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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Kükenhahn gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale.
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Aus
der
US 5 402 983 ist
ein derartiger Kükenhahn
mit einem Gehäuse
bekannt, in welchem ein Drehkörper
mit einem kegelförmigen
Abschlusskörper
bzw. Küken
drehbar angeordnet und gelagert ist. Der Abschlusskörper, nachfolgend
als Küken
bezeichnet, enthält
einen Durchgang für
das Strömungsmedium
und ist in einer Büchse
aus geeignetem Dichtmaterial, wie insbesondere PTFE (Polytetrafluorethylen)
oder dergleichen gelagert. Entsprechend der Drehstellung des Drehkörpers bzw.
des Durchgangs im Gehäuse
wird der Strömungsweg
für das
Medium abgesperrt oder zumindest teilweise freigegeben. Die genannte
Büchse
ist sowohl zur Lagerung als auch zur Abdichtung vorgesehen und ausgebildet.
Mit dem Drehkörper
ist ein Schaft verbunden und insbesondere einteilig ausgebildet
und durch einen Gehäusedeckel
nach außen
geführt,
wobei zwischen dem Schaft und dem Deckel bzw. dem Gehäuse geeignete
Dichtmittel vorgesehen sind, um einen Austritt des Strömungsmediums
zu unterbinden. Die im Inneren des Gehäuses angeordnete Büchse dient
zum einen zur Abdichtung in der absperrenden Drehstellung des Kükens und
zum anderen zur Lagerung desselben.
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Aufgrund
der konischen bzw. kegelförmigen Ausbildung
des Kükens
und analoger Ausbildung der zugeordneten Flächen der Büchse ist eine Nachstellbarkeit
der Dichtkräfte
gegeben, und zwar vor allem im Hinblick auf die innere Dichtigkeit.
Diesen infolge einer axialen Nachstellbarkeit des Kükens mit
Kükenhähnen erzielbaren
Vorteil weisen andere Armaturen wie Kugelhähne oder Klappen, nicht auf.
In der absperrenden Drehstellung wirkt aufgrund des druckseitig
anstehenden Strömungsmediums über das
Küken eine
Querkraft entsprechend dem Produkt Druck × Fläche, wodurch auf der Druckseite
eine deutliche Abnahme und auf der druckabgewandten Seite eine deutliche
Erhöhung
der Dichtkraft zwischen Küken und
der genannten Büchse
bedingt ist. Hierdurch besteht die Gefahr, und zwar insbesondere
im Hochdruck- und/oder Temperatureinsatz, einer Leckage auf der
Druckseite, wobei das Medium oberhalb und/oder unterhalb des Kükens durchtreten
kann oder beispielsweise bei einem Mehrwege-Kükenhahn eine sogenannte Durchgangsleckage
entstehen kann. Desweiten sind auf der druckabgewandten Seite eine
erhöhte
Belastung und/oder ein Abrieb und/oder eine Verformung zu befürchten,
wobei im Falle eines Kaltflusses, insbesondere bei einer PTFE-Büchse, mit
einer bleibenden Verformung gerechnet werden muß. Desweiten können aufgrund des
Differenzdrucks bzw. der auf das schwimmend gelagerte Küken einwirkenden
Querkraft an den Dichtelementen zur (äußeren) Abdichtung im Bereich des
genannten Schaftes negative Beeinflussungen von Dichtleistung und
Lebensdauer auftreten.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Kükenhahn
mit einem geringen konstruktiven Aufwand dahingehend weiterzubilden,
dass die aufgezeigten Nachteile vermieden werden und eine hohe Standzeit
bzw. lange Lebensdauer und/oder eine Minimierung der Lekraten erzielt wird.
Der Kükenhahn
soll speziell im Hochdruck- und/oder
Hochtemperatureinsatz eine funktionssichere und/oder optimierte
Abdichtung gewährleisten und/oder
diese für
eine erhöhte
Standzeit aufweisen. Desweiteren sollen nachteilige Einflüsse von
der Schaftabdichtung ferngehalten werden, wobei vor allem Verformungen
auf ein Minimum reduziert werden sollen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt gemäß der im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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Der
erfindungsgemäße Kükenhahn
zeichnet sich durch eine einfache und gleichwohl funktionssichere
Konstruktion aus, wobei mittels der Lagerelemente Querkräfte bzw.
