DE4141006A1

DE4141006A1 - Sealing assembly for ball valve with ball engageable secondary seal - which is in forced flow between two relatively movable piston elements with pressure faces.

Info

Publication number: DE4141006A1
Application number: DE19914141006
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Engelke; Alexander Dipl Ing Rosenbusch; Hans Werner Dipl Ing Zatterin
Original assignee: Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH and Co
Current assignee: Burgmann Grundstuecksverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-06-17

Abstract

The movable piston elements (7,12), which support the secondary ball seal (4) w.r.t.to the housing have pressure acting surfaces (9,14), one exposed to the pressure of the medium to be sealed, and the other one exposed to the pressure in the pressure chamber (6). Thus the secondary seal is under a pressure force, corresp.to the pressures acting on the pressure faces.The secondary seal pref. has at least one sealing element (10) made of graphite. Prestress members(18) may be provided for the sealing element. USE/ADVANTAGE - For ball valve sealing,with hermetic sealing against the housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen Kugelhahn gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a sealing arrangement for a Ball valve according to the preamble of claim 1.

Bei einem Kugelhahn mit positiv gelagerter Kugel ist es bekannt (EP-A-27 048), zum Zwecke der Abdichtung des Kugeldichtungselementes gegenüber dem Gehäuse eine Kombination aus einer O-Ring- und einer Graphitringdichtung vorzusehen. Der O-Ring dichtet unter normalen Betriebsbedingungen ab, während der Graphitring eine Notdichtung schafft, die erst bei Feuer nach thermischer Zerstörung des O-Ringes zur Wirkung kommt. Die Kraft, mit der der Graphitring unter diesen Umständen beaufschlagt wird, um ihn zur dichtenden Eingriffnahme mit benachbarten Gehäuseflächen zu stauchen, entspricht im wesentlichen der Kraft einer Vorspannfeder zur Vorspannung des Kugeldichtungselementes. Bekannt ist es ferner bei ebenfalls positiv gelagerter Kugel, zur Erhöhung der Vorspannkraft anstatt einer Feder ein Graphitvorspannelement mit Federwirkung vorzusehen (DE-A-37 41 132), so daß auf den Graphitdichtring der Sekundärdichtungseinrichtung eine erhöhte Vorspannkraft mit entsprechend erhöhter Dichtwirkung ausgeübt werden kann. Bei einer schwimmend gelagerten Kugel (vgl. z. B. DE-A-37 44 452) ergeben sich bei der Verwendung von Graphitdichtungselementen zur Abdichtung des Kugeldichtungselementes gegenüber dem Gehäuse insbesondere bei der aufstromseitigen Dichtungsanordnung Probleme, da diese Dichtungsanordnung in der Schließstellung der Kugel stets entlastet wird und die hydraulischen Druckverhältnisse in der Durchgangspassage des Kugelhahnes nur unwesentlich zur Beaufschlagung des Graphitdichtungselementes mit einer ausreichenden Vorspannkraft herangezogen werden können. Die durch die Entlastung bedingte geringere Verpressung des Dichtungselementes äußert sich in einer entsprechend verringerten Dichtwirkung der aufstromseitigen Dichtungsanordnung. Bei der bekannten Dichtungsanordnung wird dieser Umstand allerdings ausgenutzt, um eine Entlastung des Druckes in einem Totraum zwischen den auf- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen zu ermöglichen, indem in den Totraum eingesickertes Medium bei einem bestimmten Druck zurück in einen aufstromseitig der Kugel befindlichen Bereich der Durchgangspassage geleitet wird. Bei einem Medium mit erhöhter Aggressivität ist ein Einsickern des Mediums in den Totraum zu vermeiden. Unter diesen Umständen war es bislang erforderlich, die Sekundärdichtungseinrichtung aus einem Material zu fertigen, wie einem Elastomer, das auch bei verringerter Vorspannkraft eine ausreichende Dichtwirkung aufrechterhält. Andererseits wird dadurch der Temperaturbereich, innerhalb der die Dichtungsanordnungen eingesetzt werden können, wesentlich herabgesetzt.It is for a ball valve with a positive ball known (EP-A-27 048), for the purpose of sealing the Ball sealing element relative to the housing Combination of an O-ring and a graphite ring seal to provide. The O-ring seals under normal Operating conditions, while the graphite ring a Emergency seal creates that only after fire after thermal Destruction of the O-ring comes into effect. The power with which the graphite ring is loaded under these circumstances in order to him for sealing engagement with neighboring Compressing housing surfaces corresponds essentially to that Force of a bias spring to bias the Ball sealing element. It is also known at also positive ball, to increase the preload instead of a spring with a graphite biasing element To provide spring action (DE-A-37 41 132), so that on the Graphite sealing ring of the secondary sealing device increased preload with a correspondingly increased sealing effect can be exercised. With a floating ball (see e.g. DE-A-37 44 452) result from the use of graphite sealing elements for sealing the Ball sealing element with respect to the housing in particular problems with the upstream sealing arrangement because this sealing arrangement in the closed position of the ball is always relieved and the hydraulic pressure conditions only insignificant in the passage passage of the ball valve for loading the graphite sealing element with a sufficient preload can be used. The reduced compression of the Sealing element is expressed accordingly reduced sealing effect of the upstream side Sealing arrangement. In the known seal arrangement this fact, however, exploited to relieve the burden on the Pressure in a dead space between the up and allow downstream sealing arrangements by in the leaked medium at a certain pressure back to an area located upstream of the ball the passage passage is directed. With a medium with increased aggressiveness is an infiltration of the medium into the To avoid dead space. In these circumstances, it was so far required, the secondary sealing device from one To manufacture material, such as an elastomer, which also reduced pre-tensioning force an adequate sealing effect maintained. On the other hand, the Temperature range within which the seal assemblies can be used, significantly reduced.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungsanordnung der eingangs erwähnten Art, die für den Einsatz temperaturbeständiger Dichtungsmaterialien geeignet ist und sowohl bei schwimmender als auch positiver Lagerung eine hermetische Abdichtung der Kugel gegenüber dem Gehäuse ermöglicht.The object of the invention is to create a Sealing arrangement of the type mentioned, which for the Use of temperature-resistant sealing materials and with both floating and positive storage a hermetic seal of the ball against the housing enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Dadurch, daß die Sekundärdichtungseinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um ein Dichtungselement aus einem Graphitmaterial handelt, zwischen einem Paar Kolbenelementen angeordnet ist, über die das Kugeldichtungselement gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist, bewirkt ein Druck auf eines der Kolbenelemente immer eine Stauchung des Dichtungselementes mit der Folge, daß dessen abdichtender Kontakt mit den benachbarten Flächen entsprechend erhöht wird. Der die dichtende Eingriffnahme bewirkende Druck kann seitens des Druck- oder Totraumes aufgebracht werden, so daß dieser Raum abgedichtet werden kann bzw. unabhängig davon, welche effektive Druckkraft seitens der Durchgangspassage auf das betreffende Kolbenelement ausgeübt wird. Auch bei schwimmend gelagerter Kugel ist daher eine sichere Abdichtung der aufstromseitigen Dichtungsanordnung gewährleistet. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei positiv gelagerter Kugel vorteilhaft angewendet werden kann.This object is achieved by the features in characterizing part of claim 1 solved. Thereby, that the secondary seal device in which it is preferably around a sealing element from a Graphite material acts between a pair of piston elements is arranged over which the ball sealing element opposite is supported on the housing, causes pressure on one of the Piston elements always compress the sealing element with the result that its sealing contact with the neighboring areas is increased accordingly. The the sealing intervention can cause pressure on the part of the Pressure or dead space are applied so that this space can be sealed or regardless of which effective pressure force on the part of the passage passage relevant piston element is exercised. Even when floating stored ball is therefore a secure seal of the upstream sealing arrangement guaranteed. It However, it is understood that the invention is also positive stored ball can be used advantageously.

