Derartige Ringspaltdichtungen für Ventile sind allgemein bekannt. Die DE 37 31 349 A1 beispielsweise offenbart eine trapezförmige Ringspaltdichtung, die in einer gleichfalls tra- pezförmigen Nut einliegt und die mittels eines Federringes unter eine Vorspannung setzbar ist. Ein Regelventil, in dem eine derartige Ringspaltdichtung typischer Weise zum Einsatz kommt, offenbart beispielhaft die DE 29 29 389 A1.

Die bekannten Ringspaltdichtungen weisen in der Sperrstellung Leckageströme auf, die in industriellen Produktions-und Steuerungsprozessen aus Überlegungen zur Qualitätssiche- rung zunehmend weniger toleriert werden. Die Ursachen dieser Leckageströme liegen ne- ben Verschleiß-und Alterungserscheinungen an den Dichtelementen in der unzureichen- den radialen Zustellmöglichkeit der bekannten Ringspaltdichtungen und in der mangelnden Konstanz ihrer Materialeigenschaften bei Änderungen der Betriebstemperatur.

Hinzu kommt, dass die bekannten Ringspaltdichtungen-gerade auch aufgrund der Lecka- geströme-nur sehr bedingt zur Sicherung von Anlagenteilen gegenüber Rückschlagströ- men geeignet sind.

Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ringspaltdichtung vorzuschlagen, die die Dichtigkeit sowohl in der vorgesehenen Strömungsrichtung als auch entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung gewährleistet und hierbei insbesondere die Leckageströme auch unter verschiedenen Betriebstemperaturen minimiert.

Lösung Ausgehend von der bekannten Ringspaltdichtung wird diese Aufgabe nach der Erfindung gelöst durch zwei spiegelsymmetrisch in der Nut neben einander angeordnete Dichtringe, wobei in der Sperrstellung durch das Fluid aus der Hochdruckseite eine Dichtlippe eines der Niederdruckseite zugewandeten ersten Dichtrings fluiddicht an den Kolben und eine Dichtfläche des ersten Dichtrings fluiddicht an eine Nutwandung pressbar ist.

Die Zweiteilung der Ringspaltdichtung in zwei Dichtringe ermöglicht eine Gestaltoptimie- rung hinsichtlich eines Selbstverstärkungseffektes der Dichtwirkung bei steigendem Diffe- renzdruck zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite. Durch die symmetri- sche Gestaltung wirkt die erfindungsgemäße Ringspaltdichtung in der vorgesehenen Strö- mungsrichtung und entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung gleichermaßen effektiv.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Ringspaltdichtung derart gestaltet, dass in der Sperrstellung durch das Fluid aus der Hochdruckseite eine Dichtschulter des der-Nieder- druckseite zugewandten ersten Dichtrings fluiddicht an eine in der Nut axial vorspringen- de, umlaufende Nase pressbar ist. Die Paarung einer Dichtschulter mit einer in der Nut umlaufenden Nase gewährleistet eine wiederum erhöhte Dichtwirkung zwischen dem Dichtring und der Nutwandung am Ventilgehäuse.

Die Dichtringe der erfindungsgemäßen Ringspaltdichtung weisen besonders vorteilhafter Weise ein C-Profil auf und sind in der Sperrstellung durch das Fluid aus der Hochdrucksei- te das C-Profil des der Niederdruckseite zugewandten ersten Dichtrings aufweitbar. Durch die Aufweitung wird der Dichtring der erfindungsgemäßen Ringspaltdichtung zusätzlich zwischen dem Nutgrund und der Mantelfläche des Kolbens verklemmt, wodurch erneut die Dichtwirkung zwischen Dichtring und Nutgrund-also Gehäuse-und Mantel erhöht wird.

Der Steigerung der Dichtwirkung dient in besonders einfacher Weise auch ein Übermaß der erfindungsgemäßen Ringspaltdichtung gegenüber dem Abstand zwischen Kolben und Nutgrund, so dass die Ringspaltdichtung mit Vorspannung in die Nut einlegbar ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Ringspalt- dichtung ein Stabilisierungselement auf, das in Richtung der Nut mit den Dichtringen ein- legbar ist. Ein solches Stabilisierungselement besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff, dessen Eigenschaften im Rahmen der Betriebstemperaturen höchstens geringen Schwan- kungen unterliegen. In einer Vielzahl von Anwendungsfällen bewährt sich als Werkstoff

insbesondere Stahl, dessen Alterungs-und Medienbeständigkeit zudem durch unterschied- liche Legierungen auch in allgemein bekannter Weise gesteigert und an die Anforderungen angepasst werden kann.

