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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsbaugruppe für ein Ventil,
welche einen Ventilsitz, einen relativ zu dem Ventilsitz in einer
Axialrichtung der Dichtungsbaugruppe beweglichen Ventilkörper und
ein zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper angeordnetes Dichtungselement,
das ein Kunststoffmaterial umfaßt
und in einer Abdichtstellung der Dichtungsbaugruppe abdichtend an
dem Ventilsitz oder an dem Ventilkörper anliegt, umfaßt.
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Aus
dem Stand der Technik sind solche Dichtungsbaugruppen bekannt, bei
denen das Dichtungselement aus einem elastomeren Werkstoff gebildet ist
und im Kraftnebenschluß zwischen
dem Ventilsitz und dem Ventilkörper
angeordnet ist. Diese Dichtungselemente aus elastomeren Werkstoffen
bieten gute Rückstellmöglichkeiten
und die Fähigkeit,
Rauhigkeiten und Fertigungstoleranzen des Ventilsitzes bzw. des
Ventilkörpers
ausgleichen zu können.
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Nachteilig
bei der Verwendung eines Dichtungselements aus einem elastomeren
Werkstoff sind jedoch die nur begrenzten Einsatzmöglichkeiten bei
der Anwesenheit von aggressiven Medien, die zum Quellen und/oder
zur Zerstörung
des elastomeren Materials führen
können.
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Chemisch
beständigere
Kunststoffmaterialien weisen keine oder nur geringe elastische Eigenschaften
auf, so daß diese
Dichtungselemente mit Nuten und darin aufgenommenen zusätzlichen
Federelementen versehen sein müssen,
um eine elastische Rückstellung
des Dichtungselements in der Axialrichtung der Dichtungsbaugruppe
zu ermöglichen. Solche
mehrteiligen Dichtungslösungen
sind jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung. Außerdem erfordern
deren konstruktive Auslegung und Montage hohe Präzision und Sorgfalt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsbaugruppe
für ein Ventil
zu schaffen, die einfach aufgebaut und herstellbar ist und zugleich
eine hohe chemische Beständigkeit
aufweisen kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Dichtungsbaugruppe mit den Merkmalen des
Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dichtungselement
im Krafthauptschluß der
Dichtungsbaugruppe liegt.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt
somit das Konzept zugrunde, das Dichtungselement nicht mehr, wie
bei den aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungsbaugruppen
der eingangs genannten Art, im Kraftnebenschluß zwischen dem Ventilsitz und
dem Ventilkörper
anzuordnen, sondern statt dessen in den Krafthauptschluß zwischen
dem Ventilsitz und dem Ventilkörper
zu verlegen. Das im Krafthauptschluß liegende Dichtungselement
benötigt
keine elastischen Rückstelleigenschaften
in der Axialrichtung der Dichtungsbaugruppe, sondern kann in der
Axialrichtung unelastisch ausgebildet sein. Folglich ist es bei
der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe
nicht mehr erforderlich, daß das Dichtungselement
aus einem Werkstoff mit einer guten elastischen Verformbarkeit hergestellt
wird. Ferner kann darauf verzichtet werden, das erfindungsgemäße Dichtungselement
mit Nuten und/oder mit einem zusätzlichen
Federelement zur Herstellung einer elastischen Rückstellmöglichkeit in der Axialrichtung
der Dichtungsbaugruppe zu versehen.
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Vielmehr
kann das Dichtungselement der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe aus
einem wenig elastischen, dafür
aber chemisch beständigen Kunststoffmaterial
gebildet sein.
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Das
Dichtungselement liegt dann im Krafthauptschluß der Dichtungsbaugruppe, wenn
das Dichtungselement und das in der Abdichtstellung der Dichtungsbaugruppe
an dem Dichtungselement anliegende abzudichtende Bauteil (Ventilsitz
oder Ventilkörper)
in der Abdichtstellung zusammen den Verschiebungsweg des Ventilkörpers zu
dem Ventilsitz hin begrenzen, ohne daß andere Bauteile der Dichtungsbaugruppe
in der Abdichtstellung miteinander auf Block stehen.
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In
der Abdichtstellung der Dichtungsbaugruppe stehen das Dichtungselement
und das hierdurch abzudichtende Bauteil (Ventilsitz oder Ventilkörper) in
der Axialrichtung der Dichtungsbaugruppe auf Block, und eine Blocklage
anderer, insbesondere metallischer, Bauteile der Dichtungsbaugruppe
wird vermieden.
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Wenn
hingegen das Dichtungselement im Kraftnebenschluß der Dichtungsbaugruppe liegen würde, so
würden
in der Abdichtstellung der Dichtungsbaugruppe andere (insbesondere
metallische) Bauteile der Dichtungsbaugruppe miteinander auf Block
stehen und den Verschiebungsweg des Ventilkörpers zu dem Ventilsitz hin
begrenzen.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe
ist vorgesehen, daß das
Dichtungselement in der Axialrichtung der Dichtungsbaugruppe im
wesentlichen nicht elastisch verformbar ist.
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Um
eine möglichst
gute Anpassung der Gestalt des Dichtungselements an die anliegenden
Bauteile des Ventils, insbesondere den Ventilsitz und den Ventilkörper, und
einen Ausgleich von Toleranzen jeglicher Art (aufgrund von Rauhheiten,
Versatz etc.) zu erzielen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Dichtungselement
in der Axialrichtung und/oder in einer zu der Axialrichtung senkrechten
Radialrichtung der Dichtungsbaugruppe zumindest in einer Einlaufphase
der Dichtungsbaugruppe plastisch verformbar ist.
