DE1650428A1

DE1650428A1 - Hahn mit Kugelkueken

Info

Publication number: DE1650428A1
Application number: DE19671650428
Authority: DE
Original assignee: Istag AG Suhr AG
Current assignee: Istag AG Suhr AG
Priority date: 1966-09-05
Filing date: 1967-08-03
Publication date: 1970-10-22
Also published as: DE1650428C3; DE1650428B2; AT272779B; GB1201773A; US3520512A; FR1552886A

Description

DEUTSCHLAND HGM

!STAG A.G. Suhr/AC-, Suhr (Aargau, Schweiz)

Hahn mit Kugelküken

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hahn mit Kugelküken, das zwischen zwei um den Ein- und Auslasskanal im Gehäuse angeordneten Ringen drehbar gelagert ist.

Bei der Mehrzahl derartiger Hähne wird die Abdichtung dadurch bewirkt, dass sich die Kugel unter dem Druck des Mediums an den niederdruckseitig liegenden Ring anpresst und so eine Ablichtung bewirkt. In den letzten Jahren trat Lnraer mehr die Forderung in Erscheinung, dass bei derartigen

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Kugelhähnen eine zusätzliche Abdichtung durch das hochdruckseitige Dichtelement erzielt wird. Die bekannten Konstruktionen, welche diesen Anforderungen entsprechen, weisen im Hahngehäuse angeordnete Ringe aus Kunststoff oder dgl. auf, die mit einem flexiblen Teil, z.B. einer Lippe, unter Vorspannung an der Kugel aufliegen, so dass auf der Hochdruchseite der beaufschlagende Druck den flexiblen Teil noch mehr anpresst und eine Abdichtung bewirkt. Ein Grossteil jedes Ringes dient dabei zur Lagerung der Kugel, wobei jeweils das niederdruckseitige Element diese Aufgabe übernimmt und gleichzeitig dort die Abdichtung bewirkt. Da sich die Kugel bei Druckbeaufschlagung in den niederdruckseitigen Ring einpresst, bis dessen Verformungswiderstand gross genug ist, muss der flexible Teil des hochdruchseitigen Ringes so nachgiebig sein, dass er der sich ergebenden Kugelbewegung nachfolgt und die hochdruckseitige Abdichtung aufrechterhält. Das Material der Ringe muss daher einerseits die nötige Nachgiebigkeit besitzen und andererseits unverformbar sein, um niederdruckseitig eine Lagerung der Kugel ohne zu grosse Ausweichbewegung der Kugel zu bewirken. Da diese Ringe bei verschiedenen Drücken abdichten sollen, sind diese divergierenden Forderungen oft nicht zu erfüllen. Ausserdem sind die einstückigen bekannten Dichtelemente in der Form relativ kompliziert und die flexiblen Teile sind hoch beansprucht, waL

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sie in relativ kleiner Dimension stark verformt werden.

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, die Nachteile der oben genannten Hähne mit hochdruckseitiger Abdichtimg zu verbessern. Die Erfindung geht dabei vom Gedanken aus, die den Ein- bzw. Auslasskanal des Hahnes umschliessenden Ringe in zwei gesonderte Ringe zu unterteilen und jedem dieser beiden Ringe eine von den beiden Funktionen zuzuweisen, die die bekannten einstückigen Ringe zu erfüllen haben, Erfindungsgemäss wird dies im wesentlichen dadurch erreicht, dass jeder ä Ring aus einem Lagerring für die Kugel und einem gesonderten tellerfederförmigen Dichtring besteht, welcher an der von der Kugel abgewandten Seite des Lagsrringes angeordnet ist und der mit seinem Aussenrand in das Gehäuse abdichtend eingesetzt ist, wobei er mit dem Innenrand unter einer gegen die Kugel gerichteten Vorspannung an der Kugel anliegt. Beim Betrieb eines solchen Hahnes ist jeweils der hochdruckseitige Dichtring und der niederdruckseitige Lagerring in Funktion. Die Ringe können dabei entsprechend ihren Aufgaben ausgebildet werden, d.h. es kann dem ( Dichtring die richtige Dimension und der richtige Werkstoff zur Erzielung einer guten Abdichtung bei hoher Flexibilitöt gegeben werden, wogegen der Lagerring .nöglichst unnachgiebig ausgebildet werden kann. Die Kugel erfährt dann im Betrieb unter den verschiedensten Drücken praktisch keine axialen Verschiebungen, wodurch die Dichtringe wenig beansprucht werden.

