DE19544901A1 - Absperrvorrichtung für eine Fluidleitung, insbesondere Kugelhahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperreinrichtung für eine Fluidleitung, insbesondere einen Kugelhahn, mit einem Gehäuse, das eingangs- und ausgangsseitig an die Fluid­ leitung anschließbar ist und in dessen Innenraum ein Absperrorgan angeordnet ist, das zwischen einer die Fluidleitung verschließenden Sperrstellung und einer die Fluidleitung freigebenden Offenstellung verstellbar ist.

Derartige Absperrvorrichtungen finden insbesondere in Gasleitungen Verwendung, um bei Bedarf die Fluidströmung unterbrechen zu können. Im folgenden soll beispielhaft von einer Absperrvorrichtung in Form eines Kugelhahns ausgegangen werden, dessen Absperrorgan, d. h. die Kugel, drehbar im Gehäuse gelagert ist. In der Sperrstellung muß sichergestellt sein, daß kein Fluid, das an der Eingangs­ seite ansteht, über den Innenraum des Gehäuses des Kugel­ hahns auf die Ausgangsseite gelangt. Zu diesem Zweck ist es bekannt, eingangsseitig und gegebenenfalls zusätzlich auch ausgangsseitig Dichtungen vorzusehen, die gegen die Kugel gedrückt werden und dadurch die Fluidleitung gegen­ über dem Innenraum des Gehäuses abdichten. Bei den be­ kannten Dichtungen kann es sich um Metalldichtungen und/oder sogenannte Weichdichtungen aus leicht verformba­ ren Kunststoff handeln.

Um eine ausreichende Dichtwirkung zu gewährleisten, muß die Kraft, mit der die Dichtungen gegen die Kugelober­ fläche gespannt werden, relativ groß sein. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß bei einer Verstellbewegung der Kugel zwecks Öffnen oder Schließen des Kugelhahns zwischen den Dichtungen und der Kugeloberfläche relativ große Reibungskräfte auftreten, die zu einem erhöhten Verschleiß führen, wodurch es nach bereits kurzer Be­ triebsdauer zu Undichtigkeiten kommen kann. Üblicherweise werden die Dichtungen durch den eingangsseitig herrschen­ den Fluiddruck zusätzlich belastet, so daß insbesondere bei einer Verstellbewegung der Kugel bei hohem eingangs­ seitig anstehenden Fluiddruck hohe Reibungskräfte auftre­ ten, die die Dichtungen beschädigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperr­ vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der einer­ seits eine gute Dichtwirkung gewährleistet und anderer­ seits ein übermäßiger Verschleiß der Dichtungen infolge der Anlagekräfte zuverlässig vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Absperrvor­ richtung dadurch gelöst, daß dem Absperrorgan, d. h. der Kugel, auf der Eingangsseite ein sich über den Umfang der Fluidleitung erstreckender erster Dichtring zugeordnet ist, der entlang der Fluidleitung bewegbar und unter Wir­ kung von ersten Federn dichtend gegen das Absperrorgan gespannt ist, und daß ein erstes elastisches Dichtelement in dem ersten Dichtring relativ zu diesem verschieblich gelagert ist, das an seinem vorderen Ende dichtend mit dem Absperrorgan in Anlage bringbar ist und an seinem entgegengesetzten hinteren Ende mit dem auf der Eingangs­ seite herrschenden Fluiddruck beaufschlagbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung liegt der erste Dichtring, der vorzugsweise aus Metall besteht und eine primäre Dichtung bildet, bei Normalbetrieb allein infolge der Federkraft an der Kugeloberfläche an, wenn eingangsseitig kein Fluiddruck ansteht. Das zusätzliche erste Dichtelement, das vorzugsweise aus einem weich­ elastischen Material besteht und eine sekundäre Dichtung bildet, ist dabei praktisch spannungslos, da es relativ zu dem ersten Dichtring verschieblich ist und nur bei Vorhandensein eines eingangsseitigen Fluiddrucks gegen die Kugeloberfläche gedrückt werden kann.

