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Hahn mit in der Drehachse verschiebbarem Küken
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Gehäuseinnere des Absperrorganes vom DurchgangsoluteDichtheit durch hohe mechanischeAnspresskräfte gewährleistet, auch wenn die Weichdichtung ver- sagt und trotz der hohen Dichtkräfte ein Minimum an Betätigungskraft erfordert.
Die Erfindung geht von einem Hahn mit Kugelküken aus, bei dem zwischen keilförmig angeordneten Auflageflächen im Gehäuse und dem Küken metallischeDichtringe vorgesehen sind, die mit der Dichtflä- che des Kükens zusammenwirkende Weichdichtungen aufweisen, und erreicht das Ziel dadurch, dass das
Hahnküken, wie an sich bekannt, beim Öffnen und Schliessen des Hahnes eine Heb-, Dreh-und Senkbe- wegung ausführt, wobei beim Schliessen die Senkbewegung grösser ist als die Hebbewegung, wcdurch das
Hahnküken in der Offenstellung nur die Weichdichtung der Dichtringe und in der Geschlossenstellung un- ter Zusammenpressung der Weichdichtung die metallischen Dichtringe selbst berührt.
Es ist erforderlich, die Drehbewegung des Kükens mit einer Axialbewegung zu kombinieren. Als be- sonders günstig hat sich eine Bauart herausgestellt, bei der die Öffnungsbewegung des Kükens aus einer reinen Axialbewegung und anschliessender Schraubbewegung besteht, deren axiale Komponente bei einer Drehung des Kükens um den vollen Öffnungswinkel etwas kleiner ist als das Ausmass dervorangegange- nen reinen Axialbewegung. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass in der Geschlossenstellung das Küken mit beliebig hoher Kraft gegen die Gegendichtfläche im Hahngehäuse gepresst werden kann, während in derOffenstellung'ein feinerspalt zwischen dem Küken und den metallischen Sitzringen bestehen bleibt, der nur durch die Weichdichtung überbrückt wird.
Die Begrenzung der Schraubbewegung ist durch die Drehkomponente des Kükens bestimmt, die dem vollen Öffnungswinkel entsprechen muss, nicht aber durch eine Begrenzung der Axialkomponente der Schraubbewegung.
Es ist ferner vorteilhaft, die reine Axialbewegung beim Öffnungsvorgang in Richtung der Schwerkraft vorzusehen. In diesem Falle nähern sich die keilförmigen Dichtflächen im Hahngehäuse oben. Da in der Offen- wie in der Geschlossenstellung des Kükens das Gehäuseinnere vom Durchgang dicht getrennt ist, besteht die Gefahr einer Sc11lammabsetzung nur in der Drosselstellung des Kükens und insbesondere während des Füllvorganges einer leeren Leitung. Bei der erfindungsgemässen Armatur befindet sich in dieser Stellung das Küken nahe seiner tiefsten. Lage, aus der es sowohl beim vollständigen Schliessen wie auch beim Öffnen angehoben wird. Beide Bewegungenkönnen daher durch den abgesetzten Schlamm nicht verhindert werden.
Diekombinierte Bewegung desHahnkükens kann in einfacher Weise dadurch erzielt werden, dass die Kükenspindel von einer Mutter gehalten wird, die mit Aussengewinde versehen ist und drehbar im Hahngehäuse eingesetzt ist. Wird die Spindel gegen eine Drehung gesichert und nur die Mutter gedreht, so führt die Spindel eine Axialbewegung aus, die dem Unterschied der Ganghöhen der beiden Gewinde der Mutter entspricht. Wird sodann die Mutter festgehalten und die Kükenspindel gedreht, so führt das Küken eine Schraubbewegung aus, die sie in die gewünschte Offenstellung bringt.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen mechanischen Antrieb, der die abwechselnde Fixierung und Drehung der Kükenspindel und der Mutter gestattet, insbesondere kann durch eine selbsttätige Sperre dieser Wechsel automatisch vorgenommen werden.
In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform darge- stellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemässen Hahn, Fig. 2 einen vergrösserten
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Einzelheit.
