DE2534316A1

DE2534316A1 - Ventildichtung fuer ein absperrventil

Info

Publication number: DE2534316A1
Application number: DE19752534316
Authority: DE
Inventors: Michael Everette Hargrave
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-31
Publication date: 1976-02-12
Also published as: GB1521908A; FR2280842B1; BR7504916A; AU8354175A; NL7509017A; FR2280842A1; CA1018962A; JPS5138130A; US3960364A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2534316 PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 26 264 31. Juli 1975

FISHER CONTROLS COMPANY, INC. Marshalltown, Iowa 5OI58 / U.S.A.

Ventildichtung für ein Absperrventil

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventildichtung für ein Absperrventil, insbesondere für ein Hochdruck-Absperrventil.

In Leitungssystemen, insbesondere Hochdruck-Leitungssystemen ist häufig die Verwendung von Steuer- oder Absperrventilen erforderlich, welche auch bei Erosion von Metalloberflächen, Korrosion und Vorhandensein von !Feststoffteilchen in dem zu steuernden Strömungsmittel im wesentlichen

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t (089) 98 82 72 8 Manchen 80, Mauerkircherstnße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank Manchen 4S3100

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dicht und lecksicher sind und bleiben. Herkömmliche Ventile mit metallenem Sitz und metallenem Absperrglied können zunächst vollkomen dicht schließen, Unter dem Einfluß von Erosion und Korrosion der in gegenseitige Anlage kommenden Metallflächen beginnen sie jedoch ziemlich bald zu lecken, so daß sie repariert oder ausgetauscht werden müssen. Die Erfindung schafft eine Lösung dieser bei Verwendung bekannter Ventile auftretenden Probleme.

Bekannte Ventile mit nachgiebigen, nicht metallischen Sitzflächen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 2 060 748, 3 327 991, 3 4-10 524 und 3 809 362 beschrieben. Bei den in den genannten Veröffentlichungen beschriebenen Ventilsitzanordnungen ist jeweils ein aus einem Polymer oder Elastomer geformter Sitzring teilweise in eine einen Ventileinlaß umgebende ringförmige Ausnehmung eingesetzt. Die ringförmige Ausnehmung ist an der radial äußeren Seite durch den Ventilkörper begrenzt, und an der radial inneren Seite durch eine Buchse, welche unter Kompression und Verformung des Sitz- oder Dichtungsrings verschieblich im Einlaß geführt ist. Bei axialer Verschiebung der Buchse wird die Sitzfläche des bekannten Dichtungsrings für die Anlage der Sitzfläche eines Absperrglieds freigelegt. Dabei bildet ein Teil des Absperrglieds einen Kolben, welcher an der Buchse angreift und sie bei Bewegung des Absperrglieds in die Schließstellung unter Kompression des Dichtungsrings in Axialrichtung verschiebt.

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Bei diesen bekannten Ventilen ergibt sich aus der Elastizität des verformbaren Dichtungsrings eine Kraft zum Zurückführen der Buchse in die Ausgängsstellung beim Öffnen des Ventils. Dadurch, daß sich das ursprüngliche Volumen, die Form und die Elastizität des Dichtungsrings im Gebrauch erheblich verändern können, ist es möglich, daß die Buchse bei jedem Schließen und Öffnen des Ventils nicht wieder in die gleiche Stellung zurückbewegt wird. Ein Dichtungsring etwa aus einem Fluokohlenstoffpolymer wie Polytetrafluoräthylen od. dergl. kann beispielsweise durch Kaltfließen verformt werden. Außerdem erstreckt sich der Dichtungsring bei diesen bekannten Ventilen über ein beträchtliches Stück in Axialrichtung des Ventileinlasses, so daß Temperaturänderungen des das Ventil durchströmenden Strömungsmittels erhebliche Wärmedehnung und -schrumpfung des Dichtungsrings bewirken und damit die Wirkung des Ventils beeinträchtigen können.