Radialkräfte
aufgenommen und/oder vom Küken
auf das Gehäuse übertragen werden.
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Die
erfindungsgemäß zur radialen
Lagerung des Kükens
im Gehäuse
vorgesehenen und/oder ausgebildeten Lagerelemente gewährleisten
eine „mechanische" Übertragung von Querkräften unabhängig von
der Dichtfunktion, so dass Querkräfte keinen Einfluß auf die
zwischen Gehäuse-Büchse-Küken wirkenden
Dichtkräfte
haben. Im Gegensatz zu vorbekannten Kükenhähnen, bei welchen die Büchse sowohl
die Dichtfunktion als auch die Lagerfunktion übernimmt, erfolgt erfindungsgemäß eine Funktionstrennung
dahingehend, dass einerseits die Lagerelemente die Lagerfunktion
und andererseits die Büchse
die Dichtfunktion übernehmen.
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Die
Lagerelemente sind erfindungsgemäß derart
ausgebildet und/oder angeordnet, dass gleichwohl aufgrund der Kegelform
des Abschlußkörpers bzw.
Kükens
die Nachstellbarkeit der Dichtkräfte
im Hinblick auf eine optimale innere Dichtigkeit gegeben ist, insbesondere
aufgrund der Einstellbarkeit des Kükens in axialer Richtung. Aufgrund
der Aufnahme von Querkräften
durch die Lagerelemente wird in vorteilhafter Weise eine höhere Standzeit
erreicht. Darüber
hinaus werden in vorteilhafter Weise Verformungen und/oder Abnutzungen
und/oder Undichtheiten der Schaftabdichtung vermieden, da ungleichmäßige Belastungen
von der Schaftabdichtung mittels der Lagerelemente ferngehalten
werden, wobei der Schaft in bevorzugter Weise einteilig mit dem
Küken ausgebildet
ist bzw. der einstückig
ausgebildete Drehkörper
sowohl das Küken
und den Schaft enthält.
Das oder die Lagerelemente sind bevorzugt als Lagerringe ausgebildet,
welche in zweckmäßiger Weise
aus einem zur Lagerung geeigneten Werkstoff bestehen, während die
Büchse
aus einem zur Dichtung geeigneten Werkstoff, bevorzugt weichen Dichtungswerkstoff,
wie Kunststoff bzw. Elastomere besteht. Die Werkstoffe des oder
der Lagerelemente einerseits und der Büchse andererseits sind für den jeweiligen
Einsatzzweck optimiert, wobei der Werkstoff für das oder die Lagerelemente
in vorteilhafter Weise eine größere Steifigkeit
und / oder Härte
aufweist als der Werkstoff der Büchse.
Des Weiteren können
im Rahmen der Erfindung der oder die Lagerelemente separat von der
Büchse
im Gehäuse
angeordnet sein oder in einer alternativen Ausgestaltung einteilig,
insbesondere in einem Sandwich- und/oder Mehrlagenaufbau, mit der
Büchse
verbunden bzw. einteilig in diese integriert sein. Die erfindungsgemäßen Kükenhähne sind
bevorzugt geeignet für
den Einsatz bei Druckstufen PN 63, PN 100 und darüber. Ferner
sind die Kükenhähne funktionssicher
für Temperaturen bis
250°C, insbesondere
bis 350°C
und bevorzugt auch darüber.
Auch bei hohen Drücken
und/oder hohen Temperaturen des Strömungsmediums werden in vorteilhafter
Weise Leckagestellen nach außen und
im Durchgangsbereich und/oder im Bereich der Büchse funktionssicher vermieden.
Darüber
hinaus werden in vorteilhafter Weise auch durch einen externen Antrieb,
welcher zur Drehung des Drehkörpers bzw.
Kükens
vorgesehen und mit dem Schaft gekoppelt ist, bedingte Querkräfte von
den Radial-Lagerelementen aufgenommen, so dass nachteilige Beeinflussungen,
sei es der äußeren Schaftabdichtung oder
der inneren Abdichtung mittels der Büchse, vermieden werden.
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Weiterbildungen
und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und
der weiteren Beschreibung angegeben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der besonderen in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert, ohne
dass insoweit eine Beschränkung
erfolgt.
