DE19904062A1

DE19904062A1 - Kugelhahn-Armatur mit elektrischer Trennstelle

Info

Publication number: DE19904062A1
Application number: DE1999104062
Authority: DE
Inventors: Bernd Sonje
Original assignee: Manibs Spezialarmaturen GmbH and Co KG
Current assignee: Manibs Spezialarmaturen GmbH and Co KG
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-03

Abstract

Eine Kugelhahn-Armatur weist eine elektrisch isolierende Trennstelle auf, die aus einem zylindrischen I-Trennstellengehäuse, einer darin einführbaren, elektrisch isolierenden I-Buchse mit Anschlußmöglichkeiten für weitere Leitungselemente und einem auf das Gehäuse der Trennstelle aufschiebbaren, zur Befestigung der I-Buchse dienenden Spannring besteht. Erfindungsgemäß wird die I-Buchse formschlüssig mit dem I-Trennstellengehäuse verbunden. Hierzu weist sowohl die I-Buchse als auch der in Axialrichtung auf die Mantelfläche des I-Trennstellengehäuses aufschiebbare Spannring einen Konus auf, während die Wandung des I-Trennstellengehäuses zunächst zylindrisch ausgestattet ist. Diese ist jedoch innerhalb einer axialen Biegezone verformbar, so daß beim Aufschieben des Spannrings aufgrund der konischen Ausformung von I-Buchse und Innenfläche des Spannrings die Wandung des I-Trennstellengehäuses in Richtung I-Buchse sich verformt. Damit wird eine dauerhafte formschlüssige Verbindung zwischen I-Buchse und I-Trennstellengehäuse hergestellt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Kugelhahn-Armatur der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art. Die Armatur umfaßt zum einen eine Baueinheit aus einem absperrwirksamen Kugelhahn und zum anderen eine in Verlaufsrich tung des strömenden Mediums angeordnete elektrisch isolierende Trennstelle, bestehend aus einem zylindrischen Trennstellengehäuse, einer darin einführba ren, elektrisch isolierenden I-Buchse mit Anschlussmöglichkeiten für weitere Leitungselemente und einem auf das Gehäuse der Trennstelle aufschiebbaren, zur Befestigung der I-Buchse dienender Ring. Derartige Kugelhahn-Armaturen mit elektrischer Trennstelle sind dazu geeignet, die Weiterleitung von elektri schen Ladungen, verursacht durch Blitzeinschlag oder ungewolltes Aufreißen von im Erdreich verlegter elektrischer Leitungen zu verhindern.

Solche Armaturen mit isolierender Trennstelle haben sich zwar prinzipiell be züglich ihrer Durchschlagssicherheit bewährt, doch ergeben sich Probleme bei der Befestigung der I-Buchse mit dem Trennstellengehäuse.

Bei bekannten Armaturen wird zur Befestigung der I-Buchse zunächst das Trennstellengehäuse stark erhitzt und anschließend die I-Buchse ins Innere des Gehäuses eingeführt. Beim darauf folgenden Abkühlungsvorgang schrumpft das Trennstellengehäuse wieder zusammen und verpreßt sich hierbei mit der Man telfläche der I-Buchse. Dabei wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Trennstellengehäuse und I-Buchse hergestellt. Diese thermische Behandlung des Materials hat aber folgenden Nachteil:
Die mittels Plasma-Spritzverfahren auf die Oberfläche der I-Buchse aufge brachte dünne Isolierschicht wird zur Verschließung der Poren mit einem dün nen Siegellack versehen, der unter Temperatur aushärtet. Bei dem Verschrump fen der I-Buchse mit dem Trennstellengehäuse wird diese Isolierschicht jedoch einer weit größeren thermischen Belastung ausgesetzt, so daß die Gefahr des Ausschmelzens, Aufreißen oder der Ablösung der Schutzschicht von der I- Buchse besteht. Dadurch wird eine aufwendige Prozeßsicherung zur Steuerung der Einflußfaktoren erforderlich.