Wenn auf der Eingangsseite ein Fluiddruck ansteht, wird der metallene erste Dichtring weiterhin durch die Feder­ kraft und gegebenenfalls durch eine zusätzliche Kraft infolge des Fluiddrucks gegen die Kugeloberfläche ge­ drückt. Zusätzlich dazu wird der Fluiddruck auf die Rück­ seite des weichelastischen Dichtelementes geleitet, wo­ durch dieses ebenfalls gegen die Kugeloberfläche gedrückt wird und abdichtet. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das hintere Ende des Dicht­ elementes über einen ersten Kanal mit dem eingangsseiti­ gen Fluiddruck beaufschlagbar ist und daß in dem ersten Kanal ein erstes Steuerventil angeordnet ist. Mittels des Steuerventils kann voreingestellt werden, welchen Wert der eingangsseitige Fluiddruck aufweisen muß, bevor er an dem ersten Dichtelement zur Wirkung gebracht wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das weichelastische erste Dichtelement erst dann akti­ viert wird, wenn ein vorbestimmter Differenzdruck zwischen dem Innenraum des Gehäuses des Kugelhahns und dessen Eingangsseite herrscht. Dies kann erreicht werden, indem das erste Steuerventil einen Ventilkörper aufweist, der an seinem einen Ende von dem eingangsseitigen Fluid­ druck und an seinem anderen Ende von dem Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum beaufschlagt ist. Somit stellt sich die Position des Ventilkörpers in Abhängigkeit von dem Diffe­ renzdruck zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Eingangsseite des Kugelhahns ein. Dabei mündet vorzugs­ weise der erste Kanal in dem Ventilgehäuse des ersten Steuerventils, wobei der Ventilkörper den ersten Kanal für den eingangsseitigen Fluiddruck freigibt, wenn dieser den Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum um ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Der Fluiddruck in dem ersten Kanal wirkt auch auf die Rückseite des ersten Dichtelementes und drückt dieses gegen die Kugeloberfläche.

Wenn der erste Dichtring Wirkflächen aufweist, die von dem auf der Eingangsseite herrschenden Fluiddruck beauf­ schlagt sind, kann er bei steigendem eingangsseitigen Fluiddruck mit steigender Kraft gegen die Kugeloberfläche gedrückt werden. Die Größe der Wirkflächen bestimmt dabei die Steigung der Andruck- und somit Dichtungskraft.

Um die Druckkraft, mit der der erste Dichtring gegen die Kugeloberfläche gedrückt wird, bei steigendem eingangs­ seitigen Druck nicht zu groß werden zu lassen, ist erfin­ dungsgemäß vorzugsweise vorgesehen, daß in dem ersten Kanal stromab des ersten Steuerventils an dem ersten Dichtring weitere Wirkflächen ausgebildet sind, die bei geöffnetem ersten Steuerventil von dem auf der Eingangs­ seite herrschenden Fluiddruck beaufschlagt sind, wodurch das Absperrorgan bzw. die Kugel von dem ersten Dichtring entlastet ist. Der auf diese weiteren Wirkflächen einwir­ kende eingangsseitige Fluiddruck beaufschlagt den ersten Dichtring in der von der Kugeloberfläche abgewandten Richtung, so daß eine weitere Erhöhung des eingangsseiti­ gen Fluiddrucks nicht zu einer übermäßigen Erhöhung der Andruckkraft des ersten Druckrings führt. Insbesondere kann die Geometrie des Dichtsystems so gewählt sein, daß die Flächenpressungen der Dichtflächen auch bei steigen­ dem eingangsseitigen Fluiddruck im wesentlichen konstant bleiben.

