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Kugelhahn
Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit einem Gehäuse, das eine Einlass- und eine Auslassöffnung hat, welche mit einem Gehäuseinnenraum in Verbindung stehen, mit je einem mit der Einlass-und Auslassöffnung gekuppelten Ventilsitz, ferner mit einem im Gehäuseinnenraum zwischen den beiden Ventilsitzen angeordneten kugelförmigen Hahnküken und einem von aussen in das Gehäuse reichenden und mit dem Hahnküken verbundenen Bedienungszapfen.
Bei den bekannten Kugelhähnen drückt das kugelförmige Hahnküken fest gegen Ventilsitze sowohl an der Einlassseite als auch an der Auslassseite des Hahngehäuses und für das Betätigen des Hahnes ist daher ein verhältnismässig grosses Drehmoment erforderlich. Um den erforderlichen hohen Anpressdruck zwischen dem Hahnküken und den Sitzen an Eintritts- und Austrittsseite zu gewährleisten, ist eine verhältnismässig komplizierte Sitzkonstruktion erforderlich, z. B. eine Kombination von Sitzringen aus einem verhältnismässig harten Material, wie Polytetrafluoräthylen mit elastischen Gummiabdichtungen zum nachgiebigen Andrücken dieser Sitzringe ; die Herstellung der Teile solcher Sitzkonstruktionen und ihre Montage ist daher mühsam und aufwendig.
Die bekannten Kugelhähne mussten auch mit einem verhältnismässig langen Bedienungshebel versehen werden, um das hohe Drehmoment erzeugen zu können, das zum Drehen des Hahnkükens erforderlich ist. Der Anschlag, der normalerweise an der Aussenseite des Gehäuses zur Begrenzung der Drehung des Hahnkükens bezüglich des Gehäuses vorgesehen ist, musste dann dementsprechend stark bemessen sein, dass er durch das grosse Drehmoment nicht beschädigt werden kann.
Ein weiterer Nachteil von Kugelhähnen dieser Konstruktion besteht darin, dass das für mindestens einen Sitz verwendete Dichtungsmaterial, wie Kunstgummi oder Polytetrafluoräthylen, einen vergleichsweise grossen Wärmeexpansionskoeffizienten im Vergleich zu dem gewöhnlich aus Metall bestehenden Hahngehäuse hat. Bei einer Temperaturerhöhung wird das Kugelküken dann noch stärker gegen den Ventilsitz gepresst, wodurch das zur Betätigung des Kugelhahnes erforderliche Drehmoment noch weiter erhöht wird und ein plastisches Fliessen oder Verformungen des Ventilsitzes eintreten kann.
Das Ventil kann hiedurch undicht werden und seine Lebensdauer wird stark herabgesetzt. Wenn die Temperatur erniedrigt wird, kann anderseits ein Zwischenraum zwischen dem Hahnküken und den Ventilsitzen auftreten, was wieder Undichtigkeiten zur Folge hat.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn anzugeben, bei dem das Hahnküken mit einem sehr kleinen Drehmoment gedreht werden kann und bei dem ein Sitz für das Hahnküken verwendet werden kann, der einfach im Aufbau ist und eine einfache Herstellung und Montage des Hahnes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einem Kugelabsperrhahn der oben genannten Art
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dadurch gelöst, dass das kugelförmige Hahnküken mit Abstand vom einlassseitigen Ventilsitz angeordnet ist, und dass das Hahnküken gegen den auslassseitigen Ventilsitz beweglich ist, so dass das Hahnküken durch den Flüssigkeitsdruck gegen letzteren gepresst wird.
Das Hahnküken ist beim vorliegenden Kugelhahn also nicht zwischen zwei oder mehrere Sitzflächen eingeklemmt, wie es bei den bekannten Kugelhähnen der Fall ist, sondern es ist im Gehäuse beweglich.
