DE7712402U1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einem Ventilkanal, einem Ventilgehäuse und einer Stopfbuchskammer in dem Gehäuse, einer Ventilspindel, die durch das Gehäuse und die Stopfbuchskammer hindurchläuft und einem Ventilverschlußkörper, der an einem Ende der Spindel angeordnet ist, wobei die Spindel in beiden Drehrichtungen drehbar ist, um den Ventilverschlußkörper entsprechend der Drehrichtung zur Stopfbuchskammer hin und von dieser hinweg zu bewegen und den Betrag des Eindringens des Ventilverschlußkörpers in den Ventilkanal bzw. dessen Abschluß zu verändern, und mit einem Packungsmaterial, das in der Stopfbuchskammer unter Druck gehalten ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine neue selbstdichtende Dichtungsanordnung ■ . für ein Ventil von dem Typ, der einen Ventilkanal und einen Ventilverschlußkörper besitzt, der an einem Ende der Ventilspindel angeordnet ist und axial bewegt werden kann, um

den Ventilverschlußkörper in den Ventilkanal einzuführen oder aus diesem herauszuziehen. Übliche Beispiele solcher

POBteoheokkonto Stuttgart CBLZ eoo 100 7O) 420 30 - 70S ■ Dresdner Bank Stuttgart CBLZ βΟΟ BOO 00) Konto B 011341

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Ventile sind alle Arten von Ventilen, Schiebern etc. Wenn im Rahmen dieser Anmeldung von Ventil die Rede ist, so sind diese Arten von Absperrorganen darunter zu verstehen.

Normalerweise wird die axiale Bewegung der Ventilspindel zur Steuerung des Eindringens des Ventilkörpers in den Ventilkanal durch einen Schraubeingriff der Spindel mit dem Ventilgehäuse bewirkt, so daß das Drehen der Spindel in der einen oder anderen Richtung die entsprechende Axialbewegung auslöst. Um das Ventil abzudichten, läuft die Spindel normalerweise durch eine Stopfbuchskammer in dem Ventilgehäuse, die mit einem Dichtungsmaterial gefüllt ist, ' das unter Druck gehalten wird. Der Betrag dieses Druckes ' ist wichtig, um die Wirksamkeit der Dichtung zu bestimmen.

Eine normalerweise bei diesem Ventiltyp vorhandene Schwierigkeit ist die Aufrechterhaltung des ausreichenden Druckes auf das Dichtungsmaterial, um Undichtigkeiten zu vermeiden. Bei vielen Dichtungsmaterialarten muß der darauf ausgeübte Druck periodisch um kleine Beträge erhöht werden, um die Wirksamkeit der Dichtung aufrechtzuerhalten. Bei den meisten konventionellen Ventilen ist dies nicht möglich oder erfordert spezielle zeitaufwendige Wartungs arb e i t en.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Aufrechterhaltung des Dichtungsdruckes automatisch erfolgt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Hülse zwischen der Stopfbuchskammer und dem Ventilverschlußelement gleitend und zusammen mit dem Ventilverschlußkörper in Richtung auf die Stopfbuchskammer zum Ausüben von Druckkräften auf das Dichtungsmaterial bewegbar ausgebildet

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I ist, und daß Sperrelernente an dem Ventilgehäuse angrenzend

I an den Weg der Hülse angeordnet sind, die auf die Hülse

i in einer Bewegungsrichtung derart einwirken, daß sie eine

I Bewegung der Hülse auf das Dichtungsmaterial zu gestatten

I und die entgegengesetzte Bewegung verhindern.

I Bei der Anordnung nach der Erfindung wird also der auf das

I Dichtungsmaterial ausgeübte Druck automatisch aufrechter-

I halten und entsprechend der Alterung des Materials auto-

I matisch im Anschluß an die normale Öffnungsbewegung des

I Ventils durchgeführt.

