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Hahn mit Kükenentlastung Die Erfindung bezieht sich auf einen Hahn,
bei dem zur Entlastung des Kükens die Dichtfläche zwischen Hahngehäuse und Küken
durch vom Zulaufdruck belastete Ausnehmungen unterbrochen ist.
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Bei diesem bekannten Hahn sind die Ausnehmungen so angeordnet, daß
sie sich in der Schließlage des Kükens auf der Ablaufseite des Hahngehäuses befinden
und der sich in ihnen aufbauende Druck dem Druck entgegenwirkt, welcher das Küken
von der Zulaufseite her belastet. Das Küken kann auf diese Weise zwar leichtgängig
gehalten werden, verliert dabei aber die für einen dichten Abschluß erforderliche
Anpressung an die Dichtfläche auf der Ablaufseite seines Sitzes. Hähne dieser Art
können also, besonders bei ihrer Verwendung in Hochdruckleitungen, nicht dicht schließen.
Sie geben dem das Küken in dessen Schließlage mehr oder weniger stark umfließenden
Druckmittel außerdem die Möglichkeit, den zwischen Sitz und Mantelfläche des Kükens
liegenden Schmierfilm auszuwaschen und fortzuspülen, dessen Fehlen dann die Dichtheit
des Hahnes weiterhin vermindert, die Korrosionsgefahr für die Dichtflächen erhöht
und die erstrebte Leichtgängigkeit des Kükens beeinträchtigt.
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Es hat sich gezeigt, daß Hähne nach längeren Standzeiten unter einseitigem
Druck ein erhebliches Moment für das Losbrechen des Kükens aus seiner Schließlage
erfordern und besonders bei Hähnen in Hochdruckleitungen das Küken oft nur unter
Gewaltanwendung und nicht ohne Beschädigung in die Offenstellung bewegt werden kann.
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Es gibt bereits Hähne, bei denen diesem Nachteil dadurch abgeholfen
werden soll, daß vor der Bewegung des Kükens in die Offenstellung die Zulauf-Seite
des Hahnes über eine ventilgesteuerte Entlastungsleitung mit seiner Ablaufseite
verbunden wird. Die bekannten Einrichtungen dieser Art ergeben aber einen zu langsamen
und nicht ausreichenden Abbau der einseitigen Belastung des Kükens und erfordern
baulich einen zu hohen Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei insbesondere für Hochdruckleitungen
bestimmten Hähnen einerseits in der Schließstellung des Kükens dessen Anpressung
an die Ablaufseite des Hahngehäuses aufrechtzuerhalten und jeden unerwünschten Durchfluß
auf dieser Seite der Dichtfläche zu verhindern, andererseits aber das für die Bewegung
des Kükens in seine Offenstellung aufzuwendende Moment zu verkleinern.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausnehmungen
als Kammern ausgebildet sind, welche bei in der Schließstellung befindlichem Küken
auf der die Einmündung der Zulaufleitung aufnehmenden Seite der Dichtfläche liegen
und an eine zur Entlastung des Kükens an sich bekannte ventilgesteuerte Leitung
anschließbar sind.
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Dadurch wird in bezug auf die Dichtwirkung des Hahnes der Vorteil
erreicht, daß bei geschlossenem Hahn die Dichtfläche auf der Ablaufseite frei von
Unterbrechungen ist, das Küken infolgedessen unter der Einwirkung des auf ihm lastenden
Differenzdruckes mit voller Mantelfläche nach der Ablaufseite hin abschließt und
daß auch die von den Ausnehmungen beanspruchte Fläche der dem Zulaufstutzen zugekehrten
Seite des Kükenmantels für die Anpressung des Kükens an den. ablaufseitigen Teil
der Dichtfläche voll wirksam bleibt.