Das aus den Teilen la und 1b bestehende Hahngehäuse 1 ist mit einem Deckel 2 versehen, das das Lager der Kükenspindel 3 enthält. Diese Spindel ist mit dem Küken 4 fest verschraubt. An der dem Deckel gegenüberliegende Seite weist das Gehäuse einen Einsatz 5 auf, der mit einem Zapfen 6 versehen ist, welcher das untere Gegenlager für das Küken 4 bildet.
Die Kükenspindel 3 weist ein Gewinde 7 auf, mit dem sie in einer Mutter 8 eingeschraubt ist. Diese trägt ein Aussengewinde 9, mit dem sie ihrerseits in einem Einsatz 10 des Deckels 2 eingeschraubt ist. Mit der Mutter 8 ist ein Flansch 11 fest verbunden, der eine Aussentrommel 12 trägt, die mit einem Innenzahnkranz 13 versehen ist. Auch die Spindel 13 ist mit einem Flansch 14 und einer eineInnenverzahnung aufweisendenInnentrommel 15 fest verbunden. Die beiden Zahnkränze 13 und 15 sind Teile eines Differentialgetriebes, zu dem noch die Antriebswelle 16 und das zwei Aussenverzahnungen aufweisende Planetenrad 17 gehört, das in Flanschen 18, die auf der Welle 16 aufgekeilt sind, gelagert ist. Die beiden Aussenverzahnungen des Planetenrades 17 weisen unterschiedliche Zähnezahl auf. Beträgt die Differenz z.
B. nur einen Zahn, so ergibt sich ein selbsthemmendes Differentialgetriebe.
Am Antriebsgehäuse 19 ist eine Sperre 20 angebracht, die aus einem doppelarmigen Hebel 21 und zwei gelenkig damit verbundenen Riegeln 22, 23 besteht. Der Hebel 21 ist mittels des
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Zapfens 24 drehbar gelagert. Die Riegel sind im Gehäuse der Sperre 20 axial verschiebbar. Zum
Ausgleich der bogenförmigen Bewegung der Gelenkstellen sind die Bohrungen 25 des Hebels 21 et- was grösser als der Durchmesser der Gelenkbolzen 26. Die nach innen gerichteten Enden der Riegel
22. 23 weisen Keilflächen auf, die mit axialen Keilnuten 27 in der Aussentrommel 12 und 28 in der Innentrommel 15 zusammenwirken, wobei der Riegel 23 durch einen Umfangsschlitz 40 in der Aussentrommel 12 hindurchragt.
Die Neigung dieser Keilflächen ist grösser als der Reibungswinkel, so dass bei Auftreten eines Drehmomentes in den Trommeln 12 und 15 nach aussen gerichtete Kräfte auf die Riegel 22 und 23 wirken.
Zur Begrenzung der Drehbewegung des Kükens ist ein Anschlag in Form eines Stiftes 29 vorgese- hen, der im Deckel 2 fest angeordnet ist. Die Flanschen 11 und 14 weisen ihrer Drehbewegung ent- sprechende Ringschlitze 30 und 31 auf. Der Schlitz 31 gestattet der Spindel 3 und damit dem
Küken eine Drehbewegung um den Öffnungswinkel, im Beispiel genau 900.
Das Hahngehäuse 1 weist gepanzerte Dichtflächen 32 auf, die keilförmig angeordnet sind und sich zum Gehäusedeckel 2 hin nähern. An jeder dieser Dichtflächen liegt ein Sitzring 33 an, der mit einer dem Küken zugekehrten Weichdichtung 34 und Panzerungen 35, 36 versehen ist. Ferner weist er eine Weichdichtung 37 auf, die in bezug auf die Dichtfläche 32 des Gehäuses wirksam ist.
Schliesslich ist im Sitzring 33 ein Abstreifring 38 verschiebbar gelagert, der demSitzring gegenüber mittels einer Weichdichtung 39 abgedichtet ist. DieseWeichdichtung steht unter elastischer Spannung, so dass sie versucht, den Ring 38 immer in Berührung mit der Dichtfläche 32 des Gehäuses l zu halten.
