DE4332109C2 - Vorrichtung zum leckagefreien Schalten eines Doppelsitzventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum leckagefreien Schalten eines Doppelsitzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 0 039 319 A1 ist eine Vorrichtung der einlei­ tend gekennzeichneten Gattung bekannt, bei der das als Schieberkolben mit radialen Dichtungsmitteln ausgebildete Schließglied in der Offenstellung des Doppelsitzventils im Bereich seines Endabschnittes vom zweiten Schließglied dichtend umschlossen wird, wobei letzteres an seinem dem Schieberkolben zugewandten Ende eine Ausnehmung mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswand besitzt, die dimensioniert ist, um während der Öffnungsbewegung den Endabschnitt des Schieberkolbens dichtend aufzunehmen, bevor das zweite Schließglied öffnet. In der Schließstel­ lung des Doppelsitzventils findet der Schieberkolben mit seinen radialen Dichtungsmitteln in einem zylindrischen Ventilsitz Aufnahme. Eine bevorzugte Ausführungsform der bekannten Vorrichtung sieht vor, daß die Ausnehmung in dem zweiten Schließglied eine mit dem zylindrischen Ven­ tilsitz fluchtende zylindrische Umfangsfläche aufweist und die radialen Dichtungsmittel am Endabschnitt des Schieberkolbens so angeordnet sind, daß sie während des Öffnens des Ventils von dem zylindrischen Ventilsitz in dichtende Berührung mit der fluchtenden zylindrischen Um­ fangswand der Ausnehmung verschoben werden, bevor der Schieberkolben gegen das zweite Schließglied zur Anlage kommt.

Die bevorzugte Ausführungsform der bekannten Vorrichtung und ihrer Dichtungsanordnung ist in Fig. 2 der EP 0 039 319 A1 mit allen konstruktiven Details darge­ stellt. Wesentliches Merkmal dieser Dichtungsanordnung ist, daß die radialen Dichtungsmittel sowohl in der Schließstellung als auch während des Öffnungsvorganges und in der Offenstellung des Ventils stets von einer zylindrischen Umfangswand gestützt und geschützt werden. Während des Öffnens des Doppelsitzventils kommen die ra­ dialen Dichtungsmittel in Eingriff mit der Umfangswand der Ausnehmung des zweiten Schließgliedes, und auch in der Offenstellung des Ventils bleibt der Eingriff zwi­ schen den radialen Dichtungsmitteln und der Umfangswand der Ausnehmung im zweiten Schließglied aufrechterhalten. Der Eingriff ist dabei ausschließlich kraftschlüssig, das heißt die bei der elastischen Deformation der radialen Dichtungsmittel in diesen geweckten Reaktionskräfte sor­ gen allein für die zwischen der Umfangswand und den ra­ dialen Dichtungsmitteln gegebene Flächenpressung, die ei­ nen Durchtritt des unter Druck an den radialen Dichtungs­ mitteln anstehenden Fluides in den Leckagehohlraum zwi­ schen den beiden Schließgliedern verhindert.

Bereits aus der GB 668 563 ist ein Ventil bekannt, bei dem das in einem schieberartig ausgebildeten Schließglied angeordnete radiale Dichtungsmittel - dort handelt es sich um einen sogenannten O-Ring - bei der Öffnungsbewe­ gung des Ventils in ein als Sitzteller ausgebildetes Schließglied hineingefahren wird und in der Offenstellung des Ventils dort verbleibt. Dabei ist aus dieser älteren Druckschrift bereits bekannt, den in der Schließstellung des Ventils wirksamen zylindrischen Sitzbereich durchmes­ sergleich mit der zylindrischen Ausnehmung im Sitzteller auszubilden. Dieses Ventil weist zwar keinen zwischen den Schließgliedern vorgesehenen Leckagehohlraum auf, und die getroffene Dichtungsanordnung dient in erster Linie dem Schutz und der Stützung der radialen Dichtungsmitteln jedoch muß der zwischen der Umfangswand des Sitztellers und den radialen Dichtungsmitteln wirksame Kraftschluß infolge Deformation der radialen Dichtungsmittel derart bemessen sein, daß kein unter Druck an diesen anstehendes Fluid in den hinter der Dichtung gelegenen Bereich der Ausnehmung im Sitzteller gelangt.

