DE69308357T2 - Metalldichtung für ein Klappenventil - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil mit einer Metalldichtung, insbesondere ein Schmetterlingsventil mit einer solchen Dichtung.
• Bekanntlich müssen solche Ventile und insbesondere Ventile, die schwierigen Betriebsbedingungen unterliegen sollen, beispielsweise Ventile für Tiefsttemperaturfluide, außer einer statischen Abdichtung bezüglich der Dichtlinie in ihrem Gehäuse eine dynamische Dichtung zwischen dem Verschlußorgan und einem peripheren Stützring aufweisen. Wenn auch eine zufriedenstellende statische Abdichtung durch Zerquetschen eines Dichtungsrings zwischen dem Stützring und einem Bereich des Ventilgehäuses mit einem Rand erzielt werden kann, der das Zerquetschen begrenzt, so ergibt sich doch keine vollständig befriedigende dynamische Abdichtung, da der dynamische Dichtungsring, der dem Druck des Verschlußorgans unterliegt, bei dessen Schließen nicht auf dem Verschlußorgan zentriert bleibt, was zur Veränderung der spezifischen Kontaktdrücke zwischen dem Verschlußorgan und der dynamischen Dichtung und damit zu möglichen Lecks an bestimmten Punkten des Umfangs dieser Dichtung führt. Außerdem ist es schwer, Dichtungsringe zu finden, die nach dem Zerquetschen durch das Verschlußorgan noch eine ausreichende Elastizität besitzen (die nachfolgend Restitution genannt wird).
• Die Druckschrift JP-A-61 38 268 beschreibt ein Ventil
• - mit einem Ventilkörper, der eine Öffnung entlang einer Achse besitzt, und mit einem die Öffnung umgebenden Stützring,
• - mit einer dynamischen Dichtung, die sich auf diesem Stützring über ein elastisch verbiegbares Element abstützt, wobei eine Außenwand dieser Dichtung von einem Kontaktmetall gebildet wird,
• - mit einem Verschlußglied für diese Öffnung,
• - mit einem Mechanismus, um das Verschlußglied zwischen einer Durchlaßstellung, bei der ein Fluid durch die Öffnung strömen kann, und einer Verschlußstellung zu verschieben, in der ein Rand des Verschlußglieds an einer Kontaktzone der dynamischen Dichtung anliegt und dieser Kontaktzone eine Verschiebung verleiht, die von einer Verformung der Dichtung begleitet wird, wobei diese Verschiebung so gewählt wird, daß ausreichend große Auflagekräfte für die Herstellung einer Dichtheit zwischen der Auflagefläche und der Kontaktzone erreicht werden, wobei eine umkehrbare Verschiebungsamplitude dieser Kontaktzone mit den Möglichkeiten der elastischen Verformung des Kontaktmetalls verknüpft ist und durch die Tatsache begrenzt ist, daß das Metall so ausgewählt werden muß, daß sein Kontakt mit dieser Auflagefläche die Dichtheit tatsächlich gewährleistet. Das elastisch verbiegbare Element hat im Radialschnitt V-Form und ergibt keine optimale Abdichtung aufgrund der Tatsache, daß einer der Zweige des V frei ist.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil der oben beschriebenen Art mit einem elastisch verbiegbaren Element, das die Dichtheit des Ventils wesentlich verbessert.
• Hierzu ist Gegenstand der Erfindung ein Ventil der oben beschriebenen Art, in dem das elastisch verbiegbare Element zwischen der dynamischen Dichtung und dem Stützring ein Auflager in Form eines die Öffnung umgebenden Reifs ist, dessen beide Ränder am Stützring anliegen, wobei die dynamische Dichtung sich auf diesem Auflager gemäß einer zwischen den beiden Rändern verlaufenden Linie so abstützt, daß die Verbiegung einer Linie in axialem Schnitt durch dieses Auflager die Amplitude der reversiblen Verschiebung der Kontaktzone der dynamischen Dichtung vergrößert.
• Außer diesen wesentlichen Merkmalen sind weitere Merkmale gemäß der Erfindung, die die Wirksamkeit erhöhen, nachfolgend definiert:
• - Der Stützring besitzt eine schräge Anlagefläche für die dynamische Dichtung entgegen den Kräften, denen die dynamische Dichtung unterliegt.
• - Die äußere Wand der dynamischen Dichtung wird durch einen gekrümmten "dynamischen" Rand einer ringförmigen Dichtungsmembran gebildet, deren anderer, "statischer" Rand dicht an das Ventilgehäuse anschließt.
• - Die Dichtmembran enthält ein ringförmiges "dynamisches" Band, das sich im axialen Schnitt schräg von einer Krümmungslinie bis zur dynamischen Dichtung erstreckt, wobei es einen Abstand zum Ventilgehäuse hält und wobei die Krümmungslinie zwischen dem dynamischen und dem statischen Rand liegt, wobei die Membran weiter ein ringförmiges "statisches" Band besitzt, das sich im Axialschnitt radial von dieser Krümmungslinie bis zum statischen Rand der Membran erstreckt und gegen Oberflächen des Ventilgehäuses gedrückt gehalten wird.
