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Hahn mit einem drehbaren Küken und einer Gehäuseauskleidung Die Erfindung
betrifft einen Hahn mit einem drehbaren Küken, das quer zu seiner Drehachse mit
einer Bohrung versehen ist, sowie mit einer das Küken umgebenden, dieses gegen das
Gehäuse abdichtenden Gehäuseauskleidung aus elastischem Werkstoff, die an der Ein-
und Austrittsseite entsprechende, verstärkungsfreie Öffnungen besitzt, so daß der
Ein- und Austrittskanal des Gehäuses, die Öffnung in der Auskleidung und die Bohrung
des Kükens in der geöffneten Stellung einen Durchtrittskanal bilden.
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Hahnventile aus solchen Kunststoffauskleidungen besitzen den Nachteil,
daß das den Eintrittskanal umgebende Auskleidungsmaterial durch den Leitungsdruck
in die Kükenbohrung hineingedrückt wird und dann bei Verdrehung des Kükens abgeschert
oder in anderer Weise verformt wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil zu beseitigen.
Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß der Durchtrittskanal in an sich bekannter Weise
so geformt ist, daß bei der Schließbewegung des Kükens die Austrittsseite früher
und stärker gedrosselt wird als die Eintrittsseite.
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Es sind bereits Hähne ohne Dichtbuchse bekannt, bei denen der Abflußkanal
bereits abgesperrt ist, während der Zuflußkanal und der Kükendurchflußkanal aus
hydrodynamischen Gründen noch miteinander in Verbindung stehen, um so jegliche Turbulenz
und die damit verbundenen Strömungsverluste zu vermeiden. Auch ist es bekannt, Dichtbuchsen
von Hähnen im Bereich der Durchflußöffnung mit metallischen Einsätzen zu versehen,
doch besitzen derartige Hähne den Nachteil, daß sie leichter undicht werden und
die Drehung des Kükens in der Dichtbuchse gegenüber solchen Hähnen erschweren, bei
denen die Dichtbuchse vollständig aus Kunststoff, wie etwa Polytetrafluoräthylen
besteht. Demgegenüber hat ein Hahn nach der Erfindung den Vorteil, daß metallische
oder sonstige Einsätze entfallen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen.
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Aus der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung werden
Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich.
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F i g. 1 ist ein Schnitt durch einen ausgekleideten Hahn in Schließstellung
entlang der Linie 1-1 in F i g. 2; F i g. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2
in F i g. 1 in teilweise geschlossener Stellung, wobei eine unerwünschte Verformung
der Auskleidung in gestrichelten Linien dargestellt ist; F i g. 3 ist ein der F
i g. 2 ähnlicher Teilschnitt eines Hahns, jedoch mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten
Küken; F i g. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 3 eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Hahns; F i g. 5 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g.
3, jedoch in kleinerem Maßstab, eine weitere Konstruktion nach der Erfindung; F
i g. 6 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 5 eine Ausbildung gemäß der Erfindung;
F i g. 7 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 einen Hahn gemäß der Erfindung;
der Schnitt verläuft entlang,der Linie 7-7 in der F i g. 9; F i g. 8 ist eine Ansicht
des Hahns gemäß F i g. 7 von rechts, teilweise geschnitten; F i g. 9 ist ein Schnitt
entlang der Linie 9-9 in F i g. 7 bei Drosselstellung; F i g. 10 ist eine ähnliche
Darstellung wie F i g. 7; F i g. 11 ist ein Schnitt entlang der Linie 11-11 in F
i g. 10 in Drosselstellung.
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Der übliche Hahn nach den F i g. 1 und 2 weist ein Gehäuse 20 mit
einer konischen Querbohrung 21
auf, die vom Eintrittskanal 22 und
vom Austrittskanal 23 angeschnitten wird. Jedes Ende der Querbohrung 21 weist eine
Ansenkung auf, so daß zwei Schultern 26 und 27 gebildet werden.
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In der Bohrung bendet sich eine Auskleidung 30, beispielsweise aus
Polytetrafluoräthylen, deren größeres Ende eine Schulter 31 aufweist, die an der
Schulter 26 am größeren Ende der Bohrung 21 anliegt. Die Auskleidung 30 ist mit
Öffnungen 32 und 33 versehen, die mit den Kanälen 22 und 23 im Gehäuse 20 fluchten,
und wird durch einen Deckel 35 festgehalten, dessen Rand 36 über eine Dichtmembran
37 den Flansch 31 festklemmt; der Deckel 35 ist am Gehäuse 20 mit Schrauben 38 befestigt.
