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Hahn
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sie im Betrieb einnimmt, Fig. 4 die Federscheibe im völlig zusammengepressten Zustand, den sie beim An- heben des Kükens einnimmt, Fig. 5 eine schematische Darstellung in Diagrammform der Verformung der
Feder zur Belastung, bei Verwendung einer üblichen mit ebenen Flächen versehenen Federscheibe gemäss den Fig. 1 bis 4, Fig. 5 A ein bei Verwendung einer Federscheibe des sogenannten Belleville" Typs, wie sie in den Ausführungsformen der Fig. 6-8 zur Anwendung gelangt, wobei Fig. 6 einen Quer- schnitt eines Details einer Belleville"-Federscheibe zeigt, deren Lage die der in der Fig. l gezeigten An- ordnung entspricht. Die Fig. 7 und 8 zeigen schliesslich Querschnitte durch weitere Ausführungsformen des erfindungsgemässen Hahnes.
In der Fig. 1 besteht der Hahn aus einem üblichen Gehäuse 64 mit einem starren über Bolzen befestigten
Gehäusedeckel 65 sowie einem Küken 67, welches in einer konischen Bohrung 66 des Gehäuses 64 dreh- bar gelagert ist.
Das Küken 67 besitzt eine starre Spindel 68, in welcher ein Schmiermittelvorratsraum 69 vorgesehen ist, von dem aus über radiale Öffnungen 71 das Schmiermittel in ringförmige Nuten 72 dem Küken zu- führbar ist, wobei die Nuten 72 ringförmigen Nuten 73 in der Bohrung 66 gegenüberliegen. Eine normale, geschichtete Asbest-Stahl-Membran 74 ist zwischen dem Deckel und dem Gehäuse mit ihrer äusseren
Randpartie eingeklemmt, während auf ihrer inneren Randpartie ein starker flacher Metallring 75 aufsitzt.
Ein starrer Metallring 76 von T-förmigem Querschnitt ist mittig mit einem starren Steg 77 versehen, der mit dem Ring 75 in Berührung steht, wobei verformbare O-Ringe 78 und 79 aus synthetischem Gummi, Nylon, Teflon"od. dgl. in den vom Steg 77 und von der Spindeloberfläche 81 bzw. der Deckelbohrung 82 begrenzten Räumen angeordnet sind. Diese O-Ringe sind im wesentlichen radial zusammengepresst, jedoch in der Richtung der Spindelachse frei ausdehnbar.
In das obere Ende 84 der Bohrung 72 ist eine Stopfbüchse 83 eingeschraubt, deren Innenbohrung im
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und die untere ringförmige Fläche 86 der Stopfbüchse 83 sind nach einwärts geneigt und zueinander parallel. Zwischen diesen beiden Flächen ist ein elastisches Organ in Form einer ringförmigen Federscheibe 87 angeordnet, welche in dieser Darstellung in ihrer deformierten, vorgespannten, normalen Arbeitsstellung gezeigt ist.
Der gewünschte Grad der Vorspannung der Feder 87 wird durch eine entsprechende Einstellung der Stopfbüchse 83 erzielt.
Wie Fig. 2 zeigt, ist der Federring 87 im entspannten Zustand ein kreisförmiger Ring mit ebenen Oberflächen, im wesentlichen eine flache, elastische Stahlscheibe. Zum Beispiel kann er aus einem AS 101 oder SAE 1074 Stahl bestehen, der hitzebehandelt ist und eine Oberflächenhärte von etwa 35 bis 45 Rock-
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der Stopfbüchse 83 wird die Federscheibe 87 in die in Fig. l und 3 gezeigte Form verdreht bzw. verwunden. Das Mass der Verwindung ist an sich nicht bekannt. Zur besseren Klarstellung ist die Verwindung jedoch in einer übertriebenen Form dargestellt. In diesem verwundenen Zustand übt die Federscheibe 87eine elastische Anpresskraft auf das Küken aus, wobei die Stopfbüchse als Widerlager dient.