Wenn nach längerem Gebrauch des Kugelhahns Undichtigkei­ ten zwischen dem ersten Dichtring bzw. dem ersten Dicht­ element und der Kugeloberfläche auftreten, baut sich auch im Innenraum des Gehäuses des Kugelhahns ein Druck, insbesondere der eingangsseitige Fluiddruck auf. Um zu verhindern, daß das Fluid in unbeabsichtigter Weise aus dem Innenraum des Gehäuses zur Ausgangsseite der Fluid­ leitung gelangt, kann auch auf der Ausgangsseite eine Dichtung zwischen der Fluidleitung und dem Gehäuseinnen­ raum vorhanden sein. Dies wird erfindungsgemäß vorzugs­ weise dadurch erreicht, daß dem Absperrorgan bzw. der Kugel auch auf der Ausgangsseite ein sich über den Umfang der Fluidleitung erstreckender zweiter Dichtring zugeord­ net ist, der entlang der Fluidleitung bewegbar und unter Wirkung von zweiten Federn dichtend gegen die Kugel gespannt ist. Ein zweites elastisches Dichtelement ist in dem zweiten Dichtring relativ zu diesem verschieblich gelagert und kann an seinem vorderen Ende dichtend mit der Kugel in Anlage gebracht werden, während es an seinem entgegengesetzten hinteren Ende mit dem Fluid-Innendruck im Gehäuse beaufschlagbar ist. Auch der zweite Dichtring besteht vorzugsweise aus Metall, während das zweite Dichtelement aus einem weichelastischen Material gebildet ist. Die Abdichtung zwischen der Kugeloberfläche und dem Gehäuseinnenraum wird primär durch die Anlage des zweiten Dichtringes sichergestellt, der infolge der Federkraft gegen die Kugeloberfläche gespannt ist. Vorzugsweise wirkt der Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum über einen Verbindungskanal auch auf das der Kugel abgewandte Ende des zweiten Dichtrings ein und spannt diesen gegen die Kugeloberfläche. Des weiteren ist das hintere Ende des zweiten Dichtelementes über einen zweiten Kanal mit dem Fluid-Innendruck im Gehäuse beaufschlagbar, wobei in dem zweiten Kanal ein zweites Steuerventil angeordnet ist. Wenn der Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum bei der genann­ ten Leckage ansteigt, wird das zweite Dichtelement zu­ sätzlich gegen die Kugeloberfläche gedrückt.

Das zweite Steuerventil besitzt vorzugsweise einen Ven­ tilkörper, der an seinem einen Ende von dem Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum und an seinem anderen Ende von dem ausgangsseitigen Fluiddruck beaufschlagt ist. Dabei mündet der zweite Kanal in dem Ventilgehäuse des zweiten Steuerventils, so daß der Ventilkörper den zweiten Kanal für den Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum freigibt, wenn dieser den ausgangsseitigen Fluiddruck um ein vorbestimm­ tes Maß übersteigt. Auf diese Weise kann im Leckagefall ausgangsseitig eine sichere Dichtwirkung erreicht werden.

Um die Andruckkraft des metallenen zweiten Dichtringes an der Kugeloberfläche bei steigendem Fluiddruck im Gehäu­ se-Innenraum des Kugelhahns nicht übermäßig groß werden zu lassen, sind vorzugsweise in dem zweiten Kanal stromab des Steuerventils an dem zweiten Dichtring Wirkflächen ausgebildet, die bei geöffnetem zweiten Steuerventil von dem im Gehäuse herrschenden Fluid-Innendruck beaufschlagt sind, wodurch die Anpreßkraft des zweiten Dichtrings auf die Kugel begrenzt bleibt.

Es hat sich bewährt, daß der erste und der zweite Dicht­ ring jeweils zwei radial beabstandete Dichtflächen zur Anlage an dem Absperrorgan bzw. der Kugel aufweisen und daß das erste und das zweite Dichtelement jeweils zwischen den beiden Dichtflächen angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine sichere Aufnahme und Führung der beiden weichelastischen Dichtelemente sichergestellt.

Um einen Druckausgleich zwischen dem Gehäuse-Innenraum und der dem Absperrorgan bzw. der Kugel abgewandten Seite des zweiten Dichtrings zu erzielen, kann ein Verbindungs­ kanal vorgesehen sein, über den der Fluiddruck im Gehäu­ se-Innenraum auch auf der der Kugel abgewandten Seite des zweiten Dichtrings wirkt und diesen gegen die Kugel drücken kann.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Absperrvorrichtung eingangs- und ausgangs­ seitig in funktionaler Hinsicht gleichartig aufgebaut und somit für beidseitige Fluidströmungen anwandbar ist, d. h. daß jede Seite sowohl die Funktion der Eingangs- als auch der Ausgangsseite wahrnehmen kann. Dies kann durch einen im wesentlichen symmetrischen Aufbau erreicht werden, es ist jedoch ausreichend, wenn auf jeder Seite funktional gleichwirkende Bauteile vorhanden sind.

