeben sind, wobei für den Zustand der geschlossenen Dichtung die Addition des Spieles zwischen der oberen bzw· unteren Lagerbuchse und ihrer oberen bzw» unteren Führung und des Spieles zwischen der oberen bzw. unteren Lagerbuchse und dem oberen bzw. unteren Lagerzapfen - beide Spiele in axialer Richtung der Dicht— buchse auf der der geschlossenen Dichtung zugewandten Seite stets eine Summe ergibt, die grosser als das axiale Spiel zwischen der Dichtbuchse und dem Gehäuseflansch des Gehäuses ist·

Um eine einwandfreie Abdichtung zwischen der kugelzonenförmigen Schale und dem Rohrstutzen des Gehäuses gewährleisten zu können, ist nach weiteren Ausbildungen der Erfindung zwischen

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der Schale und dem Rohrstutzen ein Dichtring entweder im Rohrstutzen oder in der Schale angeordnet.

Für die Abdichtung zwischen der Schale und der Dichtbuchse ist erfindungsgemäss ein Dichtring vorzugsweise in der Dichtbuchse untergebracht.

Um zum Zwecke der Rohr- und Armaturenreinigung auch den Drehschieber durch Molchen reinigen zu können, ist nach der Erfindung die kreisrunde Öffnung der Schale mit den Durchtrittsöffnungen der Dichtbuchse, des Rohrstutzens vom Gehäuse und des Gehäuseflansches identisch.

Um entweder für den Abdichtuhgsvorgang die Schale gegen den Rohrstutzen des Gehäuses mit Hilfe der Dichtbuchse andrücken zu können oder für den Schaltvorgang die Dichtbuchse mit der Schale von dem Rohrstutzen unter Spaltbildungen zwischen den drei Teilen abziehen zu können, gelangt nach einer ferneren Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe einer bekannten pneumatischen oder hydraulischen Umschaltvorrichtung das Durchflußmedium von der Seite des Drehschiebers mit dem höheren Druck entweder in den Raum mit der einen wirksamen Ringfläche, wobei die Dichtbuchse gegen die Schale gedrückt wird, oder in den Raum mit der anderen wirksamen Ringfläche, über die die Dichtbuchse mit der Schale von dem Rohrstutzen des Gehäuses abgezogen wird, wobei der jeweils vom Durchflußmedium abgeschaltete Raum völlig druckentlastet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei geschlossener Dichtung die Wirkung der Anpresskraft von der Dichtbuchse ohne Verwendung besonderer Federelemente über die kugelzonenförmige Schale direkt in den Rohrstutzen des Gehäuses und weiter in die Rohrleitung gelangt,

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ohne dass dabei Druckspannungen über beide Lagerzapfen in das Gehäuse eingeleitet werden können, da in allen Betriebsstellungen Spiele zwischen den Lagerzapfen und den Lagerbuchsen der Schale vorhanden sind, und dass beim Schalten der Schale Spalte zwischen ihr und jeweils der Dichtbuchse und dem Rohrstutzen des Gehäuses vorhanden sind, wodurch nur minimale Antriebsdrehmomente bei den Schaltvorgängen erforderlich sind und die wichtigen und relativ empfindlichen Dichtringe mit ihren Dichtflächen auf den Gegen elementen ganz besonders geschont werden» Ausserdem ist das Gewicht der bewegten Teile hier extrem niedrige

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt

durch einen Drehschieber, kugelzonenförmige

Schale in Geschlossen-Stellung,
Fig· 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig· 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des als

zonen
kugelförmige Schale ausgebildeten Absperrkörpers.