": ■ Die Sperrelemente können von beliebiger Art sein, also auch

I kraftschlüssige Sperrelemente (Klemmringe etc.) sein. Beil. . sonders bevorzugt sind jedoch formschlüssige Sperrelemente.

I Diese können vorzugsweise derart ausgebildet sein, daß die

I · formschlüssigen Sperrelemente einander zugeordnete Sperr-

!? . teile besitzen, die ringförmig auf der Hülse angeordnete

I Verzahnungen mit im wesentlichen sägezahn- oder sperrzahn-

|: artigem Querschnitt aufweisen und Vorderkanten haben, die

I von innen nach außen betrachtet, in Bewegungsriclrfrung der Hülse auf das Dichtungsmaterial zu nach hinten geneigt sind, und daß die Sperrelemente ferner einen innenverzahnten

I Verschlußring aufweisen, durch den die Hülse hindurchläuft

^!; und der nach innen vorstehende federnde Zähne aufweist, die unter

ν einem Winkel nach innen geneigt sind, der im wesentlichen

^: dem der Vorderkanten der Verzahnungen entspricht und die

I beim Durchiufen der Hülse durch den Verschlußring in

Richtung auf das Dichtungsmaterial zu hinter den Hinterkanten der Verzahnungen einschnappen. Die Verzahnungen auf

'$ der Hülse wirken also mit den Zähnen auf dem Ring nach Art

: · . von Schaltklinken zusammen, so daß die Hülse sich nur auf

5 die Dichtungspackung ssu und nicht von dieser hinweg bewegen

i'. kann. Durch diese formschlüssige Sperrvorrichtung und auch

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andere derartige Sperrvorrichtungen, die beispielsweise mit einer nachgiebigen Verzahnung arbeiten, ist die Nachstellung der Druckkraft auf der Dichtungspackung in kleinen periodischen Beträgen sichergestellt.

Bei jedem Öffnen des Ventils kann also bewußt oder automatisch der ausreichende Druck auf der Dichtungspackung überprüft und ggf. erhöht werden. Zusätzlich zu der automatischen Nachstellung und Aufrechterhaltung des Druckes auf dem Dichtungsmaterial, das durch die Betätigung der Ventilspindel durchgeführt wird, ist die Anordnung nach der Erfindung auch so ausgebildet, daß die im Ventilkopf liegende' Stopfbuchskammer und das darin befindliche Dichtungsmaterial über die Hülse dem Innendruck des Ventils ausgesetzt ist, der so zu einer' Anpassung des Dichtungsdruckes an den vorliegenden Innendruck beiträgt.

Durch die Erfindung wird also eine selbstdichtende Dichtungsanordnung für ein Ventil, einen Schieber o. dgl. geschaffen, bei der eine Stopfbuchskammer, die Dichtungsmaterial enthält, in einem Ventilkopf angeordnet ist. Der Innendruck des Ventils wirkt im Sinne einer verbesserten Dichtung. Auf einer Ventilspindel ist eine Hülse angeordnet, die sich zusammen mit dem Ventilverschlußkörper in Richtung auf die Stopfbuchse bewegt, wenn der Ventilverschlußkörper zur Öffnung des Ventils angehoben wird. Ein weiteres Bewegen des Ventilverschlußelementes in dieser Richtung zwingt die Hülse sich an das Dichtungsmaterial anzulegen und verdichtet dieses in der Stopfbuchskammer. Sperrelemente verhindern, daß die Hülse sich zurückbewegt, wenn das Ventil durch Zurückbewegen des Ventilverschlußelementes geschlossen wird, so daß der auf das Dichtungsmaterial ausgeübte Druck aufrechterhalten wird. Durch das vollständige Auswärtsbewegen des Ventilverschlußkörpers (Aufdrehen bis zum Anschlag) nach

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dem der normalen Öffnungsfunktion des Ventiles kann die normale Tendenz des Dich'cungsmaterials, seine Elastizität und seinen Dichtungseffekt zu verlieren, in einfacher und wirksamer Weise ausgeglichen werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele .der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig·. 1 einen Querschnitt in teilweise auseinandergezogener Darstellung durch ein Ventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Details des Ventils nach Fig. 1 in betriebsbereiter Zusammenstellung
und

Fig. 3 eine Variante in Darstellungsweise nach Fig.