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Unter
einer "Einlaufphase
der Dichtungsbaugruppe" wird
dabei in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen eine Anfangsphase des
Betriebs der Dichtungsbaugruppe verstanden, in welcher sich das
Dichtungselement unter der Einwirkung der beim Betätigen des
Ventils auftretenden Anpreßkräfte verformt.
Wenn das Dichtungselement seine endgültige Gestalt erreicht hat,
ist die Einlaufphase abgeschlossen.
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Das
Dichtungselement der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe kann
als ein von dem Ventilsitz und dem Ventilkörper separates Teil ausgebildet
sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe
ist vorgesehen, daß die
Dichtungsbaugruppe einen Dichtungssitz umfaßt, der eine Ausnehmung aufweist,
in welcher das Dichtungselement zumindest teilweise angeordnet ist.
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Dieser
Dichtungssitz kann am Ventilsitz oder am Ventilkörper angeordnet sein; bei einer
bevorzugten Ausgestaltung der Dichtungsbaugruppe ist der Dichtungssitz
an dem Ventilkörper
ausgebildet.
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Um
zu gewährleisten,
daß auch
nach einer etwaigen plastischen Verformung des Dichtungselements
in einer Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe eine einwandfreie Abdichtwirkung
der Dichtungsbaugruppe gewährleistet
ist, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Dichtungselement ein
Volumen aufweist, das größer ist
als das Volumen der Ausnehmung des Dichtungssitzes. Dadurch steht
auch nach einer eventuellen plastischen Verformung des Dichtungselements
in der Einlaufphase ein Bereich des Dichtungselements zur Verfügung, welcher über die Ausnehmung
zu dem gegenüberliegenden,
abzudichtenden Bauteil vorsteht.
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Um
eine leichte Montage des Dichtungselements an dem Dichtungssitz
zu ermöglichen,
kann vorgesehen sein, daß in
einem Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe unmittelbar nach der
Anordnung des Dichtungselements an dem Dichtungssitz mindestens
ein Zwischenraum zwischen dem Dichtungselement und dem Dichtungssitz
vorhanden ist.
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In
diesem Fall ist das Dichtungselement vorzugsweise derart plastisch
verformbar, daß der
mindestens eine Zwischenraum nach einer Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe
im wesentlichen geschlossen ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtungselement nach
einer Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe die Ausnehmung des Dichtungssitzes
im wesentlichen vollständig
ausfüllt.
Dadurch ist das Dichtungselement in der Ausnehmung gekammert, und
eine weitere plastische Deformation des Dichtungselements wird durch
die Druckstabilität
des Materials des Dichtungselements vermieden. Außerdem wird
ein Ausgleich von Toleranzen jeglicher Art (aufgrund von Rauhheiten,
Versatz etc.) erzielt.
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Die
Ausnehmung des Dichtungssitzes ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet.
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Ebenso
ist auch das Dichtungselement selbst vorzugsweise ringförmig ausgebildet.
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Das
ringförmige
Dichtungselement weist vorzugsweise keine Nut oder sonstige Ausnehmung
auf.
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Um
einen sicheren Halt des Dichtungselements an dem Dichtungssitz zu
gewährleisten
und gleichzeitig eine leichte Montage des Dichtungselements an dem
Dichtungssitz zu ermöglichen,
ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
daß das
Dichtungselement mit dem Dichtungssitz verrastet ist.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, daß das
Dichtungselement ringförmig
ausgebildet ist und an seiner der Ringöffnung zugewandten Innenseite mit
dem Dichtungssitz verrastet ist.
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Alternativ
oder ergänzend
hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Dichtungselement ringförmig ausgebildet
ist und an seiner der Ringöffnung
abgewandten Außenseite
mit dem Dichtungssitz verrastet ist.
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Statt
einer Sicherung des Dichtungselements durch Verrastung kann auch
vorgesehen sein, daß das
Dichtungselement durch Preßpassung
an dem Dichtungssitz gehalten ist. Dies ermöglicht eine einfache Geometrie
sowohl des Dichtungselements als auch der Ausnehmung an dem Dichtungssitz,
da keine Rastelemente vorgesehen werden müssen.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe
ist vorgesehen, daß das
Dichtungselement einstückig
mit dem Ventilkörper
oder einstückig
mit dem Ventilsitz ausgebildet ist. In diesem Fall sind der Ventilkörper bzw.
der Ventilsitz zumindest teilweise aus demselben Kunststoffmaterial
wie das Dichtungselement gebildet, vorzugsweise aus einem Fluorpolymer-Material,
insbesondere aus einem Polytetrafluorethylen-Material, und/oder
aus einem Fluorpolymer-Compound, insbesondere aus einem Polytetrafluorethylen-Compound.
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Um
während
der gesamten Betriebsdauer der Dichtungsbaugruppe, insbesondere
auch in der Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe, eine sichere Abdichtwirkung
zu gewährleisten,
ist vorzugsweise vorgesehen, daß das
Dichtungselement eine – zumindest
in einem Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe unmittelbar nach
dem Anordnen des Dichtungselements an dem Dichtungssitz – zu dem
Ventilsitz oder zu dem Ventilkörper
(d. h. zu dem durch das Dichtungselement abzudichtenden Bauelement) hin
vorspringende Dichtkante aufweist.
