DE2038905A1 - Ventil mit verbessertem Dichtring - Google Patents

Description

DIPL.-ING. GÜNTHER EISENFÜHR DIPL.-ING. DIETER K.SPEISER

PATENTANWÄLTE Aktenzeichen: Neuanme !dung 28 BREMEN 1 BORQERMEI8TER-SMIDT-STR. H ANMEtDERNAME: Hills-McCanria Company (trinidao-haus)

TELEFON: (0421)111177 TELEQRAMME: FERROPAT

BREMER BANK 1009072

. „_. POSTSCHECK HAMBURG 255787

UNS. ZEICHEN: H 181 Datum: 3. August 1970

HILLS-McCANNA COMPANY, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 400 Maple Avenue, Carpentersville, Illinois (V.St.A.)

Ventil mit verbessertem Dichtring

Die Erfindung betrifft Ventile, insbesondere einen verbesserten Dichtring für Ventile.

Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Ventil vorzuschlagen, das anfänglich von einem eine Dichtfläche konfrontierenden, in einer Stütznut befestigten, dynamisch anpreßbaren Dichtring mechanisch abgedichtet wird der mit Hilfe eines integralen Flansches derart in der Nut verankert ist, daß ein in einer beliebigen Richtung am Ventil anliegender Differenzdruck sofort voll, in Verbindung mit den Oberflächen der Stütznut derart auf den Dichtring wirkt, daß die Dichtigkeit des Ventiles durch eine dynamische, im Hinblick auf einen in äiner . beliebigen Richtung am Ventil anliegenden Differenzdruck optimale Anpreßwirkung des Dichtringes gegen die Dichtfläche erhöht wird.

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Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wirkt ein in einer Richtung am Ventil anliegender Differenzdruck jeder Stärke augenblicklich vollauf weitgehend die gesamte, stromaufwärts gerichtete Oberfläche des Dichtringes. Dadurch wird eine dynamische Auslenkung des Dichtringes bewirkt, deren Richtung derart von dem Differenzdruck und der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Stütznut des Dichtringes gegen die den Dichtring konfrontierende Dichtfläche gerichtet ist, daß das Ventil Wirksam durch eine Anpreßwirkung des Dichtringes an die konfrontierende Dichtfläche abgedichtet wird. Die Anpreßwirkung erreicht bei allen Stärken des an dem Ventil anliegenden Differenzdruckes optimale Werte und ist unabhängig davon in welcher der beiden Richtungen der Differenzdruck an dem Ventil anliegt gleich wirksam. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist gleichzeitig durch einen mit dem Dichtring integralen Befestigungsflansch eine sichere Halterung des Dichtringes in seiner Stütznut vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Ventil besitzt eine verbesserte Konstruktion, bei der ein flexibler Dichtring durch einen mit dem Dichtring integralen Befestigungsflansch gegen ein Herausrutschen aus einer Stütznut gesiohert ist. Durch die verbesserte Konstruktion läßt sich der Dichtring mit einer gegenüberliegenden Dichtfläche derart zum Eingriff bringen, daß beim Schließen des Ventiles das Ventil zunächst mechanisch abgedichtet wird und danach ein an dem Ventil anliegender Differenzdruck eine Anpreßwirkung auf den Dichtring ausübt. Die Anpreßwirkung wird von der stromabwärts gelegenen Oberfläche der Ringnut gegen die gegenüberliegende Dichtfläch· gerichtet; sie ist durch die gewählte Anordnung des Befestigungsflansches des Dichtringes relativ zur gegenüberliegenden Dichtfläche in Abhängigkeit von einen in

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einer der beiden Richtungen an dem Ventil anliegenden Differenzdruck voll wirksam«

Der von dem integralen Befestigungsflansch in der Nut in einer Arbeitsstellung gehaltene, dynamisch anpreßbare Dichtring Übt auf die gegenüberliegende Dichtfläche eine verbesserte und höchst effektive Anpreßwirkung aus. Durch diese Anpreßwirkung wird in Folge einer verbesserten geometrischen Anordnung des Dichtringes relativ zu seiner Stütznut das Ventil höchst wirksam abgedichtet. Durch die verbesserte geometrische Anordnung wirkt unmittelbar nach dem Schließen des Ventiles der stromaufwärts anstehende Mediumdruck derart weitgehend auf die gesamte,· stromaufwärts gerichtete Oberfläche ™ des Dichtringes, daß der Dichtring unter der Wirkung des stromaufwärts herrschenden Mediumdruckes und unter der FUhrung der stromabwärts gelegenen seitlichen Oberfläche der Stütsnut des Dichtringes gegen die gegenüberliegende Dichtfläche gedrückt wird.

Der remanent von dem Dichtring mechanisch auf die gegenüberliegende Dichtfläche ausgeübte Druck ist auf einen sehr geringen Wert beschränkt, wenn kein Differenzdruck an dem Ventil anliegt. Der von dem Dichtring auf die Dichtfläche ausgeübte Druck wird in Abhängigkeit von der Wirkung eines an dem Ventil anliegenden Differenz- ^ druckes auf weitgehend die gesamte stromaufwärts gele- ^ gene Oberfläche des Dichtringes bei Differenzdrucken aller Größen dynamisch vergrößert.

Eine modifizierte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Ventiles ist ohne Schaden zu nehmen bei hohen Temperaturen einsetzbar.

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Bei einer weiteren modifizierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiles besitzt der Dichtring eine Metallumkleidung oder besteht ganz oder teilweise aus Metall.

