DE2804676A1

DE2804676A1 - Drehschieber mit dichtungsmanschette und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2804676A1
Application number: DE19782804676
Authority: DE
Inventors: Alain Andre Pierre Percebois; Jean-Georges Sutter
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: BE863692A; BR7800692A; IT1107055B; CH619522A5; GB1596687A; FR2379739A1; FR2379739B1; US4227675A; IT7867236A0; DE2804676C2; ES466464A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschieber mit elastischer Dichtungsmanschette, bei dem die Manschette eine Schale mit Bunden oder Flanschen an den Enden und in der Nähe der Mittelebene des geschlossenen Drehschiebers und zu beiden Seiten dieser Ebene einen dickeren Bereich aufweist, der einen Sitz bildet und ein in einer Kehle des Ventilkörpers sitzendes äußeres Relief aufweist.

Der Ventilkörper von Drehschiebern dieser Art ist über seine gesamte innere Oberfläche mit einer ringförmigen Manschette aus kompressiblem Material versehen; der Sitz dieser Manschette wird über den Umfang des Drehschiebers zusammengedrückt, wenn der Drehschieber seine Schließstellung einnimmt. Diese Art der Montage ist von großer Bedeutung: Abgesehen davon, daß der Ventilkörper geschützt wird, gewährleisten die Bunde an den Enden der Manschette in sehr einfacher Weise die Dichtigkeit zwischen dem Ventilkörper und zwei Flanschen von anzuschließenden Rohrelementen; ferner wird die Bearbeitung des Ventilkörpers vereinfacht.

Die bisher bekannten Drehschieber mit Manschette lassen jedoch in einigen Punkten noch zu wünschen übrig. Insbesondere ist das Kriechen der Manschette unter der Schließe'inwirkung trotz des Verankerungsreliefs der Manschette sehr groß, und zwar insbesondere dann, wenn der Drehschieber bei hohen Temperaturen arbeitet und wenn der Drehschieber lange Zeit geschlossen bleibt: Das die Manschette im allgemeinen bildende elastomere Material fließt oder kriecht unter dem erforderlichen Anpreßdruck zur Aufrechterhaltung der Dichtigkeit umso mehr je höher die Temperatur ist und je länger der Schließvorgang andauert. Aus diesem Fließen oder Kriechen resultiert, daß die Manschette am Ort des Sitzes ausweicht. Insbesondere versucht sie, sich axial zu verschieben und/oder mehr oder weniger den Eindruck des Randes des Drehschiebers unter Bildung von permanenten inneren radialen Wulsten zu beiden Seiten dieses Eindruckes aufrecht zu erhalten. Andererseits ist klar, daß diese Wulste durch Wegnahme von elastomerem Material an dem erforderlichen Volumen erfolgen, um die Dichtigkeit in Kontakt mit dem Drehschieber

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zu gewährleisten, so daß dies unter Beeinträchtigung der Dichtigkeit erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehschieber mit Dichtungsmanschette anzugeben, der ein sicheres Verschließen bei heißen durchströmenden Fluiden gewährleistet und im Laufe der Zeit zuverlässig bleibt, und zwar trotz Zunahme des Fließens des die Manschette bildenden kompressiblen Materials, das die Dauer der Verwendung unvermeidbarerweise hervorruft.

Die Erfindung bezieht sich daher auf einen Drehschieber der oben angegebenen Art, der sich dadurch auszeichnet, daß das Relief in freiem Zustand das gleiche Profil wie die Kehle aufweist, daß die radiale Dicke des Sitzes mindestens zehnmal so groß wie die Tiefe ist, um die der geschlossene Drehschieber in den Sitz eindringt, daß die Tiefe der Kehle mindestens vier Zehntel der minimalen radialen Dicke des Sitzes ausmacht, daß die axiale Länge des Bodens der Kehle in der gleichen Größenordnung wie die des Sitzes ist und daß die Ränder der Kehle abgerundet sind.

Wenn der Drehschieber exzentrisch oder versetzt ist, weist der Ventilkörper vorzugsweise eine ringförmige innere Zunge auf, bei der die eine Fläche eine Wand der Kehle und die andere eine Endfläche des Ventilkörpers bildet, wobei die beiden radialen inneren Ränder dieser Zunge abgerundet sind und die Länge dieser Zunge ausgehend vom Boden der Kehle mindestens gleich der halben maximalen radialen Dicke des Sitzes ist.