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Ventil dargestellt, das ein Ventilgehäuse 10 besitzt, das einen Ventilkanal 11 und ein Gehäuse 12im wesentlichen üblicher Bauart enthält. Das Gehäuse nimmt einen zylindrischen Einsatz 13 auf, der derart ausgebildet ist, daß er eine Stopfbuchskammer enthält. Der Einsatz 13 hat einen sich nach innen erstreckenden ringförmigen Flansch 14, der nahe seinem oberen Ende angeordnet ist und seine innere Fläche ist an seinem unteren Ende mit einer Schräge versehen, deren Zweck später noch erläutert wird. In der Außenfläche des Einsatzes ist an dessem unteren Ende eine I ringförmige Nut 16 ausgebildet die mit einem dazu komplimentär geformten Ring 17 aus Gummi oder einem ähnlichen ■Material in Eingriff gebracht werden kann. Dieser sitzt

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auf einem sich nach innen erstreckenden ringförmigen Finsch 18 des Gehäuses 12 auf. Alternativ kann der Ring 17 auch in der Form eines konventionellen O-Ringes ausgebildet sein (siehe Ausführungsform nach Fig. 3).

Eine Spindel oder ein Schaft 19 läuft axial durch den Einsatz 13 hindurch und trägt an seinem unteren Ende einen Ventilschließkörper 20 und an seinem oberen Ende einen abgeflachten Abschnitt. 21, der mit einem Griff, Schlüssel oder Handrad in Eingriff gebracht werden kann, damit die Ventilspindel von einer Bedienungsperson gedreht werden kann. Das Drehen der Spindel wird in üblicher Weise in eine axiale Bewegung des Ventilschließkörpers 20 umgesetzt, um dessen Eindringtiefe in den Ventildurchgangskanal 1.1 zu verändern. Diese Ventikalbewegung wird dadurch hervorgerufen, daß das untere Ende der Spindel 19 mit einem Gewinde versehen ist und mit einer entsprechenden Gewindemutter 19a in Eingriff steht. Die Mutter 19a ist in den Ventilkörper 20 durch einen entsprechend ausgebildeten Schlitz 20a eingeführt, der zur Außenwandung des Ventilkörpers 20 offen ist. Somit wird die Drehung der Spindel 19 in eine Ventikalbewegung der Mutter 19a und dementsprechend des Ventilkörpers 20 umgesetzt. Bei einer abgewandelten Anordnung ist der Ventilkörper 20 in Bezug auf die Spindel 19 fest angeordnet und die Spindel 19 und der Ventilkörper 20 bewegen sich zusammen in vertikaler bzw. axialer Richtung. Das wird dadurch erreicht, daß der obere Bereich der Spindel mit Gewinde versehen ist, das mit einem stationären Gewindeteil an dem Gehäuse 12 zusammenwirkt. Diese Anordnung hat jedoch gegenüber der dargestellten Ausführung den Nachteil, daß die Dichtung zwischen der Spindel und dem Gehäuse zusätzlich zu der normalen Drehbewegung einer Vertikalbewegung der Spindel ausgesetzt ist und dadurch eine wesentlich wirksamere Dichtung benötigt.

