DE1650381C3

DE1650381C3 - Ball valve with an S-shaped ring seal that rests against both the valve body and the ball plug

Info

Publication number: DE1650381C3
Application number: DE19671650381
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-07-05
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1976-05-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn nach dem Obergriff des Anspruchs 1.The invention relates to a ball valve according to the preamble of claim 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn dieser Art so auszubilden, daß durch entsprechende Einspannung des Randflansches der Ringdichtung im Hahngehäuse eine bessere Dichtwirkung erzielt wird.The invention has for its object to design a ball valve of this type so that by Corresponding clamping of the edge flange of the ring seal in the valve body provides a better sealing effect is achieved.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichendes Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features according to the characterizing claim 1.

Aus der US-PS 30 77 331 ist es bei einem Drosselklappenventil bekannt, als Sitzring für die Drosselklappe eine Ringdichtung mit etwa S-förmigem Querschnitt zu verwenden, deren Randflansch in einer Ringnut des ringförmigen Ventilgehäuses liegt und in dieser Ringnut durch einen eingeschraubten Gegenring axial eingespannt ist. In radialer Richtung hat die Ringdichtung in f>o der Ringnut einen Spielraum, damit Wärmeausdehnungen und Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können. Diese Lösung ist nicht auf Kugelhähne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art übertragbar, weil damit weder eine definierte Lage des f>s Kugelkükens noch eine einwandfreie Abdichtung des Hahngehäuses nach außen möglich ist.From US-PS 30 77 331 it is a throttle valve known to use a ring seal with an approximately S-shaped cross section as a seat ring for the throttle valve use whose edge flange lies in an annular groove of the annular valve housing and in this annular groove is axially clamped by a screwed-in counter ring. In the radial direction, the ring seal has in f> o the annular groove a margin so that thermal expansion and manufacturing tolerances are compensated be able. This solution cannot be transferred to ball valves of the type defined in the preamble of claim 1, because this means neither a defined position of the f> s ball plug nor a perfect sealing of the Valve housing to the outside is possible.

Aus der GB-PS 9 78 601 ist ein Kugelhahn bekannt, bei welchem die Ringdichtung einen mit ringförmigen Rippen versehenen flachen Randflansch hat, der zwischen dem Leitungsflansch und der ihm gegenüberliegenden Stirnfläche des Hahngehäuses eingespannt ist. Die Ringdichtung ist dabei so ausgebildet, daß sie durch den gegen das Hahngehäuse gespannten Leitungsflansch eine Vorspannung gegen eine Dichtungszone des Kugelkükens erhält. From GB-PS 9 78 601 a ball valve is known in which the ring seal with an annular Ribbed flat edge flange between the pipe flange and the opposite one End face of the valve body is clamped. The ring seal is designed so that it by the line flange tensioned against the valve body, a pretensioning against a sealing zone of the ball plug is given.

Schließlich ist es aus der US-PS 30 14 690 bekannt, die Ringdichtungen eines Kugelhahns in Form eines mit einem selbstschmierenden Kunststoffüberzug versehenen widerstandsfähigen dünnen Stegs auszubilden; in diesem Fall ist die Ringdichtung ein Flachring, der am Umfang so eingespannt ist, daß er am inneren Umfang federnd am Kugelküken anliegt.Finally, it is known from US-PS 30 14 690 which Ring seals of a ball valve in the form of a self-lubricating plastic coating to form resilient thin webs; in this case the ring seal is a flat ring that is attached to the The circumference is clamped in such a way that it bears resiliently on the inner circumference of the ball plug.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Kugelhahns ergibt den Vorteil, daß in einem großen Temperaturbereich und insbesondere auch bei verhältnismäßig hohen Temperaturen eine gleichbleibend gute Abdichtung erzielt wird und dabei eine gute Leichtgängigkeit des Kugelkükens aufrechterhalten bleibt. Das Kugelküken wird von den eingespannten Dichtringen in genau definierter Lage gehalten. Da die erzielte Abdichtung an allen Dichtstellen auf der elastischen Verformung des Randflansches beruht, werden auch Fertigungstoleranzen in weitem Maße ausgeglichen.The inventive design of the ball valve has the advantage that in a large temperature range and, in particular, a consistently good seal even at relatively high temperatures is achieved and a good ease of movement of the ball plug is maintained. The ball plug is held in a precisely defined position by the clamped-in sealing rings. As the seal achieved all sealing points based on the elastic deformation of the edge flange, there are also manufacturing tolerances largely balanced.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigtEmbodiments of the invention are described with reference to the drawing. In it shows