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Es
zeigen:
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1 schematisch einen Schnitt
durch den erfindungsgemäßen Kükenhahn,
mit separaten Lagerelemente,
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2 vergrößert das Detail X gemäß 1 ,
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3 vergrößert das Detail Z gemäß 1,
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4 vergrößert das Detail Y gemäß 1,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei welchem die ringförmigen
Lagerelemente in Sandwichbauweise mit der Büchse verbunden bzw. in letztere
integriert sind.
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1 zeigt schematisch einen
Schnitt durch den Kükenhahn
in einer Axialebene, welche durch eine Drehachse 2 eines
Drehkörpers 4 verläuft. Der Drehkörper 4 enthält ein im
wesentlichen kegelförmig ausgebildetes
Küken 6 mit
einem Durchgang 8 und ferner einen Schaft 10.
Das Küken 6 ist
im Inneren eines Gehäuses 12 angeordnet,
welches gemäß Zeichnung
oben in bekannter Weise mittels eines Deckels 14 abgeschlossen
ist, wobei mittels geeigneter Verbindungsmittel 16, wie
insbesondere Schrauben, eine fest und ggf. lösbare Verbindung des Deckels 14 mit
dem Gehäuse 12 in
hier nicht weiter dargestellter Weise vorhanden ist. Die Drehachse 2 stimmt zumindest
näherungsweise überein mit
einer Längsachse
oder Gehäuseachse
einer konischen bzw. kegelförmigen
Ausnehmung des Gehäuses 12 zur
Aufnahme des Kükens 6.
Ferner ist im Inneren bzw. der Ausnehmung des Gehäuses 12 eine
Büchse 18 angeordnet
und/oder mit dem Gehäuse 12 verbunden. Die
Büchse 18 besteht
aus einem geeigneten Dichtmaterial, wie insbesondere PTFE, und besitzt
eine zur konischen bzw. kegelförmigen
Außenfläche des Kükens 6 korrespondierende
Innenfläche
derart, dass das im Gehäuse
und/oder der Büchse 18 drehbar
angeordnete Küken 6 dichtend
an der Innenfläche
der Büchse 18 anliegt.
Das Küken 6 ist
in axialer Richtung zur Einstellung und/oder Nachstellung der Dichtkräfte einstellbar
bzw. verstellbar angeordnet. Hierfür sind insbesondere im Gehäusedeckel 14 geeignete
Verstellmittel vorgesehen, welche mittels der strichpunktierten
Linie 20 angedeutet sind und insbesondere als von außen her
betätigbare
und auf das Küken 6 in
geeigneter Weise einwirkende Schrauben ausgebildet sind.
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Zwischen
dem Gehäuse 12 und
dem Deckel 14 ist eine Deckeldichtung 22 im Kraftnebenschluß der Verbindungsmittel
22 des Deckels 14 mit dem Gehäuse 12 angeordnet.
Es ist von besonderer Bedeutung, dass der Deckel 14 ohne
Zentrierung und ohne besondere Zentrierungsmittel, wie Ringbunde, Zentrierflächen oder
dergleichen, mit dem Gehäuse 12 verbunden
ist. Vielmehr liegt im Rahmen der Erfindung der Deckel 14 im
Bereich der Verbindungsmittel 16 mit einer planen Fläche, welche
im wesentlichen orthogonal zur Drehachse bzw. Gehäuseachse 2 steht,
auf der in der gleichen Ebene liegenden Auflagefläche des
Gehäuses 12 auf.
Bei der Montage wird der Deckel 14 mittels einer Zentriereinrichtung
bezüglich
des Schaftes 10 ausgerichtet und zentriert. Hierfür weist
der Deckel 14 eine insbesondere zylindrische Zentrierfläche 24 auf,
mit welcher eine korrespondierende Zentrierfläche der bevorzugt als eine Scheibe
oder ein Ring ausgebildeten Zentriermittel in Eingriff bringbar
sind. Desweiteren enthalten die Zentriermittel zweite Zentrierflächen, welche
insbesondere mit einer zylindrischen Zentrierfläche 26 des Schaftes 10 gleichfalls
spielfrei in Eingriff gebracht werden. Somit wird eine Fehlausrichtung
des Drehkörpers 4 bzw.
dessen Schaft 10 zum Deckel 14 und hierdurch ggf.
bedingte ungleichförmige
Belastungen der nachfolgend noch zu erläuternden Dichtungselemente 28 der
Schaftabdichtung vermieden.
