DE2722036C2 - Ventilspindelabdichtung - Google Patents

Description

a) die gegenüberliegenden Flächen zumindest über einen Teil der Länge des rohrförmigen Abschnittes (12, 41, 52, 74, 810) Abstand voneinander haben,

b) zumindest eine der zwei gegenüberliegenden Flächen in dem Bereich, in dem sie Abstand voneinander haben, zumindest einen Ringwulst (15,16,27,43,59,76,96,112,611,813) trägt, der in Berührung mit der anderen Fläche steht und dessen radiale Höhe im unbelasteten Zustand größer ist als der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen, so daß im belasteten Zustand der rohrförmige Abschnitt eine Aufweitung erfährt, und

c) jeder Ringwulst axial so angeordnet ist, daß seine Radialebene im normalen Spindelhubbereich nicht mit der Radialebene des oder der Stützflansche (13, 42, 53, 77, 97, 110, 111, 811, 812) am Dichtungselement (11, 67, 89, 95, 101, 102) zusammenfällt.

2. Ventilspindelabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (89,95,101) in eine zylindrische Bohrung (82,91,104) des Gehäuses (81, 103) eingeschoben ist, wobei der Durchmesser der Bohrung kleiner als der Durchmesser der Stützflansche (97; 110, 111; 811, 812) ist, so daß das Dichtungselement festgehalten ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilspindelabdichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet der Ausdruck »Ventil« nicht nur Ventile im engeren Sinne, d. h. Hubschalter, sondern auch andere Absperrorgane, wie beispielsweise Hähne, d. h. Querschalter. Vorzugsweise wird die Erfindung jedoch bei Ventilen im engeren Sinne angewendet. Im folgenden werden jedoch auch Ventile im engeren Sinne als Hähne bezeichnet, sofern diese Bezeichnung üblich ist.

Eine Ventilspindelabdichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist bekannt (FR-PS 11 74 467). Der flexible, rohrförmige Abschnitt des Dichtungselementes dieser bekannten Ventilspindelabdichtung weist eine zylindrische Innenfläche und eine koniüche Außenfläche auf, wobei der Außendurchmesser des rohrförmigen Abschnittes am Übergang zum Stützflansch den durch das Gehäuse vorgegebenen größtmöglichen Wert hat. Der rohrförmige Abschnitt ist somit formsteif ausgebildet. Die zylindrische Innenfläche des rohrförmigen Abschnittes steht in dichtender Berührung mit der Außenfläche der Spindel, so daß das Dichtungselement die Spindeldichtung bildet.

Das Dichtungselement besteht aus PTFE (Polytetrafluoräthylen), das den Vorteil niedriger Reibung und großer Reaktionsträgheit hat, so daß es insbesondere als Spindeldichlungsmaterial für Ventile für aggressive Medien zweckmäßig scheint Ferner ist PTFE wenig elastisch. Dies führt bei der bekannten Ventilspindelabdichtung dazu, daß die Dichtwirkung des Dichtungselementes allenfalls dann, wenn auf den rohrförmigen Abschnitt starker Druck von außen ausgeübt wird, ausreichend ist, ansonsten jedoch unzureichend ist, und daß die Lebensdauer der Spindeldichtung gering ist, da die Dichtwirkung schon nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit erheblich abnimmt. Erklärt werden kann dies dadurch, daß sich die Innenfläche des rohrförmigen Abschnittes aufgrund unzureichender Elastizität des PTFE der unvermeidbar unglatten Spindelaußenfläche nicht ausreichend anpaßt und daß das PTFE unter Druck zu plastischer Verformung neigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilspindelabdichtung derart auszubilden, daß deren Dichtungselement aus PTFE gefertigt werden kann, ohne daß unzureichende Dichtwirkung und zu geringe Lebensdauer in Kauf genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Ventilspindelabdichtung gelöst.
Die erfindungsgemäße Ausbildung führt dazu, daß sich zwischen der Kontaktstelle zwischen dem Ringwulst und der Spindel bzw. zwischen dem Ringwulst und dem Dichtungselement einerseits und dessen Stützflansch andererseits ein Teil des flexiblen, rohrförmigen Abschnittes befindet, so daß eine Verlagerung der Kontaktstelle in Radialrichtung möglich ist und Exzentrizitäten und Unrundheiten der Spindel nicht zu übermäßigen Pressungen in der Dichtfläche führen. Ferner führt, die erfindungsgemäße Ausbildung dazu, daß sich auf zumindest einer Seite (in Axialrichtung betrachtet) der Kontaktstelle ein nach außen gedehnter Bereich des rohrförmigen Abschnittes befindet. Es hat sich gezeigt, daß diese Dehnungsbeanspruchung des Materials zu ausreichendem und im Laufe der Zeit nicht abnehmendem Druck in der Dichtfläche führt, so daß trotz geringer Elastizität des Materials des Dichtungselementes ausreichender Kontakt in der Dichtfläche vorhanden ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Dichtungselementes ermöglicht somit die Verwendung von PTFE als Dichtungselementmaterial unter gleichzeitiger Gewährleistung ausreichender Dichtwirkung und Lebensdauer. Dies ist erreicht, ohne daß auf das Dichtungselement von außen Druck ausgeübt werden muß und ohne daß zusätzliche elastische Elemente vorgesehen werden müssen.