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht eines Kugelhahns nach der Erfindung,Fig. 1 is an axial sectional view of a ball valve according to the invention,

F i g. 2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Dichtung, F i g. 2 is a sectional view of a first embodiment of the seal;

F i g. 3 eine Vorderansicht der Dichtung von F i g. 2,F i g. 3 is a front view of the seal of FIG. 2,

F i g. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in Fig.2 und 3 dargestellten Dichtung vor dem Einspannen,F i g. 4 is an enlarged sectional view of part of the seal shown in FIGS. 2 and 3 before the Clamping,

F i g. 5 eine Ansicht entsprechend F i g. 4, wobei die Dichtung eingespannt ist,F i g. 5 is a view corresponding to FIG. 4 with the seal clamped,

Fig.6 eine Ansicht entsprechend Fig.5, welche eine abgeänderte Ausführungsform der Dichtung zeigt,FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5, which shows a modified embodiment of the seal,

F i g. 7 eine Schnittansicht entsprechend F i g. 2, die eine abgewandelte Ausführungsform der Dichtung darstellt, undF i g. 7 is a sectional view corresponding to FIG. 2 showing a modified embodiment of the seal represents, and

F i g. 8 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Dichtung nach F i g. 7.F i g. 8 is an enlarged sectional view of a portion of the seal of FIG. 7th

Fi g. 1 zeigt einen Kugelhahn 2 mit einem Hahngehäuse 21, das mittels Spannbolzen 36 und Muttern 37 auswechselbar zwischen zwei Leitungsflanschen 22 eingespannt ist. Das Hahngehäuse 21 hat eine innere Kammer 26, in der das Kugelküken 6 gelagert ist, das mit einem Durchgang 27 versehen ist. Das Verdrehen des Kugelkükens 6 erfolgt mit Hilfe eines Handgriffs 28 über eine Spindel 29.Fi g. 1 shows a ball valve 2 with a valve housing 21, which can be exchanged between two line flanges 22 by means of clamping bolts 36 and nuts 37 is clamped. The tap housing 21 has an inner chamber 26 in which the ball plug 6 is mounted, the is provided with a passage 27. The ball plug 6 is rotated with the aid of a handle 28 via a spindle 29.

Das Kugelküken 6 ist in der Kammer 26 durch zwei Dichtungen gehalten, die allgemein mit 1 und in F i g. 1 mit la und Xb bezeichnet sind.The ball plug 6 is held in the chamber 26 by two seals, which are generally designated 1 and in FIG. 1 are denoted by la and Xb.

Jede Dichtung 1 besteht aus einem Ringstück, das beispielsweise durch Tiefziehen geformt ist, so daß es eine innere kugelförmige Lagerfläche 3 aufweist, welche eine zentrische öffnung 10 umgibt und mittels einer elastisch deformierbaren Verbindungsfläche 5 mit einem Randflansch 4 verbunden ist.Each seal 1 consists of a ring piece, which is formed, for example, by deep drawing, so that it has an inner spherical bearing surface 3 which surrounds a central opening 10 and by means of a elastically deformable connecting surface 5 is connected to an edge flange 4.

