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Hahn mit kugelförmigen Küken
Die Erfindung betrifft einen Hahn mit kugelförmigen Küken. Bei einer bekannten Ausführung ist das in einer in Richtung der Kükenachse im Gehäuse angebrachten zylindrischen Bohrung eingesetzte Küken mittels zweier Achszapfen im Gehäuse gelagert und die Abdichtung der Durchflussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken erfolgt durch in Richtung der Durchflussbohrung verschiebliche Ringe, die in einem aus zwei starren Halbschalen bestehenden Zylinder gelagert sind, dessen Durchmesser grösser ist als der des Kükens und der den Zwischenraum zwischen dem kugeligen Küken und der Innenwand der zylindri- schen Bohrung des Gehäuses praktisch völlig ausfüllt.
Ein solcher Hahn weist folgende Vorteile auf :
Im Hahngehäuse sind keine Toträume vorhanden, in denen sich Sinkstoffe ablagern können, die die
Betätigung des Kükens erschweren.
Die beiden Halbschalen mit samt den eingesetzten Abdichtringen weisen aussen eine glatte zylindri- sche Oberfläche ohne Vorsprünge auf, so dass die beiden Halbschalen auch zusammen mit den Abdichtringen in die zylindrische Bohrung des Gehäuses eingesetzt werden können. Der Ein- und Ausbau des
Kükens ist daher ebenso einfach, als wenn es sich anstatt um ein kugeliges Küken um ein zylindrisches oder kegeliges Küken handeln würde. Der Ein- und Ausbau umfasst dabei sämtliche Verschleissteile, d. h. vor allem das Küken und die beiden Abdichtringe. An den Passflächen des aus den beiden Halbschalen bestehenden Zylinders und der eingesetzten Abdichtringe gegenüber dem Gehäuse tritt beim Schalten keinerlei Verschleiss auf, da diese Flächen keine gleitenden Bewegungen gegeneinander ausführen.
Bei der bekannten Ausführung schliessen die gehäuseseitigen Stirnflächen der Abdichtringe mit der zylindrischen Mantelfläche der Halbschalen etwa bündig ab, damit auch an dieser Stelle Toträume vermieden werden. Während demnach die kükenseitige Stirnfläche der Abdichtringe eine Rotationsfläche in Form einer Kugelzone darstellt, stellt die gehäuseseitige Stirnfläche einen Ausschnitt aus einer Zylindermantelfläche dar.
Hiedurch sind die Mantellinien der mit der Durchflussbohrung im Gehäuse fluchtenden Bohrung der Abdichtringe um deren Umfang herum verschieden lang. In der senkrecht zur Kükenachse gerichteten horizontalen Mittelebene sind die Mantellinien am kürzesten, während sie in der durch die Kükenachse gelegten vertikalen Mittelebene am längsten sind.
Infolgedessen sind auch die Teilflächen der dem Leitungsdruck ausgesetzten Innenflächen der Abdichtringe oben und unten grösser als an den Seiten. Hiedurch übt der Leitungsdruck unterschiedliche radiale Kräfte auf jeden einzelnen Abdichtring aus. Die in vertikaler Richtung verlaufenden Kräfte sind grösser als die in horizontaler Richtung verlaufenden.
Bei Ringen verhältnismässig geringer Wandstärke, insbesondere bei grossen Nennweiten und beihohen Leitungsdrücken kann daher eine Deformation der Ringe vom kreisförmigen zum annähernd elliptischen Umfang auftreten. Selbst wenn diese Deformation innerhalb des rein elastischen Verformungsbereiches der Abdichtringe bleibt, wird dadurch deren sattes Anliegen am Küken und damit die Abdichtung beein- trächtigt.
Weiterhin können sich dabei die Abdichtringe mit ihrem Aussenumfang in den sie führenden Halbschalen festklemmen, bevor sie sich in Richtung der Durchflussbohrung im Gehäuse auf das Küken hin verschoben haben.
Es ist hiebei zu berücksichtigen, dass die Zunahme des Durchmessers des Abdichtringes in Richtung der grossen Achse der Deformationsellipse grösser ist als die unter sonst gleichen Bedingungen auftretende allseitig gleichmässige Durchmesservergrösserung durch den Leitungsdruck.
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Ziel der Erfindung ist es, eine elliptische Deformation der Abdichtringe bei Hähnen der eingangs beschriebenen Gattung zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Abdichtring in zwei koaxial hintereinander liegende Ringe unterteilt wird, wobei der dem Küken zugewendete Ring, der eigentliche Abdichtring, als reiner Rotationskörper ausgebildet ist, während der andere, dem Gehäuse zugewendete, und lediglich als Füllkörper dienende Ring an seiner dem Abdichtring zugewendeten Stirnfläche in Form einer Rotationsfläche ausgebildet ist und an seiner gehäuseseitigen Stirnfläche mit der Mantelfläche des Zylinders
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Achse, ebenso wie die Abdichtringe der bekannten Ausführung ausgebildet ist.