Auch sind Armaturen mit I-Trennstelle bekannt, bei denen die I-Buchse zu nächst in ein Trennstellengehäuse eingeführt und dann mit einem Klemmring befestigt wird. Hierbei haben I-Buchse und Trennstellengehäuse sowie Klemm ring kreiszylindrische Geometrie und müssen demzufolge sehr genau aufeinan der abgestimmt sein. Dies erfordert beim Überpressen des Klemmringes die Einhaltung sehr enger Toleranzen. Das ist jedoch arbeits- und kostenintensiv. Darüber hinaus besteht bei dieser Art der Befestigung der I-Buchse an das Trennstellengehäuse aufgrund der rein kraftschlüssigen Verbindung keine Axialsicherung. Für derartige I-Trennstellen werden jedoch besondere Anforde rungen bzgl. der Torsionsfestigkeit und axialer Zugkraft beim Anbringen von Anschlußelementen gestellt. Da jedoch bei derartigen I-Trennstellen die Kraftübertragung nur über die zylindrische Flächenpressung erfolgt, besteht hierbei zusätzlich die Gefahr, daß die Verbindung zwischen I-Buchse und Trennstellengehäuse beim Anbringen weiterer Anschlußelemente wieder gelöst wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine stabile Kugelhahn- Armatur mit elektrischer Trennstelle der im Oberbegriff des Anspruches 1 ge nannten Art zu entwickeln, die bei ihrer Montage nicht die Beachtung enger Toleranzen erfordert und sich im Gebrauchsfall durch hohe Zuverlässigkeit auszeichnet. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspru ches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt:
Bei der Erfindung wird zur Befestigung der I-Buchse an das Trennstellenge häuse eine formschlüssige Verbindung verwendet. Hierzu weist die I-Buchse einen in Axialrichtung verlaufenden, sich zum Einführende der I-Buchse hin sich erweiternden Konusbereich auf. Einen diesen Konus entsprechenden Ver lauf besitzt nun auch die Innenfläche des auf das Trennstellengehäuse auf schiebbaren Spannringes, während die Wandung des Trennstellengehäuses zu nächst zylindrisch, also ohne Konus ausgebildet ist. Die Wandung des Trenn stellengehäuses weist jedoch eine Biegezone auf, die im Montagefall, wenn also die I-Buchse im Trennstellengehäuse eingeführt und der Spannring in Axialrich tung auf die Mantelfläche des Trennstellengehäuses aufgeschoben wird, radial gegen den Konusbereich der I-Buchse biegbar ist. Durch diese Verformung ist eine formschlüssige Verbindung zwischen der I-Buchse einerseits und dem Trennstellengehäuse andererseits möglich. Vorteilhafterweise muß bei der er findungsgemäßen Armatur der Spannring keine fest definierte Position auf der Mantelfläche des Trennstellengehäuses einnehmen. Eine exakte Abstimmung der zusammenwirkenden Teile entfällt, so daß bei der Armatur mit Trennstelle fertigungstechnische Toleranzen ausgeglichen werden können. Eine Beein trächtigung der isolierenden Schutzschicht auf der Oberfläche der I-Buchse ist nicht zu erwarten, da die Befestigung der I-Buchse mit dem Trennstellengehäu se keiner thermischen Behandlung bedarf und auch keiner Schubbeanspruchung unterliegt, wie sie beispielsweise beim Kalteinpressen entstehen würde. Die Formschlüssigkeit zwischen I-Buchse und Trennstellengehäuse gewährleistet eine stabile und dauerhafte Verbindung, die den hohen mechanischen Anforde rungen, wie Torsionsfestigkeit und Biegebeanspruchung, beispielsweise beim Anbringen weiterer Anbauteile, gerecht werden.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindungen ergeben sich aus den Un teransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen Kugelhahn-Armatur mit einem Kugelhahn und der elektrischen Trennstelle im montierten Zustand,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 1, wobei nur die erfin dungsgemäße I-Trennstelle gezeigt wird,

Fig. 3a in noch stärkerer Vergrößerung eine Explosionsdarstellung der Fig. 2 vor dem Zusammenbau,

Fig. 3b wie Fig. 3a, jedoch nach dem Zusammenbau der I-Trennstelle.

