Wellenabdichtung für Armaturen

Die Erfindung betrifft eine Wellenabdichtung für Armaturen, wobei eine Welle in einer Bohrung eines Armaturengehäuses dichtend gelagert ist, die Welle mit einem im Durchmesser größeren ersten Wellenbund versehen ist, das Gehäuse eine Ausnehmung für den ersten Wellenbund aufweist und zwischen Wellenbund und Ausnehmung ein Dichtungselement angeordnet ist.

Infolge eines gestiegenen Umweltbewußtseins wurden die gesetzlichen Anforderungen an die Sicherheiten von Anlagen stark erhöht. In diesem Zusammenhang ist auch ein Bundesimmissionsschutzgesetz erlassen worden, zu dem eine Verwaltungsvorschrift gehört, die technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft, in Kurzform auch als TA-Luft bekannt. Aufgrund dieser Verwaltungsvorschrift werden an die Abdichtungen der Wellen von Armaturen sehr hohe Anforderungen gestellt. Diese Wellen, die bei Winkelbewegungen ausführenden Armaturen, auch als Schaltwellen bezeichnet werden, müssen besonders hochwertige fluiddichte Abdichtungen aufweisen. Desweiteren sind die Wellen so konstruiert, daß sie bei unzulässig hohen Drücken nicht aus dem Armaturengehäuse herausgedrückt werden können. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine wartungsfreie Armaturenabdichtung zu entwickeln, die den Anforderungen der Immissionsschutzauflagen entspricht, wobei gleichzeitig ein erheblich minimierter Herstellungsaufwand angestrebt wird.

Die Lösung dieses Problems erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Der wesentliche Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß die Welle mit einem vormontierten Dichtungs- und Lagerelement von innen nach außen montiert wird. Vom Gehauseinnern aus wird die Welle in die zugehörige Bohrung des Armaturengehäuses eingeführt. Das L-förmige Dichtungselement umgibt dabei vollständig den ersten Wellenbund und übt somit eine Doppelfunktion als Dichtungs- und Lagerelement aus.

Im Bereich des Austritts aus dem Gehäuse ist die Welle in üblicher Weise gelagert, um auf die Welle einwirkende Querkräfte aufnehmen zu können, beispielsweise bei einem Schaltvorgang mit manueller Betätigung. Das L-förmige Dichtungselement wirkt nun als zusätzliches zweites Lagerelement. Großflächig wirkt es dabei mit seiner Umfangsfläche zur Aufnahme radialer Belastungen und gleichzeitig auch mit der axialen Stirnfläche zur Aufnahme von Axialkräften. Diese stabile Lagerung der Welle in ihren Endbereichen bietet sehr gute Voraussetzungen für die Einhaltung der Dichtfunktionen. Durch das zweite Bundelement, welches nach einer Ausgestaltung der Erfindung auch mit der Welle einstückig ausgebildet sein kann, wird das im Querschnitt L-förmige Dichtungselement in der Ausnehmung des Gehäuses gekammert. Dies ist vorteilhaft, da häufig verwendete Dichtungsmaterialien, wie beispielsweise PTFE und deren Compounds, zu einem veränderten Fließverhalten unter Druck¬ bzw. Temperatureinflüssen neigen. Durch die Kammerung des Dichtungselementes mittels des zweiten Bundelementes ergeben sich sehr gute Dichtungs- und Lagereigenschaften der Welle.

Je nach den Verwendung findenden Materialien für Gehäuse, Welle oder zweiten Bundelement, falls dieses als Einzelteil Verwendung findet, kann das zweite Bundelement mit sehr

geringem Spiel zwischen seiner Umfangsfläche innerhalb der Ausnehmung geführt werden. Es würde damit eine Lagerfunktion zusätzlich übernehmen können.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung, die in den Ansprüchen 4 - 8 beschrieben sind, verbessern die Dichtwirkung in erheblichem Maße. Die Anordnung eines Dichtungsringes in einer Nut des ersten Wellenbundes kann die Dichtwirkung zusätzlich verbessern. Die Nut kann hierbei sowohl an der Stirnseite des Wellenbundes als auch auf der Umfangsfläche des ersten Wellenbundes angeordnet sein. Durch die Verwendung eines elastischen Dichtungsringes kann zusätzlich die dichtende Anpreßwirkung auf das im Querschnitt L-förmige Dichtungselement verbessert werden.