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Die erfindugsgemässen Hähne bieten auch noch eine zusätzliche Sicherheit, weil auch nach einer Beschädigung des Innenrandes des Dichtrings dieser noch an dem Stützring aufliegt und so in Zusammenwirken mit diesem eine - wenn auch zumeist unvollkommene - Abdichtung bewirkt. Vorteilhaft ist die Wand des Aussenrandes des Dichtringes im entspannten Zustand zylindrisch und einer zylindrischen Gehäusebohrung zugeordnet. Im vorgespannten Zustand d.h. bei Zusammenpressung der konischen Form legt sich nämlich dann die Aussenwand unter Spannung an die zylindrische Gehäusebohrung an und bewirkt so eine sehr unempfindliche Abdichtung. Wenn der Dichtungsring gegen den Aussenrand zu eine Verdickung aufweist, kann dem Dichtungsring im Bereich gegen den Innenrand zu auf der Niederdrucksexte eine zusätzliche Biegungsspannung erteilt werden.

Der tellerfederförmige Dichtring kann aus den verschiedensten Werkstoffen, z.B. auch aus Metall sein und je nach den Gegebenheiten im vorgespajnnten, eingebauten Zustand vollkommen eben sein oder noch eine Konizität aufweisen. Es ist aber wichtig, dass die Aenderung der Konizität einen durch den Werkstoff bestimmten V.'ert nicht überschreitet. Vorteilhaft besteht der Dichtring aus PTFE₅ wobei die Aenderung der Konizität der Tellerfederform zwischen entspanntem und vorgespanntem Zustand 2 - 15°, vorzugsweise 5 - 10° beträgt.

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Für höhere Beanspruchungen ist es verteilhaft, wenn der Lagerring im Gehäuse axial verschiebbar ist, wenn vicil er dann als Unterstützung für den Dichtring ausgebildet werden kann, welche der Bewegung des Dichtringes folgt. Die niederdruckseitige Abdichtung zwischen Gehäuse und Lagerring erfolgt dann durch den dazwischen eingespannten Dichtring. Bei besonders hohen Beanspruchungen ist es vorteilhaft, wenn die Verschiebbarkeit des Lagerringes durch einen nur eine vorbestimmte Zusammenpressung des Dichtrings zulassenden Anschlag begrenzt ist. Dabei kann also eine Ueberpressung des niederdruckseitigen Dichtrings vermieden werden, was sowohl eine Beschädigung dieses Ringes verhindert als auch axiale Kugelbewegungen ausschliesst. Die Anschläge können entweder im Gehäuse oder am Lagerring vorgesehen sein. Wenn die der Kugel abgewandte Stirnfläche des verschiebbaren Lagerringes senkrecht zur Hahnachse verläuft, wird jeweils auf der Niederdruckseite das Dichtelement flach gedruckt, so dass die vorerwähnte zusätzliche Biegung erforderlich ist, um eine plastische Verformung des Dichtelementes zu vermeiden. Es ist aber auch möglich, den Lagerring | so auszubilden, dass die der Kugel abgewandte Stirnfläche eine Konizität in Richtung zur Kugel aufweist, wodurch auch der niederdruckseitige Dichtungsring ohne zusätzliche Biegung freies Spiel hat. Je nach den erforderlichen Beanspruchungen kann der Lagerring entsprechend verfor-mungsf est z. R auch aus Metall mit

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guten Glexteigenschaften ausgebildet werden.

Die Erfindung wird nun an Hand der in der Zeichr\jng dargestellten Beispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Kugelhahn im Aufrissquerschnitt\

in den Fig. 2 und 3 sind Schnitte durch die jeweils niederdruckseitigen Lager- und Dichtungsringe anderer erfindungsgemässer Kugelhähne dargestellt;

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemässen Hahn mit drei Gehäuseteilen.