An einer Spindel angeformte bzw. in die Spindel eingesetzte, dichtende Ringwulste sind an sich bekannt (GB-PS 9 24 710, DE-GM 19 96 787). In diesen bekannten Fällen dichtet der Ringwulst jeweils an einer starren Gegenfläche.

Ferner ist durch das DE-GM 74 22 685 eine Ventilspindelabdichtung bekannt, bei der die Spindel an ihrem freien Ende eine Hülse aus PTFE trägt, die einen Ringwulst aufweist, unter dem sich ein gummielastischer Ring befindet. Der Ringwulst steht in dichtender Berührung mit der starren Gegenfläche des Gehäuses. Bekannt war es somit an sich, daß zumindest über einen Teil der Länge der Spindel deren Außenfläche Abstand von einer gegenüberliegenden Innenfläche hat und daß

zumindest eine der zwei gegenüberliegenden Flächen in dem Bereich, in dem sie Abstand voneinander haben, zumindest einen Ringwulst trägt, der in Berührung mit der anderen Fläche steht und dessen radiale Höhe im unbelasteten Zustand größer ist als der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen. Nicht bekannt war von dieser bekannten Ventilspindelabdichtung, daß sich die Flächen der Spindel und des rohrförmigen Abschnittes des Dichtungselements gegenüberliegen, daß im belasteten Zustand dar rohnörmige Abschnitt eine Aufweitung erfährt und daß jeder Ringwulst axial so angeordnet ist, daß seine Radialebene im normalen Spindelhubbereich nicht mit der Radialebene des oder der Stützflansche am Dichtungselement zusammenfällt

Das PTFE, aus dem das Dichtungselement der erfindungsgemäßen Ventilspindelabdichtung besteht, kann ein Tetrafluoräthylen-Homopolymer oder -Copolymer sein, das eine kleinere Menge von beispielsweise bis zu 10Gew.-% des Polymers eines oder mehrerer Comonomere wie beispielsweise Äthylen oder Hexafluorpropen enthält. Die Verbindung kann auch einen oder mehrere Füllstoffe enthalten, sofern dies angebracht ist.

Das Dichtungselement kann im Gehäuse dadurch befestigt sein, daß sein Stützflansch zwischen zwei zueinander bewegbaren Teilen des Gehäuses eingespannt bzw. eingeklemmt ist. Bei zahlreichen Anwendungsfällen, bei denen der rohrförmige Abschnitt nicht übermäßig lang ist, reicht ein einziger auf diese Weise eingespannter Stützflansch aus, um das Dichtungselement ausreichend zu halten und abzustützen. Wenn jedoch ein langer rohrförmiger Abschnitt vorgesehen ist oder wenn es unzweckmäßig ist, relativ zueinander bewegbare Teile zum Einspannen des Stützflansches vorzusehen, können mehrere Stützflansche in gewissen Abständen am rohrförmigen Abschnitt vorgesehen sein, wobei dann vorzugsweise das Dichtungselement einfach in eine zylindrische Bohrung im Gehäuse eingeschoben wird, die ein etwas geringeres Maß als die Stützflansche hat, so daß das Dichtungselement ausreichend fest gehalten wird. Im Gehäuse können Anschläge angeformt oder vorgesehen sein, die das Dichtungselement an einer Verschiebung hindern. Eine Sicherung des Dichtungselementes durch zumindest einen Anschlag gegen Verschiebung ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn in Richtung dieser Verschiebung ein Unterdruck wirkt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 Längsschnitte durch drei für Ablaß- und/oder Verbindungsleitungen geeignete Ventile;

Fig.4 einen Längsschnitt durch ein Dichtungselement;

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventils für eine Ablaßleitung;

F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen Absperrhahn für Laborgeräte aus Glas;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Bürettenhahn;

F i g. 8 einen Längsschnitt durch einen Absperrhahn für Laborgeräte aus Glas, wobei das Dichtungselement zwei Stützflansche aufweist;

F i g. 9 einen Längsschnitt durch einen Absperrhahn, der im Vergleich zum Absperrhahn gemäß Fig.8 abgewandelt ist;

Fig. 10 einen Längsschnitt durch ein Mehrwegeventil;

F i g. 11 einen Längsschnitt durch ein anderes Dichtungselement für ein Mebrwegeventil.