Die Erfindung schafft eine Ventil-Dichtungsanordnung mit einem vor Erosion oder Beschädigung durch das das Ventil durchströmende Strömungsmittel geschützten, weichen Dichtungsring und einer den Dichtungsring schützenden Buchse, welche beim öffnen des Ventils immer in die gleiche Ausgangsstellung zurückbewegt wird.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ventildichtung erfährt im Gebrauch keine wesentlichen Änderungen seiner Abmessungen, wie sie insbesondere durch Temperaturänderungen im das

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Ventil durchströmenden Strömungsmittel hervorgerufen werden können.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Ventildichtungsanordnung ist zum sicher abdichtenden Schließen des Ventils eine geringere Betätigungskraft erforderlich als bei bekannten Ventilen. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ventildichtung ist vor Beschädigungen durch übermäßig große Betätigungskräfte beim Schließen des Ventils geschützt und in der Schließstellung des Ventils vollständig eingeschlossen, so daß es nicht gequetscht oder extrudiert und dadurch vorzeitig zerstört werden kann.

Gemäß der Erfindung ist ein im wesentlichen ringförmiges Ventildichtungsteil etwa aus einem Halogen-Kohlenstoffpolymer oder einem anderen verformbaren Werkstoff in eine ringförmige Ausnehmung in der Wandung eines ersten Ventilteils eingesetzt. Die Wandung dieses Ventilteils, welches ein Absperrglied, ein Einlaß oder ein Auslaß des Ventils sein kann, ist so ausgebildet, daß ein ringförmiges Teil der Ventildichtung von einer ringförmigen Sitzfläche eines zweiten Ventilteils aus sichtbar ist, wobei die Dichtung zwischen der ringförmigen Ausnehmung und einem Halteteil so festgehalten ist, daß sie sich nicht vom zweiten Ventilteil weg bewegen kann. Am ersten Ventilteil ist ein in Richtung auf das zweite Ventilteil hervorstehendes, um wesentlichen zylindrisches oder ringförmiges Halteteil zum Festhalten der Dichtung in der ringförmigen Ausnehmung verschieblich angeordnet und federnd in Richtung auf das

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zweite Ventilteil belastet. Eines der beiden Ventilteile ist in einer Ventilkammer auf das andere Ventilteil zu und von ihm weg bewegbar. Zum Schließen des Ventils werden die beiden Teile in gegenseitige Anlage bewegt, wobei das Halteteil entlang der Oberfläche des ersten Ventilteils verschoben wird, bis das freiliegende ringförmige Teil der Dichtung in Anlage an der Sitzfläche kommt, während das Halteteil andere Teile der Dichtung abstützt, um ein Quetschen oder Extrudieren derselben zu verhindern. Beim Öffnen des Ventils wird das Dichtungs-Halteteil in Richtung auf das zweite Ventilteil vorgeschoben, so daß es die Dichtung schützend abdeckt.

Die Erfindung schafft also eine lecksichere Dichtungsanordnung für ein Absperrventil, mit einem leicht verformbaren, ringförmigen Dichtungsteil, welches in eine ringförmige Nut eines Ventilteils eingesetzt Lj. Das Dichtungsteil ^A st von einem verschieblichen Halteteil in der Nut gehalten und vor Ersosion durch ein vorüberströmendes Strömungsmittel geschützt. In der geöffneten Stellung des Ventils ist das Halteteil federnd in eine Stellung belastet, in welcher es das Dichtungsteil vor Erosion oder sonstiger Beschädigung schützt. Beim Schließen des Ventils wird das Halteteil gegenüber einer Oberfläche des Dichtungsteils sowie gegenüber einem Ventilteil verschoben, so daß das Dichtungsteil in abdichtende Anlage an einer Sitzfläche des Ventils kommen kann.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung

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anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher gleiche oder einander entsprechende Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:

Fig.1a eine Schnittansicht eines Ventils mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in geöffneter Stellung,

Fig.1b eine Schnittansicht des in Fig. 1a gezeigten Ventils in geschlossenem Zustand,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Einlaßteils eines Ventils mit einer anderen Ausführungsform der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung mit an einem Absperrglied angebrachter Dichtungsanordnung.