Die Fig. 5 zeigt nun, dass die Verformung s einer solchen ringförmigen Federscheibe bis zu einem gewissen Punkt, der mit L bezeichnet ist, praktisch proportional zur aufgebrachten Belastung P 1 wächst, sodann jede weitere Lastvergrösserung sich n einer im Verhältnis kleineren Verformung auswirkt, bis ein weiterer Punkt erreicht wird, der mit L2 bezeichnet ist, von wo an die Federscheibe einer weiteren Verschiebung des Kükens praktisch Einhalt bietet.
Von diesem Verhalten wird vorteilhafterweise bei der Erfindung Gebrauch gemacht, indem die Federscheibe 87 durch Verstellung der Stopfbüchse bis zu dem in Fig. 5 mit Li bezeichneten Punkt entsprechend vorgespannt wird, um auf das Küken 67 eine Anpresskraft auszuüben, welche dem Abheben des Kükens durch den Druck des Strömungsmediums genügend Widerstand leistet. Wenn ein kräftigerer Schmiermitteldruck aufgebracht wird, wird die Feder 87 entsprechend der Kurve L1-L2 in der Fig. 5 einen relativ grossen Widerstand leisten, bis der Punkt L2 erreicht ist, in welchem die Federscheibe den in Fig. 4 dargestellten Zustand einnimmt, wobei sie zwischen den Oberflächen 85 und 86 eingeschlossen ist.
Diese Stellung bewirkt einen sicheren Einhalt der weiteren Trennung des Kükens von den Sitzflächen im Gehäuse, wodurch eine bestimmte Schmiermittelfilmdicke zwischen diesen Flächen erzielt werden kann. Wenn der Druck des Schmiermittels zu wirken aufhört, dehnt sich die Federscheibe von selbst wieder aus und übt wieder den vorgespannten Anpressdruck auf das Küken aus.
Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das elastische Organ, beispielsweise eine ringförmige Feder 91, die als Kükenanpressfeder dient, im entspannten Zustand eine kegelstumpfförmige Gestalt einnimmt und eine übliche ringscheibenförmige Tellerfeder der als "Belleville"-Feder bekannten Art ist.
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vertikal zur Spindelachse. Die Feder 91 nimmt, wenn die Stopfbüchse axial angezogen wird, eine vorgespannte, das Küken auf seinen Sitz pressende Stellung ein und wird weiters unter dem Schmiermitteldruck zwischen den Flächen 93 und 96 zu einer Haltestellung zusammengedrückt, in welcher sie genau eine
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richtige Sitztrennung begrenzt, welche eine gleichmässige Einführung des Schmiermittels um die Kükensitzflächen gewährleistet.
Die in der Fig. 5 dargestellte Kurve stellt die Belastungs-und Verformungseigenschaft einer"Belleville"- Feder dar. Wie gezeigt, steigt die Belastungskurve bei geringen Verformungen S1 vom normalen, entspannten Scheibenzustand aus rasch bis zu einem Punkt C an, von wo sie aus im wesentlichen horizontal bis zur Erreichung der vollen Verformung verläuft. Diese Federntype wird vor allem dann verwendet, wenn die Absperrvorrichtung keine einstellbare Stopfbüchse besitzt. Die Teile sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei Montierung der Stopfbüchse 131 die Feder 91 zusammengepresst und vorbelastet ist, welcher Zustand einem Punkt auf der Kurve entspricht, der vor C, jedoch nahe dem horizontalen Teile der Kurve liegt und in dem die Feder den normalen Kükenanpressdruck ausübt.
Wird der Anhebedruck aufgebracht, so wird die Feder rasch völlig zusammengepresst, in welchem Zustande sie der weiteren Bewegung des Kükens einen sicheren Einhalt bietet, so dass dadurch die maximale Stärke des Schmiermittelfilms bestimmt ist.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 7 weist das Hahngehäuse 98 ebenfalls eine konische Bohrung 99 auf, in welcher das Hahnküken 101 drehbar gelagert ist und mit einer starren Spindel 102 verbunden ist, welche sich durch eine Bohrung des am Gehäuse befestigten Deckels 103 nach aussen erstreckt. Die Kükenund Bohrungsoberflächen sind mit gegenüberliegenden, ringförmigen Schmiermittelnuten 104 und 105 zur Schmiermittelverteilung analog der Fig. 1 ausgestattet, wobei die übliche, geschichtete Stahl-AsbestMembran mit ihrer äusseren Umfangspartie zwischen dem Deckel und dem Gehäuse eingeklemmt ist.
