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Kugelhahn Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn, dessen Einlaß-
und Auslaßöffnung durch ein etwa kugeliges, eine in der geöffneten Stellung mit
den Öffnungen fluchtende Durchflußbohrung aufweisendes, in dem Hahngehäuse drehbar
gehaltenes Küken aus einem elastomeren Werkstoff verschließbar ist, indem in einer
Drehstellung des Kükens Dichtflächen desselben an Sitzflächen des Gehäuses dichtend
anliegen.
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Bei Kugelhähnen dieser Art besteht das Problem, den dichten Sitz der
Sitzflächen am Küken an den Dichtflächen des Gehäuses noch nach häufigem Gebrauch
des Kugelhahns zu gewährleisten. Bei einem bekannten Kugelhahn hat das Küken eine
genaue kugelige Gestalt, damit die Dichtflächen der Kugel in der Absperrstellung
leckfrei an den Dichtflächen anliegen. Dazu müssen außer dem Küken auch die Sitzflächen
des Hahngehäuses einer Feinstbearbeitung unterworfen werden, so daß derartige Kugelhähne
in der Fertigstellung sehr aufwendig sind.
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Bei einem anderen Kugelhahn, bei dem ebenfalls die Dichtflächen zum
Verschließen der Einlaß- und Auslaßöffnungen einstückig mit dem Küken ausgebildet
sind, hat das Küken eine leicht ellipsoide Form, so daß es nur mit einem erheblichen
Kraftaufwand in die Schließstellung verbracht werden kann, in der die Dichtflächen
des Kükens mit ausreichender Anpreßkraft an den an gegenüberliegenden Seiten angeordneten
Einlaß- und Auslaßdichtflächen des Hahngehäuses anliegen. Dies bedeutet, daß das
Küken sowohl beim Schließ- als auch beim öffnungsvorgang unter Aufbringung von Verformungskräften
gedreht wird. Bei öfterem Gebrauch des Kugelhahns hat dies zur Folge, daß der Werkstoff
des Kükens an den Dichtflächen durch die hohe Reibung zerstört wird. Dies gilt auch
dann, wenn das Küken aus einem hochelastischen Werkstoff besteht. Eine derartige
Kükenform bedingt weiterhin den Nachteil, daß das Küken in seiner Offen-Drehstellung
das Hahngehäuse gegenüber der Flüssigkeit nicht völlig abdichtet. Aus diesem Grunde
muß die Bohrung im Hahngehäuse, durch welche der Verstellschaft hindurchgreift,
gegenüber dem Verstellschaft zusätzlich abgedichtet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kugelhahn der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, welcher bei einem geringen Herstellungsaufwand eine lange Lebensdauer
mit einem Minimum an Wartung gewährleistet. Durch die Ausgestaltung der Dichtflächen
des Kükens und des Hahngehäuses soll sowohl in der Offen- als auch in der Schließstellung
des Kükens eine hinreichende Abdichtung gegenüber dem Hahngehäuse gewährleistet
sein, ohne daß dazu ein zusätzlicher Material- oder Fertigungsaufwand erforderlich
wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Küken auf zwei gegenüberliegenden
Seiten, parallel zur Durchgangsbohrung, in gleichem radialem Abstand vom Mittelpunkt
des Kükens abgeflacht ist und die sich an die Abflachungen anschließenden Dichtflächen
durch parallele und mit Abstand zu den Abflachungen in den Werkstoff des Kükens
eingearbeitete Ringnuten begrenzt sind und die so gebildeten Dichtflansche mit ihren
Dichtflächen in Schließstellung des Hahns an den Sitzflächen des Gehäuses elastisch
dichtend anliegen. Durch diesen Aufbau sind durch die in das Material des Kükens
geschnittenen Ringnuten elastische Dichtungsflansche aus dem Material des Kükens
erzielt, die wie Federn wirken und bei Belastung, nämlich beim Verstellen des Kükens
in die geschlossene oder geöffnete Stellung zurückfedern, sich jedoch in der Ruhelage
dicht an die Sitzflächen des Ventilgehäuses anschmiegen.
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Die Elastizität der Dichtflansche wird insbesondere dadurch erreicht,
daß das Küken parallel zu den Ringnuten Abflachungen aufweist. Dadurch bildet die
Dichtfläche der Dichtflansche jeweils einen Ring, und die Dichtflansche sind im
Bereich der Ringnuten elastischer.
