Die Dichtung besteht aus metallischen Komponenten, die einen Druckraum begrenzen, der extern mit Druck beaufschlagt werden kann, um Dichtheit zu erzielen. Die aus- schiießliche Verwendung von metallischen Komponenten erlaubt einen Einsatz für weite Temperaturbereiche und außerordentliche Verschleißbedingungen durch die Betäti- gungshäufigkeit der Armatur oder die Zusammensetzung des Betriebsmediums.

Für die Funktion eines solchen Dichtelementes ist wesentlich, daß die Dichtheit der Ar- matur zwischen Gehäuse und Absperrorgan mittels zweier, im Gehäuse angeordneter, Dichtsitze erreicht wird. Bei in der Richtung definiertem Differenzdruck ist ein feststehen- der Dichtsitz auf der dem Differenzdruck abgewandten Seite erforderlich. Die dem Diffe- renzdruck zugewandte Seite muß einen axial beweglichen Dichtsitz erhalten, der auch Verformungen des Gehäuses durch Innendruck oder/und äußere Lasten ausgleichen kann. Mechanische Punktbelastungen von Positionen außerhalb des Gehäuses erfor- dern entsprechend dem Abstand dieser Krafteinleitungspunkte eine direkt proportionale Steifigkeit des beweglichen Sitzringes, der damit nicht mehr in der Lage ist, Verformun- gen des Absperrorgans und des Gehäuses auszugleichen. Damit ist die Dichtheit des Gesamtsystems nicht in jedem Betriebszustand gesichert. Zur Realisierung der Grund- forderung, sowohl in geschlossener als auch in geöffneter Position der Armatur, keine Medienbestandteile in das Gehäuse gelangen zu lassen, kann innerhalb des Gehäuses ein Druck mittels eines Sperrmediums aufgebracht werden. Das hat zur Folge, daß bei Undichtheiten nur Sperrmedienbestandteile in das Betriebsmedium gelangen können und die Absperrung für manuelle Arbeiten stromabwärts sicher ist.

Grundsätzlich sind Dichtungsanordnungen bekannt, die expandierbare Dichtelemente benutzen, um ausreichende Flächenpressungen auf dem Absperrorgan zu bewirken. Schlauchförmioe Dichtelemente aus elastischen Kunststoffen sind aber bezüalich der Temperaturobergrenze und des Verschleißverhaitens in nur engen Grenzen verwendbar.

Insbesondere bei fortgeschrittenem Verschleiß neigen solche Dichtelemente dazu, sich im abzudichtendem Dichtspalt zu verklemmen. Dadurch wird entweder die Expandier- barkeit des Dichtelementes, oder die Möglichkeit der Betätigung des Absperrorgans ver- loren gehen.