Auf der inneren Randpartie der Membran liegt ein starrer, flacher Metallring 107 auf. Eine Stopfbüchse 108 ist im Zwischenraum zwischen der Spindel und der Deckelbohrung 109 verschiebbar angeordnet und weist mittig einen geschlossenen, ringförmigen Steg 111 auf, der mit dem Ring 107 in Berührung steht.
Die von dem Steg 111 und der Spindel bzw. der Bohrung begrenzten Räume nehmen Teflon"od. ähnl. elastische O-Ringe 112, 113 auf, die radial zusammengepresst und axial ungehemmt sind. Oberhalb des Steges 111 ist die Spindel mit einer ringförmigen Nut versehen, in welcher ein zur Dichtung gegenüber der Stopfbüchse 108 radial zusammengepresster, ähnlicher, verformbarer O-Ring 115 angeordnet ist.
Das obere Ende der Spindel ist von einer flachen, ringförmigen, starren Platte 116 mit Spiel umgeben und mit dem Deckel 1 durch eine Anzahl von abstandsgleichen Stiftschrauben 117 (in der Zeichnung ist nur eine dargestellt) verbunden, wobei zwischen der Unterfläche der Platte 116 und dem oberen Ende der Stopfbüchse eine ringförmige, gewölbte Tellerfeder 118 vom"Belleville"-Typ angeordnet ist, welche beim Anziehen der Stiftschrauben 117 zusammengepresst wird, wobei durch axiale Verschiebung der Stopfbüchse 108 der Schliessdruck auf die Membran erhöht wird.
In der gezeigten Stellung ist die Feder 118 zusammengepresst bzw. vorgespannt und übt die erforderliche Kükenanpresskraft aus, u. zw. bis zu dem Augenblick, in welchem sie durch Aufbringung des Schmiermitteldruckes zum Anheben des Kükens zu einem im wesentlichen flachen Zustand zusammengepresst wird und in welchem sie der weiteren Verformung einen starken Widerstand entgegensetzt und somit die Sitztrennung auf einen vorbestimmten kleinen Wert begrenzt. Die Platte 116 ist weiters mit einer ringförmigen, dünnen Metallplatte 119 versehen, die mittels der durchführenden Stiftschrauben 117 auf der Platte 116 befestigt ist und die mit ihrer inneren Umfangspartie einen flexiblen Dichtungsring 120 aus Asbest od. dgl. dicht gegen die Spindel 102 festklemmt, wodurch eine staub-und witterungsdichte Verbindung geschaffen wird.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der wieder ein Küken 121 in einer konischen Bohrung 122 eines Gehäuses 123 drehbar gelagert ist und eine starre Betätigungsspindel mit einem zylindrischen Teil 125 besitzt, der mit Abstand von einer zylindrischen Bohrung des mittels Schrauben 128 am Gehäuse befestigten Deckels 127 umgeben ist. Die äussere Randpartie der geschichteten, flexiblen, aus Stahl und zusammenpressbarem Material bestehende Membran 129 ist zwischen dem Deckel und dem Gehäuse festgeklemmt. Ein starrer, mit ebenen Oberflächen versehener Metallring 130 sitzt auf der inneren Randpartie der Membran auf, wobei seine Gestalt eine Verschiebung in dem Zwischenraum zwischen der Bohrung 126 und dem Spindelteil 125 gestattet.