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Das Küken 40 ist wie die Auskleidung 30 konisch geformt. Es weist
eine Bohrung 41 mit dem Einlaß 42 und dem Auslaß 43 auf. Der Deckel 51 trägt eine
Stopfbuchsenbrille 55 mit einer Schulter 56, die an den ebenen Flächen 52 der Welle
50 zur Anlage kommen kann. um die Drehbewegung des Kükens 40
auf 90-' zu begrenzen
und damit die öffnungs- und die Schließstellung festzulegen.
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F i g. 2 zeigt das Küken 40 in teilweise geschlossener Drosselstellung.
In dieser Stellung ist der Strömungsquerschnitt von den Eintrittskanälen 22 und
32 in die Bohrung 41 etwa gleich dem Strömungsquerschnitt von 41 zu den Austrittskanälen
23 und 33. Infolge der Einschnürung am Einlaß 42 konzentriert sich der gesamte Leitungsdruck,
insbesondere bei größeren Hähnen, auf denjenigen Teil der Auskleidung, der über
dem Einlaß 42 liegt, wodurch ihr Werkstoff in der Weise, wie es in F i g. 2 in gestrichelten
Linien dargestellt ist, in die Bohrung 41 hineingebogen wird. Wenn nun das Küken
40 in seine Schließstellung bewegt wird, so wird dieser eingebogene Teil der Auskleidung
im Hahnkanal festgeklemmt und teilweise oder ganz abgeschert.
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Gemäß F i g. 3 sind das Gehäuse 20 und die Auskleidung 30, die nur
teilweise gezeigt sind, identisch mit den entsprechenden Teilen der F i g. 1 und
2. Das Küken 60 ist ähnlich dem Küken 40 und weist eine Bohrung 61 mit Einlaß 62
und Auslaß 63 auf, die zwischen den Wänden 65 und 66 der Bohrung 61 liegen. Der
Einlaß 62 der Bohrung 61 ist bei 67 an der Wand 66 erweitert, so daß die Umfangserstrekkung
und die Dichtfläche der Wand 65 größer ist als die der Wand 66.
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F i g. 3 zeigt das Küken 60 in einer Drosselstellung. Da jedoch die
Wand 66 schmaler ist als die Wand 65, ist der Strömungsquerschnitt von den Eintrittskanälen
22 und 32 in die Bohrung 61 hinein beträchtlich größer als der Strömungsquerschnitt
aus der Bohrung 61 in die Austrittskanäle 23 und 33. Der hauptsächliche Druckabfall
erfolgt deshalb am Auslaß 63 der Bohrung 61, während das Innere der Bohrung und
die Eintrittskanäle 22 und 32 praktisch unter dem gesamten Leitungsdruck bleiben.
Infolgedessen ist der Druck innerhalb der Auskleidung 30 gleich Groß oder größer
als außerhalb derselben, so daß die Auskleidung nicht verformt und eine Beschädigung
derselben bei Verdrehung des Kükens in die Schließstellung verhindert wird.
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F i g. 4 zeigt eine Konstruktion, die sich von der in F i g. 3 dargestellten
lediglich darin unterscheidet, daß das Küken 70 so ausgebildet ist, daß wahlweise
jeder der Gehäusekanäle 22 und 23 als Eintrittskanal dienen kann. Die Bohrung 71
besitzt Endteile 72 und 73 zwischen Wänden 75 und 76, und die Wand 75 weist die
gleiche Formgebung auf wie die Wand 65 in F i g. 3. Die Wand 76 ist jedoch, verglichen
mit der Wand 75, in ihrer Umfangserstrekkung symmetrisch verkleinert, so daß bei
77 und 78 an beiden Enden der Bohrung 71 Erweiterungen geschaffen werden.
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In F i g. 4 ist in ähnlicher Weise wie in den F i g. 2 und 3, der
Gehäusekanal 22 als Eintrittskanal dargestellt.
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Falls die Strömungsrichtung umgekehrt werden soll, so muß die Drehbegrenzung
so verstellt werden, daß die Schließbewegung entgegen der Uhrzeigerrichtung erfolgt.
