DE2454452A1

DE2454452A1 - Ventildichtung

Info

Publication number: DE2454452A1
Application number: DE19742454452
Authority: DE
Inventors: Werner Klaus Priese
Original assignee: Valve Systems International Inc
Current assignee: Valve Systems International Inc
Priority date: 1973-12-05
Filing date: 1974-11-16
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2253959A1; FR2253959B1; CA1017314A; IT1023346B; GB1477328A; JPS5086715A

Description

Anmelder/iNH: Valve Systems International, Inc. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Valve Systems International, Inc., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Massachusetts, 1 Decker Square, BaIa Cynwyd, Pennsylvania 19004

Ventildichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile, insbesondere auf ein durch ein Leit.ungsfluid mit Druck beaufschlagtes ringförmiges Dichtungselement.

Die Fachwelt ist ständig auf der Suche nach neuen Ventilkonstruktionen, und hierbei insbesondere nach neuen Abdichtanordnungen solcher Ventile. Hierbei sei insbesondere auf eine Neuerung des Erfinders dieser Anmeldung hingewiesen, die eine dynamisch wirkende Abdichtung betrifft und in der US-PS 3 563 510 beschrieben wurde. Der Gegenstanc der' vorliegenden Erfindung besitzt etwa die gleiche dynamische Abdichtwirkung, vermeidet aber gewisse Nachteile bekannter Konstruktionen und besitzt zusätzliche Vorzüge. , _

Bei der Konstruktion von Ventilabdichtanordnungen sollten viele Faktoren bedacht werden, und wie aus der nachfolgender Diskussion hervorgeht, stellen bisher bekannte Ventilan-

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Ordnungen bezüglich dieser Faktoren Kompromisse dar. Die vorliegende Erfindung stellt gegenüber bekannten Konstruktionen einen Schritt nach vorn dar, da sie viele gewünschte Eigenschaften verwirklicht und weniger Mangel aufweist.

Bekanntlich erzielt man bei einer in einer ringförmige Ecke eingekeilten Ringdichtung die beste Abdichtwirkung, wenn das Abdichtelement aus einem relativ flexiblen elastischen Material besteht, welches sich durch den Leitungsdruck leicht verformen läßt. Dichtungen dieser Art sind für solche Fälle geeignet, wo sehr wenig Relativbewegung zwischen Abdichtelement und den gegenüberliegenden Dichtflächen auftritt. Handelt es sich jedoch um ein relativ bewegliches Durchflußsteuerelement, mit dem die Dichtung zusammenarbeiten muß, dann sind relativ weiche elastische Materialien unerwünscht, weil sie schnell verschleißen und zu Leckbildungen neigen.

Außerdem besteht bei weichen Materialien immer die Gefahr_r daß bei extrem hohen Leitungsdrücken die Dichtung an der Dichtfläche vorbei herausgequetscht wird. Diese und,andere Betrachtungen lassen es angeraten erscheinen, dem Abdichtmaterial eine gewisse Steifigkeit zu verleihen, und diese Steifigkeit sollte mit der Ventilgröße und den zu verkraftenden Leitungsdrücken steigen.

Ein anderes Problem bei der Entwicklung von Ventilelementen betrifft das Zustandekommen eines wirksamen Anfangs-Dichtkontaktes. Das heißt, ein Betriebsdichtzustand zwischen der Dichtung und den gegenüberliegenden Dichtflächen muß bereits bei niedrigen Leitungsdrücken bestehen, also bevor, der Leitungsdruck so groß ist, daß er die Dichtung zur Abdichtung zwingt. Bei unzureichendem Anfangs-Dicht-

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kontakt besteht die Gefahr, daß das Fluid zunächst an der Dichtung vorbeileckt, und wenn sich der Leitungsdruck aufbaut, kann die Dichtung von der gegenüberliegenden Dichtfläche abgedrängt werden. Es liegt nahe, den Anfangsdichtkontakt dadurch sicherzustellen, daß man für ausreichende gegenseitige Beeinflussung zwischen dem ringförmigen Abdichtelement und der Dichtfläche sorgt, wenn das Durchflußsteuerelement in die Schließstellung des Ventils bewegt wird. Berücksichtigt man die zuvor angestellten Betrachtungen über die notwendige Steifigkeit des ringförmigen Dichtungselementes, dann muß zwangsläufig ein steifes Material "±¥i Verbindung mit einer hochgradigen Anfangsbeeinflussung zu einem hohen-· Kraftaufwand bei der Betätigung des Ventils führen. Dies ist besonders von Nachteil, wenn es sich um manuell oder schnell zu betätigende Ventile handelt. Auch hier werden die Probleme mit der Größe des Ventils und des zu verkraftenden Leitungsdruckes größer. .

Bei einem ringförmigen Dichtungselement für ein Ventil mit einqm einen Durchflußkanal \J>ildenden Ventilkörper-Element und einem diesem gegenüber zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zum Öffnen und Sperren des ;Pürchflußkänals bewegbaren Durchflußsteuerelement, mit e'Tner ringförmigen Abdiehtflache an dem einen der beiden Elemente sowie mit einer durch entgegengesetzte ringförmige Seitertf lachen gebildeten ringförmigen Ringdichtungs-Aufnahmenut an dem anderen Element, welche so orientiert ist, daß 'sie der Abdichtfläche ηahe> gegenüber liegt, und mit einem ringförmigen Dichtungselement, das einen ersten Abschnitt, der einen BefestigungsfläVisch bildet, und einen zweiten Abschnitt, der ausgehend von der Aufnahmenut mit der Abdichtfläche in Eingriff bring-

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bar ist, aufweist«, zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch aus, daß dieser zweite Abschnitt im Schnitt eine rückgewölbte hakenartige Konfiguration mit einem birnenartigen Buchtabschnitt und einem freien Ende besitzt, und daß dieses freie Ende einen Abstand von dem zweiten Abschnitt besitzt und dadurch eine zu einer durch die rückgewölbte hakenförmige Konfiguration gebildeten Anfüllkammer führende offene Mündung bildet, so daß Leitungsfluid in die Aufnahmenut eintreten und durch die offene Mündung in die Anfüllkammer hindurchtreten kann, um das Innere des ringförmigen Dichtungselementes mit einem Druck zu belasten und den Buchtabschnitt abdichtend an die Abdichtfläche anzudrücken.