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Beide Anordnungen sind jedoch durch die Wirksamkeit d<?r Erfindung durchführbar. Für die Erfindung ist es gleichgültig, durch welche Mittel die Bewegung der Spindel in eine Vertika,lbewegung des Ventilkörpers umgesetzt wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spindel mit einem verdickten Ringabschnitt 22 versehen, der sich um die Spindel herum erstreckt und der in den oberen Abschiiitt des Einsatzes 13 hineinpaßt und auf dem Flansch 14 aufsitzt. Eine Spannplatte 23 ist über die Spindel gesteckt und mit Bolzenöffnungen 24 versehen, die mit (Jewindebohrungan 25 in dem Gehäuse 25 ausgerichtet werden können, damit die Spannplatte 23 an dem Gehäuse 12 dicht angeschraubt werden kann. Wie aus den Zeichnungen zu erkennen ist, drückt das Anschrauben der Spannplatte auf dem Gehäuse den Einsatz 13 nach unten, damit er fest auf dem Ring 17 aus Dichtmaterial aufsitzt und diesen zusammendrückt. Damit wird ein Flüssigkeitsdurchgang zwischen dem Einsatz 13 und dem Gehäuse 12 verhindert.

Es ist für den Fachmann zu erkennen, daß es relativ einfach ist,· den Spalt zwischen dem Einsatz 13 und dem Gehäuse 12 abzudichten, da diese Elemente sich gegeneinander nicht drehen und von der Spannplatte 23 sicher überdeckt werden. Es ist jedoch schwieriger, einen Flüssigkeitsdurchgang zwischen der Spindel 19 und dem Einsatz 13 zu verhindern, da die Toleranzen so sein müssen, daß die Spindel darin frei drehbar ist. Die normale Art der Abdichtung des Durchganges zwischen der Spindel und dem Einsatz wäre es, den inneren Abschnitt der Hülse 13 mit vergrößertem Durchmesser zwischen dem Einsatz und der Spindel mit einem Dichtmaterial zu füllen und dieses Material unter Druck zu halten,, um den Spalt gegen einen Durchgang van Flüssigkeit vollständig abzudichten. Infolge eines allmählichen Nachlassens

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der Elastizität, der bei den meisten Dichtungsmaterialien auftritt, wird die Kompression, die auf das Material ausgeübt wird, im Laufe der Zeit ständig weniger wirksam und die Dichtung wird undicht werden, wenn nicht ihre Kompression wieder erhöht wird oder das Dichtungsmaterial ausgetauscht wird. In den Fällen, wo eine Nachstellbarkeit der auf das Dichtungsmaterial ausgeübten Kompression vorgesehen ist, ist es normalerweise notwendig, das Ventil wenigstens teilweise zu demontieren um die Nachstellung der Kompression vorzunehmen. Die Mittel, die zu einer solchen Nachstellung notwendig sind, sind oft recht kompliziert.

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführung füllt das Dichtungsmaterial 26 die Stopfbuchskammer, die zwischen der Spindel 19 und dem Einsatz 13 gebildet ist, weitgehend aus. Eine gezahnte Hülse 27 ist auf der Spindel 19 gleitend angeordnet und hat einen etwas geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Einsatzes 13· Wenn die Ventilspindel gedreht wird, um den Ventilkörper 20 anzuheben und diesen aus dem Ventilkanal 11 herauszuziehen, bewegt sich der Ventilkörper 20 aufwärts auf die Stopfbuchskammer zu und drückt, nachdem er aus dem Ventilkanal 11 freigekommen ist, das obere Ende der Hülse 27 in Kontakt mit dem unteren Ende des Packungsmaterials 26 in der Stopfbuchskammer. Fortgesetzte Drehung der Spindel hobt den Ventilkörper 20 weiter an und drückt die Hülse 27 weiter in die Stopfbuchskammer hinein, wodurch das Packungsmaterial (siehe insbesondere Fig. 2) komprimiert wird. Es ist beabsichtigt, daß die Hülse 27 in ihrer angehobenen Stellung verbleibt, in der sie die Kompressionskraft auf das Material 26 ausübt, auch wenn der Ventilkörper 20 wieder in seine Verschlußstellung abwärts geführt ist. Um dies zu bewirken, ist die Hülse 27 mit ringförmigen Zahnungen 28 an ihrem Umfang versehen, die einen im wesentlichen sägezahn- oder sperrverzahnungsartigen Querschnitt haben, deren Vorder-

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kanten von der Richtung der Aufwärtsbewegung der Hülse hinweg geneigt sind.