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Für die Leichtgängigkeit des Kükens ist die Erfindung insofern von
Vorteil, als sich bei Freigabe der ventilgesteuerten Entlastungsleitung die vom
Zulaufdruck belastete Fläche des Kükenmantels auf der Zulaufseite um die Projektion
der= von den Ausnehmungen bedeckten Dichtflächenteile vermindert und das Küken dann
durch den auf seiner Ablaufseite wirksam bleibenden Druck nach der Zulaufseite hin
verdrängt und in den Gleichgewichtszustand gebracht wird. Dieser Zustand ergibt
sich bei entsprechender Bemessung der Ausnehmungen und der Entlastungsleitung sofort
und unter sogar schlagartiger Ablösung des Kükens von der Ablaufseite der Dichtfläche,
so daß auch nach langer Standzeit unter einseitiger Belastung das Küken leicht in
die Offenstellung bewegt werden kann.
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Die nach der Erfindung vorgesehenen Ausnehmungen der Dichtfläche können
je nach den räumlichen Verhältnissen oder der Bauart des Hahnes aus mehreren, durch
eine oder mehrere Leitungen miteinander verbundenen Kammern bestehen oder zu einem
die Einmündung der Zulaufleitung umschließenden Raum vereinigt sein. Sie können
wahlweise in der Innenwandung des Hahngehäuses
oder in der Mantelfläche
des Kükens liegen oder auch so ausgebildet sein, daß sich Ausnehmungen der Dichtflächen
des Kükens und des Gehäuses zu Kammern ergänzen.
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Zweckmäßig werden die Ausnehmungen bzw. Kammern in der Mantelfläche
des Kükens allein angebracht. Das hat den Vorteil, daß sich auch in Leitungen bereits
eingebaute Hähne nachträglich ahne Ausbau oder bauliche Änderung durch Austausch
des Kükens mit der Entlastungseinrichtung nach der Erfindung ausstatten lassen.
Ebenso können dann lediglich durch Versetzung des Kükens um 180° die Hähne von der
einen auf die andere Durchflußrichtung umgestellt werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch den Hahn
bei in der Schließlage befindlichem Küken, F i g. 2 einen zu dem Schnitt nach F
i g 1 um 90`' versetzten Schnitt.
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Das mit den Anschlußstutzen 1 und 2 ausgestattete Hahngehäuse
3 nimmt das um 90° drehbare Küken 4 auf. Das Gehäuse 3 ist durch eine Metallmembran
5 abgedichtet und durch den Deckel 6 abgeschlossen. Das Küken 4 wird durch die unter
der Einwirkung der Stellspindel8 stehende Kugel 7 abgestützt. Zur Drehung des Kükens
4 dient die Spindel 9, deren Vierkant in den Ausgleichsring 10 eingreift.
Der Ausgleichsring 10 übergreift eine Kopfleiste 11 des Kükens 4 mit einem derartigen
Spiel, daß die Spindel e vor Einleitung der Drehung des Kükens eine Leerlaufbewegung
ausführt.
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Die Mantelfläche des Kükens 4 ist durch zwei Kammern 12 und
13 unterbrochen, welche durch die Leitung 14 miteinander verbunden sind.
Diese Kammern sind so angeordnet, daß sie sich bei geschlossenem Hahn auf der den
Zulaufstutzen 1 tragenden Seite des Gehäuses 3 befinden. Sie können in Anzahl, Form
und Verteilung beliebig gewählt und gegebenenfalls zu einem die Einmündung der Zulaufleitung
umschließenden Raum vereinigt werden. Ihre Bemessung ist so gehalten, daß flächenmäßig
ihre Projektion auf die Dichtfläche etwa zwischen der Hälfte und dem Zweifachen
des Durchgangsquerschnittes des Kükens liegt, zweckmäßig aber größer als diese Querschnittsfläche
ist.
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Durch das Küken 4 ist eine Leitung 15, 16 so hindurchgeführt,
daß sie bei in der Schließstellung befindlichem Küken im Ablaufstutzen 2 des Gehäuses
3 mündet. Das kugelförmige Hilfsventilverschlußstück 17 eines in der Leitung
15, 16 angeordneten Entlastungsventils wird durch eine Feder und den in den
Kammern 12 und 13 herrschenden Druck in der Schließlage gehalten.
