DE2003311A1

DE2003311A1 - Hahn

Info

Publication number: DE2003311A1
Application number: DE19702003311
Authority: DE
Inventors: Marcel Bouhot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1970-01-26
Publication date: 1971-02-11
Also published as: DE2003311B2; GB1257451A; DE2003311C3; US3580541A; FR2020458A5

Description

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Ing. Saue'land .

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Marcel BOUHOO?
Hahn

Gegenstand der Erfindung ist ein Hahn

mit einem Verschlussglied, welches so verschoben werden kann, dass es die Verbindung zwischen einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung herstellt oder unterbricht.

In derartigen Hähnen werden Dichtungen

benutzt, welche in der Nähe einer Jeden öffnung so angeordnet sind, dass sie sich gegen das Verschlussglied legen.

Bei Hähnen, deren Verachlussglied durch

eine flache dünne Platte gebildet wird, welche in einem durch zwei Gehäuse gebildeten Körper gleitet und durch ein System mit Welle und Kurbel betätigt wird, sind diese Dichtungen gewöhnlich in in den Gehäusen ausgearbeiteten Kreisnuten untergebrachte Dichtungsringe aus Gummi. Diese Dichtungsringe, insbesondere derjenige, gegen welchen sich das Verschlussglied legt, wenn es dem durch das Strömungsmittel ausgeübten Druck

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ausgesetzt wird, werden stark abgeplattet, wenn sich das Verschlueeglied in.der Schliessungsstellung befindet.

Wenn dieses Strömungsmittel Luft oder ein

Gas ist, ist der Reibungskoeffizient von Stahl auf Gummi sowohl bei der Inbetriebsetzung als auch im Betrieb verhältnismäßig gross, so dass eine grosse Kraft zur Betätigung des Hahns erforderlich ist. Wenn der Hahn längere Zeit unbenutzt bleibt, zeigt die Dichtung die Neigung, an dem Verschlussglied anzukleben. Die Betätigungskraft nimmt zu, und die Dichtung kann ausserdem aus ihrer Hut herausgezogen werden, wodurch der Hahn blockiert wird.

Um dieses Herausziehen der Dichtungen zu

verhindern, werden gewohnlich die Nuten, in welche diese eingesetzt werden, auf eine Tiefe ausgearbeitet, welohe um ein Geringes kleiner als der Durchmesser des Korpers des Dichtungsringes ist. Wenn der Druck des Stromungsmittels zunimmt, kann die Dichtung, an welcher das Verschlussglied anliegt, infolge dieses Drucks soweit abgeplattet werden, dass das Verschlussglied unmittelbar mit der Innenseite des Gehäuses in Berührung kommt. Die Betatigungskraft nimmt zu, und es besteht die Gefahr eines Festfressens.

Diese Nachteile sind zwar bei Flüssigkeiten

kleiner, bestehen aber immer noch. Bei Kohlenwasserstoffen können sie sogar noch dadurch vergrossert werden, dass die Dichtungen bei Vorhandensein dieser Flüssigkeiten quellen, wodurch der von den beiden Dichtungen auf das von ihnen eingefasste Verschlussglied ausgeübte Druck vergrossert wird.

Nachdem die chemische Industrie der Technik

das Polytetrafluorathylen zur Verfugung gestellt hatte, welches ausser seiner bemerkenswerten Widerstandsfähigkeit gegen chemische Reagenzien die interessante Eigenschaft besitzt, einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten bei seiner Berührung mit Metallen aufzuweisen, hat man versucht, diesen verformbaren aber unelastischen Werkstoff für Dichtungen für Hahne zu benutzen. Es ist z.B. vorgeschlagen worden, in die hierfür entsprechend vertieften üblichen Kreisnuten ausser dem am Grund der Nut angeordneten Dichtungsring aus Gummi eine flache Lochscheibe aus Polytetrafluorathylen einzulegen, welche zwischen

