DE4332109A1 - Verfahren zur Anwendung von und Dichtungsanordnung mit radialen Dichtungsmitteln in einem schieberartig ausgebildeten Schließglied eines Doppelsitzventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anwendung von radialen Dichtungsmitteln in einem schieberartig ausge­ bildeten Schließglied eines Doppelsitzventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Dichtungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 4.

Aus der EP 0 039 319 B1 ist eine Dichtungsanordnung be­ kannt, mit der ein Verfahren der einleitend gekennzeich­ neten Gattung durchgeführt werden kann. Bei dieser Dich­ tungsanordnung wird das als Schieberkolben mit radialen Dichtungsmitteln ausgebildete Schließglied in der Offen­ stellung des Doppelsitzventils im Bereich seines Endab­ schnittes vom zweiten Schließglied dichtend umschlossen, wobei letzteres an seinem dem Schieberkolben zugewandten Ende eine Ausnehmung mit einer im wesentlichen zylindri­ schen Umfangswand besitzt, die dimensioniert ist, um wäh­ rend der Öffnungsbewegung den Endabschnitt des Schieber­ kolbens dichtend aufzunehmen, bevor das zweite Schließ­ glied öffnet. In der Schließstellung des Doppelsitzven­ tils findet der Schieberkolben mit seinen radialen Dich­ tungsmitteln in einem zylindrischen Ventilsitz Aufnahme. Eine bevorzugte Ausführungsform der bekannten Dichtungs­ anordnung sieht vor, daß die Ausnehmung in dem zweiten Schließglied eine mit dem zylindrischen Ventilsitz fluch­ tende zylindrische Umfangsfläche aufweist und die radia­ len Dichtungsmittel am Endabschnitt des Schieberkolbens so angeordnet sind, daß sie während des Öffnens des Ven­ tils von dem zylindrischen Ventilsitz in dichtende Berüh­ rung mit der fluchtenden zylindrischen Umfangswand der Ausnehmung verschoben werden, bevor der Schieberkolben gegen das zweite Schließglied zur Anlage kommt.

Die bevorzugte Ausführungsform der bekannten Dichtungsan­ ordnung ist in Fig. 2 der EP 0 039 319 B1 mit allen kon­ struktiven Details dargestellt. Wesentliches Merkmal die­ ser Dichtungsanordnung ist, daß die radialen Dichtungs­ mittel 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 Doppelsitzven­ tils kommen die radialen Dichtungsmittel in Eingriff mit der Umfangswand der Ausnehmung des zweiten Schließglie­ des, und auch in der Offenstellung des Ventils bleibt der Eingriff zwischen den radialen Dichtungsmitteln und der Umfangswand der Ausnehmung im zweiten Schließglied auf­ rechterhalten. Der Eingriff ist dabei ausschließlich kraftschlüssig, das heißt die bei der elastischen Defor­ mation der radialen Dichtungsmittel in diesen geweckten Reaktionskräfte sorgen allein für die zwischen der Um­ fangswand und den radialen Dichtungsmitteln gegebene Flächenpressung, die einen Durchtritt des unter Druck an den radialen Dichtungsmitteln anstehenden Fluides in den Leckagehohlraum zwischen den beiden Schließgliedern ver­ hindert.

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 Dichtungsmittel, 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 Dichtungsanordnungen weisen Nachteile auf. Zum einen ergibt sich ein Nachteil aus der Tatsache, daß die Dichtheit des Kontaktes zwischen den jeweiligen radialen Dichtungsmitteln und der zugeordneten zylindrischen Umfangswand des Schließgliedes allein aus dem Kraftschluß infolge einer begrenzten elastischen De­ formierbarkeit der radialen Dichtungsmittel resultiert. Darüberhinaus ist aus Fig. 2 der bevorzugten Ausfüh­ rungsform der bekannten Dichtungsanordnung gemäß EP 0 039 319 B1 ersichtlich, daß beim Schließvorgang des Ventils der Aufsetzvorgang des als Sitzteller ausgebildeten Schließgliedes nicht geführt erfolgt, zumindest in Bezug auf die Zuordnung zwischen radialen Dichtungsmitteln und dem zylindrischen Ventilsitz. Dies ergibt sich daraus, daß das als Sitzteller ausgebildete Schließglied mit sei­ nen axialen Dichtungsmitteln zunächst auf der zugeord­ neten Sitzfläche aufsetzt, während der Schieberkolben mit den radialen Dichtungsmitteln in der Ausnehmung ver­ bleibt. Falls nun dabei, aus welchen Gründen auch immer und entgegen der erklärten Absicht der bevorzugten Aus­ führungsform, der zylindrische Ventilsitz nicht mit der zylindrischen Umfangswand der Ausnehmung, in der sich die radialen Dichtungsmittel befinden, fluchtet, werden letz­ tere bei der weiteren Schließbewegung im Zuge des Einfah­ rens in den zylindrischen Ventilsitz in einer die Lebens­ dauer beeinträchtigenden Weise über Gebühr mechanisch be­ ansprucht.