Darüber hinaus kann in den Druckraum ein Spülmedium als Druckmedium eingeführt werden, um den Raum von Zeit zu Zeit zu durchspülen. Dabei ist wegen der Abdichtung des Druckraumes gegenüber der Durchgangspassage sichergestellt, daß das Spülmedium nicht in diese gelangen kann, so daß das abzudichtende Medium nicht durch das Spülmedium verunreinigt wird. Durch den Einsatz einer Sekundärdichtungseinrichtung aus Graphitmaterial ist der Temperaturbereich, in dem die Dichtungsanordnung eingesetzt werden kann, wesentlich heraufgesetzt. Die Anordnung aus Kolbenelementen und Dichtringen kann als vormontierte Einheit vorliegen, die besonders einfach montiert und demontiert sowie auf Lager gehalten werden kann. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.In addition, a flushing medium can be used in the pressure chamber Print media are introduced to the room from time to time to rinse. It is because of the sealing of the Pressure room opposite the passage passage ensured, that the flushing medium can not get into this, so that medium to be sealed is not contaminated by the flushing medium becomes. By using a secondary sealing device made of graphite material is the temperature range in which the Sealing arrangement can be used, essential raised. The arrangement of piston elements and Sealing rings can be available as a pre-assembled unit particularly easy to assemble and disassemble and in stock can be held. Developments of the invention are in the subclaims.

Gemäß einem anderen Aspekt ist durch die Erfindung ein Kugelhahn geschaffen, der sich durch ein Paar auf- und abstromseitig der Kugel vorgesehene, zwischen sich einen Druckraum einschließende Dichtungsanordnungen der vorerwähnten Art sowie eine Einrichtung zur Einführung eines Druckmediums in den Druckraum auszeichnet.In another aspect, the invention provides a Ball valve created by a pair up and provided downstream of the ball, one between them Sealing arrangements enclosing the pressure chamber aforementioned type and a facility for the introduction of a Distinguished in the pressure chamber.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der in fragmentarischer längsgeschnittener Ansicht ein Kugelhahn mit schwimmend gelagerter Kugel und einer aufstromseitigen Dichtungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist.The invention will now be described with reference to the drawing explained in the fragmentary longitudinally View of a ball valve with a floating ball and an upstream sealing arrangement according to one preferred embodiment of the invention is shown.