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dem Dichtungsring und dem Verschluesglied angeordnet ist, an dieses durch die Elastizität dee Gummiβ gedruckt wird, und die Dichtigkeit an der Stelle des Yerschlussgliedes herstellen soll, wahrend der Dichtungsring infolge seiner ursprunglichen Abplattung die Abdichtung zwischen der Zufluss- oder Abflussöffnung und dem Gehäuse einerseits und der Polytetrafluoräthy-,lenecheibe andererseits herstellt. Wenn diese Lochscheibe zur Erleichterung ihres Einbaue dick ist, lasst die Dichtigkeit zu wünschen übrig, wenn diese oder das Verschlussglied nicht überall vollkommen eben sind« Ferner nimmt infolge der dem Polytetrafluorathylen eigentümlichen Pliesserscheinung, welche bei geringen Dicken nicht auftritt, aber sich spater selbst bei Terhaltniemässig geringen Druckkräften einstellt, die Gesamtdicke der durch die Dichtung und die Lochscheibe aus Polytetrafluorethylen gebildeten Anordnung allmählich ab, worunter die Dichtigkeit leidet. Wenn die Polytetrafluoräthylenscheibe sehr dünn ist, um die Flieseerscheinung auszuschalten, wird es sehr schwierig, sie in die Hut einzusetzen und in dieser zu halten. Jedenfalls muse bei der Verwendung derartig ausgerüsteter Hahne für Stromungekreise fur Kohlenwasserstoffe mit dem Quellen der Dichtungsringe gerechnet werden, welches eine anormale Vergröseerung der von den DichtURgeringen auf das Verechlussglied ausgeübten Druckkraft zur Folge hat.

Bei anderen Ausführungen wird der Dichtungsring durch einen rohrförmigen Ring aus Polytetrafluorathylen gebildet, welcher durch in dem Grund der Nut angeordnete gestanzte Tellerfedern standig gegen das Verschlussglied gedruckt wird. Die Dichtigkeit des Polytetrafluoräthylenringes gegenüber der Nut des Gehäuses wird seitlich an der einen oder der anderen Wand der Nut senkrecht zu der Ebene des Verschlussgliedes durch einen Dichtungsring aus Gummi hergestellt, welcher durch seine Zusammendrückung zwischen dem Polytetrafluoräthylenring und der Wand der Nut die Verschiebung des Ringes bremst. Ferner ist man infolge der Notwendigkeit dieser seitlichen Abdichtung gezwungen, dem Polytetrafluoräthylenring eine axiale Dicke und eine radiale Dicke (Differenz zwischen dem äusseren und dem inneren Halbmesser) zu geben, welche grosser als der Durchmesser des Korpers des Dichtungsringes und somit verhält-

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nismäseig gross sind. Selbst wenn diesem Ring an seinem Ende auf der Seite des Verschlussgliedes durch Bearbeitung die Porm eines einfachen oder doppelten Kegels gegeben wird, kann der Pliessvorgang auftreten· Bei diesen Ausfuhrungen tritt ferner bei Kohlenwasserstoffen die schädliche Wirkung des Quellens der Dichtungsringe auf.

Die Erfindung bezweckt, den Nachteilen dieeer verschiedenen Ausführungen abzuhelfen.

Hierfür 1st der erfindungsgemasse Hahn

mit einem Korper, einem Yerschlussglied, welches in diesem Korper so verechieblich ist, dass es die Verbindung zwischen zwei in dem Korper einander gegenüber gebildeten Offnungen herstellt oder unterbricht, und einer in der Nahe einer jeden dieser Offnungen angeordneten, mit dem Yerechluseglied zusammenwirkenden Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtung einen rohrförmigen Ring aus einem plastischen Werkstoff, z.B. Polytetrafluorethylen, aufweist, weloher in eine in dem Korper gebildete Ausnehmung eingesetzt ist und in dichter Berührung mit einem in der Wand dieser Ausnehmung angeordneten ringkörperförmigen Einsatz steht, wobei dieser rohrförmige Ring eine verformbare Lippe aufweist, welche duroh eine Tellerfeder in diohte Berührung mit dem Verschlussglied gebracht wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig. 1 ist ein Schnitt eines erfindungsgemässen Hahns mit einem gleitenden Verschlussglied·

Fig. 2 ist eine Teilansicht der in Fig.1 dargestellten Dichtung in grösserem Haßstab.

Pig. 3 ist ein Schnitt eines erfindungsgemassen Kugelhähne.