In Fig. 1a und 1b erkennt man einen Ventilkörper 1 mit einem Einlaß 2, einer Ventilkammer 3, einem (nicht dargestellten) Auslaß und einem in der Kammer 3 angeordneten Absperrglied 4-, welches mittels (nicht gezeigter) Betätigungseinrichtungen auf den Einlaß 2 zu und von ihm weg bewegbar ist. In der Wandung des Einlasses 2 ist eine ringförmige Ausnehmung oder Nut 5 gebildet. In dieser sitzt ein ringförmiges Dichtungsteil 6 aus verformbarem Werkstoff, etwa einem Halogen-Kohlenstoff polymer, welches chemisch und physikalisch widerstandsfähig gegen ein das Ventil durchströmendes Strömungsmittel ist. Ein zwischen dem Dichtungsring 6 und der Kammer 3 verlaufendes Teil 7 des Einlasses hat einen größeren Durchmesser als das an der Zuströmseite der Dichtung 6 liegende

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Teil des Einlasses 2. Der Innendurchmesser des Dichtungsrings 6 ist im wesentlichen gleich dem des zuströmseitigen Teils des Einlasses 2. An der der Kammer 3 abgewandten Seite ist der Dichtungsring 6 also durch eine hervortretende untere Wandung 8 der ringförmigen !Tut 5 gestützt, während ein ringförmiges Teil 9 der Dichtung 6 von der Kammer 3 B.ns sichtbar ist. In der in Fig. 1b gezeigten Schließstellung des Ventils setzt eine Sitzfläche 10 des Absperrglieds 4 auf dem freiliegenden ringförmigen Teil 9 der Dichtung 6 auf.

Sin an der Zuströmseite der Dichtung 6 im Einlaß 2 festgehaltenes, im wesentlichen zylindrisches, buchsenför-miges Kalteceil 11 ist verschieblich in der im wesentlichen kreisförmigen Öffnung 12 des Dichtungsrings 6 geführt. Eine reder 13, im dargestellten Beispiel ein Wellenfederring, belastet das Halteteil 11 in Richtung auf die Kammer 3. In der in Fig. 1a gezeigten geöffneten Stellung des Ventils schützt das Halteteil 11 den Dichtungsring 6 vor Beschädigung oder Verlust unter Einwirkung des den Einlaß mit großer Geschwindigkeit durchströmenden Strömungsmittels. Das Halteteil 11 kann auf verschiedene Weise im Einlaß 2 festgehalten sein, beispielsweise, wie in der Zeichnung dargestellt, durch einen radial hervorstehenden Bund 14.

In dem in Fig. 1b gezeigten geschlossenen Zustand des Ventils setzt ein Rand 15 des Halteteils 11 auf einer Stufe 16 im Einlaß 2 auf, um damit die axiale Verschiebung des Halteteils zu begrenzen. Dadurch ist eine übermäßige Verformung und

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damit Beschädigung des Dichtungsrings 6 durch das Absperrglied 4 verhindert, selbst wenn zum Schließen des Ventils übermäßig große Betätigungskrafte aufgewendet werden. Ferner ist zu bemerken, daß der Dichtungsring 6 in der Schließstellung des Ventils zwischen den Wandungen der Ringnut 5 des Einlasses 2, dem Halteteil 11 und der Sitzfläche 10 des Absperrglieds 4- vorllständig eingeschlossen ist. Dadurch ist ein Extrudieren oder Kaltfließen des Dichtungsrings verhindert und eine lange Lebensdauer desselben gewährleistet.

