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Hahn mit kugelförmigem Küken
Die Erfindung betrifft einen Hahn mit kugelförmige Küken. Bei bekannten Ausführungen solcher
Hähne ist das Küken mittels zweier Achszapfen in einem ungeteilten Hahngehäuse gelagert und von zwei zwischen Küken und Hahngehäuse angeordneten Halbschalen umschlossen, in denen Abdichtringe in Rich- tung der Durchflussbohrung im Gehäuse verschieblich gelagert sind, die die Durchflussbohrung im Gehäuse gegenüber dem Küken abdichten.
Diese bekannte Bauart weist folgende Vorteile auf : Trotz Verwendung eines kugelförmigen Kükens ist es möglich, dieses ohne Teilung des Gehäuses in das Gehäuse einzubauen. Der Ein-und Ausbau des Kükens zusammen mit den beiden Halbschalen und den in diesen gelagerten Abdichtringen ist auch ohne Ausbau des Hahnes aus der Leitung möglich. Es können demnach sämtliche Verschleissteile, d. h. vor allem das
Küken und die beiden Abdichtringe, leicht ein-und ausgebaut werden. An den Passflächen zwischen den beiden Halbschalen einerseits und der Gehäusebohrung anderseits tritt beim Schalten keinerlei Verschleiss auf, da diese Flächen keine gleitende Bewegung gegeneinander ausführen.
Bei bekannten Ausführungen bilden die Halbschalen, die das Küken zwischen sich einschliessen, an ihrer Aussenfläche einen Zylinder und sind in eine zylindrische Gehäusebohrung eingesetzt. Die gehäuse- seitige Stirnfläche der Abdichtringe schliesst dabei mit der zylindrischen Mantelfläche etwa bündig ab, damit 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. Infolgedessen sind die Mantellinien der mit der
Durchflussbohrung im GehSnse flüchtenden 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 gelagerten vertikalen Mittelebene am längsten sind.
Infolgedessen sind auch die Teilflächen der dem Leitungsdruck ausgesetzten Innen- und Aussenfläche 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 bei hohen Leitungsdrilcken 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 beeinträch- tigt.
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 grösseren Achse der Deformationsellipse grösser ist als die unter sonst gleichen Bedingungen auftretende allseitig gleichmässige Durchmesser Vergrösserung durch den Leitungsdruck.
Zudem ist die Herstellung von Abdichtringen, deren gehäuseseitige, d. h. dem Küken abgewendete, Stirnfläche einen Ausschnitt aus einer Zylindermantelfläche darstellt, ziemlich schwierig, und es ist besonders schwierig, in diese Stirnfläche eine Nut zur Aufnahme eines elastischen Dichtungsringes einzuar-
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beiten. Ziel der Erfindung ist es, die elliptische Deformation der Abdichtringe bei Hähnen, bei denen das Küken von zwei Halbschalen umgeben ist, zu verhindern, und zugleich eine herstellungsmässig mög- lichst einfache Ausführung zu erhalten.
Um die elliptische Deformation der Abdichtringe zu vermeiden, ist es bereits bekannt, jeden Ab- dichtring it zwei koaxial nebeneinanderliegende Ringe zu unterteilen, 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, vorzugsweise etwa bündig, abschliesst, d. h. abgesehen von den gerin- geren Abmessungen in Richtung seiner Achse ebenso wie die Abdichtringe der zuvor beschriebenen be- kannten Ausführung ausgebildet ist.
Herstellungsmässig bietet demnach diese UnterteilungderAbdicht- ringe keine Vorteile gegenüber der zuerst beschriebenen Ausführung.
Erfindungsgemäss wird die elliptische Deformation der Abdichtringe ohne Anwendung schwer herzu- stellender Füllringe bei Hähnen der eingangs beschriebenen Gattung, d. h. bei solchen, bei denen zwischen
Gehäuse und Küken zwei dieses umschliessende Halbschalen vorgesehen sind, in denen die Abdichtringe verschieblich geführt sind, dadurch vermieden, dass die dem Küken abgewendeten Stirnflächen der Abdichtringe sowie die Gegenflächen dieser Stirnflächen als Rotationsflächen um die Achse der Durchflussbohrung im Gehäuse, vorzugsweise als Planflächen, ausgebildet sind.