Diese erfindungsgemäße Lösung hat gegenüber dem Stand der Technik viele Vorteile, sie ergibt eine gewünschte effektive dynamische Abdichtwirkung bei Druckbelastung und unter niedrigen und hohen Temperaturen, bietet die Möglichkeit einer ausreichenden Anfangs-Abdichtwirkung, gestattet die Verwendung relativ steifer Materialien, so daß eine höhere Verschleißfestigkeit bei extrem niedrigen oder hohen Temperaturen erzielt werden kann, und besonders wichtig ist, daß man diese Vorteile ersielt, ohne hohe Betriebskräfte in Kauf nehmen zu müssen.

Der im Schnittbild vorhandene erste Abschnitt des erfindungsgemäßen ringförmigen Dichtungselementes kann relativ gerade verlaufen und mit einem Befestigungsflansch versehen sein_s der zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Aufnahmenut eingeklemmt wird. Weil das freie Ende des zweiten Abschnittes relativ flexibel gestaltet ist und sich leicht in die Aufnahmenut hineinbewegen läßt, wenn er mit der gegenüberliegenden Ab-

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dichtfläche zusammentrifft, sind die notwendigen Betriebskräfte relativ niedrig.

Es kann vorteilhaft sein, an das freie Ende eine sich zu der Anfüllkammer nach außen erstreckende Lippe anzuformen, die durch anliegen an einer Schulter, welche in eine Wand der Aufnahmenut angeformt ist, das Hinausragen des Buchtabschnittes aus der Aufnahmenut begrenzt. Dadurch wird das Dichtungselement wirksam in der Nut festgehalten und am Umstülpen oder Herausdrücken gehindert.

Wenn sich im Betrieb die Abdichtfläche des gegenüberliegenden und relativ beweglichen anderen Elementes gegenüber der Ringdichtungs-Aufnahmenut befindet, dann erfaßt die Abdichtfläche den vorstehenden Buchtabschnitt des zweiten Abschnitts. Da der zweite Abschnitt ein freies Ende aufweist, kann sich das Dichtungselement frei in den Innenraum der Nut hineinbewegen, ohne daß wesentliche Kräfte zu überwinden sind. Im Verlaufe dieser Bewegung löst sich die seitwärts verlaufende Lippe von der erwähnten Schulter. Wegen der Eigenelastrzität des Dichtungselementes entsteht ein ausgeprägter Anfangs-Dichtkontakt. Wenn sich anschließend die Lippe von der Schulter lost, dann entsteht ein Zugangweg von der Fluid-Leitung zum Innenraum der Anfüllkammer des Dichtunqselementes, und das in die Anfüllkammer eintretende Fluid drückt den Buchtabschnitt des ringförmigen Dxchtungselementes von hinten her in festem Kontakt gegen die Seitenfläche der Nut'und gegen die gegenüberliegende ringförmige Abdichtfläche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

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Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäß gestaltetes scheibenförmiges Ventil mit strichpunktiert angedeuteten Anschlußleitungen,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch das Ventil von Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Ventil von Fig. 1 und 2 in vergrößertem Maßstab mit einem geschnittenen ringförmigen Dichtungselement in einer zugeordneten Aufnahmenut, und mit der aus ihcer geschlossenen Stellung entfernten Ventilscheibe,

Fig. 4 die gleiche Stelle wie Fig. 3, jedoch mit der in ihrer Schließstellung befindlichen Ventilscheibe und im ^nfangs-Abdichtzustand durch mechanischen Kontakt des ringförmigen Dichtungselementes mit der gegenüberliegenden Abdichtfläche,

Fig. 5 eine ahnliche Darstellung wie in Fig. 4, jedoch mit angelegtem Leitungsdruck, der das ringförmige Dichtungselement belastet,

Fig. 6 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei entgegengesetzten ringförmigen Dichtungselementen,

Fig. 7

und 8 je einen perspektivisch dargestellten Teil — ausschnitc von verschiedenen Dichtungsringlippen und deren Auflage-Art auf der gegenüberliegenden Schulter des Ventilgehäuses,

Fig. 9 einen Teilschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, welches sich von dem in Fig. 1-5 dadurch unterscheidet, daß die Abdichtfläche am Ventilgehäuse und das ringförmige Dichtungselement an der Ventilscheibe angeordnet ist,

Fig. 10 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit umgedrehtem ringförmigem Dichtungselement,

Fig. 11 eine andere Ausführung, bei der die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung auf ein Kugelventil übertragen wurde,

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Fig. 12

und 13 je eine unterschiedliche Winkelposition

des ringförmigen Dichtungselementes gegenüber der Abdichtfläche, im Gegensatz zu Fig.- 1 und 11,

Fig. 14 einen vergrößerten Teilschnitt, der zeigt, wie man das erfindungsgemäße ringförmige Dichtungselement an einem Durchflußsteuer-Kugelelement oder einem Durchflußsteuer-Scheibenelement anbringen kann, wenn sich die ringförmige Aüdichtflache an einem Ventilgehäuse befindet,

Fig. 15 einen ähnlichen Teilschnitt wie in Fig. 3, jedoch in abgewandelter Form mit einer in die Anfüllkammer eingesetzten Feder, und

Fig. 16

und 17 wiederum andere Ausführungsbeispiele der

Erfindung, bei denen das ringförmige Dichtungselement teilweise oder ganz aus Metall besteht.