Das im Querschnitt L-förmige Dichtungselement kann im Endbereich mit mindestens einer, zur Drehachse weisenden Lippe versehen sein. Diese kann eine mehrfache Funktion aufweisen. Bei Verwendung eines innerhalb einer Nut am Wellenbund angeordneten Dichtungsringes kann das Dichtungselement mit der Lippe haltend hinter den Dichtungsring greifen. Weiterhin ist damit ein Freiraum zwischen Nut und darin angeordnetem Dichtungsring ausfüllbar. Damit steht einem innerhalb der Nut angeordnetem Dichtungsring eine größere Anlagefläche am L- förmigen Dichtungselement zur Verfügung, wodurch auch ein Endbereich des L-förmigen Dichtungselementes unter dem Einfluß eines elastischen Dichtungsringes sicher dichtend gegen die zugehörige Gehäusewandfläche gepreßt wird. Durch das Ausfüllen der Toträume zwischen Nut und Dichtungsring mittels der Lippe wird auch das Fließverhalten des L-förmigen Dichtungselementes verringert. Die Lippe entspricht von ihrer Funktion her einem Vorsprung. Als Material für den Dichtring können bekannte elastische Dichtungsmaterialien Verwendung finden. Diese werden entsprechend dem jeweils abzusperrenden Fluid sowie der vorherrschenden Betriebsbedingungen ausgewählt. Die Form des

Dichtungsringes kann sowohl 0-Ringform oder andere bekannte Dichtungsformen aufweisen. Es ist auch möglich, Graphitringe oder Graphitelemente vorzusehen, um die geforderte Dichtheit in Abhängigkeit von den abzudichtenden Fluiden und Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Falls es die baulichen Verhältnisse zulassen, kann ein zweiter Dichtungsring in einer Nut des zweiten Wellenbundes vorgesehen werden.

Zur Abdichtung der Welle gegenüber der Gehäusebohrung kann die Welle selbst mit ein oder mehreren Nuten zur Aufnahme von an sich bekannten Wellendichtringen versehen sein. Hierzu sieht eine weitere Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 eine Montageverbesserung vor, wonach die Gehäusebohrung für die Aufnahme der Welle mit einer Montageschräge für die Wellendichtringe versehen ist. Von der Innenseite des Gehäuses her wird die Gehäusebohrung geringfügig konisch erweitert, um ein beschädigungsfreies Einführen der auf der Welle angeordneten Wellendichtringe in die Gehäusebohrung zu erreichen.

In den Ansprüchen 11 und 12 beschriebene Ausgestaltungen der Erfindung sehen die Verbindung des Wellenendes mit einem Absperrorgan der Armatur vor. Hierbei kann es sich um drehende Absperrorgane, wie beispielsweise Klappenteller oder Absperrkugeln handeln. Durch die Anordnung einer Sackbohrung in der Welle kann diese Wellenabdichtung auch bei Wellen von Armaturen mit steigenden Absperrorganen bzw. mit an den steigenden Absperrorganen angeordneten Armaturenspindeln Verwendung finden. Die steigende Spindel könnte dann innerhalb der Senkbohrung geführt sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 eine Welle mit einem gekammerten Dichtungselement mit L- förmigem Querschnitt und die