Besonders bevorzugt ist das Stabilisierungselement eine torusförmig einlegbare Schrau- benfeder. Die Schraubenfeder ermöglicht insbesondere, dass die Dichtlippen der Dichtrin- ge radial in Richtung des Kolbens vorspannbar sind.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen Fig. la eine Schnittdarstellung eines Ventils mit erfindungsgemäßer Ringspaltdichtung, Fig. lb das weitere Umfeld der Ringspaltdichtung in diesem Ventil, Fig. lc das engere Umfeld der Ringspaltdichtung in diesem Ventil, Fig. 2 eine Schnitt-Explosionsdarstellung der Ringspaltdichtung, Fig. 3a das Stabilisierungselement der Ringspaltdichtung und Fig. 3b eine weitere Ansicht des Stabilisierungselements, Fig. 4a eine Detailansicht der Ringspaltdichtung bei offenem Ventil, Fig. 4b diese Detailansicht in Sperrstellung unter normalen Druckverhältnissen und Fig. 4c diese Detailansicht in Sperrstellung bei Strömung entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung.

Figur 1 zeigt ein Ventil 1, mittels dessen der Fluss eines nicht dargestellten Fluids von einem Ventileintritt 2 zu einem Ventilaustritt 3 des Ventils 1 regelbar ist. Die Bezeichnun- gen von Ventileintritt 2 und Ventilaustritt 3 beziehen sich auf die vorgesehene Strömungs- richtung 4 des Fluids durch das Ventil 1, in der in der hier dargestellten geöffneten Stel- lung des Ventils 1 maximale Durchflussraten und eine minimale Abnutzung des Ventils 1 realisiert sind. Das beispielhaft gezeigte Ventil 1 weist einen Nenndurchmesser 5 von 24 inch, an Ventileintritt 2 und Ventilaustritt 3 Flanschflächen 6 gemäß ANSI 900 RTJ für einen Nenndruck von 900 psi und zwischen den Flanschflächen 6 eine Gesamtlänge 7 von 1568 mm auf. Ventile mit prinzipiell gleichem Aufbau finden mit Nenndurchmessern zwi- schen 2 und 48 inch für Nenndrücke von 150 bis 2500 psi zur Durchflussregelung von bei- spielsweise Öl, Gas oder Wasser oder von Multiphasen-Gemischen Verwendung. Alterna- tiv kann das Ventil auch nach dem API-Standard ausgeführt sein.

Das Ventil 1 weist in einem gegossenen Gehäuse 8 einen Zylinder 9 auf, der von dem Flu- id durchströmbar ist. Das Fluid dringt durch einen als Käfig 10 ausgebildeten Abschnitt radial in den Zylinder 9 ein und verlässt diesen-und das Ventil 1-in der vorgesehenen Strömungsrichtung 4. Der Käfig 10 ist mittels einer nach Art einer Kontermutter in das Gehäuse 8 des Ventils 1 eingeschraubten Austrittsbuchse 11 des Zylinders 9 in dem Ge- häuse 8 fixiert.

In dem Zylinder 9 ist ein Kolben 12 axial verschiebbar. Der Kolben 12 weist keine Stirn- fläche auf und ist mittels radial verlaufender Speichen 13 mit einer axial verlaufenden Kolbenstange 14 fest verbunden. Die Kolbenstange 14 weist eine unter 45° schrägverzahn- te ebene Fläche 15 auf, die mit einer gleichfalls unter 45° schrägverzahnten ebenen Fläche 16 einer radial verlaufenden und radial verschiebbaren Schaltstange 17 kämmt. Eine linea- re Radialbewegung der Schaltstange 17 bewirkt so unmittelbar hysterese-und spielfrei eine lineare Axialbewegung der Kolbenstange 14 und ermöglicht damit eine exakte Positi- onierung des Kolbens 12 in dem Zylinder 9.