Bei dem in den Fig. 1-5 dargestellten bevorzugten. Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um ein Scheibenventil .20 mit einem Ventilgehäuse 22, dessen durchgehender Durchflußkanal 24 beiderseits in konventioneller Weise mit je einer nur strichpunktiert angedeuteten Rohrleitung 26 bzw. 28 verbunden ist. Das Scheibenventil 20 ist mit den Enden der beiden Rohrleitungen 26, 28 mittels zweier Flansche 30, 32 und mehcerer über deren Umfang verteilter Schrauben 33 verbunden (Fig. I)-. Zur Abdichtung sind konventionelle Dichtungen 34, 36 auf im wesentlichen ebene Stirnflächen 38, 40 aufgelegt, welche jeweils die entgegengesetzten Enden des Durchflußkanales 24 zu beiden Seiten des Ventilgehäuses 22 eingrenzen. Wie sich aus Fig. 1 entnehmen läßt, bildet ein Profilring 23 die linke Abgrenzung des Scheibenventils 20.

Der Durchflußkanal 24 läßt sich mittels einer Durchflußsteuerscheibe 50 öffnen und schließen, die in Fig. 2 mit

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durchgehenden Linien in ihrer Schließstellung und mit unterbrochenen Linien in ihrer geöffneten Stellung darge,stellt ist. Zur Lagerung und Betätigung der Durchflußsteuerscheibe 50 im Ventilgehäuse 22 dient eine Welle 52, die in eine Bohrung 54 in einer Rückenverstärkung 56 der Durchflußsteuerscheibe 50 eingesetzt ist. Die Welle ist in der Verstärkung 56 durch Stifte 58 fixiert.

Der Umfang der Durchflußsteuerscheibe 50 ist als ringförmige Abdichtfläche 60 ausgebildet, die gemäß Fig. 4 und 5 im Schnitt verrundet und vorzugsweise sphärisch gekrümmt ist.

Wird die Durchflußsteuerscheibe 50 ir. ihre in Pig. I und mit durchgehenden Linien dargestellte Position gedreht, dann befindet sich ihre Abdichtfläche 60 genau gegenüber einem ringförmigen Dichtungselement 64, welches in einer ringförmigen Dichtungs-Aufnahmenut des Ventilgehauses· verankert ist. Im Schließzustand des Ventils liegt diese Aufnahmenut 66 der Abdichtfläche 60 nahe gegenüber. Aus der nachstehenden Beschreib,ung wird hervorgehen, wie die geometrische Gegenüberstellung der Nut 66, des Dichtungselementes 64 und der Abdichtfläche 60 in Verbindung mit einer gewissen Bewegungsfreiheit des Dichtungselementes 64 in der Nut 66 eine dynamische Abdichtwirkung des Ventils gegen Leckströmung ergibt.

Von den in Fig. 3-5 dargestellten unterschiedlichen Betriebsphasen zeigt Fig. 3 den Zustand der Dichtungsanordnung vor der Berührung des Dichtungselementes 64 mit der Abdichtfläche 60 der Scheibe 50. Fig. 5 zeigt den Anfangs-Dichtkontakt zwischen Dichtungselement 64 und ■Abdichtfläche 60, während schließlich Fig. 5 den Abdichtzustand darstellt, wie er unter Druckbelastung durch das

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Leitungsfluid in dynamischer Weise eintritt.

Aus Beschreibungsgründen unterscheidet man in Fig. 3-5 am Schnittbild des ringförmigen Dichtungselementes 64 einen ersten Schenkelabschnitt 70 mit integral anschließendem Verankerungsflansch und ferner einen integral an den ersten Schenkelabschnitt angeformten zweiten Schenkelabschnitt 72. Durch die dargestellte zurückgebogene Konfiguration des zweiten Schenkelabschnittes 72 entsteht ein Buchtabschnitt 74 und ein freies Ende 76 mit einer seitswärts hervorstehenden ringförmigen Lippe 78, deren Bedeutung später erläutert wird. .

Weil das freie Ende 76 des ringförmigen Dichtungselementes 64 über den Gesamtumfang hinweg vom zweiten Schenkelabschnitt 72 entfernt ist, befindet sich dort ein offener Zugang 80 zum Innern des Dichtungselementes 64, dessen Innenoberfläche eine Anfüllkammer 81 bildet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht dieser offene Zugang 80 und die Anfüllkammer 81 durchgehend über den gesamten Umfang des ringförmigen Dichtungselementes 64. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann dieser durchgehende Aufbau des Zuganges 80 sowie der Anfüllkammer 81 durch Rippen oder andere Elemente unterbrochen sein; es kommt im wesentlichen nur darauf an, daß ein Zugangsweg für Leitungsfluid besteht und daß der Innenraum bzw. die Innenräume mit Druck beaufschlagbar sind.

Der Verankerungsflansch des ersten Schenkelabschnittes ist außerhalb des Durchflußkanals 24 in der umlaufenden Dichtungsaufnahmenut 66 untergebracht, die aus Beschrei- ' bungsgründen in einen ersten inneren Abschnitt 82 und einen zweiten äußeren Abschnitt 84 unterteilt wird. Die sich im ersten Abschnitt 82 eng gegenüberliegenden Nut-

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wandungen 86 sind mit umlaufenden, in radialen Abständen verteilten Vorsprüngen 88 versehen, welche das elastische Material des Verankerungsilansches 70 verdrängen und mit Kaltfluß in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen eintreten lassen. Falls erwünscht, kann der Verankerungsflansch 70 gleich mit entsprechenden Rillen hergestellt werden.

Gemäß Fig» 3 und 4 ist im Schnittbild das Ventilgehäuse 22 in ein Gehäusehauptteil 25 und den angesetzten Profilring 23 unterteilt, und beide-zusammen bilden die Dichtungs-Aufnahmenut 66. Nach ,dem Einsetzen des Dichtungselementes 64 wird der Profilring 23 mittels nicht dargestellter Verbindungselemente in Position gebracht, "wobei automatisch die beschriebene Verankerung des Dichtungselementes* 64 stattfindet.