Das erfindungsgemäße Ventil ist als Klappenventil, Kugelventil o. dgl. ausführbar. Es läßt sich von seiner Konstruktion her wirtschaftlich fertigen und außergewöhnlich gut warten.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klappenventiles;

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt 2-2 gemäß Fig. 1, in dem in gestrichelten Linien die mit dem Ventil verbundenen Rohrleitungen dargestellt sind;

Fig. 3 einen vereinfachten horizontalen Schnitt 3-3 gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten fragmentarischen Schnitt 4-4 gemäß Fig. 2, der die geometrischen Beziehungen zwischen dem Dichtring mit seinem integralen Befeetigungsflansch und den mit dem Dichtring zusammenwirkenden Teilen vor dem Zusammenziehen der zusammenwirkenden Teile zum Einklemmen des Befestigungeflansches und die ringförmige Dichtfläche in der zugehörigen Stellung zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 4, in der jedoch die Einzelteile des Ventiles zusammengespannt sind, um den Befeetigungsf lansch des Dichtringes einzuklemmen, dabei ist die Dichtfläch· der Ventilklappe außerhalb ihrer Geschlossenstellung, in der sie sich mit den Dicht-

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ring im Eingriff befindet, dargestellt:;

Fig· 6 eine Ansicht ähnlich Pig· S₉ In der jedoch die Einzelteile des Ventlies in der Geschlossenstellung des Ventlles dargestellt sind» in der das Ventil einleitend durch eine mechanische Berührung des Dichtringes mit der gegenüberliegenden Dichtfläche abge dichtet 1st;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Flg. 6, in der der Dichtring in seiner Stütznut durch eine von eine« in einer Richtung an d«M geschlossenen Ventil anliegenden Differenzdruck erzeugten Anpreßwirkung dynamisch nach einer Seite ausgelenkt ist;

FIg· 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 7, in der

jedoch der Dichtring in seiner Stütznut nach der entgegengesetzten Seite ausgelenkt und von einem in der entgegengesetzten Richtung an dem geschlossenen Ventil anliegenden Dlfferensclruck an die Dichtfläche angepreßt wird;

Fig· 9 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugelventile»;

Fig. 10 einen vergrößerten Querschnitt 10-10 gemäß Flg. 9, der die geometrischen Beziehungen zwischen einer modifizierten Ausführungsform eines Dichtringes und den mit dem Dichtring zusammenwir— kenden Einzelteilen des Ventiles zeigt, wenn das Ventil geschlossen ist und kein Differenzdruck an dem Ventil anliegt;

Fig· 11 einen Querschnitt ähnlich Fig. 5, der jedoch eine modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtringes mit Befestigungsflansch zeigt;

Fig. 12 eine Ansicht ähnlich Fig. 11, die jedoch eine weitere modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtringes mit Befestigungsflansch zeigt; und

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Flg. 13 einen Querschnitt ähnlich Flg. 11_t

der jedoch eine weitere Kodifizierte AusführungsforM eines erfindungsgemäßen Dichtringes »it Befestigungsflansch zeigt.

Gemäß Fig. 1 bis 8 besitzt eine Ausführungafor» eines erfindungsgemäßen Klappenventiles 20 ein Ventilgehäuse 22 nit einer Durchflußöffnung 24. Das Ventilgehäuse 22 läßt sich zu beiden Enden der Durchflußöffnung 24 auf konventionelle Art nlt in Fig. 2 in gestrichelten Linien dargestellten Rohrleitungen 26 und 28 verbinden.

Gemäß Fig. 2 sind die Rohrleitungen 26 und 28 mit Verbindungsflanschen 30 und 32 ausgerüstet, die Mit Hilfe von auf eine» Kreis angeordneten Bolzen 33 auf konventionelle Art derart gegeneinander gezogen werden, daß sie mittels an gegenüberliegenden Seiten des Ventilgeftäuses 22 angeordneter j gegenüberliegende Enden der Durchflußöffnueg 24 umgebender Dichtringe 34 und 36 sit weitgehend ebenen Stirnflächen 38 und 40 eine dichte Verbindung »it dem Ventilgehäuse 22 herstellen. Gemäß Fig. 1 erstrecken sich die Bolzen 33 durch Llcher 42 und 44 in am oberen und am unteren Ende des Ventilgehäuses 22 angeordneten Versteifungsrippen 46 und 48.

Gemäß Fig. 2 wird die Durchflußöffnung 24 dadurch geöffnet oder geschlossen, daß eine Ventilklappe 50 in ihre in Fig. 3 in gestrichelten Linien dargestellte Offenstellung oder in ihre in Pig· 3 in ausgezogenen Linien dargestellte Geschlossenstellung geschwenkt wird·

Die Ventilklappe 50 ist mittels einer Ventilspindel 52 im Ventilgehäuse 22 gelagert und zwischen ihrer Geschlossen— und Offenstellung hin und her schwenkbar· Dl· Ventilspindel 52 erstreckt sich durch eine Bohrung 54 in einer an einer Seite der Klappe 50 zur Aufnahm« der Ven-

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tilspindel 52 angeordneten diametralen Rippe 56. Die Klappe 50 ist gemäß Fig. 2 mit Hilfe von sich quer durch die Ventilspindel 52 in die Rippe 56 erstreckender KonusstifteSe relativ zur Spindel 52 fixiert.

Die Peripherie der Ventilklappe 50 bildet eine ringförmige Dichtfläche 60, die gemäß Fig. 6, 7 und 8 im Querschnitt gewölbt ist und vorzugsweise gemäß Fig. 3 eine KugelkrUmmung mit einem KrUmmungsmittelpunkt 62 besitzt.

Durch das Schwenkern der Ventilklappe 50 in ihre Geschlossenstellung gemäß Fig. 1, 2, 3 und 6 bis 8 wird die ringförmige Dichtfläche 60 in eine einen Dichtring 64 konfrontierende Stellung gebracht. Der Dichtring 64 ist derart beweglich in einer in dem Ventilgehäuse 22 gebildeten ringförmigen Stütznut 66 verankert, daß er an der ringförmigen Dichtfläche 60 anliegt, wenn das Ventil geschlossen ist.