Der Kolben 12, die Kolbenstange 14 und die Schaltstange 17 sind in jeder Betriebsstellung im Kräftegleichgewicht. Unabhängig von den anliegenden Druckverhältnissen ist das Ven- til 1 uneingeschränkt schaltbar, die Geschwindigkeit des Schaltvorgangs ist seitens des Ventils 1 lediglich durch die Massenträgheit des Kolbens 12, der Kolbenstange 14 und der Schaltstange 17 beschränkt.

Bei Verschiebung des Kolbens 12 in dem Zylinder 9 verschließt dessen Mantelfläche 18 die nicht dargestellten Öffnungen in dem Käfig 10 und sperrt damit in der Sperrstellung den Fluss des Fluids durch das Ventil 1. In der Sperrstellung ist der zwischen der Mantel- fläche 18 des Kolbens 12 und dem Zylinder 9 verbleibende Ringspalt 19 mittels einer Ringspaltdichtung 20 dichtbar. Der Zylinder 9 in der Sperrstellung und der in dieser Stel- lung gebildete Ringspalt 19 zum Zylinder 9 ist ausschließlich in den Detailansichten 4b und 4c dargestellt.

Die Ringspaltdichtung 20 liegt-wie aus den Detailansichten lb und lc ersichtlich-in einer in dem Zylinder 9 umlaufenden Nut 21 ein, die zwischen dem Käfig 10 und der Aus- trittsbuchse 11 ausgebildet ist. Mittels einer in einer zweiten Nut 22 zwischen dem Käfig 10 und der Austrittsbuchse 11 angeordneten Lippendichtung 23 sind diese gegenüber dem Gehäuse 8 abgedichtet.

Die Ringspaltdichtung 20, die in Figur 2 in einem Profilschnitt nach Art einer Explosions- zeichnung gezeigt ist, besteht aus einem-bezogen auf das Ventil 1-inneren Dichtring 24 und einem spiegelsymmetrisch aufgebauten äußeren Dichtring 25, die beispielsweise aus PP bestehen und deren Form mittels eines Stabilisierungselements 26 stabilisiert wird. Je- der Dichtring 24,25 weist eine Dichtlippe 27 auf, die in der Sperrstellung fluiddicht an die Mantelfläche 18 des Kolbens 12 pressbar ist. An die Dichtlippe 27 schließt sich ein C- Profil 28 an, dessen äußere Dichtfläche 29 an die Form der seitliche Nutwandung 30 ange- passt und fluiddicht an diese pressbar ist. Das C-Profil 28 bildet unterhalb der Dichtlippe 27 eine Dichtschulter 31, die an die Form einer in der Nut 21 axial vorspringenden, umlau- fenden Nase 32 angepasst und fluiddicht an diese pressbar ist. Das C-Profil 28 endet in einer unteren Dichtkante 33, die an den Nutgrund 34 der Nut 21 pressbar ist.

Das Stabilisierungselement 26 in Form einer torusförmig gebogenen Schraubenfeder ist zwischen die C-Profile 28 der Dichtringe 24,25 eingelegt. Die Gänge der Schraubenfeder sind-wie in den Figuren 3a und 3b ersichtlich-um einen Winkel 35 von etwa 10° gegen die Längsachse 36 der Schraubenfeder geneigt. Die Schraubenfeder kann daher radial (be- zogen auf den Kolben 12) gestaucht zwischen die Dichtringe 24,25 eingelegt werden, wo- durch eine Vorspannung der Dichtringe 24,25 in radialer Richtung bewirkt wird. In die Schraubenfeder ist zu Montagezwecken ein nur in den Figuren lc und 2 dargestellter Stützring S eingelegt.

Wie in Figur 4a gezeigt, stehen die Dichtlippen 27 bei offenem Ventil 1 leicht aus der Nut 21 vor-eben so weit, dass sie mit der Mantelfläche 18 des Kolbens 12 in der Sperrstellung in Kontakt kommen und den Ringspalt 19 zwischen der Mantelfläche 18 des Kolbens 12 und dem Zylinder 9 verschließen. In der Sperrstellung-dargestellt in den Figuren 4b und 4c-bewirkt jede Erhöhung des Differenzdrucks zwischen Ventileintritt 2 und Ventils- tritt-3 des Ventils 1 eine Selbstverstärkung der Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Ring- spaltdichtung 20.