• - Der statische Rand der Dichtmembran ist so gekrümmt, daß er die Außenwand einer statischen Dichtung bildet, wobei das statische ringförmige Band und diese Dichtung zwischen den Stützring und eine Innenschulter des Ventilgehäuses eingefügt sind und Spannmittel diesen Ring gegen die innenschulter unter Verformung dieser Dichtung und unter Einspannung des Bands drücken.
• - Der Reif ist im axialen Schnitt zur dynamischen Dichtung hin konvex gekrümmt, um einen Kontakt dieses Reifs mit der Dichtmembran zu vermeiden.
• - Die dynamische Dichtung enthält interne Stützelemente zur Abdichtung, die elastisch verformbar sind und sich gegen die innere Oberfläche ihrer Außenwand anlegen, damit die Verschiebung der Kontaktzone dieser Dichtung von einer begrenzten Verformung der Dichtung begleitet wird und doch ausreichende Anpreßkräfte auch noch nach zahlreichen Öffnungs- und Schließzyklen des Ventils erzeugt werden.
• - Die Auflagefläche des Verschlußglieds ist aus Metall und liegt unter Reibung gegen die Kontaktzone der Dichtung an, wobei das Kontaktmetall außerdem so gewählt ist, daß die Gefahr eines Festfressens dieser Wand an der Auflagefläche vermieden wird.
• - Der Reif ist aus härterem Metall als das Metall der Kontaktzone der dynamischen Dichtung.
• Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen ein Schmetterlingsventil mit einer Metalldichtung gemäß der Erfindung näher erläutert.
• Figur 1 zeigt im Schnitt durch eine diametrale Ebene das ganze Ventil im geschlossenen Zustand.
• Figur 2 zeigt in vergrößertem Maßstab das Detail II aus Figur 1.
• Gemäß den Figuren befindet sich das Ventilgehäuse 1 zwischen den Befestigungsflanschen 2 und 3. Der Fluß des Fluids kann in beiden Richtungen erfolgen. Das Ventil enthält ausgangsseitig einen Spannring 4 und einen Transferring 5. Der Stützring 6 spannt den statischen Dichtungsring 7 ein, wobei dessen Verformung durch eine Schulter 8 im Ventilgehäuse begrenzt wird.
• Das Verschlußglied 9 wird über die Steuerwelle 10 verschoben, die im Lager 12 drehbar gelagert ist, wobei die Drehung durch die Lagerringe 12 und 13 geführt und durch den Anschlag des Verschlußglieds 14 begrenzt wird.
• Der dynamische Dichtungsring 16 ist Teil einer geformten Metallamelle 17, deren anderes Ende vom statischen Dichtungsring 7 gebildet wird. Er wird durch den Rand des Verschlußglieds auf eine abhängig vom Verschlußgrad des Ventils variable Kontaktzone gedrückt und steht auf seiner dieser Kontaktzone gegenüberliegenden Seite mit dem ein Auflager bildenden Reif 18 in Kontakt, dessen konvexe Seite zur Dichtung zeigt und dessen Ränder 19 und 20 ihrerseits auf zueinander senkrecht und zur Achse des Ventils ebenen Seiten einer Umfangsrinne 21 im Dichtungsring 6 aufliegen.
• Dieser Reif ist vorzugsweise aus einem härteren Metall als die Metallamelle 17.
• Der dynamische Dichtungsring 16 enthält vorzugsweise ein torusförmiges inneres Stützelement 16A, das elastisch verformbar ist und es ermöglicht, daß die Verschiebung der Kontaktzone der Dichtung gegen das Verschlußglied nur zu einer beschränkten Verformung dieser Dichtung führt und doch eine ausreichende Anpreßkraft erzeugt.
• Die dynamische Dichtung 16 steht in der Verschlußstellung des Ventils mit der schrägen Auflagefläche 23 des Stützrings 6 in Kontakt, der mit dem Reif 18 zusammenwirkt, um die Kräfte aufzunehmen, denen die Dichtung unterworfen ist, und um die Dichtung zu halten, wenn sie großen Drücken unterliegt.
• Der Anpreßdruck der dynamischen Dichtung 16 wird durch ihre Verformung erzielt, wenn sie mit dem Verschlußglied in der Schließstellung in Kontakt gelangt. Die elastische Restitution der Dichtfunktion wird einerseits durch die Eigenrestitution der Dichtung und andererseits durch den Reif 18 gesichert, auf dem die Dichtung aufliegt. Der Reif sichert außerdem die automatische Zentrierung der dynamischen Ringdichtung auf dem Verschlußglied und damit die Vereinheitlichung der spezifischen Kontaktdrücke zwischen der Dichtung und dem Verschlußglied.
• Außerdem ist die Achse der Steuerwelle 10 um einige Millimeter bezüglich der Symmetrieachse des Sitzes im Ventilgehäuse versetzt, so daß die Reibung zwischen der dynamischen Dichtung und dem Verschlußglied am Ende der Schließphase oder zu Beginn der Öffnungsphase des Ventils begrenzt wird.

