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Die Erfindung betrifft eine Armatur, bestehend aus einem Gehäuse mit Anschlußöffnungen, einem innerhalb des Gehäuses drehbar angeordneten Absperrkörper, der Absperrkörper mit einem oder mehreren Durchströmkanälen versehen ist, wobei in Abhängigkeit von der Stellung des Absperrkörpers die Anschlußöffnungen abgesperrt und/oder mit dem Durchströmkanal verbunden sind, und die Ein- und Austrittsöffnungen eines oder mehrerer Durchströmkanäle auf kugelförmigen Flächen des Absperrkörpers angeordnet sind.
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Solche Armaturen dienen in Rohrleitungssystemen zur Absperrung von Stoffströmen und sie sind auch unter der Bezeichnung Kugelhähne oder Kugelabsperrventile bekannt. Deren Absperrkörper stellen gewöhnlich in ihrer Offenstellung einen uneingeschränkten Strömungsquerschnitt zur Verfügung, wodurch sie sich als sehr strömungsgünstig erweisen und in einem Rohrleitungssystem nur minimale Druckverluste bewirken.
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Ihr Nachteil ist der zwischen dem Gehäuse und dem darin bewegbaren Absperrkörper ausgebildete sogenannte Totraum. Darin sammeln sich Teile eines durch die Armatur strömenden Stoffstromes an. Dies ist nachteilig bei gefährlichen Medien, die toxischer, brennbarer oder explosiver Art sind. Und in Anlagen, durch die zu verschiedenen Zeitpunkten unterschiedliche Stoffströme hindurchgeleitet werden, bilden Medien oder Stoffe, die bei gegenseitigem Kontakt nachteilige chemische Reaktionen auslösen, ein besonderes Gefährdungspotential.
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In solchen Fällen ist die sichere Funktionsfähigkeit solcher Armaturen von besonderer Bedeutung. Ein Verschleiß, beispielsweise im Bereich der Dichtungen, kann bei unbemerkten Leckagen zu gefährlichen Entwicklungen führen. Weiterhin muß während allen Betriebsbedingungen mit Sicherheit eine zuverlässige Absperrung gewährleistet sein.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Armatur der einleitend genannten Art zu entwickeln, die bei der Steuerung von gefährlichen Stoffströmen eine verschleißarme und zuverlässige Dichtfunktion gewährleistet.
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Die Lösung des Problems sieht vor, daß eine Anpreßeinrichtung den Absperrkörper dichtend gegen im Gehäuse angeordnete Gehäusesitzflächen preßt, daß eine Schaltbewegung des Absperrkörpers nach Aufhebung der von der Anpreßeinrichtung erzeugten Anpreßkraft erfolgt und daß die Gehäusesitzflächen in Ebenen angeordnet sind, die gegenüber dem Absperrkörper unter einem eine Selbsthemmung ausschließenden Winkel auf einer Kegelmantelzone angeordnet sind. Diese Losung gewährleistet aufgrund der Anpreßung im Ruhezustand eine sichere Anlage zwischen Absperrkörper und den damit zusammenwirkenden Dichtflächen der Gehäusesitzflächen. Eine Schaltbewegung des Absperrkörpers ist erst nach Aufhebung der Anpreßkräfte möglich. Damit wird ein Verschleiß im Bereich der Dichtflächen durch erhöhte Reibung zwischen Absperrkörper und daran anliegenden Gehäusesitzflächen verhindert. Aufgrund der Anordnung der Gehäusesitzflächen auf einer Kegelmantelzone, die unter einem eine Selbsthemmung ausschließenden Winkel gegenüber der Drehachse des Absperrkörper verläuft, ergibt sich bei einer Schaltbewegung zwischen den Teilen einen Reibverschleiß ausschließenden Bewegungsablauf.
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Bei den bisher bekannten Ausführungsformen liegen Absperrkörper und die Dichtflächen der Gehäusesitzflächen ständig unter Krafteinfluß oder unter dem Einfluß zusätzlicher Kraftspeicher aneinander, so daß bei einer Bewegung des Absperrkörpers erhebliche Reibungskräfte im Bereich der Dichtflächen auftreten. Ein dadurch bedingter Verschleiß, und sei er noch so minimal, gefährdet beispielsweise bei hohen Drücken die Dichtwirkung und verursacht Leckagen. Derartige Leckagen üben jedoch bei gefährlichen Medien die bekannt nachteiligen Wirkungen aus.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das Merkmal, wonach die Gehäusesitzflächen gegenüber dem Absperrkörper radial verstellbar angeordnet sind, ermöglicht eine Nachstellbarkeit, beziehungsweise eine Einstellbarkeit der Gehäusesitzflächen gegenüber dem Absperrkörper. Der Absperrkörper kann als ein Rotationskörper in Form einer Halbkugel ausgebildet sein. Dessen Position ist im Gehäuse durch die Lagerung genau definiert. Gegenüber dem Gehäuse kann die Kugelfläche des Absperrkörpers in einem Nullpunkt gelagert und durch die Einstellbarkeit der Gehäusesitze auch darin gehalten werden. Sollte zwischen den Gehäusesitzen und dem Absperrkörper ein Verschleiß aufgrund der beispielsweise abrassiven oder agressiven Eigenschaften des abzusperrenden Mediums auftreten, dann kann dieser durch die Nachstellbarkeit der Gehäusesitzflächen kompensiert werden.