Zum zweiten äußeren Abschnitt 84 der Dichtungs-Aufnahmenut 66 gehören zwei sich in einem Abstand gegenüberliegende umlaufende Seitenwände 90 und 92, deren Abstand so gewählt ist, daß der im Querschnitt birnenförmige Buchtabschnitt 74 und der zweite Schenkelabschnitt 72 darin Pla-tz finden und der zweite Schenkelabschnitt 72 sich frei bewegen kann. Diese Bewegungsinöglichkeit ist wichtig, um die erfindungsgemäße dynamische Abdichtwirkung unter Druckbelastung zu erzielen.

Das äußere Ende der Seitenwand 90 der Dichtungs-Aufnahmenut 66 bildet eine bereits erwähnte Schulter 94, an welcher die Lippe 78 sich abstützt, um den zweiten rückgeholten Schenkelabschnitt 72 des Dichtungselementes im Betrieb korrekt zu positionieren, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.

Fig. 3 zeigt den Zustand der erfindungsgemäßen Dichtungs-

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anordnung zum Zeitpunkt vor der Bewegung der Durchflußsteuerscheibe 50 in eine geschlossene Position, wo deren Abdichtfläche 60 dem ringförmigen Dichtungselement 64 genau gegenüberliegt. Ih dem Zustand von Fig. 3 ragt der Buchtabschnitt 74 des Dichtüngselementes 64 ein gutes Stück aus dem offenen Ende der Dichtungs-Auf nahmenut 66 heraus. In Fig. 3 liegt die Lippe 78 auf der Schulter 94 auf, sie grenzt das Herausragen des Buchtabschnittes 74 und hält denselben in richtiger Position. Dies ist wichtig, weil das durch das Ventil im voll- oder teilweise geöffneten Zustand hindurchfließende Fluid die Möglichkeit hat, in den Innenraum des Dichtungselementes einzutreten und dessen umgelegten Schenkelabschnitt zu strecken, so daß das freie Ende desselben aus der Nut heraustreten könnte. Sollte dieser Fall eintreten, so besteht beirrt nachfolgenden Schließen des Ventils die Gefahr, daß der zweite Schenkelabschnitt zwischen der Abdeckfläche 60 und der Wandung des Durchflußkanals 24 eingeklemmt und beschädigt wird.

Das Dichtungselement 64 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, bevorzugt wird jedoch ein harter Kunststoff wie verstärktes Teflon oder KeI-F für normale oder kryogene Anwendungsfälle, ein Polyäthylen oder Polytetramethylenterephthalat mit extrem hohem Molekulargewicht für Strahlungsresistente nukleare Anwendungsfälle, oder andere ähnliche Materialien, je nach Verwendungszweck der Ventile, Ferner besteht die in Fig. 16 und 17 angedeutete Möglichkeit, das. Dichtungselement ganz oder teilweise aus Metall herzustellen. Auf jeden Fall ist das ringförmige Dichtungselement relativ steif und besitzt' eine innere Elastizität, welche den zurückgeholten zweiten Schenkelabschnitt 72 veranlaßt, sich in gewissem Grad zu strecken. Diese Streckung wird im montierten Zustand verhindert, weil die Lippe 78 auf

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der Schulter 94 aufliegt.

Fig. 4 zeigt den ersten Anfangskontakt, und zwar in Abwesenheit von Fluid im Durchflußkanal 24. Verschiebt sich die Abdichtfläche 60 zur Dichtungs-Aufnahmenut hin, dann berührt sie den Buchtabschnitt 74 des Dichtungselementes 64 und drückt dabei den zweiten Schenkelabschnitt 72 desselben in die Aufnahmenut hinein. Dabei hebt sich gemäß Fig. 4 die Lippe 78 von der Schulter 94 ab. Weil das Material des Dichtungselementes 64 relativ steif ist, wird immer ein mechanischer Kontakt zwischen Buchtabschnitt 74 und Abdichtfläche bestehen. Da sich jedoch beim Schließen des Ventils der Buchtabschnitt frei zurückbewegen kann, sind die Betätigungskräfte am Ventil gering. Andererseits wird gleichzeitig mit dem Abheben der Lippe 78 von der Schulter 94 der Weg für das im Durchflußkanal 24 befindliche Fluid frei zur inneren Anfüllkammer 81 des Dichtungselementes.

Man beachte ferner bei der Dichtungsaufnahmenut 66^ daß die Seitenwand 90 eine.Krümmung besitzt, welche dem freien Ende 76 genug Freiheit zum Hineinbewegen in den Innenraum der Nut läßt. Außerdem besitzt die Außenkante der gegenüberliegenden Seitenwand 92 einen engem Abstand von der Abdichtfläche 60, und es entsteht hier eine umlaufende Abdichtecke 100. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel stehen Seitenwand 92 und Abdichtfläche 60 im wesentlichen rechtwinklig aufeinander; unter Hinweis auf Fig. 12 und 13 sei jedoch erwähnt, daß diese Lage nicht absolut kritisch ist.

Wird gemäß Fig. 5 bei geschlossenem Ventil in Richtung eines Feiles 102 Druckfluid in den Durchflußkanal

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eingelassen, dann gelangt das Fluid an der von der Schulter 94 abgehobenen Lippe 78 vorbei in den äußeren Abschnitt 84 der Dichtungs-Aufnahmenut 66 und von dort über den offenen Zugang 80 in die Anfüllkammer 81 des ringförmigen Dichtungselementes 64. Je nach dem Innendruck des Leitungsfluid 102 wird der Buchtabschnitt 74 von innen her ,mit einer Kraft beaufschlagt, welche die-sen in Richtung auf die Abdichtecke 100 bewegt. Dabei schmiegt sich der Buchtabschnitt noch enger an die Abdichtfläche 60 und außerdem an die Seitenwand 92 an. Dabei wird das Material des rückgebogenen zweiten Schenkelabschnittes 72 in die Abdichtecke 100 hineingepreßt, und es entsteht eine zuverlässig dichte Fluidabdichtung.

