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