Demnach sind von dem einstückigen
Küken, das an sich aus einem wenig nachgiebigen Werkstoff bestehen kann, lediglich
die Dichtflansche elastisch, so daß ohne großen Kraftaufwand unter Gewährleistung
einer einwandfreien Abdichtung des Kükens olegenüber dem Hahngehäuse und einer geringen
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Abnutzung das Küken von der Schließ- in die Offenstellung und umgekehrt
gebracht werden kann. Sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung des Kükens
liegen die Dichtflansche an den kugelig ausgebildeten Sitzflächen des Hahngehäuses,
& ID ge genüber diesen leckfrei abdichtend, an, womit auch in der Offenstellung
des Kükens keine Flüssigkeit seitlich in das Gehäuse dringen kann.
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In den Fiauren ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Kugelhahn, F i 1-.
2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 11-11 der F i g. 1 und
F i g. 3 eine Ansicht auf einen Teil des Hahns in Richtung der Linie 111-III
der F i g. 2.
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Gemäß F i g. 1, welche am deutlichsten die Hauptmerkmale der
Erfindung veranschaulicht, besteht der insgesamt mit 10 bezeichnete Kugelhahn
aus dem Gehäuse 11, das aus Messing besteht und die mit Innengewinde versehenen
Kanäle 12 und 13
aufweist, von denen der eine den Eingangskanal und der andere
den Ausgangskanal bildet. Die Ein- und Ausgangskanäle erstrecken sich bis zu den
Endan des länglichen Gehäuses 11 von der mittleren Kammer 14 aus. In der
Kammer 14 befindet sich das Küken 15 aus Kunststoff, beispielsweise aus Acetaldehyd-Dyäthylacetal-Harz,
der gute Verschleißeigenschaften und ebenso eine an-gemessene Elastizität hat. Im
einzelnen kommt z. B. der unter dem Handelsnamen »Delrin« bekannte Kunststoff von
Du Pont de Nemours & Co., Inc., in Betracht, jedoch kann an dessen Stelle
ein anderer Kunststoff treten,
welcher metallähnliche Eigenschaften aufweist,
wie hohe Festigkeit und Härte, gute Abriebfestigkeit, ausgezeichnete Maßhaltigkeit,
Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit, Elastizität und Zähigkeit. In diesem Falle
behält der gewählte Kunststoff diese Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich,
bei Feuchtigkeit, bei Einwirkung von Lösungen und vielen anderen Chemikalien und
auch bei hoher Dauerbelastung und einer zyklisch auftretenden Dehnung bei.
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Zwischen der Kammer 14 und dem Kanal 12 ere streckt sich der radiale
Flansch 16, der eine dem Küken 15 zugekehrte konische Oberfläche bzw.
die Sitzfläche 17 aufweist. An der Übergangsstelle vom Kanal 13 zur
Kammer 14 ist der Sitzring 18 vorgesehen, der eine gegen das Küken
15 gerichtete konisehe Fläche bzw. die Sitzfläche 19 aufweist. Der
Sitzring 18 ist mit dem 0-Dichtring 21 aus Gummi zur
Abdichtung versehen
und ist an Ort und Stelle, durch den Sprengring 22 gehalten.
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Oben ist das Küken 15 mit der Ausnehmung 23
versehen,
in welche das untere Ende des senkrecht angeordneten Zapfens 24 eingreift. Der Zapfen
24 ist in der üblichen Weise mit Dicht- und Federringen sowie mit dem Handgriff
25 versehen, die mit dem Zapfen zusammengefügt und daran durch die Mutter
26 befestigt sind. Der Handgriff 25 ist mit einer bekannten Ausnehmung
versehen, in welche der Anschlag 27 auf dem Gehäuse 11 eingreift.
Anschlag und Apsnehmung begrenzen die äußersten Schwenkstellungen des Kükenst bei
seiner Drehung um die Vertikalachse.
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Das Küken15 ist im einzelnen in der Fig.i gezeigt. Seine Ausnehmung
23 erstreckt sich abwärts in das Oberteil, und die Bohrung 28 reicht ganz
durch das Küken hindurch. Die Bohrung 28 hat denselben Durchmesser wie der
Innendurchmesser des Flansches 16. Der Innendurchmesser des Sitzringes
18 ist derart gewählt, daß er einen entsprechenden Durchgang gewährleistet,
wenn der Hahn geöffnet ist.