Bekannte metallische Dichtungsanordnungen zur Erzeugung einer axialen Flexibilität haben den Nachteil, daß es sich um Hybridlösungen handelt, einer Kombination von metallischer Begrenzung des extern zu expandierenden Druckraumes und der Übertra- gung der dadurch entstehenden Kraft auf elastische Dichtelemente aus Elastomeren. Es entstehen die oben beschriebenen Nachteile gleichermaßen. Die Druckräume sind aus Gründen der elastischen Verformungsfähigkeit durch mehrere, parallele Membranen begrenzt, deren Dichtheit untereinander sowohl bei der Herstellung, als auch im Betrieb nicht zu überprüfen ist. Die Mehrlagigkeit der elastischen Membran ist aus Gründen der elastischen Verformungsfähigkeit, auch bei der maximalen Betriebstemperatur, erforder- lich. Für die Funktion der Abdichtung des Druckraumes führt das Versagen einer Ein- zelmembran zum Versagen insgesamt. Die Herstellung eines Membranenpakets zur Aufnahme des elastischen Dichtringes durch Umformprozesse, insbesondere mit annä- hernd gleicher radialer Dicke, ist außerordentlich schwierig. Die Lagerung des elasti- schen Dichtringes im Membranpaket ist unzureichend, so daß es zu unterschiedlichen Abnutzungen des elastischen Dichtringes in Abhängigkeit von der Umfangsposition im Verhältnis zur Richtung der Translationsbewegung des Absperrorgans kommt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs ge- nannten Art zu schaffen, die mit relativ geringem Aufwand eine von der Umfangsposition unabhängige, gleichmäßige Dichtwirkung und Verschleißrate erzielt, auch wenn das Be- triebsmedium hohe Temperaturen und hohe Drücke auf das Absperrorgan ausübt und Verformungen des Absperrorgans und/oder äußerer Elemente des Gesamtsystems auftreten, hohe Betätigungshäufigkeiten des Absperrorgans zu verzeichnen sind und erschwerende Verschleißbedingungen durch feste Medienbestandteile möglich sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Für das Verständnis der Funktion ist die Betrachtung der Druckverhältnisse in drei verschie- denen Druckräumen erforderlich. Im Zustand der geschlossenen Armatur sind das der abzusperrende Betriebsdruck zwischen dem Absperroraan und dem Anschlußflansch der Armatur Pb, der Druck innerhalb des Gehäuses Pg und der Betätigungsdruck inner- halb des elastischen Sitzes Ps zur Erzeugung einer Flächenpressung auf dem Absper- rorgan. Alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benutzen unterschiedliche Angriffsflächen für den Druck P. in Richtung senkrecht zur Betätigungsrichtung des Ab- sperrorgans. Dazu sind zwei entsprechend der erforderlichen Verformungsfähigkeit op- timierte Membranen erforderlich, die mit dem Gehäuse druckdicht verbunden und im wesentlichen parallel zum Absperrorgan angeordnet sind. Diese Ringflächendifferenz für sich allein reicht aus, um nicht nur einen Abstand zwischen Sitz und Absperrorgan zu schließen, sondern auch die erforderliche Flächenpressung zu erzeugen. Dabei kann der Druck Ps auch unter dem Druck Pb bleiben, weil die resultierende Kraft auf eine sehr klei- ne Berührungsfläche des Sitzes übertragen wird. Er wird dadurch gleichsam transfor- miert. Es ist also möglich, mit relativ kleinen Drücken PsR große Flächenpressungen am Sitz zu erzeugen. Das ist auch erforderlich, da ausschließlich metallisch zwischen flexi- blem Sitz und Absperrorgan abgedichtet werden soll. Grundsätzlich sind zwei verschie- dene Lösungsansätze möglich. Zum ersten kann ein Membransystem verwendet wer- den, das mittels des Druckes P, selbst den Kontakt zum Absperrorgan herstellt. Zum zweiten kann die axiale Verformungsfähigkeit der Membranen auf einen relativ starren Sitzkörper übertragen werden, der dann den Kontakt zum Absperrorgan mit einer Kon- takffläche, die vom Druck P. unabhängig ist, herstellt.

Erstere Lösung erfordert eine Verschleißschutzbeschichtung auf dem gesamten Radius der Membran, die dem Absperrogan zugewandt ist. Die Berührungslinie zwischen der Membran und dem Absperrorgan wird dabei dicker beschichtet und erhaben ausgebil- det. Diese Konfiguration hat den Vorteil des Ausgleichs aller prozessbedingten Verfor- mungen der Armaturenbauteile. Die erforderlichen Steifigkeiten, insbesondere des Ge- häuses und des Absperrorgans und die Forderungen an die Formabweichung der Dicht- flächen von der Ebene können reduziert werden. Das hat auch Auswirkungen auf die Bearbeitungsverfahren zur Endbearbeitung der dichtrelevanten Armaturenbauteile.

Die zweite Lösung hat den Vorteil der geringeren Verschleißempfindlichkeit der Mem- branen gegenüber translatorischen Bewegungen des Absperrorgans. Es müssen aber zwei verformte Membranen verwendet werden.

Beide Konfigurationen können mit Sperrgasdruck Pg innerhalb des Gehäuses verwendet werden. Eine Verstärkung der Dichtwirkung findet allerdings nur statt, wenn der mittlere Dichtdurchmesser größer als der Innendurchmesser der dem Absperrorgan abgewand- ten Membran ist. Falls diese beiden Größen gleich sind, kann die Flachenpressung am Sitz ausschließlich mit der dem Druck P. beeinflußt werden. Das eröffnet die Möglichkeit der Verschleißminimierung während des Öffnungs-oder Schließvorganges der Armatur.

Eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein indirekt proportionales Verhältnis des Druk- kes Ps zur Flächenpressung am Sitz. Das bedeutet, daß die Sitzpressung ausschließlich durch Vorspannung beim Einbau und den Betriebsdruck Pb erzeugt wird und vor der Betätigung der Armatur der Druck P, erhöht wird, um die Flächenpressung am Sitz und den Verschleiß zu verringern. Die Einschnürung der freien Flache ist geringfügig.

Bei wechselnder Druckrichtung ist auch eine Ausführung mit axial beweglichen Sitzen auf beiden Seiten des Absperrorgans mög ! ich.

Die Erzeugung des Druckes P ; und dessen teilweise oder vollkommene Absenkung wäh- rend der Betätigung der Armatur ist eine Grundvoraussetzung für den nahezu ver- schleißfreien Betrieb der Dichtung. Es wird dabei Kontakt der abdichtenden Bauteile bei der Betätigung erhalten, um das Eindringen von Festoffen in den Dichtbereich zu mini- mieren.

Nachfolgend sind drei Möglichkeiten beschrieben, die diese Grundforderung erfüllen. Die erste ist die direkte proportionale Gewinnung des Druckes P, aus dem Druck Pb oder Pg.

Die Erzeugung aus dem Druck Pb erfordert unter Umständen einen Zwischenbehälter oder gleichwertige Filter zur Reinigung von für den Betrieb eines Pneumatik-oder Hy- draulikzylinders schädlichen Bestandteilen des Betriebsmediums. Die Umsetzung des Druckes Pb in einen höheren Druck mit einem konstanten Verhältnis erfolgt mittels eines Druckübersetzers. Die Aussetzung dieser Druckerzeugung während der Betätigung wird über eine direkt entgegengesetzt wirkende Kraft realisiert, deren Wirksamkeit durch eine mechanische Verbindung mit dem die Antriebskraft übertragenden Teil der Armatur ge- steuert wird.

Eine weitere Ausführungsform der Druckerzeugung P, wird durch eine analog zur ersten Lösung konfigurierte Mechanik übertragen, aber mit einem inerten Fremdmedium gene- riert.

Die dritte Lösung verwendet eine direkte, konstante Druckerzeugung durch eine vorbe- stimmte Kraft und deren Aufhebung während aller Positionen des Absperrelementes, die nicht Endlagen der Betätigung sind.

