DE19646040A1 - Schaltarmatur - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltarmatur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Abdichtung von Schaltwellen gegenüber einem Armaturen­ gehäuse ist kritisch, weil Undichtigkeiten auftreten kön­ nen, insbesondere bei Drehbetätigung der Schaltwellen mittels einseitiger Handhebel. Dadurch wird zwangsläufig auf die Schaltwelle ein Kippmoment ausgeübt, durch das die Abdichtung einerseits zusammengepreßt wird und anderer­ seits Spaltbildungen ermöglicht.

Aus DE-U-78 15 061 ist eine schaltbare Armatur bekanntge­ worden, deren druckbeaufschlagte Schaltwelle zur Sicherung im Armaturengehäuse zwei axial voneinander beabstandete radiale Bunde mit sphärischen Dichtflächen hat, die je­ weils über Dichtringe mit sphärischen Sitzflächen an Ab­ stufungen einer zweigestuften Schaltwellenbohrung abge­ stützt sind. Die Schaltwelle wird sowohl unter dem Ge­ häuseinnendruck als auch infolge der Vorspannung von Tellerfedern in ihren Dichtsitz gepreßt und gezogen, wobei die Tellerfedern einerseits an der Außenseite des Arma­ turengehäuses und andererseits an einem schaltwellenfesten Widerlager abgestützt sind. Diese Konstruktion hat den Nachteil, daß der Innendruck der Schaltarmatur sowie eine Abnutzung der Abdichtungen der Federvorspannung entgegen­ wirken. Die Schaltwelle ist nur unter erheblicher Spalt­ bildung zwischen Bunden und Dichtflächen kippbar, weil die sphärischen Dichtsitze axial erheblich versetzte Radien­ mittelpunkte haben.

Aus DE 21 40 975 ist eine Schaltwellenabdichtung für Schaltarmaturen bekannt, deren Schaltwelle einen Ringbund mit ebenen Ringflächen für die Anlage zweier Dichtanord­ nungen aus jeweils zwei ineinandergreifenden keilförmigen Dichtringen aufweist. Ferner offenbart die DE 26 58 256 eine Abdichtvorrichtung für die Spindel einer Armatur, bei der ein Dichtring mit einem kugelförmigen Dichtsitz mit­ tels Tellerfeder gegen die sphärische Dichtfläche eines Radialbundes der Spindel gedrückt wird. Die Dichtfläche ist auf der innenliegenden Seite des Bundes angeordnet, so daß die Tellerfedern an einer Innenstufe der Spindelboh­ rung abgestützt sind und Kontakt mit einem durchströmenden Medium bekommen. Der Bund ist außen über eine ebene Ring­ fläche an einem gehäusefesten Widerlager abgestützt, so daß eine Kippbeweglichkeit der Spindel nicht gegeben ist.