In Fig. l ist der Hahn in Offenstellung dargestellt. Wird die Antriebswelle 16 im Uhrzeigerdrehsinn gedreht, so rollt das Planetenrad 17 an dem feststehenden Zahnkranz 13 ab, da die diesen tragende
Aussentrommel 12 durch den Riegel 22, der in die Nut 27 eingreift, an einer Drehung verhindert ist. Wohl versucht das auf die Aussentrommel 12 wirkende, vom Antrieb herrührende Drehmoment über die Keilflächen der Nut 27 und des Riegels 22, diesen nach aussen zu bewegen, doch wird er daran über den doppelarmigen Hebel 21 vom Riegel 23 gehindert, dessen Stirnfläche am Mantel der In- nentrommel 15 anliegt.
Weist die obere, mit dem Zahnkranz 13 zusammenwirkendeAussenverzah- nung des Planetenrades 17 eine grössere Zahnzahl auf als die zweite Aussenverzahnung dieses Rades, so wird die Hülse 15 und damit die Spindel 3 sowie das Küken 4 ebenfalls im Uhrzeigerdrehsinn verdreht. Die Spindel 3 bewegt sich hiebei gleichzeitig infolge des Gewindes 7 nach abwärts, so dass das Küken 4 eine Schraubbewegung ausführt.
DieDrehbewegung des Kükens wird durch den Zapfen 29 und den Schlitz 31 begrenzt. Hat sich das Küken um 90 gedreht, so stösst das andere Ende des Schlitzes 31 am feststehenden Zapfen 29 an.
In dieser Stellung der Innentrommel 15 befindet sich die Keilnut 28 dem Riegel 23 gegen- über, so dass dieser in sie einrasten kann, wodurch der Hebel 21 eine Drehbewegung entgegen dem Uhr- zeigerdrehsinn und der Riegel 22 eine Axialverschiebung nach aussen ausführt.
Nunmehr ist dieInnentrommel 15 zweifach gegen ein Weiterdrehen gesichert und die Aussentrom- mel 12 für eine Drehbewegung freigegeben. Demzufolge wälzt sich das Planetenrad 17 auf der Innenverzahnung der Innentrommel 15 ab und verursacht eine Drehbewegung des Zahnkranzes 13 und der mit diesem verbundenen Aussentrommel 12 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn. Bei dieser Drehbewegung liegt die Stirnfläche des Riegels 22 am Mantel der Aussentrommel 12 an. Mit dieser dreht sich aber auch über den Flansch 11 die Mutter 8, so dass diese eine axiale Bewegung gemäss der Steigung des Gewindes 9 ausführt. Gleichzeitig aber tritt eine Relativbewegung zwischen der Mutter 8 und der Spindel 3 auf, die eine axiale Verschiebung der Spindel gegenüber der Mutter 8 gemäss der Steigung des Gewindes 7 hervorruft.
Es wird daher während der Drehbewegung der Aussentrommel 12 der Spindel 3 und damit dem Küken 4 eine reine Axialbewegung entsprechend der Differenz der Steigungen der Gewinde 7 und 9 erteilt. Das Küken 4 bewegt sich so lange nach oben, bis eine feste Anlage zwischen den Gehäusedichtflächen 32, den Sitzringen 33 und dem Küken 4 eintritt und dieses an einer weiteren axialen Bewegung verhindert ist.
Die Drehbewegung der Aussentrommel 12 ist daher nur von der gewünschten Dichtkraft abhängig.
Daher wird der Kreisschlitz 30 so lange gemacht, dass er mit dem Stift 29 nicht in Berührung kommt und daher die Drehbewegung der Hülse nicht vom Stift 29 begrenzt wird. Wird der Antriebstillgesetzt, so kommt die Selbsthemmung des Differentialgetriebes zur Wirkung und sichert das Küken in seiner Lage.