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Hierbei
kann insbesondere vorgesehen sein, daß das Dichtungselement ringförmig ausgebildet
ist und die Dichtkante näher
an der der Ringöffnung
des Dichtungselements zugewandten Innenseite des Dichtungselements
als an der der Ringöffnung
abgewandten Außenseite
des Dichtungselements liegt.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Dichtungselement ringförmig ausgebildet
ist und die Dichtkante näher
an der der Ringöffnung
des Dichtungselements abgewandten Außenseite des Dichtungselements
als an der der Ringöffnung
zugewandten Innenseite des Dichtungselements liegt.
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Eine
besonders gute Abdichtwirkung der Dichtungsbaugruppe wird erzielt,
wenn der Ventilsitz oder der Ventilkörper eine dem Dichtungselement
zugewandte Anlagefläche
aufweist und das Dichtungselement – zumindest nach einer Einlaufphase
der Dichtungsbaugruppe – eine
zu der Anlagefläche
des Ventilsitzes bzw. des Ventilkörpers komplementäre Anlagefläche aufweist,
mit welcher das Dichtungselement in einer Abdichtstellung flächig an
die Anlagefläche
des Ventilsitzes bzw. des Ventilkörpers flächig anlegbar ist.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtungselement eine
dem Ventilsitz oder dem Ventilkörper
zugewandte Anlagefläche
aufweist, mit welcher das Dichtungselement in einer Abdichtstellung
an den Ventilsitz bzw. an den Ventilkörper anlegbar ist, wobei die
Anlagefläche
des Dichtungselements im wesentlichen kegelstumpfmantelförmig ausgebildet
ist.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen sein, daß das Dichtungselement eine
dem Ventilsitz oder dem Ventilkörper
zugewandte Anlagefläche
aufweist, mit welcher das Dichtungselement in einer Abdichtstellung
an den Ventilsitz bzw. an den Ventilkörper anlegbar ist, wobei die
Anlagefläche
des Dichtungselements – vom
Ventilsitz bzw. vom Ventilkörper
aus gesehen – konvex
gekrümmt
ist.
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Hierbei
kann die Anlagefläche
des Dichtungselements insbesondere im wesentlichen kugelausschnittsförmig ausgebildet
sein.
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Wenn
das Dichtungselement an dem Ventilkörper der Dichtungsbaugruppe
angeordnet ist, so weist der Ventilsitz vorzugsweise eine dem Dichtungselement
zugewandte Anlagefläche
auf, an welche das Dichtungselement in einer Abdichtstellung anlegbar
ist, wobei diese Anlagefläche
des Ventilsitzes ringförmig
ausgebildet ist.
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Die
Anlagefläche
des Ventilsitzes kann hierbei im wesentlichen kreisringförmig (und
insbesondere im wesentlichen senkrecht zu der Axialrichtung der Dichtungsbaugruppe
ausgerichtet) sein.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen sein, daß die Anlagefläche des
Ventilsitzes im wesentlichen kegelstumpfmantelförmig ausgebildet ist. Eine solche
Ausbildung der Anlagefläche
des Ventilsitzes eignet sich insbesondere für solche Ausgestaltungen der
Dichtungsbaugruppe, bei denen das Dichtungselement eine kegelstumpfmantelförmige oder
eine – vom
Ventilsitz aus gesehen – konvex
gekrümmte
Anlagefläche
aufweist.
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Um
jederzeit eine einwandfreie Abdichtwirkung der Dichtungsbaugruppe
zu gewährleisten,
insbesondere auch eine Nachstellung des Dichtungselements während einer
plastischen Verformung des Dichtungselements, beispielsweise in
der Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe, zu gewährleisten, ist vorzugsweise
vorgesehen, daß das
Dichtungselement und der Ventilsitz oder der Ventilkörper gegeneinander
elastisch vorgespannt sind.
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Als
Kunststoffmaterial für
das Dichtungselement kommen beispielsweise PEUHMW (Polyethylen mit
besonders hohem Molekulargewicht), Polyurethan oder Fluorpolymer-Materialien
in Frage.
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Besonders
günstig,
insbesondere zum Einsatz des Dichtungselements in aggressiver Umgebung,
ist es, wenn das Dichtungselement ein Fluorpolymer-Material, insbesondere
ein Polytetrafluorethylen-Material und/oder ein Fluorpolymer-Compound,
insbesondere ein Polytetrafluorethylen-Compound, umfaßt.
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Unter
einem Fluorpolymer-Compound ist dabei ein Gemisch aus einem Fluorpolymer
und mindestens einem Füllstoff
zu verstehen.
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Entsprechend
bezeichnet ein Polytetrafluorethylen-Compound ein Gemisch aus einem
Polytetrafluorethylen-Material und einem oder mehreren Füllstoffen.
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Der
Begriff Polytetrafluorethylen bezeichnet dabei in dieser Beschreibung
und in den beigefügten Ansprüchen auch
modifizierte Polytetrafluorethylen-Materialien, bei denen ein Teil
der Fluoratome des Polytetrafluorethylens (PTFE) durch Substituenten
ersetzt ist.