Ein innenverzahnter Verschlußring 29 ist in den Dichtungsring 17 eingebettet (falls der Ring 17 kein konventioneller O-Ring ist, wie oben erwähnt) und die Zähne 30 des Verschlußringes sind unter einem Winkel von etwa 45° aufwärtsgebogen, d.h. einem ähnlichen Winkel wie dem der Vorderflanken der Verzahnungen 28. Die Zähne 30 sind aus federnd elastischem Material, beispielsweise federndem Metall oder Kunststoff und bilden einen Ring um die Hülse, der im Durchmesser derart ist, daß die Zähne hinter den Zähnen 28 einschnappen, wenn die Hülse 27 sind aufwärts durch den Verschlußring 29 bewegt. Die Hinterkanten der Verzahnungen 28, die mit einer Sägezahnoder Sperrzahnausrichtung geformt sind (d.h. 90° zur Achse der Hülse oder in der Richtung der Vorderkanten hinterschnitten) erlauben den Zähnen 30, sicher unter ihnen einzurasten und somit die Abwärtsbewegung der Hülse zu verhindern. Daher wirken die Zähne 30 als eine Serie von einzelnen Klinken auf den Verzahnungen 28, die es den Zähnen nur erlauben, an den Zähnen 30 vorbei in Aufwärtsrichtung zu passieren (vgl. Fig. 2).

Bei der abgewandelten Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Verschlußring 29 durch eine massive ringförmige Kante bzw. vorstehende Schräge 31 ersetzt, die durch Bearbeitung oder Guß um die innere Kante des ringförmigen Flansches 18 herum gebildet ist. Bei dieser Ausführung sind Schlitze oder Vertiefungen 28a in den Verzahnungen 28 ausgebildet, die diesen erlauben, nachzugeben und sich zusammenzuziehen, wenn sie an der ringförmigen Kante 31 vorbeilaufen. Um diesen Mechanismus weiter zu vereinfachen und unnötige Abnutzung auf den Zähnen 28 zu verhindern, können diese vorzugsweise etwas biegsamer geformt sein als die der Hülse in den Fig, 1 und 2.

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Dies kann erreicht werden, indem man etwas flexibleres Material benutzt oder die Verzahnungen mit geringerer Dicke formt.

Von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann, obwohl als bevorzugtes Material für die Dichtung 26 eine mit synthetischem Fett o. dgl. gefüllte Baumwollschnur o. dgl. verwendet wird, besonders vorbereitetes Polytetrafluoräthylen (Handelname Teflon) oder graphitierte Asbestschnur verwendet werden. Die Wahl dieser Materialien ist insbesondere von den Umgebungseinflüssen abhängig, die auf das Ventil einwirken.

Claims (6)

Ansprüche

1. Ventil mit einem Ventilkanal, einem Ventilgehäuse und einer Stopfbuchskammer in dem Gehäuse, einer Ventilspindel, die durch das Gehäuse und die Stopfbuehskammer hindurchläuft und einem Ventilverschlußkörper, der an einem Ende der Spindel angeordnet ist, wobei die Spindel in beiden Drehrichtungen drehbar ist, um den Ventilverschlußkörper entsprechend der Drehrichtung zur Stopfbuehskammer hin und von dieser hinweg zu bewegen und den Betrag des Eindringens des Ventilverschlußkörpers in den Ventilkanal bzw. dessen Abschluß zu verändern, und mit einem Packungsmaterial, das in der Stopfbuehskammer unter Druck gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (27) zwischen der Stopfbuehskammer (26) und dem Ventilverschlußelement (20) gleitend und zusammen mit dem Ventilverschlußkörper (20) in Richtung auf die Stopfbuehskammer (26) zum Ausüben von Druckkräften auf das Dichtungsmaterial bewegbar ausgebildet ist, und daß Sperrelemente (29 ,31) an dem Ventilgehäuse angrenzend an den Weg der Hülse (27) angeordnet sind, die -auf die Hülse