Wie später beschrieben wird, sind die StUtznut 66, der Dichtring 64..;und dl« Dichtfläche 60 derart geometrisch zueinander angeordnet, und der Dichtring 64 derart beweglich in der Stütznut 66 verankert, daß das Ventil 20 auf eine verbesserte, Leckagen verhindernde Art dynamisch zugedrückt wird, wenn es geschlossen ist.

In der Aueführungsform gemäß Fig. 2 bis 9 besitzt der Dichtring 64 eine Umhüllung 68 aus flexibles Material mit einem gemäß Fig. 5 einen Ringraum 72 einschließenden ringförmigen Wulst 70. Die Umhüllung 68 besitzt zwei Randstreifen 74 und 76, die sich einander direkt berührend derart von dem ringförmigen Wulst 70 der Umhüllung 68 weg erstrecken, daß sie einem mit dem Wulst 70 integrierten ringförmigen Befestigungsflansch 78

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bilden. Der von der Umhüllung 68 eingeschlossene Ringraum 72 enthält einen ringförmigen Füllkörper 80, der geeignet ist, den ihn umschließenden Wulst 70 der Umhüllung 68 so zu stützen, daß er von dem Mediumdruck nicht zusammengedrückt wird.

In der beschriebenen Ausführungsform bilden der ringförmige Füllkörper 80 zusammen mit dem ihn umschließenden Wulet 70 der Umhüllung 68 den Dichtring 64.

In der Ausführungsferm gemäß Fig. 1 bis 8 besteht der den ringförmigen Kern des Dichtringes 64 bildende ringförmige Füllkörper 80 aus einem O-Ring aus Gummi oder einem anderen geeigneten elastomerischen oder nachgiebigen polymer!sehen Material mit geeigneten, später beschriebenen Verformungseigenschaften. Die den O-Ring 80 umgebende und den integralen Befestigungsflansch 78 bildende Umhüllung 68 besteht in diesem Fall aus einem geeigneten halbnachgiebigen polymerischen Material, z.B. aus unter der Bezeichnung "Teflon" handelsüblichem Polytetrafluoräthylen. Andere geeignete Materialien für den Dichtring 64 und den Befestigungsflansch 78 werden noch genannt.

Durch die einander direkt berührenden Randstreifen 74 und 76 der Umhüllung 68 besitzt der Befestigungsflansch 78 eine Dicke, die mit Sicherheit geringer ist, als die in der gleichen Richtung gemessene Dicke des aus dem von dem Wulst 70 der Umhüllung 68 eingeschlossenen CD-Ring 80 gebildeten Dichtringes 64. Der Vorteil dieser geometrischen Anordnung der Einzelteile bei der Optimierung der Kraft,mit der der Dichtring beweglich in seiner Arbeitsposition gehalten wird, während gleichzeitig eine optimale dynamische Auslenkung des Dichtringes 64 durch an idem Ventil 20 in einer der beiden Richtungen anliegende DifferenzdrUcke in höchst wirk-

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same Anpreßpositionen gewährleistet ist, ist offensichtlich.

Wie bereits erwähnt ist der Dichtring 64 beweglich in der ringförmigen Stütznut 66 angeordnet. Gemäß Fig. 5 und 6 besitzt die Nut 66 in Querrichtung zur Tiefe der Nut 66 gemessen eine Breite, die wesentlich die zugeordnete Breite des Dichtringes 64 überschreitet, so daß an gegenüberliegenden Seiten der Nut 66 entlang gegenüberliegender Seiten des Dichtringes 64 in die Nut 66 öffnende Ringspalte 82 und 84 entstehen, die sich an dem Dichtring 64 vorbei erstreckend und einander gegenüberliegende Seiten des benachbarten Teiles des Befestigungsflansches 78 überlappen. Die Ringspalte 82 and 84 wirken als Druckkammer, durch die Medium frei in die Nut 66 eintreten kann, um von einer der beiden Seiten und von hinten auf den Dichtring 64 einen Anpreßdruck auszuüben. Darüber hinaus ermöglichen die den Befestigungsflansch 78 überlappenden Ringspalte 82 und 84 die dynamische Auslenkung des Dichtringes 64 in seine Anpreßstellungen.

Die in der Geschlossenstellung der Ventilklappe gemäß Flg. 6, 7 und 8 die Dichtfläche in geringer Entfernung konfrontierende Nut 66 besitzt im Querschnitt zwei an gegenüberliegenden Seiten des Dichtringes 64 angeordnete ringförmige Sticnflachen 86 und 88, die so angeordnet sind, daß sie mit der Dichtfläche 60 gemäß Fig. 6, 7 und 8 zwei Anpreßecken 90 und 92 bilden. Damit das Ventil 20 wirksam Leckagen um die Ventilklappe 50 vermeidend dynamisch zugedrückt wird, sind dl« seitlichen Stirnflächen 86 und 88 der Nut 66 relativ zur Dichtfläche 60 derart angeordnet, daß die Winkel 94 (Fig. 8) und 96 (Fig. 7) nicht nennenswert stumpf sind, d.h. 90 nicht wesentlich überschreiten. D.h., um eine

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maximale Anpreßwirkung zu erhalten, sind bei der bevorzugten Ausführungsform die Winkel 94 und 96 der Ecken 90 und 92 weitgehend auf rechte Winkel oder kleinere Winkel beschränkt, so daß die seitlichen Stirnflächen 86 und 88 der Nut 66 unter der Wirkung des Differenzdruckes den Dichtring 64 an die Dichtfläche 60 anpressend in die Ecken 90 und 92 leiten.