Die vorgenannten bekannten Vorrichtungen mit ihren Dich­ tungsanordnungen weisen Nachteile auf. Zum einen ergibt sich ein Nachteil aus der Tatsache, daß die Dichtheit des Kontaktes zwischen den jeweiligen radialen Dichtungsmit­ teln und der zugeordneten zylindrischen Umfangswand des Schließgliedes allein aus dem Kraftschluß infolge einer begrenzten elastischen Deformierbarkeit der radialen Dichtungsmittel resultiert. Darüberhinaus ist aus Fig. 2 der bevorzugten Ausführungsform der bekannten Dichtungs­ anordnung gemäß EP 0 039 319 A1 ersichtlich, daß beim Schließvorgang des Ventils der Aufsetzvorgang des als Sitzteller ausgebildeten Schließgliedes nicht geführt er­ folgt, zumindest in Bezug auf die Zuordnung zwischen ra­ dialen Dichtungsmitteln und dem zylindrischen Ventilsitz. Dies ergibt sich daraus, daß das als Sitzteller ausgebil­ dete Schließglied mit seinen axialen Dichtungsmitteln zu­ nächst auf der zugeordneten Sitzfläche aufsetzt, während der Schieberkolben mit den radialen Dichtungsmitteln in der Ausnehmung verbleibt. Falls nun dabei, aus welchen Gründen auch immer und entgegen der erklärten Absicht der bevorzugten Ausführungsform, der zylindrische Ventilsitz nicht mit der zylindrischen Umfangswand der Ausnehmung, in der sich die radialen Dichtungsmittel befinden, fluch­ tet, werden letztere bei der weiteren Schließbewegung im Zuge des Einfahrens in den zylindrischen Ventilsitz in einer die Lebensdauer beeinträchtigenden Weise über Ge­ bühr mechanisch beansprucht.

Abhilfe soll in diesem Zusammenhang die ebenfalls aus Fig. 2 ersichtliche Einbettung der radialen Dichtungsmit­ tel schaffen, die hier als sogenannter O-Ring ausgebildet sind. Die Darstellung verdeutlicht, daß der O-Ring in seiner undeformierten Einbaulage "lose" in seiner Nut an­ geordnet ist. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sich hinter der Dichtung zum Nutgrund hin geschlos­ sene Hohlräume bilden, die außerordentlich schwer oder überhaupt nicht einer automatischen Reinigung beim Durch­ fluß des Reinigungsmittels durch das Ventil zugänglich sind. Mit der sog. "losen" O-Ring-Anordnung im Schließ­ glied soll erreicht werden, daß dieser in seiner defor­ mierten Einbaulage noch eine begrenzte Beweglichkeit in­ nerhalb seiner Dichtungsnut aufweist, so daß er, bei­ spielsweise im Falle eines außermittigen Aufsetzens des als Sitzteller ausgebildeten Schließgliedes beim anschließenden Einfahren in den koaxial versetzten zylin­ drischen Ventilsitz begrenzt ausweichen und damit Über­ spannungen vermeiden und Abscherwirkungen ausweichen kann.

Ein weiterer Nachteil der bevorzugten Ausführungsform der bekannten Dichtungsanordnung besteht darin, daß diese nicht leckagefrei schaltet. Wie Fig. 2 der EP 0 039 319 A1 sehr eindrucksvoll verdeutlicht, wird, nachdem die im Sitzteller angeordneten axialen Dichtungsmittel auf der zugeordneten Sitzfläche aufgesetzt haben, im Zuge der weiteren Schließbewegung beim Einfahren der radialen Dichtungsmittel in den zugeordneten zylindrischen Ven­ tilsitz zwischen den beiden Dichtungsmitteln temporär ein Hohlraum gebildet, in dem das dort vor dem Schließen be­ findliche Fluid eingeschlossen ist. Nachdem die radialen Dichtungsmittel in der Schließstellung des Ventils voll­ ständig im zylindrischen Ventilsitz Aufnahme gefunden haben, kann das zwischen den Dichtungsmitteln der beiden Schließglieder abgegrenzte Fluid in den Leckagehohlraum abströmen und über dessen Verbindung mit der Umgebung des Ventils als sogenannte Schaltleckage in Erscheinung tre­ ten.

Es hat nicht an weiteren Vorschlägen gefehlt, Dichtungs­ anordnungen mit radialen Dichtungsmitteln in einem schie­ berartig ausgebildeten Schließglied eines Doppelsitzven­ tils vorzuschlagen, mit denen der eine oder andere vorge­ nannte Nachteil vermieden werden kann. In diesem Zusam­ menhang ist aus der DE 32 42 947 A1 eine Dichtungsanord­ nung bekannt, bei der zwischen den beiden jeweils konisch ausgebildete Anlageflächen aufweisenden Ventiltellern ei­ ne vorzugsweise zylindrische Ringkammer als Leckagehohl­ raum angeordnet ist und bei der dem ersten Ventilteller eine am Innenmantel der zylindrischen Ringkammer an­ liegende Dichtung zugeordnet ist, die gleichzeitig zur Abdichtung des konischen Ventilsitzes dieses Ventiltel­ lers dient. Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieser bekannten Dichtungsanordnung wird die am Innenmantel der zylindrischen Ringkammer anliegende Dichtung derart zwi­ schen den Anlageflächen beider Ventilteller angeordnet, daß diese während eines Durchschaltvorganges des ersten Ventiltellers so lange im Bereich der Ringkammer ver­ bleibt, bzw. diese abdichtend durchfährt, bis zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilteller ein den Leckage­ hohlraum gegenüber den Ventilräumen abdichtende Verbin­ dung gegeben ist.