Es sind zwar bei Hähnen mit kugelförmigem Küken Abdichtringe bekannt, deren gehäuseseitige Stirnflächen ebenfalls Rotationsflächen um die Achse der Durchflussbohrung darstellen. Bei diesen bekannten Ausführungen sind jedoch die Gegenflächen der gehäuseseitigen Stirnflächen der Abdichtringe an Anschlussstutzen für die die Leitungen bildenden Nippeln vorgesehen, die in Richtung der Durchflussbohrung im Gehäuse von aussen angeschraubt sind und bei denen infolgedessen der Ein- Ausbau des Kükens und der Abdichtringe nur möglich ist, wenn der Hahn aus der Leitung ausgebaut ist.
Diese bekannten Hähne weisen demnach nicht die besonderen Vorteile derjenigen bekannten Ausführung auf, von der die Erfindung ausgeht und bei der der Ein- und Ausbau des Kükens durch die Zwischenschaltung von zwei das Küken umfassenden Halbschalen zwischen Küken und Gehäuse ermöglicht wird.
Es sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung möglich.
Einmal können die Gegenflächen der dem Küken abgewendeten Stirnflächen der Abdichtringe in den Halbschalen angeordnet sein. Dabei ist demnach vom Inneren der Halbschalen her in diese ein Sitz für die Halbschalen eingedreht. Die Halbschalen können dabei an ihrer Aussenfläche wie bei den bekannten Ausführungen zylindrisch ausgebildet sein.
Da jedoch die beiden Halbschalen an ihren der Durchflussbohrung im Gehäuse benachbarten Flächen gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sein müssen, ist hier ein Dichtring vorzusehen, der es jedoch erforderlich macht, dass in eine zylindrische Mantelfläche eine Nut eingearbeitet wird. Da letzteres in der Fertigung umständlich und teuer ist, werden in weiteren Ausbildungen der Erfindung die Halbschalen an ihren der Durchflussbohrung im Gehäuse benachbarten Stellen mit je einer Erhöhung versehen, deren Stirnfläche als Rotationsfläche um die Achse der Durchflussbohrung, vorzugsweise als Planfläche, ausgebildet ist, die mit entsprechend geformten Gegenflächen an der Innenwandung des Gehäuses abdichtend zusammenwirken.
Am einfachsten können die Erhöhungen an den Halbschalen dadurch geschaffen werden, dass diese auch an ihrer Aussenfläche die Form einer Kugelfläche aufweisen. Es ist nunmehr möglich, das Gehäuse in , einem unteren Teil ebenfalls kugelförmig auszubilden, wodurch gegenüber der Zylinderform an Werkstoff gespart wird. Es ist hiebei zu berücksichtigen, dass diese Hähne vielfach aus korrosionsbeständigen Werk-
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je eine der planen Dichtungsflächen zwischen den Abdichtringen 13 und 14 und den Halbschalen 15 und-16 ; z. B. in die Halbschalen, eingestochen sind. Die Nuten 43 und 44 sind jedoch so tief, dass die
0-Ringe 45 und 46 mit den Planflächen nicht bündig abschliessen, sondern hinter diesen zurückstehen.
An den zugeordneten Flächen der Abdichtringe 13 und 14 sind ringförmige Bunde 60 und 61 (Fig. 2 und 3) vorgesehen, die nach Art des Zusammenwirkens von Nut und Feder in die Nuten 43 und 44 ein- greifen. Hiedurch ist in an sich bekannter Weise ein verhältnismässig grosser axialer Verschiebungsweg der Abdichtringe 13 und 14 möglich, ohne dass dabei ein breiterer durch die 0-Ringe 45 und 46 zu Rberbrük- kender Spalt aufträte.