Der in Fig. 1 dargestellte Kugelhahn weist ein zweiteiliges Gehäuse 1 auf, das eine Kugel 2 umschliesst. Diese Kugel ist durch einen, mittels O-Ringen 3 nach aussen abgedichteten Bewegungsbolzen 4 schaltbar. Die Kugel 2 ist im Gehäuse 1 durch Lagerringe 5 geführt, die durch im Gehäuse vorgesehene Schultern 6 nach aussen unverschiefobar gehalten sind. An der von der Kugel abgewandten Stirnflächen der Lagerringe sind tellerfederförmige Dichtinge 7 aus PTFE ins Gehäuse eingesetzt. Die Dichtringe stehen bei zusammengesetztem Kugelhahn unter Vorspannung d.h. sie sind aus ihrer konischen, gegen die Kugel gerichteten Form unter Einfluss der Kugel abgeflacht. Dadurch liegen sie unter Pressung am Aussenrand am Gehäuse an und zugleich mit ihrem Innenrand unter Pressung an der Kugel; diese

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Pressung steigt hochdruckseitig bei Druckbeaufschlagung entsprechend an und bewirkt so die Abdichtung für den erhöhten Druck. Per .örfindungsgemässe Kugelhahn ist mit einer Druckbeaufschlagung von rechts dargestellt; auf der Niederdruckseite dichtet der Lagerring durch Abstützung an der Schulter 6 ab. Der Lagerring besteht bei einer derartigen Konstruktion vorzugsweise aus einem verstärkten Kunststoff, beispielsweise aus gefülltem PTFE, damit die verformungsbedingte Verschiebung der Kugel möglichst klein bleibt. Der niederdruckseitige Dichtring i ist dabei etwas mehr vorgespannt als der hochäruckseitige Dichtring, ist aber nicht vollständig flach gepresst.

Das in Fig. 2 gezeigte Detail eines erfindungsgemässen Kugelhahne's zeigt einen Dichtungs- und zugehörigen Lagerring einer Konstruktion für höhere Betriebsdrücke. Es sind die niederdruckseitigen Ringe dargestellt, wobei die Druckbeaufschlagung wieder von rechts erfolgt ist. Der Lagerring 10 besteht aus Metall und hat einen an der Lauffläche für die Kugel eingesetzten Ring aus Kunststoff 11, insbesondere aus PTFE, ' welcher den geringsten Reibungswiderstand ergibt. Die Abdichtung auf der Niederdruckseite wird einerseits durch den Dichtring erzielt, der an seinem Innenrand noch von der Kugel nach aus sen abgebogen ist. Der Lagerring 10 sitzt auf dem Dichtungsring auf, so dass auch dort die Abdichtung gegeben ist. Der Lager-

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ring, rl or in dor gleichen Bohrung geführt ist, in den auch der Dichtring eingesetzt ist, weist an dem gegen die Kugel 13 hin gerichteten Ende eine Schulter 14 auf, die mit einer Andrehung 15 am Gehäuse 16 zusammenwirkt. Diese Schulter verhindert eine zu weite Bev/egung des Lagerringes in Richtung gegen den Dichtring, wodurch dessen Ueberpressung und Beschädigung verhindert wird. Der Dichtring weist gegen den Aussenrand zu eine Verdickung auf, so dass der Innenrand frei beweglich ist. Dies könnte bei konstanter Dicke des Dichtungsringes auch dadurch erreicht werden, dass das Gehäuse in der durch die strichlierten Linien angegebenen Form zusätzlich ausgedreht ist.

Fig. 3 zeigt Dicht- und Lagerringe eines erfindungsgemässen Kugelhahns auf der Niederdruckseite, bei dem der Dichtring auch in dieser Stellung noch nicht flach gepresst ist. Die Dicke des Dichtringes 20 ist so bemessen, dass der Dichtring etwas über die Schulter 21 zwischen den beiden Bohrungen für Dicht- und Lagerring hervorsteht. Der Lagerring 22, der in diesem Fall aus einem mit Kunststoff überzogenem Metallring besteht, stützt sich bei der dargestellten Beaufschlagung von rechts mit seinem flachen Aussenrand am Dichtring, wodurch niederdruckseitig abgedichtet ist. Der Grossteil der von der Kugel abgewandten Stirnfläche 23 des Lagerringes 22 weist eine Konizität in Richtung zur Kugel auf und ermöglicht so ein freies