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Ein
besonders einfacher Aufbau und eine besonders hohe chemische Beständigkeit
des Dichtungselements ergeben sich, wenn das Dichtungselement im
wesentlichen vollständig
aus einem Fluorpolymer-Material, insbesondere aus einem Polytetrafluorethylen-Material,
und/oder aus einem Fluorpolymer-Compound, insbesondere aus einem
Polytetrafluorethylen-Compound, gebildet ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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Die
Zeichnungen zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein Ventil mit einer Dichtungsbaugruppe;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Bereichs I aus 1, welche einen schematischen
radialen Querschnitt durch ein Dichtungselement der Dichtungsbaugruppe
in einem Abdichtzustand zeigt, in welchem eine Dichtkante des Dichtungselements ein
abzudichtendes Bauteil gerade berührt, wobei sich die Dichtungsbaugruppe
in einem Anfangszustand unmittelbar nach der Montage der Dichtungsbaugruppe
befindet, in welchem Spalte zwischen dem Dichtungselement und einem
Dichtungssitz der Dichtungsbaugruppe vorhanden sind;
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3 eine
schematische perspektivische Darstellung des Dichtungselements der
Dichtungsbaugruppe aus den 1 und 2,
bei welcher zu Illustrationszwecken ein Sektor herausgeschnitten wurde,
um zwei radiale Schnitte durch das Dichtungselement zu zeigen;
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4 einen
der 2 entsprechenden schematischen radialen Querschnitt
durch das Dichtungselement in einem Abdichtzustand, in welchem eine
Anlagefläche
des Dichtungselements flächig
an einer Anlagefläche
des abzudichtenden Bauteils anliegt, nach einer Einlaufphase der
Dichtungsbaugruppe, in welcher sich das Dichtungselement derart
plastisch verformt hat, daß es
eine Ausnehmung des Dichtungssitzes im wesentlichen vollständig ausfüllt;
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5 einen
der 2 entsprechenden schematischen radialen Querschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
der Dichtungsbaugruppe, bei welcher das ringförmige Dichtungselement an seiner Außenseite
mit dem Dichtungssitz verrastet ist;
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6 einen
der 2 entsprechenden schematischen radialen Querschnitt
durch eine dritte Ausführungsform
der Dichtungsbaugruppe, bei welcher das ringförmige Dichtungselement durch
Preßpassung
an dem Dichtungssitz gehalten ist;
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7 einen
der 2 entsprechenden schematischen radialen Querschnitt
durch eine vierte Ausführungsform
der Dichtungsbaugruppe, bei welcher das ringförmige Dichtungselement und
das abzudichtende Bauteil jeweils kegelstumpfmantelförmige Anlageflächen aufweisen;
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8 einen
der 2 entsprechenden schematischen radialen Querschnitt
durch eine fünfte
Ausführungsform
der Dichtungsbaugruppe, bei welcher das ringförmige Dichtungselement eine
konvexe Anlagefläche
und das abzudichtende Bauteil eine kegelstumpfmantelförmige Anlagefläche aufweisen;
und
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9 einen
der 1 entsprechenden schematischen Schnitt durch ein
Ventil mit einer sechsten Ausführungsform
der Ventilbaugruppe, bei welcher das Dichtungselement einstückig mit
dem Ventilkörper
ausgebildet ist.
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Gleiche
oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein
in 1 schematisch dargestelltes, als ganzes mit 100 bezeichnetes
Ventil umfaßt
ein Gehäuse 102 mit
einer beispielsweise zylindrischen Gehäusewand 104 und einem
im Inneren des Gehäuses 102 angeordneten
Ventilsitz 106, der beispielsweise als ein im wesentlichen
hohlzylindrisches Trennrohr 108 ausgebildet ist und den
Innenraum des Gehäuses 102 in
einen zwischen der Gehäusewand 104 und
der Außenwand
des Ventilsitzes 106 liegenden ersten Fluidraum 110 und
einen innerhalb des Ventilsitzes 106 liegenden zweiten
Fluidraum 112 unterteilt.
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Um
einen Fluidstrom von dem ersten Fluidraum 110 in den zweiten
Fluidraum 112 oder in umgekehrter Richtung zu verhindern,
kann die Mündungsöffnung 114 des
Ventilsitzes 106 durch einen Ventilkörper 115 verschlossen
werden, welcher mittels einer (nicht dargestellten) Bewegungseinrichtung längs der
Axialrichtung 116 des Ventilsitzes 106 und der
Dichtungsbaugruppe relativ zu dem Ventilsitz 106 beweglich
und durch eine Druckfeder 118 zu dem Ventilsitz 106 hin
vorgespannt ist.
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Der
Ventilkörper 115 umfaßt einen,
beispielsweise als eine im wesentlichen zylindrische Scheibe ausgebildeten,
Dichtungssitz 120, der an seiner dem Ventilsitz 106 zugewandten
Stirnseite mit einer kreisringförmigen,
koaxial zu dem Ventilsitz 106 ausgebildeten Ausnehmung 122,
deren radialer Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist, versehen
ist.
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In
der Ausnehmung 122 ist ein im folgenden noch näher zu beschreibendes
ringförmiges
Dichtungselement 124 aufgenommen.
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Die
ringförmige
Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120 umgibt
einen mittigen, koaxial zu dem Dichtungselement 124 ausgebildeten
Rastvorsprung 126, dessen dem Ventilsitz 106 zugewandter Abschnitt 128 (siehe 2)
einen größeren Durchmesser
aufweist als dessen dem Ventilsitz 106 abgewandter Abschnitt 130,
so daß der über den
Abschnitt 130 überstehende
Teil des Abschnitts 128 des Rastvorsprungs 126 eine
Rastnase 132 bildet, mit welcher das Dichtungselement 124 verrastbar
ist, um das Dichtungselement 124 an dem Dichtungssitz 120 festzulegen.
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Das
Dichtungselement 124 wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die 2 bis 4 näher beschrieben
werden.
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Das
Dichtungselement 124 ist, wie am besten aus 3 zu
ersehen ist, im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Ringachse 134 ausgebildet.