Die Feder 13 kann so gewählt sein, daß sie das Halteteil 11 mit einer beliebig großen Kraft in Richtung auf die Kammer 3 belastet. Vorzugsweise wird gedoch eine ziemlich schwache Feder verwendet, da dann zum Schließen des Ventils nur geringere Betätigungskräfte notwendig sind. Dies stellt insofern eine beträchtliche Verbesserung gegenüber bekannten Anordnungen mit verformbarem Dichtungsteil dar, als das Absperrglied bei diesen eine beträchtlich große Kraft auf das Halteteil der Dichtung ausüben muß, um die Dichtung in ausreichendem Maße zu verformen und/oder zu komprimieren. Bei diesen bekannten Dichtungsanordnung wird die das Halteteil in Richtung auf die Kammer des Ventils belastende Kraft durch die Verformung oder Kompression des Dichtungsteils selbst aufgebracht. Zur Überwindung dieser von der elastischen Dichtung ausgeübten Kraft muß das Absperrglied relativ große Betätigungskräfte übertragen. Außerdem kann sich die Elastizität solcher bekannter Dich-

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tungen aufgrund von Temperaturänderungen oder durch Kaltfließen des Materials der Dichtung ändern. In einem Ventil für die Verwendung bei sehr hohen Temperaturen kann das ringförmige Dichtungsteil 6 der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung auch aus einem v/eichen, verformbaren Metall, etwa Blei, Silber od. dergl. geformt sein. Für die Verwendung bei niedrigen oder mäßig hohen Temperaturen ist das Dichtungsteil 6 zwar vorzugsweise aus einem polymeren Material, es braucht jedoch nur aus einem Material zu sein, welches weicher ist als die Sitzfläche 10 des Absperrglieds 4. Dabei braucht das Material nicht elastisch verformbar zu sein, da das Dichtungsteil 6 das Halteteil 11 nicht wie in bekannten Anordnungen in Richtung auf die Kammer 3 des Ventils zu belasten braucht.

Die Verwendung einer scheibenförmigen Ringdichtung erbringt gewisse Vorteile gegenüber bekannten Dichtungen. Gegebenenfalls zu erwartende Temperaturänderungen von das Ventil durchströmenden Strömungsmitteln können zu erheblicher Dehnung und Schrumpfung und damit zu Volumenänderungen der Dichtung führen. Bei Verwendung von bekannten Dichtungen kann sich die relative Lage der Dichtungsflächen durch solche Dehnung oder Schrumpfung beträchtlich ändern. Demgegenüber erlaubt die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung die Verwendung eines relativ dünnen, ringförmigen Dichtungsteils, so daß Lageänderungen der Dichtungsflächen des Ventils auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben.

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In der in.Fig. 2 dargestellten zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung ist ein Teil des Dichtungs-Halteteils 11' selbst als Belastungsfeder 13' ausgebildet. Zu diesem Zweck ist die Wandung des Halteteils 11' von einer Anzahl Schlitze durchsetzt. Die zwischen den Schlitzen 20 verbliebenen Wandungsteile haben eine ausreichende Elastizität, daß sie sich bei der Bewegung des Absperrglieds M-' in die Schließstellung zusammendrücken lassen. Das Halteteil 11' ist hier mittels einiger Schrauben 21 im Einlaß 2' befestift. Die Axialbewegung des Halteteils 11' ist durch die Anlage einer an seiner Außenseite gebildeten Schulter 15' an einer in der Wandung des Einlasses 2' gebildeten Stufe 16' in der Schließrichtung des Ventils begrenzt.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind der Dichtungsring 6", dessen Halteteil 11" und die Belastungsfeder 13" an dem beweglich in der Kammer 3" geführten Absperrglied 4·" angeordnet. Das Endstück des Absperrglieds 4" hat hier einen verringerten Durchmesser mit einer Ringnut 5" für die Aufnahme des Dichtungsrings 6". Das Halteteil 11" befindet sich in Gleitberührung mit dem Umfang des Absperrglieds M-" und des Dichtungsrings 6" und ist durch die Belastungsfeder 13" in Richtung auf einen von außen her hin die Kammer 3" des Ventilkörpers mündenden Durcchlaß 2" belastet. Das Halteteil 11" und die Belastungsfeder 13" sind hier als einstückiges Teil ausgeführt und mittels Schrauben 21' am Absperrglied M- befestigt. Wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die