Bei der in Pig. 1 dargestellten Ausführungsform besitzt der Hahn einen durch flache längliche Gehäuse 1 und 2 gebildeten Körper, welche Anschlußstutzen 3 und 4 aufweisen, an welche die nicht dargestellten Rohrleitungen fur die Zufuhr und die Abfuhr des zu regelnden Strömungsmittels angeschlossen werden. Die Gehäuse werden durch Bolzen und Muttern 5 zusammengehalten und in der Richtung von innen nach

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aussen durch einen Dichtungsring 6 abgedichtet. In einer in dem Gehäuse 1 gebildeten Ausnehmung 7 ist ein dünneβ flaches Verschlussglied 8 verschieblich, welches an einem Ende abgeschrägt ist, wie bei 9 dargestellt, und an seinem anderen Ende durch einen Kurbelzapfen 10 betätigt wird, weloher mit einem geringen Spiel in ein Loch des Verschlussgliedes eingreift und an einem Arm 11 befestigt ist, welcher seinerseits fest mit der Achse 12 eines an dieser mittels eines Splints 14 befestigten Hebels verbunden ist, wobei die Achse 12 in einem von dem Gehäuse 1 gebildeten Lager 15 gelagert und durch einen Dichtungsring 16 abgedichtet ist. Das Verschlussglied 8 wird bei seinen Translationsbewegungen durch die Seitenwände der Ausnehmung 7 geführt· Es kann sich in der Höhe frei verstellen, d.h. der Verbindungsebene der Gehäuse 1 und 2 nähern oder von dieser entfernen.

In der in Pig. 1 dargestellten Stellung

liegt das Verschlussglied 8 den Offnungen der Anschlußstutzen und 4 gegenüber. In jedem Gehäuse ist eine zu dem Anschlußstutzen 3 konzentrische zylindrische Ausnehmung 17 zur Aufnahme einer Dichtung ausgearbeitet. Diese besteht aus einem rohrförmigen Hing aus Polytetrafluoräthylen 18, welcher an seinem Ende auf der Seite des Verschlussgliedes in eine ringförmige Lippe 19 ausläuft und in der Nähe derselben eine innere Hut 29 besitzt. Dieser Ring 18 steht aussen in dichter Berührung mit einem Dichtungsring 20 mit kleinem Querschnitt, weloher in eine in der Seitenwand der Ausnehmung 17 ausgebildete. Hut eingesetzt ist. In den Ring 18 ist mit einem geringen Spiel ein an dem Grund der Ausnehmung 17 anschlagender rohrformiger Stützteil 21 eingepasst· Zwischenscheiben 22, deren Zahl verändert werden kann, gestatten die genaue Einstellung der Lage des Stützteile 21. Dieser Stützteil besitzt an seinem anderen Ende einen Absatz 23, dessen liefe um ein Geringes kleiner als die Dicke einer an ihm zentrierten und abgestützten Lochscheibe 24 ist. Diese Lochscheibe besteht aus Federstahl, vorzugsweise

aus verfestigtem rostfreiem Stahl von 0,2 mm Dicke, und hat die Form eines Kegels mit einem Spitzenwinkel von etwa 160°.

An der Stelle der Öffnung 4 ist in gleicher Weise die andere Dichtung angeordnet, welohe duroh den

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Polytetrafluorethylen!·!^ 18* _f den Stutsteil 21 ·, die Tellerfeder 24* und die Zwisohensoheiben 22* gebildet wird.

Konstruktiongsgemass sind die Innen- und Aueeenflache der kreisförmigen lippen 19 und 19' genass zu der Achse der rohrförmigen Binge 18 und 18* senkrechten Ebenen bearbeitet. Die Dioke dieser Lippen ist verhaitnismassig gering. Unter der Wirkung der Tellerfedern 24 und 24' suchen eich trotz der sehr geringen Dicke derselben die lippen 19 und 19* kegelförmig zu verformen.

Wenn die Stutzteile 21 und 21· mittels

der Zwischensoheiben 22 und 22^% richtig eingestellt sind, müssen die kreisförmigen Kanten 25 und 25' der Polytetrafluoräthylenringe 18 und 18* um die gleiche Strecke über den Boden 26 der Ausnehmung 7 und die Innenfläche 27 des Gehäuses 2 vorstehen, d.h. etwa um 0,2 mm bei einem Hahn mit einem Durchgangsdurohmesser von 40 mm. Ferner ist die Tiefe der Ausnehmung 7 so bestimmt, dass unter Berücksichtigung der Dioke des Terschlussglledes 8 und des überStehens eines jeden Ringes 18 und 18* um 0,2 ma das theoretische Restspiel zwischen jeder flaohe des Terschluesgliedes 8 und den Kanten 25 und 25' grossenordnungemae-βig 0,1 mm betragt, wobei dieser Wert kleiner als die Durchbiegung der Tellerfedern 24 und 24' ist«