Bei dem in Fi g. 1 dargestellten Ventil handelt es sich um ein Glasventil, das für Verbindur.gsleitungen und Ablaßleitungen geeignet ist Das Ventil umfaßt ein Gehäuseteil 1, das den unteren Bereich eines hohlen Gehäuses 2 bildet In das Gehäuseteil 1 münden zwei Rohre 3 und 4, so daß ein Strömungsweg aus einem Rohr durch das Innere des Gehäuses und in das andere Rohr vorhanden ist Eines der Rohre ist an seinem in das Gehäuseteil übergehenden Ende etwas eingezogen, so daß dort ein Ventilsitz 5 ausgebildet ist Der obere Teil des Gehäuses wird von einem Verschlußteil 6 gebildet, das mittels eines auch als Gegenflansch bezeichneten Spannringes 7, eines Gummieinsatzes 8 und mit Hilfe von Schrauben 9 auf bekannte Weise befestigt ist Innerhalb des hohlen Gehäuses befindet sich ein Dichtungselement aus PTFE, das einen rohrförmigen Abschnitt 12 umfaßt, an dessen einem Ende ein radial nach außen weisender Stützflansch 13 angeordnet ist Der Stützflansch ist zwischen dem Gehäuseteil 1 und dem Verschlußteil 6 fest eingespannt und bildet auf diese Weise einen Dichtungsring, der an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilen des Gehäuses für wirksame Abdichtung gegen Fluidaustritt sorgt Am Stützflansch 13 ist ein umlaufender Wulst 14 ausgebildet, der die Dichtwirkung verbessert Auf diese Weise ist auch das eine Ende des rohrförmigen Abschnitts bezüglich des umgebenden Gehäuseteils festgelegt Das vom Stützflansch abgewandte Ende des Dichtungselementes hat einen kleineren Durchmesser als das umgebende Gehäuseteil und kann aufgrund der Elastizität des Dichtungselementes in gewissen Grenzen frei bewegt werden. Die Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts ist glatt und zylindrisch.

Die Spindel des Ventils umfaßt einen von einem Glasrohr gebildeten Schaft 21, an dessen einem Ende sich ein verdickter Abschnitt 22 befindet, der das Glasrohr dort verschließt und der einen Profilring 23 aus PTFE trägt, der in einer Nut am verdickten Abschnitt sitzt Die Abmessungen des Profilringes sind so gewählt, daß dann, wenn er auf den Ventilsitz 5 gedrückt wird, der Strömungsweg durch das Ventil gesperrt ist. Der rechteckige Querschnitt des dargestellten Profilringes hat sich als besonders geeignet erwiesen; es können jedoch auch Profilringe mit anderen Querschnitten verwendet werden. Am anderen Ende des Schaftes befindet sich eine Kappe 24, die von O-Ringen 25 in Stellung gehalten wird, die in umlaufenden Nuten am gläsernen Schaft 21 sitzen. Auf der Innenseite der Kappe ist ein Gewinde 26 angeformt, das in Eingriff mit einem entsprechenden Gewinde am Verschlußteil steht. Im mittleren Bereich des Schaftes befindet sich ein Ringwulst 27, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Dichtungselementes ist, so daß der rohrförmige Abschnitt des Dichtungselementes radial nach außen etwas ausgedehnt bzw. aufgeweitet wird, wobei die auf diese Weise im aufgeweiteten Material erzeugten Spannungen das Dichtungselement in dichtende Anlage am Ringwulst des Schaftes drücken.

Bei der Bedienung des Ventils wird durch eine Drehung der Kappe eine Bewegung des Schaftes in Axialrichtung hervorgerufen, da die Gewinde miteinander in Eingriff stehen. Diese Axialbewegung kann von einer gewissen Drehbewegung des Schaftes begleitet sein. Dabei wird der Profilring 23 aus PTFE entsprechend gegen den Ventilsitz gedrückt bzw. von diesem abgehoben. Da das Dichtungselement gegen den

Ringwulst 27 drückt, kann entlang dem Schaft kein Fluid aus dem Gehäuse austreten. Während der Axialbewegung der Spindel bewegt sich der Ringwulst relativ zum Dichtungselement, so daß der rohrförmige Abschnitt des Dichtungselementes an unterschiedlichen Stellen vom Ringwulst aufgeweitet bzw. ausgedehnt wird. In allen Betriebsstellungen sorgen jedoch der Ringwulst und der rohrförmige Abschnitt für ausreichende Abdichtung, und durch die unterschiedlichen Berührungsstellen wird einem Undichtwerden durch Materialermüdung vorgebeugt.

Das in Fig.2 dargestellte Ventil stimmt weitgehend mit dem in Fig. 1 dargestellten Ventil überein und gleiche oder entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein Unterschied des in Fig.2 dargestellten Ventils besteht jedoch darin, daß das den Schaft bildende Glasrohr glatt ist und daß auf der Innenfläche des Dichtungselementes 2 Ringwulste 15 und 16 angeformt sind. Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Ringwulste gegen die ihnen gegenüberliegende Fläche durch die Dehnung des Dichtungselementes gedruckt. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird jedoch bei allen Stellungen der Spindel der gleiche Bereich des rohrförmigen Abschnitts des Dichtungselementes gedehnt Dies kann ausgenutzt werden, wenn der zur Verfügung stehende Raum gering ist, indem am Dichtungselement nur ein einziger Ringwulst ausgebildet wird, so daß dann das Dichtungselement kürzer sein kann, als wenn der Ringwulst am Schaft angeordnet ist.