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Spiel des Dichtringes auch auf der Niederdruckseite. Auf der Hochdruckseite erfolgt bei den Beispielen gemäss Fig. 2 und 3 die Abdichtung wie bei dem in Fig. 1 geschilderten Ausführungsbeispiel.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemässen Kugelhahn sind die Dicht- und Lagerringe in das Mittelstück 3Ö des Gehäuses eingesetzt, in dem auch der durch O-Ringe 31 abgedichtete Bewegungsbolzen 32 für die Kugel 33 gelagert ist. Bei dieser Ausführung sind die Lagerringe 34 in der durchgehenden Bohrung des Gehäusemittelstückes 30 für die Kugel eingesetzt, wogegen die Dichtringe 35 gegen einen grösseren Durchmesser abdichten. Diese Ausdrehung 36 mit dem grösseren Durchmesser ist so dimensioniert, dass bei Montage der beiden Gehäuseenden 37 (die durch nicht dargestellte Spannschrauben gegeneinandergezogen werden) durch die Dichtringe gleichzeitig auch eine Abdichtung des Gehäusespaltes zwischen Mittelteil und Endteil hergestellt wird. Die Lagerringe 34, welche aus gefülltem Kunststoff oder Graphit bestehen, sind durch die Einspannung zwischen der Kugel und der ebenen Stirnflächen 38 der Dichtringe praktisch unverschiebbar. Die Stirnflächen 38 der Lagerringe 34 weisen in ihrem Innenbereich eine Konizität gegen die Kugel hin auf; die Dichtringe aus PTFE bilden mit diesen konischen Stirnflächen einen Spalt keilförmigen Querschnitts,

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so dass sie sich jederzeit frei bewegen können und in der bei den anderen Beispielen geschilderten Art abdichten.

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Claims

Patentansprüche

1. Hahn mit Kugelküken, das zwischen zwei um den Ein- und Auslasskanal im Hahngehäuse angeordneten Ringen drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ring aus einem Lagerring für die Kugel und einem gesonderten tellerfederförmigen Dichtring besteht, welcher an der von der Kugel abgewandten Seite des Lagerringes angeordnet ist und der mit seinem Aussenrand in das Gehäuse abdichtend eingesetzt ist, wobei er mit dem Innenrand unter einer gegen die Kugel gerichteten Vorspannung an der Kugel anliegt.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1_? dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Aussenrandes des Dichtringes im entspannten Zustand zylindrisch ist und einer zylindrischen Gehäusebohrung zugeordnet ist=

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring gegen den Aussenrand zu eine Verdickung aufweist.

4. Kugelhalm nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring aus PTFE besteht, wobei die Aenderung der Konizität '"er Tellerfederfomr zwischen entspanntem und vorgespanntem Zustanc. ? - 15 , vorzugsweise

5 - 10° beträgt.

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5. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, <3.a-r durch gekennzeichnet, dass der Lagerring im Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar ist.

6. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebbarkeit t^es Lagerrings durch einen nur eine vorbestimmte Zusammenpressung des Dichtrings zulassenden Anschlag begrenzt ist.

7. Kugelhahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag zwischen der Bohrung für den Dichtring und einer grb'sseren Bohrung für den Lagerring gebildet ist.

8. Kugelhahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag bei gleicher Bohrung für Dicht- und Lagerring an dem gegen die Kugel hin gerichteten Ende des Lagerringes vorgesehen ist.

9. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kugel abgewandte Stirnfläche des Lagerringes senkrecht zur Hahnachse ve !"läuft.

10. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ^ic der Kugel abgewandte Stirnfläche des Lagerringes eine Konizität.in Richtung zur Kugel aufweist.

11. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring aus gefülltem Kunst-

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stoff, vorzugsweise aus gefülltem PTFE, besteht.

12. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring aus einem mit Kunstsboff, vorzugsweise PTFE, überzogenem Metall besteht.

13. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring aus einem Metallring

•mit einem an der Luaffläche für die Kugel eingesetztem Ring
aus Kunststoff, vorzugsweise PTFE, besteht.

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