DE102005002913A1

DE102005002913A1 - Absperrvorrichtung zum Absperren einer Rohrleitung

Info

Publication number: DE102005002913A1
Application number: DE200510002913
Authority: DE
Inventors: Klaus Maier
Original assignee: Franz Schuck GmbH
Current assignee: Franz Schuck GmbH
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-22
Also published as: DE102005002913B4; NO20060348L

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung zum Absperren einer Rohrleitung DOLLAR A - mit einem Gehäuse; DOLLAR A - mit einem Einlassstutzen; DOLLAR A - mit einem Auslassstutzen; DOLLAR A - mit einem Hahn, der vom Gehäuse umschlossen ist, eine Bohrung zum Hindurchführen eines in der Rohrleitung strömenden Mediums aufweist und der um eine zur Strömungsachse senkrechte Achse zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verdrehbar ist; DOLLAR A - es ist im Bereich eines jeden Endes der Durchgangsbohrung des Hahnes ein Sitzring vorgesehen, der koaxial zur Durchgangsbohrung angeordnet ist und einen Dichtring trägt, der gegen die Umfangsfläche der Kugel andrückbar ist. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird Folgendes vorgesehen: DOLLAR A - Jeder Sitzring bildet zusammen mit dem Gehäuse eine Dichtkammer zur Aufnahme eines Profilringes; DOLLAR A - der Profilring weist eine gegen die Kugel hin offene Innennut und eine dieser gegenüberliegende Außennut auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung zum Einbauen in eine Rohrleitung, in welcher ein fließfähiges Medium strömt, insbesondere Gas.
Solche Absperrvorrichtungen sind in vielen Varianten bereits seit langem bekannt. Im vorliegenden Falle geht es um solche Absperrvorrichtung, die ein Gehäuse mit einem Einlassstutzen und einem Auslassstutzen umfassen, ferner einen Hahn, der vom Gehäuse umschlossen ist und der wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist.

Der Hahn kann von kugelförmiger Gestalt sein. Siehe DE 196 14 278 A1 . Er kann aber auch zylindrisch sein. Siehe DE 10 2004 027 081 A1 . Er kann aber auch konisch sein.

In jedem Falle ist der Hahn im Gehäuse verdrehbar zwischen einer Offenstellung, in der eine leitende Verbindung zwischen den beiden Anschlussstutzen hergestellt ist, und einer Schließstellung, in der der Hahn die beiden Stutzen gegeneinander absperrt.

Von größter Bedeutung ist die Frage der Dichtheit solcher Absperrvorrichtungen, ganz besonders dann, wenn als Medium Gas verwendet wird. Es darf somit kein Medium aus dem Gehäuse austreten, und es darf auch kein Medium in Schließstellung des Hahnes vom Einlassstutzen zum Auslassstutzen gelangen.

Ein wichtiges Element ist daher die Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Hahn, gegebenenfalls auch zwischen dem Einlassstutzen und dem Hahn sowie zwischen dem Auslassstutzen und dem Hahn. Hierzu werden Dichtungen verwendet, die an der Mantelfläche des Hahnes anliegen, und zwar im Bereich des Einlassstutzens wie auch des Auslassstutzens. Die Dichtungen sind im allgemeinen O-Ringe. Sie sind von einem Sitzring getragen. Der Sitzring verläuft koaxial zur Durchgangsbohrung im Hahn. Er ist in das Gehäuse eingelassen.

Axial neben dem O-Ring, aber vom Hahn entfernt, befindet sich ein weiterer Dichtring. Dieser dichtet den Sitzring gegen das Gehäuse ab. Er ist in eine Kammer eingelassen. Diese kann entweder gebildet sein aus einer Radialnut im Sitzring und einer entsprechenden, zur Strömungsrichtung koaxialen Zylinderfläche des Gehäuses. Die Kammer kann auch gebildet sein aus einer Radialnut im Gehäuse und einer zur Strömungsrichtung koaxialen Zylinderfläche des Sitzringes. Schließlich kann die Kammer gebildet sein aus einem Absatz in der Sitzring-Außenfläche und einem Absatz in der Gehäuse-Innenfläche, so dass die beiden Bauteile – Sitzring einerseits und Gehäuse andererseits – miteinander zusammenarbeiten und gemeinsam die Kammer bilden.

Der Dichtring der Kammer ist bisher ebenfalls ein O-Ring. Dies hat sich jedoch als nachteilig erwiesen. Das Material des O-Ringes wird nämlich in etwa vorhandene Spalte zwischen Gehäuse und Sitzring gequetscht, wenn die Fertigungstoleranzen nicht eng genug bemessen sind oder Verformungen durch den Druck auftreten.