Der Kugelhahn gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Gehäuse 1, welches in bekannter Weise aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann, die unter Zwischenanordnung von geeigneten Dichtungen (nicht gezeigt) gegeneinander verschraubt sein können. Das Gehäuse 1 ist ferner von einer axialen Durchgangspassage 2 durchsetzt, in der an einem mittleren erweiterten Bereich eine durchbohrte Kugel 3 aufgenommen ist. Die Kugel 3 steht in Eingriff mit einer im Gehäuse 1 gelagerten Betätigungswelle (nicht gezeigt), mit deren Hilfe die Kugel 3 um eine Achse senkrecht zur Längsachse der Durchgangspassage 2 gedreht werden kann, um die Durchbohrung der Kugel 3 in und aus einer ausgerichteten Beziehung zur Durchgangspassage 2 zu bringen und damit eine Strömung des Mediums von einem Bereich der Durchgangspassage 2 aufstromseitig zu einem Bereich abstromseitig der Kugel 3 zu ermöglichen oder zu unterbinden. Der vorbeschriebene Aufbau des Kugelhahnes ist grundsätzlich bekannt, vergl. z. B. DE-A-37 44 452. Bezüglich weiterer Details kann daher auf diese Druckschrift verwiesen werden.The ball valve according to the preferred embodiment of the invention shown comprises a housing 1 which, in a known manner, can be composed of several parts which can be screwed to one another with the interposition of suitable seals (not shown). The housing 1 is also penetrated by an axial passage passage 2 , in which a pierced ball 3 is received in a central enlarged area. The ball 3 is engaged with an actuating shaft (not shown) mounted in the housing 1 , by means of which the ball 3 can be rotated about an axis perpendicular to the longitudinal axis of the passage passage 2 in order to bore the ball 3 in and out of an aligned relationship with it Bring passage passage 2 and thus to allow or prevent a flow of the medium from an area of the passage passage 2 upstream to an area downstream of the ball 3 . The structure of the ball valve described above is known in principle, cf. B. DE-A-37 44 452. With regard to further details, reference can therefore be made to this document.

Die Kugel 3 ist ferner in an sich ebenfalls bekannter Weise gegenüber dem Gehäuse 1 durch ein Paar auf- und abstromseitige ringförmige Dichtungsanordnungen abgedichtet, von denen nur die aufstromseitige in der Zeichnung gezeigt ist. Vorzugsweise sind die auf- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen identisch ausgebildet, doch können im Rahmen der Erfindung auch unterschiedliche Dichtungsanordnungen vorgesehen sein, vorausgesetzt wenigstens die aufstromseitige Dichtungsanordnung ist in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform eines Kugelhahnes ist die Kugel 3 durch die Dichtungsanordnungen axial abgestützt bzw. gelagert (sog. schwimmende Lagerung). Die Erfindung ist jedoch auf einen Kugelhahn mit schwimmend gelagerter Kugel nicht beschränkt, sondern kann vorteilhaft auch bei positiv gelagerter Kugel, vergl. z. B. EP-A-27 048, angewendet werden.The ball 3 is also sealed in a manner known per se from the housing 1 by a pair of upstream and downstream annular sealing arrangements, of which only the upstream side is shown in the drawing. The upstream and downstream sealing arrangements are preferably identical, but different sealing arrangements can also be provided within the scope of the invention, provided that at least the upstream sealing arrangement is designed in the manner according to the invention. In the present embodiment of a ball valve, the ball 3 is axially supported or supported by the sealing arrangements (so-called floating bearing). However, the invention is not limited to a ball valve with a floating ball, but can advantageously also with a positive ball, cf. B. EP-A-27 048 can be used.

Vorgesehen ist ferner ein gegenüber der Durchgangspassage 2 abgegrenzter Druck- oder Totraum 6 zwischen den auf- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen sowie der Kugel 3 und dem Gehäuse 1.Also provided is a pressure or dead space 6, which is delimited from the passage passage 2, between the upstream and downstream sealing arrangements and the ball 3 and the housing 1 .

Die aufstromseitige Dichtungsanordnung umfaßt ein ringförmiges Kugeldichtungselement 4 mit einer Dichtfläche 5, die in dichtendem Eingriff mit der äußeren Oberfläche der Kugel 3 steht. Das Kugeldichtungselement 4 kann aus einem wärmebeständigen Material, wie Metall, bestehen, doch können auch andere geeignete nichtmetallische Werkstoffe verwendet werden. Ferner kann wenigstens die Dichtfläche 5 des Kugeldichtungselementes 4 gehärtet sein und kann zwischen der Kugel 3 und dem Kugeldichtungselement 4 eine Metall-auf- Metall-Berührung vorliegen.The upstream sealing arrangement comprises an annular ball sealing element 4 with a sealing surface 5 which is in sealing engagement with the outer surface of the ball 3 . The ball seal member 4 may be made of a heat-resistant material such as metal, but other suitable non-metallic materials can also be used. Furthermore, at least the sealing surface 5 of the ball sealing element 4 can be hardened and there can be a metal-to-metal contact between the ball 3 and the ball sealing element 4 .

