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Hahn mit kegeligem, durch das Medium in seinen Sitz gedrückten Küken
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hahn mit kegeligem Küken, das drehbar und um
eine begrenzte Strecke axial verschiebbar in dem Hahngehäuse angeordnet ist, wobei
das schmale Ende des Kükens von einer mit einem unter Druck stehenden Schmiermittel
gefüllten Kammer umgeben ist und eine Spindel trägt, die durch die Kammer und eine
Bohrung des Hahngehäuses abgedichtet nach außen ragt, während auf das gegenüberliegende
breite Ende des Kükens der Leitungsdruck einwirkt, wobei das Medium in eine zwischen
Kükenende und Gehäuse befindliche, mit dem Durchfluß verbundene Druckkammer eintritt.
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Durch die Einwirkung des Leitungsdruckes auf das breite Kükenende
soll bei diesen Hähnen erreicht werden, daß das Strömungsmittel dazu beiträgt, das
Küken auf seinen Sitz zu drücken. Bei bekannten Hähnen dieser Art wirkt der Leitungsdruck
im all-Pmeinen auf die gesamte Fläche des breiten Küken endes ein. Zusätzlich ist
in manchen Fällen noch eine mechanische Vorrichtung zum Anpressen des Kükens auf
den Sitz vorgesehen. Solche Hähne sind dann geeignet, wenn der Leitungsdruck für
sich allein gerade oder nicht ganz zur Erzeugung der erforderlichen Kükenbelastung
ausreicht.
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Dagegen können diese bekannten Hähne dann nicht verwendet werden,
wenn der Leitungsdruck für sich allein bei Einwirkung auf die ganze Fläche des breiten
Kükenendes bereits eine zu große Kükenbelastung erzeugt. In diesem Fall hat man
bisher darauf verzichtet, den Leitungsdruck zur Unterstützung der Kükenbelastung
heranzuziehen, und man hat es vorgezogen, ausschließlich mechanische Mittel zur
Erzeugung der Kükenbelastung heranzuziehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Hähnen mit kegeligem
Küken, die auf der breiten Stirnfläche vom Medium beaufschlagt werden, um sie in
den Sitz zu drücken, den Anpreßdruck in erträglichen Grenzen zu halten, um Hähne
auch in Leitungen einbauen und zweckdienlich verwenden zu können, in denen die Medien
unter höheren Drücken gefördert werden.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß am breiten
Ende des Kükens in an sich bekannter Weise ein Zapfen angebracht ist, der aber abgedichtet
durch die Druckkammer verläuft und dessen Außenende dem Atmosphärendruck ausgesetzt
ist.
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Es ist bereits ein Hahn mit kegeligem Hahnküken bekannt, bei dem am
breiten Ende des Kükens, ein Zapfen angebracht ist; bei diesem Hahn wird aber nicht
der Druck des Mediums, sondern der Druck des Schmiermittels zum Beaufschlagen des
Kükens verwendet. Der erforderliche Schmiermitteldruck wird durch eine Preßschraube
erzeugt und ist somit vom Leitungsdruck unabhängig.
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Bei einem anderen bekannten Hahn geht der am Küken angebrachte Zapfen
durch eine unter Schmiermitteldruck stehende Kammer hindurch und ist mit seinem
Außenende dem Atmosphärendruck ausgesetzt; doch ist in diesem Fall das Küken zylindrisch,
so daß der Leitungsdruck nicht dazu beitragen kann, das Küken auf seinen Sitz zu
pressen.
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Demgegenüber wird es durch die Erfindung möglich, auch bei hohen Leitungsdrücken
den Anpreßdruck des Kükens ausschließlich durch die Einwirkung des Leitungsdrucks
auf das breite Kükenende zu erzeugen und dabei in gewünschten Grenzen zu halten.
Diese Wirkung entsteht dadurch, daß der Leitungsdruck nur auf die verbleibende ringförmige
Fläche des breiten Kükenendes einwirkt. Durch entsprechende Bemessung des Durchmessers
des Zapfens ist es dann ohne weiteres möglich, für jeden vorkommenden Leitungsdruck
den richtigen Anpreßdruck des Kükens genau zu bemessen.