In diesem Falle weist der Ventilkörper bei einer vorteilhaften Ausführungsform ein erstes Teil, das von der Welle des Drehschiebers durchsetzt und von einer eine erste Wand der Kehle bildenden Fläche begrenzt ist, sowie ein zweites Teil auf, auf das ein Teil der Manschette aufgeklebt ist, das an das erste Teil angeschlossen ist und das den Boden und die andere Wand der Kehle bildet. Man kann dann einen untrennbaren Block aus Manschette

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und zweitem Teil des Ventilkörpers herstellen, indem man es in Hinblick auf ein gutes Haftvermögen als vorher behandelten Einsatz verwendet, auf den die Manschette aufgeformt wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Drehschieber von zwei getrennten Halbwellen getragen, und die Schale weist in freiem Zustand am Orte des Durchganges jeder dieser Halbwellen eine überstärke auf, in die eine Bohrung mit gleichem Durchmesser wie der der Halbwellen eingearbeitet und über einen Teil ihrer Länge zur Innenseite der Manschette hin mit einem radialen Bund versehen ist, wobei diese Bunde zylindrische Lippen bilden, welche die Wellen im montierten Ventil umschließen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Manschette zur Ausrüstung eines derartigen Drehschiebers.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der dazugehörigen ,Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Drehschiebers im Querschnitt in der Ebene der Rotationsachse des Drehschiebers, welcher in seiner offenen Stellung wiedergegeben ist;

Fig. 2 einen Schnitt des Drehschiebers längs der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei der Schieber selbst in dieser Figur nicht wiedergegeben ist;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Teilansicht in vergrößertem Maßstab, wobei der Schieber teilweise in seiner Schließstellung wiedergegeben ist;

Fig. 4 ein Detail der Darstellung nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

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Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung des gleichen Details bei einer abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Teilansicht im Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei der Schieber in seiner Schließstellung wiedergegeben ist;

Fig. 7 ein Detail der Anordnung nach Fig. 6 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 8 ein Detail der Anordnung nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 9 eine der Fig. 8 ähnliche Darstellung zur Erläuterung der Herstellung des in Fig. 8 wiedergegebenen Teiles der Manschette; und in

Fig. 10 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfxndungsgemäßen Drehschiebers.

Der in den Fig. 1 bis 4 wiedergegebene Drehschieber besteht im wesentlichen aus einem Ventilkörper 1, einem Schieber oder einer Drosselklappe 2 und einer elastischen Manschette 3. Der Einfachheit halber sind in den Figuren der Zeichnung einige Proportionen nicht berücksichtigt.

Der metallische Ventilkörper 1 besitzt die allgemeine Form eines zylindrischen Ringes mit der Achse X-X. Die Außenwand 4 des Ventilkörpers 1 ist zylindrisch und seine Innenwand 5 ist über den größten Teil 5a ihrer Länge ebenfalls zylindrisch ausgebildet. An jedem Ende besitzt der Ventilkörper 1 eine plane Fläche oder Wand 1a, in der eine Anfräsung 6 ausgehöhlt ist, an die sich eine Abrundung 7 in Form eines Viertelkreises an den zylindrischen Bereich der Wand 5 anschließt. In dem radial äußeren Bereich der Anfräsung 6 ist eine kreisförmige Nut oder Kehle 8 ausgehöhlt, die

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wie aus Fig. 4 erkennbar, einen flachen Boden 9 und eine äußere zylindrische Wand 10 besitzt; der Boden 9 schließt sich an die Wand 10 mit einer Abrundung 11 in Form eines Viertelkreises und an den Boden der Anfrösung 6 mit zwei entgegengesetzten Abrundungen 12 und 13 mit gleichem Radius an. Die Wand 10 der Kehle 8 schließt sich unter einem rechten Winkel an die äußere plane Wand 1a des Ventilkörpers 1 an.

An einem Ende des Ventilkörpers schließt sich die Wand 5a mit einer Abrundung 14 an eine radiale Wand 15 einer ringförmigen Kehle 16 mit zylindrischem Boden an, während die ringförmige Kehle 16 an ihrer der Wand 14 gegenüberliegenden Seite von einer inneren radialen Zunge oder einem Bund 17 begrenzt ist, dessen Innenradius kleiner als der der zylindrischen Wand 5a ist. Der Boden der Kehle 16 schließt an die beiden seitlichen radialen Wände dieser Kehle mit identischen Abrundungen 18 an, während das innere Ende der Zunge oder des Bundes 17 ebenfalls von zwei Abrundungen 19 begrenzt ist.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist der Ventilkörper 1 von zwei einander diametral gegenüberliegenden Bohrungen 20 mit gleicher Achse Y-Y durchsetzt, die in einer quer verlaufenden Ebene P liegen, welche bezüglich der allgemeinen Symmetrieebene des Ventilkörpers 1 versetzt ist und durch die Mitte der Wand 5a hindurchgeht. In jeder dieser Bohrungen ist ein Lager 21 befestigt, das innen an der zylindrischen Wand 5a anliegt und sich ihrer Form anschmiegt. Eine Halbwelle 22 dreht, sich in jedem dieser Lager 21 unter Zwischenschaltung eines selbstschmierenden Ringes 23. Die eine Halbwelle 22a der beiden Halbwellen 22 ist an eine nicht dargestellte von Hand oder mit einem Motor betriebene Betätigungsvorrichtung angeschlossen, während die andere Halbwelle 22b frei drehbar in ihrem Lager angeordnet ist. Die inneren Enden der beiden Halbwellen 22 befinden sich im Abstand voneinander und weisen eine Schräge 24 auf. Ein quer verlaufendes Loch 25 durchsetzt jede dieser Halbwellen 22 in der Nähe ihres jeweiligen Endes.