Die Dichtung 1 besteht vorteilhaft aus Metall und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, beispielsweise einem leicht gehärteten Stahl, der eine gewisse Elastizität aufweist. Die kugelförrrige Lagerfläche 3, an der dasThe seal 1 is advantageously made of metal and preferably made of stainless steel, for example one slightly hardened steel, which has a certain elasticity. The spherical bearing surface 3 on which the

Kugelküken 6 anliegt, kann eine Oberflächenbehandlung erhalten, die zur Herabsetzung der Reibung dient.Ball plug 6 rests, can receive a surface treatment that serves to reduce friction.

Für den Sonderfall, daß die Dichtung 1 nicht hohen Temperaturen standzuhalten braucht, kann man sie auch aus einem starren, jedoch eine gewisse Elastizität aufweisenden Kunstharz formen, beispielsweise aus einem Epoxidharz mit Glasfaserverstärkung. In allen Fällen wird die Lagerfläche 3 als Abschnitt einer Kugelfläche ausgebildet, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Kugelkükens 6 entspricht.For the special case that the seal 1 does not need to withstand high temperatures, it can be used also form from a rigid, but a certain elasticity having synthetic resin, for example an epoxy resin with fiberglass reinforcement. In all cases, the storage area 3 is used as a section Formed spherical surface, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the ball plug 6.

Die Figuren 2 und 4 zeigen die Dichtung 1 im Ruhezustand, d. h. im nicht eingespannten Zustand. Der Randflansch 4 hat eine zylindrische Umfangswand 7, die parallel zur Achse A-A der Dichtung verläuft. An die Umfangswand 7 schließt sich eine Stirnfläche 8 an, die im Ruhezustand gegen die Achse A-A der Dichtung geneigt ist, also im wesentlichen einen Abschnitt einer Kegelfläche bildet.Figures 2 and 4 show the seal 1 in the idle state, that is, in the non-clamped state. The edge flange 4 has a cylindrical peripheral wall 7 which runs parallel to the axis AA of the seal. The peripheral wall 7 is followed by an end face 8 which, in the rest state , is inclined towards the axis AA of the seal, that is to say essentially forms a section of a conical surface.

Die Stirnfläche 8 ist mit der kugelförmigen Lagerfläche 3 durch die Verbindungsfläche 5 verbunden, welche einen zylindrischen Teil 11 und einen kreisringförmigen Teil 12 aufweist.The end face 8 is connected to the spherical bearing surface 3 by the connecting surface 5, which a cylindrical part 11 and an annular part Part 12 has.

Die Dichtung 1 hat somit ein Profil, das im großen und ganzen die Form eines S oder einer 5 hat, wobei die Verbindungsfläche 5, welche die elastische Verschiebung der Lagerfläche 3 in bezug auf den Randflansch 4 gestaltet, selbst einen etwa U-förmigen Querschnitt besitzt.The seal 1 thus has a profile which by and large has the shape of an S or a 5, the Connection surface 5, which enables the elastic displacement of the bearing surface 3 in relation to the edge flange 4 designed, even has an approximately U-shaped cross-section.

Schließlich ist an dem Teil der Lagerfläche 3, welcher an die Öffnung 10 angrenzt, eine leichte Abkröpfung 13 angebracht (Fig. 4).Finally, there is a slight bend 13 on that part of the bearing surface 3 which adjoins the opening 10 attached (Fig. 4).

Die Dichtungen la, ib sind symmetrisch zueinander so angeordnet, daß die kugelförmigen Lagerflächen 3 an dem Kugelküken 6 rund um die Mündung des Durchgangs 27 herum anliegen, wenn sich das Kugelküken in der Öffnungsstellung gemäß Fig. 1 befindet.The seals la, ib are arranged symmetrically to one another so that the spherical bearing surfaces 3 rest against the ball plug 6 around the mouth of the passage 27 when the ball plug is in the open position according to FIG.