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Eine bevorzugte Ausführung des Hahns nach der Erfindung besteht darin,
daß die Wand des Gehäuses, die die Druckkammer begrenzt, mit einer Bohrung versehen
ist, in die der am breiten Ende des Kükens angebrachte Zapfen wenigstens teilweise
eintritt.
In diesem Fall ist vorzugsweise zwischen dem am breiten
Ende des Kükens angebrachten Zapfen und der Gehäusewand eine Packung angebracht,
die aus einem O-Ring und einem L-förmigen Dichtring be-Stellt.
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Derartige Dichtungen sind zwar an sich bekannt, ermöglichen aber eine
besonderers günstige Abdichtung zwischen dem Zapfen und der Druckkammer.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hahn,
F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 vonFig. 1 und F
i g. 3 eine vergrößerte Teilansicbt der Abdichtung des in F i g. 1
gezeigten Hahns.
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Der in F i g. 1 gezeigte Hahn 10 hat ein Gehäuse
1.1 mit einem Durchfluß 13 für das Medium und ein kegeliges Küken
19. Im Gehäuse 11 sind ein oberer kegeliger Kükensitz 15 und
ein unterer kegeliger Kükensitz 17 angebracht. Der Durchfluß 21 des Kükens
ist in F i g. 1 mit gestrichelten Linien 22 angedeutet. Am Küken
19 sind eine obere und eine untere kegelige Lagerfläche 23 bzw. 24
angebracht, welche im oberen bzw. unteren Kükensitz 15 bzw. 17
des
Hahngehäuses sitzen. Am oberen Ende des Kükens 19 ist eine zylindrische Spindel
25 angebracht, die nach oben aus dem Hahngehäuse 11 herausragt und
mit einem Kopf 27 von rechteckigem Querschnitt versehen ist, an dem ein Werkzeug
zur Betätigung des Kükens angesetzt werden kann.
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Die Spindel 25 weist im Innern eine axiale Gewindebohrung
35 auf, welche über Querbohrungen 37 und 38 an ihrem unteren
Ende mit einer im Hahngehäuse gebildeten Schmiermittelkammer 39 in Verbindung
steht, welche das untere Ende der Spindel 25
und den oberen Teil der Lagerfläche
23 des Kükens umgibt. Mittels einer Schmiermittelschraube 43, welche einen
über die Spindel 25 hinausragenden Betätigungskopf 45 hat, kann in an sich
bekannter Weise das Schmiermittel in der Kammer 39 unter Druck gesetzt werden.
In der Oberfläche des Kükens 19 sind vier Längsnuten 46, 47, 48 und 49 angebracht,
welche um 90' gegeneinander versetzt sind. Die Sitzfläche 15 des Hahngehäuses
11 ist mit vier in gleichem Abstand voneinander angeordneten kurzen Längsnuten
52, 53, 54 und 55 versehen, welche von der Schmiermittelkammer39 nach
unten gehen. In der Sitzfläche 17 sind in gleichem Abstand voneinander vier
kurze Längsnuten 52', 53', 54' und 55' angebracht. Die Nuten52 bis
55 und die Nuten 52' bis 55' sind so angeordnet, daß sie in
jeder Grenzstellung des Kükens 19 jeweils einer der Nuten 46 bis 49 im Küken
gegenüberstehen (Fig. 2). Durch das Zusammenwirken dieser Nuten wird Schmiermittel
aus der Kammer 39 einerseits über den ganzen oberen Kükensitz 15 verteilt
und andererseits zu dem unteren Kükensitz 17 und einer in der Lagerfläche24
angebrachten Ringnut50 gefördert.
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Zur Abdichtung der Schmiermittelkammer 39 nach oben ist eine
Packung 57 vorgesehen, die aus einem Uförmigen Dichtring 59 und einem
im Winkel des Dichtrings 59 angeordneten O-Ring 61 besteht. Der eine
Schenkel des L-förmigen Dichtungsrings 59 liegt an der Spindel
25 rrtit solcher Passung an, daß eine relative Dreh- und Längsbewegung zwischen
diesen Teilen möglich ist, während sich der andere Schenkel an die obere Wand der
Kammer 39 anschmiegt, die durch eine Schulter 62 im Hahngehäuse
11 gebildet ist. Der O-Ring 61 füllt den verbleibenden Querschnitt
zwischen dem Uförmigen Dichtring 59 und der gegenüberliegenden Wand der Kammer
39 aus (F i g. 3).
