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Hahn, Die Erfindung bezieht sich auf Hähne, die durch- ein Ventil
oder eine Klappe. geschlossen werden.
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Bei den bekannten Hähnen dieser Art wird die Dichtigkeit zwischen
dem Ventil und seinem Sitz in der Schließstellung im allgemeinen durch Zwischenschaltung
einer Scheibe aus verformbarem elastischem Werkstoff bewirkt, die sich den Unregelm;issigkeiten
der mit ihr in Berührung stehenden Flächen anpassen kann.
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Wenn auch Hähne dieser Art im allgemeinen für die üblichen Verwendungszwecke
ausreichen, so können in der Industrie$
dort, wo es darum geht,
Abschlusshähne in von heissen und gegebenenfalls korrodierenden Medien, durchflossene
Zeitungen einzubauen, Hähne dieser Art nicht mehr angewendet werden und man ist
gezwungen, die 7)ichtigkeit durch unmittelbaren Kontakt von Metall auf Metall sicherzustellen.
Eine solche Metall - auf - Metall - Dichtung macht einen grösseren Anpressdruck
des Ventils auf seinen Sitz nötig. Dieser Anpressdruck, der bei den bekannten Hähnen
dadurch erzeugt-wird, dass in einen mit Gewinde versehenen Teil des Hahnes die die
Bettigungsspindel des Ventils antreibende Schraube eingeschraubt wird, entwickelt
bedeutende Reibungsbeanspruchungen, die eine schnelle Abnützung der Hahnteile zur
Folge haben. Ausserdem werden bei Hähnen der geschilderten Art die Betätigungsorgane
insbesondere beim Sahlie:ssen des Hahnes beansprucht, während sie beim Öffnen praktisch
sehr wenig arbeiten.
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Gemäss der Erfindung werden diese Nachteile beseitigt und ein Hahn,
dessen Dichtigkeit durch unmittelbaren: Metall - auf - Metall - Kontakt zwischen
dem Ventil und seinem Sitz bewirkt lird, wobei die ganze oder ein Teil der zum Schliessen
notwendigen Kraft durch ein elastisches Organ, z ..B.. eine Feder, geliefert wird.,
die vorzugsweise die das Ventil tragende-,; Betätigungsspindel: umgibt, geschaffen,:
dessen wesentliches Merkmal darin besteht,
dass sich das elastische
Organ einerseits auf einem feststehenden ringförmigen ,Anschlag, der gegebenenfalls
. von der Betätigungsspindel des Ventils durchgesetzt wird, und andererseits auf
einem ebenfalls ringförmigen, beweglichen Anschlag abstützt, der sich während der
Ent-spannung des elastischen. Organes auf die ringförmige Schulter eines
zylindrischen Bundes stützt, der auf der den genannten Anschlag durchsetzenden und
das Dichtungsventil tragenden Betätigungsspindel vorgesehen ist.
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Um die zum Öffnen des Hahnes notwendige Zusammendrüokung der Feder
zu erreichen, können verschiedene von Hand oder mechanisch gesteuerte Betätigungsorgane
vorgesehen sein. Wenn das Öffnen des Hahnes von Hand mittels Schraube und Mutter
erfolgen soll, so wird nach einem Merkmal der Erfindung zur Erreichung der zur Verstärkung
des von der Feder ausgeübten Druckes notwendigen Feinregelung die Einrichtung so
getroffen, dass der bewegliche .Anschlag, auf dem sich die Feder abstützt, am Schluss
der Bewegung auf dem Grund (Boden) des Hahnkörpers abstützt, worauf dann die Betätigungsspindel
beim weiteren Verschrauben der Betätigungsmutter eine stärkere Anpressung des Ventils
auf 'seinen Sitz bewirken kann.
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Nachdem diese Feinregelung nicht unbedingt erforderlich ist oder je
nach den Umständen verschieden sein kann,
wird der erfindungsgemässe
Hahn in seiner von Hand Y. mittels Schraube und Mutter zu bet:.tigenden Ausführungsform
so ausgebildet, dass die in diesem Fall vorgesehene Feinregelung weggelassen oder
abgeändert werden kann.
