DE102004060517B3 - Absperrorgan aus Kunststoff für Fluidleitungen - Google Patents

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Absperrorgan aus Kunststoff für Fluidleitungen, insbesondere Hahn oder Schieber für unter Druck stehende Wasserleitungen, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ventilkörper angeordnet und wenigstens stromabwärts gegen einen im Durchflusskanal angeordneten Ventilsitzring abgedichtet ist, und wobei am Ventilgehäuse eine mindestens mittelbar mit dem Ventilkörper auf Drehmitnahme gekuppelte Schaltwelle drehbar angeordnet ist, wobei ferner Anschlagmittel zur Begrenzung des Schwenkwegs des Ventilkörpers vorgesehen sind und wobei der Ventilkörper an zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten zur Verstellung um eine Drehachse drehgelagert ist. Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, dass die Schaltwelle mit Parallelabstand zur Drehachse des Ventilkörpers, also exzentrisch zum Ventilkörper, angeordnet ist und an ihrem Angriffsende an den Ventilkörper ein drehfest mit ihr angeordnetes Ritzel trägt und dass dem Ventilkörper eine Gegenverzahnung zugeordnet ist, mit dem das Ritzel kämmend zusammenwirkt. Dadurch können bei relativ geringen Betätigungskräften hohe Verstellkräfte auf das Ventilorgan ausgeübt werden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrorgan aus Kunststoff für Fluidleitungen, insbes. Hahn oder Schieber für unter Druck stehende Wasserleitungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Absperrorgane solcher Art mit Kugeln als Ventilkörper sind in zahlreichen Ausführungen bekannt, wozu beispielhaft auf DE 35 19 532 C1 , DE 199 00 230 A1 , DE 196 14 278 A1 und AT E 56 079 B verwiesen wird. Solche Absperrorgane werden auch Kugelhähne genannt. 3 der AT E 56 079 B zeigt eine Ausführung, bei der Ventilkörper als – im Längsschnitt im wesentlichen C-förmige – Halbkugel ausgeführt ist. Ein solches Absperrorgan kann man auch als Kugelschieber bezeichnen.
• Die Schwierigkeiten bei Konstruktion und Auslegung eines Absperrorgans aus Kunststoff nehmen mit dessen Größe sowie mit steigenden Druckverhältnissen im Leitungssystem zu. Hier kommen insbesondere die Neigung von Kunststoffrohrelementen zum Aufblähen unter Innendruck, zu Verwerfungen und Verkantungen zwischen beweglichen Teilen und das Problem zum Tragen, dass Kunststoff weit eher und stärker zum Fließen neigt als Stahl oder Gussstahl. Entsprechend höher fallen Materialeinsatz und Konstruktionsaufwand aus, wenn ein Absperrventil aus oder überwiegend aus Kunststoffteilen aufgebaut sein soll.
• Ein Absperrorgan, insbes. Kugelhahn oder Kugelschieber, der in seinem Aufbau einfach und kompakt ist und bei dem die für das Absperrorgan erforderlichen Bauteile so geschickt gestaltet bzw. angeordnet sind, dass das Absperrorgan auch unter hohen Drücken dauerhaft leichtgängig bleibt, ist aus DE 103 18 699 A1 bekannt.
• Dabei ist der Ventilkörper an zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten mit je einem Hals versehen, dessen Längsmittelachse mit der Drehachse des Ventilkörpers zusammenfällt, wobei die Außenumfangsflächen der Hälse Lagerflächen zur Drehlagerung des Ventilkörpers in Gegenlagerflächen ausbilden, welche an jeweils einer im wesentlichen ringförmigen Lagerhülse ausgebildet sind, und wobei die Lagerhülsen in jeweils einen Radialdurchbruch wenigstens eines Ventilgehäuseteiles von außen eingesetzt sind.