Beim Kugelhahn gemäss der Erfindung kann sich das Kugelküken in Strömungsrichtung bewegen, wenn sich das Material des Ventilsitzes infolge von Temperaturschwankungen ausdehnt oder zusammenzieht, so dass das gegebenenfalls unter der Kraft einer Feder stehende Hahnküken nicht übermässig stark eingeklemmt wird und die Betätigungskraft einen praktisch konstanten, relativ kleinen Wert hat. Die Lebensdauer des Ventilsitzes ist unter diesen Umständen praktisch unbegrenzt.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist an dem drehbaren Bedienungszapfen innerhalb des Gehäuses ein Anschlagteil unverdrehbar angebracht, welcher Rechteckform mit zwei diagonal gegenüberliegenden abgerundeten Ecken besitzt. Diese einfache Ausführung ist beim vorliegenden Absperrhahn möglich, da zu seiner Betätigung nur ein geringes Drehmoment und dementsprechend zu seiner Betätigung nur ein kleiner Handgriff erforderlich sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kugelhahn gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt längs einer Linie 2-2 in Fig. l, in dem der Hahn in geschlossenem Zustand dargestellt ist, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 einen Fig. 2 entsprechenden Schnitt, in dem der Hahn jedoch im offenen Zustand dargestellt ist, Fig. 5 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung der Teile des Kugelhahnes gemäss den Fig. 1 bis 4, bei der ein Teil des Hahngehäuses weggeschnitten und das Zusammenwirken zwischen dem Bedienungsgriffanschlag und dem drehbaren Bedienungszapfen ersichtlich ist, Fig. 6 einen Fig.
2 entsprechenden Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung mit einem Hahnküken, von dem ein Teil weggeschnitten wurde, um sein Einsetzen in das Gehäuse zu erleichtern, Fig. 7 einen Fig. 2 entsprechenden Schnitt eines dritten Ausführungsbeispieles der Erfindung, das einen zwischen das Hahnküken und die zugehörige Andruckfeder eingesetzten Gleitring enthält, Fig. 8 eine vergrösserte Ansicht eines Teiles des Absperrhahnes gemäss Fig. 7, die die gegenseitige Anordnung des Hahnkükens, des Schleifringes, der Feder und des Sitzes für das Hahnküken zeigt, und Fig. 9 einen Fig.4 ähnlichen Schnitt eines vierten Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches auf der Einlassseite einen unter dem Druck einer Feder stehenden beweglichen Sitz für das Hahnküken enthält.
Der in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Kugelhahn enthält ein Gehäuse--l--mit einer
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--4-- münden.--4-- ist ein Sitz--7--für das Hahnküken --5-- angeordnet, der die Auslassöffnung umfasst. Die Einlassöffnung-2-ist von einem weiteren Sitz --8-- umgeben. Zwischen die Einlassöffnung --2-- und dem Hahnküken-5--ist eine zusammengedrückte Feder --9-- eingesetzt, die den Sitz --8-- umgibt und das Hahnküken gegen den Sitz --7-- drückt.
Zum Drehen des Hahnkükens dient ein Bedienungszapfen-10-, der oben einen Teil-11quadratischen Querschnitts aufweist, auf den ein Handrad --12-- aufgesetzt ist. Das Hahnrad --12-- ist am Bedienungszapfen --10-- durch eine Innensechskantschraube --15-- befestigt, die durch eine Beilagscheibe --14-- in ein Gewindeloch-13-im Teil-11-eingeschraubt ist.
Am unteren Ende des Bedienungszapfens --10-- ist eine Anschlagplatte-16- (s. Fig. 5) befestigt, z. B. verschweisst. Die Anschlagplatte -16-- begrenzt den Drehbereich des Handrades --12-- auf
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Hahn ist in dieser Stellung also geschlossen, während die Durchlassöffnung in der andern Anschlagstellung, die in Fig. 4 dargestellt ist, die Auslassöffnung --3-- und damit den Durchlass durch den Hahn freigibt.
Zur Kopplung des Bedienungszapfens --10-- mit der Anschlagplatte --16-- ist diese mit einer rechteckigen Öffnung--18--versehen und das untere Ende des Bedienungszapfens - 10-weist einen plattenförmigen Vorsprung --19-- auf, der durch die Öffnung --18-- reicht und in eine Nut --20-- passt, die in der Oberseite des Hahnkükens --5-- gebildet ist.
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Der Bedienungszapfen--10--ist in einem Mittelloch einer Kappe oder eines Gehäusedeckels --21-- geführt und mit einem O-Ring-22-abgedichtet. Der Bedienungszapfen --10-- hat am unteren Ende einen sich nach oben verjüngenden Teil-23-und das Mittelloch des Deckels - ist mit einem dem Teil --23-- entsprechenden, komplementär geformten, sich verjüngenden Teil --26-- versehen. Wenn der Bedienungszapfen --10-- durch den Druck des
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des Hahnkükens durch auf es einwirkende Strömungskräfte wird dadurch verhindert. Ausserdem wird auch ein Austreten von Druckmittel zwischen den beiden Teilen-23 und 26-verhindert.