Diese letztgenannte Dichtungsanordnung vermeidet zwar Hohlraumbildungen zwischen Dichtung und zugeordneter Nut, da die Dichtung dort allseits form- und kraftschlüssig eingebettet ist, Fig. 2 der DE 32 42 947 A1 verdeutlicht jedoch, daß auch diese Dichtungsanordnung nicht leckage­ frei schaltet. Im Unterschied zur Dichtungsanordnung ge­ mäß EP 0 039 319 A1 erfolgt in der Offenstellung des Ven­ tils gemäß DE 32 42 947 A1 die Abdichtung der Ventilin­ nenräume gegenüber dem Leckagehohlraum dadurch, daß der auch Schieberfunktion aufweisende erste Ventilteller mit seiner dem Leckagehohlraum zugewandten Stirnfläche an die Dichtung des zweiten Ventiltellers axial angelegt und an­ gepreßt wird. Der erste Ventilteller ist in erster Linie ein Sitzteller, bei dem in der Schließstellung des Dop­ pelsitzventils die Abdichtung gegenüber der zugeordneten Sitzfläche über axial wirkende Dichtungsmittel erfolgt. Im Grundsatz handelt es sich daher bei dem Doppelsitzven­ til gemäß DE 32 42 947 A1 und die in ihm realisierte Dichtungsanordnung um einen Gegenstand, der einer anderen Gattung als der vorliegende Anmeldungsgegenstand ange­ hört. In gleicher Weise, wie in der Schließstellung des bekannten Ventils die Dichtwirkung zwischen der Dichtung des ersten Ventiltellers und der zugeordneten Sitzfläche durch axiales Anpressen dieser Dichtung an letztere er­ reicht wird, so wird auch die Dichtwirkung zwischen den beiden Ventiltellern in der Offenstellung des Ventils und in Bezug auf den Leckagehohlraum allein durch axiale An­ pressung der im zweiten Ventilteller angeordneten Dich­ tung an die dem Leckagehohlraum zugewandte Stirnfläche des ersten Ventiltellers erreicht. Es handelt sich bei dem "axialen Andocken" der in Frage kommenden Dichtung an den ersten Ventilteller um einen formschlüssigen Kontakt, dessen Flächenpressung sich im Gegensatz zum Gegenstand der EP 0 039 319 A1, wo der Kraftschluß allein aus den Deformationsmöglichkeiten der in Frage kommenden Dichtung resultiert, aus der Dimensionierung des die Relativbewe­ gung der beiden Ventilteller zueinander bestimmenden An­ triebes ergibt.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Standzeit von radialen Dichtungsmitteln in einem schie­ berartig ausgebildeten Schließglied eines Doppelsitzven­ tils bei mikrobiologisch einwandfreier Anordnung dieser Dichtungsmittel gegenüber bekannten Lösungen zu verbes­ sern und darüber hinaus leckagefreies Schalten sicherzu­ stellen.

Das vorgenannte Ziel wird durch Anwendung der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung besteht darin, daß einerseits die beiden Dichtungs­ mittel bei der Schließbewegung des Doppelsitzventils ge­ führt auf die zugeordneten Sitzflächen aufsetzen, und daß andererseits bei der Öffnungsbewegung des Ventils die ra­ dialen Dichtungsmittel in ihrem zylindrischen Ventilsitz geführt und gedichtet bleiben, während sie über einen Endabschnitt mit dem Dichtungsmittel im zweiten Schließ­ glied in einen dichtenden Eingriff gelangen. Im Unter­ schied zur Dichtungsanordnung nach dem Stand der Technik werden die Dichtungsmittel zunächst in einen hinreichend dichten Eingriff miteinander gebracht, wobei die radialen Dichtungsmittel noch in ihrer zugeordneten Ventilsitzfläche verbleiben, bevor der Öffnungsvorgang des Ventils stattfindet. In umgekehrter Richtung, bei der Schließbewegung, bleiben die Dichtungsmittel miteinander so lange in einem hinreichend dichten Eingriff, bis die radialen Dichtungsmittel in der zugeordneten zylindri­ schen Ventilsitzfläche wiederum hinreichend sicher ge­ führt und auch abgedichtet sind.