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Bei der Drosselklappe oder dem Schieber 2 handelt es sich um einen exzentrisch angeordneten Schieber, der eine Schließplatte 26, dessen allgemeine Form ungefähr eben oder linsenförmig mit einem Durchmesser p_ ausgebildet ist und der auf einer Seite zwei Ansätze oder Laschen 27 aufweist. Diese Laschen 27 sind von Bohrungen 28 durchsetzt, die ohne Spiel die Enden der beiden Halbwellen 22 aufnehmen, während die Drehverbindung mit Stiften erfolgt, welche die Bohrungen 28 und Löcher 25 quer durchsetzen. Der Rand der Schließplatte 26 ist dünner und abgerundet und ungefähr symmetrisch bezüglich einer Ebene ausgebildet, die sich in einem Abstand e der sogenannten Exzentrizität oder Mittenverlagerung, von der Achse Y-Y befindet.

Die Manschette 3, die beim Ausführungsbeispiel aus einer elastomeren Mischung oder einem anderen kompressiblen Material mit ähnlichen Eigenschaften besteht, beispielsweise einer ausreichend biegsamen und elastischen thermoplastischen Mischung, hat einen allgemeinen Halbquerschnitt in Form eines U, der in Fig. 2 deutlich sichtbar ist. Die äußere Wand der Manschette 3 in der Ruhestellung, welche die innere Wand des U bildet, hat genau die gleiche Form wie die Innenwand 5 und wie der Boden der Anfräsungen 6 des Ventilkörpers Mit anderen Worten, wenn die Manschette 3 sich in ihrer Stellung befindet, so überdeckt sie vollständig diese Teile des Ventilkörpers 1, ohne beträchtlichen Beanspruchungen unterworfen zu sein. Die Enden der äußeren Bunde 30 bilden die Schenkel des U und sind in Form eines Kreisringes 31 ausgebildet, dessen Durchmesser so gewählt ist, daß er sich leicht gegen den mittleren Bereich des Bodens der entsprechenden Kehle 8 des Ventilkörpers 1 andrückt, wobei jeder dieser Kreisringe oder torusförmigen Gebilde 31 leicht von den äußeren planen Wänden 1a des Ventilkörpers 1 vorsteht.

Die Basis des die Manschette 3 bildenden U besteht über den größten Teil ihrer Länge aus einer dünnen Schale 32 aus zwei Teilen, nämlich einer die Wand 5a bedeckenden Schale 32a und einer in der Nähe der Zunge 17 befindlichen Schale 32b. Nur der Teil der Manschette 3, der sich im Bereich der Kehle 16 zwischen

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den beiden Schalen 32a und 32b befindet, weist eine Uberstärke auf. Tatsächlich ist es so, daß sich in der Nähe dieser Kehle und über die gleiche axiale Länge ein Sitz 33 erstreckt, dessen Innenwand konisch verläuft. Der Sitz 33 schließt sich unter einem spitzen Winkel in Richtung der Drehachse des Schiebers an einen Konus 34 an, der sich seinerseits an die Schale 32a der Manschette 3 anschließt. In der entgegengesetzten Richtung verbindet ein zweiter Konus 35 den Sitz 33 mit der Schale 32b der Manschette

Die Manschette 3 und der Ventilkörper 1 weisen die folgenden Dimensionsverhältnisse auf (vgl. Fig. 3): - Die Tiefe ρ und der Strich in der Kehle 16 ist mindestens 0,4-mal so groß wie die minimale Dicke h des Sitzes 33;

- die Dicke des Sitzes 33, gemessen in freiem Zustand und in radialer Richtung vom Boden der Kehle 16, ist in jedem Punkt dieses Sitzes 33 mindestens zehnmal so groß wie der Abstand oder die Eindringtiefe L, d.h. die Tiefe, um die der Schieber 2 in den Sitz 33 eindringt, und zwar in seiner Schließebene Q, die sich in einem Abstand £ von der Achse Y-Y befindet und die auch die Mittelebene der Kehle 16 ist.

In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß aufgrund der Toleranzen und unterschiedlichen Maße des Durchmessers des Schiebers, die beispielsweise zwischen 80 mm und 400 mm liegen können und der geringen Dicke des Sitzes bezogen auf diesen Durchmesser, man diese Dicke so berechnet, daß sie oberhalb eines Wertes von 1Oi₁ bleibt und einer tatsächlich beobachteten Eindringtiefe im ungünstigsten Falle entspricht; daraus ergibt sich, daß bei einem vorgegebenen Drehschieber diese Dicke deutlich oberhalb von 10i liegt;

- die Dicke der Schale 32 der Manschette 3 beträgt ungefähr 3 mm;

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sie kann ganz allgemein unterhalb von 2,5i. aber bei größeren Werten als 2 mm in den Fällen liegen, wo die Manschette aus einem Elastomeren besteht. Dieser Viert von 2 mm entspricht in der Tat einer unteren Grenze unter Berücksichtigung der Verformungsmöglichkeiten der Manschette 3;

- sämtliche auftretenden Abrundungen haben einen Radius von 2mm, bei dem es sich um einen minimalen Wert für die Formung und Herstellung der Manschette 3 und die Bearbeitung des Ventilkörpers handelt;

