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Kugelhahn Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn, wie er vorzugsweise
in Leitungen größeren Durchmessers Anwendung findet, die Medien unter hohem Druck
führen.
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Bei bekannten Formen derartiger Kugelhähne ist das Abschließorgan,
wie schon der Name sagt, als Kugel ausgebildet oder weist zumindest in den dichtenden
Bereichen die Gestalt einer Kugeloberfläche auf. Die Kugeln sind dabei üblicherweise
mit zwei Zapfen im Gehäuse gelagert. Die Abdichtung der Durchflußbohrung erfolgt
entweder durch zwei im Gehäuse verschieblich gelagerte Abdichtbüchsen oder entsprechende
in der Kugel verschieblich gelagerte Dichtmittel.
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Bei Anwendung von im Gehäuse verschieblich gelagerten Abdichtbüchsen
können diese entweder durch ein zweites Handrad oder über mechanische oder hydraulische
Mittel, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Kugel gesteuert,
an die Kugel gepreßt werden.
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Erfolgt das Anpressen durch ein zweites Handrad, so kann sehr leicht
in der Bedienungsreihenfolge eine Verwechslung auftreten. Weiterhin kann ein, solcher
Kugelhahn nicht ohne erhebliche Sonderkonstruktionen ferngesteuert werden, da zu
seiner Betätigung ja zwei verschiedene Drehorgane in Bewegung gesetzt werden müssen.
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Die Möglichkeit, die seitlichen Abdichtbüchsen in Abhängigkeit von
der Drehbewegung der Kugel auf mechanischem Wege an die Kugel anzupressen, erfordert
außerordentlichen Aufwand, z. B. an Zahnradübersetzungen u. dgl., und ist in der
Praxis nicht anwendbar. Die Anwendung hydraulischer Steuerungsmittel zum Anpressen
der Dichtflächen in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Kugel ist bisher nur bei
in der Kugel eingelassenen und in dieser beweglichen Abdichtkörpern bekannt. Hierzu
sind jedoch sehr große Herstellungsgenauigkeiten notwendig, und bei auftretenden
geringsten Und'ichtigkeiten ist der Kugelhahn funktionsunfähig. Ferner sind entsprechend
der Größe der Oberfläche (Quersdhnittsfläche des Kugeldurchganges) große Schließkräfte
erforderlich.
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Eine weiterhin bekanntgewordene Ausführungsform mit seitlichen Abdichtbüchsen
sieht vor, diese mit Hilfe des Mediumdruckes ständig an der Kugeloberfläche in Anlage
zu halten. Dies hat jedoch einen erheblichen Reibungswiderstand beim Öffnen und
Schließen des Hahnes zur Folge. Es müssen also größere Drehmomente zur Betätigung
desselben aufgewandt werden. Weiterhin ist bei einem solchen Hahn eine Feinstbearbeitung
der Kugeloberfläche notwendig, schließlich wird die Dichtfläche durch den dauernden
Reibungsschluß rasch abgenützt. Außerdem muß eine solche Ausführungsform grundsätzlich
zwei Abdichtbüchsen aufweisen.
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Bei allen bisher bekanntgewordenen Ausführungsformen sind die Bewegungen
der Abdichtmittel in der Kugel oder der Abdichtbüchsen im Gehäuse in Abhängigkeit
von der Drehbewegung der Kugel nur derart durchgeführt worden, daß beim Öffnungsvorgang
die Dichtmittel von den Gegendichtflächen abgehoben und beim Schließvorgang auf
diese aufgepreßt wurden. Das bedeutet, daß bei geöffnetem Hahn die Abdichtbüchsen
oder sonstigen Abdichtmittel die Kugel nicht mehr berühren. Demgemäß sind die dichtenden
Flächen einer ständigen Beaufschlagung durch das den Hahn durchströmende Medium
ausgesetzt, so daß sich auf den Dichtflächen Ablagerungen bilden können, die ihrerseits
beim Schließen des Hahnes Undichtigkeiten zur Folge haben.