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axiale Beweglichkeit des Halteteils 11" durch eine daran gebildete Schulter 15" und eine am Absperrglied 4" vorhandene Stufe 16" derart begrenzt, daß eine Beschädigung des Dichtungsrings beim Bewegen des Absperrglieds in die Schließstellung vermieden ist. Die Hündung des Durchlasses 2" ist von einer ringförmigen Sitzfläche 10" umgeben. Bei der Bewegung des Absperrglieds 4" in die Schließstellung setzt das Halteteil 11" an einem ersten Teil der Sitzfläche 10" auf, so daß anschließend die Belastungsfeder 13" komprimiert wird, bis das freiliegende ringförmige Teil 9" der Dichtung 6" in abdichtende Anlage an einem zxveiten Teil der Sitzfläche 10" kommt.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung in verschiedener Weise abgewandelt werden. So kann die Dichtungsanordnung beispielsweise nicht, wie vorstehend beschrieben, an der Einlaßseite eines Ventils, sondern stattdessen an dessen Auslaßseite angeordnet sein.

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Claims

Patentansprüche:

/ Λ). Ventildichtung für ein Absperrventil, gekennzeichnet durch ein verformbares Dichtungsteil (6) mit einem Innenrand (12), einem Außenrand und einer ersten sowie einer zweiten, im wesentlichen ringförmigen Oberfläche, von welchen die zweite ein erstes und ein damit konzentrisches zweites Teil aufweist, durch ein erstes Ventilteil (1, 2) mit einer Ringnut (5) und einer zunächst der Ringnut verlaufenden zylindrischen Fläche, wobei die Ringnut das Dichtungsteil aufnimmt, so daß ihre Wandungen einen der Ränder, die erste Oberfläche und das erste Teil der zweiten Oberfläche desselben umgeben, und die zylindriche Fläche im wesentlichen den gleichen Durchmesser hat wie der andere Rand des Dichtungsteils, durch ein Dichtungshalteteil (11) mit einer ersten, in Gleitberührung mit der zylindrischen Fläche des ersten Ventilteils sowie mit dem anderen Rand des Dichtungsteils geführten, den betreffenden Rand überdeckenden Oberfläche und einer zweiten, zur ersten senkrechten Oberfläche, durch ein zweites Ventilteil (4-) mit einer dem zweiten Teil (9) der zweiten Oberfläche des Dichtungsteils sowie der zweiten Oberfläche des Halteteils zugewandten, ringförmigen Fläche (10) und durch eine das Halteteil elastisch in Richtung auf das zweite Ventilteil belastende Einrichtung (13)» wobei eines der beiden Ventilteile in Richtung auf das andere in eine Schließstellung bewegbar ist, so daß die zweite Oberfläche des Halteteils

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an der ringförmigen Fläche des zweiten Ventilteils in Anlage kommt, das Halteteil unter Kompression der es belastenden Einrichtung auf dem ersten Ventilteil verschoben wird und das zweite Teil der zweiten Oberfläche des Dicliungsteils in abdichtende Anlage an der ringförmigen Fläche des zweiten Ventilteils kommt.
2. Ventildichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilteil ein Teil eines Ventilgehäuses (1) ist, welches einen vom äußeren des Ventils zu einer Kammer (3) im Inneren desselben führenden Durchlaß (2) umgibt, und daß das zweite Ventilteil ein hin und her bewegliches Absperrglied (4) ist.
3. Ventildichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilteil ein hin und her bewegliches Absperrglied (4") ist und daß das zxi/eite Ventilteil ein Teil eines Ventilkörpers (1") ist, welches einen vom Äußeren des Ventils zu einer Kammer (3") im Inneren desselben führenden Durchlaß (2") umgibt.
4. Ventildichtung nach wenigstens einem der Ansprüche bis 3i ferner gekennz eichnet durch Ausbildungen (15» 16) zum Begrenzen der Bewegung des Halteteils (11) und damit zum Verhindern von übermäßiger Verformung und Beschädigung des Dichtungsteils (6).
5. Absperrventil mit einem Ventilkörper, einer darin gebildeten Mittelkammer sowie mit dieser strömungsverbundenen Ein- und Auslässen, gekennzeichnet