Außerdem hat sich die Dichtwirkung als nicht optimal erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung mit einem Hahn, einem Gehäuse und einem Sitzring derart zu gestalten, dass eine zuverlässige Abdichtung zwischen Sitzring und Gehäuse erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Der Erfinder ist dabei von jener Ausführugsform ausgegangen, bei welcher die genannte Kammer zum Herstellen einer Abdichtung zwischen Sitzring und Gehäuse zu gleichen Teilen aus diesen beiden Elementen gebildet wird, somit aus dem Sitzring und aus dem Gehäuse.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, einen Profilring vorzusehen, somit keinen O-Ring. Der Profilring weist zwei Nuten auf, nämlich eine Nut, die gegen den Hahn hin offen ist (Innennut) sowie eine dieser gegenüberliegende Außennut, die vom Hahn weiter entfernt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kammer rechteckig, in einem Axialschnitt gesehen. Dabei ist natürlich unter „rechteckig" auch „quadratisch" zu verstehen.

Der Profilring ist vorzugsweise ebenfalls rechteckig.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird folgendes erreicht: Gleichgültig von welcher Seite unter Druck stehendes Medium zum Profilring gelangt, wird es – gesehen in einem Axialschnitt – ein gewisses Spreizen der beiden durch die jeweilige Nut gebildeten Schenkel des Profilringes bewirken. Beide Schenkel werden sich dabei gegen die betreffende Zylinderfläche anlegen und ein verstärktes Abdichten bewirken.

Die Erfindung sowie der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigte einen Kugelhahn gemäß dem Stande der Technik.
2 u. 3 vergrößerte Ausschnitte aus 1 – dort Kreis A -, und zeigen zwei verschiedene Varianten eines Sitzringes
4, 5 u. 6 veranschaulichen die Erfindung, wiederum anhand eines Kugelhahnes. Die Figuren zeigen Axialschnitte in zwei verschiedenen Belastungszuständen des Sitzringes.
7 zeigt in einem vergrößerten Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines Profilringes in eingebautem Zustand.
Der in 1 gezeigte Kugelhahn weist ein Gehäuse 1 auf. An dieses sind ein Einlassstutzen 1.1 und ein Auslassstutzen 1.2 angeschlossen. Der Kugelhahn ist dazu vorgesehen, in eine hier nicht gezeigte Rohrleitung eingebaut zu werden. Die Rohrleitung führt irgendein Medium, zum Beispiel Gas oder Wasser.
Das Gehäuse umschließt eine Kugel 2. Diese ist um eine zur Strömungsachse des Mediums senkrechte Achse verdrehbar. Die Verdrehung erfolgt mittels einer Welle 2.1.
Entscheidend ist ein Sitzring 3. Dessen Aufbau ergibt sich aus den 2 und 3. Sitzring 3 trägt einen Dichtring 4. Dichtring 4 liegt an der Außenfläche der Kugel 2 an.
Außerdem ist aus den 2 und 3 jeweils ein O-Ring 5 erkennbar. Dieser ist in einer Kammer 6 eingeschlossen.
Man kennt zwei Arten von Sitzringen. Bei der in 2 gezeigten Bauart ist die Kammer 6 vorwiegend aus dem Sitzring selbst gebildet, und zwar durch eine in den Sitzring 3 eingedrehte Nut. Dies ist die sogenannte Ein-Kolben-Bauart. Dabei ist der Sitzring selbstentlastend. Diese Bauart ist geeignet für komprimierbare und nicht-komprimierbare Medien.
Bei der in 3 gezeigten Bauart ist die Kammer 6 aus dem Sitzring 3 und zugleich aus dem Gehäuse 1 gebildet, und zwar durch entsprechende Aussparungen in diesen beiden Teilen. Diese Bauart wird auch „Doppelkolben-Bauart" genannt. Der Sitzring ist selbstanpressend. Diese Bauart ist nur für komprimierbare Medien wie Gas geeignet.
Die Erfindung geht von der Ausführungsform gemäß 4, 5 und 6 aus. Sie umfasst sämtliche Bauteile wie in 3 dargestellt, nämlich den Sitzring 3 in Doppelkolben-Bauart, den Dichtring 4 und die Kammer 6. Sie umfasst außerdem einen Dichtring 5, der jedoch gemäß der Erfindung ganz besonders gestaltet ist, was sich aus den 4, 5 und 6 ergibt.
Die 4, zeigt ein Gehäuse 1, eine Kugel 2 und einen Sitzring 3. Der Sitzring 3 trägt einen Dichtring 4, der an der Außenfläche der Kugel 2 anliegt.
Wie man sieht, handelt es sich hierbei um die vorgenannte Doppelkolben-Bauweise. Es ist eine Kammer 6 durch entsprechende Aussparungen im Gehäuse 1 und im Sitzring 3 gebildet. Diese beiden Elemente tragen somit zu gleichen Teilen zum Bilden der Kammer 6 bei. Die Kammer 6 ist somit begrenzt durch vier Flächen, nämlich