Aus dem vorgenannten erfindungsgemäßen Grundprinzip lei­ ten sich zwei vorteilhafte Ausgestaltungen der vorge­ schlagenen Vorrichtung ab. Zum einen läßt sich der dich­ tende Eingriff zwischen den Dichtungsmitteln nicht nur kraftschlüssig vollziehen, wie dies bei bekannten Dich­ tungsanordnungen vorgegeben ist, sondern er kann auch zu­ sätzlich als formschlüssiger Eingriff ausgestaltet wer­ den. Der formschlüssige Eingriff bringt den Vorteil mit sich, daß die zwischen den Kontaktstellen der Dichtungs­ mittel wirkenden Kräfte nicht allein aufgrund der zuläs­ sigen Deformation des radialen Dichtungsmittels determi­ niert sind, sondern auch durch die über den Ventilantrieb beeinflußbare Relativbewegung der Schließglieder zueinan­ der, wobei aus Gründen der Sicherheit die Relativbewegung durch einen Anschlag begrenzt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschla­ genen Vorrichtung realisiert zum anderen leckagefreies Schalten in einem Ausprägungsgrad, wie er mit bekannten Dichtungsanordnungen nicht erreicht werden kann. Dies ge­ lingt dadurch, daß sich das Aufsetzen der Dichtungsmittel auf ihrer zugeordneten Ventilsitzfläche derart vollzieht, daß das zwischen der Sitzfläche und dem in Frage kommenden Dichtungsmittel befindliche Fluid von innen nach außen radial fortschreitend aus dem Sitzflächenbereich ver­ drängt wird, wobei ein Einschließen des zu verdrängenden Fluides sicher vermieden werden kann.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Dichtungs­ anordnung auf, deren radiale Dichtungsmittel eine konvex gewölbte Dichtfläche mit geringer Krümmung aufweisen. Mit diesem Merkmal wird erreicht, daß die radialen Dich­ tungsmittel einerseits im dichtenden Eingriff mit den Dichtungsmittel des anderen Schließgliedes stehen und an­ dererseits innerhalb der zylindrischen Ventilsitzfläche Führung und Abdichtung finden. Die Dichtungsmittel im zweiten Schließglied, die in an sich bekannter Weise eine axiale Dichtfläche aufweisen, werden zusätzlich mit einer radialen Dichtfläche ausgestattet, die mit der Dicht­ fläche der radialen Dichtungsmittel, in der Hauptsache mit deren Endabschnitt, zusammenwirkt.

Es sei angemerkt, daß die Dichtungsmittel des zweiten Schließgliedes, soweit sie nicht den Eingriff mit dem Endabschnitt der radialen Dichtungsmittel betreffen, nicht notwendigerweise axiale Dichtungsmittel sein müs­ sen. Das Verfahren läßt sich prinzipiell auch auf Dich­ tungsanordnungen anwenden, bei denen auch das zweite Schließglied als Schieberkolben mit radialen Dichtungs­ mitteln ausgebildet ist.

Beide Dichtungsmittel werden in vorteilhafter Weise je­ weils als einstückige elastomere Dichtung ausgebildet, die form- und kraftschlüssig jeweils in einer sich zum jeweiligen Nutgrund hin erweiternden Nut eingebettet sind. Durch diese Einbettung in Form einer sogenannten Kapselung wird einerseits das Herausdrücken der Dichtung aus ihrer Nut unter der Einwirkung von Druckkräften aus dem anstehenden Fluid sicher verhindert, andererseits wird dadurch Hohlraumbildung hinter der Dichtung in Ver­ bindung mit den sich daraus ergebenden mikrobiologischen Problemen sicher vermieden.

Aus der großvolumigen Dimensionierung der radialen Dichtung des als Schieberkolben ausgebildeten Schließ­ gliedes resultieren geringe Spannungen im Betrieb der Dichtung und als Folge dieses Tatbestandes geringer Ver­ schleiß und hohe Lebensdauer für die radiale Dichtung.

Im eingebauten Zustand der radialen Dichtung weist diese einen aus ihrer Nut vorstehenden Dichtungsabschnitt auf, der, nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorge­ schlagenen Vorrichtung, beiderseits über die Nutflanken überkragend ausgebildet ist, so daß dort jeweils die Mög­ lichkeit einer Abstützung in radialer Richtung auf dem Schieberkolben besteht. Diese Abstützung ist einerseits im dichtenden Eingriff mit dem Dichtungsmittel des zwei­ ten Schließgliedes und andererseits beim Einführen der radialen Dichtung in die zylindrische Ventilsitzfläche oder bei deren Verlassen von Vorteil, da die überkragen­ den Dichtungsabschnitte den Eingriffsbereich der Dichtung vergrößern, ohne daß dabei Stabilitätsprobleme eingehan­ delt werden.