Besonderer Wert wurde bei der Ausführung der Druckräume, die durch die flexiblen Dichtungen umschlossenen werden, auf deren minimale Volumina gelegt, um in der Auswahl der Übertragungsmedien für den Druck P, nicht eng begrenzt zu sein.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Dichtung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese zeigen in Fig. 1 Membransystem in axial voll gepreßter Stellung Fig. 2 Membransystem in axial voll entlasteter Stellung Fig. 3 Membransystem in axial voll gepreßter Stellung mit Druckunterstützung Pb Fig. 4 Membransystem in axial voll entlasteter Stellung mit Druckunterstützung Pb Fig. 5 Membransystem mit massivem Sitz und formahnlichen Membranen Fig. 6 Membransystem mit massivem Sitz und unterschiedlichen Membranen Fig. 7 Membransystem mit entgegengesetzter Wirkung Fig. 8 Gesamtansicht einer translatorisch betatigten Armatur Fig. 9 Proportionale Druckerzeugung aus dem Betriebsdruck Fig. l0 Halbproportionale Druckerzeugung mit einem Fremdmedium Fig. 11 Konstante Druckerzeugung mit einem Fremdmedium Fig. 1 zeigt ein Abdichtungssystem mit dem Absperrorgan 1, gegen das der bewegliche Sitz 5 abdichtet. Der Sitz ist mit dem Rohrschuß 2 druckdicht verbunden, der wiederum mit dem Flansch 3 verbunden ist. Die gesamte Baugruppe ist mittels des Flansches 6 mit dem Gehäuse 8 verbunden und mit der Dichtung 7 gegeneinander statisch abge- dichtet. Die Membranen 9 und 10 biiden mit dem Stützblech 14 einen Druckraum 11 der über die Bohrungen 12 und den Anschlußstutzen 13 mit dem Druck P. beaufschlagt wird. Der Druck Pb wirkt im Druckraum 69, der Druck Pg wirkt im Druckraum 70. Der Druckkanal zwischen den Bohrungen 12 und dem Anschlußstutzen wird innerhalb des Rohrschusses 2 durch ein Blech 15 gebildet, das druckdicht mit dem Rohrschuß 2 ver- bunden ist. Die Membran 9 weist entlang der Berührungsfläche mit dem Absperrogan 1 eine Verschleißschutzbeschichtung auf. Das Stützblech 14 hat eine Doppelfunktion. Ei- nerseits stellt es die radiale Führung der Membranen 9 und 10 dar, um plastische Ver- formungen durch Reibungskräfte bei der Betätigung zu verhindern. Die zweite Funktion ist die einer axialen Hubbegrenzung beim Wechseln der Druckrichtung bei geschlosse- nem Absperrorgan. Dabei liegt die Membran 9 auf der gesamten Ringfläche des Stütz- bleches 14 auf und ist durch die Verringerung der Flächenpressung der Gefahr von blei- benden Verformungen zu Lasten von geringerer Vorspannung im eingebauten Zustand ohne Einwirkung des Druckes P, nicht mehr ausgesetzt.

Fig. 2 zeigt die Maximalauslenkung der Membranen 9 und 10 im spannungsfreien Zu- stand der Konfiguration nach Fig. 1. Dabei ist ein Abstand 16 zu erkennen, der der ma- ximalen axialen Auslenkung der Membran 9 im Verbund mit der Membran 10 entspricht.

Bei Beaufschlagung der beiden Ringflächen 17, 18 mit dem Druck P, wird die entstehen- de Kraft ausschließlich zur Erzeugung der Dichtungspressung verwandt. Durch die Vor- spannung der Membranen in Richtung des Absperrorgans 1 wird der Radius der Berüh- rungslinie zwischen Membran 9 und Absperrorgan 1 im Radius vergrößert. Er erreicht sein Maximum beim Aufliegen der Membran 9 auf dem Stützblech 14 (Fig. 1). Die Konfi- gurationen nach Fig. 1 und Fig. 2 ändern ihre zur Verfügung stehende Flächenpressung zwischen der Membran 9 und dem Absperrorgan 1 und anstehendem Druck P, mit der Veränderung des Druckes Pg, sofern der Innendurchmesser der Membran 10 kleiner als der mittlere Dichtdurchmesser ist. Ist der Druck Pg größer als der Druck Pus, wird die Dichtwirkung verbessert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführung des Membransystems aus den Membranen 19 und 20, die mit Verbesserunq der Dichtwirkung durch den Betriebsdruck Ph arbeitet. Es muß nur die Mindesfflächenpressung zwischen der Membran 19 und dem Absperrorgan 1 durch das Aufbringen des Druckes P, erzeugt werden. Erhöhungen des Betriebsdruk- kes Pb resultieren in einer proportionalen Vergrößerung der Dichtftächenpressung. Der mittlere Dichtungsdurchmesser ist durch die konstruktive Gestaltung der Membran 19 möglichst groß zu gestalten, damit bei Drücken Pg innerhalb des Gehäuses 8 oberhalb des Betriebsdruckes Pb kein Abheben der Membran 19 vom Absperrorgan 1 auftritt. Der Druck Ps im Druckraum 22, der durch die Membranen 19 und 20 sowie das Stützb) ech 21 gebildet wird, ist in jedem Fall höher als der maximale Druck Pb zu wählen.