In den Fig· 1 und 2 ist mit 1 das Gehäuse des erfindungsgemässen Drehschiebers bezeichnet, wobei der Rohrstutzen 2 des Gehäuses 1 mit dem Dichtring 3 das eine Ende und der Gehäuseflansch 4 mit einem O-Ring 5 das andere Ende des Drehschiebers begrenzt. Der Absperrkörper ist die kugelzonenförmige Schale 6, die in Fig. 3 in perspektivischer Darstellung gezeichnet ist und die kreisförmige Öffnung 7, einen oberen Arm 8, einen unteren Arm 9, eine obere Nabe 10 und eine untere Habe 11 zeigt· In der oberen Nabe 10 ist die obere Lagerbuchse 12 mit einer beide Teile verbindenden Feder 13 Und in der unteren Nabe 11 die untere Lager-

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buchse 14 fest, ohne radiales Spiel untergebracht. Die Lage rung der Schale 6 gegenüber dem Gehäuse 1 erfolgt mit Hilfe des oberen Lagerzapfens 15, der gleichzeitig für den Antrieb der Schale 6 vorgesehen ist und dafür eine Feder 16 mit Radialspiel zwischen dem Lagerzapfen 15 und der Lagerbuchse 12 aufweist, und mit Hilfe des unteren Lagerzapfens 17, der fest im Gehäuse 1 '' sitzt. Der drehbewegliche obere Lagerzapfen 15 ist in bekannter Weise im Gehäuse 1 gelagert und ihm gegenüber abgedichtet. Im Zustand der geschlossenen Dichtung sind zwischen dem Lagerzapfen 15 bzw. 17 und seiner Lagerbuchse 12 bzw. 14 in Durchflussrich tung des Drehschiebers die radialen Spiele S₂ und Q.. vorhanden· Die für die Abdichtung notwendige Druckkraft auf die Schale 6 wird von der Dichtbuchse 18 ausgeübt, die im Gehäuse 1 axial beweglich ist, wobei im Zustand der geschlossenen Dichtung das axiale Spiel zwischen der Dichtbuchse 18 und dem Gehäuseflansch mit ß, bezeichnet ist. Die Dichtbuchse 18, die in ihrer Stirnseite gegen die Schale 6 den Dichtring 19 trägt, ist oben an ihrem Aussenmantel mit der ti-förmigen oberen Führung 20 für die Lagerbuchse 12 und unten an ihrem Aussenmantel mit der U-förmigen unteren Führung 21 für die Lagerbuchse 14 versehen, wobei eich im Zustand der geschlossenen Dichtung zwischen der Führung 20 bzw. 21 und der Lagerbuchse 12 bzw. 14 in axialer Richtung der Dichtbuchse 18 das radiale Spiel B₁ befindet· Die als Ringkolben ausgebildete Dichtbuchse 18 zeigt die beiden entgegengesetzt gerichteten wirksamen Flächen F₁ und Fp» die je eine Wandfläche der Räume 22 und 23 darstellen. Während der Raum 22 von dem Gehäuse flansch 4, dem Gehäuse 1 und der Dichtbuchse 18 mit der Ringfläche F. gebildet ist und gegen seine Umgebung von dem O-Ring 5,

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einem O-Ring 24 zwischen dem Gehäuse 1 und der Dichtbuchse 18 und einem O-Ring 25 zwischen dem G-ehäuseflansch 4 und der Dichtbuchse 18 abgedichtet ist, ist der Raum 23 von der Dichtbuch.se mit der Ringfläche Fp» dem Gehäuse 1 und einem Ring 26, der von einem nach aussen drückenden Spannring 27 arretiert ist, gebildet und gegen seine Umgebung von dem O-Ring 24, einem O-Ring 28 zwischen dem Gehäuse 1 und dem Ring 26 und einem O-Ring 29 zwischen dem Ring 26 und der Dichtbuchse 18 abgedichtet. Mit Hilfe der pneumatischen oder hydraulischen Umsehaltvorrichtung 30, die für den Umschaltvorgang einen axial verschiebbaren L.ppelkolben 31 aufweist, der von Hand, mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch in Verbindung mit dem Antriebsorgan des Lagerzapfens 15 betätigt wird, wird je nach Notwendigkeit - für den Dichtungsvorgang oder für den ochaltvorgang der Schale 6 - der Raum 22 oder der Raum 23 unter den jeweils höchsten Druck des Durchflussmediums gesetzt. Dabei ist es gleich, ob sich dieser höchste Druck in der Durchtrittsöffnung des Rohrstutzens 2 oder in der des Gehäuseflansches 4 zeigt. Pur die Funktion der Umschaltvorrichtung erhält jeweils der Rohrstutzen 2 eine Bohrung 32 von aussen zur Durchtrittsöffnung, der Gehäuseflansch 4 eine Bohrung 33 zur Durchtrittsöffnung und eine Bohrung 34 zum Raum 22 und das Gehäuse 1 eine Bohrung 35 zum Raum 23. An Hand der Fig.1 und 2 sei die Wirkungsweise des Drehsehiebers erklärt. Nach Fig. 2 ist der Druck des Durchflussmediums in der Durchtrittsöffnung des Gehäuseflansches 4 grosser als in der Durchtrittsöffnung des Rohrstutzens 2, so dass der einfache Kolben der Umschaltvorrichtung 30 nach rechts gedrückt ist. Der Doppelkolben 31 ist willkürlich nach links in die Stellung "DICHTUNG GESCHLOSSEN" gebracht worden, so dass das Durchflussmedium über den Zylinder des Doppelkol-