- die Bunde oder Flansche 30 haben aus dem gleichen Grunde eine Dicke in der gleichen Größenordnung wie die Schale 32; diese Dicke ist ebenso groß wie die Tiefe der Anfräsung 6;

- die oberen Halbkonen 34 und 35 (vgl. Fig. 3) bilden mit der Achse X-X Winkel, die einerseits zwischen -arc sin 2e/p_ und

- 60 bzw. -arc sin 2e/D und + 60° andererseits liegen;

- die Zunge 17 hat, gerechnet vom Boden der Kehle 16, eine Länge, die mindestens die halbe maximale Dicke Π des Sitzes 33 ausmacht; beim wiedergegebenen Ausführunqsbeispiel beträgt diese Länge 0,68 II;

- der Sitz 33 ist begrenzt durch die Konustangente in der Ebene Q an die Sphäre, berechnet von der Enveloppe S des Schiebers 2 durch Reduzierung seines Radius um den Wert ^L. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sitz auch sphärisch längs der gleichen Sphäre oder auch bikonisch ausgebildet sein. In diesem Falle teilt man zur Begrenzung des Sitzes 33 die Sehne dieser Sphäre in vier gleiche Teile, und die den Sitz bildenden beiden Konen sind Tangenten an diese Sphäre im ersten und dritten Viertel dieser Sehne. Der Sitz 33 kann sich auch mit Abrundungen an die Konen 34 und 35 anschließen, wobei seine Länge in diesem Falle ausgehend von den Tangenten an diese Abrundungen bestimmt ist.

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Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Kehle 16 auch eine nicht rechteckige Form aufweisen und beispielsweise trapezförmig und ausgeweitet ausgebildet sein. In diesem Falle ist es so, daß die axiale Länge JL des Bodens dieser Kehle 16 in der gleichen Größenordnung wie die axiale Länge s des Sitzes 33 liegt. Man kann beispielsweise bei der Kehle 16 auch die Form eines rechteckigen Trapezes, bei dem die schräge Seite der Welle des Schiebers zugewandt ist, oder aber ein gleichschenkeliges Trapez wählen. Ferner kann die Mittelebene dieser Kehle 16 um einen bestimmten Betrag gegenüber der Schließebene Q des Schiebers 2 versetzt sein. Diese Verschiebung kann sehr leicht in Richtung der Ebene P erfolgen, während die Grenzstellung dieser Mittelebene in der anderen Richtung auf folgende Weise bestimmt ist: Ausgehend von dem den geschlossenen Schieber 2 tangierenden Kreis (Sphäre S) mit dem Zentrum O, verlängert man den Radius dieses Kreises um die zehnfache Eindringtiefe I. Die Grenzmittelebene geht durch den so erhaltenen Punkt hindurch.

Im Betrieb ist der mit Flanschen versehene Ventilkörper 1 axial zwischen die Endflansche zweier nicht dargestellter Rohrleitungselemente mit der Achse X-X eingespannt, wobei lediglich die Kreisringe 31 komprimiert werden. Der Durchmesser dieser Kreisringe 31 ist gegenüber den Abmessungen der Nut 8 in Abhängigkeit von den Kompressionsgesetzen des die Manschette 3 bildenden Kautschuks so gewählt, daß man die Dichtigkeit beim Betriebsdruck unter der Einwirkung des gewünschten Spanndruckes erhält, wobei die Kreisringe 31 dann die Nuten oder Kehlen 8 vollständig ausfüllen, ohne freien Zwischenraum zu lassen, wie es ohne die Abrundungen 11 und 13 der Fall wäre. Dies garantiert ein Fehlen eines späteren Fließend oder Kriechens an diesem Ort und somit eine perfekte und zuverlässige Dichtigkeit sogar bei hohen Temperaturen. Die Bunde oder Flansche ,30 besitzen keine Dichtigkeitsfunktion; sie dienen nur als Verbindungselemente für die Kreisringe 31 mit der Basis des U und zum Schütze der Enden des Ventilkörpers 1 gegen Korrosion; diese Bunde oder Flansche sind somit keinerlei beträchtlicher Beanspruchung unterworfen und können daher sehr dünn sein, was sich in Materialer-

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sparnis auswirkt.

Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Schenkel 30a des ü mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, die Kehle oder Nut 8 ist weggelassen. Kreisförmige Ansätze oder Ausstülpungen 36 springen axial gegenüber der Wand 1a des Ventilkörpers 1 vor. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind vier derartige axiale Vorsprünge vorgesehen; ihr Kamm oder ihre Krone bildet in der Ruhestellung einen Vorsprung von mindestens 2 mm, und der Winkel an der Spitze beträgt ungefähr 60°. Beim Einspannen des Ventilkörpers 1 zwischen zwei Flanschen werden diese Vorsprünge so weit abgeflacht, bis ihre Kompression im Gleichgewicht mit der Klemmspannung der Flansche steht. Bei dieser Ausführungsform ist die Dicke der Schenkel 30a größer als die der Schenkel 30 bei der Ausführungsform nach Fig. 4, denn diese Schenkel sind den Kompressionsbeanspruchungen an den Orten der Vorsprünge oder Ansätze 36 ausgesetzt, welche eine Reihe von die Dichtigkeit gewährleistenden Hindernissen bilden. Aus diesem Grunde braucht man einen gewissen Körper, weil diese Schenkel 30a eine axiale Dicke besitzen, die ebenso groß wie die Tiefe der Anfräsungen 6a und damit größer als bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist.