Falls neben dem ersten Dichtring und dem ersten Dicht­ element auch der zweite Dichtring und das zweite Dicht­ element undicht werden sollten, kann erfindungsgemäß eine tertiäre Notabdichtung erzielt werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise ein Einpreßkanal vorgesehen, durch den von der Außenseite ein plastisches Dichtmittel, insbeson­ dere ein Fett hoher Viskosität, in den Bereich der Dicht­ flächen des ersten und/oder zweiten Dichtrings sowie des zugeordneten ersten und/oder zweiten Dichtelementes eingebracht werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsge­ mäßen Kugelhahn,

Fig. 2 Detaildarstellungen der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen Dichtungen beim Kugel­ hahn gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Teil-Schnitt-Darstellung des Kugelhahns gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 einen weiteren Teil-Schnitt des Kugelhahns.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kugelhahn 10 ein nach außen abgedichtetes Gehäuse 11 auf, das mit einem Flanschteil 12 auf seiner Eingangsseite E und mit einem weiteren Flanschteil 13 auf seiner Ausgangsseite A an eine nicht dargestellte Fluidleitung angeschlossen werden kann. Das Gehäuse 11 ist von einer sich von der Eingangsseite E zur Ausgangsseite A erstreckenden Bohrung 34 durchdrungen, die im eingebauten Zustand Teil der Fluidleitung ist.

In dem Gehäuse 11 des Kugelhahns 10 ist ein Absperrorgan in Form einer Kugel 14 in herkömmlicher Weise drehbar gelagert. Die Kugel 14 ist auf ihrer Oberseite mit einer das Gehäuse 11 fluiddicht durchdringenden Stellvorrich­ tung 38 gekoppelt, so daß ein Benutzer die Kugel 14 aus der in Fig. 1 gezeigten, die Fluidleitung verschließen­ den Sperrstellung in eine die Fluidleitung freigebende Offenstellung verstellen kann.

Auf der Eingangsseite E ist der Kugel 14 ein metallener erster Dichtring 15 zugeordnet, der koaxial zu der Boh­ rung 34 angeordnet ist und somit einen Abschnitt der Fluidleitung bildet. Der erste Dichtring 15 ist gegenüber dem Gehäuse 11 über mehrere Dichtungen 23 radial außen­ seitig abgedichtet (s. Fig. 2), wobei die Dichtungen 23 eine geringe Bewegung des ersten Dichtrings 15 relativ zu dem Gehäuse 11 in axialer und radialer Richtung der Bohrung 34 zulassen.

Wie insbesondere die linke Darstellung in Fig. 2 zeigt, besitzt der erste Dichtring 15 auf seiner der Kugel 14 zugewandten Seite zwei radial beabstandete ringförmige kugelige Dichtflächen 15a und 15b′ mit denen er an der Kugel 14 unter Wirkung von sich am Gehäuse 11 abstützen­ den ersten Federn 16 dichtend anliegt. In radialer Rich­ tung zwischen den beiden Dichtflächen 15a und 15b ist eine umlaufende Nut 15h ausgebildet, in die ein ringför­ miges erstes Dichtelement 17 aus einem weichelastischen Material eingesetzt ist. Das erste Dichtelement 17 ist relativ zu dem ersten Dichtring 15 um ein geringes Maß in Axialrichtung der Bohrung 34 verschieblich gelagert und steht mit seinem vorderen Ende 17a mit der Oberfläche der Kugel 14 in Anlage. Auf diese Weise ist die Bohrung 34 bzw. die Fluidleitung gegenüber einem Gehäuseinnenraum 24 eingangsseitig abgedichtet.

Auf der der Kugel 14 abgewandten Seite besitzt der erste Dichtring 15 eine Abstufung in radialer Richtung, so daß mehrere voneinander radial beabstandete Wirkflächen 15e, 15f und 15g gebildet sind, die von dem auf der Eingangs­ seite E herrschenden Fluiddruck beaufschlagt sind, wo­ durch der erste Dichtring 15 gegen die Kugel 14 gedrückt werden kann.

In dem Gehäuse 11 ist ein erstes Steuerventil 18 vorge­ sehen, das ein zylinderartiges Ventilgehäuse 18a besitzt, in dem ein kolbenartiger Ventilkörper 19 verschieblich aufgenommen ist. Die gemäß Fig. 2 untere Seite des ersten Steuerventils 18 und somit des Ventilkörpers 19 ist über eine Verbindungsbohrung 21 von dem eingangssei­ tig herrschenden Fluiddruck beaufschlagt. Das entgegenge­ setzte Ende des Ventilkörpers 19 ist über eine Verbin­ dungsleitung 20 mit dem Fluiddruck im Innenraum 24 des Gehäuses 11 beaufschlagt.