In diesem Fall schließt dann die Wand 75 die Kanäle 22 und 32, während die Kanäle
23 und 33 in offener Verbindung mit der Bohrung 71 bleiben, und zwar über die Erweiterung
bei 78, so daß strömungsoberhalb des Endteils 72 praktisch konstante Druckverhältnisse
aufrechterhalten werden.
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F i g. 5 zeigt eine in ihrer Wirkungsweise der in F i g. 3 beschriebenen
ähnliche Konstruktion. Das Küken 80 weist eine Bohrung 81 mit Endteilen
82
und 83 zwischen den im Querschnitt identischen Wänden 85 und 86 auf. Die
Wand 86 ist mit einem Entlastungskanal 88 versehen, der von der Bohrung 81
ausgeht, und auf einer Seite eines zur Mittellinie der Bohrung 81 senkrecht liegenden
Durchmessers liegt. Die Wirkung dieses Entlastungskanals 88 ist ähnlich derjenigen
der Erweiterung der Bohrung 71 bei 67 nach F i g. 3, weil dann, wenn sich das Küken
in einer Drosselstellung gemäß F i g. 5 befindet, der Kanal 88 die Ouerschnittsfläche
der unmittelbaren Verbindung zwischen der Bohrung 81 und den Eintrittskanälen 22
und 32 vergrößert. Die außermittige Anordnung des Kanals 88 ermöglicht eine Herstellung
der gewünschten Druckdifferenzbedingungen, da dieser Kanal derart angeordnet ist,
daß er zu den Eintrittskanälen 22 und 32 hin zu öffnen beginnt, bevor die Austrittskanäle
23 und 33 durch die Wand 85 mehr als halb geschlossen worden sind.
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Die in F i g. 6 dargestellte Konstruktion ist in ihrer Wirkungsweise
ebenfalls ähnlich der in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen. Das Küken 40 ist
unverändert. Seine Bohrung 41 kann mit den Ein- und Austrittskanälen 22 und 23 in
Verbindung kommen. Jedoch weist die Auskleidung 90 eine Eintrittsöffnung 92 auf,
deren Strömungsquerschnitt größer ist als der des Eintrittskanals 22 und
der Bohrung 41,
wogegen die Austrittsöffnung 93 der Auskleidung die gleiche
Größe und Form hat wie der Austrittskanal 23 des Gehäuses 20. Infolgedessen
schließt in der in F i g. 6 dargestellten Drosselstellung des Kükens 40
die
Bohrung 41 an ihrem Austrittsende 43, während ihr Eintrittsende 42 immer
noch über die vergrößerte Öffnung 92 in der Auskleidung 90 mit dem Eintrittskanal
22 verbunden ist, so daß auch hier die in Verbindung mit den F i g. 3 bis 5 geschilderten
Druckunterschiede aufrechterhalten werden.
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Die F i g. 7 bis 9 zeigen eine weitere Konstruktion eines mit einer
Auskleidung versehenen Hahns, bei dem man die Vorteile der Erfindung erhält, bei
dem die Strömungsdurchlässigkeit sämtlicher Kanäle aber gleich gehalten wird. Das
Gehäuse 100 weist eine konische Querbohrung 101 auf. Der Eintrittskanal
102 und der Austrittskanal 103 schneiden die Querbohrung 101 von einander gegenüberliegenden
Seiten aus an. Die einander gegenüberliegenden Enden der Bohrung 101 sind mit zweifach
angesenkten Teilen versehen, so daß zwei Paare von Schultern 106, 107
und
108, 109 gebildet werden, wie die F i g. 7 und 9 zeigen; die Auskleidung 110 liegt
auf den inneren Schultern 106 und 108 auf.
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Wie ein Vergleich zwischen den F i g. 7 und 9 am deutlichsten zeigt,
sind die beiden Kanäle 102 und 103 derart geformt, daß sich ihre Querschnittsfläche
von einem Kreis an ihren äußeren Enden zu einer langgestreckten, ovalen Form an
ihren inneren Enden verändert. Zudem ist der Eintrittskanal 102 in Richtung der
Mittellinie der Bohrung 101 schmäler und in Querrichtung breiter als der Austrittskanal
103. Vorzugsweise sind die Querschnitte der Kanäle 102 und 103 gleich, und die Auskleidung
110 ist mit in ähnlicher Weise geformten Ein- und Austrittsöffnungen 112
und 113 versehen. Das Gehäuse 100 ist mit einem unteren Deckel
115 versehen, der mit seinem Rand unter Zwischenschaltung einer Dichtmembran
117 die Auskleidung 110 gegen die Schulter 106 festklemmt. Das Gehäuse
100 und die Auskleidung 110
haben einander entsprechende Rippen 118
und 119, die in Längsrichtung ihrer aneinander anliegenden Oberflächen verlaufen
und eine Sicherung der Auskleidung gegen Verdrehung gegenüber dem Gehäuse bewirken.