Eine verhältnismässig grosse axiale Verschiebung der Abdichtringe 13 und 14 kann deswegen erforderlich. sein, weil die Kükenachse sich bei höheren Drücken durchbiegen kann und hiebei nicht durch den Abdichtring 13 bzw. 14 auf der dem Druck abgewendeten Seite voll abgestützt werden darf, da dies zu einer Erschwerung des Schaltvorganges und zu einemhö, leren Verschleiss zwischen Küken 5 und den Abdichtringen 13 bzw. 14 führen würde.
An weiteren Einzelheiten ist in der Fig. 2 die Abdichtung der Zapfen 6 und 7 des Kükens 5 gegenüber dem Gehäuse und gegenüber den Wälzlagern 8 und 9 durch Nutringe 19 und 20 gezeigt, die in den die Zapfen 6 und 7 umgebenden Scheiben 17 und 18 eingesetzt sind, die ihrerseits gegenüber dem Gehäuse durch 0-Ringe 27 und 28 abgedichtet sind. Das obere Wälzlager 9 ist nach aussen hin durch einen im Gehäusedeckel 11 gelagerten Nutring 26 abgedichtet, der an dem oberen, aus dem Deckel 11 hinausragenden und mit einem Vierkant 12 für die Betätigung versehenen Kükenzapfen anliegt.
Der Raum 52 zwischen der Innenwandung des Gehäuses 1, das im unteren Teil etwa halbkugelförmig ausgebildet ist, und dem Gehäusedeckel 11 einerseits und der Aussenfläche der Halbschalen 15 und 16 anderseits wird zweckmässigerweise mit einem Schmiermittel gefüllt, das beispielsweise über einen im Ge- häusedeckel 11 angeordneten Schmiemippel 50 eingefüllt werden kann. Der Schmiernippel 50 ist versenkt im Gehäusedeckel 11 angeordnet und wird nach aussen durch einen eingeschraubten Verschlussstopfen 51 abgeschlossen. Letzterer ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Aussenseite der beiden Halbschalen mit deren Innenflächen und damit mit dem Küken 5 über einen Kanal 53 in Verbindung steht, da hiedurch zugleich eine Schmierung der Kükenoberfläche möglich ist.
Es wird hiedurch vermieden, dass Verunreinigungen aus dem Leitungsmedium in den Spalt zwischen Küken und Halbschalen eindringen, ohne dass zugleich die Gefahr besteht, dass unter dem Druck des Leitungsmediums das Schmiermittel nach aussen weggedrückt wird.
Um sicherzustellen, dass die Abdichtringe 13 und 14 durch den Leitungsdruck stets an das Küken angedrückt werden, soll der wirksame Innen- bzw. Aussendurchmesser einer Dichtung 21,22 zwischen den Abdichtringen 13 und 14 und dem Küken 5 kleiner bzw. grösser sein als der wirksame Innen-bzw. Aussen- durchmesser einer Dichtung, z. B. der 0-Ringe 45 und 46 zwischen den Abdichtringen 13 und 14 und den Halbschalen 15 und 16.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 4. Hier ist das Küken 5 von zwei auf ihrer Aussenfläche zylindrischen Halbschalen 15 und 16 umschlossen, die jedoch an den Stellen, die die Durchflussbohrungen im Gehäuse 1 umgeben, mit parallel zur Kükenachse verlaufenden Planflächen 62 und 63 versehen sind.
In entsprechender Weise sind die benachbarten Innenflächen des Gehäuses 1 als Planflächen ausgebildet und dienen als abdichtende Gegenfläche für die gehäuseseitigen Stirnflächen der Abdichtringe 13 und 14.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hahn mit kugelförmigem Küken, das mittels zweier Achszapfen in einem ungeteilten Hahngehäuse gelagert ist und das von zwei zwischen Küken und Hahagehäuse angeordneten Halbschalen umschlossen ist, in denen Abdichtringe in Richtung der Durchflussbohrung im Gehäuse verschieblich und diese gegen- über dem Küken abdichtend gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gehäuse zugewendeten Stirnflächen der Abdichtringe (13, 14)-sowie die Gegenflächen dieser Stirnflächen als Rotationsflächen um die Achse der Durchflussbohrung (2) im Gehäuse (1), vorzugsweise als Planflächen, ausgebildet sind.