Der mit dem Dichtring 64 integrale ringförmige Befestigungsflansch 78 erstreckt sich über den Fuß.der Nut 66 hinaus in einer vorgegebenen Richtung in das Ventilgehäuse 22, die relativ zur benachbarten Dichtfläche 60 ™ so angeordnet ist, daß der mittels des Befestigungsflansches 78 in der Nut 66 verankerte Dichtring 64 das Ventil dynamisch zudrückt, um gleich wirksam Leckagen in jeder der beiden Richtungen entlang der Dichtfläche 60 zu verhindern.

Insbesondereslst der ringförmige Befestigungsflansch derart ausgerichtet, daß die Mittellinie 98 des Befestigungsflansches 78 im Querschnitt gemäß Fig. 6 und 8 weitgehend rechtwinklig zu einer den benachbarten Teil der Dichtfläche 60 der geschlossenen Ventilklappe 50 tangierenden Bezugslinie 100 verläuft. Zur Fertigungs-Ä erleichterung kann der Befestigungsflansch 78 geringfügig aus der senkrechten zur Bezugslinie 100 etwas abweichen. Diese Abweichung aus der optimalen Lage sollte jedoch 15° nicht überschreiten. Gemäß Fig. 6 sind der Befestigungsflansch 78 und die den Dichtring 64 stützenden Stirnseiten 86 und 88 der Nut 66 zueinander parallel.

Der Befestigungsflansch 78 ist dadurch im Ventilgehäuse 22 verankert, das er zwischen einem Hauptteil 102 des Ventilgehäuses 22 und einem gleichfalls einen Bestandteil des Ventilgehäuses 22 bildenden und mit dem Haupt-

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teil 102 durch Mehrere Imbusschrauben 106 verschraubten Klemmring 104 eingeklemmt ist. Der Hauptteil 102 des Ventilgehäuses 22 ist so geformt, daß er gemäß Fig. 4 und 5 eine Seite der Nut 66 bildet, während die andere Seite der Nut 66 von dem Klemmring 104 gebildet wird. Bei der bevorzugten AusfUhrungeform sind beide Seiten der Nut 66 spiegelbildlich zueinander.

Der Befestigungsflansch 78 des Dichtringes 64 erstreckt sich vom Dichtring 64 aus in das Ventilgehäuse 22 über den Fuß der Nut 66 hinaus; er ist in einem von der Seite des Hauptteiles 102 gebildeten Einschnitt 108 und einem gegenüberliegenden von der Seite des Klemmringes 104 gebildeten Einschnitt 110 angeordnet. Die Böden der Einschnitte 108 und 110 sind gemäß Fig. 4 so geformt, daß sie alternierend mehrere konzentrische Federn 112 und Nuten 114 bilden. Die Federn 112 dringen in benachbarte Teile des nachgiebigen polymerischen Materials des Befestigungsflansches 78 ein und die Nuten 114 nehmen benachbarte Teile des nachgiebigen polymerischen Materials des Befestigungsflansches 78 auf, wenn der Klemmring 104 mit Hilfe der Schrauben 106 an den Hauptteil 102 angezogen wird. Die geometrische Zuordnung der linzelteile zueinander ist so gewählt, daß die konzentrischen Federn 112 ein Stück in den Flansch 78 hineingedrückt werden und Flanschmaterial in die Nuten 114 drücken, so daß der Flansch 78 sicher gegen ein Herausfallen verankert ist.

Funktionsgemäß wird das Ventil 20, wenn die Ventilklappe 50 in ihre Geschlossenstellung gemäß Fig. 1, 2, 3 und 6 geschwenkt wird, anfänglich mechanisch dadurch abgedich-, tet, daß der Dichtring 64 mit der gegenüberliegenden Dichtfläche 60 mechanisch zum Eingriff kommt. Diese mechanisch hergestellte Dichtung verhindert bei einem ge-

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ringen Differenzdruck den Durchfluß von Medium zwischen dem Dichtring 64 und der Dichtfläche 60. Der mit dem Dichtring 64 integrierte und in das Ventilgehäuse 22 eingespannte Befestigungsflansch 78 verhinder Leckagen zwischen dem Dichtring 64 und dem Ventilgehäuse 22.

Die bei« Schließen des Ventiles 20 gemäß Fig. 3 und 6 anfänglich eintretende mechanische Abdichtung des Ventiles 20 wird dadurch erreicht, daß der Innendurchmesser des Dichtringes 64 etwas geringer gewählt wird, als der Außendurchmesser des ringförmigen Teiles der Dichtfläche 60. Dadurch dehnt die mit dem Dichtring 64 A zum Eingriff kommende Dichtfläche 60 den gegenüberliegenden Teil des Dichtringes 64 etwas auf, wenn die Ventilklappe 50 gemäß Fig. 6 in ihre Geschlossenstellung bewegt wird. Durch die mechanische Auslenkung des Dichtringes 64 durch die in ihre Geschlossenstellung schwenkende Dichtfläche 60 wird ein mit der Dichtfläche 60 zum Eingriff kommendes Ringsegment des Wulstes 70 des Dichtringes 64 gemäß Fig. 6 derart verformt, daß es sich der Krümmung der mit dem Dichtring 64 zum Eingriff kommenden Dichtfläche 60 anpaßt.

Selbst wenn das Ventil 20 in seiner Geschlossenstellung zunächst mechanisch abgedichtet ist, kann zu beiden φ Seiten der dichtenden Berührung zwischen dem Dichtring 64 und der Dichtfläche 64 Strömungsmedium frei in die von der Stütznut 66 zu beiden Seiten des Dichtringes gebildeten und benachbarte Ringteile des Befestigungsflansches 78 überlappende Ringspalte oder Druckkammern 82 und 84 eintreten.