– eine innere Zylinderfläche 6.1, gebildet aus dem Sitzring 3,
– eine äußere Zylinderfläche 6.2, gebildet aus dem Gehäuse 1,
– eine kugelnahe annähernd achssenkrechte Fläche 6.3, gebildet aus dem Sitzring 3, und
– eine kugelferne annähernd achssenkrechte Fläche 6.4, gebildet aus dem Gehäuse 1.

Man erkennt wiederum den Dichtring 5. Dieser ist jedoch gemäß der Erfindung profiliert und wird daher im folgenden „Profilring" genannt.
Profilring 5 weist zwei Nuten auf, nämlich die der Kugel nahe Nut 5.1 (Innennut) und die der Kugel ferne Nut 5.2 (Außennut).
Durch jede Nut entsteht auf der betreffenden Seite des Profilringes 5 ein Schenkel.
Die beiden Nuten 5.1 und 5.2 sind asymmetrisch angeordnet. Die Innennut 5.1 befindet sich auf einem größeren Radius, als die Außennut 5.2, bezogen auf die Strömungsachse 7, die zugleich die Achse der Durchgangsbohrung 2.2 in der Kugel ist.
Wie man sieht, ist der schwächere der beiden Schenkel, der durch die betreffende Nut entstanden ist, zugleich auch etwas kürzer als der kräftigere der beiden Schenkel.
Diejenigen Flächen des Profilringes 5, die den Zylinderflächen 6.1 und 6.2 der Kammer zugewandt sind, sind konkav gestaltet. Sie können mit kleinen Vorsprüngen versehen sein, die an den genannten Zylinderflächen anliegen.
Die besondere Gestaltung des Profilringes 5 führt zu einer perfekten Abdichtung, wie im folgenden gezeigt werden soll.
Diese perfekte Abdichtung des Kugelhahns funktioniert in Offen- und Geschlossenstellung der Armatur.
5 zeigt jenen Zustand, bei welcher der Profilring 5 durch Mediumdruck aus der Rohrleitung (beziehungsweise aus den Stutzen 1.1 beziehungsweise 1.2) beaufschlagt wird. Siehe Pfeile. Der Druck P1 des Mediums versucht daher, den Profilring 5 in Richtung der Pfeile C nach links zu verschieben. Der Druck P1 wirkt in der Nut 5.2 dahingehend, dass er die beiden Schenkel – den unteren kürzeren schwächeren einerseits und den oberen stärkeren andererseits – spreizt. Dadurch legt sich der untere Schenkel gegen die Kammerfläche 6.1 und der obere stärkere Schenkel gegen die Kammerfläche 6.2 der Kammer 6 unter entsprechend hohem Druck an, ungeachtet dessen, in welcher Axialposition Profilring 5 in Richtung der Pfeile C nach links verschoben wird, bis er sich mit dem gegenüberliegenden stärkeren Schenkel an der Fläche 6.3 abstützt.
Bei der Darstellung gemäß 6 ist jener Fall gezeigt, bei welchem aus dem Totraum zwischen Gehäuse 1 und Kugel 2 unter Druck P2 stehendes Medium zum Profilring 5 strömt. Es wirkt auf den Profilring 5 ein, und zwar auf jener Seite, auf welcher sich die Nut 5.1 befindet. Siehe wiederum die Vielzahl der Pfeile B. Hier besteht die Tendenz, dass der Profilring 5 in Richtung der Pfeile B nach rechts verschoben wird, bis er sich mit dem rechten stärkeren Schenkel an der Fläche 6.4 abstützt. Die Nut 5.1 führt wiederum zu einem Spreizen der beiden Schenkel. Der obere, schwächere und zugleich kürzere Schenkel wird wiederum gegen die zylindrische Begrenzungsfläche 6.2 und der untere, stärkere Schenkel gegen die Kammerfläche 6.1 der Kammer 6 angedrückt.
Als Material für den Profilring 5 kommen grundsätzlich alle Werkstoffe in Betracht, die man für Dichtringe bisher verwendet hat. Bevorzugt sind jedoch Kunststoffe wie Polyurethan, Polyamid, PTFE.
Die Dichtkammer kann rechteckig oder quadratisch sein. Der Profilring 5 kann ebenfalls rechteckig oder quadratisch sein.
Ein Profilring kann durch Drehen hergestellt werden. Er lässt sich an jede beliebige Breite anpassen. Er kann große Spalte überbrücken, besonders wenn er aus Polyurethan oder einem anderen relativ harten Kunststoff besteht, im Gegensatz zu Elastomeren. Es ist keine Käfigkonstruktion notwendig wie beispielsweise für O-Ringe. Es sind auch keine Stützringe notwendig.
Der in 7 gezeigte Profilring 5 ist wieder eingebaut in eine Kammer 6, gebildet aus einem Gehäuse 1 und einem Sitzring 3. Auch hierbei weist der Profilring 5 wiederum eine Innennut 5.1 und eine Außennut 5.2 auf. Jedoch liegt die Außennut 5.2 auf einem größeren Radius, als die Innenut 5.1, bezogen auf die Strömungsachse 7. Dies bedeutet, dass der dickere Schenkel, der an Innenut 5.1 angrenzt, radial außen liegt, während der dickere Schenkel, der an Außennut 5.2 angrenzt, radial innen liegt.
Profilring 5 ist ferner mit Umfangsrippen 5.3 versehen. Diese sind sägezahnartig gestaltet.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Profilringes lässt sich generell wie folgt definieren: Er ist derart gestaltet, dass er in beiden axialen Richtungen jeweils durch Aufspreizen zweier Schenkel druckunterstützt abgedichtet wird. Dabei bildet jeweils der dickere Schenkel eine relativ große Abstützfläche. Der dünnere Schenkel ist zweckmäßigerweise verkürzt, so dass er nicht beschädigt werden kann.