• Da hier der Ventilkörper in besonderen und gesondert von außen in das Ventilgehäuse einzusetzenden Lagerhülsen dreh- bzw. schwenkgelagert ist, können die Hälse kurz gehalten werden. Das führt einerseits dazu, dass der Ventilkörper mit seinen kurzen Hälsen vom Durchflusskanal des Absperrorgans, also von innen her, problemlos in die ventilkörperseitigen Aufnahmebohrungen für die erst anschließend darin einzusetzenden Lagerhülsen eingeführt werden kann. Die Hälse lassen sich mit relativ großem Außendurchmesser auslegen, womit der Vorteil verbunden ist, dass die Schwenklager für den Ventilkörper auf einem relativ großen Durchmesser angeordnet sein und großflächig gestaltet werden können. Das hat den Vorteil, dass allenfalls nur kleine Kippmomente auf die Ventilkörperlagerung einwirken können und den Vorzug einer leichtgängigen, flächenpressungsarmen Verstellbarkeit des Ventilkörpers in den Lagerhülsen.
• Die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass ein solches Absperrorgan Prüfdrücken bis zu etwa 10bar problemlos standhält. Bei deutlich darüber hinausgehenden Innendrücken neigt der Ventilkörper allerdings zu Verkantungen und Verklemmungen und somit zu einer ungewünschten Schwergängigkeit bei der Betätigung.
• Aus der DE 22 38 269 A ist es bekannt, den Ventilkörper mittels eines Übersetzungsgetriebes zu schalten, wobei auf dem Ventilkörper ein bogenförmiges Zahnsegment angeordnet ist, in das ein exzentrisch zur Drehachse des Ventilkörpers angeordnetes Ritzel kämmend eingreift. Dieses Ritzel weist eine Schaltwelle zur Anordnung eines Antriebes auf. Dieses Absperrorgan lässt sich zwar auch bei möglichen Verkantungen und Verklemmungen noch betätigen, benötigt im Gegensatz zu direkt geschalteten Absperrorganen ein wesentlich größeres Ventilgehäuse, in dem die Ritzel und Schaltwellen des Übersetzungsgetriebes geschützt angeordnet sind.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Absperrorgan der gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzten Art derart weiterzubilden, dass das Absperrorgan die Vorteile eines kompakten Ventilgehäuses mit den Vorteilen einer leichtgängigen Absperrorgan-Verstellung bei Einsatz eines Übersetzungsgetriebes miteinander verbindet.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper eine zu seiner Drehachse konzentrische Bohrung aufweist und das Zahnsegment in die Innenwand der Bohrung eingesetzt wird.
• Der wesentliche Kern der Erfindung besteht demnach im wesentlichen darin, dass das bogenförmige Zahnsegment in einer konzentrischen Bohrung des Ventilkörpers angeordnet ist, so daß ein Teil des Getriebes, nämlich die Abtriebsseite, unmittelbar dem Ventilkörper selbst zugeordnet ist. Er ist mithin ein wesentlicher Bestandteil des Getriebes. Zum einen bedeutet dies eine günstige unmittelbare Kraftübertragung. Zum anderen lässt es der Getriebeangriff am Ventilkörper zu, dessen Lagerung im Ventilgehäuse einfacher und auch effizienter zu gestalten, als dies bei der Einrichtung entsprechend DE 103 18 699 A1 oder DE 22 38 269 A der Fall ist. Da innerhalb des Ventilgehäuses kein Extraraum für das Übersetzungsgetriebe geschaffen werden muss, ist eine Veränderung der Baugröße gegenüber Absperrorganen ohne Übersetzungsgetriebe nicht notwendig.
• Des weiteren sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Zahnsegment mit seinen Zähnen in Richtung auf die Drehachse weist und dass es wenigstens an seinen beiden Enden zumindest geringfügig über die Innenwand der Bohrung übersteht und dadurch Anschlagmittel, insbes. in Form von Anschlagflächen ausbildet.
• Ein bogenförmiges Zahnsegment, das vorzugsweise aus Stahl besteht, kann auf einfache Weise mit dem Ventilkörper verbunden werden, z.B. mittels Vernietung oder Verstiftung.
• Die Bohrung kann in ihren bezüglich der Drehachse axialen Endbereichen Drehlagerabschnitte ausbilden, in die an Verschlussdeckeln des Ventilgehäuses ausgebildete Drehlagerzapfen eingreifen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausbildung und Anordnung besteht darin, dass die Lagerung des Ventilkörpers auf besonders großen Durchmessern und deshalb bei geringer Flächenpressung sehr gut tragend ausgeführt sein kann.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass der der Schaltwelle zugeordnete Drehlagerzapfen eine Außenumfangsnut aufweist, in die vorstehenden Zähne des Zahnsegments eintauchen.