Die erfindungsgemäße Kugelhahn-Armatur besteht aus zwei Baueinheiten, nämlich einem zum Absperren von strömenden Medien dienender Kugelhahn 10 und einer elektrisch isolierenden Trennstelle 20. Beide Baueinheiten sind in Verlaufsrichtung des strömenden Mediums beispielsweise durch Verschweißen miteinander verbindbar. Der Kugelhahn 10 umfaßt ein Armaturengehäuse 11, in dessen Inneren ein absperrwirksames Kugelglied 12 angeordnet ist, das über eine am Armaturengehäuse 11 angeordnete Handhabe 13 manuell verdrehbar ist. Die I-Trennstelle 20 ist über ein Trennstellengehäuse 14 mediendicht mit dem Armaturengehäuse 11 des Kugelhahns 10 verbunden. Neben dem Trenn stellengehäuse 14 weist die I-Trennstelle 20 zum einen eine in das Gehäuse 14 einführbare I-Buchse 15 und zum anderen einen auf die Mantelfläche 33 des I- Trennstellengehäuses 14 aufschiebbaren Spannring 30 auf.

Die I-Buchse I S besitzt ein im Längsschnitt gesehenes, tulpenförmiges Profil, wie in Fig. 2 dargestellt. Die I-Buchse 1 S kann hierbei in axialer Richtung in zwei Teilbereiche, nämlich einen Konusbereich 16 und einen Zylinderbereich 17 unterteilt werden. Wie in Fig. 3a ersichtlich, ist die I-Buchse 15 mit ihrem Einführende 32 axial in das I-Trennstellengehäuse 14 einführbar. Die für weite re Anschlusselemente vorgesehene I-Buchse 15 ist als eine isolierende Barriere für elektrische Durchschläge, verursacht beispielsweise durch Blitzeinschlag, konzipiert. Dazu ist die umfangsseitige Oberfläche der I-Buchse 15 mit einer nicht leitenden Oxidschicht 25, vorzugsweise einer Al₂O₃-Schutzschicht verse hen.

Das zur Aufnahme der I-Buchse 15 dienende Trennstellengehäuse 14 der I- Trennstelle 20 besitzt zylindrische Geometrie und weist eine den Umfang be stimmende Wandung 22 auf, die axial in zwei Wandungsabschnitte, nämlich ei ne Zentrierzone 19 und eine Biegezone 18 unterteilt werden kann. Die Abgren zung zwischen Biegezone 18 und Zentrierzone 19 erfolgt durch eine innenlie gende, ringförmige und zur I-Buchsenachse 31 senkrecht ausgerichtete Ausspa rung 23. Die durch diese Aussparung 23 hervorgerufene Schwächung der Wan dung 22 vom I-Trennstellengehäuse 14 dient als Biegestelle der Biegezone 18. Die Zentrierzone 19 wird anderenends begrenzt durch einen Radialabsatz 34, auf dem zur mediendichten Abdichtung des I-Trennstellengehäuses 14 gegen über der I-Buchse 15 ein Dichtring 29 angeordnet ist. Des weiteren ist im I- Trennstellengehäuse 14 eine aus isolierendem Material bestehende Innenhülse 26 vorgesehen, die mit ihrer Auflagefläche 36 sich auf einer Stufe 35 des Ra dialabsatzes 34 abstützt, während ihr Zylinderkörper 37 sich axial in das I- Trennstellengehäuse 14 bis unterhalb der Biegestelle 23 der Wandung 22 er streckt.