In dem in Figur 4b dargestellten Betriebsfall ist in der Sperrstellung der Druck am Ventileintritt 2 höher als am Ventilaustritt 3. Dies ist-bei der vorgesehenen Strömungsrichtung 4-der Normalfall : bezogen auf die jeweiligen Drücke ist hier am Ventileintritt 2 die Hochdruckseite 37, am Ventilaustritt 3 die Niederdruckseite 38.

Zwischen den Dichtringen 24,25 bildet sich ein Druckgefälle : im Zwischenraum 39 zwischen den C-Profilen 28 bildet sich zunächst ein zwischen dem Druck auf der

det sich zunächst ein zwischen dem Druck auf der Hochdruckseite 37 und dem Druck auf der Niederdruckseite 38 liegender mittlerer Druck aus.

Unter dem Einfluss der jeweils anliegenden Druckdifferenz verformen sich die Dichtringe 24,25 : Der innere Dichtring 24 wird durch den gegenüber dem mittleren Druck höheren Druck der Hochdruckseite 37 radial gestaucht, legt sich vorübergehend an das Stabilisie- rungselement 26 an und erleichtert durch den so vergrößerten Ringspalt 19 den Druckaus- gleich zwischen der Hochdruckseite 37 und dem Zwischenraum 39 zwischen den C- Profilen 28. Der äußere Dichtring 25 wird durch den gegenüber der Niederdruckseite 38 höheren mittleren Druck-beziehungsweise später den Druck der Hochdruckseite 37- radial aufgeweitet und legt sich mit seiner äußeren Dichtfläche 29 an die Nutwandung 30, insbesondere mit der Dichtschulter 31 an die an der Nut 21 ausgebildete Nase 32 an. Au- ßerdem wird der äußere Dichtring 25 mit zunehmender Druckdifferenz mit seiner Dicht- kante 33 an den Nutgrund 34 gepresst. Zusätzlich erhöht sich durch die radiale Aufweitung der Druck von der Dichtlippe 27 des äußeren Dichtrings 25 auf die Mantelfläche 18 des Kolbens 12. Insgesamt wird die Dichtwirkung der Ringspaltdichtung 20 erhöht.

Der in Figur 4c dargestellte Betriebsfall entspricht dem Fall einer-in der Regel uner- wünschten, aber gerade bei schnellen Schaltvorgängen üblicherweise auftretenden-Rück- schlagströmung entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung 4. Gegenüber dem in Figur 4b dargestellten Normalfall ist die Hochdruckseite 37 nun am Ventilaustritt 3, die Nieder- druckseite 38 am Ventileintritt 2 ausgebildet. Aufgrund des spiegelsymmetrischen Aufbaus der Ringspaltdichtung 20 wird hier nun der äußere Dichtring 25 radial gestaucht und der innere Dichtring 24 radial aufgeweitet. Auch für den Fall einer Strömung entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung 4 wird mittels der erfindungsgemäßen Ringspaltdichtung 20 die Dichtwirkung also erhöht.

In den Figuren sind 1 Ventil 2 Ventileintritt 3 Ventilaustritt 4 vorgesehene Strömungsrichtung 5 Nenndurchmesser 6 Flanschfläche 7 Gesamtlänge 8 Gehäuse 9 Zylinder 10 Käfig 11 Austrittsbuchse 12 Kolben 13 Speiche 14 Kolbenstange 15 Fläche 16 Fläche 17 Schaltstange 18 Mantelfläche 19 Ringspalt 20 Ringspaltdichtung 21 Nut 22 Nut 23 Lippendichtung 24 Innerer Dichtring 25 Äußerer Dichtring 26 Stabilisierungselement 27 Dichtlippe 28 C-Profil 29 Dichtfläche 30 Seitliche Nutwandung 31 Dichtschulter

32 Nase 33 Untere Dichtkante 34 Nutgrund 35 Winkel 36 Längsachse 37 Hochdruckseite 38 Niederdruckseite 39 Zwischenraum S Stützring