Auf dem Kugeldichtungselement 4 ist eine Kolbenvorspanneinrichtung angeordnet, bestehend aus einem Paar relativ zueinander anschlagbegrenzt beweglicher ringförmiger Kolbenelemente 7, 12. Das erste oder aufstromseitige Kolbenelement 7 hat einen Kopfteil, von dem ein stempelförmiger Ansatz 8 mit verkleinertem Durchmesser in Abstromrichtung absteht. Der Kopfteil des ersten Kolbenelementes 7 kann sich mit seiner im wesentlichen radialen Endfläche 9 an einer aufstromseitigen Absatzfläche des Gehäuses 1 abstützen, während ein Endbereich des stempelförmigen Ansatzes 8 in eine Ausnehmung 13 in einer benachbarten Endfläche im zweiten oder abstromseitigen Kolbenelement 12 gleitbeweglich eingreift.A piston pretensioning device is arranged on the ball sealing element 4 , consisting of a pair of annular piston elements 7 , 12 that are movable relative to one another with limited stops. The first or upstream piston element 7 has a head part, from which a plunger-shaped extension 8 with a reduced diameter protrudes in the downstream direction. The head portion of the first piston member 7 may be supported with its substantially radial end surface 9 at an upstream shoulder surface of the housing 1, while an end portion of the stamp-shaped projection 8 in a recess 13 in an adjacent end face engages slidably in the second or downstream piston element 12th

Ferner ist eine Einrichtung zur Ausübung einer permanenten Vorspannkraft auf das Kugeldichtungselement 4, so daß dessen Dichtfläche 5 in dichtendem Eingriff mit der Kugel 3 gehalten ist, im Kraftfluß zwischen dem Gehäuse 1 und der Kugel 3 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorspanneinrichtung eine zwischen einer Ausnehmung 15 in einer abstromseitigen Endfläche 14 des zweiten Kolbenelementes 12 und einer benachbarten Absatzfläche des Kugeldichtungselementes 4 sich erstreckende Federeinrichtung 18, z. B. in Gestalt ein oder mehrerer Teller- oder Schraubenfedern. Die Vorspannkraft der Federeinrichtung 18 drückt daher einerseits die Kolbenelemente 7, 12 gegen die aufstromseitige Absatzfläche des Gehäuses 1 und andererseits das Kugeldichtungselement 4 gegen die Kugel 3. Furthermore, a device for exerting a permanent prestressing force on the ball sealing element 4 , so that its sealing surface 5 is held in sealing engagement with the ball 3 , is provided in the force flow between the housing 1 and the ball 3 . In the embodiment shown, the pretensioning device comprises a spring device 18 , for example a spring device 18 , which extends between a recess 15 in a downstream end face 14 of the second piston element 12 and an adjacent shoulder surface of the ball sealing element 4 . B. in the form of one or more plate or coil springs. The biasing force of the spring device 18 therefore presses the piston elements 7 , 12 against the upstream sales surface of the housing 1 on the one hand and the ball sealing element 4 against the ball 3 on the other hand.

Eine Sekundärdichtungseinrichtung zur Abdichtung des Kugeldichtungselementes 4 gegenüber dem Gehäuse 1, bestehend aus einem Paar koaxial zueinander angeordneter Dichtringe 10, 10′, die durch den stempelförmigen Ansatz 8 des ersten Kolbenelementes 7 in radialem Abstand voneinander gehalten sind, ist zwischen dem zweiten Kolbenelement 12 und dem ersten Kolbenelement 7 angeordnet. Eine axiale Bewegung der Kolbenelemente 7, 12 in Richtung aufeinanderzu bewirkt daher, daß die Dichtringe 10, 10′ zusammengedrückt werden. Eine dadurch hervorgerufene entsprechende Ausdehnung der Dichtringe 10, 10′ in radialer Richtung hat zur Folge, daß die Dichtringe 10, 10′ mit den benachbarten Dichtflächen des Gehäuses 1 bzw. des Kugeldichtungselementes 4 in entsprechendem dichtenden Eingriff gebracht werden.A secondary sealing device for sealing the ball sealing element 4 with respect to the housing 1 , consisting of a pair of coaxially arranged sealing rings 10 , 10 ', which are held at a radial distance from one another by the stamp-shaped extension 8 of the first piston element 7 is between the second piston element 12 and the arranged first piston element 7 . An axial movement of the piston elements 7 , 12 towards each other therefore causes the sealing rings 10 , 10 'to be compressed. A resulting expansion of the sealing rings 10 , 10 'in the radial direction has the result that the sealing rings 10 , 10 ' are brought into corresponding sealing engagement with the adjacent sealing surfaces of the housing 1 and the ball sealing element 4 .

