DE102012223281A1

DE102012223281A1 - Seal structure for ball valve used in e.g. cable system, has elastomeric seal portion having sealing lip that is cured-on metallic seat ring

Info

Publication number: DE102012223281A1
Application number: DE201210223281
Authority: DE
Inventors: Andreas Fischer; Gernot Habel
Original assignee: GUMMIWARENFABRIK R NEDDERMANN GmbH
Current assignee: GUMMIWARENFABRIK R NEDDERMANN GmbH
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18

Abstract

The seal structure has a metallic seat ring that is provided with a symmetry axis and an elastomeric seal portion. A sealing lip of the elastomeric seal portion is cured-on the metallic seat ring. The metallic seat ring is provided with a single-sided stepped groove, such that the elastomeric seal portion is cured-on the groove. The wall of groove is arranged in parallel to the symmetry axis of metallic seat ring. The seal portion is made of fluoroelastomer (FPM). An independent claim is included for a ball valve.

Description

Im Leitungs- und Rohrsystemen werden seit Jahrzehnten Kugelhähne für gasförmige und flüssige Medien eingesetzt. Dabei treten häufig Betriebsdrücke von 150 Bar auf.Ball valves for gaseous and liquid media have been used for decades in piping and pipe systems. Operating pressures of 150 bar often occur.

Wenn ein solcher Kugelhahn aus seiner Schließstellung geöffnet wird, dann wirken vor allem zu Beginn der Öffnungsphase sehr hohe dynamische Kräfte auf die Dichtungen zwischen dem Gehäuse des Kugelhahns und dem sogenannten Kugelküken.When such a ball valve is opened from its closed position, then act very particularly at the beginning of the opening phase very high dynamic forces on the seals between the housing of the ball valve and the so-called ball valve.

Bei vielen in der Praxis eingesetzten Dichtungsanordnungen werden die Dichtungen beim Öffnen des Kugelhahns zerstört, so dass eine dauerhafte Funktionsfähigkeit des Kugelhahns nicht gewährleistet ist. In many sealing arrangements used in practice, the seals are destroyed when opening the ball valve, so that a permanent functioning of the ball valve is not guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtungsanordnung für einen Kugelhahn bereitzustellen, die eine hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer aufweist und auch bei Betriebsdrücken von beispielsweise 150 Bar und gasförmigen Medien problemlos und sicher über viele Jahre einsetzbar ist.The invention is based on the object to provide a seal assembly for a ball valve, which has a high reliability and durability and can be used easily and safely over many years even at operating pressures of, for example, 150 bar and gaseous media.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Dichtung für einen Kugelhahn umfassend einen metallischen Sitzring mit einer Symmetrieachse und eine Elastomerdichtung dadurch gelöst, dass die Elastomerdichtung eine Dichtlippe aufweist, und dass die Dichtlippe auf oder in den metallischen Sitzring aufvulkanisiert ist.This object is achieved in a gasket for a ball valve comprising a metallic seat ring with an axis of symmetry and an elastomeric seal in that the elastomeric seal has a sealing lip, and that the sealing lip is vulcanized on or in the metallic seat ring.

Durch die erfindungsgemäße Gummi-Metall-Verbindung zwischen dem metallischen Sitzring und der Dichtlippe ist sichergestellt, dass auch während des Öffnungsvorgangs die Dichtlippe beziehungsweise die Elastomerdichtung nicht aus dem Sitzring herausgeblasen oder herausgerissen wird. Der metallische Sitzring stützt und hält die aufvulkanisierte Dichtlippe, so dass die erfindungsgemäße Gummi-Metall-Verbindung bei Tests und Praxiserprobungen allen Anforderungen genügt. The inventive rubber-metal connection between the metallic seat ring and the sealing lip ensures that even during the opening process, the sealing lip or the elastomer seal is not blown out of the seat ring or torn out. The metallic seat ring supports and holds the vulcanized sealing lip, so that the rubber-metal compound according to the invention meets all the requirements in tests and practical trials.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sitzring eine mindestens einseitig gestufte Nut aufweist, und dass die Elastomerdichtung in die Nut aufvulkanisiert ist. In an embodiment according to the invention, it is provided that the seat ring has a groove stepped at least on one side, and that the elastomeric seal is vulcanized into the groove.

Diese Nut sorgt dafür, dass die Kontaktfläche zwischen dem metallischen Sitzring und der Elastomerdichtung vergrößert wird. Außerdem kann durch eine geeignete Gestaltung der Nut dafür gesorgt werden, dass die Elastomerdichtung durch die auf sie wirkenden Druckkräfte nicht aus dem Sitzring herausgerissen oder herausgeblasen werden. Die Nut stützt die aufvulkanisierte Elastomerdichtung seitlich und in radiale Richtung abThis groove ensures that the contact surface between the metallic seat ring and the elastomeric seal is increased. In addition, it can be ensured by a suitable design of the groove that the elastomeric seal are not torn or blown out of the seat ring by the pressure forces acting on it. The groove supports the vulcanized elastomer seal laterally and in the radial direction

Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, die Nut einen angenähert rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Nut durch als stirnseitiger Einstich in den Sitzring ausgebildet ist. This can be achieved, for example, by the groove having an approximately rectangular cross-section, the groove being formed as an end-side recess in the seat ring.