Um die Brauchbarkeit dieser Dichtungselemente bei großen Ventilen zu überprüfen, wurde ein Dichtungselement für eine gläserne Verbindungsleitung mit einem Durchmesser von 10 cm hergestellt und untersucht. Dieses Dichtungselement hatte im wesentlichen die in F i g. 2 dargestellte Form. Der Innendurchmesser betrug 40 mm, und die Länge betrug 10 cm. Die Ringwulste hatten einen Abstand von 50 mm und lagen an einem glatten Schaft an, der bezüglich des Innendurchmessers der Ringwulste ein Übermaß von 0,38 mm hatte. Diese Dichtung hatte bei Überprüfung unter Vakuum eine sehr geringe Leckrate.

Gemäß einer weiteren Abwandlung des in F i g. 2 dargestellten Ventils können auch lediglich ein Ringwulst 15 am Dichtungselement und ein Ringwulst am Schaft vorgesehen sein, wobei letzterer dem Ringwulst 27 in F i g. 1 entspricht

Auch das in F i g. 3 dargestellte Ventil ähnelt dem in F i g. 1 dargestellten weitgehend mit der Ausnahme, daß die gläserne Spindel mit einer Umhüllung 17 aus PTFE versehen ist Diese Umhüllung 17 umgibt den verdickten Äbschfiiii und cfStfcCki SiCu entlang uSF Spindel HECh oben bis über die Dichtungsstelle. Unter der Umhüllung sitzt ein O-Ring 18 aus Gummi in einer Nut, wobei der Durchmesser des O-Ringes so groß ist, daß er einen ringförmigen Abschnitt der Umhüllung radial nach außen zu einem Ringwulst dehnt, der in dichtender Berührung mit dem umgebenden rohrförmigen Abschnitt 12 des Dichtungselementes steht Bei dieser Ausführungsform kann der größte Teil der die Dichtungswirkung hervorrufenden Spannung durch die Elastizität des O-Ringes und weniger durch die Dehnung des Dichtungselementes hervorgerufen sein. Insbesondere wird nicht dieselbe Sorte PTFE sowohl für die Umhüllung als auch für das Dichtungselement benutzt; es kann günstiger sein, das Dichtungselement aus glasverstärktem PTFE zu fertigen. Es können jedoch auch andere polymere Materialien wie beispielsweise »Nylon« verwendet werden, sofern feststeht, daß keines der mittels des Ventils zu steuernden Fluide das gewählte Material angreift.

Bei den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten drei Ventilen besteht das Gehäuse aus zwei Teilen, die auf bekannte Weise zusammengespannt sind. Es können jedoch auch andere Vorrichtungen geeignet sein, wobei dann die Form der Komponenten je nach Bedarf abgewandelt sein kann. Beispielsweise können angeformte Flansche

ι ο vorgesehen sein, wobei dann um die öffnungen der zwei miteinander zu verbindenden Teile herum flanschartige Randversteifungen vorgesehen sind, um die eine Gummimanschette gelegt ist, die wiederum von einer Schelle aus Stahl oder dergleichen umschlossen ist, die angezogen wird, bis sie die Teile fest zusammenhält. Zwischen dem Gias und dem Gummi befindet sich in der Regel ein Futter aus PTFE. Am Umfang des Stützflansches wird das Dichtungselement gegebenenfalls geeignet so geformt, daß es zuverlässig erfaßt werden kann; das Dichtungselement kann auch einstückig mit dem Futter aus PTFE ausgebildet sein.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ventile können auch in der Weise abgewandelt sein, daß sie ein kuppeiförmiges Verschlußteil 6 aufweisen und daß das Dichtungselement 11 so umgekehrt wird, daß es in den von der Kuppel gebildeten oberen Bereich des Gehäuses ragt. In der Regel wird jedoch dadurch das Ventil größen Ein Kompromiß kann mittels eines Dichtungselementes erreicht werden, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Dieses umfaßt einen rohrförmigen Abschnitt 41 sowie einen Stützflansch 42, der ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Enden des rohrförmigen Abschnitts und nicht an dessen einem Ende angeformt ist. Auf der Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts befinden sich zwei Ringwulste 43, und zwar auf jeder Seite des Flansches einer. Da diese Ringwulste sich an den Enden des rohrförmigen Abschnitts befinden und einen gewissen Abstand vom Stützflansch haben, ermöglichen sie eine gewisse Auslenkung oder Versetzung des Dichtungselementes, wenn der Schaft des Ventils etwas versetzt ist Die Bruchgefahr für den gläsernen Schaft ist daher verringert

Auch das in F i g. 5 dargestellte Ventil ist als Absperrventil bzw. als Absperrhahn geeignet Dieses Ventil umfaßt ein erstes Gehäuseteil 50, bei dem es sich einfach um ein verstärktes Ende eines gläsernen Rohrstutzens handeln kann, sowie ein Verschlußteil 51, das am Ende des ersten Gehäuseteils angeklemmt ist Innerhalb des von den zwei Teilen 50 und 51 gebildeten hohlen Körpers bzw. Gehäuses befindet sich ein Dichtungselement aus PTFE, das einen rohrförmigen Abschnitt 52 aufweist an dem ein umlaufender Stützflansch 53 angeformt ist der ungefähr an der Längsmitte des rohrförmigen Abschnitts radial nach außen weist Dieser Stützflansch ist zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem Verschlußteil eingespannt Der rohrförmige Abschnitt weist ein offenes unteres Ende 54 sowie ein geschlossenes oberes Ende 55 mit einem Innenkegel 56 auf. Nahe dem Innenkegel verlaufen zwei große Löcher 57 durch den rohrförmigen Abschnitt Innerhalb des rohrförmigen Abschnitts ist eine rohrförmige Spindel 58 aus Glas angeordnet, die durch das untere Ende 54 herausragt und einen Ringwulst 59 aufweist, dessen Durchmesser größer ist als der freie Innendurchmesser des Dichtungselementes,