In Fig. 4 sind die Membranen 19 und 20 im unbelastetem Zustand gezeigt. Auch hier kann dann die gesamte Druckdifferenz zwischen P, und Pb für die Erzeugung der Dicht- wirkung zwischen Membran 19 und Absperrorgan 1 verwendet werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Variante von Fig. 1. Sie zeichnet sich durch eine größere axiale Verformungsfähigkeit in Richtung Absperrorgan 1 aus. Der Druckraum 26 für den Druck P. wird durch die Membranen 23 und 24 sowie durch das StOtzblech 25 und den Rohr- schuß 2 gebildet. Zur Vermeidung von Stabilitätsproblemen der Membran 24 ist sie mit einem Verstärkungsblech 28 ausgestattet, dessen radiale Positionierung eine unzulässi- ge Verformung durch P, verhindert. Diese Probleme können allerdings nur auftreten, wenn es eine große Druckdifferenz zwischen P, und Pg gibt. Das Stützbtech 25 ist mit einem Anschlag 27 gegen unzulässige Verformung der Membranen 24 und 25 in Rich- tung Flansch 3 bei Wechsel der Betriebsdruckdifferenzrichtung gesichert. Der mittlere Dichtdurchmesser des Sitzes 29 ist nahe dem Außendurchmesser der Membran 24 ge- wählt, so daß eine positive Druckdifferenz zwischen Pg und Pb insgesamt dichffördernd wirkt.

Analog dem Verhältnis zwischen den Figuren 1 und 3 kann die Konfiguration nach Fig. 5 auch innerhalb des Rohrschusses 2 angeordnet werden und somit mit der Einwirkung des Betriebsdruckes Pb eine Verbesserung der Dichtwirkung verbessert werden.

Fig. 6 zeigt eine Dichtung, die einen Druckraum 33 begrenzt, in dem der Druck P, wirkt, Der Druckraum 33 wird durch die Membranen 30 und 31, sowie dem Sitzblech 32 und dem Rohrschuß 2 gebildet. Ein Verstärkungsblech 34 ist mit der Membran 31 verbun- den, um im Betriebsfall Pg größer als PS eine plastische Verformung zu verhindern. Als Hubbegrenzung in axiale Richtungen dienen die beiden Membranen 30 und 31 mittels ihrer VerschweiBungen mit dem Rohrschuß 2.

Fig. 7 ist im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen der Erfindung eine Vari- ante, die mit steigendem Druck P. eine Verringerung der Flächenpressung am Absper- rorgan 1 erlaubt. Beim Einbau der flexiblen Dichtung hat das Membransystem aus den Membranen sowie dem Stützblech soviel axiale Vorspannung erhalten, daß die Mindest- flächenpressung zum Absperrorgan 1 erreicht wird. Drüber hinaus wird der Betriebs- druck Pb die Dichtwirkung proportional vergrößern. Zum Verfahren des Absperrorgans 1 wird in dem Druckraum 38 der Druck Ps appliziert, der eine Verringerung der Flächen- pressung zwischen Membran 35 und Absperrorgan 1 zur Folge hat.

Fig. 8 zeigt die Gesamtansicht einer translatorisch betatigten Absperrarmatur mit der Stange 40, die die Antriebskraft auf das Absperrorgan 1 überträgt.

In den Fig. 9 bis 11 sind Möglichkeiten zur Erzeugung und Steuerung des Druckes P, in Abhängigkeit von der Position der Stange 40 dargestellt. Der Druck P, wird, unter Ver- meidung großer Leitungslängen, an den Druckanschlußstutzen 13 geleitet.

Die Fig. 9 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung des Druckes P, aus dem Betriebsdruck Pb. Sie besteht aus einem Doppelzylinder 41 mit dem Kolben 42, der mit dem Druck Pb beaufschlagt wird und dem Kolben 43, der den Druck P. erzeugt. Der Raum 44 ist in jeder Stellung der Kolben 42 und 43 überdrucklos. Der Kolben 42 ist über die Kolben- stange mit einem Hebel 46 verbunden. An dem Hebel 46 ist eine Gewicht 47 befestigt.