Im Betrieb zirkuliert das geförderte Fluid in der einen oder anderen Richtung längs der Achse X-X; wird der Schieber 2 in seine Schließstellung gebracht, so nähert er sich dem dicken Teil der Manschette 3 und kommt mit dem einen oder anderen der Konen 34 oder 35 in Berührung .

Die oben angegebene Neigung dieser Konen ermöglicht es dem Schieber 2 gegenüber dem Sitz 33 zu gleiten, und zwar einerseits ohne auf Widerstand von Seiten der Konen in dem Maße zu treffen, daß er den Sitz nicht erreichen kann und andererseits ohne daß der Sitz und die beiden Konen eine zugroße axiale Länge der Manschette 3 ausmachen .

Es hat sich herausgestellt, daß mit den oben angegebenen Ab-

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messungen des Sitzes 33 und den an die Kehle 16 und das in dieser Kehle 16 aufgenommene Relief 33a der Manschette 3 angrenzenden Abrundungen 14 und 19 die Temperatur erheblich gesteigert wird, bei der das Fließen oder Kriechen des Elastomeren übermässig groß wird. Man beobachtet somit eine Reduzierung des Fließens bei einer vorgegebenen Temperatur, die es ermöglicht, einen ausreichenden Anpreßdruck zwischen Sitz und Schieber zur Erzielung der Dichtigkeit zu haben, ohne daß zu beiden Seiten des Schiebers permanente radiale Wulste entstehen, die durch Wegnahme von Kautschukreaterial in der quer verlaufenden Berührungsebene des Schiebers auftauchen und einerseits die Dichtigkeit unter Verringerung des Kontaktdruckes beeinträchtigen und andererseits das Betatigungsmoment erhöhen, da sie die Reibungskräfte des Schiebers gegen diese Wulste erhöhen.

Vermutlich ergibt sich dieses überraschende Ergebnis aufgrund des sehr geringen Belastungszustandes, den der radial innere Bereich des Sitzes bei der vorgegebenem Geometrie erfährt, wenn das Ventil geschlossen ist, wobei sich diese Belastungen mit spannungsoptischen Versuchen sichtbar machen lassen. Insbesondere sind wegen der beträchtlichen Dicke des Sitzes 33 die Abweichungen der Eindringtiefe i aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung gering, wenn man sie auf diese Dicke des Sitzes bezieht, so daß die Belastungen und Beanspruchungen auf dem Niveau des Sitzes von einem Ventil zum anderen in engen Grenzen gehalten werden.

Die beschriebenen Abmessungen gewährleisten eine sehr gute Verankerung des Sitzes, sogar wenn der Klemmflansch einen großen Innendurchmesser besitzt, wie es in Fig. 3 strichpunktiert bei 37 angedeutet ist; nur bei dem über die Zunge 17 hinausgehenden Teil der Manschette 3 besteht die Gefahr des Fließens oder Kriechens unter der Druckeinwirkung des Fluids. Da aber darüberhinaus der Sitz ein gegenüber der Welle des Schiebers divergierendes Profil auch am Ende der Zunge 17 besitzt, ist die Gefahr einer derartigen Verschiebung des Sitzes sehr abgeschwächt.

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Ein weiterer beträchtlicher Vorteil des oben beschriebenen Drehschiebers besteht darin, daß aufgrund der Form und der Abmessungen des Sitzes dieser Sitz praktisch die einzige Zone der Manschette 3 ist, die den Belastungen von seiten des Schiebers ausgesetzt ist. Der übrige Teil der Manschette 3, d.h. die Schale 32 gewährleistet somit nur eine Funktion des inneren Schutzes des Ventilkörpers 1. Die Schale 32 kann daher ebenso wie die Flansche 30 eine minimale Dicke von 2 mm haben, was einerseits eine Materialersparnis ermöglicht und andererseits eine sehr wichtige Biegsamkeit und Elastizität bei der Montage liefert. Darüber hinaus hat die Kompression der Kreisringe oder torusförmigen Gebilde 31 keinen Einfluß auf die Basis des U und führt dort zu keinerlei Belastungen.

Fig. 8 zeigt, wie die Dichtigkeit der Manschette bei der Durchführung der Welle des Schiebers gewährleistet ist indem sie ein Detail des rechten Teiles der Fig. 1 an dem Ort wiedergibt, wo die Halbwelle 22a in den Hohlraum des Ventilkörpers 1 eindringt und Zugang zu einer Lasche 27 des Schiebers 2 hat. Selbstverständlich ist der diametral gegenüberlxegende Teil der Manschette bei der Durchführung der Halbwelle 22b analog aufgebaut. Die Manschette 3 besitzt an diesem Ort eine rechtwinkelig zur Achse Y-Y der Halbwelle 22a verlaufende Abflachung 38. Diese Abflachung 38 ermöglicht es, der Manschette 3 an diesem Orte eine größere Dicke zu geben, und zwar unter Berücksichtigung der Kräfte, denen sie unter Berücksichtigung der Durchführung der Welle ausgesetzt sein wird; für diese Verstärkung wählt man eine Dicke, die eineinhalbmal bis zweimal so groß wie der sonstige Bereich der Manschette 3 ist.

