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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrwegehahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (
US 3370612 A ).
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Mehrwegehähne sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Insbesondere im Untertagebau werden Mehrwegehähne, die beispielsweise als Kugelhähne ausgebildet sein können, dazu verwendet, um einen Hydraulikzylinder in zwei Richtungen fahren zu lassen und auch in einer Position zu halten. Die in diesem Zusammenhang bislang bekannten Kugelhähne bzw. Mehrwegehähne bauen relativ groß, da die Dichtsitze für die einzelnen Durchgangskanäle jeweils separat gefertigte Teile sind. Bei anderen Ausführungsformen sind zwar die Dichtsitze relativ klein konstruiert, jedoch wird hierbei der Dichtsitz bzw. die Dichtung relativ schnell zerstört.
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Aus der
US 3,108,779 A und der
US 3,336,938 A sind Dicht- oder Lagerkörper für Hähne bekannt, welche aus zwei Hälften aufgebaut sind und durch ein Scharnier, beispielsweise ein Filmscharnier, miteinander verbunden sind.
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In der
US 3,244,398 A oder der
DE 12 19 304 B sind geschlitzte Dichtkörper offenbart, die zum Einsetzen eines Schließkörpers elastisch aufgeweitet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mehrwegehahn der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei längerer Standzeit kompakt baut.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß erfolgt somit die Abdichtung des Schließelements nicht durch mehrere Dichtsitze sondern durch einen einzigen Dichtkörper, der das Schließelement umgibt. Da der Dichtkörper die Form eines Ringes aufweist, der an einer Stelle geöffnet ist, lässt sich der Dichtkörper etwas aufbiegen, um bei der Montage das Schließelement aufzunehmen. Durch Verwendung eines Materials mit ausreichender Elastizität federt der Dichtkörper anschließend wieder in seine Ausgangsstellung zurück, so dass das Schließelement in dem Dichtkörper aufgenommen ist.
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An der Stelle der Ringöffnung kann auf eine Abdichtung dann verzichtet werden, wenn der zugehörige Anschluss mit dem Rücklauf eines hydraulischen Systems in Verbindung steht, da der Raum außerhalb der Ringöffnung mit dem Rücklauf verbunden werden kann, um eventuelle Leckage aufzufangen.
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Der Dichtkörper weist eine den Anschlüssen entsprechende Anzahl an Durchgangsöffnungen auf, wobei eine Durchgangsöffnung durch die Ringöffnung gebildet ist. Auf diese Weise lässt sich die Ringöffnung, d.h. derjenige Umfangsabschnitt des Dichtkörpers, der einen Durchlass vom Äußeren des Ringes in das Innere des Ringes zulässt, nicht nur zur Montage des Schließelements in dem Dichtkörper heranziehen sondern diese Ringöffnung dient gleichzeitig als Durchgangsöffnung für Fluid.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform können von den Durchgangsöffnungen denen alle bis auf eine mit einem Dichtungselement versehen sein. Bei dieser Ausführungsform kann die Ringöffnung ohne Dichtungselement ausgebildet werden, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn der entsprechende Anschluss mit dem Rücklauf des hydraulischen Systems verbunden wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Außenkontur des Dichtkörpers so gewählt werden, dass sie nicht kreisrund ist. Auf diese Weise ist automatisch für eine Verdrehsicherung gesorgt. Alternativ müssten bei einer kreisrunden Außenkontur des Dichtkörpers Arretierelemente vorgesehen werden, um ein Verdrehen des Dichtkörpers innerhalb des Grundkörpers zu verhindern.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Dichtkörper eine oder mehrere Aussparungen aufweisen, die bei einem Auseinanderbiegen des Ringes, nämlich wenn das Schließelement in das Innere des Ringes eingesetzt wird, zum Abbau von Materialspannungen führen. Derartige Aussparungen können beispielsweise als Entspannungsbohrungen in zwei Eckbereichen des Dichtkörpers ausgebildet sein. Hierbei kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Aussparung bzw. die Aussparungen nach Montage des Schließelements in dem Dichtkörper zumindest teilweise verschlossen werden, beispielsweise indem ein Zylinderstift in die Entspannungsbohrung eingesetzt wird. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass der ringförmige Dichtkörper nach erfolgter Montage des Schließelements eine gewünschte Steifigkeit aufweist, um eine Abdichtung zu dem Schließelement zu ermöglichen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Schließelement einen im Wesentlichen kugelförmigen Abschnitt aufweisen, der in dem Dichtkörper formschlüssig montiert ist. Alternativ kann das Schließelement zylinderförmig ausgebildet und in dem Dichtkörper montiert sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Dichtkörper im Bereich zumindest einer Durchgangsöffnung ein Dichtmittel vorgesehen, das einen O-Ring und einen zugehörigen Stützring umfasst. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach eine Abdichtung zwischen Schließelement, Dichtelement und Grundkörper erzielen.