Durch konische Verjüngung der radialen Dichtfläche der Dichtungsmittel bzw. der Dichtung des zweiten Schließ­ gliedes, in Richtung der Öffnungsbewegung des Ventils be­ trachtet, wird zusätzlich zum kraftschlüssigen Eingriff zwischen den Dichtungsmitteln ihr vorteilhafter form­ schlüssiger Eingriff verwirklicht. Die derart ausgebil­ dete radiale Dichtfläche wirkt sozusagen als Mitnehmer­ schräge für die radialen Dichtungsmittel im unabhängig betätigbaren, aktiven Schieberkolben.

Wird die axiale Dichtfläche der in dem zweiten Schließ­ glied angeordneten Dichtung, in radialer Richtung gese­ hen, mit einem von innen nach außen und von der zugeord­ neten Ventilsitzfläche wegweisenden aufsteigenden Verlauf versehen, und bildet sie darüber hinaus mit der radialen Dichtfläche eine gemeinsame umlaufende Dichtkante, so ist mit dieser Dichtungsausgestaltung ein leckagefreies Schalten in einem Grade möglich, wie es bislang mit Dich­ tungsanordnungen nach dem Stand der Technik nicht möglich war.

Die vorgeschlagene Vorrichtung mit ihrer Dichtungsanord­ nung ist in besonderer Weise geeignet für Doppelsitzven­ tile der aus der WO 93/16306 bekannten Bauart, wobei eine aus Fig. 3 dieser Druckschrift ersichtliche Ausführungs­ form mit allen Vorteilen der vorgeschlagenen Dichtungsan­ ordnung gemäß der Erfindung ausgestattet werden kann. Die in Frage kommende Ausführungsform des bekannten Doppel­ sitzventils zeichnet sich dadurch aus, daß das als Sitz­ teller ausgebildete zweite Schließglied eine koaxial zur zylindrischen Ventilsitzfläche orientierte und durchmes­ sergleich mit dieser ausgebildete Bohrung aufweist, wobei letztere bis in die Umgebung des Doppelsitzventils ge­ führt ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, das Doppelsitzventil waagerecht anzuordnen und den Leckage­ hohlraum vollständig rückstandsfrei zu entleeren.

Falls minimale Restmengen bei waagerechter Anordnung des Doppelsitzventils im Leckagehohlraum temporär verbleiben können, bis sie mit dem nächsten Öffnungshub aus dem Be­ reich zwischen den beiden Dichtungsmitteln entfernt wer­ den, sieht eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung vor, daß der Innendurchmesser der Bohrung im zweiten Schließglied um ein doppeltes radiales Abstandsmaß a größer als jener der zylindrischen Ventilsitzfläche aus­ gebildet ist, wobei ein Abstandstandsmaß a zwischen 0 und 0,5 mm, vorzugsweise a = 0,2 mm, vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme erfährt die Dichtung des zweiten Schließ­ gliedes, in Öffnungsrichtung des Doppelsitzventils gese­ hen, eine Stützwirkung durch die sich aus dem radialen Abstandsmaß a ergebende Durchmesserreduzierung der Bohrung, die vornehmlich im dichtenden Eingriff der Dich­ tungen miteinander wirksam wird.

Für den Fall, daß der form- und kraftschlüssige dichtende Eingriff der Dichtungsmittel miteinander nicht ausreicht, um die Relativbewegung der beiden Schließglieder gegen­ einander zu begrenzen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung einen metallischen Sicherheitsanschlag vor, der vorzugsweise außerhalb der Ventilgehäuse im Be­ reich des Antriebs angeordnet ist.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und die aus dieser resul­ tierenden Vorteile lassen sich auch mit einer Dichtungs­ anordnung verwirklichen, bei der die Schließglieder und die zugeordneten Dichtungsmittel jeweils einstückig aus­ gebildet sind, wobei der Wirkungsbereich der Dichtungs­ mittel elastomere Eigenschaften aufweist.

Die vorgeschlagene Vorrichtung wird nachfolgend an Hand der Figuren der Zeichnung im Rahmen einer beispielhaft ausgewählten Dichtungsanordnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis Fig. 4 Mittelschnitte durch die Schließglieder eines Doppelsitzventils im Bereich der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung und der Ventilsitzflächen, wo­ bei Fig. 1 die Schließstellung, Fig. 2 die so­ genannte Abholstellung, Fig. 4 die Offenstellung des Doppelsitzventils und Fig. 3 das Ende oder den Beginn des dichtenden Eingriffs der radialen Dichtungsmittel in der zugeordneten zylindrischen Ventilsitzfläche darstellt und

Fig. 2a ebenfalls im Mittelschnitt eine vergrößerte Dar­ stellung der Anordnung gemäß Fig. 2 zur Verdeut­ lichung wesentlicher Merkmale des Eingriffs der Dichtungsmittel miteinander und mit ihren zugeord­ neten Ventilsitzflächen.