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bens 31 und durch die Bohrung 34 in den Raum 22 gelangt. Da in dieser Stellung des Doppelkolbens der Raum 23 über den rechten DRUCKAUSGlEICH mit der Atmosphäre verbunden ist, kann die Ringfläche P₁ voll wirksam werden und die Dichtbuchse 18 nach rechts schieben und die Schale 6 gegen den Rohrstutzen 2 drücken. Mit einer für bestimmte Druckverhältnisse dimensionierten Ringfläche F₁ kann somit die Druckkraft der Dichtbuchse 18 gegen die Schale 6 und gegen den Rohrstutzen 2 vorher bestimmt werden. Zweckmässigerweise werden die Dichtringe 19 und 3 aus z. B. PTFE so weit aus ihrer Nut vorstehen, dass die Druckkraft die zulässige Druckbeanspruchung des Dichtungsmaterials ausnutzt und bei steigender Druckkraft die Dichtringe 19 und 3 in ihrer Nut verschwinden und die weitere Xraftübertrg.durch metallische Berührung zwischen der Dichtbuchse 18 und der Schale 6 und zwischen der Schale 6 und dem Rohrstutzen 2 erfolgt. Da bei dieser Dichtungsstellung die Spiele ^ap und s. vorhanden sind, sind die Lagerzapfen 15 und 17 vollkommen entlastet. Auch die Spiele ^₁ und a, sind jetzt gegeben, wobei die Bauteile so ausgelegt sind, dass die Bedingung S₁ plus 3p grosser als 8, gilt. Pur den Schaltvorgang der Schale 6 muss für das Öffnen oder das Schliessen des Drehschiebers der Doppelkolben 31 nach rechts in die Stellung "DICHTUNG OPPEN" gebracht werden, so dass das unter Druck stehende Durchflussmedium in den Raum 23 gelangt, wobei nun der Raum 22 über den linken DRUCIiAUSGIiEICH mit der Atmosphäre verbunden ist. Jetzt kann die Ringfläche P₂ voll wirksam werden und die Dichtbuchse nach links schieben. Dabei verschwindet das Spiel O₁ vollkommen und das Spiel ?₂ wird um eine solche Strecke kleiner bis das Spiel _a, verschwunden ist, während das Spiel 9^ grosser wird.