• so daß dieses nach außen gedehnt bzw. aufgeweitet wird und auf diese Weise für dichtende Berührung zwischen

dem Ringwulsl und dem Dichtungselement gesorgt wird. Auf diese Weise wird ähnlich wie bei dem Ventil gemäß F i g. 1 für eine Spindeldichtung gesorgt. Die Spindel weist ferner eine Schulter 510 auf, gegen die eine preßgeformte Kappe 511 von einem O-Ring 52 gedrückt wird. Die Kappe weist ein Innengewinde 513 auf, das in Eingriff mit einem entsprechenden Gewinde am Verschlußteil steht.

Zum Schließen des Ventils wird die Kappe 511 so gedreht, daß sie sich (in Fig. 5) nach oben bewegt, bis ι ο das Ende des den Schaft der Spindel bildenden gläsernen Rohrs gegen den Innenkegel des Dichtungselementes aus PTFE gedrückt ist. Dadurch wird verhindert, daß Fluid in das obere Ende der rohrförmigen Spindel eintreten kann. Entlang der Außenseite der Spindel kann wegen der Dichtung kein Fluid nach unten strömen. Wenn die Kappe gelöst wird, bewegt sich die von der Schulter und dem O-Ring gehaltene Spindel nach unten, wobei sie das obere offene Ende vom Innenkegel 56 des Dichtungselementes abhebt. Dadurch kann dann Fluid aus dem Gehäuseteil 50 durch die Löcher 57 nach unten in die hohle Spindel strömen. Bei diesem Ventil ist somit das Element, das den Strömungsweg sperrt. Bestandteil des Schaftes der Spindel, da es einfach als oberes offenes Ende des Glasrohres ausgebildet ist, das so geformt ist, daß es schließend am Innenkegel 56 anliegen kann. Zusammen mit der Spindel bewegt sich der Ringwulst 59 nach unten. Dieser bleibt jedoch bei seiner Bewegung nach unten in dichtender Berührung mit dem anliegenden Bereich des rohrförmigen Abschnitts des Dichtungselementes, so daß die Dichtwirkung erhalten bleibt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen für ALlaßleitungen und Verbindungsleitungen mit großem Innendurchmesser ermöglicht das Einsetzen des Dichtungselementes, das einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Leitung hat, nicht nur die oben beschriebene Biegsamkeit und Auslenkbarkeit des Dichtungselementes, sondern es führt auch zu einer beträchtlichen Verkleinerung der Dichtfläche. Ferner erübrigt es die beschriebene Ausbildung, das Gehäuse mit einer genauen Bohrung großen Durchmessers für die Dichtfläche einer Packung oder dergleichen zu versehen.

Die F i g. 6 und 7 zeigen Beispiele für die Anwendung der Erfindung bei Absperrhähnen für Laborgeräte aus Glas und bei Bürettenhähnen. Der in F i g. 6 dargestellte Absperrhahn umfaßt ein gläsernes Gehäuseteil 61 mit zwei Anschlüssen 62 und 63 aus Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 6 mm. Gegenüber dem Anschluß so 63 weist das gläserne Gehäuseteil ein offenes Ende auf. Um das offene Ende herum ist ein Gewinde 64 ausgebildet, auf das ein Verschiußteii 65 geschraubt ist, das aus Kunststoff geformt ist Das Verschlußteil weist ferner ein Außengewinde 66 auf. Zwischen dem Verschlußteil und dem Gehäuseteil ist der Stützflansch eines Dichtungselementes 67 aus PTFE eingespannt

Die Spindel dieses Absperrhahnes umfaßt eine massive Glasstange 6S, auf deren eines Ende eine Kappe 69 gesetzt ist, die mit dem Außengewinde 66 am Verschlußteil in Eingriff steht so daß bei einer Drehung der Kappe die Glasstange zumindest in Axialrichtung bewegt wird. Um das andere Ende der Glasstange herum verläuft ein O-Ring 610 aus PTFE, der in eine Nut eingesetzt ist und so angeordnet und geformt ist daß er die Mündung des unteren Anschlusses 63 sperrt, wenn das Ventil bzw. der Hahn geschlossen ist Um die Spindel verläuft ein Ringwulst 11, der zusammen mit dem Dichtungselement ähnlich wie bei dem Ventil gemäß F i g. 1 eine Spindeldichtung bildet.