Wenn die Kontaktfläche zwischen der stirnseitig in den Sitzring eingestochenen Nut mit rechteckigem Querschnitt nicht ausreichen sollte, ist es als vorteilhaft, in der Nut mindestens eine Stufe vorzusehen, wobei diese Stufe bevorzugt in eingebautem Zustand auf einer dem Totraum des Kugelhahns zugewandten Seite der Dichtlippe angeordnet ist. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen Sitzring und Elastomerdichtung weiter vergrößert. In Folge dessen erhöhen sich die Betriebssicherheit und die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Kugelhahns.If the contact surface between the groove of rectangular cross-section which is pierced into the seat ring in the seat ring is insufficient, it is advantageous to provide at least one step in the groove, this step preferably being arranged in the installed state on a side of the sealing lip facing the dead space of the ball valve , As a result, the contact surface between the seat ring and elastomer seal is further increased. As a result, the reliability and the life of the ball valve according to the invention increase.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Dichtlippe zwei Flanken aufweist, und dass eine der beiden Flanken einen ersten Ringraum begrenzt. Dieser Ringraum ist gewissermaßen wie eine Hohlkehle in der Elastomerdichtung ausgebildet. Dadurch wird die auf die Elastomerdichtung wirkende druckbeaufschlagte Fläche vergrößert und die Dichtlippe erfährt eine Druckunterstützung. Dieser erste Ringraum kann bei einer vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung in eingebautem Zustand mit dem Innendruck des Kugelhahns beaufschlagt sein.It has proved to be advantageous that the sealing lip has two flanks, and that one of the two flanks defines a first annular space. This annular space is formed as it were like a groove in the elastomeric seal. As a result, the pressure-exerted surface acting on the elastomeric seal is increased and the sealing lip undergoes pressure support. This first annulus can be acted upon in an advantageous embodiment of the invention in the installed state with the internal pressure of the ball valve.

Alternativ ist es auch möglich, den ersten Ringraum auf der dem Totraum des Kugelhahns zugewandten Seite der Dichtlippe anzuordnen. Infolgedessen wird er dann mit dem in dem Totraum des Kugelhahns herrschenden Druck beaufschlagt. Es ist auch möglich und in vielen Fällen vorteilhaft, auf beiden Seiten der Dichtlippe jeweils einen Ringraum anzuordnen. Dies bedeutet, dass die Dichtlippe beidseitig durch den Betriebsdruck des durch den Kugelhahn strömenden Mediums unterstützt wird. Im Ergebnis führt dies zu einer Stabilisierung beiden Flanken der Dichtlippen. Weil die Drücke zu beiden Seiten der Dichtlippe unterschiedlich sind, empfiehlt es sich auch, die Ringräume in ihrer Geometrie und die Winkel der Flanken unterschiedlich anzuordnen beziehungsweise zu bemessen. Alternatively, it is also possible to arrange the first annular space on the dead space of the ball valve facing side of the sealing lip. As a result, it is then subjected to the pressure prevailing in the dead space of the ball valve pressure. It is also possible and in many cases advantageous to arrange an annular space on both sides of the sealing lip. This means that the sealing lip is supported on both sides by the operating pressure of the medium flowing through the ball valve. As a result, this leads to a stabilization of both flanks of the sealing lips. Because the pressures on both sides of the sealing lip are different, it is also advisable to arrange the annular spaces in their geometry and the angles of the flanks differently or to measure.

Es hat sich bei vielen Ausführungsformen als vorteilhaft erwiesen, wenn die Flanken der Dichtlippe einen Winkel zwischen 55° und 110°, bevorzugt von etwa 65° oder 105° einschließen. Der Winkel von etwa 65° hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dichtlippe nur mit dem nur einen Ringraum aufweist. Der größere Winkel von etwa 105° hat sich bei einer Ausführungsform mit zwei Ringräumen als sehr vorteilhaft erwiesen. It has proved to be advantageous in many embodiments, when the flanks of the sealing lip form an angle between 55 ° and 110 °, preferably of about 65 ° or 105 °. The angle of about 65 ° has proven to be advantageous if the sealing lip has only one annular space with only. The larger angle of about 105 ° has proven to be very advantageous in an embodiment with two annular spaces.

Damit die Vorspannung der Dichtlippe einen definierten Wert hat, ist an dem Sitzring ein Festanschlag ausgebildet. Dieser Festanschlag liegt auf dem Kugelküken auf; hat jedoch keine Dichtfunktion. Diese wird überwiegend durch die erfindungsgemäße Elastomerdichtung erzielt.Thus, the bias of the sealing lip has a defined value, a fixed stop is formed on the seat ring. This hard stop rests on the ball chick; but has no sealing function. This is achieved mainly by the elastomeric seal according to the invention.

Zumeist ist es vorteilhaft, wenn der Festanschlag auf einer mit dem Innendruck des Kugelhahns beaufschlagten Seite der Dichtlippe angeordnet ist.In most cases it is advantageous if the fixed stop is arranged on a side of the sealing lip which is acted upon by the internal pressure of the ball valve.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sitzring eine optional gestufte zylindrische oder kegelstumpfförmige Außenkontur aufweist, und dass ein Abschnitt diese Außenkontur und/oder eine Nut in der Außenkontur zur Aufnahme eines O-Rings dient. Dieser O-Ring dichtet den Spalt zwischen dem Gehäuse des Kugelhahns und dem Sitzring ab. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the seat ring has an optionally stepped cylindrical or frusto-conical outer contour, and that a portion of this outer contour and / or a groove in the outer contour for receiving an O-ring is used. This O-ring seals the gap between the body of the ball valve and the seat ring.