Beim Öffnen erfolgt der Antrieb der Welle 16 in entgegengesetzter Richtung. Zunächst wird wieder die Aussentrommel 12 und damit die Mutter 8 in Drehung versetzt, wodurch das Küken 4
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gesenkt wird. Diese Lösung des Kükens erfordert keine grosse Kraft. da das Küken hiebei keine Drehbe- wegung ausführt.
Kommt die Aussentrommel 12 in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung, so schnappt der Riegel 22 in die Nut 27 ein, so dass der Riegel 23 die Innentrommel 15 freigibt. Bei der nachfolgenden Be- wegungsphasewird dieInnentrommel 12 und damit die Mutter 8 festgehalten, so dass das Küken eine Schraubbewegung nach oben ausführt, die mit dem Anschlag des einen Endes der Nut 31 an den Stift
29 beendet wird. Die Lage der einzelnen Teile ist so aufeinander abgestimmt, dass in dieser Offenstel- lung eine metallische Berührung zwischen dem Küken 4 und den Sitzringen 33 vermieden wird. Auf diese Weise ist auch ein Verklemmen des Kükens 4 in dieser Stellung ausgeschlossen.
Da die Sitzringe 33 die axiale Bewegung des Kükens 4 mitmachen, heben sie sich etwas von derDichtfläche 32 des Gehäuses ab. Um eine Verschmutzung der Dichtflächen in dieser Lage der Sitz- ringe zu verhindern, ist der Ring 38 vorgesehen, der unter der Wirkung der Weichdichtung 39 stets an der Dichtfläche 32 anliegt und das Eindringen von Schmutzteilchen zwischen Dichtfläche 32 und Sitzring 33 verhindert.
Die Dichtflächen zwischen Küken und Sitzringen 33 können, wie an sich bekannt isr, geschmiert werden. Dies kann entweder von aussen durch das Hahngehäuse und den Sitzringen oder von innen über die Spindel 3 und das Küken 4 geschehen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Es kann z. B. an Stelle eines kugelförmigen Kükens ein kegelförmiges Küken treten. Auch kann der Durchgang von einem eingesetzten Rohr gebildet werden u. dgl. Es ist auch möglich, in Sonderfällen die Weichdichtungen, die sich auf denSitzringen befinden, durch zähe Schmiermittel zu ersetzen. Bei dieser Ausführungsform braucht das Ausmass der Axialkomponente während der Schraubbewegung des Kükens nicht kleiner zu sein als das Ausmass der reinen Axialbewegung des Kükens.
Es ist ferner möglich, die Lagerung der Spindel in anderer Weise zu lösen als angegeben. So kann es bei kleinen Hähnen zweckmässig sein, die Mutter 8, in der die Spindel 3 eingeschraubt ist, an Stelle aussen mit einem Gewinde zu versehen, glatt auszuführen, und über Hebel oder Nocken die axiale Verschiebung der Mutter herbeizuführen. Der wechselseitige Antrieb von Spindel und Mutter kann nicht nur vonDifferentialgetrieben anderer Bauart als dargestellt, sondern überhaupt in anderer Weise als durch ein gemeinsames Getriebe vorgenommen werden.
Es ist nicht ausgeschlossen, dass in besonders gelagerten Fällen beide Antriebe getrennt sind und z. B. von Hand aus erfolgen. Schliesslich sei darauf hingewiesen, dass die Neigung der Dichtflächen 32 im Gehäuse auch entgegengesetzt, wie in den Zeichnungen dargestellt, sein kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hahn mit Kugelküken, bei dem zwischen keilförmig angeordneten Auflageflächen im Gehäuse und dem Küken metallische Dichtringe vorgesehen sind, die mit der Dichtfläche des Kükens zusammenwirkende Weichdichtungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Hahnküken (4), wie an sich bekannt, beim Öffnen und Schliessen des Hahnes eine Heb-, Dreh - und Senkbewegung ausführt, wobei beim Schliessen die Senkbewegung grösser ist als die Hebbewegung, wodurch das Hahnküken in der Offenstellung nur dieWeichdichtung(34) derDichtringe (33) und in der Geschlossenstellung unter Zusam- menpressung der Weichdichtung die metallischen Dichtringe selbst berührt.