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Wenn zwischen dem Stützring und dem Dichtkörper weiterhin ein Spalt vorgesehen ist, kann dafür gesorgt werden, dass unter Druck stehendes Fluid eine Druckkraft zwischen dem Dichtkörper und dem Grundkörper aufbaut, so dass die Kraft, mit welcher der Dichtkörper an den einzelnen Anschlüssen an das Schließelement gedrückt wird, vom jeweiligen Druck abhängig ist.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch einen Mehrwegehahn;
- 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Linie II-II von 1;
- 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III von 1; und
- 4 eine Schnittansicht des Dichtkörpers der 1 bis 3.
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Mehrwegehahn mit einem Grundkörper 10, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Druckanschlüsse A, B, P und R aufweist. Hierbei kann auf bekannte Weise der Anschluss P mit dem Druckanschluss und der Anschluss R mit dem Rücklaufanschluss eines hydraulischen Systems verbunden werden. Die Anschlüsse A und B können mit einen Zylinderkolbenanschluss und einen Ringraumanschluss eines hydraulischen Zylinders verbunden werden.
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Weiterhin ist in 1 ein zusätzlicher Anschluss 12 für ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen. Da bei den meisten Anwendungen Überdruck nur auf einer Seite auftreten kann, kann diese Seite dann auf der Seite des Überdruckventils angeschlossen werden. Wie 1 zeigt, steht der Anschluss des Überdruckventils 12 mit dem Anschluss A in Verbindung.
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Im Inneren des Grundkörpers ist ein Schließelement 20 drehbar gelagert, das mit zwei Durchgangskanälen 16 und 18 versehen ist, um zwischen den in dem Grundkörper vorgesehenen Anschlüssen A, B, P und R Verbindungen herzustellen. Das Schließelement 20, das zumindest abschnittsweise die Form einer Kugel aufweist (vgl. 2 und 3), ist in einem Dichtkörper 14 gelagert, der die Form eines an einer Stelle geöffneten Rings (vgl. 4) aufweist.
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Wie insbesondere 4 verdeutlicht, weist der ringförmige Dichtkörper 14 im Querschnitt eine annähernd quadratische Außenkontur mit abgerundeten Ecken auf, so dass sich eine im Wesentlichen C-förmige Querschnittsform ergibt und zwischen den freien Enden des C eine Ringöffnung 15 gebildet ist. Weiterhin weist der Dichtkörper 14 neben der Ringöffnung 15 drei weitere Durchgangsöffnungen 22, 24 und 26 auf, die ein Durchströmen von Fluid vom Außenumfang des Dichtkörpers zum Innenumfang des Dichtkörpers ermöglichen. Im Inneren des Dichtkörpers 14, d.h. an dessen Innenkontur, ist der Dichtkörper mit einer sphärischen Innenwand 28 versehen, die komplementär zu dem kugelförmigen Abschnitt des Schließelements 20 ausgebildet ist. Die Ringöffnung 15 ist durch einen quaderförmigen Spalt gebildet, wohingegen die Durchgangsöffnungen 22, 24 und 26 durch eine zweistufige Bohrung gebildet sind, bei der eine erste Bohrung mit größerem Durchmesser am Außenumfang des Dichtkörpers 14 in eine zweite Bohrung mit kleinerem Durchmesser übergeht, die in das Innere des Dichtkörpers 14 mündet.