Ein kurzer Zylinder 39 steht, ausgehend von der Abflachung 38, gegenüber dem Schieber 2 vor und umgibt die Halbwelle 22a. Die freie Länge dieses Zylinders 38 liegt in der Größenordnung von 1 bis 5 mm, und seine Dicke beträgt ungefähr 1 bis 3 mm. Dieser Zylinder 39 bildet eine Lippe, und seine elastische Anpressung

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gegen die Halbwelle 22a wird aufgrund des anhand von Fig. 9 erläuterten Formvorganges erhalten: Die Form zur- Herstellung der Manschette 3 weist einen äußeren Gürtel 40 und einen Kern 41 auf. An dem Ort, wo man in der Manschette das Loch für die Durchführung der mit dem Zylinder 39 versehenen Halbwelle, welche von dem Zylinder umgeben ist, anbringen will, ordnet man eine Durchlaßöffnung 42 des Gürtels 40 mit gleichem Durchmesser wie die Halbwelle durchsetzend und in einem Sackloch 43 des Kernes 41 mit kleinerem Durchmesser ein Teil 44 an, das zwei zylindrische Bereiche 45 und 46 aufweist, deren Durchmesser denen der Öffnungen 42 bzw. 43 entsprechen; der Unterschied der Durchmesser macht die doppelte Menge des Zylinders 39 aus. Der zylindrische Bereich 46 des Teiles 44 mit reduziertem Durchmesser dringt in das Formungsintervall um einen Wert ein, der, in Achsrichtung dieses Teiles gemessen, gleich der gewünschten Dicke des Zylinders 39 ist. Ausgehend von der Schulter, die sich dort befindet, wo sich die Durchmesser des Teiles 44 ändern, wobei die Schultern zur Erzielung eines vollständig sauberen Zylinders 39 perfekt radial ausgebildet ist, nimmt der Durchmesser fortschreitend längs einer Abrundung in Form eines Viertelkreises zu.

Bei der Entformung besitzt die Manschette 3 die in der Fig. 9 wiedergegebene Form. Bei der Montage wird die Halbwelle 22a von außen in ihrem Lager 21 eingeführt und drückt mit ihrer Schräge 24 den Bund der Manschette fortschreitend nach innen, um hieraus eine vorgespannte zylindrische Lippe zu bilden, während der im Ventil aufgebaute hydraulische Druck diese Lippe infolge dessen sehr fest gegen die Halbwelle andrückt und somit die Dichtigkeit gewährleistet. Der minimale Durchmesser der Schräge 24 dieser Halbwelle 22a muß geringer sein als der von der Lippe vor der Montage vorgegebene Durchmesser, und der Winkel der Schräge muß vorzugsweise unterhalb von 45° gegenüber der Erzeugenden der Welle liegen. Statt einer Schräge kann selbstverständlich auch eine Abrundung vorgesehen sein . Diese Art der Dichtung mit einer Lippe ist sehr vorteilhaft, weil der Fluiddruck permanent dafür sorgt, daß ein eventuelles Abweichen von der Vorspannung durch ein Fließen oder

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Kriechen, insbesondere bei hoher Temperatur, ausgeglichen wird.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß sämtliche vorstehenden Ausführungen, abgesehen von offensichtlichen Abweichungen, auch für nicht exzentrische Drehschieber gelten: Die Anordnung ist dann symmetrisch gegenüber der Mittelebene des Ventilkörpers 1 ausgebildet, und die angegebenenDimensionsverhältnisse und Geometrien werden, bis auf die Länge der Zunge oder des Bundes 17 beibehalten.

Die am Boden der Kehle 16 vorgesehenen Abrundungen 18 unterbinden die Gefahr der Beschädigung oder Verletzung des äußeren Bereiches des ringförmigen Reliefs 33a bei der Montage: Tatsächlich ist es so, daß die Manschette 3 bei ihrer Montage im Ventilkörper beträchtlich deformiert werden muß, und diese Deformation könnte ohne die Abrundungen zu Rißen führen, welche der Ursprung einer schlechten Verteilung der Beanspruchung sein könnten. Andererseits gibt es für die Abrundungen 18 die fakultativen Möglichkeiten, wie sie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7 angedeutet sind und das Problem der Deformation bei der Montage unterdrücken.

