Die Dichtung besteht aus metallischen Komponenten, die einen Druckraum begrenzen, der extem mit Druck beaufschlagt werden kann, um Dichtheit zu erzielen. Die aus- schließliche 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 starrer 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. Belastungen von Positionen außerhalb des Gehäuses erfordem entsprechend dem Abstand dieser Krafteinleitungspunkte eine direkt proportionale Steifigkeit des be- weglichen Sitzringes, der damit nicht mehr in der Lage ist, Verformungen des Absperror- gans und des Gehäuses auszugleichen. Damit ist die Dichtheit des Gesamtsystems nicht in jedem Betriebszustand gesichert. Zur Realisierung der Grundforderung nach Dichtheit, 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 druckabwärts sicher ist.

Grundsätzlich sind Dichtungsanordnungen bekannt, die expandierbare Dichtelemente benutzen, um ausreichende Flächenpressungen auf dem Absperrorgan zu bewirken.

Schlauchfönnige Dichtelemente aus elastischen Kunststoffen sind aber bezüglich der Temperaturobergrenze und des Verschleißverhaltens in nur engen Grenzen verwend- bar. Insbesondere bei fortgeschrittenem Verschleiß neigen solche Dichtelemente dazu, sich im abzudichtendem Dichtspalt zu verklemmen. Dadurch wird entweder die Expan- dierbarkeit des Dichtelementes, oder die Möglichkeit der Betätigung des Absperrorgans verloren gehen.

Bekannte metallische Dichtungsanordnungen zur Erzeugung einer axialen Flexibilität haben den Nachteil, daß es sich um Hybridlösungen handelt, einer Kombination von metallischer Begrenzung des extem 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 VeRormungsfähigkeit, 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- hemd 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.

In der deutschen Patentanmeldung 196 53 456.9 sind zwei metallische Membranen ver- wendet worden, die durch exteme Druckaufgabe in Verbindung mit einem Druck inner- halb des Gehäuses eine Dichtwirkung auf ein Absperrorgan bewirken. Die Technologie der Herstellung ist sehr aufwendig, die Reproduzierbarkeit der Verformungswirkung in einer Serie ist schlecht. Insbesondere das druckdichte Verschweißen der Membranen untereinander sowie mit dem demontierbaren Flansch ist sehr aufwendig. Die Abdich- tung des demontierbaren Flansches sowie des starren Dichtsitzes als auch deren axiale Positionierung ist problematisch. Insbesondere die Verformung des Armaturengehäuses unter wechselnder Innendruckbelastung bewirkt eine Abnutzung der Edelmetallbe- schichtung des metallischen Dichtelements und damit eine abnehmende Dichtwirkung des starren Dichtsitzes gegenüber dem Armaturengehäuses.

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.

Außerdem wird ausschließlich der Sperrgasdruck innerhalb des Gehäuses zur Erzeu- gung der Dichtwirkung benutzt. Die Dichtwirkung des starren Sitzes zum Absperrorgan wird durch die wirkende Druckdifferenz zwischen Sperrgasdruck und Betriebsdruck ver- bessert.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelost. Für das Verständnis der Funktion ist die Betrachtung der Druckverhältnisse in zwei ver- schiedenen Dnuckräumen erforderlich. Im Zustand der geschlossenen Armatur sind das der abzusperrende Betriebsdruck zwischen dem Absperrorgan und dem Anschluß- flansch der Armatur Pb, der Druck innerhalb des Gehäuses Pg und der Betätigungsdruck innerhalb des elastischen Sitzes Ps. Es sind zwei entsprechend der erforderlichen Ver- formungsfähigkeit optimierte Membranen erforderlich, die mit dem Gehäuse druckdicht verbunden und parallel zum Absperrorgan angeordnet sind. Diese Ringflachendifferenz für sich allein reicht aus, die erforderliche Flächenpressung zu erzeugen. Es ist möglich, mit relativ kleinen Drücken Pg, große Flächenpressungen am Sitz zu erzeugen. Das ist auch erforderlich, da ausschließlich metallisch zwischen flexiblem Sitz und Absperrorgan abgedichtet werden soll. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Raum innerhalb des Membransystems und dem Gehäuseinnenraum, in dem der Druck Pg wirkt. Der Quer- schnitt dieser Verbindung ist wesentlich geringer als der Querschnitt der Bohrung zum extemen Anschluß mit einer kleinen Absperrarmatur.