Dieser O-Ring ist bei weitem nicht den gleichen dynamischen Belastungen wie die erfindungsgemäße Elastomerdichtung ausgesetzt, so dass der gewissermaßen auf der „Rückseite“ des Sitzrings angeordnete O-Ring eine sehr robuste und langlebige Lösung dargestellt. This O-ring is far from being exposed to the same dynamic loads as the elastomeric seal according to the invention, so that the arranged to some extent on the "back" of the seat ring O-ring is a very robust and durable solution.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Kugelhahn umfassend ein drehbar gelagertes Kugelküken, ein Gehäuse mit zwei Anschlussöffnungen und mindestens einer Dichtungsanordnung, wobei die mindestens eine Dichtungsanordnung zwischen Gehäuse und Kugelküken angeordnet ist, dadurch gelöst, dass die Dichtungsanordnung eine Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen zwischen Sitzring und Gehäuse angeordneten O-Ring umfasst. The above-mentioned object is achieved in a ball valve comprising a rotatably mounted ball plug, a housing with two connection openings and at least one seal arrangement, wherein the at least one seal arrangement between the housing and ball valve, is achieved in that the seal assembly is a seal according to one of the preceding claims and a arranged between the seat ring and housing O-ring comprises.

Das Gehäuse des Kugelhahns kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass in dem Gehäuse eine oder zwei Nuten zur Aufnahme der Dichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 12 und des O-Rings ausgebildet sind. The housing of the ball valve can be made in one piece or in several parts. In addition, it is provided that in the housing one or two grooves for receiving the seals according to claims 1 to 12 and the O-ring are formed.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, the description and the claims removable. All features disclosed in the drawing, the description and the patent claims may be essential to the invention both individually and in any desired combination.

Zeichnungdrawing

Es zeigen:Show it:

1 eine vereinfachte Explosionsdarstellung eines Kugelhahns nach dem Stand der Technik, 1 a simplified exploded view of a ball valve according to the prior art,

2 einen Längsschnitt durch ein Kugelküken mit zwei Sitzringen gemäß 1, 2 a longitudinal section through a ball valve with two seat rings according to 1 .

3 eine Single-Piston-Ausführung eines Kugelhahns, 3 a single-piston version of a ball valve,

4 eine Double-Piston-Ausführung eines Kugelhahns, 4 a double-piston version of a ball valve,

5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung für eine Single-Piston-Anordnung, 5 A first embodiment of a seal according to the invention for a single-piston arrangement,

6 das Ausführungsbeispiel gemäß 6 in eingebautem Zustand, 6 the embodiment according to 6 in built-in condition,

7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung für eine Double-Piston-Ausführung, 7 A second embodiment of a seal according to the invention for a double-piston version,

8 das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 7 in eingebautem Zustand, 8th the second embodiment according to 7 in built-in condition,

9 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung mit zwei Ringräumen zur Druckunterstützung beider Flanken der erfindungsgemäßen Dichtlippe, 9 A third embodiment of a seal according to the invention with two annular spaces for pressure support of both flanks of the sealing lip according to the invention,

10 die drei Ausführungsbeispiele in einer Zusammenschau, und 10 the three embodiments in a synopsis, and

11 und 12 Konstruktionszeichnungen von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Dichtungen. 11 and 12 Construction drawings of embodiments of inventive seals.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In den 1 bis 4 werden Kugelhähne nach dem Stand der Technik dargestellt, um das Umfeld der erfindungsgemäßen Dichtung zu erläutern. Beginnend bei 1 werden die wichtigsten Bauteile eines Kugelhahn dargestellt: Ein Gehäuse 1, ein Kugelküken 3, ein Antriebszapfen 5 sowie Sitzringe 7 zu beiden Seiten des Kugelkükens 3. Des Weiteren sind noch verschiedene Dichtringe (ohne Bezugszeichen) und ein Deckel 9 vorhanden. In the 1 to 4 Ball valves are shown in the prior art to explain the environment of the seal according to the invention. Starting at 1 The most important components of a ball valve are shown: A housing 1 , a ball chick 3 , a drive pin 5 as well as seat rings 7 on both sides of the ball plug 3 , Furthermore, there are still different sealing rings (without reference numerals) and a lid 9 available.

In der 2 ist ein Längsschnitt durch ein Kugelküken 3 in geöffnetem Zustand mit zwei Sitzringen 7 dargestellt. Die Sitzringe 7 werden federbelastet (nicht dargestellt) gegen die kalottenförmige Oberfläche des Kugelkükens 3 gepresst. In the 2 is a longitudinal section through a ball chick 3 in open condition with two seat rings 7 shown. The seat rings 7 are spring loaded (not shown) against the dome-shaped surface of the ball valve 3 pressed.

Des Weiteren ist in der 2 gut zu erkennen, dass die Sitzringe 7 einen kreisringförmigen Festanschlag aufweisen. Mit diesem Festanschlag liegt der Sitzring 7 auf der kugelförmigen Oberfläche des Kugelkükens 3 auf.Furthermore, in the 2 good to recognize that the seat rings 7 have a circular fixed stop. With this fixed stop is the seat ring 7 on the spherical surface of the ball plug 3 on.

Benachbart zu dem Festanschlag 11 ist eine als O-Ring ausgebildete Dichtung 13 angeordnet. In der 2 ist die Offenstellung des Kugelkükens 3 dargestellt. Dies bedeutet, dass ein Gas oder ein flüssiges Medium ungehindert durch die zentrale Bohrung 15 des Kugelkükens 3 strömen kann. Adjacent to the hard stop 11 is a gasket designed as an O-ring 13 arranged. In the 2 is the open position of the ball plug 3 shown. This means that a gas or a liquid medium unhindered through the central hole 15 of the ball plug 3 can flow.

Wenn das Kugelküken 3 um 90° gedreht wird, dann verläuft die Durchgangsbohrung 15 orthogonal zur Zeichnungsebene (nicht dargestellt). In Folge dessen sind ein Einlass 17 und ein Auslass 19 des Kugelhahns hydraulisch nicht mehr verbunden (Schließstellung). If the ball chick 3 is rotated by 90 °, then the through hole runs 15 orthogonal to the plane of the drawing (not shown). As a result, there is an inlet 17 and an outlet 19 the ball valve is no longer hydraulically connected (closed position).