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Der
erfindungsgemäße Kükenhahn
enthält ein
erstes oberes Lagerelement 30 und/oder ein zweites unteres
Lagerelement 32. Das oder die Lagerelemente 30, 32 sind
als Radiallager ausgebildet und/oder angeordnet und dienen zur Aufnahme
bzw. Übertragung
von Radial- bzw. Querkräften
bezüglich der
Drehachse 2. Weiterhin sind die erfindungsgemäß vorgesehenen
Lagerelemente 30, 32 derart ausgebildet, dass
eine axiale Bewegung und/oder Einstellung und/oder Verstellung des
Drehkörpers 4 in
Richtung der Drehachse 2 durchführbar sind, um die Dichtkraft
zwischen dem Küken 6 und
der Büchse 18 des
Gehäuses 12 vorzugeben.
Das oder die radialen Lagerelemente 30, 32 sind
bevorzugt als im Gehäuse 12 angeordnete
und/oder festgelegte Lagerringe ausgebildet, welche eine zur Drehachse 2 koaxiale,
bevorzugt zylindrische Innenfläche
aufweisen. Die von der Büchse 18 separaten
Lagerelemente bzw. Lagerringe 30, 32 bestehen
aus einem anderen Werkstoff als der Werkstoff der Büchse 18 und
zwar insbesondere aus Metall oder einem vergleichbaren und/oder
geeigneten Lagermaterial. Der Werkstoff der Lagerelemente bzw. Lagerringe 30, 32 weist
eine hohe Steifigkeit und/oder eine im Vergleich mit der Büchse 18 wesentlich
geringere und/oder vernachlässigbare,
radiale Deformierbarkeit auf. Korrespondierend zu den genannten
Innenflächen
und an diesen zumindest näherungsweise
spielfrei anliegend enthält
das Küken 6 korrespondierende
zylindrische Außen-
bzw. Lagerflächen.
Alternativ können
im Rahmen der Erfindung auch andere Radiallager wie Zylinder- oder
Rollenlager vorgesehen sein, welche die oben erläuterte axiale Verstellbarkeit
des Kükens 6 ermöglichen.
Desweiteren können
das oder die Lagerelemente durch unmittelbare Anlage der zylindrischen
Außenflächen des
Kükens 6 an
korrespondierend zu diesen und im wesentlichen spielfrei anliegenden
Innenflächen
unmittelbar des Gehäuses 12 ausgebildet
sein, wobei insbesondere durch eine geeignete Oberflächenbeschichtung-
oder Ausbildung der genannten aneinanderliegenden Flächen Reibungskräfte minimiert
sind. Unabhängig
von der jeweiligen Ausgestaltung des oder der bevorzugt zwei Lagerelemente 30, 32 ist
erfindungsgemäß eine Trennung
der Lagerfunktion von der Dichtfunktion der Büchse 18 vorgegeben.
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2 zeigt vergrößert das
Detail X mit dem Deckel 14 der Deckeldichtung 22 und
dem oberen Lagerring 30. Wie ersichtlich, ist der obere
Lagerring 30 axial zwischen der Deckeldichtung 22 und
dem oberen Ende der Büchse 18 im
Gehäuse 12 angeordnet.
Die Dichtung zwischen dem Schaft 10 des Kükens 6 und
dem Deckel 14 ist bevorzugt als Stopfbuchsdichtung ausgebildet
mit einem Stopfbuchsdruckstück 34 und
einem Stopfbuchsdruckring 36. Die Deckeldichtung 22 erstreckt
sich radial nach innen bis in den Bereich der Schaftabdichtung und/oder
den Stopfbuchsdruckring 36, so dass unabhängig von
der axialen Einstellung des Kükens 6 im Gehäuse 12 eine
funktionssichere Abdichtung gewährleistet
ist. In zweckmäßiger Weise
liegt der obere Lagerring 30 an der Unterseite der Deckeldichtung 22 an,
so dass in diesem Bereich Toträume,
in welchen sich Teile des Strömungsmediums
festsetzen könnten,
vermieden werden. Das Küken 6 weist
eine der Innenfläche
des oberen Lagerrings 30 zugewandte und mit dieser korrespondierende
zylindrische Außenfläche 38 auf,
an welche in axialer Richtung, gemäß Zeichnung nach unten, die
im übrigen konische
Außenfläche 40 bevorzugt
unmittelbar anschließt.