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 an­ schließenden Einfahren in den koaxial versetzten zylindri­ schen Ventilsitz begrenzt ausweichen und damit Überspan­ nungen 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 B1 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 im Ventil vor seinem Schließen befindliche Fluid eingeschlossen ist. Nachdem die radialen Dichtungsmittel in der Schließstellung des Ventils vollständig im zylindrischen Ventilsitz Aufnahme gefunden haben, kann das zwischen den Dichtungsmitteln der beiden Schließglieder abgegrenzte Fluid in den Lecka­ gehohlraum abströmen und über dessen Verbindung mit der Umgebung des Ventils als sogenannte Schaltleckage in Er­ scheinung treten.

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 C2 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 eine 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 C2 verdeutlicht jedoch, daß auch diese Dichtungsanordnung nicht leckage­ frei schaltet. Im Unterschied zur Dichtungsanordnung ge­ mäß EP 0 039 319 erfolgt in der Offenstellung des Ventils gemäß DE 32 42 947 C2 die Abdichtung der Ventilinnenräume gegenüber dem Leckagehohlraum dadurch, daß der auch Schieberfunktion aufweisende erste Ventilteller mit sei­ ner 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 C2 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 B1, 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, bei der Anwendung von radialen Dichtungsmitteln in einem schieberartig ausgebildeten Schließglied eines Doppel­ sitzventils deren Standzeit bei einer mikrobiologisch einwandfreien Anordnung dieser Dichtungsmittel zu verbes­ sern und darüber hinaus leckagefreies Schalten sicherzu­ stellen.

Das vorgenannte Ziel wird verfahrenstechnisch durch An­ wendung der Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfah­ rens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Eine Dich­ tungsanordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen Ver­ fahrens wird durch Anwendung der Kennzeichenmerkmale des Nebenanspruchs 4 realisiert, während vorteilhafte Ausge­ staltungen der Dichtungsanordnung Gegenstand weiterer Un­ teransprüche sind.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens 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 den Dichtungsmitteln 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 Ventilsitz­ fläche verbleiben, bevor der Öffnungsvorgang des Ventils stattfindet. In umgekehrter Richtung, bei der Schließbe­ wegung, bleiben die Dichtungsmittel miteinander so lange in einem hinreichend dichten Eingriff, bis die radialen Dichtungsmittel in der zugeordneten zylindrischen Ventil­ sitzfläche wiederum hinreichend sicher geführt und auch abgedichtet sind.

Aus dem vorgenannten erfindungsgemäßen Grundprinzip lei­ ten sich zwei weitere vorteilhafte Verfahrensausgestal­ tungen ab. Zum einen läßt sich der dichtende Eingriff zwischen den Dichtungsmitteln nicht nur kraftschlüssig vollziehen, wie dies bei bekannten Dichtungsanordnungen vorgegeben ist, sondern er kann auch zusätzlich als form­ schlüssiger Eingriff ausgestaltet werden. Der formschlüs­ sige Eingriff bringt den Vorteil mit sich, daß die zwi­ schen den Kontaktstellen der Dichtungsmittel wirkenden Kräfte nicht allein aufgrund der zulässigen Deformation des radialen Dichtungsmittels determiniert sind, sondern auch durch die über den Ventilantrieb beeinflußbare Rela­ tivbewegung der Schließglieder zueinander.