Während bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1-5 der zurückgebogene zweite Schenkelabschnitt 72, welcher den offenen Zugang 80 bildet, von der Ventilwelle 52 abgekehrt ist, liegen die Verhältnisse bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 genau umgekehrt, denn hier liegt der offene Zugang 80 auf der Ventilwellen-Seite. Wichtig ist hierbei, daß die durch das ringförmige Dichtungselement 64 gebildete Dichtungsanordnung eine Einweg-Dichtung darstellt, daß heißt eine effektive Abdichtung gegen hohen Differenzialdruck besteht nur dann, wenn die Fluid-Flußrichtung 102 gegen den offenen Zugang 80 gerichtet ist. Befindet sich jedoch Fluid auf der entgegensetzten Seite des Dichtungselementes 64,dann kann dieses Fluid den Buchtabschnitt 74 hochdrücken und hindurchtreten, sobald der Fluidruck die elastische Kontaktkraft zwischen Dichtungselement und Abdichtfläche übersteigt.

Nachfolgend werden abgewandelte Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 6-17 beschrieben. In diesem

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Zusammenhang sind bereits zuvor beschriebene Einzelheiten mit gleichen Bezugszahlen, jedoch unter Zusatz von a, b einem · o. dgl. gekennzeichnet.

Soll- eine Abdichtwirkung gegen einen Hochdruck-Fluidstrom in beiden Richtungen erzielt werden, dann verwendet man ein Scheibenven.til 20a gemäß Fig. 6 mit Doppeldichtung. Ein solches Ventil ist in der Fachwelt unter der Bezeichnung "double-block-and-bleed"-Anordnung bekannt. Bei dem Doppelventil von Fig. 6 liegen der besonders breitgestalteten Abdichtfläche 60a zwei Dichtungs-Aufnahmenuten 66a gegenüber, die im wesentlichen der zuvor beschriebenen entsprechen, jedoch spiegelbildlich zueinander zu beiden Seiten einer in Fig. 6 angeschnittenen Leckleitung' 110 angeordnet sind, die in einen dazwischenliegenden Wandabschnitt 108 des Gehäuses einmündet. Die offenen Zugänge 80a beider Dichtungselemente 64a sind dabei jeweils auf die benachbarten Seiten der Durchflußsteuerscheibe 50a gerichtet, so daß der durch Feile 104 und 106 angedeutete Leitungsdruck jeweils auf dai; ihm zugekehrte Dichtungselement 64a einwirken kann.

Die Leckleitung 110 verbindet den Durchflußkanal 24a zwischen den beiden Dichtungselementen 64a durch das Ventilgehäuse hindurch mit der Außenwelt. Sollte eines der beiden ringförmigen Dichtungselemente 64a im Betrieb ausfallen, dann würde das Leckfluid durch die Leckleitung 110 hindurch nach außen fließen, wie durch einen Feil 112 angedeutet ist. Diese Erscheinung würde als Indikator für den Ausfall eines Ring-Dichtungselementes dienen.

Ein solches Doppelventil wird oft in Verbindung mit

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chemischen und/oder Petrolium-Produkten benutzt, insbesondere dann, wenn man diverse Fluid-Produkte trennen möchte. In solchen Fällen ist es äußerst wichtig, die Vermengung solcher Flüssigkeiten auf entgegenaesetzten Seiten des Ventils zu verhindern. Bei solchen Installationen erfüllt die "doubleblock-and-bleed"-Anordnung gemäß Fig. 6 zwei wichtige Funktionen. Die erste ist die zuvor erwähnte Indikatoreigenschaft, durch die bei Versagen eines Dichtungselementes Flüssigkeit durch die Leckleitung 110 nach aUßen tritt. Das austretende Produkt läßt sich analysieren und zur präzisen Aussage darüber heranziehen, welches der beiden Dichtungselemente versagt hat. Die zweite Funktion besteht darin, daß die Leckleitung 110 eine Druckentlastung bildet. Sobald Fluid an einem der beiden Dichtungselemertte 64a vorbeigelangt und in den Zwischenraum zwischen den Dichtungselementen eintritt, wird ein Druckaufbau dort wirksam verhindert, weil überschüssiges Fluid ins Freie abgeleitet wird. Wäre dieser Fall nicht gegeben, dann könnte sich durch ständigen Leckverlust ein Druck zwischen den Dichtungselementen aufbauen und das eine oder das andere abheben, so daß es zu einer Vermischung der verschiedenen Produkte käme.

Sollten jedoch die vorerwähnten Leckeigenschaften des Doppelventils von Fig. 6 nicht gefragt sein, dann könnte man die Leckleitung 110 auch fortlassen, ohne sich'aus dem Rahmen der -Erfindung herauszubewegen.

In Fig. 7 und 8 ist ausschnittsweise dargestellt, wie man durch besondere Gestaltung der Lippe am freien Ende des zweiten Schenkelabschnittes 72 erreichen kann» daß auch bei an der Schulter anliegender Lippe Fluid.aus der

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Anfüllkammer des sogestalteten ringförmigen Dichtungselementes Fluid abgeleitet werden kann. Diese Drainage ist nämlich in verschiedenen Fällen wichtig, nämlich zunächst in dem Falle, wenn das zunächst geschlossene . Ventil geöffnet wird, so daß in der Anfüllkammer vorhandenes Fluid eingesperrt würde. Falls das anschließend hindurchgeleitete Fluid Dampf oder ein anderes Produkt mit hoher Temperatur wäre, dann könnte die eingeschlossene Flüssigkeit verdampfen und einen Innendruck erzeugen, der zum Herausblasen der Dichtung ausreichen könnte. Zweitens ist diese angedeutete Drainageanordnung in solchen Fällen erwünscht, wo im offenen Ventilzustand Flüssigkeit an der Lippe vorbei in die Anfüllkammer gelangt und anschließend ein schnelles Schließen des Ventils erfolgt. Unter diesen Bedingungen würde die Einwärtsbewegung des Dichtungselementes gegenüber ihrer Aufnahmenut beim schnellen Schließen des Ventils diese Flüssigkeit verdrängen, und wenn sie nicht schnell genug entweicht, kommt es zu Gegenkräften, welche die Einwärtsbewegung des Buchtabschnittes behindern. In diesem Falle könnte das Dichtungselement zwischen Ventilgehäuse und Durchfluß-Steuerscheibe 50 eingeklemmt werden. Aufgrund der nachfolgend beschriebenen Maßnahmen entsteht eine Unterbrechung in der Lippenauflage gegenüber der Schulter, die sicherstellt, daß die zuvor diskutierten Probleme vermieden werden.