Wenn die so aufgebauten Mediumdrücke in den den Dichtring 64 betätigenden Druckkammern ;82 und 84 voneinander verschieden sind - ein Zustand, der sofort auftritt, wenn

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auf das geschlossene Ventil 20 ein Differenzdruck ausgeübt wird - übt der höhere der beiden Drücke in einer der Kammern 82 oder 84 sofort einen Anpreßdruck auf die stromaufwärts gerichtete Seite und auf die Rückseite des Dichtringes 64 aus. Gemäß Fig. 7 wird das Ventil 20 durch die bei wachsendem Differenzdruck auftretende dynamische Auslenkung des Dichtringes 64 zugedrückt. In Fig. 7 ist unterstellt, daß der höhere Mediumdruck auf der linken Seite des Dichtringes 64 herrscht.

Die von dem unter dem höheren Druck stehenden Medium auf den Dichtring 64 innerhalb der Druckkammer 82 ausgeüb- f|

ten Kräfte sind grafisch durch kleine Pfeile 116 dargestellt.

^üemäß Fig. 7 wirken, da die sich durch die Nut 66 erstreckende Druckkammer den benachbarten Ringteil 118 des Befestigungsflansches 78 überlapptj die Kräfte 116 des unter hohem Druck stehenden Mediums ebenso auf einen Ringteil der Rückseite, d.h. der dem Nutboden zugekehrten Seite, des Dichtringes 64 wie auf die gesamte Hochdruckseite des Dichtringes 64. Gleichzeitig ermöglicht der den dem Dichtring 64 benachbarten Ringförmigen Teil 118 des Befestigungsflansches 78 überlappende Ringspalt 84 die dynamische Auslenkung des Dichtringes 64 in die ™ stromabwärts gelegene, von der Dichtfläche 60 und der gegenüber liegenden stromabwärts gelegenen Seitenfläche 88 der Nut 66 gebildete Ecke 92.

Wie bereits beschrieben, ist die stromabwärts gelegende Seitenfläche 88 der Nut 66 relativ zur Dichtfläche 60 so angeordnet, daß der an der Ecke 92 eingeschlossene Winkel ein rechter oder ein spitzer Winkel ist. Dadurch wird die Stützung des Dichtringes 64 gegen den Druck des stromaufwärts befindlichen Mediums begünstigt. Gleich-

zeltig drücken die auf die stromaufwärts gerichtete Seite und einen Teil der Rückseite des Dichtringes 64 wirkenden Kräfte des unter hohem Druck stehenden Mediums den Dichtring 64 mit einer maximalen Anpreßwirkung dynamisch in die stromabwärts gelegene Ecke 92, so daß eich die Dichtigkeit des Ventiles 20 mit wachsendem an dem geschlossenen Ventil anliegenden Differenzdruck progressiv vergrößert.

Es ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Ventil 20 mit weitgehend gleicher Wirksamkeit gegen in einer der beiden Richtungen an geschlossenen Ventil anlie«·- gende Differenzdrücke dicht ist.

Wie bereits beschrieben, ist der Befestigungsflansch 78 mit einer maximal zulässigen Abweichung von 15° senkrecht zu der Bezugslinie 100 angeordnet, die die Dichtfläche 60 in ihrer Geschlossenstellung tangiert. Ferner ist der dem Dichtring 64 benachbarte ringförmige Teil 118 des Befestigungsflansches 78 nennenswert dünner als der Dichtring 64 in der zugeordneten Richtung. Dadurch läßt sich der Dichtring 64 im gleichen Maße und mit der gleichen Wirksamkeit dynamisch in beide Ecken 90 und 92 auslenken, um jeweils in einer der beiden Richtungen an dem geschlossenen Ventil anliegende Differenzdrücke abzudichten. Gemäß Fig. 6, 7 und 8 schwenkt der Dichtring 64 um ein ringförmiges DrehZentrum 120 in jeweils eine der beiden Ecken 90 oder 92, das entlang des dem Dichtring 64 benachbarten Flanschteiles 116 angeordnet ist.

Die dynamische Auslenkung des Ringes 64, die sich bei einem in der entgegengesetzten Richtung am Ventil anliegenden Differenzdruck ergibt ist in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 8 ist unterstellt, daß sich unter eines höheren Druck stehendes Medium auf der rechten Seite der

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Dichtung befindet. Dadurch wirkt das unter dem höheren Druck stehende Medium in dem Ringspalt 84 gemäß der Pfeile 122 auf die rechte Seite und einen Teil der Rück seite des Dichtringes 64. Die Vectorsumme der Druckkräfte 122 drückt den Dichtring 64 dynamisch in die Ecke 90, in der er von der Dichtfläche 60 und der stromabwärts gelegenen Seitenfläche 86 der Nut 66 derart gestützt wird, daß eine optimale Anpreßwirkung erzielt wird. Wie bereits erwähnt, ist der Winkel der Ecke 90 vorzugsweise ein rechter oder «in spitzer Winkel.

Eine dynamische Auslenkung des Dichtringes 64 gemäß Fig. 8 in die nun stromabwärts gelegene Ecke 90 hat durch die Zuordnung de· Befestigungsflansches 78 relativ zu der Dichtfläche 60 in ihrer Geschlossenstellung und durch die reduzierte Dicke des Befestigungsflansches 78 relativ zu dem Dichtring 64 eine gleiche Wirkung wie die bereite beschriebene Auslenkung des Dichtringes 64 in die andere Ecke 92.