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Zu diesem Zweck wird nach einem weiteren Merkmal der Er-. findung
der auf das Ventilausgeübte zusätzliche Anpressdruck auf die Betätigungsspindel
von dem Bedienungsrad mittels einer in das obere Ende. der-Betätigungsspindeleingelassenen
Kugel übertragen, die beim zusätzlichen Anpressen mit einem Widerlagerstein zur
Berührung kommt, der gegebenenfalls lösbar und auswechselbar in einer Ausnehmung
einer mit Gewinde versehenen, in die Nabe des Bedienungsrades eingeschraubten Abschlusskappe
angeordnet-ist.
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. ' Da das Öffnendes Hahnes automatisch erfolgen muss, können verschiedene,
mechanische, hydraulische, pneumatische und andere Einrichtungen vorgesehen sein,
um die Spindel, die das zum Abdichten des, Hahnes vorgesehene Ventil trägt, entgegen
der Wirkung der Feder zubewegen.
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Die Erfindung sieht im besonderen auch eine elektrp4;-magnetische
Steuerung dieses Vorganges vor und die-Steuervorrichtung kann nach einer ersten
Ausführungsform so, gebaut sein, dass die das Ventil tragende Betätigun-cs-
| ist |
| spindel mit dem Tauchkern eines Elektromagneten verbunden; |
dessen mit dem Tauchkern zusammenarbeitender magnetischer Kern
gleiohachsig zu diesem in der Achse des Kraftflus-
| ist |
| ses angeordnety"der von dem in einer den Kern umgeben- |
den Spule kreisenden Strom erzeugt wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung endet der Tauchkern an der
Seite, die dem mit ihm verbundenen Kern zugewendet ist, mit einem Konus, der sich
in der Anzugsstellung in eine entsprechende konische Ausnehmung legt die in dem
vom Kraftfluss der Spule durchflossenen Kern liegt.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsformaler elektromagnetischen Vorrichtung
besteht diese aus einem Elektromagneten, dessen abgeschrägte Polschuhe einen trapezförurigen
Luftspalt bestimmen, in welchem sich ein mit der Betätigungsspindel des Halmventils
fest verbundener Anker von entsprechender Form bewegen kann.
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Bei dieser Ausbildung'kann die elektro-magnetische Vorrichtung in
gleicher Weise zum Schliessen oder Öffnen des Hahnes verwendet werden.
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Zu diesem Zweck, damit der Magnetanker beliebig in dem einen oder
anderen Sinn belastet werden kann, sind die trapezförmigen Polschuhe des Elektromagneten
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gegeneinander um 180 0
um
ihre zur Wirkungsachse des Ventils senkrechte Verbindungsachse umkehrbar.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Einzelbeschreibung
dreier Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung an Hand der Zeichnung
Auf der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Hahn gemäss
der Erfindung, de von Hand mittels Schraube und Mutter geöffnet wird, Fig, 2 einen
axialen Längsschnitt durch einen Hahn gemäss der Erfindung, der durch einen Tauchkern
nach Art eines Handschuhfingers geöffnet wird,.
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Fig. 3 einen axialen Längsschnitt durch einen Hahn gemäss der Erfindung,-
der durch den Anker eines, Elektromagneten geöffnet wird: Wie .aus -.der einen handbetätigten
Hahn betreffenden: Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht der Hahn aus einem Hahnkörp:er,
1 mit einem Einlaßstutzen 2 und einem Auslaßstutzen 3 für das Medium. Der Auslaßstutzen
3 ist fest verbunden mit "einer Gewindebüchse 4, die den Sitz für das im weiteren
zu behandelnde Ventil 5 bildet. In: dem Hahnkörper 1 ist die Betätigungsspindel
6 des Ventils. verschiebbar,
die an: ihrem unteren Ende einen zylindrischen
Bund 7 und am oberen Ende eine eingelassene Kugel 8 aufweist, deren Wirkungsweise
später beschrieben wird.