In etwa der Mitte des Ventilgehäuses 18a mündet ein erster Kanal 22, der sich durch das Gehäuse 11 und den ersten Dichtring 15 zu dem der Kugel 14 abgewandten hinteren Ende 17b des ersten weichelastischen Dichtele­ mentes 17 erstreckt. Wenn sich der Ventilkörper 19 des ersten Steuerventils 18 in der in Fig. 2 gezeigten oberen Stellung befindet, wird der eingangsseitig herr­ schende Fluiddruck über den ersten Kanal 22 auch auf das hintere Ende 17b des ersten Dichtelementes 17 übertragen, wodurch dieses gegen die Oberfläche der Kugel 14 gedrückt wird.

Stromab des ersten Steuerventils 18 sind im ersten Kanal 22 mehrere weitere Wirkflächen 15c, 15d₁ und 15d₂ an dem ersten Dichtring 15 ausgebildet, an denen der ein­ gangsseitige Fluiddruck wirksam werden kann, wodurch der erste Dichtring 15 entgegen der Kraft der ersten Federn 16 in die der Kugel 14 entgegengesetzte Richtung beauf­ schlagt wird.

Auf der Ausgangsseite A der Kugel 14, die in der rechten Darstellung in Fig. 2 dargestellt ist, ist ein bau­ gleicher bzw. funktionsmäßig gleichartiger Aufbau wie auf der Eingangsseite E vorgesehen. Hierbei ist der Kugel 14 ein metallener zweiter Dichtring 25 zugeordnet, der koaxial zu der Bohrung 34 angeordnet ist und ebenfalls einen Abschnitt der Fluidleitung bildet. Der zweite Dichtring 25 ist über radial außenseitige Dichtungen 33 gegenüber dem Gehäuse 11 abgedichtet und kann relativ zu diesem in axialer und radialer Richtung der Bohrung 34 um ein geringes Maß bewegt werden. Er besitzt auf seiner der Kugel 14 zugewandten Seite ebenfalls zwei radial beab­ standete ringförmige kugelige Dichtflächen 25a und 25b und steht unter Wirkung von am Gehäuse 11 abgestützten zweiten Federn 26, die die Dichtflächen 25a und 25b dichtend gegen die Oberfläche der Kugel 14 spannt. In die zwischen den beiden Dichtflächen 25a und 25b ausgebildete umlaufende Nut 25h ist ein ringförmiges zweites Dichtele­ ment 27 aus einem weichelastischen Material eingesetzt, das relativ zu dem zweiten Dichtring 25 um ein geringes Maß axial zur Bohrung 34 verschieblich ist. Das vordere Ende 27a des zweiten Dichtelementes 27 tritt mit der Oberfläche der Kugel 14 in Anlage. Somit ist der Gehäuse­ innenraum 24 auch ausgangsseitig gegenüber der Bohrung 34 bzw. der Fluidleitung abgedichtet.

Auf der Ausgangsseite ist in dem Gehäuse 11 ein zweites Steuerventil 28 mit einem zylinderförmigen Ventilgehäuse 28a ausgebildet, in dem ein kolbenartiger Ventilkörper 29 verschieblich aufgenommen ist. Die gemäß Fig. 2 untere Seite des zweiten Steuerventils 28 und somit des Ventil­ körpers 29 ist über eine Verbindungsbohrung 31 von dem ausgangsseitig herrschenden Fluiddruck beaufschlagt. Das entgegengesetzte Ende des Ventilkörpers 29 ist über eine Verbindungsleitung 30 mit dem Fluiddruck im Innenraum 24 des Gehäuses 11 beaufschlagt.

In dem Ventilgehäuse 28a mündet ein zweiter Kanal 32, der sich durch das Gehäuse 11 und den zweiten Dichtring 25 zu dem der Kugel 14 abgewandten hinteren Ende 27b des zwei­ ten weichelastischen Dichtelementes 27 erstreckt. Wenn sich der Ventilkörper 29 des zweiten Steuerventils 28 in der in Fig. 2 gezeigten unteren Stellung befindet, wird der Fluiddruck im Innenraum 24 des Gehäuses 11 über den zweiten Kanal 32 auch auf das hintere Ende 27b des zwei­ ten Dichtelementes 27 übertragen, so daß dieses gegen die Kugel 14 gedrückt wird.