Schließlich ist aus der DE 41 04 003 eine Schaltarmatur bekanntgeworden, bei der ein einziger Bund an der Schalt­ welle gegenüberliegende Dichtflächen ausbildet, die sphä­ risch geformt sind und die mit entsprechend geformten Dichtringen auf gegenüberliegenden Seiten zusammenwirken, wobei die Feder auf einen Druckring wirkt, der gegen den zugewandten Dichtring anliegt, um ihn gegen den Bund anzu­ pressen. Bei dieser Schaltarmatur werden die Dichtringe und der Bund der Schaltwelle spielfrei zusammengedrückt. Die Druckfeder garantiert einen Ausgleich von Fertigungs­ toleranzen, Ausdehnungsänderungen und Verschleiß, so daß im Normalfall ein Nachstellen der Abdichtung erforderlich ist. Durch die sphärischen Dicht- und Sitzflächen auf bei­ den Seiten desselben Bundes ist eine spaltfreie Dichtan­ lage gegeben und werden Ablagerungen durch Medienanschluß zwischen Schaltwelle und Schaltwellenbohrung verhindert. Die bekannte Konstruktion erfordert hohe Drehmomente zu ihrer Betätigung, was auch für die weiter oben beschriebe­ nen Schaltwellenlagerungen der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltarma­ tur mit einer Schaltwellenlagerung zu schaffen, bei der auf einen Dichtring wirkende Kippmomente vermieden werden und eine Leichtgängigkeit bei Betätigung der Schaltwelle ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltarmatur ist eine Linien­ berührung zwischen Dichtring und Dichtfläche vorgesehen. Vorzugsweise ist hierzu die Dichtfläche im Querschnitt konkav geformt, wobei nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch der Dichtring im Anlagebereich sphä­ risch geformt sein kann und nach einer weiteren Ausgestal­ tung der Erfindung der Radius der Krümmung des Dichtringes kleiner ist als der der Dichtfläche.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Schaltwellenlagerung hat eine Reihe von Vorteilen. Durch die Linienberührung wird eine Abdichtung am Schaltwellenbund erhalten, die auch bei Querkräften an der Schaltwelle und damit bei einem entsprechenden Neigungswinkel der Schaltwelle beibe­ halten bleibt, so daß kein Produkt in den Innenraum zwi­ schen Schaltwelle und Schaltwellenbohrung dringen kann. Auf den Dichtring wird kein wesentliches Moment beim An­ kippen der Schaltwelle ausgeübt. Die Berührungslinie zwi­ schen Dichtring und Bund mag beim Ankippen der Schaltwelle leicht verschoben werden, dadurch wird jedoch die Abdich­ tung als solche nicht beeinträchtigt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß das erfor­ derliche Drehmoment zur Betätigung des Schaltorgans der Armatur relativ gering ist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion hat schließlich den Vor­ teil, daß auch bei Dichtringen aus keramischem oder metal­ lischem Werkstoff trotz relativ geringer Drehmomente zur Betätigung eine sichere Abdichtung erzielt wird. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Schaltwellenbohrung ein weiterer buchsenförmiger Dichtring eingebracht, der von einem Druckring beaufschlagt ist, der mit der Feder zusammenwirkt, vorzugsweise einer Teller­ feder. Um auch hier das Drehmoment zur Betätigung des Schaltorgans klein zu halten, sieht die Erfindung eine Linienberührung zwischen Tellerfeder und Druckring vor, wobei der Druckring nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Eingriffsbereich mit der Tellerfeder konvex gewölbt ist. Außerdem wird auf diese Weise eine gleichmäßige An­ pressung des Druckrings an den zugehörigen Dichtring sowie eine gleichmäßige Anpassung des Dichtrings am Bund der Schaltwelle auch bei einem Kippen der Schaltwelle erhal­ ten.

Für eine zusätzliche Abdichtung kann nach einer Ausgestal­ tung der Erfindung der Dichtring in dem der Dichtfläche diagonal gegenüberliegenden Kantenbereich eine Ausnehmung aufweisen zur Aufnahme eines O-Dichtrings.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Kugelhahn mit einer Schalt­ wellenlagerung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt vergrößert eine Einzelheit aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine weitere Einzelheit aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Gehäuse 10 eines Kugelhahns angedeutet mit einem Kugelküken 12, das mit Hilfe einer Schaltwelle 14 verdrehbar ist, indem ein Zapfen 16 in eine entspre­ chende Ausnehmung 18 eingreift.

Das Gehäuse 10 weist eine Bohrung 20 auf, mit einem ersten Bohrungsabschnitt 22, in dem eine buchsenförmige Dichtung 24 angeordnet ist. Durch eine Durchmesserverringerung der Bohrung 22 ist eine Schulter 26 gebildet, die schräg zur Bohrung 20 abfallend ist und auf der sich die Dichtung 24 abstützt. Die Dichtung 24 ist auch an der Oberseite mit einer Schrägfläche versehen, angepaßt an die Schrägfläche eines Druckrings 28, der passend im Bohrungsabschnitt 22 sitzt. In einem unteren Bohrungsabschnitt 30 sitzt ein Dichtring 32, auf dessen Einzelheiten noch weiter unten eingegangen wird. Der Dichtring wirkt zusammen mit einem radialen Bund 34 der Schaltwelle 14, die eine konkav ge­ wölbte sphärische Dichtfläche 36 aufweist.

Oberhalb des Druckrings 28 ist ein aus zwei Tellerfedern bestehendes Federpaket 38 angeordnet, das von einer Mutter 40, die auf einen Gewindeabschnitt 42 der Schaltwelle 14 aufgeschraubt ist, unter Druck setzbar ist. Zwischen der Mutter 40 und einer weiteren Mutter 44 auf der Schaltwelle 14 ist ein Handhebel 46 angedeutet.