Die Funktion der Abdichtung ist wie folgt darzustellen. Im Ruhezustand der Armatur, d. h. im offenen oder geschlossenen Zustand hat die Membran, die dem Absperrorgan zuge- wandt ist, Kontakt mit dem Absperrorgan. Die Abdichtung erfolgt mehr oder weniger auf einer kreisförmigen Linie. Auf der Ringfläche zwischen dem mittleren Dichtdurchmesser und dem Innendurchmesser der Membran wirkt die Druckdifferenz zwischen Pg und Pb, wobei Pg immer größer als Pb ist. Der Raum innerhalb des Membransystems weist den gleichen Druck wie das Gehäuse auf. Zur Betätigung der Armatur wird der Druck inner- halb des Membransystems auf nahezu null gesenkt, indem der Querschnitt der Entta- stungsbohrung durch das Öffnen der extemen, kleinen Absperrarmatur frei gegeben wird. Durch den geringen Querschnitt der Verbindungsbohrung zwischen Membransy- stem wird der Druck Pb nur unwesentlich gesenkt und kann seine Funktion auch wäh- rend der Betätigung der Armatur erfüllen. Nach Erreichung der Endstellung des Absper- rorgans wird die exteme Absperrarmatur wieder geschlossen und das Membransystem dichtet wieder gegenüber dem Absperrorgan.

Eine zweite Möglichkeit besteht in der Ableitung des Druckes innerhalb des Membransy- stems mittels der extemen Absperrarmatur in den Druckraum, in dem der Betriebsdruck Pb wirkt. Die Entlastungswirkung des Membransystems ist zwar nicht so groß, ist aber insbesondere für giftige oder umweltschädliche Medien erforderlich.

Das Abdichten und Kontakt während der Betätigung erfordert eine Verschteißschutzbe- schichtung auf dem äußeren Teilbereich des Radius der Membran, die dem Absperror- gan zugewandt ist. Diese Konfiguration hat den Vorteil des Ausgleichs aller prozessbe- dingten Verformungen der Armaturenbauteile. Die erforderlichen Steifigkeiten, insbeson- dere des Gehäuses und des Absperrorgans und die Forderungen an die Formabwei- chung der Dichtflachen von der Ebene können reduziert werden. Das hat auch Auswir- kungen auf die Bearbeitungsverfahren zur Endbearbeitung der dichtrelevanten Armatu- renbauteile.

Der feststehende Dichtsitz gegenüber dem Membransystem ist steif ausgebildet und weist eine elastische, druckdichte Verbindung mit dem Gehäuse auf. Diese Verbindung besteht aus einer ringförmigen Membran, die am Außendurchmesser mit dem starren Dichtsitz und am Innendurchmesser mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Verformung des Gehäuses unter Wirkung des Druckes Pb ist somit von dem Sitzring entkoppelt. Zu- sätzlich zur Betriebsdruckdifferenz, die über das Absperrorgan auf den starren Dichtsitz übertragen wird, wirkt so auch noch die Druckdifferenz zwischen dem Gehäusedruck Pb und dem Betriebsdruck Ps auf die Ringfläche zwischen dem mittleren Dichtdurchmesser des starren Dichtsitzes und dem Innendurchmesser der Membran und erhöht somit die Dichtflächenpressung.

Es ist auch eine Ausführung mit zwei starren Sitzen in oben beschriebener Mem- branausführung auf beiden Seiten des Absperrorgans möglich.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dich- tung anhand der beigefügten Zeichnungen erlautert.