Eine Stopfbüchse 131 besitzt ein ringförmiges Glied 132, mit welchem sie sich gleitbar in den Zwischenraum zwischen der Bohrung 126 und dem Spindelteil 125 erstreckt, wobei dieses Glied 132 eine ebene, untere Stirnfläche 133 aufweist, die parallel zu der ebenen Fläche des Ringes 130 verläuft. Zwischen der Stirnfläche 133 und dem Ring 130 ist ein elastisches Organ in Form einer Belleville"-Feder 134 angeordnet, deren untere, innere Umfangskante 135 in Berührung mit der oberen, ebenen Fläche 136 eines T-förmigen Querschnitt aufweisenden Ringes 137 und dessen äussere,
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der Oberfläche des zylindrischen Spindelteiles 125 und der Deckelbohrung jf26sind verformbar 0-Ringel40, 141 aus synthetischem Gummi, Nylon, Teflon"od. dgl. angeordnet.
Diese O-Ringe sind wie bei den andern Ausführungsformen radial zusammengepresst, jedoch axial frei ausdehnbar angeordnet.
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angezogen wird, wird die auf die Membran 129 ausgeübte Kraft bis zu einem gewünschten Wert durch die Eigenschaften der Feder 134 erhöht, welche bis zu einem Zustand verformt wird, der innerhalb des
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flachen Teiles der Belastungskurve (siehe Fig. 5 A) liegt. Hiedurch wird die radiale Dichtung der einge- bauten O-Ringe nicht verändert.
In dieser, aber auch in andern Ausführungsformen, bei welchen keine einstellbare Stopfbüchse vorhanden ist, ist es nicht erforderlich, die einzelnen Teile mit einer engen Tole- ranz herzustellen, da sie gemäss der Erfindung zu einem-Zustande vorgespannt sind, der innerhalb des flachen Teiles der Belastungskurve der "Belleville"-Feder liegt. Falls erwünscht, kann bei dieser Aus- führungsform im Hahnküken auch eine Nut 143 als Sitz für einen verformbaren Dichtungs-O-Ring 144 aus synthetischem Gummi, Nylon, "Teflon" od. dgl. vorgesehen sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hahn mit einem Gehäuse, in welchem ein durchgehender Kanal und senkrecht hiezu eine konische
Bohrung vorgesehen sind, in der ein mit einem Durchlass versehenes Küken drehbar angeordnet ist, dessen Betätigungsspindel durch eine Öffnung des Gehäuses nach aussen ragt, wobei eine die Spindel ringförmig umgebende Dichtung mittels einer Verstellvorrichtung gegen das obere Ende des Kükens pressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung einen axial starren Ring aufweist, der mit inneren und äusseren
Umfangsnuten zur Aufnahme von radial verformbaren Dichtungsringen versehen ist, und die Spindel um- gebende, von der Verstellvorrichtung zusammenpressbare, elastische Organe vorgesehen sind, so dass die
Anpresskraft der Verstellvorrichtung durch den Ring und die elastischen Organe auf das Küken übertragen wird.
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Rooster
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it assumes during operation, FIG. 4 the spring washer in the completely compressed state, which it assumes when the plug is lifted, FIG. 5 is a schematic representation in the form of a diagram of the deformation of the
Spring for loading, when using a conventional spring washer provided with flat surfaces according to FIGS. 1 to 4, FIG. 5A, when using a spring washer of the so-called Belleville "type, as used in the embodiments of FIGS. 6-8 , FIG. 6 showing a cross section of a detail of a Belleville "spring washer, the position of which corresponds to the arrangement shown in FIG. Finally, FIGS. 7 and 8 show cross sections through further embodiments of the tap according to the invention.
In Fig. 1, the tap consists of a conventional housing 64 with a rigid bolt attached
Housing cover 65 and a plug 67 which is rotatably mounted in a conical bore 66 of the housing 64.
The plug 67 has a rigid spindle 68 in which a lubricant reservoir 69 is provided, from which the lubricant can be supplied to the plug in annular grooves 72 via radial openings 71, the grooves 72 opposing annular grooves 73 in the bore 66. A normal, layered asbestos-steel membrane 74 is between the cover and the housing with its outer
Pinched edge part, while a strong flat metal ring 75 rests on its inner edge part.