Wenn der elastische Dichtring 64 jeweils in eine der Ecken 90 oder 92 gedrückt wird, wird er temporär unter der von der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit aufgebrachten Anpreßkraft temporär verformt und von der stromabwärts gelegenen Seitenfläche 86 der Nut derart geführt, daß er sich von der stromabwärts gelegenen Ecke aus mit auf den Dichtring 64 wirkenden steigendem Differenzdruck in wachsendem Maße an die Dichtfläche 60 anftegt. Dadurch wird eine höchst wirksame Dichtung gegen Leckagen erzeugt.

Das Ventil 20 läßt sich gemäß Fig. 1 mittels eines Hand griffes 124 öffnen oder schließen, der an einem Ende der die Ventilklappe 50 tragenden Ventilspindel 52 be-

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festigt ist und über das Ventilgehäuse 22 hinausragt. Das Ventil 20 läßt sich in seiner Offen- oder seine Geschlossenstellung oder auch in einer Zwischenstellung mit Hilfe eines Verriegelungsgriffes 126 verriegeln, der bei 128 an den Handgriff 124 angelenkt ist und mit einer an dem Ventilgehäuse 22 befestigten Nutplatte zusammenwirkt. Die mit Hilfe des Handgriffes 124 betätigbare und die Ventilklappe 50 tragende Ventilspindel 52 ist gemäß Fig. 2 drehbar in zwei Lagerhülsen 132 und 134 im Ventilgehäuse 22 in der Nähe der Ventilklappe 50 gelagert. Zwei Dichtungen 136 und 138 umgeben die Spindel 52 außerhalb der Lager 132 und 134, um das Ventil 20 gegen entlang der Spindel austretendes Medium abzudichten.

Gemäß Fig. 3 ist die zur Aufnahme der Ventilspindel dienende Bohrung 54 in der Ventilklappe 50 so angeordnet, daß die Mittellinie 140 der Ventilspindel 52 relativ zum Krümmungsmittelpunkt 62 der Dichtfläche 60 leicht exzentrisch angeordnet ist. Dadurch übt die Dichtfläche 60 ihren maximalen mechanischen Druck auf den Dichtring 64 nur während der abschließenden Phase der Schließbewegung der Ventilklappe 50 aus.

Wie bereits erwähnt, kann die den ringförmigen Füllkörper 80 einschließende und den integralen Flansch 78 bildende Umhüllung 68 aus einem halbnachgiebigen polymer lachen Material, z.B. Polytetrafluoräthylen bestehen. Die Auswahl des speziellen Materials für die Umhüllung 68 muß sich nach den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Flüssigkeit richten, für die das Ventil eingesetzt werden soll. Unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Usgebungsmedien sind für die Umhüllung 68 eine Reihe anderer Materialien einsetzbar, z. B. Polyäthylene hohen Molekulargewichts, P*|yvinylfluoride, Polyamide, monochlortrlfluoräthylene und Uretanβ

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geeigneter physikalischer Eigenschaften. Der von der Umhüllung 68 geschlitzte, den Druck aufnehmende ringförmige Füllkörper 80 läßt sich aus den verschiedensten elastischen oder gummiartigen Materialien herstellen, einschließlich einer Vielfalt von Elastomeren, z.B. Silikonkautschuk, Uretane, ßlastizierte Polyfluorelastomere und verschiedener handelsüblicher Verbundmaterialien mit beschränkten Wärmedehnungscharakteristiken, die bei der Steuerung verschiedener Medien mit hohen Temperaturen nützlich sind. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Dichtring 64 und den Befestigungsflansch 78 in einem Stück aus einem geeig- ^

neten nachgiebigen Material herzustellen, z.B. aus einem Äthylenpropylenpolymer? einem fluorierten llastomer, Uretanen, chlorierten sulfonierten Polyäthylenen, oder anderen nachgiebigen polymerischen Materialen geeigneter physikalischer Eigenschaften.

Fig. 9 und 10 zeigt ein Kugelventil 142, das eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Verschiedene Einzelteile des Ventiles 142 sind Gegenstücke von Einzelteilen des bereits beschriebenen Ventiles 20, die durch die gleiche Bezugsnummer jedoch mit einem zusätzlichen Index "a" gekennzeichnet sind.

Das Ventil 142 besitzt eine in einem Ventilgehäuse angeordnete Ventilkugel 144. Die Kugel 144 läßt sich zwischen einer Offen- und einer Geschlossenstellung mit Hilfe einer Spindel 148 hin und her drehen, um eine Durchflußöffnuhg 150 im Ventilgehäuse 146 entweder zu öffnen oder zu schließen.

Eine kugelig gekrümmte Dichtfläche 60a der Kugel 144 wird von einem Dichtring 64a konfrontiert. Der Dichtring 64a ist erfindungsgemäß in einer Stütznut 66a im

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Ventilgehäuse 146 befestigt* Gemäß Fig. 9 und 10 besteht der Dichtring 64a In dies«« Pail aus einer Umhüllung 68a aus einem nachgiebigen polymerischen Material mit einem einen elastischen Füllkörper 152 umschließenden Wulst 70a. Der Füllkörper 152 besteht au» einer schraubenförmig gewickelten, ringförmigen F»sci«jr 152.

Es ist insbesondere zu beachten, daß ein von zwei sich berührenden Randstrelfen 74«? ,und 76a mit der Umhüllung 68a gebildeter Befestigungsflausch 78a wie bereits beschrieben mit einer maximal zulässigen Abweichung von 15° rechtwinklig zu einer ist Querschnitt die von dem Dichtring 64a berührte Dichtfläche 60a tangierende Bezugslinie 100a angeordnet ist.