Die vorstehend beschriebene Art der Verbindung des Verschlußteils 65 mit dem Gehäuseteil 61, d. h. das direkte Aufschrauben des einen Teils auf das andere, kann auch bei den vorstehend beschriebenen größeren Ventilen angewendet werden, statt deren Teile in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Weise zusammenzuspannen. Dazu kann die Form dieser Teile entsprechend geändert werden. Bei größeren Ventilen wird es jedoch zunehmend schwieriger, eine Schraubverbindung auszubilden, und die vorstehend beschriebene Flansch- bzw. Klemmverbindung wird bei größeren Ventilen in der Regel bevorzugt.

Der in F i g. 7 dargestellte Bürettenhahn ähnelt dem in F i g. 5 dargestellten Absperrhahn. Das untere Ende einer Bürette 71 weist ein Außengewinde 72 auf, auf das ein Verschlußteil 73 geschraubt ist, wobei das mit Gewinde versehene Ende der Bürette das Gehäuseteil des Ventils bzw. Hahnes bildet. Innerhalb des Gehäuseteils befindet sich ein Dichtungselement mit einem rohrförmigen Abschnitt 74, auf dessen Innenfläche zwei Ringwulste 75 und 76 ausgebildet sind, sowie einem Flansch 77 am einen Ende, der zwischen dem Gehäuseteil und dem Verschlußteil eingeklemmt ist. Das Verschlußteil weist einen (in F i g. 7) nach unten verlaufenen Abschnitt 78 auf, an dem sich ein Außengewinde befindet, auf das eine Kappe 79 geschraubt ist. Die Kappe 79 sitzt auf einem Glasrohr 710, das die Spindel bildet, die sich frei drehen und in Axialrichtung zusammen mit der Kappe bewegen kann, wenn diese am Verschlußteil aufgeschraubt oder abgeschraubt wird. Das innerhalb der Bürette liegende Ende 711 des Glasrohres ist geschlossen; ein kurzes Stück unterhalb dieses geschlossenen Endes befindet sich jedoch ein Loch 712 in der Seitenwand des Glasrohres. Im übrigen ist die Seitenwand der Spindel glatt und geradlinig. Die zwei Ringwulste 75 und 76 werden in dichtende Berührung mit der Spindel gedruckt.

Der untere Ringwulst 76 bildet die Spindeldichtung, die das Austreten von Fluid entlang der Außenseite der Spindel verhindert, während der obere Ringwulst 75 die einem Ventilsitz entsprechende Arbeitsdichtung bildet. In der dargestellten Stellung ist der Bürettenhahn geschlossen, da die Arbeitsdichtung verhindert, daß Fluid in das Loch 712 eintritt Durch Anheben der Spindel wird das Loch 712 in eine Stellung oberhalb der Arbeitsdichtung gebracht, so daß Fluid aus der Bürette durch das Loch in die hohle Spindel und durch die enge Öffnung am unteren Ende 713 der Bürette 71 strömen kann. Der Bürettenhahn ist somit geöffnet Alternativ kann ein Hahn mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau auch in der Weise benutzt werden, daß er geöffnet wird, indem die Spindel nach unten verschoben wird, bis deren geschlossenes Ende 711 unterhalb des oberen Ringwulstes 75 liegt, so daß dadurch die Dichtwirkung zwischen dem Ringwulst und dem Schaft aufgehoben wird und Fluid in den Bereich zwischen den zwei Ringwulsten und von dort durch das Loch 712 strömen kann. Diese Funktionsweise ähnelt der des in Fig.5 dargestellten Ventils bzw. Absperrhahnes, der ebenfalls so klein ausgeführt werden kann, daß er für eine Bürette geeignet ist

Das in F i g. 8 dargestellte Ventil umfaßt ein hohles Gehäuseteil 81 mit einer glatten zylindrischen Bohrung 82 und zwei Anschlüssen 83 und 84, die in den Innenraum des Gehäuses münden. Die Spindel dieses

Ventils besteht aus einer massiven Glasstange 85, die an ihren Enden abgerundet ist und an deren einem Ende mittels eines umlaufenden Wulstes 87 sowie eines O-Ringes 88 in einer Nut der Glasstange eine Kappe 86 angebracht und gesichert ist. Die Kappe steht mit einem Außengewinde am Gehäuseteil in Eingriff.

Im Inneren des Gehäuseteils befindet sich ein Dichtungselement 89 aus PTFE, das einen rohrförmigen Abschnitt 810 mit zwei Stützflanschen 811 und 812 umfaßt, die radial nach außen weisen. Am einen Ende des rohrförmigen Abschnitts befindet sich ein Ringwulst 813, der nach innen weist. Das untere Ende des rohrförmigen Abschnitts ist mit Ausnahme einer konischen öffnung 814 geschlossen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Glasstange ist. Ferner befindet sich zwischen den zwei Stützflanschen eine weitere Öffnung 8i5.