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Weiter verdeutlicht 4, dass in den beiden linken Ecken des Dichtkörpers 14 Aussparungen 30 und 32 vorgesehen sind, die als durchgehende Entlastungsbohrungen ausgebildet sind und die jeweils über eine Aussparung 31 bzw. 33 mit dem Außenumfang des Dichtkörpers 14 verbunden sind. Wie 4 verdeutlicht, kann durch diese Entlastungsbohrungen 30 und 32 der ringförmige bzw. C-förmige Dichtkörper im Bereich der Ringöffnung 15 aufgebogen werden, wobei die Aussparungen 30, 32 sowie 31 und 33 ein Auseinanderbiegen der freien Schenkel des Dichtkörpers 14 ermöglichen, da hierbei auftretende Materialspannungen abgebaut werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Dichtkörper 14 aus Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Dieses Material besitzt gute Dichteigenschaften und ermöglicht gleichzeitig ein elastisches Aufbiegen und Zurückfedern der freien Schenkel bzw. der Ringenden des Dichtkörpers 14, wenn das Schließelement 20 in diesen eingesetzt worden ist (vgl. 2). Nach der erfolgten Montage des Schließelements 20 in dem Dichtkörper 14 können die Entlastungsbohrungen 30 und 32 mit Hilfe eines Zylinderstifts 34 (vgl. 3) verschlossen werden, der mittels Presssitz in die Öffnungen 30 und 32 eingefügt wird. Hierdurch erhält der Dichtkörper 14 seine ursprüngliche Steifigkeit.
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Wie insbesondere 2 verdeutlicht, ist das Schließelement 20 mit seinem kugelförmigen Abschnitt in dem Dichtkörper 14 formschlüssig gehalten. An seiner Oberseite besitzt das Schließelement 20 einen Fortsatz 36, der mit einem Stellhebel 38 (vgl. 3) verbunden werden kann, so dass mit Hilfe des Stellhebels 38 das Schließelement relativ zu dem Dichtkörper 14 bzw. zu dem Grundkörper 10 um seine Drehachse X verdreht werden kann.
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1 zeigt ferner, dass in dem Dichtkörper 14 im Bereich der Durchgangsöffnungen 22, 24 und 26 jeweils ein Dichtmittel vorgesehen ist, das einen O-Ring 40 und einen zugehörigen Stützring 42 umfasst. Sowohl der O-Ring 40 wie auch der Stützring 42 sind in der jeweiligen Bohrung mit größerem Durchmesser untergebracht, wobei der Stützring 42 im Querschnitt L-förmig gestaltet ist und der O-Ring 40 an den beiden Schenkeln des L anliegt. Im fertig montierten Zustand liegt jeder Stützring 42 an dem Grundkörper 10 an und drückt den zugehörigen O-Ring 40 gegen den Dichtkörper 14, wodurch der O-Ring 40 etwas zusammengedrückt wird. Gleichzeitig ist jedoch der Stützring 42 so dimensioniert, dass in diesem Zustand zwischen dem Dichtkörper 14 und der gegenüberliegenden flachen Seite des Stützkörpers 42 ein kleiner Spalt 44 (vgl. 2) vorhanden ist, durch den unter Druck stehendes Fluid von der Durchgangsöffnung zu dem O-Ring 40 gelangen kann.
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Auf der Seite des Grundkörpers 10 ist jeder Stützring 42 an seinem Außenumfang mit einer Anfasung 46 versehen, so dass die hydraulisch wirksame Fläche des Stützrings 42 auf der Seite des Grundkörpers 10 geringer als die entsprechende hydraulisch wirksame Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Stützrings 42, d.h. auf der Seite des Dichtkörpers 14 ist. Wenn somit Fluid unter Druck in den Bereich der Durchgangsöffnungen gelangt, kann dieses durch den Spalt 44 zwischen Dichtkörper 14 und Stützring 42 gelangen und Druck auf den O-Ring 40 ausüben, der dann den Dichtkörper 14 mit der entsprechenden Kraft gegen das Schließelement 20 drückt. Mit zunehmendem Druck erhöht sich somit die Dichtwirkung.
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Schließlich ist in 3 erkennbar, dass das Dichtelement 14 an seiner Unterseite mit einer Tasche 54 versehen ist, die eine Strömungsverbindung zwischen der Ringöffnung bzw. Durchgangsöffnung 15 und einer Bohrung 52 bildet, die zum Rücklaufanschluss R führt.
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In der in 1 dargestellten Stellung des Mehrwegehahns ist der Druckanschluss P über die Durchgangsöffnung 24, den Durchgangskanal 16 und die Durchgangsöffnung 26 mit dem Anschluss A verbunden. Der Anschluss B steht über eine Bohrung 50, die Durchgangsöffnung 22, den Durchgangskanal 18 und die tiefer liegende Bohrung 52 mit dem Rücklauf R in Verbindung. Durch Drehung des Schließelements 20 im Uhrzeigersinn um 90° kann der Druckanschluss P mit dem Anschluss B und der Anschluss A mit dem Rücklauf R verbunden werden. Durch eine Drehung um nur 45° im Uhrzeigersinn lassen sich sämtliche Verbindungen verschließen.