Ein als Schieberkolben ausgebildetes erstes Schließglied 3 mit radialen Dichtungsmitteln 1 (in der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 handelt es sich um eine einstückige Dich­ tung 1*, die eine konvex gewölbte Dichtfläche 1a mit ge­ ringer Krümmung aufweist) findet in der Schließstellung des Doppelsitzventils innerhalb einer zylindrischen Ven­ tilsitzfläche 5 dichtend Aufnahme. Ein als Sitzteller ausgebildetes zweites Schließglied 4 weist Dichtungs­ mittel 2 auf, die in Fig. 1 gleichfalls als einstückige Dichtung 2* ausgebildet sind. Letztere ruht mit einer axialen Dichtfläche 2a auf einer zugeordneten axialen Ventilsitzfläche 5a, während eine radiale Dichtfläche 2b, die sich in Richtung der Öffnungsbewegung des Doppelsitz­ ventils konisch verjüngt, zu einem Leckagehohlraum 6 hin freiliegt. Die axiale und die radiale Dichtfläche 2a bzw. 2b bilden im Bereich der Umfangsfläche der zylindri­ schen Ventilsitzfläche 5 eine gemeinsame umlaufende Dichtkante K.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen den Öffnungsvorgang des Doppelsitzventils. In Fig. 2 ist der Schieberkolben 3 so weit in Richtung des zweiten Schließgliedes 4 verschoben, daß die radiale Dichtung 1* mit einem Endabschnitt E in dichtenden Eingriff mit der Dichtung 2* gelangt, wobei die radiale Dichtung 1* in der zylindrischen Ventilsitz­ fläche 5 geführt und gedichtet bleibt. Die Dichtung 2* befindet sich mit ihrer axialen Dichtfläche 2a noch auf der zugeordneten axialen Ventilsitzfläche 5a.

Nach Fig. 3 hat sich das zweite Schließglied 4 mit sei­ ner axialen Dichtfläche 2a um einen Teilhub h von der axialen Ventilsitzfläche 5a entfernt, wobei der dichtende Eingriff der Dichtungen 1*, 2* miteinander weiterhin be­ steht. Infolge der mit geringer Krümmung konvex gewölbten Dichtfläche 1a der Dichtung 1* verläßt letztere gerade die zylindrische Ventilsitzfläche 5, um von dieser Posi­ tion aus nachfolgend im Zuge der weiteren Öffnungsbewe­ gung Führung durch die und Abdichtung mit der zylindri­ schen Ventilsitzfläche 5 aufzugeben.

Fig. 4 zeigt die volle Offenstellung des Doppelsitzven­ tils mit dem Vollhub H, wobei der Endabschnitt E der ra­ dialen Dichtung 1* von der Dichtung 2* radial innenseitig dichtend umschlossen ist und weiterhin über die gesamte Zeitdauer der Offenstellung umschlossen bleibt.

Einzelheiten des dichtenden Eingriffs der Dichtungen 1* und 2* miteinander zeigt Fig. 2a. Im Bereich des Endab­ schnittes E der radialen Dichtung 1* verformen sich beide Dichtungen 1* und 2*. Die in Fig. 1 freiliegende radiale Dichtfläche 2b nimmt nunmehr zusammen mit der zugeordne­ ten Dichtfläche 1a im Endabschnitt E die mit 1a′′, 2b′′ ge­ kennzeichnete Position ein. Die radiale Dichtung 1* hat im Bereich außerhalb des Endabschnitte E die mit 1a′′′ ge­ kennzeichnete Kontur, wobei die Dichtung 1* sich in die­ sem Bereich an eine Einlaufkante 5b der zylindrischen Ventilsitzfläche 5 anschmiegt. Eine Nahtstelle der sich im Form- und Kraftschluß miteinander befindenden Dich­ tungen 1*, 2* im Bereich der Einlaufkante 5b ist mit K gekennzeichnet.

Die radiale Dichtung 1* ist form- und kraftschlüssig in einer Nut 3a eingebettet, die sich, ausgehend von zur zylindrischen Mantelfläche des Schieberkolbens 3 abgerun­ deten Nutflanken 3c, zum Nutgrund 3b hin erweitert. Eine eben solche Einbettung oder auch Kapselung ist auch für die Dichtung 2* vorgesehen, wobei die zugeordnete Nut mit 4a, der Nutgrund mit 4b und die Nutflanken jeweils mit 4c gekennzeichnet sind. Die dargestellte Einbettung der Dichtungen 1* und 2* in ihre Nut 3a bzw. 4a vermeidet Hohlraumbildung hinter der jeweiligen Dichtung und ver­ hindert ein Herausdrücken der Dichtung aus ihrer Dich­ tungsnut unter dem Einfluß von Fluiddrücken.