Gemäß Fig. 7 ist die Unterseite der Lippe 78· mit mehreren wellenförmigen Vjrsprüngen 122 versehen, deren Scheitel auf der.Schulter 94' aufliegen. Zwischen jeweils zwei benachbarten Vorsprüngen 122 entsteht immer ein Durchlaßkanal 124. Di^ Öurchlaßkanäle 124 verbinden das Innere des äußeren Abschnittes 84' der betreffenden Aufnahmenut mit dem zentralen Durchflußkanal 24' und

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lassen ungehindert das Abfließen von Fluid zu, welches im Innenraum des Dichtungselementes 64· zurückgeblieben ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 werden die Abflußkanäle aus der Anfüllkammer 81'· durch Löcher 126 gebildet, die unterhalb der Lippe 78' ·· in den freien Endabschnitt 76·' des Dichtungselementes 64** eingebohrt oder in anderer Weise eingeformt sind. Außer den in Fig. 7 und 8 dargestellten beiden Drainagemoglichkeiten können selbstverständlich im Sinne der Erfindung auch andere gleichwertige Konstruktionen angewendet werden. Beispielsweise könnte die Schulter 94· oder 94'· mit eingebohrten oder in anderer Weise eingearbeiteten Kanälen versehen sein, beispielsweise in· Form von Nuten, Vorsprüngen o. dgl. Eine weitere Möglichkeit zur Fluid-Drainage aus dem Innenraum des Dichtungselementes besteht gemäß Fig. 9 darin, daß man Drainage-Kanäle 126b in den Profilring 23 bzw. 130 außerhalb der Schulter 94 hineinbohrt.

Fig. 9 zeigt im Ausschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Scheibenventil, bei dem die Dichtungs-Aufnahmenut 66b in die Durchfluß-Steuerscheibe 50b eingearbeitet ist, welches in diesem Falle das ringförmige Dichtungselement 64b trägt. Dementsprechend befindet sich hier die ringförmige Abdichtfläche 60b auf der Innenseite des Ventilgehäuses 22b, nämlich an der Außenwand des Durchflußkanals 24b. Dichtungselement 64b und Aufnahmenut 66b sind im wesentlichen gemäß den vorhergehenden Beschreibungsteilen gestaltet und funktion!aren in gleicher Weise. In diesem Falle ist das Dichtungselement 64b mit Hilfe eines abnehmbaren Profilringes 130 festgesetzt, der seinerseits in konventioneller Weise befestigt wurde. Die Drainagekanäle 126b wurden bereits erwähnt.

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Das in Fig. 11 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein mit der erfindungsgemäßen Abdichtanordnung ausgestattetes Kugelventil 132, dessen vorbenutzte Bezugszahlen mit dem Buchstaben c gekennzeichnet sind. Im Durchflußkanal 140 des Ventilgehäuses 136 dieses Kugel-· ventils 132 befindet sich ein mit einer Durchflußöffnung 137 versehenes Durchfluß-Steuerkugelelement 134, welches mittels einer Steuerwelle 138 im Gehäuse 136 verdrehbar gelagert ist und jeweils eine offene und eine geschlossene Ventilstellung einnehmen kann.

Der sphärisch gekrümmten Abdichtfläche 60c auf der Außenseite des Kugelelementes 134 liegt die in das Ventilgehäuse 136 eingeformte Dichtungsaufnahmenut 66c mit dem darin eingelassenen ringförmigen Dichtungselement 64c gegenüber. Wut und Dichtungselement sind in zuvor beschriebener Weise gestaltet, und der übrige Aufbau des Kugelventils 132 ist konventionell, so daß sich weitere Einzelheiten erübrigen.

Da das Kugelventil 132 nur ein Dichtungselement besitzt, ist es ein Einweg-Ventil. Durch Anordnung eines zweiten Dichtungselementes auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 136 könnte man ein Zweiweg-Ventil nach dem zuvor beschriebenen Prinzip der "double-block-and-bleed" -Anordnung herstellen.

Bei der einleitend in Verbindung mit US-Pt 3 563 510 erwähnten bekannten Dichtungsanordnung hat sich herausgestellt, daß man die maximale Abdichtwirkung nur erzielt, wenn das der Abdichtfläche gegenüberliegende Dichtungselement nicht mehr als 15° von der Senkrechten darauf abweicht. Das Dichtungselement 64c von Fig. 11 ist zwar so angesetzt, jedoch kann man bei der erfindungsgemäßen

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Konstruktion davon ausgehen, daß diese etwa senkrechte Anordnung nicht notwendig ist, um eine gute Abdichtwirkung zu erzielen. So nehmen z. B. die Dichtungselemente 64c in Fig.. 12 und- 13 unterschiedliche Winkel gegenüber der Abdichtfläche 60c ein; die Abweichungen gegenüber der Senkrechten betragen hier 30 bzw. 45 . Selbstverständlich sind in beiden Fällen das Dichtungselement 64c und ihre Dichtungs-Aufnahmenut 66c von ringförmiger Konfiguration, und die Querschnittsgestaltung muß jeweils entsprechend angepaßt werden.