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Das obere Ende der Betätigungsspindel & ist mit einem Gewinde
versehen, auf dem eine Mutter 9 verschraubbar ist, die mit einem Kugeldrucklager
10 zusammenwirkt, welches am Grunde der Nabe 11 aufsitzt, die das Bedienungsrad
12 des Hahnes trägt. Der untere Gewindeteil oder die Schraube 13 der Nabe wirkt
bei Drehung mit dem inneren Gewindeteil einer auch mit Aussengewinde versehenen
Abschlußbüchse 14, die als Stopfbüchse dient, zusammen. Durch diese Büchse 14, die
auf dem Deckel 15 des Hahnes mittels eines Keiles 16 festgelegt ist, wird mittels
einer Ringscheibe 17 eine ringförmige Dichteinlage 18 aus nachgiebigem und :elastischem
Material, die auf einer konkaven, an einer geeigneten Stufe im Deckel 15 abgestützten
Ringscheibe 19 aufsitzt, gleichzeitig verklemmt und gehalten. Der Deckel 15 ist
mittels eines Flansches 20 und Schraubbolzen 21 an einem Flansch 2 des Hahnkörpers
1 befestigt, wobei eine Dichtung 23 aus geeignetem. .Werkstoff dazwischengeschaltet
ist.
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Nach aussen ist der Hahn. noch weiter abgedichtet durch
| einen Faltenbalg oder ein Faltenrohr 24, das einerseits |
an der Betätigungsspindel 5 und andererseits unten am Mittelteil des Deckels 15
angeschweisst ist. Dieses
Faltenrohr 24 liegt, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, innerhalb einer Schraubendruckfeder 25, zwischen den Windungen der-Feder;25und
der Spindel 6. Die Feder 25 liegt mit ihrem oberen Ende an einer festen ringförmigen
Anschlagfläche,- die an der Unterseite des Deckels
| 15 vorgesehen ist, und mit ihrem anderen Ende-einem be- |
weglichen ringförmigen Anschlag 26 an. Dieser Anschlag ist hier als geschlitzter,
auf die Betätigungsspindel 6 aufgezogener.Ring au:egebildet, der sich auf einer
Schulter abstützt, die von der oberen Stirnfläche des zylindrisehen Bundes 7 am
unteren Ende der Spindel 6 gebildet wird. Dieser zylindrische. Bund 7 gleitet ohne
sich zu drehen - dank dem Keil 51 - mit Festsitz in-einer ent-@ sprechenden Ausnehmung,
die im unteren Teil des Hahnkörpers 1 ausgespart ist und in die Kammer 27 mündet,
in welche auch die Stützen 2 und .3 für das Medium münden. Um das dichte Aufsitzen
des Ventils 5,auf.seinem Sitz, .der in dem in den Hahnkörper 1 gleichachsig eingeschraubten
Gewindeteil 4 vorgesehen ist, zu sichern und gleichzeitig die Abnutzung herabzusetzen
und die zerstörenden Folgen thermischer Dehnungen, die in.den verschiedenen,-dem
Ventil benachbarten Teilen des Hahnes auftreten, zu verhüten, ist das Ventil nach
einem Merkmal der Erfindung auf seiner Betätigungsspindel mittels eines Kugelgelenkes
. _ befestigt.
Das Ventil kann sich so entsprechend seinem Sitz
einstellen, der nicht immer genau parallel zur Anlageebene ist.
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Besonders vorteilhaft ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
eine Ausbildung, bei der der Mittelpunkt des Kugelkopfes des Ventils in der Ebene
der -ü=änlage des Ventils auf seinem Sitz oder in unmittelbarer-Nachbarschaft dieser
Ebene liegt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Kugelkopf 28 des
Ventils 5 in einer Kugelpfanne, die Stirnseitig in dem zylindrischen Bund 7 der
Betätigungsspindel ausgebildet ist. Dieser Kugelkopf ist mit dem Hund 7 durch eine
Schraube 29 verbunden und besitzt ein Gewinde, auf welches der Körper des Ventils
5 aufgeschraubt ist. '3ie bereits eingangs erwähnt, kann dafür gesorgt werden.,
dass der von der Feder 25 ausgeübte, die Betätigung unterstützende Schließdruck
durch. die Wirkung der Betätigunga-Spindel 6 ergänzt wird, wenn die Feder 25 ihren
Entspannungsweg vollendet und die Anschlagscheibe 26 auf den Grund des Hahngehäuses
1 gedrückt hat. Zu diesem Zweck besitzt die Nabe 11 eine Gewindekappe 30'die sich
in'einem entsprechenden Innengewinde verschraubt und in der Mitte ihrer inneren
Stirnseite eine Ausnehmung besitzt, in welcher ein Widerlagerstein 31 untergebracht
ist,
der die in das Ende der Ventilspindel 6-eingelassene Kugel-
8 berührt, wenn die Feder 25 ihren En.tepannungeweg vollendet hat. Man kann auf
diese Weise, indem man das mit der Nabe 11 fest verbundene Bedienungsrad weiterdreht,
die Schraube 13 weiter in die .Abschlußbüche 14 des Deckels 15 einschrauben und
so ermöglichen, dass der seinen Druck auf die Kugel 8 ausübende Widerlagerstein
31 über die Spindel 6, den Bund 'l und das Kugelgelenk 28 einen zusätzlichen :Druck
auf das auf seinen Sitz gedrückte Ventil 5 ausübt, Wie schon erwähnt, ist die Dichtigkeit
nach aussen u.a. durch den Faltenbalg oder das Faltenrohr 24 gesichert, das an der
Ventilspindel 6 und an dem unteren Mittelteil des Deckels 15 angeschweisst
ist. Um sich ohne Zerlegung des Hahnes überzeugen zu können, ob der Faltenbalg .oder
das Faltenrohr dicht ist, ist: in dem Flansch 20 des Deckels 15 des Hahnes eine
radiale-Kontrollöffnung 32 vorgesehen, die dicht verschlossen werden kann:.