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Das
Dichtungselement 124 ist vorzugsweise einstückig aus
einem geeigneten, wenig elastischen, aber plastisch verformbaren
Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem chemisch hoch beständigen Kunststoffmaterial,
hergestellt.
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Als
geeignetes Kunststoffmaterial kommt insbesondere ein Fluorpolymer-Material,
beispielsweise PTFE oder ein PTFE-Compound, in Betracht.
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Das
im wesentlichen rotationssymmetrische Dichtungselement 124 kann
insbesondere aus einem im wesentlichen zylindrischen Grundkörper durch spanende
Bearbeitung auf einer Drehmaschine hergestellt werden.
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In
den 2 und 3 ist der Anfangszustand des
Dichtungselements 124 dargestellt, d. h. der Zustand, in
welchem sich das Dichtungselement 124 unmittelbar nach
der Montage des Dichtungselements an dem Dichtungssitz 120 befindet.
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In
diesem Zustand weist das Dichtungselement 124 einen im
wesentlichen fünfeckigen
Querschnitt auf, mit einer der von dem ringförmigen Dichtungselement 124 umschlossenen
Ringöffnung 136 zugewandten,
im wesentlichen längs
der Umfangsrichtung des Dichtungselements 124 verlaufenden Innenseite 138,
einer der Ringöffnung 136 abgewandten,
ebenfalls im wesentlichen längst
der Umfangsrichtung des Dichtungselements verlaufenden Außenseite 140,
einer dem Dichtungssitz 120 zugewandten, im wesentlichen
senkrecht zur Ringachse 134 ausgerichteten Abstützfläche 142 und
einer dem abzudichtenden Ventilsitz 106 zugewandten Dichtfläche 144,
welche durch eine ringförmig
umlaufende Dichtkante 146 in einen radial innerhalb der
Dichtkante 146 liegenden, im wesentlichen kegelstumpfmantelförmigen inneren
Dichtflächenabschnitt 148 und
einen radial außerhalb
der Dichtkante 146 liegenden, ebenfalls im wesentlichen
kegelstumpfmantelförmigen äußeren Dichtflächenabschnitt 150 unterteilt
wird. Bei der in den 2 und 3 dargestellten
Ausführungsform
des Dichtungselements 124 liegt dabei die Dichtkante 146 näher an der
Innenseite 138 als an der Außenseite 140 des Dichtungselements.
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Die
von dem Dichtungselement 124 umschlossene Ringöffnung 136 ist
gestuft ausgebildet und weist einen dem Ventilsitz 106 zugewandten
Abschnitt 152 mit größerem Durchmesser
und einen dem Ventilsitz 106 abgewandten Abschnitt 154 mit geringerem
Durchmesser auf, so daß der
dem Ventilsitz 106 zugewandte Abschnitt 152 der
Ringöffnung 136 eine
Rastaufnahme 156 bildet, in welche die Rastnase 132 des
Rastvorsprungs 126 des Dichtungssitzes 120 eingreift,
wenn das Dichtungselement 124 an dem Dichtungssitz 120 verrastet
ist.
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Ferner
bildet der Abschnitt des Dichtungselements 124, der an
den dem Ventilsitz 106 abgewandten Abschnitt 154 der
Ringöffnung 136 angrenzt,
einen Rastvorsprung 158, der in dem Zustand, in dem das
Dichtungselement 124 an dem Dichtungssitz 120 verrastet
ist, die Rastnase 132 des Dichtungssitzes 120 hintergreift.
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In
dem in den 1 und 2 dargestellten Anfangszustand
der Dichtungsbaugruppe ist die Außenseite 140 des Dichtungselements 124 von
der äußeren seitlichen
Begrenzungswand 160 der ringförmigen Ausnehmung 122 des
Dichtungssitzes 120 durch einen ringförmigen Spalt 162 beabstandet.
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Die
Abstützfläche 142 des
Dichtungselements 124 liegt in diesem Anfangszustand nur
linienförmig
längs ihrer
Außenkante 164 an
der oberen Begrenzungswand 166 der ringförmigen Ausnehmung 122 des
Dichtungssitzes 120 an und ist im übrigen durch einen sich zur
Ringachse 134 hin keilförmig
erweiternden Spalt 168 von der oberen Begrenzungswand 166 beabstandet.
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An
ihrem inneren Rand ist die Abstützfläche 142 ferner
mit einer Anschrägung 170 versehen,
die dazu dient, das Einführen
des Dichtungselements 124 in die Ausnehmung 122 über den
Abschnitt 128 des Rastvorsprungs 126, der ebenfalls
mit einer Anschrägung 171 versehen
ist, hinweg zu erleichtern.
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Der
Spalt 162, der Spalt 168 und die Anschrägung 170 bilden
Zwischenräume
zwischen dem Dichtungselement 124 einerseits und den Begrenzungswänden 160, 166 der
Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120 andererseits,
welche bei der Montage des Dichtungselements 124 an dem
Dichtungssitz 120 das Einbringen des Dichtungselements 124 mit
dem Rastvorsprung 158 in die Ausnehmung 122 und
das Einrasten des Rastvorsprungs 158 des Dichtungselements 124 hinter
der Rastnase 132 des Dichtungssitzes 120 ermöglichen.
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In
diesem Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe springt die Dichtkante 146 des
Dichtungselements 124 über
die Unterseite 176 des Dichtungssitzes 120 zu
dem Ventilsitz 106 hin vor, so daß das Dichtungselement 124 mit
dieser Dichtkante 146 an der dem Ventilkörper 115 zugewandten
Stirnfläche 172 des
Ventilsitzes 106, welche eine im wesentlichen kreisringförmige, senkrecht
zur Axialrichtung 116 ausgerichtete Anlagefläche 174 des
Ventilsitzes 106 bildet, anliegen kann, um den Dichtspalt
zwischen dem Ventilkörper 115 und
dem Ventilsitz 106 fluiddicht abzudichten (siehe 1 und 2).