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Bei einem Hahn mit einem zylindrischen Küken, also nicht 'einem Kugelküken
wie bei der Erfindung, ist es schon bekannt, eine Antriebsspindel der Kupplung vorzusehen,
wobei die Kupplungselemente in Abhängigkeit von der sich auf- und abbewegenden und
zusätzlich eine Drehung ausführenden Antriebsspindel stehen. Durch die Auf- und
Abbewegung der Antriebsspindel kann nun das zylindrische Küken nur in Schließstellung
und nicht in Offenstellung abgedichtet werden. Letzteres wäre jedoch deshalb wichtig,
weil sich in dem nicht abgedichteten Spalt zwischen Küken und seitlicher Abdichtbüchse
Schmutz ablagern kann, so daß auf die Dauer eine gut funktionierende Abdichtung
in der Schließstellung gefährdet wäre. Bei größeren Dimensionen ist eine solche
Ausführungsform mit zylindrischen Küken weiterhin durch die gegebenen Bearbeitungsnotwendigkeiten
bei der Herstellung nicht mehr wirtschaftlich.
Man wird also hier
zur. Ausführung des Kükens als Kugelküken greifen. Bei der bekannten Ausführungsform
ist weiterhin durch die auf- und abgehende Kupplungsspindel ein fest zu montierender
elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb nicht anwendbar. Es ist ausschließlich
Handbetrieb möglich. Dies ist ebenfalls von Bedeutung, da solche Armaturen mit Handbetrieb
nur sehr beschränkte Einsatzmöglichkeiten bieten. Es wird- ganz allgemein gefordert,
daß derartige Absperrorgane fernbetätigt werden können, was einen der genannten
Antriebe voraussetzt. Schließlich müssen bei dem bekannten Schließorgan sämtliche
Teile in ihrer Funktion in Abhängigkeit von verschiedenen Bewegungsrichtungen rechtzeitig
zum Eingriff kommen, da die Kupplung starr wirkt. Dies setzt wiederum eine äußerst
genaue Bearbeitung und einen ebenso genauen Zusammenbau der Armatur voraus. Bei
auftretender Abnützung verschiedener Teile ist schließlich keine Nachstellmöglichkeit
gegeben.
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Schließlich ist ein Kugelhahn bekannt, welcher zwar durch entsprechende
Vorrichtungen in beiden Endstellungen selbsttätig abdichtet. Dieser Hahn ist auch
fernbedienbar, da zum Drehen des Kükens ein Elektromagnet vorgesehen ist. Die Steuerung
erfolgt hier jedoch über ein starres mechanisches Gestänge. Außerdem wird- hierbei
die Dichtung schon etwas vor Erreichen der jeweiligen Endstellung an das Küken gepreßt.
Er ergeben sich also dieselben Unzuträglichkeiten wie bei den übrigen vorstehend
beschriebenen Hähnen.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn
so auszubilden, daß er einmal ein geringes Drehmoment zum Schließen und Öffnen erfordert,
daß er weiterhin so ausgebildet ist, daß die vorgesehene seitliche Abdichtbüchse
die Kugel, wie schon bekannt, nur im öffnungs- und Schließzustand berührt, bei Durchführung
der öffnungs- und Schließbewegung der Kugel jedoch von deren Oberfläche abgehoben
ist. Schließlich ist es wünschenswert, die Abdichtbüchse in ihrer Berührungslage
zur Kugel von außen nachstellen zu können. Dabei sollen die Mittel zur Lösung der
Aufgabe möglichst einfach und zerstörunanfällig sein.