Eine weitere vorteilhafte Verfahrensausgestaltung reali­ siert zum anderen leckagefreies Schalten in einem Ausprä­ gungsgrad, wie er mit bekannten Dichtungsanordnungen nicht erreicht werden kann. Dies gelingt dadurch, daß die radialen Dichtungsmittel im Zuge der Schließbewegung des Ventils einerseits in die zylindrische Ventilsitzfläche dichtend eingreifen, bevor die Dichtungsmittel des ande­ ren Schließgliedes auf ihrer zugeordneten Ventilsitz­ fläche aufsetzen, und daß sich andererseits dieses an­ schließende Aufsetzen derart vollzieht, daß das zwischen der Sitzfläche und dem in Frage kommenden Dichtungsmittel befindliche Fluid von innen nach außen radial fortschrei­ tend aus dem Sitzflächenbereich verdrängt wird, wobei ein Einschließen des zu verdrängenden Fluides sicher vermie­ den werden kann.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Dichtungsanordnung in einer bevorzugten Ausgestaltung mit radialen Dichtungsmittel versehen, die eine konvex gewölbte Dichtfläche mit geringer Krümmung aufweisen. Mit diesem Merkmal wird erreicht, daß die radialen Dichtungs­ mittel einerseits im dichtenden Eingriff mit den Dich­ tungsmittel des anderen Schließgliedes stehen und ande­ rerseits 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 Dichtflä­ che 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.

Wird, wie dies eine vorteilhafte Ausgestaltung der Dich­ tungsanordnung vorsieht, die radiale Dichtung des als Schieberkolben ausgebildeten Schließgliedes als großvo­ lumiger Ring dimensioniert, so ergeben sich hieraus ge­ ringe Spannungen im Betrieb der Dichtung und als Folge dieses Tatbestandes geringer Verschleiß und hohe Lebens­ dauer 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 Dichtungsanordnung, beiderseits über die Nut­ flanken überkragend ausgebildet werden kann, so daß dort jeweils die Möglichkeit einer Abstützung in radialer Richtung auf dem Schieberkolben besteht. Diese Abstützung ist einerseits im dichtenden Eingriff mit dem Dichtungs­ mittel des zweiten Schließgliedes und andererseits beim Einführen der radialen Dichtung in die zylindrische Ven­ tilsitzfläche oder bei deren Verlassen von Vorteil, da die überkragenden Dichtungsabschnitte den Eingriffsbe­ reich der Dichtung vergrößern, ohne daß dabei Stabili­ tätsprobleme eingehandelt 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 Dichtungsanordnung ist in besonderer Weise geeignet für Doppelsitzventile der aus der WO 93/16306 bekannten Bauart, wobei eine aus Fig. 3 die­ ser Druckschrift ersichtliche Ausführungsform mit allen Vorteilen der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung ausgestattet werden kann. Die in Frage kom­ mende Ausführungsform des bekannten Doppelsitzventils zeichnet sich dadurch aus, daß das als Sitzteller ausge­ bildete zweite Schließglied eine koaxial zur zylindri­ schen Ventilsitzfläche orientierte und durchmessergleich mit dieser ausgebildete Bohrung aufweist, wobei letztere bis in die Umgebung des Doppelsitzventils geführt ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, das Doppelsitz­ ventil waagerecht anzuordnen und den Leckagehohlraum 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 Dichtungsanord­ nung vor, daß der Innendurchmesser der Bohrung im zweiten Schließglied um ein doppeltes radiales Abstandsmaß a grö­ ßer 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 gesehen, eine Stützwirkung durch die sich aus dem radia­ len 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 Dichtungsanordnung einen metallischen Sicherheitsan­ schlag vor, der vorzugsweise außerhalb der Ventilgehäuse im Bereich des Antriebs angeordnet ist.

Das vorgeschlagene Verfahren und die aus diesem resultie­ rende Vorteile lassen sich auch mit einer Dichtungsanord­ nung verwirklichen, bei der die Schließglieder und die zugeordneten Dichtungsmittel jeweils einstückig ausgebil­ det sind, wobei der Wirkungsbereich der Dichtungsmittel elastomere Eigenschaften aufweist.

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend an Hand der Figuren der Zeichnung im Rahmen einer beispielhaft ausge­ wählten 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 innenseits 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 ebensolche 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. 2 gezeigt, daß die axiale Dichtfläche 2a der Dichtung 2*, in radialer Richtung ge­ sehen, 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 (14)