• Schließlich ist es zweckmäßig, wenn gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Schaltwelle in einem der Verschlussdeckel gelagert ist. Insbesondere wenn das Antriebszahnrad als Ritzel ausgeführt ist, kann die gesamte Getriebeanordnung mit Ausnahme des ventilkörperseitigen Zahmsegments an dem Verschlussdeckel montiert sein und an diesem verbleiben, wenn der Verschlussdeckel – etwa zu Revisionszwecken – vom Ventilgehäuse abgenommen wird.
• Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
• 1 einen Längsschnitt durch ein Absperrorgan entsprechend der Erfindung,
• 2 einen Teil-Längsschnitt etwa entsprechend der Schnittlinie II-II in 1, jedoch mit teilweise verdrehtem Ventilorgan, und
• 3 eine teilweise ausgebrochene perspektivische Ansicht des Absperrorgans mit Blickrichtung auf den oberen, einen Getriebeteil tragenden Verschlussdeckel.
• In den Zeichnungen ist ein Absperrorgan entsprechend der vorliegenden Erfindung insgesamt mit 10 bezeichnet. Ein Ventilgehäuse 11 umfasst eine mittlere Ringscheibe 12 mit zwei Rohranschlussstutzen 13. Mittig weist das Ventilgehäuse 11 eine muffenartig geformte Ausweitung auf, wodurch jeweils ein Abschnitt mit größerer Wandstärke 14 gebildet ist. Zum Ventilgehäuse 11 gehören außerdem ein unterer Verschlussdeckel 15 und ein oberer Verschlussdeckel 16. Diese beiden Verschlussdeckel 15 und 16 sind über nicht dargestellte Durchgangsverschraubungen aneinander befestigt.
• In dem Ventilgehäuse 11 befindet sich ein Ventilkörper 22, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als von einer Durchflussöffnung 18 durchdrungener Hohlkugelabschnitt ausgebildet ist. Lotrecht zur Mittelachse 21 der Durchflussöffnung 18 weist der Ventilkörper 22 eine Querbohrung 20 auf, deren Mittelachse 17 lotrecht auf der Längsachse L des Absperrorgans 10 verläuft. Im geöffneten Zustand des Absperrorgans 10 fluchtet die Durchflussöffnung 18 mit der Durchströmöffnung 19 durch die beiden Rohranschlussstutzen 13.
• Wie insbes. 1 zeigt, verschließen die beiden Verschlussdeckel 15 und 16 das Absperrorgan 10. Jeder der Verschlussdeckel 15, 16 bildet dabei einen Lagerzapfen 25 bzw. 26 relativ großen Durchmessers aus. Diese Lagerzapfen 25 bzw. 26 greifen in die äußeren Endabschnitte der Querbohrung 20 des Ventilkörpers 22 ein und lagern diesen schwenkbar um die Achse 17.
• Der obere Verschlussdeckel 16 haltert eine Schaltwelle 40, die am Ende einen Werkzeugansatz 41 wie Sechskant aufweist. Die Schaltwelle 40 ist mit ihrer Achse 42 parallel und im Abstand 27 zur Achse 17 angeordnet.
• Am entgegengesetzten Ende der Schaltwelle 40 trägt diese ein bewegungseinheitlich mit ihr verbundenes Ritzel 43, dessen Zähne 44 mit Zähnen 45 eines Zahnsegments 46 kämmen, das an dem Ventilorgan 22 angebracht ist.
• Die Schaltwelle 40 ist in einer Hülse 47 gelagert, die am unteren Ende einen Sechskantbund 48 aufweist, mit dem sie in den Verschlussdeckel 16 undrehbar eingepasst ist. Befestigt ist die Hülse am Verschlussdeckel 16 mit einer von außen über die Hülse 47 geschraubten Kontermutter 49. Wie 1 und 3 erkennen lassen, kann die Schaltwelle 40 stets am Verschlussdeckel 16 angebracht bleiben, und zwar auch dann, wenn letzterer von den übrigen Teilen des Absperrorgans 10 abgenommen wird.