Fig. 2 zeigt die Einzelheit 2 nach Fig. 1 (eingekreist). Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß in dem unteren Bohrungs­ abschnitt 30 ein im wesentlichen im Querschnitt rechtecki­ ger Dichtungsring 32 angeordnet ist und der sich mithin an dem Absatz 48 des Gehäuses 10 abstützt. Wie ferner zu er­ kennen, weist der Dichtring 32 auf der dem Bund 34 zuge­ kehrten Seite eine konvex sphärische Form auf, wie bei 50 zu erkennen. Der Durchmesser des Radius der konvexen Wöl­ bung ist etwas geringer als der der sphärischen Dichtflä­ che 36, so daß eine Linienanlage zwischen Dichtring 32 und Dichtfläche 36 stattfindet, wie bei 52 angedeutet. Diese Linienanlage ist unabhängig davon, ob die Schaltwelle 14, insbesondere aufgrund von Betätigungen, eine Kippneigung erfährt. Dadurch verlagert sich zwar die Berührungslinie 52, der Dichteffekt bleibt indessen erhalten.

Aufgrund der Federwirkung der Tellerfeder 34 wird der Bund 34 gegen den Dichtring 32 angepreßt, wobei Mediendruck im Inneren des Gehäuses 10 diese Wirkung noch unterstützt. Um eine zusätzliche Abdichtung zwischen Dichtring 32 und dem Bohrungsabschnitt 30 bzw. dem Absatz 48 zu erhalten, ist auf der der sphärischen Krümmung 55 gegenüberliegenden Kante ein O-Ring 52a in einer entsprechenden Ausnehmung eingesetzt.

Der Dichtring 32 kann auch beliebigem Material bestehen, beispielsweise aus Metall, Graphit, einem Elastomer oder dergleichen.

Fig. 3 zeigt die Einzelheit 3 nach Fig. 1 (eingekreist). Man erkennt, daß der Druckring 28 im oberen Bereich auf der der Schaltwelle 14 zugekehrten Seite konvex sphärisch gewölbt ist, wie bei 54 gezeigt. Auf diese Weise ergibt sich eine Linienanlage 56 an der unteren Tellerfeder des Federpakets 38, wodurch das erforderliche Drehmoment zur Verstellung des Kugelkükens 12 reduziert wird. Ein bereits erwähntes geringfügiges Neigen der Schaltwelle 14 beein­ trächtigt nicht die gleichmäßige Federanpressung und damit die gleichmäßige Beaufschlagung des Dichtrings 24 durch den Druckring 28.

Claims (9)

1. Schaltarmatur, insbesondere Hahn, Kugelhahn, Klappe oder dergleichen, mit einer drehbar und geringfügig kippbar in einer Schaltwellenbohrung eines Armaturen­ gehäuses geführten Schaltwelle für ein Schaltorgan, die eine Dichtfläche hat, die an einem Bund auf der dem Schaltorgan entgegengesetzten Seite ausgebildet ist, einem mit der Dichtfläche zusammenwirkenden Dichtring, der an einer Abstufung der Schaltwellenbohrung abdich­ tend abgestützt ist und einer die Dichtfläche gegen den Dichtring drückenden Feder, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (32) mit der Dichtfläche (36) im wesent­ lichen Linienberührung aufweist.

2. Schaltarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (36) im Querschnitt konkav geformt ist.

3. Schaltarmatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (32) im Anlagebereich an der Dicht­ fläche (36) im Querschnitt kreisbogenförmig ist.

4. Schaltarmatur nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Radius der Krümmung des Dichtrings (32) kleiner ist als der der Dichtfläche (36).

5. Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (32) im übrigen Quer­ schnitt rechteckförmig und von einer dazu passend ge­ formten Abstützung abgestützt ist.

6. Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine stopfbuchsenartige Dichtung (24) vorgesehen ist mit einem in der Schalt­ wellenbohrung einsitzenden Dichtring (24) und einem von der Feder (38) beaufschlagten Druckring (28), der den buchsenartigen Dichtring (24) gegen eine Schulter (26) der Schaltwellenbohrung (20) andrückt.

7. Schaltarmatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Tellerfeder (38) ist und der Druck­ ring (28) mit der Tellerfeder (38) Linienberührung (56) hat.

8. Schaltarmatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (24) im Eingriffsbereich mit der Tel­ lerfeder (38) konvex gewölbt (54) ist.

9. Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (32) in dem der Dicht­ fläche (36) diagonal gegenüberliegenden Kantenbereich eine Ausnehmung aufweist zur Aufnahme einer O-Ringdich­ tung (52).