Der Deckel --21-- ist in ein Innengewinde --25-- eingeschraubt, das an der Innenseite einer oberen öffnung des Gehäuses --1-- vorgesehen ist. Wenn der Deckel --21-- auf diese Weise mit
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der sich zwischen dem Handrad --12-- und dem Deckel --21-- befindet, ist eine Muffe-24- aufgepasst, so dass der Bedienungszapfen --10-- bei montiertem Hahn nicht unter der Wirkung seines Gewichtes und des Gewichtes des Handrades --12-- nach unten fallen und das Hahnküken--IS-- in unerwünschter Weise nach unten stossen kann.
Wenn der beschriebene Kugelhahn geschlossen ist, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, wird das
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Handrad erfordert daher nur ein äusserst geringes Drehmoment.
Wenn der Hahn geschlossen ist und aus irgendeinem Grund der Druck des Druckmittels in der
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als die Kraft der Feder--9-, kann sich das Hahnküken --5-- vom Sitz-7-entfernen und es kann dementsprechend eine Rückströmung auftreten. Beim beschriebenen Ventil wird eine solche Rückströmung jedoch dadurch verhindert, dass sich das Hahnküken --5-- dann an den Sitz-8anlegen kann und in diesem Zustand dann eine Rückströmung von der Auslassöffnung--3-zur Einlassöffnung--2--verhindert.
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nicht nötig, die Stärke der Feder zur Kompensation dieses Gewichtes zu erhöhen, um eine innige Berührung des Hahnkükens mit seinem Sitz zu gewährleisten.
Das Betätigungsdrehmoment wird daher auch nicht erhöht und die Muffe verhindert ausserdem, dass das Hahnküken bei der Einwirkung von Stössen auf das Handrad --12-- nach unten gedrückt und die Auslassöffnung dadurch geöffnet werden kann.
Bei den bekannten Kugelhähnen ist das Hahnküken fest zwischen die beiden Sitze an der Einlassbzw. Auslassseite eingeklemmt und zum Drehen des Hahnkükens sind daher ein grosses Drehmoment und ein verhältnismässig langer Betätigungshebel oder ein entsprechend grosses Handgrad erforderlich.
Beim Absperrhahn gemäss der Erfindung genügt jedoch ein verhältnismässig kleines Handrad zum Betätigen, da für die Drehung des Hahnkükens nur ein relativ kleines Drehmoment erforderlich ist. Man kann daher statt eines langen Hebels ein kreisförmiges Handrad verwenden, das sich bequem bedienen lässt und man kommt mit einem kleineren Gehäuse aus. Bei Hähnen, die an der Eintrittsseite und Austrittsseite mit Anschlussflanschen versehen sind, können daher der Abstand zwischen diesen Flanschen und die Materialkosten verringert werden, so dass die Kosten des Hahnes herabgesetzt und seine Handhabung erleichtert werden.
Da bei den bekannten Kugelhähnen verhältnismässig lange Betätigungshebel erforderlich waren, mit denen grosse Drehmomente erzeugt werden konnten, musste auch der Anschlag zur Begrenzung des Drehbereiches des Hahnkükens entsprechend stark und gross gemacht werden, um den hohen Drehmomenten standhalten zu können. Da mit den kleinen Handgriffen oder Handrädern, die beim Kugelhahn gemäss der Erfindung ausreichen, nur kleine Drehmomente auftreten, genügt zur Begrenzung
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des Drehbereiches des Hahnkükens ein kleiner und einfacher Anschlag, der in der Kammer des Gehäuses untergebracht werden kann, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Seite des kugelförmigen Hahnkükens--5--längs einer Ebene--31--abgeschnitten, die parallel zur Durchlassöffnung - 6-- des Hahnkükens verläuft. Das Hahnküken-5-ist so in der Kammer --4-- angeordnet, dass die Schnittfläche --31-- zur Einlassöffnung --2-- hinweist, wenn der Hahn normal montiert und geschlossen ist. Da der Drehbereich des Hahnkükens durch das Anschlagen der Anschlagplatte - am verdickten Teil --17-- der Kammerwand begrenzt wird, kann die Schnittfläche - niemals zur Auslassöffnung --3-- hinweisen, solange der Hahn ordnungsgemäss zusammengesetzt ist.
