DE2145196C2

DE2145196C2 - Absperrhahn mit einer den Betätigungszapfen umgreifenden Membrandichtung

Info

Publication number: DE2145196C2
Application number: DE2145196A
Authority: DE
Inventors: Russell G. Cincinnati Ohio Smith
Original assignee: Xomox Corp
Current assignee: Xomox Corp
Priority date: 1971-02-24
Filing date: 1971-09-09
Publication date: 1982-07-01
Also published as: JPS4857222A; ES198125U; DE7134423U; IT940901B; ES198125Y; US3703910A; JPS505808B2; CA947747A; DE2145196A1; GB1338928A; FR2127517A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Absperrhahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem solchen, durch die US-PS 32 35 272 bekannten Absperrhahn ist eine Einstellmöglichkeit des Kükens in axialer Richtung durch eine an der unteren Stirnfläche des Kükens angreifende Schraube nicht vorgesehen.

Die Einstellschraube am Absperrhan gemäß der DE-PS 8 84 263 dient zur Einstellung eines das Küken tragenden Kugellagers, um das Drehen des Kükens zu erleichtern, nicht aber zur Einstellung eines Dichtungsanpreßdruckes. Das gleiche gilt auch für die Einstellschraube am Absperrhahn nach der US-PS 31 99 835, bei dem überdies zwischen dem Druckglied der Einstellschraube und der unteren Kükenstirnfläche eine Dichtungsmembran angeordnet ist. Eine Kunststoffumkleidung des Kükens bis zum Betätigungszapfen ist in der US-PS 34 06 707 gezeigt.

Die bekannten ausgekleideten Absperrhähne zeigen im Betrieb, insbesondere bei höheren Leitungsdrücken, im geschlossenen oder nur teilweise geöffneten Zustand mitunter Lecks, die auf die dann einseitige Druckbeaufschlagung des Kükens zurückzuführen sind; das Küken wird dann zur stromabwärts gelegenen Seite der Kükenbohrung gepreßt. Diese Bewegung des Kükens, selbst wenn sie klein ist, führt mitunter zu einem geringen Leck zwischen dem Küken und seiner Bohrung bzw. deren Auskleidung an der stromaufwärtigen Seite der Bohrung; dieses geringe Umfangsleck führt seinerseits zu einem Druckaufbau am oberen Teil des Kükens, der dieses nach unten drückt, so daß die anfänglich ausreichende Abdichtung zwischen dem Küken und der äußeren Membrandichtung so sehr beeinträchtigt wird, daß ein Leck längs des Betätigungszapfens des Kükens auftritt

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugruode, den ausgekleideten Absperrhahn gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß er bei einfachem Aufbau und rationeller Herstellung im Betriebe weder innere noch äußere Lecks aufweist

is unabhängig davon, ob er offen oder teilweise oder ganz geschlossen ist, ob er nur teilweise oder ganz ausgekleidet ist und ob das Küken zylindrisch oder kegelförmig ausgebildet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ge'öst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Abdichtung an der unteren Kükenstirnfläche ist durch den Anspruch 2 gekennzeichnet

Die Erfindung bringt einen wesentlichen technischen Fortschritt Durch entsprechende Betätigung der Druckring-Einstellschrauben wird auf das Küken ein Kippdruck und damit eine Vorspannung entgegen der durch den Leitung idruck auf das ganz oder teilweise geschlossene Küken hervorgerufenen Kippbewegung

JO erzeugt, die diese Kippbewegung verhindert oder zumindest mindert, so daß kein Umfangsleck auftritt. Trotzdem kann unter Beibehaltung dieser Vorspannung der Andruck der äußeren Dichtungsmembrane an dem Küken nachgestellt werden durch Betätigung der

J5 Feinstellschraube an der unteren Stirnfläche des Kükens, so daß im Zusammenwirken der Vorspannung des Kükens und der Feinstellschraube sowohl ein inneres Umfangsleck als auch ein äußeres Leck am Betätigungszapfen verhindert werden.