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Dabei
ist der Außenradius
des Ventilsitzes 106 kleiner als der Radius der äußeren seitlichen
Begrenzungswand 160 der Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120,
und der Innenradius des Ventilsitzes 106 ist größer als
der Außenradius
des Rastvorsprungs 126 des Dichtungssitzes 120,
so daß das Dichtungselement 124 im
Krafthauptschluß zwischen dem
Ventilsitz 106 und dem Ventilkörper 115 liegt und der
Ventilkörper 115 zu
keinem Zeitpunkt mit seiner Unterseite 176 an der Anlagefläche 174 des
Ventilsitzes 106 anschlagen kann. Der Ventilsitz 106 und
der Ventilkörper 115 können bei
dem erfindungsgemäßen Ventil 100 also
niemals auf Block stehen.
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Der
Dichtungssitz 120 des Ventilkörpers 115 und der
Ventilsitz 106 sind vorzugsweise aus einem metallischen
Material, insbesondere aus Stahl, hergestellt.
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Dadurch,
daß das
Dichtungselement 124 nicht im Kraftnebenschluß, sondern
im Krafthauptschluß liegt,
wird der Nachstellweg der Dichtungsbaugruppe jedoch nicht durch
diese metallischen Elemente des Ventils 100 begrenzt.
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Das
Dichtungselement 124 unterliegt im wesentlichen keiner
elastischen Verformung längs
der Ringachse 134, wenn der Ventilkörper 115 gegen den
Ventilsitz 106 gepreßt
wird.
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Das
Dichtungselement 124 ist jedoch unter diesem Anpreßdruck plastisch
verformbar, was dazu führt,
daß sich
während
einer Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe, in welcher der Ventilkörper 115 wiederholte
Male gegen den Ventilsitz 106 gepreßt wird, das Dichtungselement 124 sich
plastisch so verformt, daß die
Spalte 162, 168 zwischen dem Dichtungselement 124 und
dem Dichtungssitz 120 durch plastisch nachfließendes Material
geschlossen werden, so daß sich
der Querschnitt des Dichtungselements 124 nach Abschluß der Einlaufphase
an den Querschnitt der ringförmigen
Ausnehmung 122 angepaßt
hat und das Dichtungselement 124 mit seiner Innenseite 138, seiner
Außenseite 140 und
seiner Abstützfläche 142 jeweils
flächig
an den Begrenzungswänden
der Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120 anliegt
und das Dichtungselement 124 die Ausnehmung 122 im wesentlichen
vollständig
ausfüllt
(siehe 4).
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Ferner
verformt sich die Dichtfläche 144 des Dichtungselements 124 während der
Einlaufphase so, daß sich
die Gestalt der Dichtfläche 144 an
die Gestalt der Anlagefläche 174 des
Ventilsitzes 106 anpaßt.
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Insbesondere
wird das Dichtungselement 124 durch plastisches Fließen so verformt,
daß eine dem
Ventilsitz 106 zugewandte, im wesentlichen kreisringförmige Anlagefläche 178 gebildet
wird, welche in dem in 4 dargestellten Abdichtzustand
flächig
an der Anlagefläche 174 des
Ventilsitzes 106 anliegt, so daß eine besonders gute Abdichtwirkung durch
die Dichtungsbaugruppe erzielt wird.
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Vom
Bereich der Dichtkante 146 wandert das Material des Dichtungselements 124 während der Einlaufphase
radial nach innen, wo es einen die Anlagefläche 178 nach innen
begrenzenden inneren Wulst 180 bildet, und radial nach
außen,
wo es einen die Anlagefläche 178 radial
nach außen
begrenzenden äußeren Wulst 182 bildet.
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Wenn
der in 4 dargestellte Endzustand des Dichtungselements 124 nach
dem plastischen Fließen
in der Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe erreicht ist, werden
weitere Deformationen des Dichtungselements 124 durch die
Druckstabilität
des Materials des Dichtungselements 124 vermieden. Das Material
des Dichtungselements 124 ist somit durch Kammerung so
in der Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120 eingeschlossen,
daß es
nicht aus der Ausnehmung 122 entweichen kann und die mechanische
Stabilität
des Dichtungselements 124 gewährleistet ist.
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Während der
Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe verringert sich der Abstand
zwischen dem Ventilsitz 106 und dem Ventilkörper 115 in
der Abdichtstellung aufgrund der plastischen Verformung des Dichtungselements 124.
Durch die den Ventilkörper 115 gegen
den Ventilsitz 106 vorspannende Druckfeder 118 ist
jedoch während
der Einlaufphase und nach der Einlaufphase stets eine sichere Anstellung
des Dichtungselements 124 gegen den Ventilsitz 106 und
somit eine einwandfreie Abdichtwirkung der Dichtungsbaugruppe gewährleistet.
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Eine
in 5 dargestellte zweite Ausführungsform eines Ventils 100 mit
einer Dichtungsbaugruppe unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen
ersten Ausführungsform
lediglich dadurch, daß der
Rastvorsprung 158 des Dichtungselements 124 nicht
an dessen Innenseite 138, sondern statt dessen an dessen
Außenseite 140 vorgesehen ist.