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Die Erfindung geht dabei von einem bekannten Kugelhahn aus, der, nur
eine einzige seitliche Abdichtbüchse aufweist, die beim Drehen der mit Drehzapfen
versehenen Kugel selbsttätig so bewegt wird, daß sie nur in Offen- und Schließlage
des Kükens an dieses angepreßt wird, wobei erfindungsgemäß der Drehzapfen der Kugel
mit einer Betätigungswelle über eine Drehmomentkupplung verbunden ist, die über
einen Winkelbereich von 90° wirksam ist, wobei weiterhin die Betätigungswelle eine
Kurvenlaufbahn mit zwei um mehr als 90° voneinander entfernten Nocken aufweist,
die einen Kolben steuern, der über ein inkompressibles Medium die Abdichtbüchse
beaufschlagt.
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Die Drehmomentkupplung zwischen Drehzapfen der Kugel und der Betätigungswelle
besteht vorzugsweise aus zwei Kugeln, die in radialen Bohrungen des Drehzapfens
geführt sind, unter Federkraft stehen und von Druckbolzen beaufschlagt werden, die
ihrerseits mit ihren inneren, schrägen Stirnflächen am Endkegel einer zentrisch
in der Betätigungswelle geführten Gewindespindel anliegen. Die Kugeln selbst wirken
mit Aussparungen in der Betätigungswelle zusammen. Zwischen den das inkompressible
Mediuni beaufschlagenden Kolben und- diesem Medium kann ein Federungselement geschaltet
sein, wegen des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Mediums.
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Zum Nachstellen des Anpreßdruckes der Abdichtbüchse sowie zur Einstellung
des vom inkompressib= len Medium einzunehmenden Raumes kann ein zusätzlicher, von
außen bedienbarer Kolben vorgesehen sein.
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Zum Lösen der Abdichtbüchse von der Kugel bei Betätigung, also Drehen
derselben, können Federn vorgesehen sein.
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Die ganze Druckkolbeneinrichtung, mit welcher der das inkompressible
Medium einnehmende Raum bemessen und sodann beaufschlagt wird, kann als seitlich
aus dem Gehäuse herausnehmbare Einheit ausgebildet sein.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Teilausschnitt aus dem Kugelhahngehäuse mit den
erfindungsgemäßen Einrichtungen, und zwar in einem senkrechten Schnitt durch die
Längsachse, in F i g. 2 ist ein Schnitt durch die F i g. 1 in Richtung der Linie
A-B wiedergegeben.
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In das einteilige Gehäuse 1 ist die Kugel 2 mit Durchschlußbohrung
3 eingebracht. Das Gehäuse 1 ist mit einem Deckel 1' beliebiger Ausführungsform
verschlossen.
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Die Kugel 3 setzt sich nach oben in einen angedrehten Zapfen 4 fort,
der in das untere Ende der Betätigungswelle 5 eingreift. Im Zapfen 4 sind als Drehmomentkupplung
Kugeln 6 in radialen Bohrungen geführt, die unter der Einwirkung von Druckbolzen
8 unter Zwischenschaltung von Federn, z. B. Tellerfederpaketen 7, beaufschlagt
werden. Die Druckbolzen 8 können über eine Gewindespindel 9, die zentrisch in der
Welle 5 untergebracht ist, und zwar unter Zusammenwirken des kegelförmig ausgebildeten
Endes derselben mit entsprechend schrägen, inneren Stirnflächen der Druckbolzen
8, radial nach außen gedrückt werden. Die Kugeln 6 wirken mit Aussparungen
10 an der Innenwandung der Welle 5 in dem Bereich, in welchem der Zapfen
4 in die Welle 5 ragt, zusammen.
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Das Zusammenwirken geschieht dergestalt, däß bei Beginn der Drehbewegung
des Wellenteiles 5 die Kugeln 6 in die genannten Aussparungen 10 einrasten,
so daß die Kugel t bis zu ihrem festen Anschlag, also um 90°, mitgenommen wird.
Bei Weiterdrehen des Wellenteiles 5 rasten die Kugeln 6 aus den Aussparungen
10 wieder aus und werden in die radialen Führungsbohrungen in dem Zapfen
4 zurückgedrückt.