Wenn der Druck des z.B. an dem Eingang der Öffnung 3 zugeführten Stromungsmittels null ist, nimmt in der 8ohlies8ungs8tellung das Terschlussglied, welches unter den gleichzeitigen entgegengesetzten Wirkungen der Tellerfedern 24 und 24' steht, welche die ringförmigen Lippen 19 und 19* gegen seine beiden Seiten drucken, eine Oleichgewiohtestellung in halber Entfernung von den beiden Dichtungen ein. Wenn dagegen das Stromungsmittel bei 3 unter Druck zugeführt wird, wirkt es in Richtung des Pfeils F- auf das Terschlussglied 8, welches sioh in Richtung auf die öffnung 4 um den Wert des oben definierten sehr geringen Restspiels versohlebt und die ringförmige Lippe 19* und die Tellerfeder 24* abplattet· Die Verschiebung des Terschlussgliedes wird so selbst nach langer Betriebszeit zwangsläufig auf einen sehr geringen Wert begrenzt, da infolge der geringen Dloke der ringförmigen Lippe 19' und der bereiten

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Oberflache derselben kein Flieseen zu befürchten ist. Auf der anderen Seite des Verschlussgliedes 8, d.h. auf der Seite der öffnung 3, wird die ringförmige Lippe 19 unter der doppelten Wirkung der Tellerfeder 24 und der auf seine Innenflache in Richtung des Pfeils F₂ wirkenden Druckkräfte auf ihrem ganzen Umfang kraftig gegen das Terschluseglied gedruckt, selbst wenn dieses nicht vollkommen eben ist, wobei eine absolute 'Abdichtung daduroh erhalten wird, data die Lippe sich infolge ihrer geringen Dicke ungleich verformen kann. In der Praxis wird die Dicke der Lippe eo gewählt, dass das Polytetrafluorethylen unter der Wirkung der vorgesehenen Betriebsbelastung · nicht flieset.

Wenn der Hahn durch die Betätigung des

Hebels 13 in die öffnungsstellung gebracht wird, geht der Kur belzapfen 10 nach 1OA, wie in Fig· 1 strichpunktiert darge- stellt, und das Ende des Terschlussgliedes kommt nach 9A, so dass der ganze Durchtrittsquerechnitt freigelegt wird. Dieses Ende 9A bleibt jedoch teilweise zwischen den Lippen 19 und 19', welche auf den Rest ihres Umfange freigegeben sind und in die ser ganzen Zone unter der Wirkung der Tellerfedern 24 und 24* eine konische Form annehmen, wobei ihre Durchbiegung übrigens nur gering ist, da die Tellerfedern, welohe nur eine sehr geringe Verformung der Lippen vorzunehmen haben, selbst nur eine sehr geringe Durchbiegung haben.

Das Vorhandensein der Hut 29 verringert den dem Strömungsmittel entgegengesetzten Widerstand.

Bei dem folgenden, der Schliessung entsprechenden Manöver kommt das Ende des Verschlussgliedes 8 von 9A nach 9 zurück, wobei die Lippen 19 und 19' allmählich wieder abgeplattet werden, ohne dass Sie infolge der doppelten Abschräeung am Ende des V_ersohlussgliedes 8 und infolge des geringen Wertes der konischen Verformung der Lippen bei ihrer Freigabe von dem Verschlussglied a zerstört werden.

Die obige erfindungsgemasse Dichtung hilft

den beiden eingangs genannten Nachteilen ab, nämlich den schädlichen Polgen des Pliessens des Polytetrafluorethylene und des Quellens der Dichtungsringe aus Gunmi bei Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen. Bei der vorgeschlagenen Losung kann nam-

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BAD ORJGINAl.

lieh der Dichtungsring 20 zur Abdichtung des rohrförmigen Hinges 18 einen kleinen Querschnitt haben, so dass sein Quellen vernaohlässigbar ist. Da ferner der Dichtungsring seitlich an dem rohrförmigen Ring angeordnet ist, kann er keinen Einfluss auf die ringförmige Lippe 19 haben.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besitzt der Hahn einen Korper aus drei Teilen, nämlich einem mittleren Teil 30 und zwei in diesen eingeschraubten Anschlussteilen 31, 32. Ein mit einem Durohlass 34 versehenes sphärisches V_erschlussglied 33 ist in dem mittleren Teil 30 mittels einer Betätigungsstange 35 drehbar* Die Abdichtung wird evi8chen den verschiedenen Teilen des Körpers sowie der Stange durch übliche Diohtungsringe 36, 36a, 37, 37a erzielt.