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Solche sicherheitsrelevanten Armaturen unterliegen häufigen Revisionen. Für Kontrollzwecke ist aus Sicherheitsgründen in einem Tiefpunkt des Gehäuses eine Kontrollöffnung für eine Leckageüberwachung angeordnet. Durch permanente Überwachung oder eine entsprechende Überwachungseinrichtung kann bei der Feststellung einer Leckage eine entsprechende Einstellung der Gehäusesitze vorgenommen werden.
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Diese Leckageüberwachung kann natürlich auch an jeder beliebigen Position des Gehäuses oder Deckels angebracht sein und als Sicht-, Druck-, Unterdruck-, Temperatur-, Feuchtigkeit oder sonstiger Überwachung ausgeführt sein.
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Die Anpreßeinrichtung preßt in der jeweiligen Schließstellung den Absperrkörper dichtend gegen die ihn tragenden Gehäusesitzflächen. Die Größe der Anpreßkräfte wird in Abhängigkeit von den Anwendung findenden Dichtungsmaterialien gewählt. Bei der Verwendung metallischer Abdichtmaterialien ist die Anpreßkraft größer als bei nichtmetallischen Materialien. Beispielsweise ist bei Kunststoffen deren Fließverhalten zu berücksichtigen. Gleichzeitig bietet die Anpreßeinrichtung einen zusätzlichen Vorteil. Hat der Absperrkörper die gewünschte Absperrposition erreicht, dann übt die Anpreßeinrichtung zusätzlich die Funktion einer Sicherheitseinrichtung gegen unbefugte Betätigung aus.
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Ist der Absperrkörper in Form eines Mehrwegehahnes ausgebildet, beispielsweise als Drei-Wege-Ausführung, dann ermöglichen die unter einem Winkel auf einer Kegelmantelzone liegenden Gehäusesitzflächen eine stabile Auflage des Absperrkörpers. Die Wahl des Winkels, unter der die Gehäusesitzflächen auf einer Kegelmantelzone angeordnet sind, erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung einer Selbsthemmung. Denn bei kleinen Winkeln, wie sie beispielsweise bei der Befestigung von Werkzeugen dienenden Morsekegeln bekannt sind, findet eine Selbsthemmung statt. Dies ist auch bei Armaturen in Form von Hahnküken der Fall. Durch die Wahl eines wesentlich größeren, eine Selbsthemmung zwischen Absperrkörper und Anlage an den Gehäusesitzflächen ausschließenden Winkels, wird ein Verschleiß zwischen den Teilen wirkungsvoll verhindert. Ein solcher Kegelwinkel liegt über 15°.
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Wenn in einem Rohrleitungssystem beim Wechsel auf einen anderen Stoffstrom eine vorherige Reinigung stattfindet, bietet eine in einem Tiefpunkt des Gehäuses angeordnete Kontrollöffnung zusätzliche Vorteile. Neben einer Funktion zur Leckageüberwachung sind dadurch Restbestände des vorher im Rohrleitungssystem befindlichen Stoffes und/oder Reinigungsmittels rückstandslos zu entnehmen. In diesem Zusammenhang ist eine weitere Ausführungsform vorteilhaft, derzufolge in Abhängigkeit von der Einbaulage der Armatur die im Absperrkörper angeordneten Durchflußkanäle in ihrem Verlauf einen Hochpunkt aufweisen. Dies gewährleistet einen Ablauf aus den Durchflußkanälen und somit eine rückstandsfreie Entfernung eines Stoffes aus der Armatur, bevor diese geschaltet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
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1 einen Schnitt entlang der Drehachse der Armatur, die
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2 eine Draufsicht auf eine geschlossene Armatur und die
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3 einen Schnitt gemäß Linie A-A von 1.
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In der 1 ist eine Armatur gezeigt, in deren Gehäuse 1 ein Absperrkörper 2 angeordnet ist und welches durch einen Deckelteil 3 verschlossen ist. Der Absperrkörper 2 ragt mit einer Welle 4 aus dem Deckelteil 3 heraus. Im Deckelteil 3 ist eine Anpreßeinrichtung 5 angeordnet. Sie besteht aus einem bei Verdrehung eine achsverschiebliche Bewegung ausführenden Drehdeckel 6. Damit kann unter Zwischenschaltung eines Lagers 7 und einer Scheibe 8 eine Anpreßkraft auf den Absperrkörper 2 ausgeübt oder aufgehoben werden.