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ΛΙΙ _

durch eine dicht schließende Dichtungsanordnung mit einem im Umfang des Ein- oder Auslasses (2) eingesetzten Dichtungsteil (6), welches eine erste, der Mittelkammer (3) zugewandte, eine zweite, der Mittelkammer abgewandte Oberfläche und eine radial innere Umfangsflache (12) aufweist, einem in dem betreffenden Ein- oder Auslaß angeordneten, im wesentlichen ringförmigen Dichtungs-Halteteil (11), welches sich mit einer Außenfläche in Gleitberührung mit einem Teil des Ein- oder Auslasses und mit ,der inneren Umfangsfläche des Dichtungsteils befindet, einer das Halteteil elastisch in Richtung auf die Mittelkammer belastenden Einrichtung (13), einer Stützeinrichtung (8), welche eine Bewegung der zweiten Oberfläche des Dichtungsteils weg von der Mittelkammer im wesentlichen verhindert, und einer in der Mittelkammer angeordneten Absperreinrichtung, welche so auf den betreffenden Ein- oder Auslaß zu bewegbar ist, daß sie an dem Halteteil angreift, es unter Überwindung seiner federnden Belastung von der Mittelkammer weg verschiebt und auf einem Teil (9) der ersten Oberfläche des Dichtungsteils aufsetzt, um das Ventil strömungsdicht abzusperren.
6. Absperrventil nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch Ausbildungen (15, 16) zum Begrenzen der Bewegung des Halteteils (11) weg von der Mittelkammer (3) und damit zum Verhindern einer übermäßigen Verformung und Beschädigung des Dichtungsteils (6) durch die Absperreinrichtung (4-).

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7. Absperrventil mit einem Ventilkörper, einer darin gebildeten Mittelkammer, mit dieser stromungsverbundenen Ein- und Auslassen und einem auf den Ein- oder Auslaß zu und von ihm weg beweglichen Absperrglied, gekennzeichnet durch eine dicht schließende Dichtungsanordnung mit einem am Umfang des Absperrglieds (4") angebrachten, verformbaren Dichtungsteil (6")» welches eine dem Ein- oder Auslaß (2) zugewandte erste Oberfläche, eine dem Ein- oder Auslaß abgewandte zweite Oberfläche und eine radial äußere Umfangsflache aufweist, einem am Absperrglied angebrachten, im wesentlichen ringförmigen Dichtungs-Halteteil (11"), welches sich mit einer Innenfläche in Gleitberührung mit einem Teil des Absperrglieds und mit der äußeren Umfangsflache des Dichtungsteils befindet, einer das Halteteil elastisch in Richtung auf den Ein- oder Auslaß belastenden Einrichtung (13"), einer im wesentlichen ringförmigen Sitzfläche (10") entlang dem Umfang des Ein- oder Auslasses und einer Stützeinrichtung (8") zum Verhindern einer Bewegung der zweiten Oberfläche des Dichtungsteils weg von dem Ein- oder Auslaß, wobei das Absperrglied in der Mittelkammer (3") derart auf den Ein- oder Auslaß zu bewegbar ist, daß das Halteteil an der Sitzfläche aufsetzt, unter Überwindung der es belastenden Kraft auf dem Absperrglied verschoben wird, und ein Teil (9") der ersten Oberfläche des Dichtungsteils auf der Sitzfläche aufsetzt, um das Ventil strömungsdicht abzusperren.

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8. Absperrventil nach Anspruch 7₅ ferner gekennzeichnet durch Ausbildungen ("15"? 16") zum Begrenzen der Bewegung des Halteteils (11") auf dem Absperrglied (4-") und damit zum Verhindern einer übermäßigen Verformung und Beschädigung des Dichtungsteils (6") beim Schließen des Ventils.

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