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Das untere Ende der Welle 5 ist weiterhin mit einer Kurvenbahn 11
ausgestattet, die, wie aus F i g. 2 ersichtlich, zwei pockenartige Ausbuchtungen
an ihren beiden Enden aufweist. Die eine Ausbuchtung steht in axialer Fortsetzung
der Aussparungen 10. Die andere Ausbuchtung ist um einen 90° etwas überschreitenden
Betrag versetzt. Wird die Welle 5 gedreht, so betätigen diese beiden Nocken einen
Kolben 12, der seinerseits ein inkompressibles Medium 13 beaufschlagt. Zwischen
Kolben 12 und inkompressibles Medium 13 kann ein Federelement, z. B. Tellerfederpaket
14, geschaltet sein. Als inikompressibles Medium 13 wird z. B. eine plastische Kunststoffmasse
verwendet. Das inkompressibleMedium13 pflanzt den
durch den Kolben
12# auf ihn ausgeübten Druck auf die eine Stirnseite der Abdichtbüchse 15 weiter,
die so in Axialrichtung verschoben und zur Anlage an der Gegendichtfläche der Kugel
2 gebracht wird.
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Durch die Ausgestaltung der Kurvenbahn 11 ist sichergestellt, daß
diese Anlage der Abdichtbüchse 15 an der Kugel 2 nur in der Schließ- und der öffnungsstellung
der Kugel erfolgt. Während der Drehbewegung der Kugel ist die Abdichtbüchse 15 entlastet.
Für ein Abheben der Abdichtbüchse 15 von der Kugel 2 sorgt an sich schon der herrschende
Mediumdruck in der Leitung. Falls dieser nicht ausreichen sollte, können zusätzlich,
wie auch in F i g. 1 dargestellt, über den Umfang der Abdichtbüchse 15 verteilte
Federn, z. B. Tellerfederpakete 17, vorgesehen sein.
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Um den von dem inkompressiblen Medium eingenommenen Raum bestimmen
zu können, ist ein weiterer Kolben 16 vorgesehen. Dieser kann auch dazu dienen,
falls dies im Laufe der Betriebszeit notwendig werden sollte, den Anpreßdruck der
Abdichtbüchse 15 nachzustellen.
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Kolben 12 und Kolben 16 sind in einer Hülse 18 geführt, die ihrerseits
aus dem Gehäuse 1 als Ganzes herausgenommen werden kann, so daß der öffnung des
Gehäuses und der Herausnahme der Kugel 2 keine Konstruktionselemente im Wege sind.
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Die Einfüllung des inkompressiblen Mediums 13 erfolgt durch einen
Füllstutzen 19.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildungsform eines Kugelhahnes wird erreicht,
daß in einfachster Weise und ohne Aufwendung übermäßiger Kräfte die Abdichthülse
15 in Abhängigkeit von der Drehung der Kugel 2 an diese zur dichtenden Anlage gebracht
werden kann. Dabei erfolgt die dichtende Anlage lediglich in der öffnungs- und in
der Schließstellung der Kugel, während bei Durchführung der Drehbewegung derselben
die Abdichtbüchse 15 von der Kugel abgehoben wird. Dies bedeutet, daß einmal die
Dichtflächen nicht durch das das Absperrorgan durchfließende Medium verunreinigt
werden können, daß zum anderen die Kugel ohne Verschleißerscheinungen an den Dichtflächen
und ohne zusätzliche Reibungskräfte gedreht werden kann. Außerdem erfolgt Bedienung
der Kugel und der Abdichtbüchse von einer Stelle her. Die ganze Anordnung ist übersichtlich
und leicht zugänglich. Der Anpreßdruck der Abdichthülse 15 kann gegebenenfalls von
außen ohne Schwierigkeiten nachgestellt werden.