Der Absperrhahn gemäss Fig. 6 lässt sich bequem montieren und zerlegen : Bei der Montage wird der Sitz--7--zuerst an der Auslassöffnung--3--angebracht und dann wird das Hahnküken - 5-so in die Kammer Gehäuse --1-- eingesetzt, dass die Schnittfläche-31-zur Auslassöffnung --3-- hin gerichtet ist. Obgleich der verdickte Teil, an dem die Abschlagplatte --16-- anschlägt, vom oberen Teil der Kammer -4-- vorspringt, geht das Hahnküken wegen des abgeschnittenen Teiles ohne Schwierigkeiten hindurch. Die Feder --9-- lässt sich dann auch ohne weiteres einsetzen.
Das Hahnküken-5-wird dann in der Kammer-4-um 90 oder 180 in Uhrzeigerrichtung oder gegen Uhrzeigerrichtung gedreht und der Deckel --21--, in den vorher der Bedienungszapfen--10--eingesetzt worden war, kann dann in die obere öffnung des Gehäuses --l-- eingeschraubt werden. Beim Zerlegen lässt sich das Hahnküken leicht aus der Kammer--4- herausnehmen, indem man es bezüglich der dargestellten Lage um 1800 dreht, nachdem der Deckel --21-- mit dem Bedienungszapfen --10-- entfernt worden ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 ist zwischen dem Hahnküken --5-- und der Feder --9-- ein Gleitring --41-- angeordnet, um zu verhindern, dass das Hahnküken --5-- durch die Feder--9-, die gewöhnlich aus einem harten Material besteht, verkratzt wird und um gleichzeitig ein leichtes Gleiten des Hahnkükens beim Drehen zu gewährleisten, während es unter der Kraft der Feder --9-- steht.
Wie Fig. 8 zeigt, hat der Gleitring -41-- auf der einen Seite eine Fläche--42--, die am Hahnküken --5-- anliegt, an der andern Seite eine Fläche --43--, an der die Feder-9-- anliegt, und in der Mitte eine Öffnung-44-. Wenn der Hahn einen Sitz-8-enthält, muss der Aussendurchmesser des Teiles --45-- des Sitzes --8--, an dem sich das Hahnküken --5-anlegen kann, genügend kleiner als der Innendurchmesser der öffnung --44-- sein und vorzugsweise hat der Sitz--8--eine Stufe--46--, die die Feder--9--in einer bestimmten Lage hält.
Ausserdem muss die Länge der Feder--9--im vollständig zusammengedrückten Zustand so bemessen sein, dass sich das Hahnküken --5-- fest an den Sitz --8- anlegen kann, wenn eine Rückströmung von der Auslassöffnung --3-- auftritt.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist der Bedienungszapfen--10--dort, wo er aus dem Deckel--21--austritt, mit einer Ringnut versehen, in die ein Sprengring--47--eingesetzt ist. Dieser Sprengring verhindert bei dieser Ausführungsform (an Stelle der Muffe--24--in Fig. 6), dass der Bedienungszapfen nach unten fallen und das Hahnküken nach unten drücken kann.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Hahnküken --5--
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gebildet ist, vorgesehen. Bei dieser Konstruktion wirkt auf das Hahnküken --5-- immer eine gleichförmige Druckkraft in Richtung der Strömung und das Hahnküken --5-- entfernt sich nie vom Sitz --7-- und Sitz --51--. Der geschlossene Absperrhahn ist daher immer vollständig dicht und es kann auch dann keine Rückströmung auftreten, wenn der Druck auf der Einlassseite verringert oder auf der Auslassseite erhöht wird. Ausserdem kann die Feder--9--nie abgleiten und dadurch unwirksam werden und auch nie die Oberfläche des Hahnkükens --5-- verkratzen, da sie im hülsenförmigen Sitz --51-- untergebracht ist.
An Stelle der komplementären Teile-23 und 26-- verjüngenden Querschnittes am Bedienungszapfen --10-- und dem Mittelloch des Deckels --21-- ist beim Kugelhahn gemäss Fig. 9 eine Dichtung oder Packung --53- zwischen einem unteren, verdickten Teil des Bedienungszapfens--10--und der Unterseite des Deckels--21--eingesetzt. Diese Dichtung
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