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Das Küken 15 ist mit den Abflachungen 29 und
31 versehen, die sich parallel zueinander und zur Mittellinie der Bohrung
28 erstrecken. Parallel und mit geringem Abstand von der Abflachung
29 ist im Küken 15 die Ringnut 32 vorgesehen. Die Ringnut
32 legt fest oder begrenzt eine Dichtung, wie den Dichtflansch
33, der wegen der Natur des Kunststoffes, aus welchem das Küken besteht,
eine gewisse Elastizität aufweist, insbesondere an der Kante 34 zwischen der kugeligen
Fläche des Kükens 15 un d der Ringnut 32.
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In ähnlicher Weise ist eine weitere Ringnut 35
vorgesehen, welche
sich mit Abstand und parallel zu der Abflachung 31 erstreckt und die eine
Dichtun- bestimmt, wie den Dichtflansch 36, der die schmale Kante
37 an der Stelle zwischen der Ringnut 35 und der Oberfläche des Kükens
aufweist, Die Arbeitsweise des Gegenstandes der Erfindung sei nachstehend näher
erlä Ütert. Eingangs dazu verdient der Zusammenbau des Hahns Beachtung,
weil
das Küken 15 in die Kammer 1.4 eingebracht werden kann, wenn der
Sitzring 18 und die zugehörigen Elemente entfernt worden sind. Danach wird
der Sitzring mit seinem 0-Dichtring 21 eingesetzt und am Küken mittels des Sprengringes
22 gehalten. Der Zapfen 24 wird durch eine, -passende öffnung oben in das Gehäuse
11 eingesetzt und wird nach dem Anbringen verschiedener Scheiben, Federringe
und des Handgriffes 25 mittels der Mutter 26 festgehalten.
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In einer End-Schwenkstellung des Handgriffes Z5 und des Zapfens 24
ist die, Bohrung 28 des Kükens 15 auf die Mittellinie des Kanals 12
und des Kanals 13 ausgerichtet. Dann befindet sich das Küken in der Lage
nach den F! g. 1 und 2.
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In der anderen End-Schwenkstellung erstreckt sich die Bohrung
2$ rechtwinklig zu den Kanälen j2 und 13. Die Abflachung
29 ist gegen den Kanal 12, Wähl rend die Abflachung 31 gegen
den Kanal 13 gerich tet ist. In dieser Stellung berührt die Kante 34 des
Dichtflansches 33 die $itzfläche 17, die einen Teil des Flansches
16 bildet. Gleichzeitig berührt die Kante 37 des Dichtflansches
36 die Sitzfläche 19, die sich am Si&ring 18 befindet.
Die Lage des Sprengringes 22 ist in diesem Falle derart gewählt, daß die Dichtflansche
33 und 36 leicht gegen die Kükenmitte, unter dem Drugk der Sitzflächen
17 und 19
abgebogen sind. Dies bewirkt eine gute Abdichtung und verhütet
das Durchtreten von Flüssigkeit durch den Hahn, wenn er sich in der geschlossenen
Stellung befindet.
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Durch die Auswahl eines geeigneten Kunststoffes und durch die passende
Wahl der Dicke der Dichtflansche 33 und 36 ist es möglich, sehr genau die
erforderliche Elastizität zu er-zielen, um eine, gute Abdichtung an diesen Stellen
zu erreichen.
Das Paar umlaufender Ringnuten im Küken wirkt in Verbindung
mit den natürlichen Elastizitätseigenschaften des Kunststoffes im Sinne eines wirkungsvollen
Abschlusses.
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Da einer der beiden Hahnsitze einen integrierenden Bestandteil mit
dem Gehäuse bildet und in der Konstruktion sehr einfach ist, sind die Kosten des
Hahns nennenswert reduziert, weil keine Notwendigkeit besteht, zwei Sätze beweglicher
Sitze mit ihren Dichtmitteln und Befestigungsringen vorzusehen. Ferner kann das
Küken durch Spritzgießen hergestellt sein, wodurch sich eine glatte, geometrisch
genaue Oberfläche bei einem Minimum an Kosten erreichen läßt. Der Kunststoff kann
selbstverständlich derart ausgewählt sein, daß er den Angriffen von chemischen Stoffen
od. dgl. widersteht.