Diese zeigen in Fig. 1 Gesamtansicht der Absperrarmatur Fig. 2 Detail I von Fig. 1, Membransystem in axial voll entlasteter Stellung Fig. 3 Detail I von Fig. 1, Membransystem in axial voll gepreßter Stellung mit Druckunterstützung Pg Fig. 4 Detail II von Fig. 1, Starrer Dichtsitz in axial voll entlasteter Stellung Fig. 5 Detail II von Fig. 1, Starrer Dichtsitz in axial voll gepreßter Stellung mit Druckunterstützung Pg Fig. 6 Version 2 von Fig. 5 Fig. 7 Version mit zwei starren Sitzen in ungepreßter Stellung Fig. 1 zeigt eine Absperrarmatur 1 in Gesamtansicht. Sie besteht aus einem Gehäuse 7, das druckdicht über Rohre 3 und Flanche 4 mit der angrenzenden Rohrteitung verbun- den ist. Über einen starren Sitz 5 und einen flexiblen Sitz 6 kann eine Absperrung mit dem Absperrorgan 2 erreicht werden. Das Absperrorgan 2 wird über eine Stange 14 mittels eines Antriebs 15 von der Offenstellung in die Schließstellung und umgekehrt gebracht. Der Druckraum 11 des flexiblen Sitz 6 ist über ein Rohr 13 mit einer extemen Absperrarmatur 8 druckdicht verbunden.

Fig. 2 zeigt den flexiblen Dichtsitz 6 in Vergrößerung. Er besteht aus im wesentlichen aus kreisringförmigen, metallischen Membranen 9,10, die in etwa gleiche Flächen aufweisen.

Die metallischen Membranen 9 sowie 10 sind durch die Schweißnaht 18 an ihrem Au- ßendurchmesser miteinander sowie durch die Schweißnähte 19 und 20 an ihrem Innen- durchmesser druckdicht mit dem Ring 16 verbunden. Die beiden Membranen 9 und 10 bilden mit dem Ring 16 einen Druckraum 11. Dieser Druckraum 11, in dem der Druck P, wirkt, steht über eine Bohrung 17 mit dem Druckraum 40 des Gehäuses 7, in dem der Druck Pb wirkt, in Verbindung. Andererseits weist der Druckraum 11 auch eine Verbin- dung zur extemen Absperrarmatur 8 über die Bohrung 12 und das Rohr 13 auf. Der Ring 16 ist durch die Schweißnaht 21 mit dem Gehäuse 7 druckdicht verbunden. Die Membran 10 hat auch in vollkommen drucklosen Zustand der Absperrarmatur 1, minde- stens an einer ununterbrochenen, kreisförmigen Linie, Kontakt zum Absperrorgan 2.

Fig. 3 zeigt den flexiblen Dichtsitz 6 unter Verformung durch die Wirkung der Drücke Pb, Pg und Ps. Der Betriebsdruck Pb im Druckraum 39, der mittels des flexiblen Dichtsitzes 6, des starren Sitzes 5 und des Absperrorgans 1 vom Rest der Absperrarmatur 1 in jeder Betriebsphase sicher abgedichtet werden soll, wirkt innerhalb der Rohre 3. Der Sperr- gasdruck Pg wirkt innerhalb des restlichen Gehäuses 7 im Druckraum 40 und muß höher sein als der Betriebsdruck Pb im Druckraum 40. Der Druck Ps wirkt im Druckraum 11 in- nerhalb des Membransystems 9,10 und ist bei Stillstand des Absperrorgans 1 gleich dem Druck Pg. Zur Verformung der Membranen 9 und 10 in Richtung des Absperrorgans 1 zur Erzeugung einer Dichtftächenpressung dient die Differenz der Drücke Pg und Pb auf der Kreisringfläche mit einem Außendurchmesser, der dem mittleren Dichtdurch- messer 22 entspricht, und dem Innendurchmesser der Membran 9. Auf allen anderen Flächen, insbesondere auf denen der Membran 10 herrscht Druckausgleich.