Die erwähnte Relativbewegung der Kolbenelemente 7, 12 kann einerseits durch die Vorspannkraft der Federvorspanneinrichtung 18 und andererseits durch eine Druckkraft resultierend aus den Drücken ausgelöst werden, die das abzudichtende Medium in der Durchgangspassage 2 des Kugelhahnes auf die aufstromseitige Endfläche 9 des ersten Kolbenelementes 7 bzw. ein in den Druckraum 6 eingeführtes Druckmedium auf die abstromseitige Endfläche 14 des zweiten Kolbenelementes 12 ausübt. Je höher die resultierende Druckkraft ist, umso so höher ist die auf die Dichtringe 10, 10′ ausgeübte Stauchkraft. Im drucklosen Zustand des Kugelhahnes wirkt nur die Kraft der Federvorspanneinrichtung 18 auf die Dichtringe 10, 10′.The aforementioned relative movement of the piston elements 7 , 12 can be triggered on the one hand by the prestressing force of the spring prestressing device 18 and on the other hand by a compressive force resulting from the pressures which the medium to be sealed in the passage passage 2 of the ball valve onto the upstream end face 9 of the first piston element 7 or a pressure medium introduced into the pressure chamber 6 exerts on the downstream end face 14 of the second piston element 12 . The higher the resulting compressive force, the higher the compression force exerted on the sealing rings 10 , 10 '. In the depressurized state of the ball valve, only the force of the spring biasing device 18 acts on the sealing rings 10 , 10 '.

Mit den Bezugszeichen 11, 11′ ist ein Paar innere und äußere koaxial zueinander angeordnete und durch den stempelförmigen Ansatz 8 des ersten Kolbenelementes 7 voneinander radial beabstandete Stützringe angedeutet, die zur Führung und Lagerung des ersten Kolbenelementes 7 dienen und an denen sich die Dichtringe 10, 10′ mit ihren aufstromseitigen Endflächen abstützen können.With the reference numerals 11 , 11 'is a pair of inner and outer coaxially arranged and indicated by the stamp-shaped shoulder 8 of the first piston element 7 radially spaced support rings, which serve to guide and mount the first piston element 7 and on which the sealing rings 10 , 10 'can support with their upstream end faces.

Obschon die Dichtringe 10, 10′ grundsätzlich auch aus anderen geeigneten wärmebeständigen Materialen bestehen können, handelt es sich vorzugsweise um Ringe aus einem Kohlenstoffmaterial, wie beispielsweise unter dem Handelsnamen "Statotherm" von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung erhältliche Graphitringe, die elastisch um z. B. ca. 8-10% wiederholt gestaucht werden können. Derartige Dichtringe zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus, so daß bei mit diesen Dichtringen ausgestatteten Dichtungsanordnungen eine Dichtwirkung bis zu Temperaturen von z. B. 300°C und darüber gewährleistet ist.Although the sealing rings 10 , 10 'can in principle also consist of other suitable heat-resistant materials, it is preferably rings made of a carbon material, such as, for example, under the trade name "Statotherm" available from the applicant of the present application, graphite rings which are elastic around z. B. can be repeatedly compressed about 8-10%. Such sealing rings are characterized by a high temperature resistance, so that sealing arrangements equipped with these sealing rings have a sealing effect up to temperatures of, for. B. 300 ° C and above is guaranteed.

Wie erwähnt, kann das zweite Kolbenelement 12 und insbesondere dessen abstromseitige Endfläche 14 dem Druck im Druckraum 6 ausgesetzt werden. Der Druck kann durch ein in den Druckraum 6 von außen eingeführtes Druckmedium, z. B. ein Spülmedium, aufgebaut werden, so daß durch eine gezielte Druckbeaufschlagung des Druckraumes 6 auf das zweite Kolbenelement 12 eine Druckkraft ausgeübt werden kann, die eine entsprechende Stauchung der Dichtringe 10, 10′ zur Folge hat.As mentioned, the second piston element 12 and in particular its downstream end face 14 can be exposed to the pressure in the pressure chamber 6 . The pressure can be introduced into the pressure chamber 6 from the outside by a pressure medium, for. B. a flushing medium, are built up so that a pressure can be exerted on the second piston element 12 by a targeted pressurization of the pressure chamber 6 , which has a corresponding compression of the sealing rings 10 , 10 '.

Zur Einführung des Druckmediums in den Druckraum 6 ist eine Einlaßöffnung 19 im Gehäuse 1 vorgesehen, die bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an einem Bereich 16 der aufstromseitigen Dichtungsanordnung ausmündet, an dem deren äußerer Durchmesser um ein geeignetes Maß reduziert ist. Zwischen der benachbarten Oberfläche des Gehäuses 1 und dem äußeren Umfang des durchmesserreduzierten Bereiches 16 verbleibt daher ein relativ schmaler Ringraum 20, längs dem das Druckmedium von der Einlaßöffnung 19 in den Druckraum 6 fließen kann.For introducing the pressure medium into the pressure chamber 6 , an inlet opening 19 is provided in the housing 1 , which in the preferred embodiment of the invention opens out at a region 16 of the upstream sealing arrangement, at which its outer diameter is reduced by a suitable amount. A relatively narrow annular space 20 thus remains between the adjacent surface of the housing 1 and the outer circumference of the reduced-diameter area 16 , along which the pressure medium can flow from the inlet opening 19 into the pressure space 6 .