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Durch, das Verschwinden des Spieles s, entsteht ein Spalt zwischen der Dichtbuchse 18 und der Schale 6 und durch das Kleinerwerden des Spieles ß2 entsteht ein Spalt zwischen der Schale 6 und dem Rohrstutzen 2. Durch die Tatsache, dass auch bei diesen anderen extremen lagen der Dichtbuchse 18 und der Schale 6 ein Restspiel Sg und ein vergrössertes Spiel s . vorhanden sind, ist gewährleistet, dass bei keiner Betriebsbedingung des Drehschiebers Kräfte von der Schale 6 über die Lagerzapfen 15 und 17 auf das Gehäuse übertragen werden. Beim Schalten der Schale 6 durch Drehung des Lagerzapfens 15, wobei das Drehmoment über die Feder 16, die Lagerbuchse 12 und die Feder 13 auf die Schale 6 übertragen wird, sind erfindungsgemäss nur noch Lagerreibungskräfte zu überwinden. Nach der Beendigung eines jeden Schaltvorganges, wobei es gleich ist, ob die kugelzonenförmige Schale 6 die Durchflussöffnung versperrt oder freigibt, wird stets der Doppelkolben 31 der Umschaltvorrichtung wieder nach links in die Stellung "DICHTUNG GESCHLOSSEN" gestellt, wodurch, die Dichtbuchse 18 wieder die Schale 6 gegen den Rohrstutzen 2 drückt· Auch für die AÜF-Stellung des Drehsohiebers ist dies wichtig, da sonst das Gehäuse dauernd unter dem Mediumdruck stünde und ankommende Fremdkörper zwischen die Dichtbuchse 18 und das Gehäuse 1 gelangen und die Funktionsfähigkeit des Drehschiebers beeinträchtigen können.

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Claims

PATENTANWALT .. ₁₀ 3oo4/22

1000 BERLIN 27 EGELLSSTRASSE 20

Patentansprüche;

Π. !Drehschieber mit einem als kugelzonenförmige Schale ausgebildeten Absperrkörper, der wechselweise von beiden Seiten durch Überdruck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelzonenförmige Schale (6) im Zustand der geschlossenen Dichtung mittels einer axial verschiebbaren Dichtbuchse (18) mit einer wirksamen Ringfläche (P₁) zwischen dieser Dichtbuchse (18) und einem Rohrstutzen (2) des Gehäuses (1) des Drehschiebers unter Druck gehalten ist, wobei zwischen einem oberen Lagerzapfen (15) für den Antrieb der Schale (6) und ihrer Lagerbuchse (12) und zwischen einem unteren Lagerzapfen (17) der Schale (6) und ihrer Lagerbuchse (H) in axialer Richtung der Dichtbuchse (18) beiderseits radiale Spiele (s₂ und s.) vorhanden sind, und dass für den Schaltvorgang der Schale (6) eine der einen Ringfläche (P..) entgegengesetzt gerichtete wirksame Ringfläche (F^) ^vo^r~ handen ist, durch die Spalte zwischen der Schale (6) einerseits und der Dichtbuchse (18) und dem Rohrstutzen (2) andererseits gegeben sind, wobei für den Zustand der geschlossenen Dichtung die Addition des Spiels (β-) zwischen der Lagerbuchse (12;H) und ihrer Führung (20;21) und des Spiels (feg) zwischen der lagerbuchse (12; H) und dem Lagerzapfen (15; 17) - beide Spiele (»-, und a₂) in axialer Richtung der Dichtbuchse (18) - stets eine Summe ergibt, die grosser als das axiale Spiel (S^) zwischen der Dichtbuchse (18) und dem Gehäuseflansoh (4) des Gehäuses (1) ist·

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2. Drehschieber nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schale (6) und dem Rohrstutzen (2) ein Dichtring (3) im Rohrstutzen (2) angeordnet ist,
3. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schale (6) und dem Rohrstutzen (2) ein Dichtring in der Schale (6) vorhanden ist.
4· Drehschieber nach Anspruch 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schale (6) und der Dichtbuchse (18) ein Dichtring (19) vorzugsweise in der Dichtbuchse (-8) untergebracht ist.
5. Drehschieber nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisrunde Öffnung (7) der Schale (6) mit den Durchtrittsöffnungen der Dichtbuchse (18), des Rohrstutzens (2) und des G-ehauseflansch.es (4) identisch ist.
6. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer bekannten pneumatischen oder hydraulischen Umschaltvorrichtung (30) das Durchflussmedium von der Seite des Drehschiebers mit dem höheren Druck entweder in den Raum (22) mit der einen wirksamen Ringfläche (]?..) oder in den Raum (23) mit der anderen wirksamen Ringfläche (F₂) gelangt, wobei der jeweils vom Durchflussmedium abgeschaltet« Raum (23 oder 22) völlig druckentlastet ist·

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