Die Fig. 6 und 7 beziehen sich ebenfalls auf einen Drehschieber mit exzentrisch angeordnetem Schieber. Sie tragen den Bedürfnissen beim Zurückziehen beim Formen der Manschette Rechnung, um die Bearbeitung des Ventilkörpers zu erleichtern und die Montage der Manschette im Ventilkörper zu vereinfachen. Bei dieser Ausführungsform weist der Ventilkörper 1 ein Hauptteil 1b auf, das von den beiden Halbwellen 22 durchsetzt ist und dessen eine äußere plane Wand 48 eine Ausfräsung 49 mit zylindrischer Wand und planem Boden aufweist. In diese ist ein äußeres Teil 1c genau eingesetzt, das den Ventilkörper 1 vervollständigt. Die Tiefe dieser Ausfräsung ist auf den Wert begrenzt, der grade zum Einsetzen des äußeren Teiles 1c in den Ventilkörper 1 erforderlich ist. Der innere Teil der Ausfräsung 49 bildet die der Achse Y-Y- nächstliegende Wand der Kehle 16a, und der Boden dieser Kehle 16a trifft auf diese Wand unter einem spitzen rechten Winkel. Bis auf diesen Unterschied,

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der sich bei der Manschette 3 findet, ist die innere Ausbildung des Ventilkörpers 1 im wesentlichen identisch mit dem oben beschriebenen Aufbau.

Das Teil 1c wird als Einsatz für die Formung der Manschette 3 verwendet, und zwar nach einer geeigneten Behandlung, um das Anhaften des Elastomeren zu gewährleisten. Man erhält somit einen einsetzbaren Block 1c - 3.

Wie oben bereits erwähnt, besteht bei dieser Ausführungsform mit dem Einsatz, auf den die Manschette aufgeformt wird, bei der J mtage nicht mehr die Gefahr der Rißbildung beim Relief 33a an seinen Ecken in Berührung mit der Kehle. Aus offensichtlichen Gründen der Vereinfachung der Bearbeitung kann die zylindrische Innenoberfläche des Teiles 1c als Einsatz somit vollständig orthogonal zur Ausfräsung 49 über die gesamte Tiefe bleiben. Andererseits kann man unverändert das andere Ende dieser zylindrischen Oberfläche mit spitzem rechten Winkel oder abgerundet ausbilden. Ferner erleichtert das Aufformen der Manschette auf einen in seinem axialen Ansatz sehr begrenzten Teileinsatz die Wartung des Ventiles oder Drehschiebers, indem es den Austausch, wenn man die Manschette ersetzen will, auf den Austausch der Manschette selbst und einen sehr begrenzten Einsatz begrenzt. Außerdem sind die Veränderungen beim Zurückziehen des Elastomeren bei der Formung sehr reduziert, wenn man auf den Einsatz unter Behandlung mit Klebemittel aufformt, denn die Schwankungen beim Zurückziehen des Elastomeren beziehen sich dann auf die Dicke des Sitzes und nicht mehr auf seinen Durchmesser. Dies gewährleistet somit eine hohe Präzision bei den Innendurchmessers des Sitzes.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der man den Umfang des radialen ringförmigen Reliefs 33a am Boden der Kehle 16 unter Druck setzen kann. Dieses unter Druck setzen erfolgt mit einem radialen Einstieg 50 am Boden der Kehle 16, der es ermöglicht, an diesem Ort einen in der Leitung herrschenden Fluiddruck aufzubauen, wenn das Fluid mit dem den Ventilkörper bildenden Material

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kompatibel ist, oder aber, wenn dieser Zustand nicht realisiert ist, einen Druck eines kompatiblen Fluids aufzubauen, und zwar mit Hilfe einer Hilfsleitung, die der gesamten Leitung folgt, bevor sie durch derartige Ventile unterbrochen wird.

Die Möglichkeit, den Boden der Kehle 16 derart unter Druck zu setzen, ermöglicht es, Fließ- oder Kriecheffekte zu korrigieren, die aus der Verwendung des Drehschiebers bei höheren Temperaturen resultieren, und möglicherweise diese Einwirkungen zu ignorieren, wenn man durch das unter Druck setzen den Kontakt zwischen dem Schieber und seinem Sitz nur im Augenblick des Schließens hervorruft. Außerdem unterdrückt man im letzteren Falle vollständig Reibungen des Schiebers gegenüber dem Sitz und reduziert das Betätigungsdrehmoment auf diese Weise vollständig. Diese Anordnung kann besonders wichtig für die Chemie sein: Ein derartiges unter Druck gesetztes Ventil garantiert ständig eine absolute Dichtigkeit mit einer besonders einfachen Technologie. Dieses unter Druck setzen ermöglicht es ferner, die Lebensdauer des Ventils zu erhöhen, auch wenn es bei einer bestimmten Temperatur arbeitet: In Kombination mit der Ausgestaltung und der Dimensionierung des ringförmigen Reliefs 33a zur Verankerung des Sitzes ermöglicht das unter Druck setzen, daß man das Ventil nahezu unbegrenzt bei Temperaturen arbeiten lassen kann, die in der Nähe der maximal zulässigen Temperaturen liegen, die das elastische Material aushalten kann.