1. Verfahren zur Anwendung von radialen Dichtungsmitteln in einem schieberartig ausgebildeten Schließglied ei­ nes Doppelsitzventils, mit einem in Reihe zum schie­ berartig 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) derart angeordnet sind, daß sie während des Öffnens des Ventils einerseits in der zylindri­ schen Ventilsitzfläche (5) geführt und gedichtet bleiben, während sie über einen Endabschnitt mit im zweiten Schließglied (4) vorgesehenen Dichtungs­ mitteln (2) in einen dichtenden Eingriff gelangen und daß der Endabschnitt der radialen Dichtungsmittel (1) bei der weiteren Öffnungsbewegung und in der an­ schließenden Offenstellung von den Dichtungsmitteln (2) radial innenseits dichtend umschlossen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der dichtende Eingriff zwischen den Dich­ tungsmitteln (1, 2) form- und/oder kraftschlüssig vollzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radialen Dichtungsmittel (1) im Zuge der Schließbewegung des Ventils in die zylindri­ sche Ventilsitzfläche (5) dichtend eingreifen, bevor die Dichtungsmittel (2) auf ihrer zugeordneten Ven­ tilsitzfläche (5a) aufsetzen, daß sich das an­ schließende Aufsetzen der Dichtungsmittel (2) derart vollzieht, daß deren Kontakt mit der Ventilsitzfläche (5a) an der letzterer zugewandten Nahtstelle (K) zwi­ schen den sich im Form- und/oder Kraftschluß mitein­ ander befindenden Dichtungsmitteln (1, 2) beginnt und von innen nach außen bis zu einer Endlage der Dich­ tungsmittel (2) auf der Ventilsitzfläche (5a) radial fortschreitet.

4. Dichtungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Doppelsitz­ ventil mit zwei in Reihe angeordneten, relativ zuein­ ander bewegbaren Schließgliedern (3, 4), die in der Schließstellung des Ventils das Überströmen von Flui­ den von einem ersten Ventilgehäuseteil in ein zweites verhindern und die sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung einen Leckagehohlraum (6) begren­ zen, der mit der Umgebung des Ventils verbunden ist, mit einem als Schieberkolben mit radialen Dichtungs­ mitteln (1) ausgebildeten ersten Schließglied (3) und einem als Sitzteller mit axialen Dichtungsmitteln (2) ausgebildeten zweiten Schließglied (4), wobei der Schieberkolben (3) mit seinen radialen Dichtungs­ mitteln (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 daß im Eingriff der Dichtungsmittel (1, 2) miteinander die radiale Dichtfläche (2b) einen Endabschnitt (E) der radialen Dichtungsmittel (1) dichtend umschließt.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtungsmittel (1, 2) jeweils als einstückige elastomere Dichtung (1* bzw. 2*) ausge­ bildet 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 Dichtung (1*) als großvolumiger Ring ausge­ bildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtung (1*) in einem aus der Nut (3a) vorstehenden Abschnitt beiderseits über die Nut­ flanken (3c) überkragt und sich dort in radialer Richtung auf dem Schieberkolben (3) jeweils abstützt.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radiale Dicht­ fläche (2b) des Dichtungsmittels (2) bzw. der Dich­ tung (2*), in Richtung der Öffnungsbewegung des Ven­ tils betrachtet, konisch verjüngt.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, 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 Dichtfläche (2b) eine gemeinsame umlau­ fende Dichtkante (K) bildet.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schließglied (4) eine koaxial zur zylindrischen Ventilsitzfläche (5) orientierte und durchmessergleich mit dieser aus­ gebildete Bohrung (4d) aufweist.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schließglied (4) eine koaxial zur zylindrischen Ventilsitzfläche (5) orientierte Bohrung (4d) aufweist, deren Innen­ durchmesser um ein doppeltes radiales Abstandsmaß a kleiner als jener der zylindrischen Ventilsitzfläche (5) ausgebildet ist, wobei 0 < a 0,5 mm, vorzugs­ weise a = 0,2 mm, vorgesehen ist.

11. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung der Schließglieder (3, 4) gegeneinander durch einen me­ tallischen Sicherheitsanschlag begrenzt ist, der erst wirksam wird, wenn die zum Vollzug der planmäßigen vollen Offenstellung des Ventils erforderliche und den form- und kraftschlüssig dichtenden Eingriff zwi­ schen den Dichtungsmitteln (1, 2) bzw. den Dichtungen (1*, 2*) bestimmende Relativbewegung der Schließglie­ der (3, 4) überschritten wird.

12. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließglieder (3, 4) und die zugeordneten Dichtungsmittel (1 bzw. 2) je­ weils einstückig ausgebildet sind und der Wirkungsbe­ reich der Dichtungsmittel (1, 2) elastomere Eigen­ schaften aufweist.