Die Umhüllung 68a gemäß Fig. 9 und 10 kann weitgehend aus dem gleichen Material bestehen wie die Umhüllung des Ventiles 20 gemäß Fig. 1 bis 8. Die schraubenförmig gewickelte, ringförmige Feder 152 dient zur Stützung des Wulstes 70a der Umhüllung 68a, so daß der Wulst 70a unter dem auf die Rückseite und die stromaufwärts gelegene Seite des Dichtringes 64a wirkenden Mediumdruck nicht in sich zusammenfällt. Der Mediumdruck wird von dem Medium in einer der Druckkammern 82a oder 84a der Nut 66a wie bereits beschrieben auf den Dichtring 64a übertragen.

Fig. 11 zeigteeine besonders für hohe Temperaturbereiche geeignete modifizierte Ausführungsform des Ventil·· 2O₉ in der die Gegenstück« zu Einzelteilen des Ventiles gemäß Fig. 1 bis 8 bildenden Einzelteile durch die gleichen Bezugsnummern Jedoch mit einem zusätzlichen Index "b" gekennzeichnet sind«

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PUr den Hochtemperatureinsatz besteht eine Umhüllung 86b eines Dichtringe» 64b aus einem harten federnden Metall mit einem hoheni'Korosionswider stand und einer hohen Warmfestigkeit· Metalle, aus denen sich die Umhüllung 68b herstellen läßt, sind z.B. Edelstahlt, Inkonel und andere Legierungen oder Metalle mit geeigneten physikalischen Eigenschaften. Der Wulst 70b der Umhüllung 68b wird in diesem Pail von einem internen ringförmigen Füllkörper 154 aus einem schraubenförmig gewickelten Metall gestützt. Das Metall wird so ausgewählt, daß es auch bei hohen Temperaturen eine große Festigkeit und eine große Elastizität besitzt. Der Befestigungsflansch wird von zwei sich gegenseitig berührender Randstreifen 74b und 76b der Umhüllung 68b ge- % bildet. Die Randstrelfen 74b und 76b sind vorzugsweise an ihren äußereniKanten durch eine Schweißnaht 156 miteinander verbunden. Der Befestigungsflansch 78b ist sicher zwischen swei Ebenen ringförmigen Unterlegscheiben 158 und 160 eingeklemmt. Die Unterlegscheiben 158 und 160 bestehen aus einem geeigneten Hitzebestandigen Material z.B. Asbest, und sind so ausgeführt, daß sie sich zwischen konezentrisehen Federn 112b und Nuten 114b einklemmen lassen.

Fig. 12 zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform des Ventiles 20. Einzelteile der Fig. 12 die Einzelteilen der Fig. 1 bis 8 gleichen, sind durch die gleichen W Bezugszahlen jedoch mit einem zusätzlichen'Index "c" gekennzeichnet.

Gemäß Fig. 12 wird ein ringförmiger Wulst 70c einer Umhüllung 68c gegen externe Druckkräfte von einem ringförmigen Füllkörper 162 gestützt. Der Füllkörper 162 besteht aus einer geeigneten elastischen oder flüssigen Verbindung, die in der Lage ist, Drücke ohne stärkere Kompression aufzunehmen, während sie unter Drucklasten

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verformbar ist. Eine nennenswerte Anzahl von Verbindungen mit diesen physikalischen Eigenschaften sind handelsüblich.

Fig. 13 zeigt eine weitere im Hochtemperaturbereich einsetzbare modifizierte Ausführungsform des Ventile« 20. Einzelteile der Fig. 13, die Gegenstücke zu Einzelteilen der Fig. 11 darstellen sind durch die gleiche Bezugenummer jedoch durch einen zusätzlichen Index "d" gekennzeichnet.

Gemäß Fig. 13 besteht ein Dichtring 64d aus einer metallischen Umhüllung 68d mit einem ringförmigen Wulst 7Od. Der Wulst 7Od wird von einem ringförmigen Füllkörper gestützt. Der Füllkörper 164 besteht aus einer schraubenförmig gewickelten, ringförmigen Feder 166 und einem die Feder 166 einschließenden Ring 168 aus Asbest oder einem anderen hitzebeständigen Material. Der Ring 168 ist zwischen der Feder 166 und der Umhüllung 68d angeordnet. Der Ring 168 und die interne Feder 166 stützen gemeinsam den Wulst 7Od,der Umhüllung 68d gegen externe Druckkräfte.

Die Erfindung besteht also im wesentlichen in einem im geschlossenen Zustand von einem dynamisch auf eine Dichtfläche anpreßbaren Dichtring abgedichteten Ventil, dessen Dichtring von einem integralen Befestigungsflansch in einer in unmittelbarer Nähe der Dichtfläche angeordneten ringförmigen Stütznut gehalten wird. Der im Verhältnis zum Dichtring relativ dünne Befestigungsflansch ist weitgehend senkrecht zu einer Querschnittstangente der Dichtfläche angeordnet. Die Stütznut ist relativ zum Dichtring in seitlicher !Richtung so bemessen, daß sie auf gegenüberliegenden ^iten des Dichtringes Ringspalte bildet. Die Ringspalte erstrecken sich

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derart durch die Nut zum Nutboden, daß sie die zugeordneten Seitenflächen und die Rückseite des Dichtringe» den auf den zugeordneten Seiten des Ventiles herrschenden Medi unidrücken frei geben. Die Seitenwände der Nut bilden mit der Dichtfläche rechte oder spitze Winkel. Eine anfängliche mechanische Abdichtung des Ventiles wird durch eine vom Mediumdruck erzeugte Anpreßwirkung des Dichtringes verstärkt, die in Hinblick auf in einer der beiden Richtungen am Yentil anliegende Differenzdrucke eine maximale Wirksamkeit besitzt. Der Dichtring besteht aus einem von einer Umhüllung aus einem nachgiebigen polymerischen Material eingeschlossenen nachgiebigen, ringförmigen Druck aufnehmenden Kern. Für den Einsatz im Hochtemperaturbereich und für andere fpezialanwendungen besitzt der Dichtring alternativ eine Umhüllung aus Metall oder besteht teilweise oder ganz aus Metall.