Fig. 2 eine Ausgestaltung mit einem zusätzlichen Dichtungsring im Bereich des Dichtungselementes.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Armaturengehäuse, in dessen Gehäuse 1 eine Bohrung 2 zur Aufnahme einer Welle 3 angeordnet ist. Mit ihrem innerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Ende 4 steht die Welle 3 mit einem Absperrorgan 5, hier einer Kugel, in Wirkverbindung. In Nuten 6 der Welle 3 sind Dichtungsringe 7 angeordnet, welche für eine Längsabdichtung der Welle 3 sorgen. Die Welle selbst verfügt über einen ersten Bund 8, der von einem im Querschnitt L-förmigen Dichtungselement 9 umgeben ist, welches innerhalb einer Ausnehmung 10 des Gehäuses 1 angebracht ist. Ein zweites Bundelement 11, das hier fester Bestandteil der Welle 3 ist, weist einen Außendurchmesser auf, welcher für eine Kammerung des Dichtungselementes 9 innerhalb der Ausnehmung 10 sorgt. Der Durchmesser des Bundelementes 11 ist hierbei so groß gewählt, daß es mit geringem Spiel innerhalb der Ausnehmung 10 geführt ist. Dieses Bundelement 11 kann daher gegebenenfalls auch eine Lagerfunktion übernehmen, wobei eine Lagerfunktion auch bei dem Dichtungselement 9, bedingt durch die Kammerung, auftritt. Entsprechend der Materialpaarung zwischen Welle 3 und Gehäuse 1 sowie der Anwendung findenden Toleranzen zwischen diesen Teilen können Querkräfte der Welle direkt vom Gehäuse aufgenommen werden. Es ist ohne weiteres möglich, im Bereich des Endes der Bohrung 2 ein zusätzliches Lagerelement 12 vorzusehen, um Querkräfte der Welle in optimaler Weise aufzunehmen und damit die Dichtelemente davon zu entlasten. Dieses Lager kann auch in

die Welle 3 integriert werden. Darüber hinaus verbessert die Kammerung des im Querschnitt L-förmigen Dichtungselementes dessen Abdichtwirkung infolge einer verbesserten dichtenden Anpressung.

Federelemente 13, die sich am Gehäuse 1 abstützen und die Welle 3 mit ihrem ersten Bund 8 gegen das Dichtungselement 9 pressen, gewährleisten eine hohe Dichtheit auch bei denjenigen Betriebszuständen, bei denen innerhalb des Gehäuses 1 ein Vakuum vorherrschen kann. Damit wird der Bund 8 immer gegen das Dichtungselement 9 gepreßt und ein Abheben sowie daraus resultierende Undichtigkeiten werden vermieden.

Eine Montageschräge 14 am Eingangsbereich der Gehäusebohrung 2 verhindert bei dem Einbau der Welle 3 eine Beschädigung der Dichtungsringe 7. Diese Montageschräge ist so dimensioniert, daß damit die Kammerung des Dichtungselementes 9 nicht negativ beeinflußt wird. Sollte, in Abhängigkeit von dem Material des Dichtungselementes, durch Kaltfluß Material in die Montageschräge fließen, dann verbessert sich dadurch die anliegende dichtende Fläche.

Eine Variante dieser Wellenabdichtung ist in der Fig. 2 gezeigt. Hierbei ist in der Umfangsfläche des ersten Wellenbundes 8 eine Nut 15 vorgesehen, in der sich ein elastischer Dichtungsring 16 befindet. Dieser Dichtungsring 16 könnte auch oder zusätzlich in einer Nut auf der zum Dichtungselement 9 weisenden axialen Stirnfläche des Wellenbundes 8 angeordnet sein. Am in Querschnitt L-förmigen Dichtungselement 9 weist dessen zylinderförmige Teil 17 an seinem freien Ende eine nach innen weisende Lippe 18 auf, mit der das Dichtungselement 9 bei der Montage hinter den Dichtungsring 16 greift. Das Dichtungselement 9 wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel somit während der Montage sicher gehalten. Das zweite Bundelement 11 sorgt wiederum für

eine zuverlässige Kammerung des Dichtungselementes 9 innerhalb der Ausnehmung 10 des Gehäuses 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde auf Dichtungsringe im Bereich der Welle 3 verzichtet. Dies ist jeweils abhängig von den abzusperrenden Medien, den Betriebsbedingungen und den geforderten Sicherheitsbestimmungen. Das Lager 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Bestandteil der Schaltwelle 3 ausgebildet.

Mit dem Dichtungsring 16, der von dem Dichtungselement 9 umgeben ist, wird eine Verbesserung der Permanentdichtwirkung nach langer Betriebszeit erreicht. Denn sollte ein gewisser Materialverschleiß des gekammerten Dichtungselementes 9 auftreten, dann kann der Dichtungsring 16 ausgleichend wirken. Als Material für den Dichtungsring 16 ist neben den üblichen, den Anwendungsfällen entsprechenden Dichtungswerkstoffen, auch Graphit verwendbar. Aufgrund des Graphites wird der Te peratur- und Arbeitsbereich bzw. Einsatzbereich dieser Wellenabdichtung in Bereiche höherer Temperatur bzw. Drücke vergrößert.