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Der Absperrkörper 2 liegt mit einer kugelförmigen Fläche 9 an Gehäusesitzflächen 10 an, die mit Hilfe einer Einstelleinrichtung 11 achsverschieblich im Gehäuse 1 gehalten sind. Die Gehäusesitzflächen 10 korrespondieren mit einem Durchströmkanal 12, der gegenüber den Anschlußöffnungen 13, 14 des Gehäuses 1 in einer Offenstellung gezeigt ist. An einem Tiefpunkt des Gehäuses 1 befindet sich eine Kontrollöffnung 15, mit der das Gehäuseinnere entleert und/oder auch eine mögliche Leckage detektiert werden kann.
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Die Gehäusesitzflächen 10 sind in Ebenen 16, 17 angeordnet, die auf einer Kegelmantelfläche liegen, die unter einem Winkel α gegenüber der Drehachse 18 des Absperrkörpers 2 geneigt verläuft. Dieser Winkel α weist eine Größe auf, die verhindert, daß zwischen den aneinanderliegenden Teilen, Absperrkörper 2 und Gehäusesitzfläche 10, eine Selbsthemmung auftreten kann.
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In diesem Beispiel ist eine metallische Abdichtung zwischen Absperrkörper 2 und den Gehäusesitzflächen 10 gezeigt. Entsprechend dem jeweiligen Einsatzfall der Armatur können auch andere Abdichtungsarten Verwendung finden. Bei nichtmetallischen Dichtungen ergibt sich durch die Aufhebung der Anpreßkräfte eine Entspannung der Materialien, wodurch die Lebensdauer von elastischen Dichtungsmaterialien entscheidend verbessert werden kann. Zwischen den hier als Ringelementen ausgebildeten Gehäusesitzflächen 10 und dem Gehäuse 1 sind gekammerte Dichtungen 19 angeordnet, die einen Austritt der abzusperrenden Stoffe verhindern.
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Eine Handhabe 20, die gemäß 2 bei einer Endlage des Absperrkörpers 2 an einem Anschlag 21 wegbegrenzend anliegt, dient hier zur Betätigung der Anpreßeinrichtung 5. Vor der Einleitung einer Drehbewegung des Absperrkörpers 2 muß die Anpreßeinrichtung 5 durch Bewegung der Handhabe 20 in Richtung eines weiteren Anschlages 22 bewegt werden. Dies hebt die auf den Absperrkörper 2 einwirkenden Kräfte auf. Danach kann durch eine in die Welle 6 eingeleitete Drehbewegung der Absperrkörper 2 in eine andere Position geschwenkt werden. Nach deren Erreichen wird durch Betätigung der Handhabe 20 in Richtung des Anschlages 21 eine dichtende Anpreßung des Absperrkörpers 2 gewährleistet. Durch entsprechende Hilfsmittel kann die Handhabe 20 gegen unzulässige Betätigungen gesichert werden und damit eine zusätzliche Sicherungseinrichtung geschaffen werden. Auch kann die Anpreßeinrichtung 5 so ausgebildet sein, daß bei Betätigung eine kombinierte Hub-Drehbewegung vom Absperrkörper 2 ausgeführt wird.
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Ebenso kann durch Ausgestaltung der Scheibe 8 als Federelement, durch den Weg des Drehdeckels 5 und die Wegbegrenzung durch den Anschlag 21, eine definierte Anpreßkraft des Absperrkörpers 2 auf die Gehäusesitzflächen 10 ausgeübt werden.
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Der in 1 gezeigte Verlauf der Durchflußkanäle 12 weist bei der dargestellten Einbaulage einen Hochpunkt 24 auf, mit dessen Hilfe ein sicherer Abfluß eines in der Armatur befindlichen Stoffes erreicht wird.
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Die 3, die einem Schnitt gemäß der Linie A-A von 1 entspricht, zeigt die Ausbildung der Armatur als Drei-Wege-Armatur. Der Absperrkörper 2 ruht damit innerhalb des Gehäuses genau positioniert auf drei Gehäusesitzringen 10 und hat damit eine stabile Lage. Bei anderen Formen der Verwendung findenden Durchflußkanäle können für eine sichere Lage des Absperrkörpers entsprechende Auflageflächen im Gehäuse 1 vorgesehen sein. Diese Auflageflächen können ebenfalls nachstellbar ausgebildet sein. Auch sind andere als die hier gezeigte Ausführungsform der Kugellagerung anwendbar. Die gegenüber dem Absperrkörper einstellbaren Gehäusesitzringe 10 ermöglichen eine genaue Definition einer Nullage des Absperrkörpers. Dadurch wird für die Abdichtwirkung ein Höchstmaß an Präzision erreicht.