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Der auf der Zeichnung in Offenstellung gezegie Hahn: wirkt folgendermaasen::
Zum Schliessen des Hahnes dreht ran das Bedienungsrad 12 im Uhrzeigersinne:7odurch
sich die Schraube 13 in die Büchse =14 hineinschraubt und die vors der Mutter 9
gegen das Druckkugellager 10 ' gepresste Betätigungsspindel 6
der
absteigenden Bewegung der Nabe 11 in Bezug auf den Habnkbrper 1 zu folgen vermag,
indem- sie von dem Ringanschlag 26, der unter dem Druck dQr Feder 25 gegen die von
dem zylindrisdhen Bund 7 der Betätigungsspindel 6 gebildete Ringschulter gedrüƒkt
wird, nach-unten gezogen wird. Bei dieser Bewegung nähert sich das Ventil 5 seinem
Sitz. Wenn die Schraubbewegung mittels des Bedienungsrades fortgesetzt wird, so
entspannt sich die Feder 25 weiter und die Betätigungespindel 6 bewegt sich weiter
hach unten bis in die Endstellung der Schraubenfeder 25, in welcher Stellung sich
diese Feder an dem Ringanschlag 26 abstützt, der am Grund des Hahnkörpers 1 angekommen
ist. In diesem Augenblick sitzt das Ventil auf seinem Sitz und der Widerlagerstein
31 der Kappe 30 berührt die am oberen Ende der Betätigungsspindel & eingelassene
Kugel B. Wenn dann das Bedienungsrad im Uhrzeigersinn -allerdings-schonend und mässig
- weitergedreht wird, so wird das Ventil mit einer zusätzlichen Kraft auf seinen
Sitz gedrückt, die ihm von dem Widerlagerstein 31 über die Kugel 8, die Spindel
6, den Bund `l der Spindel und über das Kugelgelenk 28 vermittelt wird.
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Zum Öffnen des Hahnes genügt die umgekehrte Bedienung, . d.h. das
Bedienungsrad wird entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Bei dieser Bewegung wird
zuerst die zusätzliche Kraft aufgehoben, die von dem sich jetzt von der Kugel B
lösenden Widerlagerstein 31 ausgeübt worden ist. Von da
ab,wird
zum eigentlichen Öffnen des Hahnes das Bedienungsrad weitergedreht, das jetzt die
von der Feder 25-ausgeübte Entspannungskraft überwinden muss, indem die Feder allmählich
immer mehr von dem beweglichen .Anschlag 26 zusammengedrückt wirdv welcher von dem
Bund 7 nach oben gedrückt wird, der dem von dem Kugeldrucklager 1'0 infolge des
Heraustretens der Schraube 13 aus der Büchse 14 ausgeübten Zug der Spindel 6 folgt.