Zu Beginn eines Öffnungsvorgangs stellt nur ein kleiner Teil der Durchgangsbohrung 15 eine hydraulische Verbindung zwischen Einlass 17 und Auslass 19 her. Dabei treten extreme dynamische Beanspruchungen an der Dichtung 13 auf, die in der betrieblichen Praxis regelmäßig die Dichtung 13 eines herkömmlichen Kugelhahns zerstört haben. At the beginning of an opening process represents only a small part of the through hole 15 a hydraulic connection between inlet 17 and outlet 19 ago. In this case, extreme dynamic stresses occur on the seal 13 which in practice regularly seal the seal 13 destroyed a conventional ball valve.

In der 3 ist nun ein Kugelhahn in Single-Piston Bauart eines herkömmlichen Kugelhahns in der Offenstellung (oben) und der Schließstellung (unten) dargestellt.In the 3 Now, a single-piston ball valve type of a conventional ball valve in the open position (top) and the closed position (bottom) is shown.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 1 dreiteilig ausgebildet (siehe die Bezugszeichen 1.1, 1.2 und 1.3). Im oberen Teil der 3 ist das Kugelküken 3 in seiner Offenstellung dargestellt, so dass ein gasförmiges oder ein flüssiges Medium ungehindert vom Einlass 17 zum Auslass 19 strömen kann. In dem oberen Teil der 3 sind die Sitzringe und die Dichtungsanordnung sowohl am Einlass 17 als auch am Auslass 19 nicht im Detail dargestellt. In the illustrated embodiment, the housing 1 formed in three parts (see the reference numerals 1.1 . 1.2 and 1.3 ). In the upper part of the 3 is the ball chick 3 shown in its open position, so that a gaseous or a liquid medium unhindered from the inlet 17 to the outlet 19 can flow. In the upper part of the 3 Both the seat rings and the seal assembly are at the inlet 17 as well as at the outlet 19 not shown in detail.

Im unteren Teil der 3 ist das Kugelküken 3 in seiner Schließstellung dargestellt. Die Durchgangsbohrung 15 verläuft orthogonal zur Zeichnungsebene. In dem unteren Teil der 3 ist die Dichtungsanordnung etwas detaillierter dargestellt. Insbesondere sind der Festanschlag 11 und eine herkömmliche Dichtung 13 in Form eines eingelegten O-Rings gut zu erkennen. Der Festanschlag 11 ist Teil des metallischen Sitzrings 7 und ist beispielsweise als kegelstumpfförmige Fläche mit einem Kegelwinkel von etwa 90° ausgebildet. Der Festanschlag 11 hat direkten Kontakt mit der kugelförmigen Oberfläche des Kugelkükens 3. In the lower part of the 3 is the ball chick 3 shown in its closed position. The through hole 15 runs orthogonal to the plane of the drawing. In the lower part of the 3 the seal assembly is shown in somewhat more detail. In particular, the hard stop 11 and a conventional seal 13 clearly visible in the form of an inserted O-ring. The hard stop 11 is part of the metallic seat ring 7 and is formed, for example, as a frusto-conical surface with a cone angle of about 90 °. The hard stop 11 has direct contact with the spherical surface of the ball plug 3 ,

Wie man dem unteren Teil der 3 entnehmen kann, sind zwischen dem Gehäuse 1 und dem Sitzring 7 eine oder mehrere Druckfedern 21 angeordnet, welche den Sitzring 7 in Richtung des Kugelkükens 3 pressen. An seinem Außendurchmesser hat der Sitzring 7 eine zylindrische gestufte Außenkontur 23 mit einer Nut 25. In dieser Nut 25 ist ein O-Ring 27 angeordnet, welcher den Spalt (ohne Bezugszeichen) zwischen der Außenkontur 23 des Sitzrings 7 und dem Gehäuse 1 abdichtet. Der O-Ring 27 ist eine ruhende Dichtung und bereitet beim Betrieb der Kugelhähne nach dem Stand der Technik keine Schwierigkeiten. How to get to the bottom of the 3 can be seen, are between the housing 1 and the seat ring 7 one or more compression springs 21 arranged, which the seat ring 7 in the direction of the ball plug 3 press. At its outer diameter has the seat ring 7 a cylindrical stepped outer contour 23 with a groove 25 , In this groove 25 is an O-ring 27 arranged, which the gap (without reference numeral) between the outer contour 23 of the seat ring 7 and the housing 1 seals. The O-ring 27 is a static seal and presents no difficulties in operating the ball valves of the prior art.

Schwierigkeiten bereitet die Dichtung 13 zwischen dem Sitzring 7 und dem Kugelküken 3, weil diese Dichtung 13 vor allem beim Öffnen des Kugelhahns starken dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, denen sie auf Dauer nicht widersteht.The seal causes difficulties 13 between the seat ring 7 and the ball chick 3 because this seal 13 especially when opening the ball valve is exposed to strong dynamic stresses that they can not resist in the long run.

In der in 3 unteren Darstellung steht am Einlass 17 der Betriebsdruck des Rohrleitungsnetzes an, während am Auslass 19 ein deutlich niedriger Druck, beispielsweise Atmosphärendruck, ansteht. In the in 3 bottom view is at the inlet 17 the operating pressure of the piping network, while at the outlet 19 a significantly lower pressure, such as atmospheric pressure, is pending.