Fig. 2a verdeutlicht weiterhin, daß die Dichtung 1* in einem aus der Nut 3a vorstehenden Abschnitt 1b beider­ seits über die Nutflanken 3c überkragt und sich dort in radialer Richtung auf dem Schieberkolben 3 jeweils ab­ stützt. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsbereich der radialen Dichtung 1* in axialer Richtung beiderseits ver­ größert.

Darüber hinaus wird in Fig. 2a gezeigt, daß die axiale Dichtfläche 2a der Dichtung 2*, in radialer Richtung gesehen, einen von innen nach außen und von der zugeord­ neten axialen Ventilsitzfläche 5a wegweisenden aufstei­ genden Verlauf aufweist. Mit dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, daß sich das Aufsetzen der Dichtung 2* beim Schließvorgang derart vollzieht, daß deren Kontakt mit der axialen Ventilsitzfläche 5a an der letzterer zu­ gewandten Nahtstelle K zwischen den sich im Form- und Kraftschluß miteinander befindenden Dichtungen 1*, 2* be­ ginnt und von innen nach außen bis zu einer Endlage der Dichtung 2* auf der zugeordneten axialen Ventilsitzfläche 5a radial fortschreitet.

In Fig. 2a ist weiterhin dargestellt, daß das zweite Schließglied 4 eine koaxial zur zylindrischen Ventilsitz­ fläche 5 orientierte Bohrung 4d aufweist, deren Innen­ durchmesser um das doppelte eines dargestellten radialen Abstandsmaßes a größer als jener der zylindrischen Ven­ tilsitzfläche 5 ausgebildet ist. Das radiale Abstandsmaß a wird im Bereich zwischen 0 und 0,5 mm gewählt, wobei sich ein Wert a = 0,2 mm als besonders vorteilhaft er­ wiesen hat. Durch die Reduzierung des Innendurchmessers der Bohrung 4d wird die Dichtung 2* im Bereich der in­ frage kommenden Nutflanke 4c, insbesondere im dichtenden Eingriff mit der radialen Dichtung 1*, vorteilhaft ge­ stützt.

Ein Durchziehen der radialen Dichtung 1* an der Dichtung 2* vorbei in Richtung des Leckagehohlraumes 6 über die in der Offenstellung mit dem Vollhub H erforderliche Rela­ tivbewegung der Schließglieder 3, 4 hinaus wird durch ei­ nen nicht dargestellten metallischen Sicherheitsanschlag sicher verhindert. Dieser wird erst dann wirksam, wenn die zum Vollzug der planmäßigen vollen Offenstellung des Ventils erforderliche und den form- und kraftschlüssig dichtenden Eingriff zwischen den Dichtungen 1*, 2* be­ stimmende Relativbewegung der Schließglieder 3, 4 über­ schritten wird.

Auf die Möglichkeit, die Schließglieder 3, 4 und die zu­ geordneten Dichtungsmittel 1 bzw. 2 jeweils einstückig auszubilden, wobei der Wirkungsbereich der Dichtungsmit­ tel 1, 2 elastomere Eigenschaften aufweist, wurde vorste­ hend bereits hingewiesen. Mit Ausnahme der sich aus der Einbettung eigenständiger Dichtungen 1*, 2* in ihre je­ weiligen Nuten ergebenden Gestaltungsmaßnahmen und -not­ wendigkeiten weist eine derartige einstückige Ausge­ staltung verfahrenstechnische Vorteile auf, die mit jenen der vorstehend beschriebenen Dichtungsanordnung ver­ gleichbar sind. Die nach außen gerichtete geometrische Gestaltungsform der Dichtungsmittel bleibt durch die einstückige Ausgestaltung weitestgehend unberührt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum leckagefreien Schalten eines Doppel­ sitzventils, bei der in einem schieberartig ausge­ bildeten Schließglied radiale Dichtungsmittel zur Anwendung kommen, mit einem in Reihe zum schieberartig ausgebildeten ersten Schließglied (3) und relativ beweglich zu diesem angeordneten zweiten Schließglied (4), wobei beide Schließglieder (3, 4) in der Schließstellung des Ventils das Überströmen von Fluiden von einem ersten Ventilgehäuseteil in ein zweites verhindern und sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung einen Leckagehohlraum (6) begrenzen, der mit der Umgebung des Ventils verbunden ist, und wobei das erste Schließglied (3) mit seinen radialen Dichtungsmitteln (1)