Um die I-Buchse 15 mit dem I-Trennstellengehäuse 14 dauerhaft verbinden zu können, ist ein auf die Mantelfläche 33 des I-Trennstellengehäuses 14 auf schiebbarer Spannring 30 vorgesehen. Dieser besitzt eine Innenfläche 21, die einen konischen Verlauf aufweist, wobei der Konus dem Konus der I-Buchse entspricht.

Wird nun die I-Buchse 15 in das I-Trennstellengehäuse 14 eingeführt, wie es durch den Bewegungspfeil 38 in Fig. 3a dargstellt, gelangt das Einführende 32 zwischen der Wandung 22 und dem Zylinderkörper 37 von der Innenhülse 26 zur Anlage. Im Zylinderbereich 17 weist die I-Buchse 15 zusätzlich eine den Außendurchmesser verringernde Schrägfläche 27 auf. Dadurch wird ein Hohl raum 28 geschaffen, der zur Aufnahme des im I-Trennstellengehäuse 14 einge legten Dichtring 29 dient. Im eingeführten Zustand der I-Buchse 15 im I- Trennstellengehäuse 14 ist nun der Zylinderbereich 17 von I-Buchse 15 der Zentrierzone 19 vom I-Trennstellengehäuse 14 einerends und der Konusbereich 16 von I-Buchse 15 der Biegezone 18 vom I-Trennstellengehäuse 14 andere nends zugeordnet. Während der Zylinderbereich 17 parallel der Zentrierzone 19 des I-Trennstellengehäuses 14 verläuft, ergibt sich zwischen dem Konusbereich 16 der I-Buchse 15 und der Biegezone 18 des I-Trennstellengehäuses 14 ein Winkel 24, der dem Konus der I-Buchse entspricht und eine Neigung von 1-3° in Richtung der I-Buchsenachse 31 aufweist.

Wird nun der Spannring 30 entlang der Aufschieberichtung 39 auf die Mantel fläche 33 des I-Trennstellengehäuses 14 aufgeschoben, so bewirken die beiden konisch ausgeformten Flächen, nämlich der Konusbereich 16 der I-Buchse 15 einerseits und die Innenfläche 21 des Spannrings 30 andererseits eine Verbie gung der Biegezone 18 des I-Trennstellengehäuses 14. Bei diesem Biegevor gang wird die Biegezone 18 wie in Fig. 3b gezeigt, in Richtung I-Buchse ver formt, so daß der Winkel zwischen diesen beiden Flächen verschwindet. Die Biegezone 18 verläuft somit parallel dem Konus der I-Buchse 15 sowie dem Konus des Spannrings 30. Durch die Verbiegung der Wandung 22 des I- Trennstellengehäuses 14, die durch die Schwächungsstelle 23 begünstigt wird, wird eine formschlüssige Verbindung zwischen I-Buchse 15 und I- Trennstellengehäuse 14 sichergestellt.

Sowohl die auf die Oberfläche der I-Buchse 15 aufgebrachte Oxidschicht als auch die vorzugsweise aus isolierendem Kunststoff bestehende Innenhülse 26 sorgen dafür, daß keine elektrischen Ladungen von dem I-Trennstellengehäuse 14 auf die I-Buchse 15 und die daran angeschlossenen Leitungsteile übertreten.

Bezugszeichenliste:

10

Kugelhahn

11

Armaturengehäuse

12

Kugelglied

13

Handhabe

14

I-Trennstellenhäuse

15

I-Buchse

16

Konus-Bereich

17

Zylinder-Bereich

18

Wandungsabschnitt, Biegezone.