Dies bedeutet, dass das unter Druck stehende Medium in den Spalt zwischen dem Gehäuse 1 und dem linken Sitzring 7.1 gelangt und eine hydraulische Kraft auf den Sitzring 7.1 ausübt, welche den Sitzring 7.1 gegen das Kugelküken 3 presst. Im Idealfall ist die Abdichtung zwischen dem Sitzring 7.1 und dem Kugelküken 3 mit Hilfe der Elastomerdichtung 3 vollständig dicht. Das gleiche gilt für die Abdichtung zwischen dem Sitzring 7.1 und dem Gehäuse 1 durch den O-Ring 27. This means that the pressurized medium enters the gap between the housing 1 and the left seat ring 7.1 passes and a hydraulic force on the seat ring 7.1 which exercises the seat ring 7.1 against the ball chick 3 pressed. Ideally, the seal between the seat ring 7.1 and the ball chick 3 with the help of the elastomer seal 3 completely tight. The same applies to the seal between the seat ring 7.1 and the housing 1 through the O-ring 27 ,

Wenn jedoch Gas oder eine unter Druck stehenden Flüssigkeit, die am Einlass 17 ansteht, eine beiden Dichtungen 13 und 27 des Sitzrings 7.1 überwindet, dann strömt Gas beziehungsweise Flüssigkeit in einen Totraum 31, der von dem Kugelküken 3, dem Gehäuse 1 und den beiden Sitzringen 7.1 beziehungsweise 7.2 begrenzt wird. Sobald sich in dem Totraum 31 Gas oder eine Flüssigkeit sammelt, steigt der Druck im Totraum 31 und übt eine Kraft auf den Sitzring 7.2 aus. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser beziehungsweise die Dichtlinien der Dichtung 13 und des O-Rings 27 so aufeinander abgestimmt, dass eine resultierende hydraulische Kraft entsteht, welche den Sitzring 7.2 entgegen der von der Druckfeder 21 ausgeübten Kraft vom Kugelküken 3 weg bewegt (nach rechts in 3). Dadurch findet eine Druckentlastung im Totraum 31 statt und die Leckage strömt über den Totraum 31 in den Auslass 19. However, if gas or a pressurized liquid at the inlet 17 pending, a two seals 13 and 27 of the seat ring 7.1 overcomes, then gas or liquid flows into a dead space 31 from the ball chick 3 , the housing 1 and the two seat rings 7.1 respectively 7.2 is limited. Once in the dead space 31 Gas or a liquid collects, the pressure in the dead space increases 31 and exerts a force on the seat ring 7.2 out. In the in 3 illustrated embodiment, the diameter or the sealing lines of the seal 13 and the O-ring 27 coordinated so that a resulting hydraulic force is created, which the seat ring 7.2 opposite to that of the compression spring 21 applied force from the ball chick 3 moved away (to the right in 3 ). As a result, there is a pressure relief in the dead space 31 instead and the leakage flows over the dead space 31 in the outlet 19 ,

In dem vergrößert dargestellten Detail der im unteren Teil der 3 sind die Durchmesser der Dichtlinien sowohl der Dichtung 13 als auch des O-Rings 27 mit D₁₃ beziehungsweise mit D₂₇ angedeutet. Weil der Durchmesser D₂₇ größer ist als der Durchmesser D₁₃ ist, ergibt sich ein resultierende hydraulische Kraft, die entgegen der von der Druckfeder 21 ausgeübten Kraft auf den Sitzring 7.2 wirkt. In the enlarged detail shown in the lower part of 3 are the diameter of the sealing lines of both the seal 13 as well as the O-ring 27 indicated with D ₁₃ and D ₂₇ respectively. Because the diameter D _{27 is} greater than the diameter D ₁₃ , there is a resulting hydraulic force, which is opposite to that of the compression spring 21 applied force on the seat ring 7.2 acts.

Weil in diesem Ausführungsbeispiel nur der Sitzring 7.1 selbstverstärkend ausgeführt ist und der Sitzring 7.2 bei einem Druckanstieg im Totraum 31 vom Kugelküken 3 weg bewegt wird, spricht man bei dieser Ausführungsform von einem Single-Piston-Kugelhahn. Because in this embodiment, only the seat ring 7.1 self-reinforcing and the seat ring 7.2 at a pressure increase in the dead space 31 from the ball chick 3 is moved, one speaks in this embodiment of a single-piston ball valve.

In 4 ist ein Kugelhahn in Double-Piston-Bauart dargestellt. Der wesentliche Unterschied zur Single-Piston-Bauart betrifft den Sitzring 7.2 am Auslass des Kugelhahns. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der O-Ring 27 auf einen Absatz der Außenkontur 23 des Sitzrings 7.2 aufgeschoben. Der wirksame Durchmesser D₂₇ der Dichtlinie zwischen des O-Rings 27 ist bei diesem Ausführungsbeispiel kleiner als der Durchmesser D₁₃, welcher die Dichtlinie zwischen der Dichtung 13 und dem Kugelküken 3 bezeichnet. Dies bedeutet, dass bei einem Druckanstieg im Totraum 31 eine resultierende hydraulische Kraft auf den Sitzring 7.2 wirkt, die gleichgerichtet mit der von der Druckfeder 21 auf den Sitzring 7.2 ausgeübten Kraft ist. In anderen Worten: Durch einen Druckanstieg im Totraum 31 wird die Anpresskraft mit der der Sitzring 7.2 gegen das Kugelküken 3 gepresst wird, erhöht.In 4 is shown a ball valve in double-piston design. The essential difference to Single-piston design affects the seat ring 7.2 at the outlet of the ball valve. In this embodiment, the O-ring 27 on a paragraph of the outer contour 23 of the seat ring 7.2 postponed. The effective diameter D _{27 of} the sealing line between the O-ring 27 is smaller than the diameter D ₁₃ in this embodiment, which is the sealing line between the seal 13 and the ball chick 3 designated. This means that with a pressure increase in the dead space 31 a resulting hydraulic force on the seat ring 7.2 acts, which is rectified with that of the compression spring 21 on the seat ring 7.2 is exerted force. In other words, by a pressure increase in the dead space 31 is the contact pressure with the seat ring 7.2 against the ball chick 3 is pressed, increased.