Bei einem zu Untersuchungszwecken hergestellten Ventil, das im wesentlichen den Aufbau gemäß F i g. 8 hatte, war der Durchmesser der Stützflansche um 0,38 mm größer als der Innendurchmesser der Bohrung des Gehäuseteils. Beim Einsetzen des Dichtungselementes in das Gehäuseteil ergab sich fester Sitz des Dichtungselementes, das keinerlei Neigung zeigte, zu verrutschen. Überprüfungen mit Flüssigkeiten zeigten, daß sowohl zwischen dem oberen Stützflansch 811 und der Innenwand der Bohrung eine einwandfreie Dichtung bestand, die das Austreten von Flüssigkeit durch das obere Ende des Gehäuses verhinderte, wie auch zwischen dem unteren Stützflansch 812 und dem unteren Ende der Innenwand, so daß keine Flüssigkeit vom einen Anschluß zum anderen sickern konnte. Der nach innen ragende Ringwulst hatte einen Innendurchmesser, der um 0,25 mm kleiner als der Durchmesser der Spindel war, so daß beim Einsetzen der Spindel das Dichtungselement aus PTFE ausgedehnt bzw. aufgeweitet wurde, was möglich war, da der Ringwulst 813 einen gewissen Abstand von der Radialebene des Stützflanschet 811 hat.

Des Ventil wird durch Drehen der Kappe betätigt. Dadurch wird das Ende der Spindel zur konischen öffnung 814 bewegt bzw. von dieser weggezogen. Wenn die Spindel gegen den konischen Rand der öffnung 814 gedrückt wird, wird dadurch der Strömungsweg gesperrt Da die Spindel einen größeren Durchmesser als das engere Ende der Öffnung hat, braucht die Spindel nicht durch die Öffnung hindurchzugehen, um die Öffnung zu verschließen. Anders als im Falle der vom Ringwulst 813 gebildeten Spindeldichtung braucht der Bereich des rohrförmigen Abschnitts in der Nähe der öffnung S14 nicht nach außen gedehnt zu werden, so daß du antere Stützflansch 812 und öffnung 814 in derselben Radiaiebene Hegen können.

Das in F i g. 9 dargestellte Ventil stimmt weitgehend mit dem in Fig.8 dargestellten Ventil überein. Das Gehäuse des Ventils gemäß F i g. 9 weist eine Bohrung 91 sowie zwei in die Bohrung mündende Anschlüsse 92 und 93 auf. Die Spindel ist als massive Stange 94 ausgebildet und sowohl die Spindeldichtung als auch die Arbeitsdichtung werden gemeinsam von der Spindel und einem einzigen Dichtungselement 95 aus PTFE gebildet Das Dichtungselement unterscheidet sich von dem der vorstehend beschriebenen Ausführungsform darin, daß es keinen inneren Ringwulst aufweist, der dichtend an der Spindel anliegt Statt dessen ist an der gläsernen Stange 94 ein umlaufender Ringwulst 96 angeformt Dieser Ringwulst 96 hat bezüglich des Innendurchmessers des Dichtungselementes aus PTFE ein Übermaß, so daß das Dichtungselement nach außen gedehnt wird, und zwar im wesentlichen in gleicher Weise, wie dies durch den Ringwulst 813 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 erfolgt. Bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Spindel während der Betätigung des Ventils werden unterschiedliche Bereiche des rohrförmigen Abschnitts vom Ringwulst der Spindel ausgedehnt bzw. aufgeweitet. Damit der Ringwulst 96 und der ferner am Dichtungselement angeformte Stützflansch 97 nicht in einer Radialebene zu liegen kommen, ist der Stützflansch 97 beim Ventil gemäß F i g. 9 am Ende des rohrförmigen Abschnitts angeordnet.

Ein weiterer Unterschied des in Fig.9 dargestellten Ventils im Vergleich zum Ventil gemäß Fig.8 besteht darin, daß eine stützende Schulter 98 unterhalb des Dichtungselementes vorgesehen ist, so daß verhindert wird, daß das Dichtungselement nach unten verschoben wird, wenn die Spindel zum Sperren des Ventils nach unten bewegt wird. Eine solche Schulter ist bei dem Ventil gemäß F i g. 8 nicht erforderlich, da die Verengung am Übergang des Anschlusses 84 zur Bohrung 82 die gleiche Funktion erfüllt.

Beim Zusammenbau des Ventils gemäß F i g. 9 sollte die Spindel in das Dichtungselement eingesetzt werden, bevor dieses in das Gehäuse eingesetzt wird. Wenn das Dichtungselement zuerst in das Gehäuse eingesetzt wird, müßte der Ringwulst der Spindel am Stützflansch 97 vorbeibewegt werden, während der Stützflansch bereits vom Gehäuse an einer Ausdehnung gehindert wird, was dazu führen kann, daß das Gehäuse, — sofern es aus Glas besteht —,bricht.

In Fig. 10 ist ein Mehrwegeventil dargestellt. Bei diesem kommen zwei getrennte Dichtungselemente 101 und 102 aus PTFE zur Anwendung, von denen eines die Spindeldichtung und das andere die Arbeitsdichtung bildet. Das Gehäuse des Ventils umfaßt ein hohles Gehäuseteil 103 mit einer rohrförmigen Bohrung 104, in die drei seitliche Anschlüsse 105, 106 und 107 münden.