Claims (9)

1. Ventil mit Metalldichtung und

- mit einem Ventilkörper (1), der eine Öffnung entlang einer Achse besitzt, und mit einem die Öffnung umgebenden Stützring (6),

- mit einem dynamischen Dichtungsring (16), der sich auf diesem Stützring (6) über ein elastisch verbiegbares Element (18) abstützt, wobei eine Außenwand dieses Dichtungsrings (16) von einem Kontaktmetall gebildet wird,

- mit einem Verschlußglied (9) für diese Öffnung,

- mit einem Mechanismus zur Verschiebung des Verschlußglieds (9) zwischen einer Durchlaßstellung, bei der ein Fluid durch die Öffnung strömen kann, und einer Verschlußstellung, in der eine Auflagefläche (22) des Verschlußorgans (9) an einer Kontaktzone der dynamischen Dichtung (16) anliegt, indem sie diese Kontaktzone verschiebt, wobei diese Verschiebung von einer Verformung der Dichtung (16) begleitet wird und so gewählt ist, daß ausreichend große Auflagekräfte erzeugt werden, um eine Dichtung zwischen dieser Auflagefläche (22) und der Kontaktzone zu gewährleisten, wobei eine umkehrbare Verschiebungsamplitude dieser Kontaktzone mit den Möglichkeiten der elastischen Verformung des Kontaktmetalls verknüpft und durch die Tatsache begrenzt ist, daß dieses Metall so gewählt werden muß, daß sein Kontakt mit dieser Auflagefläche (22) die Abdichtung tatsächlich gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verbiegbare Element zwischen der dynamischen Dichtung (16) und dem Stützring (6) ein Auflager (18) in Form eines die Öffnung umgebenden Reifs ist, dessen beide Ränder (19, 20) am Stützring anliegen, wobei die dynamische Dichtung (16) sich auf diesem Auflager gemäß einer zwischen den beiden Rändern (19, 20) verlaufenden Linie so abstützt, daß die Verbiegung einer Linie in axialem Schnitt durch dieses Auflager (18) die Amplitude der reversiblen Verschiebung der Kontaktzone der dynamischen Dichtung (16) vergrößert.

2. Ventil nach Anspruch 1, in dem der Stützring (6) eine schräge Anlagefläche (23) für die dynamische Dichtung (16) gegen die Kräfte besitzt, denen die dynamische Dichtung unterliegt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, in dem die äußere Wand der dynamischen Dichtung (16) durch die Krümmung eines "dynamischen" Rands (16) einer ringförmigen Dichtungsmembran (17) gebildet wird, deren anderer, "statischer" Rand (7) dicht an das Ventilgehäuse anschließt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmembran (17) ein ringförmiges "dynamisches" Band enthält, das sich im axialen Schnitt schräg von einer Krümmungslinie bis zur dynamischen Dichtung (16) erstreckt, wobei es einen Abstand zum Ventilgehäuse (1) hält und wobei die Krümmungslinie zwischen dem dynamischen und dem statischen Rand liegt, und daß die Membran (17) weiter ein ringförmiges statisches Band (7) besitzt, das sich im Axialschnitt radial von dieser Krümmungslinie bis zum statischen Rand der Membran erstreckt und gegen Oberflächen des Ventilgehäuses (1) gedrückt gehalten wird.

5. Ventil nach Anspruch 4, in dem der statische Rand der Membran so gekrümmt ist, daß er die Außenwand einer statischen Dichtung (7) bildet, wobei das statische ringförmige Band und diese Dichtung zwischen den Stützring (6) und eine Innenschulter (8) des Ventilgehäuses eingefügt sind und Spannmittel diesen Ring (6) gegen die Schulter (8) unter Verformung dieser Dichtung (7) und unter Einspannung des Bands drücken.

6. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reif (18) im axialen Schnitt zur dynamischen Dichtung (16) hin konvex gekrümmt ist, um einen Kontakt dieses Reifs (18) mit der Dichtmembran (17) zu vermeiden.

7. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, in dem die dynamische Dichtung (16) interne Stützelemente (16A) zur Abdichtung enthält, die elastisch verformbar sind und sich gegen die innere Oberfläche ihrer Außenwand anlegen, damit die Verschiebung der Kontaktzone dieser Dichtung von einer begrenzten Verformung der Dichtung begleitet wird und doch ausreichende Anpreßkräfte auch noch nach zahlreichen Öffnungsund Schließzyklen des Ventils erzeugt werden.

8. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Auflagefläche des Verschlußglieds (9) aus Metall ist und unter Reibung gegen die Kontaktzone der Dichtung anliegt, wobei das Kontaktmetall außerdem so gewählt ist, daß die Gefahr eines Festfressens dieser Wand an der Auflagefläche (22) vermieden wird.

9. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reif (18) aus härterem Metall als das Kontaktmetall ist.