Ein in Fig. 4 gezeigter Verbindungskanal 39 verbindet den Innenraum 24 des Gehäuses 11 mit der der Kugel 14 abgewandten Seite des zweiten Dichtrings 25. An diesem sind Wirkflächen 25g und 25k ausgebildet, über die der zweite Dichtring 25 mit seinen metallenen Dichtflächen 25a und 25b gegen die Kugel 14 gedrückt wird.

Auch im zweiten Kanal 32 sind stromab des zweiten Steuer­ ventils 28 mehrere Wirkflächen 25c, 25d₁ und 25d₂ an dem zweiten Dichtring 25 ausgebildet, an denen der im Innenraum 24 des Gehäuses 11 wirksame Fluiddruck auf den zweiten Dichtring 25 einwirken kann und diesen in die von der Kugel 14 weggerichtete Richtung beaufschlagt.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der in Fig. 2 darge­ stellten Dichtungen bzw. Dichtsysteme erläutert werden.

Wenn sich die Kugel 14 in der Schließstellung befindet, wird die Kugel 14 gegenüber dem Gehäuse 11 bei Normalbe­ trieb auf der Eingangsseite abgedichtet. Wenn eingangs­ seitig kein Fluiddruck anliegt, wird der erste Dichtring 15 durch die ersten Federn 16 gegen die Oberfläche der Kugel 14 gedrückt, wobei die beiden metallenen Dicht­ flächen 15a und 15b die Dichtung sicherstellen. Das erste weichelastische Dichtelement 17 ist in diesem Zustand weitestgehend spannungsfrei, da auf seiner Rückseite kein Fluiddruck anliegt.

Wenn eingangsseitig ein Fluiddruck vorhanden ist, wirkt dieser auf die Wirkflächen 15e, 15f und 15g des ersten Dichtrings 15 ein, wodurch dieser mit seinen beiden Dichtflächen 15a und 15b zusätzlich gegen die Oberfläche der Kugel 14 gespannt wird. Wenn der Differenzdruck zwischen dem eingangsseitigen Fluiddruck und dem Fluid­ druck im Innenraum 24 des Gehäuses 11 einen vorbe­ stimmten Wert übersteigt, wird der Ventilkörper 19 des ersten Steuerventils 18 in die in Fig. 2 dargestellte obere Stellung verschoben, in der der eingangsseitige Fluiddruck auch in dem ersten Kanal 22 und somit auf der Rückseite des ersten weichelastischen Dichtelementes 17 wirksam wird. Dadurch wird das erste Dichtelement 17 mit seinem vorderen Ende 17a gegen die Oberfläche der Kugel 14 gedrückt. Gleichzeitig wird der eingangsseitige Fluid­ druck an den weiteren Wirkflächen 15c, 15d₁ und 15d₂ des ersten Dichtrings 15 wirksam, wodurch dieser in der von der Kugel 14 weggerichteten Richtung beaufschlagt wird, so daß die Anpreßkraft an den metallischen Dicht­ flächen 15a und 15b des ersten Dichtrings 15 verringert wird. Auf diese Weise können die Dichtflächen gegen übermäßige Beanspruchung geschützt werden.

Falls in der zuvor beschriebenen eingangsseitigen Dich­ tungsanordnung eine Undichtigkeit bzw. Leckage auftreten sollte, wird die Dichtwirkung durch die ausgangsseitigen Dichtungen bewirkt. Bei einer Leckage der eingangsseiti­ gen Dichtungen wird der eingangsseitige Fluiddruck auch im Innenraum 24 des Gehäuses 11 wirksam. Der Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum 24 wirkt über den in Fig. 4 darge­ stellten Verbindungskanal 39 auf die Wirkflächen 25g und 25k des zweiten Dichtrings 25 ein, wodurch dieser mit seinen beiden Dichtflächen 25a und 25b zusätzlich gegen die Oberfläche der Kugel 14 gespannt wird. Gleichzeitig wirkt dieser Fluiddruck über die Verbindungsleitung 30 auf den Ventilkörper 29 des zweiten Steuerventils 28 ein, so daß dieser in die in Fig. 2 gezeigte untere Stellung verschoben wird, da der ausgangsseitig herrschende Fluid­ druck, der am entgegengesetzten Ende des Ventilkörpers 29 anliegt, üblicherweise sehr gering oder gar Null ist. Somit kann der Fluiddruck des Gehäuse-Innenraums über den zweiten Kanal 32 auf das hintere Ende des zweiten weich­ elastischen Dichtelementes 27 einwirken und dieses mit seinem vorderen Ende 27a gegen die Oberfläche der Kugel 14 drücken. Zusätzlich wird der zweite Dichtring 25 infolge der Kraft der zweiten Federn 26 mit seinen beiden metallenen Dichtflächen 25a und 25b gegen die Oberseite der Kugel 14 gedrückt. Auch hierbei ist vorgesehen, daß der Fluiddruck auf die weiteren Wirkflächen 25c, 25d₁ und 25d₂ des zweiten Dichtrings 25 wirksam wird und diesen in der von der Kugel 14 weggerichteten Rich­ tung beaufschlagt, so daß die Dichtflächen 25a und 25b keiner übermäßigen Anpreßkraft ausgesetzt sind.