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3 zeigt vergrößert das
Detail Z gemäß 1, also den Bereich mit
dem unteren Ende 42 des Kükens 6 und den unteren
Lagerring 32. Wie das bereits erläuterte obere Lagerelement bzw.
der obere Lagerring weist der untere Lagerring 32 eine
zylindrische Innenfläche
auf, an welcher die korrespondierend zylindrisch ausgebildete Außenfläche 43 des Kükenendes 42 zumindest
näherungsweise
spielfrei anliegt. Wie ersichtlich, ist zwischen der axialen Stirnfläche des
unteren Kükenendes 42 und
dem Boden des Gehäuses 12 und/oder
einem dort angeordneten axialen Anschlag und/oder Lagerteil 44 ein
vorgegebener axialer Spalt vorhanden. Die Größe des Spaltes ist derart vorgegeben,
dass unter Berücksichtigung
der zu erwartenden axialen Vorstellung des Kükens 6 im Hinblick
auf die Nachstellbarkeit der Dichtkräfte dieser Spalt bis zum Erreichen
der maximal vorgegebenen Standzeit gegen Null geht.
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In 4 ist vergrößert das
Detail Z gemäß 1 dargestellt. Hierbei ist
der Dichtring 46 der Schaftabdichtung gut zu erkennen,
ebenso wie eine insbesondere PTFE-Membrane 48 der zugeordneten Deckeldichtung 22.
Auf der gemäß Zeichnung
oberen Stirnfläche
des Kükens 6 liegt
ferner ein Stützring 50 auf,
welcher einen bevorzugt dreieckförmigen Querschnitt
aufweist und welcher von einer dreieckartigen Dichtlippe der Membrane 48 und/oder
der Deckeldichtung übergriffen
wird. Wie bereits erläutert, wird über den
Stopfbuchsring 36 die axiale Einstellung bzw. Verstellung
des Kükens 6 durchgeführt.
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5 zeigt in einem axialen
Längsschnitt
ein Ausführungsbeispiel,
in welchem die als Lagerringe ausgebildeten Lagerelemente 30, 32 einteilig
mit der Büchse 18 verbunden
bzw. in Sandwichbauweise mit der Büchse 18 verbunden
sind. Die Lagerelemente 30, 32 einerseits und
die Büchse 18 andererseits
besitzen in vorteilhafter Weise unterschiedliche Materialeigenschaften,
wobei die integral verbundenen Lagerelemente 30, 32 im
Hinblick auf die Lagerung und funktionssichere Abstützung des
Kükens 6 dimensioniert
sind, während
die Büchse 18 im
Hinblick auf eine dauerhafte und funktionssichere Abdichtung des Kükens 6 dimensioniert
ist. Insbesondere weisen die Lagerelemente 30, 32 eine
um einen vorgegebenen Faktor und / oder wesentlich größere Steifigkeit
und / oder Härte
auf als die Büchse 18.
Im Übrigen
gelten für
dieses besondere Ausführungsbeispiel
die obigen Erläuterungen
zum 1. Ausführungsbeispiel
analog.
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- 2
- Drehachse
/ Gehäuseachse
- 4
- Drehkörper
- 6
- Küken
- 8
- Durchgang
in 6
- 10
- Schaft
- 12
- Gehäuse
- 14
- Deckel
- 16
- Verbindungsmittel
/ Schraube
- 18
- Büchse
- 20
- Verstellmittel
/ Schraube
- 22
- Deckeldichtung
- 24
- Zentrierfläche von 14
- 26
- Zentrierfläche von 10
- 28
- Dichtungselement
/ Schaftabdichtung
- 30
- erstes,
oberes Lagerelement / Lagerring
- 32
- zweites,
unteres Lagerelement / Lagerring
- 34
- Stopfbuchsdruckstück
- 36
- Stopfbuchsdruckring
- 38
- zylindrische
Außenfläche von 6
- 40
- konische
Außenfläche von 6
- 42
- unteres
Ende von 6
- 43
- zylindrische
Außenfläche von 42
- 44
- Anschlag
Lagerteil
- 46
- Dichtring
- 48
- PTFE-Membrane
- 50
- Stützring