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Claims

Herne 1, 8000 München 40,

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Drehschieber mit Dichtungsmanschette und Verfahren zu ihrer Herstellung

Patentansprüche

1J Drehschieber mit elastischer Dichtungsmanschette_/ bei dem die Manschette eine Schale mit Bunden oder Flanschen an den Enden und in der Nähe der Mittelebene des geschlossenen Drehschiebers und zu beiden Seiten dieser Ebene einen einen Sitz bildenden dickeren Bereich sowie ein in einer Kehle des Ventilkörpers sitzendes äußeres Relief aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief (33a) in freiem Zustand das gleiche Profil wie die Kehle (16) aufweist, daß die radiale Dicke (h) des Sitzes (33) mindestens zehnmal so groß wie die Eindringtiefe (_i) ist, um die der geschlossene Schieber (2) in den Sitz (33) eindringt, daß die

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TIeIe (pj der Kohle (16) mindestens vier Zehn Lei der minimalen radialen Dicke (h) des Sitzes (33) ausmacht, daß die axiale Länge (1) des Bodens der Kehle (16) in der gleichen Größenordnung wie die axiale Länge {s) des Sitzes (33) liegt und daß die Ränder (14 - 19) der Kehle (16) abgerundet sind.
2. Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (32) und die Bunde (30) eine Dicke besitzen, die größer oder gleich der zweieinhalbfachen Eindringtiefe (L) ist.
3. Drehschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Sitz (33) gegenüber der Schale (32) radial nach innen vorsteht.
4. Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flansche (30, 30a) der Manschette (3) in Ausfräsungen (6, 6a) gleicher Tiefe aufgenommen sind, die in den Außenwänden (1a) des Ventilkörpers (1) ausgebildet sind.
5. Drehschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausfräsungen (6) und die Flansche (30) jeweils an ihrem äußeren Umfang eine kreisförmige Nut (8) bzw. einen torusförmigen Wulst (31) aufweisen, der sich am Boden der Nut (8) abstützt.
6. Drehschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden und die radial innere Wand der Nut (8) von Abrundungen (11-12-13) begrenzt sind.
7. Drehschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausfräsungen (6a) zylindrisch sind und die Flansche (30a) rechteckigen Querschnitt mit kreisförmigen konzentrischen Vorsprüngen (36) an ihrer dem Boden der Ausfräsung gegenüberliegenden Seite aufweisen.

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8. Drehschieber nach Anspruch 3 mit exzentrischem Schieber, dadurch gekennzeichnet , daß der Sitz (33a) an beiden Seiten mit konischen Flächen (34-35) an die Schale anschließt, wobei der Spitzenwinkel in Absolutbeträgen zwischen 60° und arc sin 2^/D liegt und e und D die Exzentrizität und den Durchmesser des Schiebers (2) bezeichnen.
9. Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit exzentrischem Schieber, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilkörper (1) eine ringförmige innere Zunge (17) aufweist, deren eine Fläche eine Wand der Kehle (16) und deren andere Fläche eine Endwand des Ventilkörpers (1) bildet, wobei die beiden radialen inneren Ränder (19) dieser Zunge (17) abgerundet sind und die Länge dieser Zunge (17) ausgehend vom Boden der Kehle (16) mindestens gleich der halben maximalen radialen Dicke (II) des Sitzes (33) ist.
10. Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem einstückigen Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet , daß der Boden der Kehle (16) durch zwei Abrundungen (18) begrenzt ist.
11. Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit exzentrischem Schieber, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilkörper (1) ein erstes Teil (1b), das von der Welle (22a-22b) des Schiebers (2) durchsetzt und von einer eine erste Wand der Kehle (16a) bildenden Fläche (49) begrenzt ist, und ein zweites Teil (1c) aufweist, auf das ein Teil der Manschette (3) aufgeklebt ist, die auf das erste Teil (1b) bezogen ist und den Boden und die andere Wand der Kehle begrenzt.
12. Drehschieber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Boden und die erste Wand der Kehle (16a) unter einem spitzen Winkel aufeinandertreffen.

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13. Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Schieber (2) von zwei voneinander getrennten Halbwellen (22a - 22b) getragen ist und daß die Schale (32) in freiem Zustand am Ort der Durchführung jeder dieser Halbwellen (22a, 22b) eine Überstärke (38) aufweist, in der eine Bohrung mit gleichem Durchmesser wie der der beiden Halbwellen eingearbeitet und über einen Teil ihrer Länge zur Innenseite der Manschette (3) hin mit einem radialen Bund versehen ist, wobei diese Bunde zylindrische Lippen (39) bilden, welche die Wellen in montiertem Zustand des Drehschiebers umgeben.
14. Drehschieber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Ende jeder Halbwelle (22a-22b) eine Schräge (24) oder eine Abrundung aufweist.
15. Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Boden der Kehle (16) einen radialen Einstich (50) aufweist, mit dem die Kehle an eine unter Druck stehende Fluidquelle anschließbar ist.
16. Elastische Manschette, dadurch gekennzeichnet , daß sie an einen Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 15 angepasst und in diesem verwendbar ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Drehschiebers nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß man die Manschette (3) auf einen Einsatz aufformt, der aus dem zweiten Teil (1c) des Ventilkörpers besteht und vorher behandelt ist, um das Anhaften des die Manschette bildenden Materials zu gewährleisten.

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