Es hat sich gezeigt, daß eine ausreichende Dichtung selbst dann erreicht ist, wenn die radial äußere me­ tallene Dichtfläche 25b unwirksam ist und die Dichtung lediglich durch die radial innere Dichtfläche 25a des zweiten Dichtrings 25 und das zweite Dichtelement 27 bewirkt wird. Selbst wenn auch das zweite weichelastische Dichtelement 27 ausfallen sollte, kann der Kugelhahn allein mit der radial inneren metallenen Dichtfläche 25a abgedichtet werden.

Für den Fall, daß im Laufe der Zeit alle Dichtungen ausfallen sollten, ist eine tertiäre Notabdichtung vorge­ sehen, die in Fig. 3 dargestellt ist. Durch Eindrehen einer Umstellschraube 40 in die Position 41 ist die Notabdichtung betriebsbereit. Über einen Anschlußnippel 35 kann über Bohrungen 36 und 37, die einen Einpreßkanal bilden, von der Außenseite des Kugelhahns ein plastisches Dichtungsmittel, insbesondere ein Fett hoher Viskosität, in den Abdichtraum der metallenen Dichtflächen 15a und 15b sowie des ersten Dichtelementes 17 eingebracht wer­ den, wodurch der Kugelhahn insgesamt abgedichtet ist. Eine derartige Notabdichtung kann sowohl eingangs- und/ oder auch ausgangsseitig vorgesehen sein. Für zusätzliche Betriebssicherheit sorgt ein Rückschlagventil 42. Sollte sich während des Betriebes in Zwischenräumen 15i und 25i zwischen den Dichtringen 15 bzw. 25 und den zugeordneten Gehäuseabschnitten infolge von Leckage an den Dichtungen 23 bzw. 33 ein Druck aufbauen, kann dieser über das Rückschlagventil 42 nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes abgebaut bzw. abgeleitet werden.

Claims (16)

1. Absperreinrichtung für eine Fluidleitung, insbeson­ dere Kugelhahn, mit einem Gehäuse, das eingangs- und ausgangsseitig an die Fluidleitung anschließbar ist und in dessen Innenraum ein Absperrorgan angeordnet ist, das zwischen einer die Fluidleitung verschlies­ senden Sperrstellung und einer die Fluidleitung freigebenden Offenstellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Absperrorgan (14) auf der Eingangsseite (E) ein sich über den Umfang der Fluidleitung erstreckender erster Dichtring (15) zugeordnet ist, der entlang der Fluidleitung beweg­ bar und unter Wirkung von ersten Federn (16) dich­ tend gegen das Absperrorgan (14) gespannt ist, und daß ein erstes elastisches Dichtelement (17) in dem ersten Dichtring (15) relativ zu diesem verschieb­ lich gelagert ist, das an seinem vorderen Ende (17a) dichtend mit dem Absperrorgan (14) in Anlage bring­ bar ist und an seinem entgegengesetzten hinteren Ende (17b) mit dem auf der Eingangsseite (E) herr­ schenden Fluiddruck beaufschlagbar ist.

2. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das hintere Ende (17b) des ersten Dichtelementes (17) über einen ersten Kanal (22) mit dem eingangsseitigen Fluiddruck beaufschlagbar ist und daß in dem ersten Kanal (22) ein erstes Steuer­ ventil (18) angeordnet ist.

3. Absperrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Steuerventil (18) einen Ventilkörper (19) aufweist, der an seinem einen Ende von dem eingangsseitigen Fluiddruck und an seinem anderen Ende von dem Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum (24) beaufschlagt ist.

4. Absperrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Kanal (22) in dem Ventilge­ häuse (18a) des ersten Steuerventiles (18) mündet und daß der Ventilkörper (19) den ersten Kanal (22) für den eingangsseitigen Fluiddruck freigibt, wenn dieser den Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum (24) um ein vorbestimmtes Maß übersteigt.

5. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtring (15) Wirkflächen (15e, 15f, 15g) aufweist, die von dem auf den Eingangsseite herrschenden Fluiddruck beauf­ schlagt sind, wodurch der erste Dichtring (15) gegen das Absperrorgan (14) spannbar ist.

6. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Kanal (22) stromab des ersten Steuerventils (18) an dem ersten Dichtring (15) weitere Wirkflächen (15c, 15d) ausge­ bildet sind, die bei geöffnetem ersten Steuerventil (18) von dem auf der Eingangsseite herrschenden Fluiddruck beaufschlagt sind, wodurch die Belastung des Absperrorgans (14) durch den ersten Dichtring (15) verminderbar ist.

7. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Absperrorgan (14) auf der Ausgangsseite ein sich über den Umfang der Fluidleitung erstreckender zweiter Dichtring (25) zugeordnet ist, der entlang der Fluidleitung beweg­ bar und unter Wirkung von zweiten Federn (26) dich­ tend gegen das Absperrorgan (14) gespannt ist, und daß ein zweites elastisches Dichtelement (27) in dem zweiten Dichtring (25) relativ zu diesem verschieb­ lich gelagert ist, das an seinem vorderen Ende (27a) dichtend mit dem Absperrorgan (14) in Anlage bring­ bar ist und an seinem entgegengesetzten hinteren Ende (27b) mit dem Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum (24) beaufschlagbar ist.

8. Absperrvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das hintere Ende (27b) des zweiten Dichtelementes (27) über einen zweiten Kanal (32) mit dem Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum (24) beauf­ schlagbar ist und daß in dem zweiten Kanal (32) ein zweites Steuerventil (28) angeordnet ist.

9. Absperrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Steuerventil (28) einen Ventilkörper (29) aufweist, der an seinem einen Ende von dem Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum (24) und an seinem anderen Ende von dem ausgangsseitigen Fluid­ druck beaufschlagt ist.

10. Absperrvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Kanal (32) in dem Ventilge­ häuse (28a) des zweiten Steuerventils (28) mündet und daß der Ventilkörper (29) den zweiten Kanal (32) für den Fluiddruck im Gehäuse-Innenraum (24) frei­ gibt, wenn dieser den ausgangsseitigen Fluiddruck um ein vorbestimmtes Maß übersteigt.

11. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Kanal (32) stromab des zweiten Steuerventils (28) an dem zweiten Dichtring (25) Wirkflächen (25c, 25d) ausge­ bildet sind, die bei geöffnetem zweiten Steuerventil (28) von dem im Gehäuse-Innenraum (24) herrschenden Fluiddruck beaufschlagt sind, wodurch die Belastung des Absperrorgans (14) durch den zweiten Dichtring (25) verminderbar ist.

12. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Dichtring (15, 25) aus Metall und das erste und das zweite Dichtelement (17, 27) aus einem weichelastischen Material bestehen.

13. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Dichtring (15, 25) jeweils zwei radial beab­ standete Dichtflächen (15a, 15b, 25a, 25b) zur Anlage an dem Absperrorgan (14) aufweisen und daß das erste und das zweite Dichtelement (17, 27) jeweils radial zwischen den beiden Dichtflächen (15a, 15b, 25a, 25b) angeordnet sind.

14. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Verbindungskanal (39), über den der Gehäuse-Innenraum (24) mit der dem Absperrorgan (14) abgewandten Seite des zweiten Dichtrings (25) zu Druckausgleichszwecken in Verbin­ dung steht.

15. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrich­ tung eingangs- und ausgangsseitig in funktionaler Hinsicht gleichartig aufgebaut und somit für beid­ seitige Fluidströmungen anwendbar ist.

16. Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen Einpreßkanal (36, 37), durch den von der Außenseite ein plastisches Dichtmittel, insbesondere ein Fett hoher Viskosität, in den Bereich der Dichtflächen des ersten und/oder zweiten Dichtringes (15, 25) sowie des zugeordneten ersten und/oder zweiten Dichtelementes (17, 27) einbringbar ist.