A rigid metal ring 76 of T-shaped cross-section is centrally provided with a rigid web 77 which is in contact with the ring 75, with deformable O-rings 78 and 79 made of synthetic rubber, nylon, Teflon "or the like Web 77 and spaces delimited by the spindle surface 81 or the cover bore 82. These O-rings are compressed essentially radially, but freely expandable in the direction of the spindle axis.
In the upper end 84 of the bore 72 a stuffing box 83 is screwed, the inner bore in the
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and the lower annular surface 86 of the gland 83 are inclined inwardly and parallel to each other. An elastic member in the form of an annular spring washer 87 is arranged between these two surfaces, which is shown in this illustration in its deformed, pre-tensioned, normal working position.
The desired degree of pretensioning of the spring 87 is achieved by setting the stuffing box 83 accordingly.
As shown in FIG. 2, the spring ring 87 in the relaxed state is a circular ring with flat surfaces, essentially a flat, elastic steel disk. For example, it can consist of an AS 101 or SAE 1074 steel that is heat treated and has a surface hardness of around 35 to 45 rock
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of the stuffing box 83, the spring washer 87 is twisted or twisted into the shape shown in FIGS. The amount of twist is not known per se. For clarity, however, the twist is shown in an exaggerated form. In this twisted state, the spring washer 87 exerts an elastic contact pressure on the plug, the stuffing box serving as an abutment.
5 shows that the deformation s of such an annular spring washer up to a certain point, which is denoted by L, grows practically proportionally to the applied load P 1, then every further load increase has a relatively smaller deformation until a further point is reached, which is designated by L2, from where the spring washer practically offers a halt to further displacement of the plug.
This behavior is advantageously made use of in the invention in that the spring washer 87 is preloaded accordingly by adjusting the stuffing box up to the point marked Li in FIG Pressure of the flow medium offers sufficient resistance. If a stronger lubricant pressure is applied, the spring 87 will provide a relatively large resistance according to the curve L1-L2 in FIG. 5, until the point L2 is reached in which the spring washer assumes the state shown in FIG is sandwiched between surfaces 85 and 86.
This position ensures that the further separation of the plug from the seating surfaces in the housing is reliably maintained, whereby a certain lubricant film thickness can be achieved between these surfaces. When the pressure of the lubricant ceases to work, the spring washer expands again by itself and again exerts the pre-tensioned contact pressure on the plug.
6 shows an embodiment in which the elastic member, for example an annular spring 91, which serves as a plug pressure spring, assumes a frustoconical shape in the relaxed state and is a conventional annular disc-shaped disc spring of the type known as "Belleville" spring.
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vertical to the spindle axis. When the stuffing box is axially tightened, the spring 91 assumes a pretensioned position, which presses the plug onto its seat, and is further compressed under the lubricant pressure between the surfaces 93 and 96 to a holding position in which it is exactly one
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correct seat separation, which ensures an even introduction of the lubricant around the plug seat surfaces.
The curve shown in FIG. 5 represents the loading and deformation properties of a "Belleville" spring. As shown, the loading curve rises rapidly for small deformations S1 from the normal, relaxed disk state to a point C, from where it starts runs essentially horizontally until full deformation is reached. This type of spring is mainly used when the shut-off device does not have an adjustable stuffing box. The parts are coordinated in such a way that when the stuffing box 131 is installed, the spring 91 is compressed and preloaded, which state corresponds to a point on the curve which is in front of C, but near the horizontal part of the curve and in which the spring has the normal plug contact pressure exercises.
If the lifting pressure is applied, the spring is quickly and completely compressed, in which state it reliably stops the further movement of the plug, so that the maximum thickness of the lubricant film is thereby determined.
In the embodiment according to FIG. 7, the tap housing 98 also has a conical bore 99 in which the tap 101 is rotatably mounted and is connected to a rigid spindle 102 which extends outward through a bore in the cover 103 attached to the housing . The plug and bore surfaces are equipped with opposing, annular lubricant grooves 104 and 105 for lubricant distribution analogous to FIG. 1, the usual, layered steel-asbestos membrane being clamped with its outer circumferential part between the cover and the housing.