Im Gegensatz zu Fig. 11-13 sitzt in Fig. 14.das ringförmige Dichtungselement 64d auf dem Durchflußsteuer-Kugelelement 134d, während das Ventilgehäuse 136d die Abdichtfläche 6Od trägt. Das Kugelelement 134d bildet zusammen mit einem aufgeschraubten Profilring 142 die Dichtungsaufnahmenut 66d. Darin ist das Dichtungselement 64d so in Position eingeklemmt, daß sein Buchtabschnitt 74d die gegenüberliegende Abdichtfläche 60d berührt. Funktion und Aufbau des Dichtungselementes 64d und der Aufnahmenut 66d entspricht der vorhergehenden Beschreibung, so daß sich weitere Erläuterungen erübrigen.

Während bei sämtlichen zuvorbeschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung im wesentlichen das, gleiche ringförmige Dichtungselement benutzt wurde wie im Zusammenhang mit den Fig, 1-5 beschrieben, enthält das Dichtungselement 64 von Fig. 15 eine Spanneinrichtung in Form einer in dessen Anfüllkammer 81 untergebrachten ringförmigen Schraubenfeder 144, welche den zweiten Schenkelabschnitt 72 in die dargestellte Lage vorspannt, mit fest auf der Schulter 94 aufliegender Lippe 98 und mit aus der Nut herausragendem Buchtabschnitt 74. Unter anderem verhindert diese Schraubenfeder 144, daß der Buchtabschnitt

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74 des Dichtungselementes 64 nachgibt, wenn Fluid gegen seine in Strömungsrichtung vordere oder hintere Seite drückt. Außerdem läßt sich mittels dieser Schraubenfeder 144 der Anfangs-Abdichtdruck kontrollieren und/oder vergrößern, bevor der Leitungsdruck innerhalb der Anfüllkammer 81 wirksam wird, ohne ein relativ steifes Material benutzen zu müssen.

Die Ausführungsbeispiele von Fig. 16 und 17 eignen sich für Anwendungsfälle, wo besonders hohe Temperaturen auftreten. Das Dichtungselement 64e von Fig. 16 eignet sich für diese Fälle, es besitzt einen zweiten Schenkelabschnitt 72e aus einem Metall, welches Federeigenschaften sowie eine besonders hohe Resistenz gegenüber Hitze und Korrosion besitzt; solche Materialien können Edelstahl oder andere Legierungen sein. Ansonsten entspricht der Schenkelabschnitt 72e in Konfiguration und Betriebsweise im wesentlichen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Der mit dem zweiten Schenkelabschnitt 72e integral verbundene erste Schenkelabschnitt 7Oe umfaßt einen Flanschabschnitt 146, der sandwichartig zwischen zwei Scheiben 148 und 150 aus elastischem Dichtungsmaterial eingeschlosser mit diesen verbunden ist. Beim Einklemmen des Dichtungselementes werden die Scheiben 148 und 150 deformiert und fließen unter Kaltfluß in die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 88e der Nut hinein. Für die Funktion der Dichtung sind diese Scheiben 148 und 150 nicht unbedingt erforderlich, wenn man den ersten Schenkelabschnitt 7Oe in der Nut 66e in anderer konventioneller Weise abdichtet.

Bei dem Ausführungsbeispiel-von Fig. 17 ist das Dichtungs-

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element 64e mit einer internen Vorspanneinrichtung in Form der ringförmigen Schraubenfeder 144e versehen, ähnlich wie beim Aus-führungsbeispiel von Fig. 15.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine neuartige Abdichtungsanordnung für Ventile, deren mit einem Durchflußkanal versehenes Ventilgehäuse in diesem Kanal ein drehbar gelagertes Durchfluß-Steuerelement enthält, das sich zwischen einer geöffneten und geschlossenen Stellung des Ventils bewegen läßt. Entweder im Gehäuse oder im Steuerelement ist eine ringförmige Abdichtfläche vorgesehen, und daß jeweils andere Element enthält eine dieser Abdichtfläche eng gegenüberliegende Dichtungsaufnahmenut mit einem darin angeordneten ringförmigen Dichtungselement. Geschnitten unterscheidet man an diesem Dichtungselement, einen ersten Schenkelabschnitt mit einem zwischen gegenüberliegenden Wänden der Dichtungsaufnahmenut eingeklemmten Verankerungsflansch und einen zweiten Schenkelabschnitt mit einem hakenartig zurückgebogenen zweiten Schenkelabschnitt, der einen aus der Dichtungs-Aufnahmenut hervorstehenden Buchtabschnitt bildet. Auf diese Weise nimmt dieses zurückgebogene freie Ende einen Abstand vom übrigen Dichtungselement ein und bildet eine offene Mündung, durch die Leitungsfluid' in den Innenraum bzw. die Anfüllkammer des ringförmigen Dichtungselementes, eintreten und daß Dichtungselement durch Druckbelastung abdichtend an die gegenüberliegende ringförmige Abdichtfläche sowie an die Seitenwand der Dichtungs-Aufnahmenut andrücken kann. Ferner ist an dem freien Ende des zweiten Schenkelabschnittes eine seitwärts abstehende Lippeneinrichtung vorgesehen, die auf einer Schulter aufliegt,

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welche an der gegenüberliegenden Seitenwand der Dichtungs-Aufnahmenut angeordnet ist. Auf diese Weise wird der zurückgebogene hakenartige zweite Schenkelabschnitt des Dichtungselementes innerhalb der Dichtungs-Aufnahmenut festgehalten und ferner die Ausdehnung des Buchtabschnittes aus der Aufnahmenut heraus begrenzt.