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Im Vorstehenden wurde ein Hahn beschrieben, bei dem eine zusätzliche
Kraft zur Einwirkung auf das `Ventil gebracht werden kann. Dabei ist die Abnützung
minimal, wenn. diese zusätzliche ,Kraft gleich ist der maximalen Federkraft, d.h.
wenn die Kraft der letzteren halb so grose ist wie die gesamte auf das Ventil wirkende
Kraft. -Wenn man berücksichtigt, dass die Abnützung der Schraube-und der Büchse
vor allem durch übermassige Beanspruchung -bei'rücksichtsloser Bedienung bewirkt
wird, so..kann man die Schraubenfeder so anordnen, dass sie allein die Gesamtkraft
aufbringt, die-notwendig ist, um das Ventil absolut dicht auf seinen Sitz zu drücken;
Man-lässt in diesem Fall einfach den h7iderlagerstein in der die Bedienungsradnabe.
abdeckenden Kappe weg.
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Bei der in Fig.. 2 gezeigten Ausführungsform wird das Ventil 33 genau
wie. bei der vorstehend beschriebenen Ausführungs-, .form durch die Kraft der Schraubenfeder
36 auf s;e:inen Sitz
35 gedrückt gehalten. Die Kraft, die notwendig:ist,
um das Ventil 33 entgegen der Wirkung der Feder 36 von seinem Sitz abzuheben, wird
bei dieser Ausführungsform durch die Bewegung des Tauchkernes 37 eines Elektromagneten
ausgeübt, der einen festen Kern 38 und Schuhe aus magnetisierbarem Metall aufweist,
welche die Kontinuität des magnetischen Kraftflusses sichern, der--durch den Strom
erzeugt wird, welcher in der mit dem Kern verbundenen Spule 39 fliesst.. Aus Fig.
2 geht hervor, dass der mit der Betätigungsspindel 39 des Ventils verbundene Tauchkolben
37 mit einem Konus 40 endet, der sich in der Anzugstellung in eine entsprechende
konische Ausnehmeng 41 im festen Kern 38 des Blektromagneten legt. Die Wirkungsweise
ist leicht verständlich, so dass eine nähere Erläuterung überflüssig erscheint.
Auf der rechten Seite der Fig. 2 ist eine Vorrichtung 42 zu sehen, die die Stellung
des Ventils im Halmkörper anzeigt. Diese Vorrichtung kann magnetisch, photoelektrisch
oder einfach mechanisch arbeiten.
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Eine abgewandelte Ausführungsform der elektromagnetischen Bedienung
ist in Fig. 3 gezeigt, wo eine Schraubenfeder 43 das Ventil 44 normalerweise auf
seinen Sitz 45 gedrückt hält. Das Öffnen dieses Ventils erfolgt mit Hilfe eines
Elektromagneten, dessen Polschuhe 46, 47 einen mit der Spindel 49 des Ventils 44
fest verbundenen Anker 48 anziehen, wenn durch die Spule 50 elektrischer Strom geschickt
wird.
Die Polschuhe 46 und 47 `sind durch Versohwenken um
180 0 um die sie verbindende Achse umkehrbar,-wodurch die Orientierung des
trapezförmigen Zuftspaltes, der in der--rAnzugstellung den entsprechenden, an der
Bettigungespindel
| umgekehrt werden kann. |
| des Ventils befestigten Anker 48 aufnimmt-,-rMan kann so |
in gewissem Sinne die Wirkungsweise umkehren und bewirken, dass das Ventil geöffnet
wird,-wenn in der Spule kein Strom fliesst, während es. geschlossen wird, wenn Strom
durch die Spule geschickt wird. In diesem Fall wird die .-Schliesswirkung durch
Vermittlung der Feder auf das Ventil übertragen. Dabei wird eine zweite, schwächere
Feder vorgesehen, die das Ventil öffnet, wenn kein Strom vorhanden is:t.
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Selbstverständlich können die: vorstehend erläuterten und auf der
Zeichnung dargestellten beispielsweisen.Ausführungsformen in den Einzelheiten weitgehend
abgeändert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. So z.E'. könnte
der zusätzliche Druck statt durch. das,.Bedienungsrad des Hahnes durch ein zweites,
kleineres Hilf'shandrad_bewirkt werden, das gleichachsig mit dem Bedienungsrad an
Stelle der Abdedkkappe der, Nabe angeordnet sein könnte.
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Weiters könnte Statt einer der das Ventil auf' seinen Sitz
| drückenden Feder entgegenwirken,/.e ektromagnetischenVor- |
richtung eine mechanische Vorrichtung, z.B: eine Zahnstange, oder eine pneumatische
oder hydraulische Vorrichtung Ver-. wendung finden.. ,