1.: Gehäuse
1.1: Einlassstutzen
1.2: Auslassstutzen
2: Kugel
2.1: Schalt-Welle
2.2: Bohrung
3: Sitzring
4: Dichtring
5: Profilring
5.1: Innennut
5.2: Außennut
6: Kammer
6.1: zylindrische Begrenzungsfläche
6.2: zylindrische Begrenzungsfläche
6.3: achssenkrechte Fläche
6.4: achssenkrechte Fläche
7: Strömungsachse

Claims

Absperrvorrichtung zum Absperren einer Rohrleitung; 1.1 mit einem Gehäuse (1); 1.2 mit einem Einlassstutzen (1.1); 1.3 mit einem Auslassstutzen (1.2); 1.4 mit einer Kugel (2), die vom Gehäuse (1) umschlossen ist, eine Bohrung (2.2) zum Hindurchführen eines in der Rohrleitung strömenden Mediums aufweist, und die um eine zur Strömungsachse senkrechte Achse zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verdrehbar ist; 1.5 es ist im Bereich eines jeden Endes der Durchgangsbohrung (2.2) der Kugel (2) ein Sitzring (3) vorgesehen, der koaxial zur Durchgangsbohrung (2.2) angeordnet ist und einen Dichtring (4) trägt, der gegen die Umfangsfläche der Kugel (2) andrückbar ist; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.6 jeder Sitzring (3) bildet zusammen mit dem Gehäuse (1) eine Dichtkammer (6) zur Aufnahme eines Profilringes (5); 1.7 der Profilring (5) weist eine gegen die Kugel (2) hin offene Innennut (5.1) und eine dieser gegenüberliegende Außennut (5.2) auf.
Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 2.1 die Dichtkammer (6) ist im Axialschnitt rechteckig; 2.2 die Dichtkammer (6) ist begrenzt durch – eine radial innere Zylinderfläche (6.1) des Sitzringes (3) – eine radial äußere Zylinderfläche (6.2) des Gehäuses (1) – eine zur Strömungsachse (7) annähernd senkrechte, der Kugel (2) nahe Fläche (6.3) des Sitzringes (3) – eine zur Strömungsachse (7) annähernd senkrechte, der Kugel (2) ferne Begrenzungsfläche (6.4) des Gehäuses (1).
Absperrvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 3.1 der Profilring (5) ist wenigstens annähernd rechteckig; 3.2 die der Kugel (2) nahe Innennut (5.1) liegt auf einem größeren Radius, als die der Kugel (2) ferne Außennut (5.2), so dass durch die beiden Nuten (5.1, 5.2) jeweils ein dünnerer und ein dickerer Schenkel aus dem Profilring (5) gebildet ist.
Absperrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden dünneren Schenkel gegenüber den beiden dickeren Schenkeln in axialer Richtung verkürzt sind.
Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jene Außenflächen des Profilringes (5), die den zylindrischen Begrenzungsflächen (6.1, 6.2) zugewandt sind, konkav sind.
Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilring aus Polyurethan, Polyamid, PTFE oder einem anderen Kunststoff besteht.