Auf ein Ende des Gehäuseteils ist eine Kappe 108 geschraubt, durch die eine gläserne rohrförmige Spindel 109 verläuft. Das (in Fig. 10) obere Dichtungselement 101 aus PTFE umfaßt einen kurzen rohrförmigen Abschnitt mit einem Stützflansch 110 bzw. 111 an jedem Ende sowie einem Ringwulst 112, der sich in der Mitte zwischen den beiden Flanschen befindet und gegen die Spindel 109 gedrückt wird. Dieses Dichtungselement bildet die Spindeldichtung und arbeitet im wesentlichen auf gleiche Weise wie die vorstehend unter Bezugnahme auf F i g. 8 erläuterte Spindeldichtung.

Das untere Dichtungselement 102 umfaßt einen rohrförmigen Abschnitt 113, der an seinen Enden von zwei Stützfianschen ίΐ4 und 115 abgestützt wird, sowie zwei Ringwulste 116 und 117, die gegen die Spindel gedrückt werden. Zwischen den beiden Ringwulsten geht eine Öffnung 18 durch den rohrförmigen Abschnitt Die rohrförmige Spindel 109 ist mit Ausnahme von zwei kleinen Öffnungen 119 und 120 geschlossen. Der Abstand zwischen diesen Öffnungen 119 und 120 ist kleiner als der Abstand zwischen den beiden Ringwulsten und größer als die Dicke jedes Ringwulstes.

In der in Fig. 10 dargestellten Stellung ist das Ventil geschlossen. Wenn die Spindel so weit yerstellt wird, daß sich der untere Ringwulst 117 zwischen den beiden öffnungen 119 und 120 in der Spindel befindet, stehen die beiden unteren Anschlüsse 106 und 107 über die hohle Spindel in Strömungsverbindung miteinander, während der obere Anschluß durch den oberen

Ringwulst 116 gesperrt bleibt. Durch Verstellen der Spindel nach oben können auf ähnliche Weise die Anschlüsse 106 und 105 in Strömungsverbindung miteinander gebracht werden, wobei dann der untere Anschluß 107 gesperrt ist Die in Fig. 10 dargestellte Ausrichtung ist nicht notwendigerweise die für den Betrieb beste Ausrichtung. Beispielsweise wird für Flüssigkeit in der Regel eine Drehung von 90 Grad im Uhrzeigersinn bevorzugt.

Gegebenenfalls kann zur Verminderung des Totvolumens die Spindel gefüllt sein. Ferner können weitere öffnungen in der Spindel vorgesehen sein, um deren Strömungswiderstand zu verringern, wobei diese öffnungen sämtlich auf einer Strecke angeordnet sind, die kürzer als der Abstand zwischen den Ringwulsten ist. Es wurde festgestellt, daß dann, wenn die Öffnungen glatte Übergänge haben, die Dichtungselemente im Betrieb bei im wesentlichen atmosphärischen Drücken nicht verschoben werden, wenn die Toleranzen so gewählt werden, wie sie für das Ventil in F i g. 8 beschrieben wurden. Es ist nicht notwendig, zwei getrennte Dichtungselemente zu verwenden. Die Dichtungselemente können zu einem Dichtungselement zusammengefaßt werden, wie dies beispielsweise in F i g. 11 dargestellt ist. Eine solche Ausbildung wird bevorzugt, wenn am Ventil Druckunterschiede wirken, da ein einziges Dichtungselement zuverlässiger in seiner Lage gesichert werden kann. Um die weitgehende Übereinstimmung zu zeigen, sind in F i g. 11 für entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 10 verwendet. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß eine weitere öffnung 121 vorgesehen ist, durch die Fluid in den Raum zwischen den zwei Ringwulslen 112 und 116 eintreten und aus diesem Raum austreten kann, wogegen bei dem Ventil gemäß Fig. 10 dieser Raum zwischen den zwei getrennten Dichtungselementen 101 und 102 liegt.

Das in F i g. 11 dargestellte Dichtungselement würde einer Kombination aus den Dichtungselementen 101 und 102 genau entsprechen, wenn es unmittelbar unterhalb des Ringwulstes 117 abgeschnitten wäre. Durch Verlängerung des Dichtungselementes in dargestellter Weise ragt das Dichtungselement bis in das untere Ende des Ventils, so daß es nicht weiter nach unten verschoben werden kann. Das verlängerte Dichtungselement weist einen zusätzlichen Stützflansch 122 sowie eine weitere öffnung 123 und einen weiteren Ringwulst 124 auf, der wahlweise vorgesehen sein kann. Ferner kann ein Sicherungselement oberhalb des Dichtungselementes eingesetzt werden, um zu verhindern, daß das Dichtungselement beispielsweise bei Anliegen von Unterdruck am oberen Anschluß 105 nach oben rutscht. Bei dem Sicherungselement handelt es sich insbesondere um einen Sprengring, der in einer in der Innenwand der Bohrung ausgebildeten Nut sitzt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Ventilspindelabdichtung mit einem aus PTFE gefertigten Dichtungselement, das einen flexiblen, rohrförmigen Abschnitt und zumindest einen sich radial nach außen erstreckenden Stützflansch aufweist, mittels dessen das Dichtungselement im Gehäuse gehalten ist, wobei die Spindel den rohrförmigen Abschnitt des Dichtungselementes durchsetzt, so daß die Außenfläche der Spindel der Innenfläche des rohrförmigen Abschnittes gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß