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Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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1 zeigt einen weiteren Kugelhahn 10 gemäß dem Stand der Technik aus dem Hause der Anmelderin. Der Kugelhahn 10 weist einen Verschlusskörper 12 mit einer Schaltwelle 14 zum Verdrehen des Verschlusskörpers 12, einem den Verschlusskörper 12 umgebenden Gehäuse 16 mit zwei miteinander über Flansche 18, 20 verschraubbare Gehäusehalbschalen 22, 24 auf.
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Innerhalb des Gehäuses 16 sind zwei Dichtungshalbschalen 26, 28 angeordnet, die zwischen dem Verschlusskörper 12 und den Gehäusehalbschalen 22, 24 angeordnet sind.
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Jede der Dichtungshalbschalen 26, 28 weist einen radial nach außen vorspringenden Kragen 30, 32 mit einer im Bereich der Schaltwelle 14 unterbrochenen Stirnseite 34, 36 auf. Die beiden Stirnseiten 34, 36 werden über die beiden Gehäusehalbschalen 22, 24 dichtend aneinandergepresst. Hierzu werden die Flansche 18, 20 mittels Schrauben 38 und Muttern 40 miteinander verschraubt.
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Derartige Kugelhähne sind begrenzt im Hinblick auf den Druck des Mediums, das durch den Kugelhahn gefördert wird. Ist der Druck höher als ein zugelassener Grenzwert, kann es vorkommen, dass das Medium aufgrund von Undichtigkeiten im Bereich zwischen den Dichtungshalbschalen 26, 28 aus dem Kugelhahn herausgedrückt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Kugelhähne derart weiterzubilden, dass sie einer höheren Druckbelastung standhalten können, ohne dass es zu Undichtigkeiten kommt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen eines Kugelhahns gemäß Anspruch 1.
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Der erfindungsgemäße Kugelhahn weist einen Verschlusskörper mit einer Schaltwelle zum Verdrehen des Verschlusskörpers und ein Gehäuse auf, das den Verschlusskörper umgibt und zwei miteinander über Flansche verschraubbare Gehäusehalbschalen mit jeweils einer Anschlussöffnung aufweist. Der Kugelhahn weist ferner zwei Dichtungshalbschalen auf, die zwischen dem Verschlusskörper und den Gehäusehalbschalen angeordnet sind, wobei jede Dichtungshalbschale einen radial nach außen vorspringenden Kragen mit einer im Bereich der Schaltwelle unterbrochenen Stirnseite aufweist, wobei beide Stirnseiten über die beiden Gehäusehalbschalen dichtend aneinander gepresst werden. Erfindungsgemäß bildet jeder der Kragen der beiden Dichtungshalbschalen einen in sich geschlossenen Umlauf und weist eine Tiefe auf, die größer ist als der Radius der Schaltwelle im Bereich der Kragen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kugelhahn gemäß 1 die Kragen der Dichtungshalbschalen eine Schwachstelle bilden und insbesondere bei hohen Mediendrücken insbesondere im Bereich der Schaltwelle zu kleinen Formänderungen neigen, die zur Leckagen führen können.
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Die Erfindung hat ferner erkannt, dass derartige Leckagen durch eine Verstärkung dieser Kragen vermieden werden können und zwar indem die Kragen nicht vollständig im Bereich der Schaltwelle unterbrochen sind, so wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern jeder der Kragen - trotz einer für die Schaltwelle vorgesehenen Öffnung im Kragen - umlaufend und in sich geschlossen ist. Die Erfindung erreicht dies, indem die Tiefe der Kragen - d.h. die Ausdehnung der Kragen in einer Richtung parallel zu der (die beiden Anschlussöffnungen durchdringenden) Längsachse des Kugelhahns - größer als der halbe Durchmesser bzw. der Radius der Schaltwelle im Bereich der Kragen gewählt ist. Damit läuft jeder der Kragen ununterbrochen um. Obwohl dieser ununterbrochene Umlauf nicht über die gesamte Tiefe jedes der Kragen erfolgen kann, da die Schaltwelle durch den Kragen hindurchzuführen ist, führt der ununterbrochene Umlauf gleichwohl zu einer signifikanten Erhöhung der Steifigkeit des Kragens, so dass Deformationen des Kragens und somit auch seiner Stirnseite auch bei hohen Mediendrücken vermieden werden können. Hierdurch wird die Dichtigkeit des erfindungsgemäßen Kugelhahns auch bei hohen Drücken signifikant erhöht und Leckagen verhindert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist jeder der Kragen eine seiner Stirnseite gegenüberliegende Rückseite auf, die eine ununterbrochen umlaufende Fläche bildet und eine Nut aufweist, in die ein Dichtungsring eingebracht ist, der gegen die angrenzende Gehäusehalbschale abdichtet. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise eine zusätzliche Abdichtung zum Gehäuse bereitgestellt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder der Flansche der Gehäusehalbschalen an seiner Innenseite eine ringartige Ausnehmung mit einer Tiefe aufweist, wobei diese Tiefe - d.h. die Ausdehnung der Ausnehmung in einer Richtung parallel zu der Längsachse des Kugelhahns - größer ist als der Radius, d.h. der halbe Durchmesser, der Schaltwelle im Bereich der Kragen. Die Ausnehmung schafft somit eine ununterbrochen umlaufende Anlagefläche für den Dichtungsring, der in der vorgenannten Nut auf der Rückseite des Kragens angeordnet ist. Dieser Dichtungsring liegt somit zwischen zwei jeweils ununterbrochen umlaufenden Flächen. Der Dichtungsring kann somit ideal abdichten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist jede der beiden ringartigen Ausnehmungen eine zylindrische Innenfläche und jeder der beiden Kragen eine zylindrische Außenfläche auf, wobei diese Innenfläche und diese Außenfläche im Bereich der Schaltwelle jeweils eine Öffnung aufweisen. Die Innenfläche und die Außenfläche sind aneinander angepasst und liegen vorzugsweise aneinander an. Derartige zylindrische Flächen lassen sich einfach, kostengünstig und präzise herstellen. Die Öffnungen haben vorteilhafterweise im Wesentlichen jeweils die Grundfläche eines Halbkreises.
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Eine alternative Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede der beiden ringartigen Ausnehmungen statt einer zylindrischen eine konische oder kugelschichtförmig gekrümmte Innenfläche und jeder der beiden Kragen eine konische oder kugelschichtförmig gekrümmte Außenfläche aufweist, wobei diese Innenfläche und diese Außenfläche im Bereich der Schaltwelle jeweils eine Öffnung aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der Schaltwelle eine Führungshülse angeordnet, wobei zwischen der Schaltwelle und der Führungshülse ein oder mehrere Dichtungsringe vorgesehen sind, die in einer oder mehreren Nuten in der Schaltwelle angeordnet sind. Diese Maßnahme trägt dazu bei, die Dichtigkeit des Kugelhahns zu erhöhen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Führungshülse eine äußere Nut aufweist, in der ein Dichtungsring angeordnet ist, der gegen die Flansche der Gehäusehalbschalen abdichtet. Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, die Dichtigkeit des Kugelhahns zu erhöhen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in den Kragen im Bereich der Öffnungen für die Schaltwelle je eine Nut vorgesehen, in denen ein Dichtungsring angeordnet ist, der gegen die Führungshülse abdichtet. Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, die Dichtigkeit des Kugelhahns zu erhöhen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Tiefe der Kragen größer ist als der Außenradius der Führungshülse. Diese Ausbildung ist vorteilhaft, wenn die Führungshülse sich nicht nur im Bereich der Gehäusehalbschalen, sondern auch in den Bereich der Dichtungshalbschalen hinein erstreckt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Tiefe der Ausnehmungen in den Flanschen größer als der Außenradius der Führungshülse. Diese Ausbildung ist ebenfalls dann vorteilhaft, wenn die Führungshülse sich nicht nur im Bereich der Gehäusehalbschalen, sondern auch in den Bereich der Dichtungshalbschalen hinein erstreckt.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die vorgenannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausgestaltungen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Ansprüche möglich und wird hiermit vorgeschlagen. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen verschiedener Ansprüche kombiniert werden. Ebenso können in Ansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungen der Erfindung entfallen.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen Kugelhahn nach dem Stand der Technik in einer Explosionsdarstellung;
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelhahns in einer Explosionsdarstellung.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelhahns 50 mit einem Verschlusskörper 52, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Voll-Kugel mit Durchgangsbohrung ausgestaltet ist. Möglich sind aber auch andere Ausgestaltungen des Verschlusskörpers 52 bspw. als C-Kugel oder als T-Kugel. Dieser Verschlusskörper 52 ist vorzugsweise ein metallischer Verschlusskörper, der vorteilhafterweise aus Edelstahl, insbesondere V2A oder V4A, gefertigt ist. Alternativ ist auch die Verwendung eines Sonderwerkstoffs, wie z.B. Titan oder Hastelloy, vorgesehen.
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Der Verschlusskörper ist mit einer Schaltwelle 54 versehen, die entweder einstückig mit dem Verschlusskörper 52 ausgebildet ist oder zunächst separat von dem Verschlusskörper 52 hergestellt und dann mit dem Verschlusskörper 52 fest, insbesondere formschlüssig, bspw. mittels einer Passfeder oder ähnlichem, verbunden wurde.
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Die Schaltwelle 54 ist über eine Führungshülse 55 in einem Gehäuse 56 gelagert. Die Schaltwelle 54 dient zum Verdrehen des Verschlusskörpers 52, um den Durchgang für das geführte Medium durch den Kugelhahn vollständig oder teilweise abzusperren oder zu öffnen.
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Der Verschlusskörper 52 wird von dem Gehäuse 56 umgeben, das zwei miteinander über Flansche 58, 60 verschraubbare Gehäusehalbschalen 62, 64 aufweist. Die Gehäusehalbschalen 62, 64 weisen jeweils eine Anschlussöffnung 63, 65 auf. Diese Anschlussöffnungen 63, 65 dienen zum Anschluss an bspw. eine Rohrleitung, durch die das durch den Kugelhahn 50 zu führende Medium geführt wird. Die Anschlussöffnungen 63, 65 sind vorteilhafterweise kreisrund.
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Der Flansch 58 ist einstückig mit der Gehäusehalbschale 62 ausgebildet und durch Drehen aus einem einzigen Teil hergestellt. In entsprechender Weise ist der Flansch 60 einstückig mit der Gehäusehalbschale 64 ausgebildet und durch Drehen aus einem einzigen Teil hergestellt. Alternativ ist eine separate Herstellung der Flansche 58 und 60 vom Rest der Gehäusehalbschalen 62, 64 und anschließende Verbindung des Flansches 58 bzw. 60 mit dem jeweils übrigen Teil der Gehäusehalbschalen 62 bzw. 64 möglich, beispielsweise durch Schweißen. Die einstückige Herstellung aus einem Teil ist jedoch bevorzugt.
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Innerhalb des Gehäuses 56 sind zwei Dichtungshalbschalen 66, 68 vorgesehen, die zwischen dem Verschlusskörper 52 und den Gehäusehalbschalen 62, 64 angeordnet sind.
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Durch die Mittelpunkte der Anschlussöffnungen 63, 65 verläuft eine (gedachte) Längsachse L durch den Kugelhahn. Die Gehäusehalbschalen 62, 64 sowie die Dichtungshalbschalen 66, 68 sind im Wesentlichen rotationssymetrisch ausgebildet (mit Ausnahme nachfolgend beschriebener Öffnungen für die Schaltwelle 54), wobei deren Symmetrieachsen auf der Längsachse L liegen.
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Jede der Dichtungshalbschalen 66, 68 weist einen radial nach außen vorspringenden Kragen 70, 72 mit einer im Bereich der Schaltwelle 54 unterbrochenen Stirnseite 74, 76 auf. Die beiden Stirnseiten 74, 76 werden über die beiden Gehäusehalbschalen 62, 64 dichtend aneinandergepresst. Hierzu werden die Flansche 58, 60 mittels Schrauben 78 und Muttern 80 miteinander verschraubt.
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Jeder der beiden Kragen 70, 72 der Dichtungshalbschalen 66, 68 läuft in sich geschlossen um und weist eine Tiefe TK auf, die größer ist als der Radius bzw. der halbe Durchmesser D der Schaltwelle 54 im Bereich der Kragen 70, 72.
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Jeder der Kragen 70, 72 weist eine seiner Stirnseite 74 bzw. 76 gegenüberliegende Rückseite 82, 84 auf, die eine ununterbrochen umlaufende Fläche bildet und eine Nut 86, 88 aufweist, die zur Aufnahme eines Dichtungsring 90, 92 dient. Jeder dieser Dichtungsringe 90, 92 dichtet gegen die jeweils angrenzende Gehäusehalbschale 62 bzw. 64 ab.
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Zwischen der Gehäusehalbschale 62 und der Dichtungshalbschale 66 ist ein weiterer Dichtungsring 94 vorgesehen, der im Bereich der Anschlussöffnung 63 eine Dichtung zwischen der Gehäusehalbschale 62 und der Dichtungshalbschale 66 bildet.
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In entsprechender Weise ist zwischen der Gehäusehalbschale 64 und der Dichtungshalbschale 68 ein weiterer Dichtungsring 96 vorgesehen, der im Bereich der Anschlussöffnung 65 eine Dichtung zwischen der Gehäusehalbschale 64 und der Dichtungshalbschale 68 bildet.
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Jeder der beiden Flansche 58, 60 der Gehäusehalbschalen 62, 64 weist an seiner Innenseite 98 eine ringartige Ausnehmung 102, 104 mit einer Tiefe TA auf, die größer ist als der Radius bzw. halbe Durchmesser D der Schaltwelle 54 im Bereich der Kragen 70, 72.
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Die Kragen 70, 72 weisen jeweils eine halbkreisförmige Öffnung 106, 108 auf, durch die die Schaltwelle 54 und ggf. die Führungshülse 55 hindurch treten können.
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In entsprechender Weise weisen die Flansche 58, 60 bzw. die ringartigen Ausnehmungen 102, 104 jeweils eine halbkreisförmige Öffnung 110, 112 auf, durch die die Schaltwelle 54 und ggf. die Führungshülse 55 hindurch treten können.
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Zwischen der Schaltwelle 54 und der Führungshülse 55 sind zwei Dichtungsringe 114, 116 in jeweils einer an der Schaltwelle 54 vorgesehenen Nut 118, 120 angeordnet.
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Die Führungshülse 55 weist eine äußere Nut 122 auf, in der ein Dichtungsring 124 angeordnet ist, der gegen die Öffnungen 110, 112 der Flansche 50, 60 abdichtet.
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Ein weiterer Dichtungsring 126 wird in Nuten 128, 130 angeordnet, die in den Kragen 70, 72 im Bereich der Öffnungen 106, 108 vorgesehen sind, um eine Abdichtung zwischen der Führungshülse und den Dichtungshalbschalen 66, 68 bereitzustellen.
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Die Führungshülse 55 weist einen Außenradius auf, der dem halben Außendurchmesser A der Führungshülse 55 entspricht. Vorteilhafterweise ist die Tiefe TK der Kragen 70, 72 größer als dieser Außenradius und in entsprechender Weise ist die Tiefe TA der Ausnehmungen 102, 104 größer als dieser Außenradius.
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Insgesamt ermöglicht der erfindungsgemäße Aufbau eines Kugelhahns mit gegenüber einem Kugelhahn gemäß dem Stand der Technik vergrößerten Kragen Medien mit höheren Drücken zu führen, ohne dass dabei die Gefahr von Leckagen aufgrund von Undichtigkeiten am Kugelhahn besteht.
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In den Figuren werden folgende Bezugsziffern verwendet:
- 10
- Kugelhahn
- 12
- Verschlusskörper
- 14
- Schaltwelle
- 16
- Gehäuse
- 18
- Flansch
- 20
- Flansch
- 22
- Gehäusehalbschale
- 24
- Gehäusehalbschale
- 26
- Dichtungshalbschale
- 28
- Dichtungshalbschale
- 30
- Kragen
- 32
- Kragen
- 34
- Stirnseite
- 36
- Stirnseite
- 38
- Schraube
- 40
- Mutter
- 50
- Kugelhahn
- 52
- Verschlusskörper
- 54
- Schaltwelle
- 55
- Führungshülse
- 56
- Gehäuse
- 58
- Flansch
- 60
- Flansch
- 62
- Gehäusehalbschale
- 63
- Anschlussöffnung
- 64
- Gehäusehalbschale
- 65
- Anschlussöffnung
- 66
- Dichtungshalbschale
- 68
- Dichtungshalbschale
- 70
- Kragen
- 72
- Kragen
- 74
- Stirnseite
- 76
- Stirnseite
- 78
- Schraube
- 80
- Mutter
- 82
- Rückseite
- 84
- Rückseite
- 86
- Nut
- 88
- Nut
- 90
- Dichtungsring
- 92
- Dichtungsring
- 94
- Dichtungsring
- 96
- Dichtungsring
- 98
- Innenseite des Flansches 58
- 100
- Innenseite des Flansches 60
- 102
- Ausnehmung
- 104
- Ausnehmung
- 106
- Öffnung am Kragen
- 108
- Öffnung am Kragen
- 110
- Öffnung am Flansch
- 112
- Öffnung am Flansch
- 114
- Dichtungsring
- 116
- Dichtungsring
- 118
- Nut
- 120
- Nut
- 122
- Nut
- 124
- Dichtungsring
- 126
- Dichtungsring
- 128
- Nut
- 130
- Nut
- L
- Längsachse
- TK
- Tiefe des Kragens 70 bzw. 42
- D
- Durchmesser der Schaltwelle
- TA
- Tiefe der Ausnehmung 102 bzw. 104
- A
- Außendurchmesser der Führungshülse 55
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009010027 U1 [0002]
- DE 202016103170 U1 [0002]