19

Wandungsabschnitt, Zentrierzone

20

I-Trennstelle

21

Innenfläche von

30

22

Wandung von

14

23

Schwächungsstelle, Biegestelle, Aussparung

24

Winkel zwischen

16

und

18

25

Schutzschicht

26

Innenhülse

27

Schrägfläche

28

Hohlraum

29

Dichtring

30

Ring, Spannring

31

I-Buchsen-Achse

32

Einführende von

15

33

Mantelfläche von

14

34

Radialabsatz

35

Stufe von

34

36

Auflagefläche von

26

37

Zylinderkörper von

26

38

Einführrichtung

39

Aufschieberichtung

Claims

1. Kugelhahn-Armatur (10) mit elektrischer Trennstelle für strömende Medien, insbeson dere für brennbare Gase,
bestehend aus einem zwischen zwei medienführenden Rohren befestigbares Armaturen gehäuse (11) mit einem absperrwirksamen Kugelglied (12) und einer mit diesem in Wirkverbindung stehenden Handhabe (13)
und einem in Verlaufsrichtung des strömenden Mediums angeordneten zylindrischen Trennstellengehäuse (14) mit einer in axialer Richtung in das Gehäuse (14) einführba ren, elektrisch isolierenden I-Buchse (15)
wobei zur Befestigung der I-Buchse (15) ein auf die Mantelfläche (33) des Trennstel lengehäuses (14) aufschiebbarer Ring (30) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die I-Buchse (15) in axialer Richtung einen zum formschlüssigen Verbinden mit dem Trennstellengehäuse (14) dienenden Konus-Bereich (16) aufweist, der sich zum Einführende der I-Buchse (15) hin erweitert,
dass der Ring (30) ein in Axialrichtung auf die Mantelfläche (33) des Trennstellenge häuses (14) aufschiebbarer Spannring ist, dessen Innenfläche (21) einen dem Konus- Bereich (16) der I-Buchse (15) entsprechenden Verlauf besitzt,
und dass der dem Konus-Bereich (16) der I-Buchse (15) gegenüberstehende Wan dungsabschnitt (18) des Trennstellengehäuses (14) eine Biegezone darstellt, die durch das Aufschieben des Spannrings (30) auf die Mantelfläche (33) des Trennstellengehäu ses (14) radial gegen die I-Buchse (15) biegend verformbar ist und somit eine form schlüssige Verbindung zwischen I-Buchse (15) und dem Trennstellengehäuse (14) ent stehen läßt.

2. Kugelhahn-Armatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die I-Buchse (15) neben dem Konus-Bereich (16) einerends noch einen zur Zentrierung der I-Buchse (15) dienenden Zylinder-Bereich (17) anderenends aufweist,
und dass der dem Zylinder-Bereich (17) der I-Buchse (15) gegenüberstehende Wan dungsabschnitt (19) des Trennstellengehäuses (14) eine Zentrierzone für die I-Buchse (15) bildet.

3. Kugelhahn-Armatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen seite der Wandung (22) des Trennstellengehäuses (14) eine Schwächungsstelle (23) aufweist, welche eine Biegestelle für die Biegezone bildet.

4. Kugelhahn-Armatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schwächungsstelle (23) eine ringförmige Aussparung ist.

5. Kugelhahn-Armatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der Konus-Bereich der I-Buchse (15) um 1.5-2° gegenüber der I- Buchsenachse (31) geneigt ist.

6. Kugelhahn-Armatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S. dadurch ge kennzeichnet, dass die umfangseitige Oberfläche der I-Buchse (15) eine oxidierte, vor zugsweise eine Al₂O₃- Schutzschicht (25) aufweist.

7. Kugelhahn-Armatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass das Trennstellengehäuse (14) in der Zentrier-Zone (19) eine hut förmige aus isolierendem Material bestehende Innenhülse (26) aufnimmt, die im Mon tagefall axial in die I-Buchse (15) eingreift und körperfern vom Dichtring (29) angeord net ist.

8. Kugelhahn-Armatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Zylinderbereich am Einllahrende (32) der I-Buchse (15) eine den Außendurchmesser verringernde Schrägfläche (27) aufweist, die im eingebauten Zustand einen Hohlraum (28) zwischen I-Buchse (15) und Trennstellengehäuse (14) erzeugt.

9. Kugelhahn-Armatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass in dem Hohlraum (28) ein Dichtring (29) zur mediendichten Ab dichtung zwischen I-Buchse (15) und Trennstellengehäuse (14) vorgesehen ist.