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Das Küken 120 weist eine Bohrung 121 auf, deren Form derart gewählt
ist, daß sein Eintrittsende 122 der Öffnung 112 der Auskleidung und sein Austrittsende
123 der Öffnung 113 in der Auskleidung entspricht. Infolgedessen sind die Wände
125 und 126 von gleichem Querschnitt; jedoch konvergieren ihre Innenflächen, wie
dies der mittige Querschnitt gemäß F i g. 8 zeigt, in Strömungsrichtung, und die
Bohrung 121 weist eine entsprechend konische Form auf. Infolge dieser Ausbildung
ist eine wesentlich kleinere Drehbewegung des Hahns erforderlich, damit die Wand
125 die Öffnung 113 schließt, als für das Schließen der Öffnung 112 durch die Wand
126. Infolgedessen erfolgt dann, wenn der Hahn sich in einer Drosselstellung nach
F i g. 8 befindet, der Hauptdruckabfall am Austrittsende 123 der Bohrung 121, während
das Innere derselben praktisch auf dem gleichen Druck wie der Eintrittskanal 102
gehalten wird.
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Die F i g. 7 und 9 zeigen außerdem eine andere mechanische Anordnung
zur Begrenzung der Drehbewegung des Kükens 120 bezüglich der Drehrichtung und des
Drehwinkels. Die Welle 130, das Befestigungsteil 131 und die Flachstellen 132 an
der Welle 130 entsprechen den hiermit ähnlichen Teilen in F i g. 1. Die Köpfe
der Befestigungsschrauben 137 dienen als Begrenzungsanschläge für die Drehbewegung
eines Hebels 140. Dieser Hebel weist nach unten ragende Nasen 141 auf, deren Bemessung
derart gewählt ist, daß sie an den Schraubenköpfen zur Anlage kommen und auf diese
Weise die Schwenkbewegung des Hebels und damit des Kükens auf etwa 90° begrenzen.
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Die F i g. 10 und 11 zeigen einen Hahn, der dem in F i g. 7 bis 9
gezeigten ähnlich ist, sich hiervon aber in erster Linie dadurch unterscheidet,
daß das Gehäuse 150 an einem Ende der konischen Bohrung 151 durch einen mit
dem gegossenen Ventilgehäuse einteiligen Abschnitt abgeschlossen ist. Es sind ein
Eintrittskanal 152 und ein Austrittskanal 153 vorgesehen, die die
Querbohrung 151 von entgegengesetzten Seiten anschneiden. Das obere Ende der Bohrung
151 ist mit einer Ansenkung versehen, durch die eine Ringschulter 156 gebildet wird.
Die Gehäusekanäle 152 und 153 sind in ähnlicher Weise geformt, wie die nach den
F i g. 7 bis 9. Die Auskleidung 160 ist mit entsprechend geformten Ein-und Austrittsöffnungen
162 und 163 versehen. Zusätzlich weisen das Gehäuse 150 und die Auskleidung 160
einander entsprechende Rippen 164 und 165 auf, die in Längsrichtung der Bohrung
151 verlaufen und die Auskleidung 160 gegen Verdrehung gegenüber dem Gehäuse sichern.
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Das Küken 170 gemäß den F i g. 10 und 11 ist in entgegengesetzter
Richtung wie das Küken 120 konisch geformt, entspricht diesem aber im übrigen in
der Beziehung, daß seine Bohrung 171 im Querschnitt derart verläuft, daß sie ein
Eintrittsende 172, das mit der in der Auskleidung vorgesehenen Öffnung 162 fluchtet,
und ein Austrittsende 173, das mit der Öffnung 163 der Auskleidung fluchtet, bildet;
dementsprechend weist die Bohrung 171 eine konische Form auf. Die Arbeitsweise dieses
Hahns ist infolgedessen genau die gleiche wie die des in Verbindung mit den F i
g. 7 bis 9 beschriebenen.