Um hiebei zu verhindern, dass der gehäuseseitige Ring, der einer verhältnismässig starken ellipti- schen Deformation unterworfen ist, in axialer Richtung auf den kükenseitigen Ring drückt, soll der Durchmesser der Dichtungszone zwischen den einander zugewendeten Stirnflächen der beiden Ringe grösser sein als der Durchmesser der Dichtungszone zwischen der Innenwandung des Gehäuses und der diesem zuge- wendeten Stirnfläche des gehäuseseitigen Ringes.
Der gehäuseseitige Ring wird dadurch stets in Richtung auf das Gehäuse und nicht auf den kükenseitigen Abdichtring gedrückt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe sowie die Erfindung sind an einem Ausführungsbeispiel und in'weiteren Einzelheiten in der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. l zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe einen Hahn in Seitenansicht im Schnitt und Fig. 2 in perspektivischer Ansicht die Form und Anordnung der in die Gehäusebohrung einsetzbaren Hauptteile des Hahns, Fig. 3 in vergrössertem Massstab perspektivisch einen Abdichtring dieses Hahns in der bisher bekannten Ausführung, Fig. 4 perspektivisch die erfindungsgemässe Ausbildung des Abdicht- und Füllringes und Fig. 5 in Seitenansicht im Schnitt den erfindungsgemässen Abdicht- und Füllring mit den angrenzenden Bauteilen des Hahns.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Absperrhahn ist in dem Gehäuse 1 mit der Durchflussbohrung 2, das mit den beiden Anschlussflanschen 3 und 4 versehen ist, eine senkrecht zur Durchflussbohrung verlaufende zylindrische Bohrung für die Aufnahme des Kükens und des umgebenden Zylinders angebracht. Das Küken 5 ist von kugeliger Gestalt und weist unten und oben je einen Achszapfen 6 und 7 auf, die in je einem Wälzlager 8 und 9 gegenüber dem Gehäuse gelagert sind. Die Abdichtung des Kükens gegenüber dem Gehäuse erfolgt durch zwei zylindrische Ringe 13 und 14, die in Durchflussrichtung geringfügig verschiebbar angeordnet sind. Die Ringe 13 und 14 sind zwecks Verbesserung der Dichtwirkung zur Gehäuseseite hin mit einem Dichtring 23 bzw. 24, zur Kükenseite hin mit einem Dichtring 21 bzw. 22 versehen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Küken 5 von zwei Halbschalen 15 und 16 umgeben, die im zusammengesetzten Zustand einen Zylinder mit der Mantelfläche 34 bilden. Die beiden Halbschalen sind für die Aufnahme des Kükens 5 mit halbkugeligen Ausdrehungen 31 versehen ; ferner befinden sich oben und unten an den beiden Halbschalen Ausdrehungen 32 und 33, die die Achszapfen 6 und 7 des Kükens 5 umfassen. Weiterhin sind die beiden Halbschalen koaxial zur Durchflussbohrung 2 des Gehäuses 1 mit Bohrungen 35 versehen, in die die Ringe 13 und 14 mit Gleitsitz eingepasst sind. Die dem Küken 5 zugewendeten Stirnseiten der Ringe 13 und 14 sind kugelig konkav entsprechend der kugeligen Oberfläche des Kükens 5 ausgebildet, haben also die Form von Kugelzonen.
Die dem Küken 5 abgewendeten Stirnflächen 29 der beiden Ringe 13 und 14 sind in Form eines Zylindermantels gekrümmt, u. zw. derart, dass sie nach dem Zusammensetzen der beiden Halbschalen 15 und 16 mit dem Küken 5 bündig in die zylindrische Mantelfläche 34 der beiden Halbschalen 15 und 16 übergehen oder gegenüber dieser etwas zurücktreten.
Der aus den beiden Halbschalen 15 und 16 gebildete, das Küken 5 und die Dichtungsringe 13 und 14 aufnehmende Zylinder ist in die mit ihrer Achse senkrecht zur Durchflussrichtung stehende zylindrische Gehäusebohrung eingesetzt und wird über eine obere Ringscheibe 18 durch einen im Gehäuse 1 eingeschraubten Deckel 11 gehalten. Der Deckel 11 dient zugleich zur Aufnahme des Aussenringes des oberen Wälzlagers 9, während das untere Wälzlager 8 von unten in das Gehäuse 1 eingesetzt ist und durch den Deckel 10 gehalten wird.
Zwecks Abdichtung der Achszapfen 6 und 7 sind in der Ringscheibe 18 und im Gehäuse 1 Nutringdichtungen 19 und 20 und zwecks Abdichtung der Ringscheibe 18 gegenüber dem Gehäuse ein Dichtungsring 28 vorgesehen. Zur äusseren Abdichtung der Wälzlager 8 und 9 befinden sich in den Deckeln 10 und 11 Dichtungsringe 25 und 26. Der obere Deckel 11 ist mit einer Bohrung versehen, durch die in bekannter Weise der Achszapfen 7 mit dem Vierkant 12 nach aussen ragt.