Der Ringraum 20 ist ferner durch eine dammartige Durchmesservergrößerung nahe dem dem Druckraum 6 zugewandten Endbereich der Dichtungsanordnung etwas verengt, so daß ein Drosselspalt 21 zwischen dem Gehäuse 1 und der Dichtungsanordnung 4 gebildet ist, über den das Druckmedium aus dem Ringraum 20 strömen muß, um in den Druckraum 6 zu gelangen. Der Drosselspalt 21 bewirkt, daß im Ringraum 20 ein erhöhter Druck aufgebaut wird, bevor der Druckraum 6 mit dem Druckmedium gänzlich gefüllt ist, um auf das zweite Kolbenelement 12 eine Druckkraft schon zu einem frühen Zeitpunkt auszuüben und die Dichtringe 10, 10′ entsprechend zu beaufschlagen.The annular space 20 is also somewhat narrowed by a dam-like increase in diameter near the end region of the sealing arrangement facing the pressure space 6 , so that a throttle gap 21 is formed between the housing 1 and the sealing arrangement 4 , via which the pressure medium must flow from the annular space 20 in order to to reach the pressure chamber 6 . The throttle gap 21 causes an increased pressure to be built up in the annular space 20 before the pressure space 6 is completely filled with the pressure medium in order to exert a compressive force on the second piston element 12 at an early point in time and to apply the sealing rings 10 , 10 'accordingly .

Das Bezugszeichen 22 bezieht sich auf ein Anschlußrohr, das mit der Einlaßöffnung 19 des Gehäuses 1 verbunden ist und mit einer nicht gezeigten Druckmediumquelle in Verbindung stehen kann.The reference numeral 22 refers to a connecting pipe which is connected to the inlet opening 19 of the housing 1 and can be connected to a pressure medium source, not shown.

Das erste Kolbenelement 7 ist, wie erwähnt, nur begrenzt, insbesondere innerhalb der Grenzen eines Spaltes S₂ beweglich, der zwischen der abstromseitigen Endfläche des stempelförmigen Ansatzes 8 des ersten 7 und einer gegenüberliegenden Anlagefläche des zweiten Kolbenelementes 12 in der entlasteten Ruhestellung der Kolbenelemente 7, 12 vorgesehen ist. Die Bewegung des zweiten Kolbenelementes 12 gegenüber dem Kugeldichtungselement 4 kann innerhalb der Grenzen eines Spaltes S₁ stattfinden, der zwischen der abstromseitigen Endfläche 14 des zweiten Kolbenelementes 12 und der benachbarten Absatzfläche des Kugeldichtungselementes 4 vorgesehen ist. Die begrenzte Beweglichkeit des zweiten Kolbenelementes 12 verhindert eine übermäßige Beanspruchung der Federvorspanneinrichtung 18, während die eingeschränkte Beweglichkeit der Kolbenelemente 7, 12 relativ zueinander eine übermäßige Stauchung der Dichtringe 10, 10′ vermeidet.As mentioned, the first piston element 7 can only be moved to a limited extent, in particular within the limits of a gap S ₂ , which between the downstream end face of the ram-shaped extension 8 of the first 7 and an opposite contact surface of the second piston element 12 in the relieved rest position of the piston elements 7 , 12 is provided. The movement of the second piston element 12 relative to the ball sealing element 4 can take place within the limits of a gap S ₁ which is provided between the downstream end face 14 of the second piston element 12 and the adjacent shoulder surface of the ball sealing element 4 . The limited mobility of the second piston element 12 prevents excessive stress on the spring preloading device 18 , while the restricted mobility of the piston elements 7 , 12 relative to one another prevents excessive compression of the sealing rings 10 , 10 '.

Die Dichtungsanordnung mit dem vorbeschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt.The sealing arrangement with the structure described above works as follows.

Durch den Druck des abzudichtenden Mediums in der Durchgangspassage 2 aufstromseitig der Kugel 3 wird diese in der Schließstellung gegen die abstromseitige Dichtungsanordnung mit einem Kraft gedrückt, die der Druckfläche A_D (vgl. Zeichnung) entspricht, wobei D = Durchmesser der Dichtungsanordnung, gemessen an einer mittleren Stelle der Dichtfläche 5 des Kugeldichtungselementes 4. Der aufstromseitig der Kugel 3 wirkende Druck des abzudichtenden Mediums erhöht daher bei der abstromseitigen Dichtungsanordnung nicht nur die dichtende Eingriffnahme zwischen der Dichtfläche 5 des Kugeldichtungselementes 4 und der Kugel 3, sondern gleichzeitig werden dadurch auch die Kolbenelemente 7, 12 dieser Dichtungsanordnung unter entsprechender Verpressung der Dichtringe 10, 10′ entsprechend beaufschlagt. Dabei kann es zu einem Schließen der Spalte S₁, S₂ der abstromseitigen Dichtungsanordnung kommen, wenn die Druckkraft einen bestimmten Wert überschreitet.Due to the pressure of the medium to be sealed in the passage passage 2 upstream of the ball 3 , this is pressed in the closed position against the downstream sealing arrangement with a force that corresponds to the pressure surface A _D (see drawing), where D = diameter of the sealing arrangement, measured on a middle point of the sealing surface 5 of the ball sealing element 4 . The pressure of the medium to be sealed acting on the upstream side of the ball 3 therefore not only increases the sealing engagement between the sealing surface 5 of the ball sealing element 4 and the ball 3 in the downstream sealing arrangement, but at the same time the piston elements 7 , 12 of this sealing arrangement are also subjected to a corresponding compression of the sealing rings 10 , 10 'applied accordingly. The gaps S ₁ , S _{2 of} the downstream sealing arrangement can close when the pressure force exceeds a certain value.