Dies vorausgeschickt wird in der 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung im Schnitt und als Detail vergrößert dargestellt. Der Sitzring 7.2 ist ein metallischer Ring mit einem Festanschlag 11. Eine Symmetrieachse des Sitzrings 7.2 hat in der 5 das Bezugszeichen 33.This will be sent in advance 5 a first embodiment of a seal according to the invention in section and shown enlarged as a detail. The seat ring 7.2 is a metallic ring with a hard stop 11 , An axis of symmetry of the seat ring 7.2 has in the 5 the reference number 33 ,

Radial außerhalb des Festanschlages 11 ist eine im Querschnitt rechteckige Nut 37 in den Sitzring 7 eingestochen (siehe Ausschnitt C). Die Nut 37 ist an ihrem Grund mit einem Radius (ohne Bezugszeichen) abgerundet. Außerdem weist die Nut 37 einen Hinterstich 29 auf. Radially outside the fixed stop 11 is a rectangular cross-section groove 37 in the seat ring 7 pierced (see section C). The groove 37 is rounded at its base with a radius (not numbered). In addition, the groove 37 an undercut 29 on.

An der radial außenliegenden Wand der Nut ist ein Absatz 39 ausgebildet. Dieser Absatz 39 vergrößert die Kontaktfläche zwischen dem der aufvulkanisierten erfindungsgemäßen Elastomerdichtung 41 und dem metallischen Sitzring 7. Der Hinterstich 29 trägt ebenfalls zu einer sicheren und belastbaren Verankerung der erfindungsgemäßen Elastomerdichtung 41 in dem metallischen Sitzring 7 bei. Dies gilt für alle dargestellten Ausführungsbeispiele gleichermaßen. On the radially outer wall of the groove is a paragraph 39 educated. This paragraph 39 increases the contact area between the vulcanized elastomeric seal according to the invention 41 and the metallic seat ring 7 , The backstitch 29 also contributes to a safe and resilient anchoring of the elastomeric seal according to the invention 41 in the metallic seat ring 7 at. This applies equally to all illustrated embodiments.

Die erfindungsgemäße Elastomerdichtung 41 weist eine Dichtlippe 43 auf mit zwei Flanken 45.1 und 45.2. The elastomeric seal according to the invention 41 has a sealing lip 43 on with two flanks 45.1 and 45.2 ,

Die Flanke 45.1 begrenzt einen ersten Ringraum 47.1. Der erste Ringraum 47.1 ist somit auf dem mit dem Innendruck P_i beaufschlagten Teil der Dichtlippe 43 ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Innendruck P_i auf die Flanke 45.1 wirkt und dadurch die Dichtlippe 43 stützt und stabilisiert. In dem vergrößert dargestellten Detail der 5 (siehe Ausschnitt C) wird deutlich, dass die Dichtlippe 43 über den Festanschlag 11 hinausragt. Dadurch entsteht in eingebautem Zustand ein definierter Anpressdruck der Dichtlippe 43 an dem Kugelküken 3. Gleichzeitig wird die Dichtlippe 43 vor Überlastung geschützt. The flank 45.1 limits a first annulus 47.1 , The first annulus 47.1 is thus on the acted upon by the internal pressure P _i part of the sealing lip 43 educated. This means that the internal pressure P _i on the flank 45.1 acts and thereby the sealing lip 43 supports and stabilizes. In the enlarged detail of the 5 (see section C) it becomes clear that the sealing lip 43 over the hard stop 11 protrudes. This results in a built-in state, a defined contact pressure of the sealing lip 43 on the ball chick 3 , At the same time the sealing lip 43 protected against overload.

Damit der über den Festanschlag 11 hinausragende Teil der Dichtlippe 43 bei der Montage des Kugelkükens 3 ausweichen kann, ist dass Volumen des ersten Ringraums 47.1 größer als das Volumen des über den Festanschlag 11 hinausragenden Teils der Dichtlippe 43.So that's about the hard stop 11 protruding part of the sealing lip 43 during assembly of the ball plug 3 That is the volume of the first annulus 47.1 greater than the volume of the over the hard stop 11 protruding part of the sealing lip 43 ,

Die 5 ff. gehen auf reale Ausführungsbeispiele zurück und sind in weiten Teilen maßstäblich. Dies bedeutet, dass Winkel und Radien und Proportionen aus den Figuren herausgelesen werden können.The 5 ff. go back to real embodiments and are to scale to a large extent. This means that angles and radii and proportions can be read from the figures.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 handelt es sich um eine sogenannte Single-Piston-Bauart wie in 3 dargestellt. Der zugehörige wirksame Durchmesser der Dichtlippe 43 ist in der 5 mit D₄₃ bezeichnet. Er ist von der Funktion her vergleichbar mit dem Durchmesser D₁₃ in der 3. Im linken Teil der 5 ist die prinzipielle Anordnung dargestellt. In dieser Darstellung sind die Durchmesser D₂₇ und D₄₃ eingetragen. Die geometrischen Details der erfindungsgemäßen aufvulkanisierten Elastomerdichtung 41 sind im linken Teil der 5 nicht zu erkennen. Durch einen Pfeil mit der Bezeichnung "pressure" wird der Weg des unter Druck stehenden Mediums durch den Festanschlag 11 bis zur Elastomerdichtung 41 und bis zum O-Ring 27 angedeutet. In the embodiment according to 5 it is a so-called single-piston type as in 3 shown. The associated effective diameter of the sealing lip 43 is in the 5 denoted by D ₄₃ . It is similar in function to the diameter D ₁₃ in the 3 , In the left part of the 5 the basic arrangement is shown. In this illustration, the diameter D ₂₇ and D _{43 are} entered. The geometric details of the vulcanized elastomer seal according to the invention 41 are in the left part of the 5 not recognizable. An arrow with the label "pressure" turns the path of the pressurized medium through the fixed stop 11 to the elastomer seal 41 and up to the O-ring 27 indicated.