Das Hahngehäuse 21 ist an den an den Leitungsflanschen 22 anliegenden Stirnflächen 41 mit Ringnuten 42 versehen, die den Randflansch 4 der betreffenden Dichtungen la bzw. 16aufnehmen.The tap housing 21 is provided with annular grooves 42 on the end faces 41 resting on the line flanges 22 provided, which receive the edge flange 4 of the respective seals la and 16, respectively.

Zwischen der Ringnut 42 und dem Randflansch 4 der Dichtung 1 bestehen die folgenden, in F1 g. 4 dargestellten Maßbeziehungen:The following exist between the annular groove 42 and the edge flange 4 of the seal 1, in F1 g. 4 shown Dimensional relationships:

Der Außendurchmesser d der Umfangswand 7 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser D der Ringnut 42. Dagegen ist die Höhe H zwischen dem freien Rand der Umfangswand 7 und der am weitesten vorspringenden Stelle der Stirnfläche 8 im Ruhezustand größer als die Tiefe h der Ringnut 42.The outer diameter d of the circumferential wall 7 is slightly smaller than the inner diameter D of the annular groove 42. In contrast, the height H between the free edge of the circumferential wall 7 and the most protruding point of the end face 8 is greater than the depth h of the annular groove 42 when at rest.

Unter diesen Umständen wird, sobald die Leitungsflansche 22 mittels der Muttern 37 der Spannbolzen 36 gegen die Stirnflächen 41 gedrückt werden, der Randflansch 4 der Dichtung 1 elastisch verformt, wie das die Figur 5 zeigt. Die Umfangswand 7 legt sich (Pfeilrichtung X) gegen die Wandung der Ringnut 42, und zwar infolge der Verformung der Stirnfläche 8, die sich gegen den Leitungsflansch 22 legt (Pfeilrichtung Y). Auf diese Weise entstehen am Randflansch 4 an den Stellen X und Y zwei Dichtungszonen, welche eine Abdichtung zwischen dem Leitungsflansch 22 und dem Hahngehäuse 21 bewirken.Under these circumstances, as soon as the line flanges 22 are pressed against the end faces 41 by means of the nuts 37 of the clamping bolts 36, the edge flange 4 of the seal 1 is elastically deformed, as FIG. 5 shows. The circumferential wall 7 lies (arrow direction X) against the wall of the annular groove 42, namely as a result of the deformation of the end face 8, which lies against the line flange 22 (arrow direction Y). In this way, two sealing zones are created on the edge flange 4 at points X and Y , which create a seal between the line flange 22 and the tap housing 21.

Die der Dichtung 1 durch die Einspannung erteilte elastische Deformation wird auch über die elastische Verbindungsfläche 5 übertragen, welche selbst Bewegungsspiel hat und so einen innigen Kontakt zwischen der Lagerfläche 3 und dem Kugelküken 6 sicherstellt Das Kugelküken 6 ist auf diese Weise schwimmend im Inneren des Hahngehäuses 21 gelagert, wobei es elastisch zwischen den kugelförmigen Lagerflächen 3 der beiden Dichtungen la, 16 eingespannt ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß man unter diesen Bedingungen eine bemerkenswerte Dichtigkeit erzielt, insbesondere bei Kugelküken aus rostfreiem Stahl. Noch bessere Ergebnisse erhält man bei Kugelküken aus keramischem Werkstoff, die maschinengeschliffen und gegebenenfalls glasiert sind.The elastic deformation given to the seal 1 by the clamping is also via the elastic Transfer surface 5, which itself has play and so an intimate contact between the bearing surface 3 and the ball plug 6 ensures the ball plug 6 is floating in this way Mounted inside the tap housing 21, whereby it is elastic between the spherical bearing surfaces 3 of the two seals la, 16 is clamped. Experience has shown that under these conditions achieves a remarkable tightness, especially in the case of stainless steel ball plugs. Even better Results are obtained with ball plugs made of ceramic material, which are machine-ground and, if necessary are glazed.