• Das Zahnsegment 46 ist in eine taschenartige Nut 29 eingepasst, die in der Innenseite der Querbohrung 20 des Ventilorgans 22 ausgenommen ist. Wie 3 zeigt, steht das Zahnsegment 46 nach innen vor und bildet mit seinen Enden Anschlagmittel 30 aus. Wie aus 2 erkennbar ist, wirken die Anschlagmittel 30 mit Gegenanschlagmittel 31 zusammen, die von den Enden einer in den Lagerzapfen 26 des oberen Verschlussdeckels 26 eingearbeiteten Teil-Umfangsnut 32 ausgebildet sind. Die Teil-Umfangsnut 32 erstreckt sich dabei etwa über die Hälfte, das Zahnsegment über ein Viertel des Umfangs, so dass – wie bei Sperrschiebern üblich – das Ventilorgan 22 um 90° hin und her gedreht werden kann.
• Wie nunmehr leicht zu verstehen ist, erfolgt die Betätigung des Ventilorgans über ein Zahngetriebe mit dem am Verschlussdeckel 16 drehbar befestigten Ritzel 43 und dem mit dem Ventilorgan 22 verbundenen Zahnsegment 46 als dessen wesentliche Bestandteile.
• Da sich das Zahnsegment 46 auf einem relativ großen Durchmesser befindet, kann eine hochwirksame Getriebeübersetzung erreicht werden, die ein leichte Bedienbarkeit des Absperrorgans auch unter hohen Innendrücken ermöglicht.
• Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass mit 28 ein Ventilsitzring bezeichnet ist, gegen den sich der Ventilkörper 22 dichtend abstützt, wenn er in Durchströmrichtung 23 des in der Rohrleitung geführten Fluids beaufschlagt ist.

Claims (9)

1. Absperrorgan (10) aus Kunststoff für Fluidleitungen, mit einem Ventilgehäuse (11), in dem ein Ventilkörper (22) angeordnet und wenigstens stromabwärts gegen einen im Durchflusskanal (19) angeordneten Ventilsitzring (28) abgedichtet ist und wobei am Ventilgehäuse (11) eine mindestens mittelbar mit dem Ventilkörper (22) auf Drehmitnahme gekuppelte Schaltwelle (40) drehbar angeordnet ist, wobei ferner Anschlagmittel (30, 31) zur Begrenzung des Schwenkwegs des Ventilkörpers (22) vorgesehen sind und wobei der Ventilkörper (22) an zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten zur Verstellung um eine Drehachse (17) drehgelagert ist, wobei die Schaltwelle (40) mit Parallelabstand (27) zur Drehachse (17) des Ventilkörpers (22), also exzentrisch zum Ventilkörper (22), angeordnet ist und an ihrem Angriffsende an den Ventilkörper (22) ein drehfest mit ihr angeordnetes Ritzel (43) trägt, und dass dem Ventilkörper (22) eine Gegenverzahnung (45) als bogenförmiges Zahnsegment (46) zugeordnet ist, mit dem das Ritzel (43) kämmend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (22) eine zu seiner Drehachse (17) konzentrische Bohrung (20) aufweist und das Zahnsegment (46) in die Innenwand der Bohrung (20) eingesetzt ist.
2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnsegment (46) mit seinen Zähnen (45) in Richtung auf die Drehachse (17) weist und dass es wenigstens an seinen beiden Enden zumindest geringfügig über die Innenwand der Bohrung (20) übersteht und dadurch Anschlagmittel (30) ausbildet.
3. Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bogenförmige Zahnsegment (46) aus Stahl gebildet ist.
4. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (20) in ihren bezüglich der Drehachse (17) axialen Endbereichen Drehlagerabschnitte ausbildet, in die an Verschlussdeckeln (15, 16) des Ventilgehäuses (11) ausgebildete Drehlagerzapfen (25, 26) eingreifen.
5. Absperrorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der der Schaltwelle (40) zugeordnete Drehlagerzapfen (26) eine Außenumfangsnut (32) aufweist, in die die vorstehenden Zähne (45) des Zahnsegments (46) eintauchen.
6. Absperrorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsnut (32) teilringförmig ausgebildet ist und dass ihre Endstirnflächen die Anschlagmittel (31) für die Anschlagmittel (30) des Zahnsegments (46) ausbilden.
7. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (40) in einem der Verschlussdeckel (16) gelagert ist.
8. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (10) ein Hahn oder Schieber für unter Druck stehende Wasserleitungen ist.
9. Absperrorgan nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagmittel (30) in Form von Anschlagflächen ausgebildet sind.