Zum Verfahren des Absperrorgans 1 muß die Dichtflächenpressung auf ein Minimum reduziert werden. Das erfolgt durch das Öffnen der extemen Absperrarmatur 8. Da der Querschnitt der Bohrung 17 sehr viel kleiner ist als der der Bohrung 12, sinkt der Druck Ps annahemd auf den Umgebungsdruck, ohne den Druck Pg wesentlich abfallen zu las- sen. Damit ist der Abrieb der Verschleißschutzbeschichtungen auf den Dichtsitzen 5,6 und dem Absperrorgan 2 auf ein Minimum reduziert, sowie die Antriebskraft verringert.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den starren Dichtsitz 5 senkrecht zur Längsachse des Absperrorgans 2. Der feststehende Dichtsitz 5 weist einen erhabenen Sitz 28 auf, der gegenüber dem Absperrorgan 2 auf dem mittleren Dichtdurchmesser 27 abdichtet.

Der feststehende Dichtsitz 5 ist gegenüber dem Gehäuse 7 axial beweglich und an sei- nem Außendurchmesser mittels der Schweißnaht 24 mit der Membran 26 druckdicht verbunden. Die Membran 26 ist durch die Schweißnaht 25 druckdicht mit dem Gehäuse 7 verbunden.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den starren Dichtsitz 5 in Richtung der Längsachse des Absperrorgans 2. Durch Verformung des Gehäuses 7 unter Wirkung des Sperrgas- druckes Pg entsteht einerseits ein Abstand zwischen der Membran 26 und dem starren Dichtsitz 5, sowie zwischen der Membran 26 und dem Gehäuse 7 andererseits. Die Ebenheit des Sitzes 28 wird somit nicht verändert und der vollständige Kontakt mit dem Absperrorgan 2 bleibt erhalten. Außerdem wirkt im wesentlichen wieder die Druckdiffe- renz zwischen Ps und Pb auf die Gesamtflache der Membran 26. Die entstehende Kraft wird auf den starren Dichtsitz 5 übertragen und ist zusätzliche Dichtflachenpressung so- wohl am Sitz 28 als auch am flexible Dichtsitz 6.

Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform von Fig. 5. Der Unterschied besteht in der Ver- bindung der Membran 31. Sie ist mittels der Schweißnaht 29 am Außendurchmesser mit dem Gehäuse 7 verbunden. Der Innendurchmesser der Membran 31 ist mittels der Schweißnaht 30 mit dem starren Dichtsitz 5 verbunden. Die Dichtkrafterzeugung ist analog Fig. 5.

Fig. 7 zeigt den ungespannten Zustand einer Ausführung mit zwei starren Dichtsitzen 34,36. Sie sind über Die Membranen 36,37 mit dem Gehäuse 7 druckdicht verbunden.

Der Abstand 38 ist kleiner als die Dicke des Absperrorgans 2. Bei Montage des Absper- rorgans 2 werden die Federkonstanten der Membranen 36,37 in Mindestflächenpres- sung umgesetzt. Nach Applikation des Sperrgasdruckes Pg wird die erforderliche Dicht- flächenpressung erreicht.

Bezugszeichenliste 1 Absperrarmatur 2 Absperrorgan 3 Rohr 4 Flansch 5 Starrer Sitz 6 Fiexibler Sitz 7 Gehause 8 Exteme Absperrarmatur 9 Membran 10 Membran 11 Druckraum Druck Ps 12 Bohrung 13 Rohr 14 Stange 15 Antrieb<BR> 16 Ring 17 Bohrung 18Schweißnaht 19 Schweißnaht 20 Schweißnaht 12Schweißnaht Dichtdurchmesser22Mittlerer 23 Abstand 24Schweißnaht 25 Schweißnaht 26 Membran Dichtdurchmesser27Mittlerer 28 Sitz 29Schweißnaht 30Schweißnaht 31 Membran 32Sitz 33 Starrer Sitz 34 Starrer Sitz 35 Starrer Sitz 36 Membran <BR> <BR> 37 Membran<BR> <BR> 38 Abstand 39 Druckraum Druck Pb 44 Druckraum Druck Pg