In jedem Falle verhindert die Abkröpfung 13 der Dichtung 1, daß ein eventueller Grat an der öffnung 10 in die Kugel 6 Riefen ziehen könnte.In any case, the bend 13 of the seal 1 prevents a possible burr from the opening 10 could draw 6 grooves in the ball.

Bei der in Fig.6 dargestellten abgewandelten Ausführung der Dichtung 1 hat der Randflansch 4a die Form eines Metallringes von im wesentlichen kreisringförmigem Querschnitt. Dieser ringförmige Randflansch wird beim Einspannen des Hahngehäuses 21 zwischen den Leitungsflanschen 22 in der oben beschriebenen Weise elastisch zusammengedrückt.In the modified embodiment of the seal 1 shown in Figure 6, the edge flange 4a has the Shape of a metal ring with a substantially circular cross-section. This annular rim flange is when clamping the tap housing 21 between the line flanges 22 in the above-described Way elastically compressed.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem ein Kontakt zwischen dem zylindrischen Teil 11 der Verbindungsfläche 5 und der Innenfläche der Kammer 26 vorgesehen.In this embodiment, a contact between the cylindrical part 11 is also the Connection surface 5 and the inner surface of the chamber 26 is provided.

Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsform besteht die Dichtung 51 aus einem Steg 52, der vollständig mit einer Schutz-Umhüllung 56 überzogen ist.In the embodiment shown in Fig. 7 and 8, the seal 51 consists of a web 52, the is completely covered with a protective covering 56.

Der Steg 52 besteht vorzugsweise aus einem widerstandsfähigen, elastischen Material. Er kann insbesondere aus einem Federstahlblech bestehen oder vorzugsweise aus einem rostfreien Stahlblech. Im allgemeinen hat der Steg 52 eine geringe Dicke, die beispielsweise zwischen einigen Zehntelr. eines Millimeters und einigen Millimetern betragen kann.The web 52 is preferably made of a resistant, elastic material. He can in particular consist of a spring steel sheet or preferably a stainless steel sheet. in the In general, the web 52 has a small thickness, for example between a few tenths. of a millimeter and a few millimeters.

Dem Steg 52 wird vorzugsweise durch Tiefziehen das dargestellte Profil verliehen, so daß er einen Randflansch 54 mit einer parallel zur Achse A-A der Dichtung verlaufenden Umfangswand 57 und einer radial verlaufenden Stirnfläche 58 aufweist. Die Stirnfläche 58 ist über eine Verbindungsfläche 55 mit einer kugelförmigen Lagerfläche 53 verbunden, die zur Anlage an dem Kugelküken bestimmt ist.The profile shown is preferably imparted to the web 52 by deep drawing, so that it has an edge flange 54 with a circumferential wall 57 running parallel to the axis A-A of the seal and one having radially extending end face 58. The end face 58 is connected via a connecting face 55 connected to a spherical bearing surface 53 which is intended to rest on the ball plug.

Die Umhüllung 56 besteht aus einem Material, das von den für den Hahn vorgesehenen Betriebsbedingungen abhängt. Für die übliche Verwendung kann dieses Material aus einer Schicht eines gewöhnlichen Kunststoffes bestehen, die beispielsweise durch Aufstreichen, Zerstäuben oder Eintauchen oder auch durch Umfoimen des Steges 52 gebildet ist. Zu diesem Zweck kann insbesondere Polyäthylen verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch ein Kunststoff benutzt, der selbstschmierende Eigenschaften besitzt. Soll der Kugelhahn für aggressive Medien verwendet werden oder bei sehr tiefen bzw. sehr hohen Temperaturen arbeiten, so greift man auf Polytetrafluoräthylen zurück oder auf eine Zusammensetzung, die diesen Bestandteil enthält.The envelope 56 is made of a material that is dependent on the operating conditions intended for the tap depends. For normal use, this material can consist of a layer of an ordinary plastic exist, for example by brushing on, atomizing or dipping or by umfoimen of the web 52 is formed. In particular, polyethylene can be used for this purpose. Preferably however, a plastic is used that has self-lubricating properties. Should he Ball valve can be used for aggressive media or at very low or very high temperatures work, then you fall back on polytetrafluoroethylene or on a composition that this component contains.