Die aufstromseitige Dichtungsanordnung wird dagegen in der Schließstellung der Kugel 3 seitens des abzudichtenden Mediums nur durch eine Druckkraft entsprechend der Druckfläche A_DE = A_FA - A_D mit F_A = Außenabmessung der Dichtungsanordnung bzw. des äußeren Dichtringes 10 beansprucht. The upstream sealing arrangement, on the other hand, is only loaded in the closed position of the ball 3 by the medium to be sealed by a compressive force corresponding to the pressure surface A _DE = A _FA - A _D with F _A = outer dimension of the sealing arrangement or the outer sealing ring 10 .

Bei einer schwimmend gelagerten Kugel 3 kann daher nicht ausgeschlossen werden, daß die auf die aufstromseitige Dichtungsanordnung ausgeübte Druckkraft nicht ausreicht, um die Dichtringe 10, 10′ der Sekundärdichtungseinrichtung in einem Masse zu verpressen, daß diese eine ausreichende Dichtwirkung schaffen. Um ein Undichtwerden des Kugelhahnes unter solchen Umständen zu verhindern, kann in den Druckraum 6 zwischen den auf- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen ein Druckmedium eingeführt werden, das einerseits auf das zweite oder abstromseitige Kolbenelement 12 der aufstromseitigen Dichtungsanordnung eine Druckkraft entsprechend der Druckwirkfläche A_F = A_FA - A_FI mit FI = Innenabmessung des zweiten Kolbenelementes 12 bzw. des inneren Dichtringes 10′ und andererseits auf das Kugeldichtungselement 4 eine Druckkraft entsprechend der Druckwirkfläche A_S= A_D - A_FI ausübt, so daß die Dichtringe 10, 10′ entsprechend gestaucht und die Eingriffnahme zwischen der Dichtfläche 5 des Kugeldichtungselementes 4 und der Kugel 3 erhöht wird. Durch eine gezielte Druckbeaufschlagung des Druckraumes 6 kann daher eine ausreichende abdichtende Wirkung auch der aufstromseitigen Dichtungsanordnung unabhängig vom Druck des abzudichtenden Mediums aufrechterhalten werden. Dadurch ermöglicht die Erfindung die Verwendung von Dichtringen 10, 10′ aus einem Graphitmaterial, bei dem die Dichtwirkung von einer entsprechenden Stauchung abhängt, die z. B. 8 bis 10% betragen kann und relativ hohe Stauchkräfte erfordert.In a floating ball 3 can therefore not be ruled out that the pressure force exerted on the upstream sealing arrangement is not sufficient to compress the sealing rings 10 , 10 'of the secondary sealing device to such an extent that they create a sufficient sealing effect. In order to prevent the ball valve from leaking under such circumstances, a pressure medium can be introduced into the pressure chamber 6 between the upstream and downstream sealing arrangements, which on the one hand exerts a compressive force on the second or downstream piston element 12 of the upstream sealing arrangement corresponding to the effective pressure area A _F = A _FA - A _FI with FI = inner dimension of the second piston element 12 or the inner sealing ring 10 'and on the other hand exerts a compressive force on the ball sealing element 4 corresponding to the pressure effective area A _S = A _D - A _FI , so that the sealing rings 10 , 10 ' are compressed accordingly and the engagement between the sealing surface 5 of the ball sealing element 4 and the ball 3 is increased. A targeted pressurization of the pressure chamber 6 can therefore maintain a sufficient sealing effect even on the upstream sealing arrangement, regardless of the pressure of the medium to be sealed. This enables the invention to use sealing rings 10 , 10 'made of a graphite material, in which the sealing effect depends on a corresponding compression, which, for. B. can be 8 to 10% and requires relatively high compression forces.