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in einer Bewegungsrichtung derart einwirk en, daß sie eine Bewegung der Hülse (27) auf das Dichtungsmaterial zu gestatten und die entgegengesetzte Bewegung verhindern.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrelemente (29, 31) als fomschlüssige Sperrelemente ausgebildet sind.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Sperrelemente einander zugeordnete Sperrteile besitzen, die ringförmig auf der Hülse angeordnete Verzahnungen (28) mit im wesentlichen sägezahn- oder sperrzahnartigem Querschnitt aufweisen und Vorderkanten haben, die, von innen nach außen betrachtet, in Bewegungsrichtung der'Hülse auf das Dichtungsmaterial zu nach hinten geneigt sind, und daß die Sperrelemente ferner einen innenverzahnten Verschlußring (29) aufweisen, durch den die Hülse (27) hindurchläuft und der nach innen vorstehende federnde Zähne aufweist, die unter einem Winkel nach innen geneigt sind, der im wesentlichen dem der Vorderkanten der Verzahnungen (28) entspricht und die beim Durchlaufen der Hülse (27) durch den Verschlußring (29) in Richtung auf das Dichtungsmaterial (26) zu hinter den Hinterkanten der Verzahnungen (28) einschnappen.

4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente flexible Verzahnungen (28) mit im wesentlichen sägezahn- oder sperrzahnartigem Querschnitt aufweisen, die im wesentlichen ringförmig von der Hülse (27) abstehen und Vorderkanten aufweisen, die, von innen nach außen betrachtet, in Richtung der Bewegung der Hülse (27) auf das Dichtungsmaterial zu nach hinten geneigt sind und Einkerbungen oder Schlitze (28) besitzt, die im Abstand um den Umfang der Hülse herum angeordnet

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sind und eine Flexibilität der Verzahnungen (28) in Richtung auf die Achse der Hülse zu schaffen, und daß die Verschlußelemente ferner eine abgeschrägte Kante (31) aufweisen, durch die die Hülse hindurchläuft, wobei die Schräge der Kante (31) an ihrer von dem Dichtungsmaterial entfernten Seite angeordnet ist und einen Schrägungswinkel aufweist, der dem der Vorderkanten der Verzahnungen (28) im wesentlichen entspricht, während die Kante an ihrer dem Dichtungsmaterial (26) zugewandten Seite eine im wesentlichen ebene Fläche aufweist, hinter der die hintere Kante jeder Verzahnung (28) in formschlüssigen Eingriff einschnappt, wenn die Verzahnung (28) an der Kante (31) in Richtung auf das Dichtungsmaterial (26) zu hindurchgelaufen ist.

5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (19) in axialer Richtung gegenüber dem Ventilgehäuse (12) festgelegt ist und mit einem Gewindeabschnitt in ihrem in den Ventilverschlußkörper (20) hineinragenden Bereich versehen ist, und daß der Ventilverschlußkörper mit dem Gewindeabschnitt der Spindel zur Umsetzung einer Drehbewegung der Spindel in eine Längsbewegung des Ventilverschlußkörpers im Schraubeingriff ist.

6. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchskammer in einem zylindrischen Einsatz (13) angeordnet ist, der in dem Ventilgehäuse aufgenommen ist und sich auf einem elastischen Dichtungsring (17) in dem Gehäuse abstützt, und daß das innenverzahnte Sperrelement (29) einen Ringabsehnitt aufweist, der in den elastischen Dichtungsring eingebettet is^-t und von dem die Zähne (30) nach innen vorstehen.