4(i Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Axialschnitt des Absperrhahns zeigt.

Ein Hahngehäuse 4, das üblicherweise aus einem Gußmaterial besteht, weist eine Strömungsmitteleinlaßöffnung 6 und eine Auslaßöffnung 8 auf, die außen durch Flansche 10 oder andere Einrichtungen begrenzt sein können, um den Absperrhahn an ein Rohrsystem anzuschließen. Zwischen den Öffnungen 6 und 8 ist das Hahngehäuse 4 in Querrichtung durchbohrt, um eine

5n Bohrung 12 zur Aufnahme eines Kükens 14 zu bilden, das eine Durchgangsöffnung 16 aufweist, die bei Drehung des Kükens in üblicher Weise in oder außer Übereinstimmung mit den Öffnungen 6 und 8 gebracht werden kann.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 6 und 8 ebenso wie die Bohrung 12 mit einer Auskleidung versehen. Eine Umkleidung 22 kann den Absperrteil des Kükens einschließlich der Öffnung 16 und einen Teil des Betätigungszapfens 24 umgeben.

Gegebenenfalls kann das Küken jedoch ohne Umkleidung bleiben; in diesem Fall ist das durch die Schraffur für Kunststoff angegebene Material Metall.

Das Material der Aus- bzw. Umkleidungen 18, 20 und 22 kann ein geeignetes halogeniertes Kunststoffmaterial oder Fluorkohlenstoffmaterial sein, das Eigenschaften aufweist, die beim Formen eine starke Haftung an den Metalloberflächen erleichtern, sowie Undurchlässigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten und die

Fähigkeit besitzt, nach einer Kompressionsentspannung oder einer anderen Beanspruchung, der es unterworfen wurde im wesentlichen elastisch in seinen Ausgangszustand zurückzukehren. Infolge der besonderen Unterschiede bei der Formgebungstechnik zum Überziehen des Kükens und des Hahngehäuses kann für ein leichteres Aufbringen der Aus- bzw. Umkleidungen die Verwendung unterschiedlicher Kunststoffmaterialien beim Überziehen dieser Teile zweckmäßig sein. Wie die Zeichnung zeigt, hat das Küken einen Betätigungszapfen 24, ein Umfangsendteil 26 und ein Unifangszwischenteil 28, die die Durchgangsöffnung 16 begrenzen. Die äußeren Bereiche 26 und 28 und der mit der öffnung 16 versehene Bereich zwischen diesen liegen an der Auskleidung der Bohrung 12 an, die das Küken umgibt.

Der Betätigungszapfen 24 erstreckt sich axial von dem Zwischenteil 28 aus und geht an einer ringförmigen Schulter 30 in diesen über, die mit einer Auskleidung überzogen sein kann. Die Schulter 30 kann, muß jedoch nicht notwendigerweise in einer Ebene liegen, die rechtwinklig zu der Kükenachse verläuft. Die Schulter 30 kann in einem bestimmten Maß in Richtung des Umfangsteils 28 abgeschrägt sein, ohn'i daß die Funktion der Schulter beeinträchtigt wird, wie später erläutert wird.

Der Betätigungszapfen 24 kann dort, wo er durch eine Kappe 32 abgedeckt ist, mit dem Kunststoffmaterial des Kükens überzogen sein, wie bei 34 angegeben ist Außerhalb dieses Überzugs kann der Teil des Zapfens, der freiliegt, in eine Nabe 36 eines querverlaufendeii Handgriffs 40 eingesetzt sein; die an dem Zapfen 24 durch eine Schraube 38 befestigt ist.