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Dementsprechend
ist auch die Rastnase 132 des Dichtungssitzes 120 nicht
an dem zentralen Vorsprung 126 des Dichtungssitzes 120,
sondern an der äußeren seitlichen
Begrenzungswand 160 der Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120 angeordnet.
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In
dem in 5 dargestellten Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe
hintergreift der Rastvorsprung 158 des Dichtungselements 124 die
Rastnase 132 des Dichtungssitzes 120, so daß das Dichtungselement 124 mit
dem Dichtungssitz 120 verrastet ist.
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Die
Dichtkante 146 liegt bei dieser Ausführungsform näher an der
Außenseite 140 des
Dichtungselements 124 als an dessen Innenseite 138.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
verformt sich das Dichtungselement 124 während der
Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe plastisch, bis die Spalte zwischen
dem Dichtungselement 124 und den Begrenzungswänden der
Ausnehmung 122 geschlossen sind und das Dichtungselement 124 die Ausnehmung 122 im
wesentlichen vollständig
ausfüllt.
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Im übrigen stimmt
die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform hinsichtlich Aufbau
und Funktion mit der ersten Ausführungsform überein, auf
deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 6 dargestellte dritte Ausführungsform eines Ventils 100 mit
einer Dichtungsbaugruppe unterscheidet sich von den beiden vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen
lediglich dadurch, daß das
Dichtungselement 124 nicht durch Verrastung, sondern durch
Preßpassung
in der ringförmigen
Ausnehmung 122 des Dichtungssitzes 120 gehalten
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
sind somit weder an dem Dichtungselement 124 noch an dem Dichtungssitz 120 Rastnasen
oder Rastvorsprünge vorgesehen.
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Statt
dessen wird der Querschnitt des ringförmigen Dichtungselements 124 so
gewählt,
daß er unter
Aufbringung einer Eindrückkraft
in die Ausnehmung 122 eindrückbar ist und nach dem Eindrücken durch
Preßpassung
in die Ausnehmung 122 gehalten ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
liegen somit die Innenseite 138, die Außenseite 140 und die
Abstützfläche 142 des
Dichtungselements 124 bereits in dem in 6 dargestellten
Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe flächig an den jeweils zugeordneten
Begrenzungsflächen
der Ausnehmung 122 an.
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Die
Dichtkante 146 des Dichtungselements 124 ist bei
dieser Ausführungsform,
ebenso wie bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform,
näher an
der Außenseite 140 als
an der Innenseite 138 des Dichtungselements 124 angeordnet.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
verformt sich das Dichtungselement 124 während einer
Einlaufphase plastisch, so daß das
Dichtungselement 124 nach der Einlaufphase eine im wesentlichen kreisringförmige Anlagefläche 178 aufweist,
welche in der Abdichtstellung flächig
an der Anlagefläche 174 des
Ventilsitzes 106 anliegt, so wie dies in 4 im
Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform dargestellt
ist.
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Im übrigen stimmt
die in 6 dargestellte dritte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau
und Funktion mit der ersten Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 7 dargestellte vierte Ausführungsform eines Ventils 100 mit
einer Dichtungsbaugruppe unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten
Ausführungsform
dadurch, daß die
dem Ventilsitz 106 zugewandte Unterseite 184 des
Rastvorsprungs 126 des Dichtungssitzes 120 nicht
im wesentlichen bündig
ist mit der Unterseite 176 des radial außerhalb
der ringförmigen
Ausnehmung 122 angeordneten Abschnittes des Dichtungssitzes 120,
sondern deutlich zu dem Ventilsitz 106 hin über diese
Unterseite 176 übersteht.
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Ferner
ist bei dieser Ausführungsform
das ringförmige
Dichtungselement 124 so ausgebildet, daß es einen im wesentlichen
trapezförmigen
Querschnitt aufweist, mit einer längs der Ringachse 134 längeren Innenseite 138,
einer längs
der Ringachse 134 deutlich kürzer als die Innenseite 138 ausgebildeten
Außenseite 140,
einer im wesentlichen senkrecht zur Ringachse 134 ausgebildeten
Abstützfläche 142 und
einer der Abstützfläche 142 abgewandten
und dem Ventilsitz 106 zugewandten Dichtfläche 144,
die eine im wesentlichen kegelstumpfmantelförmige Anlagefläche 178 aufweist,
welche vom unteren Rand der Außenseite 140 des
Dichtungselements 124 aus in Richtung auf die Ringachse 134 abfällt und
an ihrem radial inneren Rand längs
eines (vom Ventilsitz 106 aus gesehen) konvex gekrümmten Abschnittes 186 in
die Innenseite 138 des Dichtungselements 124 übergeht.
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Das
als Ventilsitz 106 dienende Trennrohr 108 ist
bei dieser Ausführungsform
an seiner dem Ventilkörper 115 zugewandten
Stirnseite mit einer Anschrägung
versehen, die so ausgebildet ist, daß der Ventilsitz 106 eine
im wesentlichen kegelstumpfmantelförmige Anlagefläche 174 aufweist,
die von der Außenseite
des Ventilsitzes 106 in Richtung auf die Axialrichtung 116 hin
abfällt
und mit der Axialrichtung 116 im wesentlichen denselben
Winkel einschließt
wie die Anlagefläche 178 des
Dichtungselements 124, so daß die Anlagefläche 174 des Ventilsitzes 106 und
die Anlagefläche 178 des
Dichtungselements 124 im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet
sind.
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In
der Abdichtstellung dieser Dichtungsbaugruppe liegt das Dichtungselement 124 mit
der Anlagefläche 178 flächig an
der Anlagefläche 174 des Ventilsitzes 106 an.