Die Dicke der Umhüllung 56 ist vorzugsweise geringer als jene des Steges 52. Diese Dicke kann gleichmäßig sein, in gewissen Fällen kann es aber vorteilhaft sein, die Schicht an der kugelförmigen Lagerfläche 53 zu verstärken.The thickness of the envelope 56 is preferably less than that of the web 52. This thickness can be uniform, but in certain cases it can be advantageous to apply the layer to the spherical Reinforce storage area 53.

Die so erhaltene Dichtung weist viele Vorteile auf, vor allem hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien (insbesondere Säuren) und hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit im Falle von starken TemDeraturänderungen. Sie gestattet es insbesondere,The gasket obtained in this way has many advantages, especially with regard to its resistance to aggressive media (especially acids) and with regard to their resistance in the case of strong Temperature changes. In particular, it allows

Kugelhähne herzustellen, die effektiv feuerfest sind, d. h. Temperaturen der Größenordnung von 400 bis 500⁰C widerstehen können.Manufacture ball valves that are effectively fireproof, ie can withstand ^{temperatures of the order of 400 to 500 ° C.}

Der die Umhüllung 56 bildende selbstschmierende Werkstoff gewährleistet eine sichere Funktion des Kugelhahns mit einem praktisch bei allen Temperaturen konstanten Widerstandsmoment, was für eine Fernbetätigung des Kugelhahns wichtig ist.The self-lubricating material forming the sheath 56 ensures reliable operation of the Ball valve with a constant moment of resistance practically at all temperatures, what a remote control of the ball valve is important.

Die in F i g. 7 und 8 dargestellte Dichtung 51 wird im Kugelhahn in der gleichen Weise angebracht wie die zuvor anhand von F i g. 1 bis 6 beschriebene Dichtung 1. Dabei legt sich die Stirnfläche 58 an den ihr zugekehrten Leitungsflansch 22 an, und die Dichtung ist elastisch verformt, wenn der Kugelhahn zwischen den beiden Leitungsflanschen eingespannt ist.The in F i g. 7 and 8 shown seal 51 is mounted in the ball valve in the same way as that previously based on FIG. 1 to 6 described seal 1. The end face 58 lies against the one facing it Pipe flange 22 on, and the seal is elastically deformed when the ball valve is between the two Line flanges is clamped.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ball track with at least one made of thin, resilient material, essentially in the form of an S or a 5 ring seal made with a curved edge flange in a recess of the tap housing with respect to the axis of the ring seal on both a radially and an axially directed surface as well rests on the ball plug with a spherical bearing surface, characterized in that the curved edge flange (4,4a) is arranged in the recess in such a way that it extends both radially and axially through a line flange (22) tensioned against the tap housing (21) Direction for the formation of two sealing zones (X, Y) in the recess of the tap housing (21) elastically deformed and at the same time a bias of the spherical bearing surface (3) against a sealing zone (Z) of the ball plug (6) causes.

2. Ball valve according to claim 1, characterized in that that the seal (1) consists of reinforced plastic, for. B. a glass fiber reinforced Epoxy resin.

3. Ball valve according to claim 1, characterized in that it has two seals (Ia ₁ IZ)), between which the ball plug (6) is elastically mounted.

4. Ball valve according to claim 1, characterized in that the seal (51) by a thin Web (52) is formed from a resistant, elastic material, which is covered with a sheath (56) is coated in plastic.

5. Ball valve according to claim 4, characterized in that the plastic coating (56) is self-lubricating Has properties.

6. Ball valve according to claim 4, characterized in that that the coating (56) consists of a uniform layer of a varnish based on Polytetrafluoroethylene consists.