A rigid, flat metal ring 107 rests on the inner edge portion of the membrane. A stuffing box 108 is arranged displaceably in the space between the spindle and the cover bore 109 and has a closed, annular web 111 in the center, which is in contact with the ring 107.
The spaces delimited by the web 111 and the spindle or the bore accommodate Teflon "or similar elastic O-rings 112, 113, which are radially compressed and axially uninhibited. Above the web 111, the spindle is provided with an annular groove , in which a similar, deformable O-ring 115 is arranged which is radially compressed to seal against the stuffing box 108.
The upper end of the spindle is surrounded by a flat, annular, rigid plate 116 with play and connected to the cover 1 by a number of equidistant studs 117 (only one is shown in the drawing), with between the lower surface of the plate 116 and the Arranged at the upper end of the stuffing box is an annular, arched disc spring 118 of the "Belleville" type, which is compressed when the studs 117 are tightened, with the closing pressure on the membrane being increased by axial displacement of the stuffing box 108.
In the position shown, the spring 118 is compressed or pretensioned and exerts the required contact pressure for the plug, u. up to the moment at which it is compressed to a substantially flat state by applying the lubricant pressure to lift the plug and at which it opposes further deformation and thus limits the seat separation to a predetermined small value. The plate 116 is furthermore provided with an annular, thin metal plate 119 which is fastened to the plate 116 by means of the through-going studs 117 and which tightly clamps a flexible sealing ring 120 made of asbestos or the like with its inner peripheral part against the spindle 102, whereby a dust and weatherproof connection is created.
8 shows a further embodiment in which a plug 121 is again rotatably mounted in a conical bore 122 of a housing 123 and has a rigid actuating spindle with a cylindrical part 125 which is spaced from a cylindrical bore by means of screws 128 on the housing attached lid 127 is surrounded. The outer edge portion of the layered, flexible membrane 129 made of steel and compressible material is clamped between the cover and the housing. A rigid metal ring 130 provided with flat surfaces rests on the inner edge portion of the diaphragm, its shape allowing displacement in the space between the bore 126 and the spindle part 125.
A stuffing box 131 has an annular member 132 with which it slidably extends into the space between the bore 126 and the spindle part 125, this member 132 having a flat, lower end surface 133 which runs parallel to the flat surface of the ring 130. Between the end face 133 and the ring 130, an elastic member in the form of a Belleville "spring 134 is arranged, the lower, inner circumferential edge 135 of which is in contact with the upper, flat surface 136 of a ring 137 having a T-shaped cross section and its outer,
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the surface of the cylindrical spindle part 125 and the cover bore jf26 are deformable O-rings 40, 141 made of synthetic rubber, nylon, Teflon "or the like.
As in the other embodiments, these O-rings are radially compressed, but are arranged such that they can be freely expanded axially.
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is attracted, the force exerted on the diaphragm 129 is increased to a desired value by the properties of the spring 134, which is deformed to a condition within the
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flat part of the load curve (see Fig. 5 A). This does not change the radial seal of the built-in O-rings.
In this, but also in other embodiments in which there is no adjustable stuffing box, it is not necessary to manufacture the individual parts with a narrow tolerance, since according to the invention they are prestressed to a state that is within the flat part the load curve of the "Belleville" spring. If desired, in this embodiment, a groove 143 can also be provided in the cock plug as a seat for a deformable sealing O-ring 144 made of synthetic rubber, nylon, "Teflon" or the like.
PATENT CLAIMS:
1. Cock with a housing in which a continuous channel and perpendicular to it a conical one
Bore are provided in which a plug provided with a passage is rotatably arranged, the actuating spindle of which protrudes outward through an opening in the housing, wherein a seal surrounding the spindle can be pressed against the upper end of the plug by means of an adjusting device, characterized in that the seal has an axially rigid ring with inner and outer
Circumferential grooves are provided for receiving radially deformable sealing rings, and elastic members surrounding the spindle and compressible by the adjusting device are provided, so that the
Contact pressure of the adjusting device is transmitted to the chick through the ring and the elastic organs.