In 6 ist das erste Ausführungsbeispiel gemäß 5 mit Kugelküken 3 nochmals dargestellt. Allerdings ist die Dichtlippe 43 unverformt dargestellt, als ob sie in das Kugelküken 3 eindringen würde. Dies ist in der Praxis nicht der Fall, weil das Kugelküken 3 aus Metall besteht ist und die Elastomerdichtung 41 aus einem Kunststoff mit einer Härte von etwa 90 Shore oder mehr, so dass die Dichtlippe 43 elastisch verformt wird und mit einer gewissen Vorspannung auf dem Kugelküken 3 aufliegt. In 6 is the first embodiment according to 5 with ball chicks 3 shown again. However, the sealing lip 43 shown undeformed, as if in the ball chick 3 would invade. This is not the case in practice because the ball valve 3 is made of metal and the elastomeric seal 41 Made of a plastic with a hardness of about 90 Shore or more, leaving the sealing lip 43 is elastically deformed and with a certain bias on the ball valve 3 rests.

In dieser Darstellung ist der erste Ringraum 47 gut zu erkennen. Der erste Ringraum 47 wird mit dem Innendruck p_i beaufschlagt und stützt damit die Flanke 45.1 der Dichtlippe 43. In this illustration, the first annulus 47 clearly visible. The first annulus 47 is pressurized with the internal pressure p _i and thus supports the flank 45.1 the sealing lip 43 ,

In der 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen aufvulkanisierten Elastomerdichtung 41 ebenfalls in verschiedenen Ansichten im Schnitt und als Detail vergrößert dargestellt. Der Sitzring 7.2 weist eine gestufte Nut 37 auf mit einer Stufe 39, die dazu dient, das Volumen der Elastomerdichtung 41 zu vergrößern und gleichzeitig die Kontaktflächen zwischen der Elastomerdichtung 41 und dem Sitzring 7.2 zu vergrößern. Die große Kontakt- oder Haftfläche verhindert wirkungsvoll, dass die Elastomerdichtung aus den Sitzring 11 gezogen wird.In the 7 is a second embodiment of a vulcanized elastomeric seal according to the invention 41 also shown in different views in section and enlarged as a detail. The seat ring 7.2 has a stepped groove 37 on with a step 39 , which serves the volume of the elastomeric seal 41 to increase and at the same time the contact surfaces between the elastomeric seal 41 and the seat ring 7.2 to enlarge. The large contact or adhesive surface effectively prevents the elastomeric seal from the seat ring 11 is pulled.

Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Double-Piston-Ausführung. Deshalb ist auf der radial außerhalb der Dichtlippe 43 angeordneten Flanke 45.2 ein zweiter Ringraum 47.2 in der Elastomerdichtung 41 ausgebildet. Auch hier ragt die Dichtlippe 43 über die Mantellinie des Festanschlages 11 hinaus, so dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel in eingebautem Zustand die Dichtlippe 43 gegen das Kugelküken 3 gepresst und dadurch verformt und vorgespannt wird. Weil bei diesem Ausführungsbeispiel der Druck p_a vom Totraum 31 auf die Elastomerdichtung 41 wirkt, wird vor allem die Flanke 45.2 durch den im zweiten Ringraum 47.2 anstehenden Druck p_a unterstützt. This embodiment is a double-piston version. That is why on the radially outside of the sealing lip 43 arranged flank 45.2 a second annulus 47.2 in the elastomer seal 41 educated. Again, the sealing lip protrudes 43 over the generatrix of the festival 11 In addition, so that even in this embodiment in the installed state, the sealing lip 43 against the ball chick 3 pressed and thereby deformed and biased. Because in this embodiment, the pressure p _a from the dead space 31 on the elastomer seal 41 affects, is mainly the flank 45.2 through the second annulus 47.2 pending pressure p _a supported.

Damit der über den Festanschlag 11 hinausragende Teil der Dichtlippe 43 bei der Montage des Kugelkükens 3 ausweichen kann, sind die Volumina des ersten Ringraums 47.1 und des zweiten Ringraums 47.2 zusammen größer als das Volumen des über den Festanschlag 11 hinausragenden Teils der Dichtlippe 43.So that's about the hard stop 11 protruding part of the sealing lip 43 during assembly of the ball plug 3 can dodge, are the volumes of the first annulus 47.1 and the second annulus 47.2 together greater than the volume of the over the hard stop 11 protruding part of the sealing lip 43 ,

Der Winkel zwischen den Flanken 45.1 und 45.2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel deutlich anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5. Auch hier gilt, dass es sich um ein funktionsfähiges Ausführungsbeispiel handelt, dessen Winkel und Proportionen der Zeichnung direkt entnommen werden können. The angle between the flanks 45.1 and 45.2 is significantly different in this embodiment than in the embodiment according to 5 , Again, it is a functional embodiment, the angle and proportions of the drawing can be taken directly.

In der 8 ist das zweite Ausführungsbeispiel in zusammengebautem Zustand dargestellt. Auch hier ist wieder, anders als in der Realität, die Dichtlippe 43 nicht verformt dargestellt. In the 8th the second embodiment is shown in assembled condition. Again, unlike in reality, the sealing lip 43 not shown deformed.

In der 9 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sowohl ein erster Ringraum 47.1 als auch ein zweiter Ringraum 47.2 in der Elastomerdichtung 41 ausgebildet ist. Dieses dritte Ausführungsbeispiel ist gewissermaßen eine Kombination der ersten beiden Ausführungsbeispiele.In the 9 an embodiment is shown in which both a first annulus 47.1 as well as a second annulus 47.2 in the elastomer seal 41 is trained. This third embodiment is to some extent a combination of the first two embodiments.