Der Hebel 46 ist um den Drehpunkt 48 drehbar. Die Stange 40 ist über ein Befestigung- selement 53 und einem Seil 49 mit dem Hebel 46 verbunden und wird über die Rollen 50, 51 und 52 geführt. In der Offenstellung 54 als auch in der Schließstellung 55 der Stange 40 wird das Gewicht 47 über das Seil 49 abgehoben und erlaubt damit die Transformierung des Druckes Pb in den Druck P,. Der Beginn der Erhöhung des Druckes auf seinen Endwert wird durch die Länge des Seils 49 gesteuert. In allen anderen Zwi- schenstellungen der Stange 40 wirkt das Gewicht 47 zur Verringerung des Druckes P,.

In Fig. 10 wird der Druckraum 56 durch ein Fremdmedium mit einem Druck über dem Betriebsdruck Pb gefüllt und wird analog der Anordnung in Fig. 9 während der Betäti- qunq der Armatur durch die möaliche Absenkunq des Gewichtes 47 komprimiert. Das hat eine Verringerung des Druckes P, zur Folge, da der Kolben 57 sich nach oben be- wegt. Durch die Kopplung des Kolbens 57 über Hebel 46 und Seil 49 wird die Wirkung des Gewichtes 47 bei Annäherung an die beiden Endpositionen der Stange 40 aufgeho- ben, der Kolben 57 nach unten bewegt und der Druck P. im Druckraum 68 erhöht.

Die Fig. 11 stellt eine weitere Variante der Erzeugung des Druckes P, dar. Dazu wird der Druckraum 68 mit einem Druck beaufschlagt, der dem Mindestwert des Druckes P ; wäh- rend der Betätigung des Absperrorgans 1 entspricht. Der Druckraum 58 weist in keiner Phase der Veränderung des Druckes Ps Überdruck auf. Der Hebel 63, der sich um den Drehpunkt 66 bewegt, bewirkt, das in den beiden Endpositionen der Stange 40 das Seil 60 entlastet ist und das Gewicht 62 den Maximalwert des Druckes P. erzeugen kann. Die Mitnehmer, die mit der Stange 40 fest verbunden sind, bewegen den Hebel 63 in SchlieB-und Öffnungsrichtung.

Eine, nicht dargestellte, nicht spielfreie Verbindung zwischen dem Absperrorgan 1 und der Stange 40 in Betätigungsrichtung erlaubt auch eine Absenkung des Druckes P. vor dem Beginn der Bewegung des Absperrorgans 1.

Bezugszeichenliste 1 Absperrorgan 2 Rohrschuß 3 Flansch 4 Sitz 5 Bewegiicher Sitz 6 Flansch 7 Dichtung 8 Gehäuse 9 Membran 10 Membran 11 Druckraum 12 Bohrung 13 Anschlußstutzen Druck P.

14 Stützblech 15 Blech 16 Abstand 17 Ringfläche 18 Ringfläche 19 Membran 20 Membran 21 ech 22 Druckraum 23 Membran 24 Membran 25 ! ech 26 Druckraum 27 Anschlag 28 Verstärkungsblech 29 Sitz 30 Membran 31 Membran<BR> 32 Sitzblech 33 Druckraum 34 Verstärkungsblech 35 Membran 36 Membran 37 Stützblech 38 Druckraum 39 Verstärkungsblech 40 Stange 41 Doppeizylinder 42 Kolben <BR> <BR> <BR> <BR> 43 Kolben<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 44 Raum 45 Kolbenstange 46 Hebel 47 Gewicht 48 Drehpunkt 49 Seil 50 Rolle <BR> <BR> <BR> <BR> 51 Rolle<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 52 Rolle 53 Befestigungselement 54 Offenstellung der Stange 40 55 Schließstellung der Stange 40 56 Druckraum 57 Kolben 58 Druckraum 59 Rolle 60 Seil 61 Einspannung 62 Gewicht 63 Hebel 64 Zylinder 65 Zylinder 66 Drehpunkt 67 Mitnehmer 68 Druckraum <BR> <BR> 69 Druckraum Druck Pb 70 Druckraum Druck Pg 71 Radius 72 Radius 73 Abstand 74 Radius 75 Radius 76 Radius 77 Radius 78 Abstand