Die Kappe 32 umgibt den Betätigungszapfen 24 und kann an dem Hahnkörper 4 durch mehrere Bolzen 44 befestigt sein, die Muttern 46 tragen. Eine mit einer zentralen Öffnung versehene, kegelförmige Unterlegscheibe 48, die den Zapfen 24 umgibt und unter der Nabe 36 liegt, schützt den überdeckten Teil des Betätigungszapfens gegen Schmutz. Die Kappe trägt drei Einstellschrauben 50, die alle parallel zu der Kükenachfs und in gleichem Abstand von dieser und voneinander angeordnet sind und auf der Oberseite eines starren Metalldruckringes 52 aufliegen, der den Betätigungszapfen 24 lose umgibt.

Zwei kreisscheibenförmige Membrane 54, 56 mit einer zentralen öffnung sind zur Aufnahme des Zapfens 24 vorgesshen. Dis äußeren Randbrreiche der Membrane 54 und 56 können fest zwischen der Kappe 32 unJ einem ringförmigen, überzogenen Sitz 58 festgeklemmt werden, der an dem Hahngehäuse 4 vorgesehen ist. Der so Sitz 58 umgibt den Betätigungszapfen 24 und den Druckfing 52 und kann in das Hahngehäusematerial eingesenl't sein, wie geze-gt ist. Eine ringförmige untere Klemmfläche 60 der Kappe 32 liegt über dem Sitz 58 und den äußeren Rändern der Membrane 54 und 56. v,

Wenn die Muttern 46 angezogen werden, liegt die Fläche 60 der Kappe 32 fest an den Membranen 54, 56 und dem überzogenen ringförmigen Sitz 58 an und bildet eine lecksichere Dichtung zwischen den festgeklemmten Teilen.

Die Membran 56 kann eine im wesentlichen flache Scheibe aus einem Fluorkohlensioffmaierial sein, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, und ein Randbereich ihrer äußeren Öffnung liegt auf der freiliegenden Oberfläche der überzogenen Schulter 30 des Kükens. Der Rand der zentralen öffnung der Membran liegt an uem vertikalen zylindrischen Teil des Betätigungszapfens 24 ?ti.

An dem Randbereich der zentralen öffnung der Membran 56 ist ein Dreieckring oder eine ähnliche verformbare Abdichtung 62 angeordnet, die den überzogenen Teil des Zapfens 24 nahe der Schulter 30 bündig umgibt, Die Abdichtung 62 kann aus irgendeinem geeigneten flexiblen Material bestehen, das in der Lage ist, eine Strömungsmitteldichtung längs des überzogenen Zapfens zu bilden. Die schräggeneigt-j äußere Stirnfläche der Abdichtung 62 ist einem Teil der darüber liegenden Membran 54 zugewandt und liegt dem Winkel zwischen der überzogenen Schulter 30 und dem überzogenen Zapfen 24 gegenüber.

Gleichmäßig zufriedenstellende Ergebnisse wurden in den Fällen erzielt, in denen die Membran 54, die über der Membran 56 liegt, aus einem Fluorkohlenstoffmaterial besteht, wobei der zentrale Öffnungsrandbereich nach oben und innen als kontinuierlicher Flansch geneigt ist, um eine ringförmige Lippe 64 zu bilden, die einen Neigungswinkel aufweist, der der Neigung der äußeren Stirnfläche des Dreieckrings 62 gleichkommt. Die innere Kante der Lippe 64 muß den Zapfen 24 nicht unmittelbar berühren.

Der Druckring 52 hat eine Schrägfläche 66, deren Neigung der der Lippe 64 gleichkommt, so daß eine von den Einstellschrauben 50 auf den Druckring 52 vertikal nach unten ausgeübte Kraft dazu dient, den Dreieckring 62 durch die Lippe 64 zusammenzudrücken und zu dehnen, um eine wirksame Abdichtung zwischen der überzogenen Schulter 30 und dem überzogenen Zapfen 24 zu bewirken.