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Claims (9)

1. Anspruch·

   Iy Ventil nit «inen ersten «in Ventilgehäuse und eine sich durch das VentilgehAu·· «rstreckend· Durchflußöffnung bildendes Element und «it eine* zweiten ein in dem Ventilgehäuse beweglich gelagertes, in de« Ventilgehäuse zwischen einer Offen- und einer Geschlossenstellung hin und her bewegbares Durchflußsteuerglied bildendes Element, von denen das zweite Element eine ringförmige Dichtfläche bildet, die in der Nähe der Peripherie der Durchflußöffnung angeordnet ist, wenn sich das zweite Element in seiner Geschlossenstellung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (22) eine in der Geschlossenstellugg des zweiten Elementes (50) in unmittelbarer Nähe die Dichtfläche (60) konfrontierende ringförmige Stütznut (66) für einen Dichtring bildet; daß der flexibel konstruierte Dichtring (64) in der StUtznut (66) angeordnet ist; daß einander gegenüberliegende Stirnseiten der Stütznufc (66) zwei Dichtring-Stützflachen (86, 88) bilden, die so angeordnet sind, daß sie, wenn sich das zweite Element (50) in seiner Geschlossenstellung befindet zusammen mit der Dichtfläche (60) zwei ringförmige Anpreßkanten (90,92) bilden; daß die Dichtring-Stützflachen (86,88) auf gegenüberliegenden Seiten der Stütznut (66) relativ zueinander so angeordnet sind, daß die Breite der StUtznut (66) im Querschnitt vom Boden zur Öffnung der Nut (66) weitgehend uneingeschnürt ist; daß ein mit dem Dichtring (64) integraler ringförmiger Befestigungsflansch (78) sich von der Rückseite des Dichtringes (64) in der Nähe des Fußes der Nut (66) von dem Di/rhtring (64) weg erstreckt; daß die StUtznut (66) quer zu ihrer Tiefe gemessen eine seitliche Breite besitzt, die

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   wesentlich größer ist als das entsprechende Maß des Dichtringes (64), so daß die Nut (66) und der Dichtring (64) gemeinsam zwei ringförmige Druckkammern (82, 84) bilden, die sich entlang gegenüberliegender Seiten des Dichtringes (64) in die Nut (66) erstrecken; daß der Befestigungsflansch (78) in der Nähe des Dichtringes (64) eine Breite besitzt, die wesentlich geringer ist als die Breite des Dichtringes (64); und daß ein ringförmiger Teil des Befestigungsflansches (98) alt Hilfe von Vorrichtungen (112,114) an dem ersten Element (22) derart relativ zu dem ersten Element (22) befestigt ist, daß sich der Befestigungsflansch (78) von der von dem benachbarten Teil der Dichtfliehe (60) in der Geschlossenstellung des zweiten Elementes (50) eingenommenen Stellung weg erstreckt, so daß der Dichtring (64) von dem Befestigungsflansch (78) gegen ein Herausfallen aus der Stütznut (66) gehalten wird, während er in seitlicher Richtung in jeder der beiden Richtungen quer zur Nut (66) von einem in einer der beiden Druckkammern (82,84) stromaufwärts herrschenden Mediumdruck derart frei auslenkbar ist, daß er von dem stromaufwärts herrschenden Druck in die stromabwärts gelegene Andrückkante (90, 92) gedrückt wird, um das Ventil (20) wirksam gegen Stromabwirts gerichtete Leckagen zuzudrücken, wenn an dem Ventil (20) ein Differenzdruck in einer Richtung anliegt.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem ersten Element (22) befestigte ringförmige Teil des Dichtring-Befestigungsflansches (78) mit einer maximal zulässigen Abweichung von 15° rechtwinklig zu einer im Querschnitt die Position tangierenden Bezugslinie (100) angeordnet ist, die von dem benachbarten Teil der Dichtfliehe (60) eingenommen wird, wenn sich das zweite Element (50) des Ventiles (20) in seiner Geschlossenstellung befindet.

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3. 3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ringförmigen Andrückkanten (90, 92) im Querschnitt einen Winkel (94) einschließt, der keinesfalls stumpf ist.
4. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die auf gegenüberliegenden Seiten des Dichtringes (64) von der Stütznut (66) gebildeten ringförmigen Druckkammern (82,84) relativ zur Stütznut (66) derart nach innen erstrecken, daß sie den Befestigungsflansch (78) in der Nähe des Dichtringes (64) überlappen.
5. 5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (64) eine aus einem flexiblen Material bestehende ringförmige Umhüllung (68) mit einem einen ringförmigen Kernraum (72) einschließenden ringförmigen Wulst (!70) besitzt; und daß der Kernraum (72) mit einem ringförmigen Füllkörper (80) ausgefüllt ist, der den Wulst (70) der Umhüllung (68) gegen ein Zusammenfallen stützt.
6. 6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch (78) des Dichtringes (64) aus zwei ringförmigen Randstreifen (74,76) der Umhüllung

   φ (68) besteht, die sich gegenseitig berührend von dem Wulst (70) weg erstrecken.
7. 7. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (CBb) aus einem dünnen flexiblen Metall besteht.
8. 8. Ventil nach einem der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Füllkörper in dem Wulst (70b) der Umhüllung (68b) aus einer schraubenförmig gewickelten, ringförmigen Feder (154) besteht.

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9. 9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine die ringförmige Feder (166) umgebende Schicht aus einem flexiblen, hitzebeständigen Füllmaterial (168)
   in dem Wulst (7Od) der Umhüllung (68d) angeordnet ist.

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