In der Nahe einer jeden Öffnung der An-

Bchluesteile 31, 32 ist eine mit dem sphärischen Verschlussglied 33 zusammenwirkende Dichtung angeordnet. Jede Dichtung enthält, wie bei dem vorhergehenden Beispiel, einen rohrförmigen Ring aus PoIytetrafluorethylen 38, welcher in eine in dem entsprechenden Anechlussteil 31 oder 32 auegebildete Ausnehmung 39 eingesetzt ist. Dieser Ring steht in dichter Berührung mit einem in die Vand der Ausnehmung 39 eingesetzten ringförmigen lineatz 40. Der Ring 38 besitzt eine verformbare Lippe 41, welche nach dem Innern des Ringes gerichtet ist und in diohte Berührung mit dem sphärischen Terschluesglied 33 durch eine Tellerfeder 42 gebracht wird, welche eich an einem in der Ausnehmung 39 innerhalb des Ringes 38 angeordneten rohrförmigen Teil 43 abstützt.

Es fällt auch in den Rahmen der Erfindung,

den rohrförmigen Ring aus Polytetrafluorethylen, welcher innerhalb einer zylindrischen Ausnehmung des Körpers konzentrisch zu der Öffnung angeordnet und auseen, wie oben, durch einen in der Seitenwand der Ausnehmung liegenden Dichtungsring abgedichtet ist, mit einer ringförmigen Lippe zu versehen, welche nicht nach dem Innern, sondern nach der Auseenselte des Ringes gerichtet ist und unter der Einwirkung einer Tellerfeder steht, welche sich unmittelbar an einem Absatz des Körpers abstützt, ohne dass dann ein Hilfestützteil benutzt werden muss.

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Claims

- 9 -Patentansprüche

( 1 ·)) Hahn mit einem Körper, einem Verschlussglied, welches^-fn diesem Körper so versohleblich ist, dass die Verbindung zwischen zwei in dem Korper einander gegenüber gebildeten Offnungen hergestellt oder unterbrochen * wird, und injder Nähe einer jeden dieser Offnungen einer mit dem Verachluesglied zusammenwirkenden Dichtung, daduroh gekennzeichnet, dass jede Dichtung einen rohrförmigen Ring (18, 38) aus einem plastischen Werkstoff, z.B. Polytetrafluorethylen, aufweist, welcher in eine in dem Korper gebildete Ausnehmung (17, 39) eingesetzt ist und in dichter Berührung mit einem in der Wand dieser Ausnehmung angeordneten ringförmigen linsatz (20, 40) steht, wobei der rohrförmlge Ring ein· verformbare Lippe (19* 41) aufweist, welche durch eine Tellerfeder (24, 42) in dichte Berührung mit dem Verschlussglied (8, 33) gebracht wird·

2·) Hahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Lippe (19, 41) nach dem Innern des rohrförmigen Ringes (18, 38) geriohtet ist, wobei sioh die Tellerfeder (24, 42) an einem in der Ausnehmung innerhalb des Ringes (18, 38) angeordneten rohrförmigen Teil (21, 43) abstützt.

3·) Hahn nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass die verformbare Lippe (19, 41) etwa rechtwinklig zu den Ring (18, 38) liegt, wenn sie keinen Kräften ausgesetzt ist.

4·) Hahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Lippe (19, 41) eine praktisch konstante Dicke solcher Grossβ hat, dass der plastisch· Werkstoff unter der Betriebsb«lastung nloht flieest.

5») Hahn nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, dass sich der rohrförmig· Teil (21) an den Grund der Ausnehmung (17) über wenigstens ein Zwischenstück (22) abstützt.

6.) Hahn nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass dor rohrförmig· Ring (18) in der Hahe der ver-

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formbaren Lippe (ig) ein· innere Hut (29)

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