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Claims

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Ansprüche

l.J Ringförmiges Dichtungselement für ein Ventil mit einem einen Durchflußkanal bildenden Ventilkörper-Element und einem diesem gegenüber zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zum Öffnen und Sperren des Durchflußkanals bewegbaren Durchfluß-Steuerelement, mit einer ringförmigen Abdichtfläche an dem einen der beiden Elemente sowie mit einer durch entgegengesetzte ringförmige Seitenflächen gebildeten ringförmigen Ringdichtungs-Aufnahmenut an dem anderen Element, welche so orientiert ist, daß sie der Abdichtfläche nahe gegenüberliegt, und mit einem ringförmigen Dichtungselement, das einen ersten Abschnitt, der einen Befestigungsflansch bildet, und einen zweiten Abschnitt, der ausgehend von ier Aufnahmenut mit der Abdichtfläche in Eingriff br4-ngbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite Abschnitt (72) im Schnitt eine rückgewölbte hakenartige Konfiguration mit einem birnenartigen Buchtabschnitt (74) und einem freien Ende (76) besitzt, und daß dieses freie Ende einen Abstand von dem zweiten Abschnitt (72) besitzt und dadurch eine,zu einer durch die rückgewölbte hakenförmige Konfiguration gebildeten Anfüllkammer (81) führende offene Mündung (80) bildet, so daß Leitungsfluid in die Aufnahmenut (66) eintreten und durch die offene Mündung in die AnfülUeammer hindurchtreten kann, um das Innere des ringförmigen Dichtungselementes mit einem Druck zu belasten und den Buchtabschnitt (74) abdichtend an die Abdichtfläche (60) anzudrücken. ~
2. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß an' das freie Ende (76) eine sich zu der Anfüllkammer (81) nach außen erstreckende Lippe (78) angeformt ist, die durch Anliegen an einer Schulter (94), welche in eine Wand (^C_O) der Aufnahmenut (66) eingeformt ist, das Hinausragen des Buchtabschnittes (74) aus der Aufnahmenut begrenzt.
3. Dichtungselement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine den gegenseitigen Oberflächenkontakt zwischen Lippe (78) und Schulter (94) unterbrechende Einrichtung (122, 124), so daß Fluid in die Anfüllkammer (81) des ringförmigen Dichtungselementes (64) ein- und austreten kann, auch wenn die Lippe an der Schulter anliegt.
4. Dichtungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese unterbrechende Einrichtung aus einem oder mehreren in Abständen voneinander über den Umfang verteilten, an die Lippe (78) angeformten Vorsprüngen (122) besteht, welche einen bzw. mehrere Fluid-Durchlaßkanäle (124) bilden, wenn·die Lippe an der Schulter anliegt.
5. Dichtungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das freie Ende (76) ein oder mehrere Durchgangskanäle (126) für den Fluid-Durchtritt von und zu der Anfüllkammer (81) eingeformt sind.
6. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rückgewölbte zweite Abschnitt (72) des Dichtungselementes (64) aus Metallblech besteht (Fig. 16, 17).
7. Dichtungselement nach Ansprüjgh 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem den Veranke^rürigsflansch bildenden

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ersten Abschnitt (74) ein Flanschteil (146) aus Metall gehört, dessen entgegengesetzte Oberflächen mit je einer Schicht (148, 150) aus einem nichtmetallischen Werkstoff belegt sind, und daß diese Schichten von den Seitenwänden (88) im inneren Abschnitt (82) der Dichtungs—Aufnahmenut (66) erfaßt werden, um das ringförmige Dichtungselement fest in Position zu verankern.
8. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Innern des rückgewölbten zweiten Abschnittes (72) angeordnete Federeinrichtung (144) zur Verbesserung des Anfangs-Abdichtkontaktes des Buchtabschnittes (74).
9. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Schulter (94) angrenzende Seitenwandfläche (90) der Dichtungs-Aufnahmenut (66) bogenförmig ausgebildet ist, so daß der freie Endabschnitt (76) mit der Lippe (78) nach Kontakt des Buchtabschnittes· (74) mit der Abdichtfläche (60) sich frei in die Dichtungsaufnahmenut hineinbewegen kann.
10. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der die Schulter (94) enthaltenden Seitenwandfläche (90) der Dichtungs-Aufnahmenut (66) gegenüberliegende umlaufende Abdichtecke (100), in welche der Buchtabschnitt (74) durch den in der Anfüllkammer (81) wirksamen Leitungsfluiddruck hineingedrückt wird, so daß ein Vorbeiströmen des Leitungsfluid an der Abdichtecke verhindert wird.
11. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungs- Auf-

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nahmenut (66) an das Gehäuse (22) des Ventils, und die Abdichtfläche (60) an das Durchfluß-Steuerelement (50) angeformt ist (ζ. Β. Fig. 1-5).
12. Dichtungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungs-Aufnahmenut (66) an das Durchfluß-Steuerelement (50), und die Abdichtfläche (60) an das Gehäuse (22) des Ventils angeformt ist (z. B. Fig. 10).
13. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchfluß-Steuerelement ein mit einem Durchbruch C137) versehenes und in der Ventilkammer in Verbindung mit dem Durchflußkanal (140) des Ventilgehäuses (136) zwischen einer geöffneten und geschlossenen Stellung bewegbares Kugelelement (134) ist (Fig. 11).
14. Dichtungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchfluß-Steuerelement (50) ein im Durchflußkanal (24) angeordnetes und mittels einer Welle (52) gegenüber dem Ventilgehäuse (22) zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verdrehbares Scheibenelement ist, das in der Strömung zugekehrter Oberfläche im vollständig geschlossene Ventilzustand senkrecht, und im vollständig geöffneten Zustand parallel zur Achse des Durchflußkanals (24) verläuft (z. B. Fig. 1-5).
15. Dichtungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei nebeneinander liegenden ringförmigen Dichtungs-Aufnahmenuten (66a) ein Paar von spiegelbildlich angeordneten, entgegengesetzten Richtungen zugekehrten ringförmigen

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Dichtungselementen (64a) angebracnt sind, die räumlich getrennt mit der ringförmigen Abdichtfläche (60a) in Eingriff bringbar sind, und daß ein Kanal (110) von außen her durch das Ventilgehäuse bis in den Durchflußkanal geführt ist, der an einer zwischen den Äbdichtzonen der beiden Dichtungselemente gegenüber der ringförmigen Abdichtfläche liegenden Stelle einmündet, so daß durch das eine oder andere Dichtungselement hindurchleckendes Fluid durch diesen Kanal abfließen kann (Fig. 6).

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