Im rechten Teil der 9 ist die Dichtlippe 43 verformt dargestellt. Dabei wird deutlich, dass das Kugelküken 3 die Dichtlippe 43 radial nach außen drückt und dadurch eine Anpresskraft erzeugt. Auch wird die Abstützung der verformten Dichtlippe 43 durch die beiden Ringräume 47.1 und 47.2 deutlich. Durch die Verformung der Dichtlippe 43 wird auch die Dicke der Dichtlippe vergrößert. Als Dicke wird in diesem Zusammenhang der Abstand der Ringräume 47.1 und 47.2 bezeichnet. Es ist also eine sehr stabile und belastbare Dichtfläche vorhanden, die auch große Drücke und dynamischen Beanspruchungen sicher aufnehmen kann. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil die Elastomerdichtung 41 in die Nut 37 aufvulkanisiert ist und diese Nut 37 mit ihrem Absatz 39 einen großen Querschnitt hat. In Folge dessen hat die Gummi-Metall-Verbindung zwischen Sitzring 7 und der erfindungsgemäßen Elastomerdichtung 41 eine große Kontaktfläche.In the right part of the 9 is the sealing lip 43 deformed shown. It becomes clear that the ball chick 3 the sealing lip 43 pushes radially outward and thereby generates a contact pressure. Also, the support of the deformed sealing lip 43 through the two annular spaces 47.1 and 47 .2 clearly. By the deformation of the sealing lip 43 The thickness of the sealing lip is also increased. Thickness in this context is the distance between the annular spaces 47.1 and 47.2 designated. So there is a very stable and resilient sealing surface available that can safely absorb even large pressures and dynamic stresses. This is especially true because the elastomeric seal 41 in the groove 37 is vulcanized and this groove 37 with her heel 39 has a large cross section. As a result, the rubber-metal connection between seat ring 7 and the elastomeric seal according to the invention 41 a large contact area.

In der 10 sind gewissermaßen nebeneinander nochmals die drei Ausführungsbeispiele gemäß der 5, 7 in einer Zusammenschau ohne Bezugszeichen dargestellt. Die 11 und 12 zeigen Konstruktionszeichnungen ausgeführter Dichtungen, die sich in der Praxis sehr bewährt haben.In the 10 are in a sense next to each other again the three embodiments according to the 5 . 7 presented in a synopsis without reference numerals. The 11 and 12 show design drawings of executed seals, which have proven very successful in practice.

Claims

Seal for a ball valve comprising a metallic seat ring ( 7 ) with an axis of symmetry ( 33 ) and an elastomeric seal, characterized in that the elastomeric seal ( 41 ) a sealing lip ( 43 ) and that the sealing lip ( 43 ) in the metallic seat ring ( 7 ) is vulcanized.

Seal according to claim 1, characterized in that the seat ring ( 7 ) an at least one-sided stepped groove ( 37 ), and that the elastomeric seal ( 41 ) into the groove ( 37 ) is vulcanized.

Seal according to claim 2, characterized in that at least one wall of the groove ( 37 ) substantially parallel to the axis of symmetry ( 33 ) of the seat ring ( 7 ) runs.

Seal according to claim 2 or 3, characterized in that the at least one stage ( 39 ) in the groove ( 37 ) in the installed state on a dead space ( 31 ) of the ball valve facing side of the sealing lip ( 43 ) is arranged.

Seal according to one of claims 2 to 4, characterized in that the groove ( 37 ) an undercut ( 29 ) having.

Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing lip ( 43 ) two flanks ( 45.1 . 45.2 ), and that one of the two flanks ( 45.1 ) a first annulus ( 47.1 ) limited.

Seal according to claim 6, characterized in that the first annulus ( 47.1 ) in the installed state with the internal pressure (p _i ) of the ball valve is acted upon.

Seal according to claim 6 or 7, characterized in that a second annular space ( 47.2 ) with the in a dead space ( 31 ) of the ball valve prevailing pressure (p _a ) is applied.

Seal according to one of the preceding claims, characterized in that on both sides of the sealing lip ( 43 ) one annulus ( 47.1 . 47.2 ) is arranged.

Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the two flanks ( 45.1 . 45.2 ) of the sealing lip ( 43 ) an angle between 55 ° and 110 °, preferably about 65 ° or 105 °.

Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the seal ( 41 ) is made of fluoroelastomer (FPM).

Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the seat ring ( 7 ) one with a ball chick ( 3 ) co-operating fixed stop ( 11 ) having.

Seal according to claim 12, characterized in that the fixed stop ( 11 ) on a with the internal pressure (p _i ) of the ball valve acted upon side of the sealing lip ( 45 ) is arranged.

Seal according to one of the preceding claims, characterized in that the seat ring ( 7 ) a stepped cylindrical outer contour ( 23 ), and that a portion and / or a groove ( 25 ) in the outer contour ( 23 ) for receiving an O-ring ( 27 ) serves.

Ball valve comprising a rotatably mounted ball plug ( 3 ), a housing ( 1 ) with two connection openings ( 17 . 19 ) and at least one sealing arrangement, wherein the at least one sealing arrangement between housing ( 1 ) and ball chicks ( 3 ), characterized in that the sealing arrangement comprises a seal according to one of the preceding claims and an between seat ring ( 7 ) and housing ( 1 ) arranged O-ring ( 27 ) consists.

Ball valve according to claim 15, characterized in that in the housing ( 1 ) one or two grooves ( 37 ) for receiving the seals ( 7 . 41 ) according to claims 1 to 12 and of the O-ring ( 27 ) are formed.