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In der Fig. 3 ist dargestellt, wie der Abdichtring 14 bzw. 13 in der bisher bekannten Ausführung um den Umfang herum ungleichen Beanspruchungen durch den Leitungsdruck ausgesetzt ist. Da die oben und unten liegenden Mantellinien des Ringes eine Länge a aufweisen, die grösser ist als die Länge b der seitlich liegenden Mantellinien, wirkt sich der Leitungsdruck in vertikaler Richtung auf den Ring mit einer Kraft P aus, die grösser ist als die in horizontaler Richtung wirkende Kraft P'. Hiedurch wird der Ringquerschnitt annähernd zu einer Ellipse verformt, deren grosse Achse senkrecht steht. Hiedurch können nicht nur an der Abdichtfläche der Ringe gegenüber dem Küken 5 Spalte und damit undichte Stellen entstehen, sondern der Ring kann sich auch oben und unten in seiner Führungsfläche in der Halbschale 15 bzw. 16 festklemmen.
Wird dagegen, wie Fig. 4 zeigt, der Ring in zwei koaxial hintereinanderliegende Ringe, den eigentlichen Abdichtring 36 und den Füllring 37, aufgeteilt, wobei der Abdichtring 36 völlig rotationssymmetrisch ausgebildet ist, so findet durch den Leitungsdruck keine elliptische Deformation des Abdichtringes 36 mehr statt, da alle radial auf den Ring 36 einwirkenden Kräfte gleich gross sind.
Eine elliptische Deformation des Füllringes 37 ist dagegen unschädlich, wenn vom Füllring 37 keine Kräfte auf den Abdichtring 36 übertragen werden.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, welche Massnahmen getroffen werden können, um eine Beeinflussung des Abdichtringes 36 durch den Füllring 37 zu vermeiden.
Wird der wirksame Durchmesser der zwischen den einander zugewendeten Stirnflächen des Füllringes 37 und des Abdichtringes 36 angeordneten Dichtung, z. B. des O-Ringes 38, grösser gewählt als der wirksame Durchmesser der Dichtung, z. B. des O-Ringes 24, zwischen Füllring 37 und Gehäuseinnenwandung, so wandert der Füllring 37 unter dem Einfluss des Leitungsdruckes stets in Richtung auf das Gehäuse, nicht aber auf den Abdichtring 36.
Auch der wirksame Durchmesser einer Dichtung 22 zwischen Abdichtring 36 und Küken 5 soll kleiner sein als der wirksame Durchmesser der zwischen dem Abdichtring 36 und Füllring 37 vorgesehenen Dichtung 38, damit der Abdichtring 36 stets zum Küken 5 hin gedrückt wird. Durch Wahl des Verhältnisses dieser Durchmesser kann die mit Rücksicht auf Dichtheit und leichte Betätigung günstigste Andrückkraft des Abdichtringes 36 an das Küken 5 beliebig eingestellt werden.
Um eine Beeinflussung des Abdichtringes 36 durch eine Deformation des Füllringes 37 auch in radialer Richtung zu verhindern, ist zweckmässig, die einander zugewendeten Stirnflächen beider Ringe 36 und 37 beispielsweise plan oder schwach konvex bzw. konkav auszubilden.
Es ergibt sich damit eine einfache Einspannmöglichkeit beim Drehen des Abdichtringes 36, der bei geeigneter Werkstoffwahl praktisch den einzigen Verschleissteil des Hahnes bildet.
Gerade durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Abdichtringes als völlig rotationssymmetrischer Teil wird aber seine Herstellung gegenüber der bisherigen Ausführung weitgehend vereinfacht.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Hahn mit kugelförmigem Küken, das mittels zweier Achszapfen im Hahngehäuse gelagert ist, wobei die Abdichtung der Durchflussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken durch in Richtung der Durchflussbohrung verschiebliche Ringe erfolgt und wobei das Küken, das zusammen mit den Ringen von einem aus zwei starren Halbschalen bestehenden Zylinder, dessen Durchmesser grösser ist als der des Kükens, umschlossen ist, in einer Richtung der Kükenachse im Gehäuse angebrachten zylindrischen Bohrung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (13 und 14) in mindestens je zwei koaxial hintereinander liegende Ringe, einen dem Küken (5) zugewendeten Abdichtring (36) und einen dem Gehäuse (1) zugewendeten Füllring (37) unterteilt ist, wobei der Abdichtring (36) rotationssymmetrisch aus- gebildet ist und wobei der Füllring (37)
an seiner dem Abdichtring (36) zugewendeten Stirnfläche in Form einer Rotationsfläche ausgebildet ist und an seiner gehäuseseitigen Stirnfläche mit der Mantelfläche (34)
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