• - in der Schließstellung innerhalb einer im wesent­ lichen zylindrischen Ventilsitzfläche (5) dichtend Aufnahme findet,
• - in der Offenstellung gegen das zweite Schließ­ glied (4) abgedichtet ist und
• - bei seiner Öffnungsbewegung am zweiten Schließ­ glied (4) dichtend zum Eingriff kommt, bevor dieses öffnet,

dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Dichtungs­ mittel (1) eine konvex gewölbte Dichtfläche (1a) mit geringer Krümmung aufweisen, daß die axialen Dich­ tungsmittel (2) eine mit einer axialen Ventilsitz­ fläche (5a) zusammenwirkende axiale Dichtfläche (2a) und zusätzlich eine mit der Dichtfläche (1a) zusam­ menwirkende radiale Dichtfläche (2b) aufweisen und die radialen Dichtungsmittel (1) derart angeordnet sind, daß sie während des Öffnens des Ventils in der zylindrischen Ventilsitzfläche (5) geführt werden und bei der weiteren Öffnungsbewegung mit ihrem Endab­ schnitt mit dem im zweiten Schließglied (4) vorgese­ henen Dichtungsmittel (2) in dichtenden Eingriff gelangen und in der anschließenden Offenstellung von dem Dichtungsmittel (2) radial innenseitig dichtend umschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der dichtende Eingriff zwischen den Dich­ tungsmitteln (1, 2) form- und/oder kraftschlüssig vollzieht und daß der Eingriff durch einen die Rela­ tivbewegung der Schließglieder (3, 4) zueinander be­ stimmender Anschlag begrenzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Aufsetzen der Dichtungsmittel (2) auf ihrer zugeordneten Ventilsitzfläche (5a) derart voll­ zieht, daß der Kontakt der Dichtungsmittel (2) mit der Ventilsitzfläche (5a) an einer letzterer zugewandten Nahtstelle (K) zwischen den sich im Form- und/oder Kraftschluß miteinander befindenden Dich­ tungsmitteln (1, 2) beginnt und von innen nach außen bis zu einer Endlage der Dichtungsmittel (2) auf der Ventilsitzfläche (5a) radial fortschreitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel (1, 2) jeweils als einstückige elastomere Dichtung (1* bzw. 2*) ausgebildet sind, die form- und kraftschlüssig jeweils in einer sich zum jeweiligen Nutgrund (3b bzw. 4b) hin erweiternden Nut (3a bzw. 4a) eingebettet sind und daß die Dich­ tung (1*) als großvolumiger Ring ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (1*) in einem aus der Nut (3a) vor­ stehenden Abschnitt beiderseits über die Nutflanken (3c) überkragt und sich dort in radialer Richtung auf dem Schieberkolben (3) jeweils abstützt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radiale Dichtfläche (2b) des Dichtungsmittels (2) bzw. der Dichtung (2*), in Richtung der Öffnungsbewegung des Ventils betrachtet, konisch verjüngt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Dichtfläche (2a) des Dichtungsmittels (2) bzw. der Dichtung (2*), in radialer Richtung gesehen, einen von innen nach außen aufsteigenden Verlauf aufweist und zusammen mit der radialen Dicht­ fläche (2b) eine gemeinsame umlaufende Dichtkante (K) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schließglied (4) eine koaxial zur zylindrischen Ventilsitzfläche (5) orientierte und durchmessergleich mit dieser ausgebildete Bohrung (4d) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schließglied (4) eine koaxial zur zylindrischen Ventilsitzfläche (5) orientierte Boh­ rung (4d) aufweist, deren Innendurchmesser um ein doppeltes radiales Abstandsmaß a kleiner als jener der zylindrischen Ventilsitzfläche (5) ausgebildet ist, wobei 0 < a 0,5 mm, vorzugsweise a = 0,2 mm, vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung der Schließglieder (3, 4) gegeneinander durch einen metallischen Sicherheits­ anschlag begrenzt ist, der erst wirksam wird, wenn die zum Vollzug der planmäßigen vollen Offenstellung des Ventils erforderliche und den form- und kraft­ schlüssig dichtenden Eingriff zwischen den Dichtungs­ mitteln (1, 2) bzw. den Dichtungen (1*, 2*) bestimmende Relativbewegung der Schließglieder (3, 4) überschrit­ ten wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließglieder (3, 4) und die zugeordneten Dichtungsmittel (1 bzw. 2) jeweils einstückig ausge­ bildet sind und der Wirkungsbereich der Dichtungsmit­ tel (1, 2) elastomere Eigenschaften aufweist.