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Diese
Ausführungsform
bietet den Vorteil, daß bereits
in dem in 7 dargestellten Anfangszustand
der Dichtungsbaugruppe ein flächiger
Kontakt zwischen den Anlageflächen 174, 178 des
Ventilsitzes 106 und des Dichtungselements 124 und
somit von Anfang an eine besonders gute Abdichtwirkung der Dichtungsbaugruppe
erzielt wird.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
sind Spalte 162, 168 zwischen dem Dichtungselement 124 und
den Begrenzungswänden
der Ausnehmung 122 im Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe,
unmittelbar nach dem Einrasten des Dichtungselements 124 an
dem Dichtungssitz 120, vorhanden, welche während der
Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe durch plastisch nachfließendes Material
des Dichtungselements 124 geschlossen werden.
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Im übrigen stimmt
die in 7 dargestellte vierte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau
und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten
Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform eines Ventils 100 mit
einer Dichtungsbaugruppe unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen
vierten Ausführungsform
lediglich dadurch, daß die
Anlagefläche 178 des Dichtungselements 124 nicht
im wesentlichen kegelstumpfmantelförmig, sondern (von dem Ventilsitz 106 aus
gesehen) konvex gekrümmt
ist.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, daß die
Anlagefläche 178 des
Dichtungselements 124 bei dieser Ausführungsform im wesentlichen
kugelausschnittsförmig
ausgebildet ist.
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Der
im in 8 dargestellten Anfangszustand der Dichtungsbaugruppe
konvex gekrümmte Abschnitt 186 kann
sich während
der Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe so plastisch verformen,
daß zumindest
ein Teil dieses Abschnitts nach der Einlaufphase im wesentlichen
kegelstumpfmantelförmig ausgebildet
ist und dann in der Abdichtstellung flächig an der kegelstumpfmantelförmigen Anlagefläche 174 des
Ventilsitzes 106 anliegt.
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Im übrigen stimmt
die in 8 dargestellte fünfte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau
und Funktion mit der in 7 dargestellten vierten Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 9 dargestellte sechste Ausführungsform eines Ventils 100 mit
einer Dichtungsbaugruppe unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
dadurch, daß das Dichtungselement 124 nicht
als ein von dem Ventilkörper 115 separates
Teil ausgebildet ist, sondern statt dessen das Dichtungselement 124 einstückig mit
dem Ventilkörper 115 ausgebildet
ist.
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Der
Ventilkörper 115 umfaßt bei dieser
Ausführungsform
eine im wesentlichen zylindrische Scheibe 200 aus einem
wenig elastischen, aber plastisch verformbaren Kunststoffmaterial,
insbesondere aus einem chemisch hoch beständigen Kunststoffmaterial,
deren unterer, dem Ventilsitz 106 zugewandter Abschnitt
das Dichtungselement 124 dieser Ausführungsform bildet.
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Als
geeignetes Kunststoffmaterial für
die Scheibe 200 einschließlich des Dichtungselements 124 kommt
insbesondere ein Fluorpolymer-Material, beispielsweise PTFE oder
ein PTFE-Compound, in Betracht.
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Das
Dichtungselement 124 umfaßt einen von der Unterseite 176 des
Ventilkörpers 115 zu
dem Ventilsitz 106 hin vorstehenden, koaxial zu dem Ventilsitz 106 ausgerichteten
ringförmigen
Dichtungswulst 202 mit einer zu dem Ventilsitz 106 weisenden Dichtfläche 144,
welche durch eine ringförmig
umlaufende Dichtkante 146 in einen radial innerhalb der Dichtkante 146 liegenden,
im wesentlichen kegelstumpfmantelförmigen inneren Dichtflächenabschnitt 148 und
einen radial außerhalb
der Dichtkante 146 liegenden, ebenfalls im wesentlichen
kegelstumpfmantelförmigen äußeren Dichtflächenabschnitt 150 unterteilt
wird. Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform
des Dichtungselements 124 liegt dabei die Dichtkante 146 näher an der
Längsmittelachse
des Ventilkörpers 115 als
an der äußeren Mantelfläche 204 des
Ventilkörpers 115.
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Das
Dichtungselement 124 unterliegt im wesentlichen keiner
elastischen Verformung in der Axialrichtung 116, wenn der
Ventilkörper 115 gegen
den Ventilsitz 106 gepreßt wird.
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Das
Dichtungselement 124 ist jedoch unter diesem Anpreßdruck plastisch
verformbar, was dazu führt,
daß während einer
Einlaufphase der Dichtungsbaugruppe, in welcher der Ventilkörper 115 wiederholte
Male gegen den Ventilsitz 106 gepreßt wird, das Dichtungselement 124 sich
plastisch so verformt, daß sich
die Gestalt der Dichtfläche 144 an
die Gestalt der Anlagefläche 174 an
der dem Ventilkörper 115 zugewandten
Stirnseite des Ventilsitzes 106 anpaßt.
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Durch
die den Ventilkörper 115 gegen
den Ventilsitz 106 vorspannende Druckfeder 118 ist
hierbei während
der Einlaufphase und auch nach der Einlaufphase stets eine sichere
Anstellung des Dichtungselements 124 gegen den Ventilsitz 106 und
somit eine einwandfreie Abdichtwirkung der Dichtungsbaugruppe gewährleistet.
-
Im übrigen stimmt
die in 9 dargestellte sechste Ausführungsform hinsichtlich Aufbau
und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten
Ausführungsform
einer Dichtungsbaugruppe überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.