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# Der L-förrnige Dichtring 59 ist vorzugsweise aus einem ziemlich
steifen, aber biegsamen Material von beschränkter Elastizität hergestellt, welches
einen niedrigen Reibungskoeffizenten gegenüber dem Metall der Spindel
25 aufweist. Hierfür eignen sich beispielsweise der Kunststoff Polytetrafluoräthylen.
aber auch Leder, Neopren und ähnliche Stoffe.
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Der O-Ring 61 kann in üblicher Weise aus natürlichem oder künstlichem
Kautschuk oder aus einem anderen geeigneten elastischen Material hergestellt sein.
Seine Innen- und Außendurchmesser sind so gewählt, daß er nach Einsetzen zu einem
ovalen Querschnitt verformt wird (F i g. 3).
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Am unteren Ende des Kükens 19 ist ein zylindrischer Zapfen
26 angebracht, der abgedichtet durch eine abgestufte Bohrung 66 in
eine Verschlußplatte 67 reicht. Die Verschlußplatte 67 ist mittels
Schrauben 69 abnehmbar am Hahngehäuse 11 befestigt und verschließt
das untere Ende des im Hahngehäuse gebildeten kegeligen Kükensitzes 17. Eine
Dichtungsscheibe 71 in der Verbindungsstelle zwischen dem Hahngehäuse und
der Verschlußplatte gewährleistet eine dichte Verbindung der beiden Teile.
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Zwischen der Oberseite der Verschlußplatte 67 und der unteren,
breiten Stirnfläche des Kükens 19 befindet sich eine ringförmige Druckkammer
78, welche den Zapfen 26 umgibt und über eine Bohrung 70 im
Küken mit dem Durchfluß 21 verbunden ist. In der Druckkaminer 78 herrscht
somit im Betrieb stets der Leitungsdruck.
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Nach unten ist die Druckkammer 78 durch eine Packung
65 abgedichtet, die zwischen dem Zapfen 26
und dem oberen, weiteren
Teil der Bohrung 66 eingesetzt ist. Diese Packung 65 hat den gleichen
Aufbau wie die zuvor beschriebene und in F i g. 3 genauer dargestellte Packung
57 an der Spindel 25.
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Der untere, engere Teil der Bohrung 66 ist so bemessen, daß
er den Zapfen 26 im Gleitsitz aufnimmt Zwischen dem unteren Ende des Zapfens
26 und dem Boden der Bohrung 66 ist ein Federtellerring
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eingefügt, der das Küken nach oben auf seinen Sitz drückt. Dieser Federtellerring
hält das Küken auch dann in der richtigen Lage, wenn der Hahn außer Betrieb ist.
Außerdem läßt er eine begrenzte Axialbewegung des Kükens zu, wenn dieses durch Erhöhung
des Schmiermitteldrucks geläftet wird. Zu diesem Zweck hat der Federtellerring vorzugsweise
eine annähernd konstante Kraftwegkennlinie, so daß die Bewegung des Kükens beim
Lüften schlagartig bis zum Anschlag erfolgt.
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Schließlich ist das untere Ende der Bohrung 66
durch eine weitere
Bohrung 79 kleineren Durchmessers mit der Atmosphäre verbunden, so daß das
untere Ende des Zapfens 26 dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Dies hat
zur Folge, daß der in der Druckkammer 78 herrschende Leitungsdruck nur auf
die den Zapfen 26 umgebende ringförmige Fläche der Kükenstirnfläche einwirkt.
Dieser Druck bestimmt den Anpreßdruck, mit dem das Küken auf seinen Sitz gedrückt
wird.
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Je nach Bemessung der beaufschlagbaren Flächen und je nach
dem Verhältnis zwischen Schmiermitteldruck
und Leitungsdruck kann
der Anpreßdruck des C
Kükens unabhängig vom Leitungsdruck gemacht oder ein
überwiegen des Leitungsdruckes erreicht werden.