Ferner ermöglicht die Erfindung die Einführung eines Spülmediums in den Druckraum 6, so daß dieser durchspült werden kann, um diesen von Zeit zu Zeit zu reinigen. Wird das Spülmedium in den Druckraum 6 mit einem ausreichend hohen Druck eingeführt, so hat der Druck des Spülmediums zur Folge, daß er die dichtende Eingriffnahme der Dichtringe 10, 10′ erhöht und damit verhindert wird, daß das Spülmedium in die Durchgangspassage 2 und damit in das abzudichtende Medium gelangen kann. Der Drosselspalt 21 bewirkt einen Druckaufbau im Ringraum 20, bevor das Spülmedium den eigentlichen Druckraum 6 gefüllt hat, so daß die Beaufschlagung der Dichtungsanordnung mit einer abdichtenden Druckkraft schon zu einem frühen Zeitpunkt erzielt wird, d. h. bevor der Druckraum 6 gefüllt ist.Furthermore, the invention enables the introduction of a flushing medium into the pressure chamber 6 so that it can be flushed through in order to clean it from time to time. If the flushing medium is introduced into the pressure chamber 6 at a sufficiently high pressure, the pressure of the flushing medium has the consequence that it increases the sealing engagement of the sealing rings 10 , 10 'and thus prevents the flushing medium from entering the passage 2 and thus into the medium to be sealed can reach. The throttle gap 21 causes a pressure build-up in the annular space 20 before the flushing medium has filled the actual pressure space 6 , so that the sealing arrangement is acted upon with a sealing pressure force at an early point in time, ie before the pressure space 6 is filled.

Darauf hinzuweisen ist, daß bei einem Kugelhahn mit positiv gelagerter Kugel ähnliche Wirkungen erhalten werden, mit der Ausnahme jedoch, daß die Abdichtung der Kugel seitens der abstromseitigen Dichtungsanordnung nicht wesentlich von der Druckkraft beeinflußt wird, die das abzudichtende Medium entsprechend der Druckwirkfläche A_D auf diese Dichtungsanordnung ausübt.It should be noted that obtained in a ball valve with positive mounted ball similar effects, however, that the sealing of the ball is not substantially affected by the downstream sealing arrangement of the pressure force with the exception that the medium to be sealed in accordance with the pressure acting area A _D to this Exercises sealing arrangement.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die vorbeschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform beschränkt ist. So kann die Federvorspanneinrichtung zur mediumdruckunabhängigen Beaufschlagung der Sekundärdichtungseinrichtung mit einer Vorspannkraft auch an einer anderen geeigneten Stelle längs der Kraftflußrichtung zwischen dem Kugeldichtungselement und dem Gehäuse, z. B. zwischen dem aufstromseitigen Kolbenelement und dem Gehäuse, angeordnet sein. Anstelle eines Paares Dichtringe könnte zwischen den Kolbenelementen auch ein einzelner Dichtring in Zusammenwirken mit einem aufstromseitigen Kolbenelement ohne stempelförmigem Ansatz vorgesehen sein. Diese und andere sich anhand der gegebenen Lehre anbietenden Abänderungen und Modifikationen sind durch den Schutzbereich der Erfindung ebenfalls abgedeckt.It is understood that the invention is not limited to described above and shown in the drawing Embodiment is limited. So it can Spring preload device for medium pressure independent Application of a secondary sealing device Preload force also at another suitable point along the direction of force flow between the ball sealing element and the housing, e.g. B. between the upstream piston element and the housing. Instead of a couple Seals could also be between the piston elements single sealing ring in cooperation with one piston element on the upstream side without a stamp-shaped attachment be provided. These and others are based on the given Changes and modifications offering teaching are through also covered the scope of the invention.

Claims

1. Sealing arrangement for a ball valve, in particular for one with a pressure space between the ball and the housing, with a ball sealing element which can be brought into sealing engagement with the ball and sealed by a secondary sealing device with respect to the housing, characterized in that the secondary sealing device ( 10 ) in power flow is disposed between a pair in substantially the power flow relatively movable piston elements (7,12) over which the ball sealing member (4) is supported relative to the housing (1), said piston members (7, 12) pressure active surfaces (9, 14 ), one of which is exposed to the pressure of the medium to be sealed and the other to a pressure in the pressure chamber ( 6 ) in order to apply a compressive force to the secondary sealing device essentially in accordance with the pressures acting on the pressure active surfaces.

2. Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary sealing device comprises at least one sealing element ( 10 ) made of a graphite material.

3. Sealing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least the relative mobility of the piston elements ( 7 , 12 ) is stop-limited.

4. Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a device ( 18 ) for exerting a pressure-independent biasing force on the secondary sealing device ( 10 ).

5. Sealing arrangement according to claim 4, characterized in that the pressure-independent biasing means comprises a spring means ( 18 ) arranged in the power flow between the housing ( 1 ) and the ball sealing element ( 4 ).

6. Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a circumferential area ( 16 ) of the sealing arrangement near the pressure chamber ( 6 ) is reduced in diameter.

7. Sealing arrangement according to claim 6, characterized in that a dam region ( 17 ) is provided between the reduced-diameter area ( 16 ) and the pressure chamber ( 6 ) adjacent end of the sealing arrangement.

8. Ball valve, characterized by a pair of upstream and downstream of the ball provided between them a pressure chamber ( 6 ) enclosing sealing arrangements according to one of the preceding claims with a device ( 19 , 22 ) for introducing a pressure medium into the pressure chamber.

9. Ball valve according to claim 8, characterized in that at least the upstream sealing arrangement is designed according to one of claims 6 or 7, and that the device ( 19 , 22 ) for introducing the pressure medium is arranged so that it over the reduced-diameter area ( 16th ) the upstream sealing arrangement can be inserted into the pressure chamber ( 6 ).