Das Öffnen des Entlastungsventils erfolgt selbsttätig von der Betätigungsspindel
9 aus unter Ausnutzung des vor der Bewegung des Kükens in seine Offenstellung ablaufenden
Leerweges der Spindel. Zu diesem Zweck trägt das Küken 4
eine Schwenkscheibe
18, deren Mitnehmer 21 in eine Bohrung des Ausgleichsringes
10 eingreift. Die Schwenkscheibe 18 ist um den außermittig zur Kükenachse
angeordneten Bolzen 19 drehbar, in die Kopffläche des Kükens eingelassen und an
ihrem die Kopfleiste 11 untergreifenden Ende mit einer Steuerfläche 20 ausgestattet.
Diese Steuerfläche wirkt bei der Schwenkung der Scheibe 18 über Zwischenkugeln im
Öffnungssinn auf das Hilfsventilverschlußstück 17 ein. Die Verwendung der Zwischenkugeln
an Stelle eines sonst üblichen Stößels ist deshalb vorteilhaft, weil sie sowohl
eine einwandfreie übertragung des Druckes als auch ein ständiges Freibleiben der
den Ventileinsatz durchgreifenden Bohrungen gewährleistet.
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Bei geschlossenem Hahn überwiegt der von der Zulaufseite her auf das
Küken 4 einwirkende Druck gegenüber dem Druck auf der Ablaufseite, wo die druckaufnehmende
Fläche der Gehäusewandung um den Querschnitt des Ablaufstutzens 2 vermindert ist.
Das hat zur Folge, daß das Küken unter Verdichtung des auf der Ablaufseite zwischen
Gehäusebohrung und Kükenmantel liegenden Schmierfilms nach dieser Seite hin verschoben
wird. Dadurch erweitert sich der Dichtspalt auf der Zulaufseite des Kükens, so daß
das Druckmittel Zugang auch zu den durch das Hilfsventil 17 bis 21 gegen
die Ablaufseite abgeschlossenen Kammern 12 und 13 erhält, welche sonst mit der Zulaufseite
nicht in Verbindung stehen würden. Die von den Kammern bedeckte Fläche des Kükenmantels
auf der Zulaufseite trägt also mit zur Anpressung des Kükens an den ablaufseitigen
Teil der Dichtfläche bei. Nach längerer Standzeit nimmt besonders bei hohen Betriebsdrücken
die Flächenpressung in dem auf der Ablaufseite liegenden Teil der Dichtfläche Werte
an, welche die Bewegung des Kükens in die Offenstellung außerordentlich erschweren
und unter Umständen sogar unmöglich machen.
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Bei dem Hahn nach der Zeichnung ist nun das Leerlaufspiel des Ausgleichsringes
10 gegenüber der Kopfleiste 11 des Kükens so bemessen, daß bei der Drehung
der Spindel 9 im Öffnungssinn zunächst die Schwenkscheibe 18 das Hilfsventilverschlußstück
17 in die Offenstellung bringt. Dadurch wird über die Leitung 15, 16 der
Zulaufdruck in den Kammern 12,
13 nach der Ablaufleitung hin entspannt und
infolge der so entstehenden Verminderung der vom Zulaufdruck belasteten Fläche um
die Projektion der drucklos gewordenen Kammern das Küken von einseitigem Druck entlastet.
Dieser Vorgang tritt bei entsprechender Bemessung der Kammern und der Entlastungsleitung
sofort und sogar schlagartig ein. Bei Fortsetzung der Drehung der Spindel
9 läßt sich dann die Bewegung des Kükens in die Offenstellung ohne besonderen
Widerstand einleiten und durchführen.
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Wenn bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel die Steuerung des Entlastungventils
durch die Betätigungsspindel 9 erfolgt, so schließt das nicht aus, daß die Erfindung
auch auf solche Hähne anwendbar ist, bei denen die Entlastungsleitung ein z. B.
von Hand gesondert zu steuerndes Ventil aufweist. Ebenso braucht die Entlastungsleitung
nicht unbedingt in den Ablaufstutzen zu münden. Sie kann statt dessen an einer geeigneten
Stelle frei aus dem Hahngehäuse herausgeführt werden. .