Die Anordnung von drei Einsteilschrauben 50 ermöglicht es, den Druckring 52 durch Einstellen der Schrauben zu kippen, wodurch das Küken 14 in der gewünschten seitlichen Richtung in der Bohrung 12 vorgespannt werden kann. Das Küken kann einstellbar gegen die Einlaßöffnung 6 oder auch gegen die Auslaßöffnung 8 vorgespannt werden, je nachdem, ob ein inneres Strömungsmittelleck vorbei an dem Küken unter verschiedenen Betriebsbedingungen verhindert werden soll, die hohe und niedrige Drücke oder Temperaturen des Strömungsrnittels oder geringe strukturelle Abweichungen bei der Hahnherstellung oder bei dem endgültigen Zusammenbau berücksichtigen.

Die Bohrung 12 ist an ihrem unteren Ende zunächst offen, so daß die untere überzogene Stirnfläche 68 des Kükens freiliegt. Das untere Ende der Bohrung wird durch eine Platte 70 verschlossen, die durch Schrauben 72 lösbar an dem Hahnkörper befestigt ist.

Die Platte 70 hält den äußeren Randbereich einer flexiblen Membran 74 lecksicher gegen den Hahnkörper 4 bzw. gegen den Überzug des Hahnkörpers bei 76. Die Dichtung bei 76 ist ringförmig und kontinuierlich und verhindert demgemäß jede Möglichkeit eines äußeren Stroniungsmittellecks vorbei an der Platte 70.

Die Platte 70 trägt eine von außen zugängliche Einrichtung, um das Küken axial gegenüber den Membranen 54 und 56 und den Ringen 62 und 52 zu verschieben und die Betätigungszapfendichtung zu vervollständiger Diese Einrichtung ist eine Mikrometer-Feinstellschraube 78, die in das Innenfeingewinde einer zentralen Bohrung 80 der Platte 70 eingreift und ihrer eingestellten Lage durch eine Mu?te>' 82 gehalten wird. Das innere Ende der Feinstellschraube 78 trägt als Druckglied eine Kappe 84, die sich nicht mit der Schraube dreht, u .? zu vermeiden, daß die Membran 74 durchgescheuert bzw. durchbohrt wird, wenn die Feinstellschraube 78 gedreht wird. Die Membran 74

besteht aus einem flexiblen, impermeablen Kunststoffoder Fluorkohlenstoffmaterial. Gummi oder gummiähnliche Membrane können ebenfalls für den Absperrhahn verwendet werden; dies hängt von den Betriebsbedingungen ab, denen der Absperrhahn ausgesetzt wird.

Der in der gezeigten Weise zusammengebaute Absperrhahn kann an ein Rohrsystem zur Steuerung einer Flüssigkeit oder eines Gases unter Druck und gegebenenfalls mit hoher Temperatur angeschlossen werden. Das gesteuerte Strömungsmittel ist oft stark korrosiv und kann durch Rohre und Hähne transportiert werden, die sehr groß sind und statt von Hand betätigt zu werden, hydraulisch oder mechanisch geöffnet und geschlossen werden können, insbesondere bei einem hohen Strömungsmitteldruck.

Einstellung der Abdichtungen am Absperrhahn:

Zunächst werden die drei Schrauben 50 so eingestellt, daß sie das Küken in der Bohrung 12 richtig zentrieren und anordnen, wobei die Durchlaßöffnung 16 im wesentlichen in Übereinstimmung mit den Öffnungen 6 und 8 angeordnet wird. Während dieser Zeit ist die Feinstellschraube 78 in einer zurückgezogenen Stellung, um einen Raum zwischen der unteren Stirnseite des Kükens und der benachbarten Oberfläche der Membran 74 zu schaffen. Die Einstellung der Schrauben 50 sorgt auch für eine wirksame obere bzw. äußere Dichtung /wischen der benachbarten Oberfläche der oberen Schulter 30 des Kükens und der Membran 56. zwischen den Membranen 56 und 54 und zwischen dem Dreieckring 62. dem Betätigungszapfen bzw. dessen Umkleidung 34. der Membran 56 und der Membran 54. Danach wird die Feinstellschraube vorgedreht, um einen Druck gegen die untere Stirnseite des Kükens über das Druckgüed 84 und die untere Membran 74 auszuüben, wie die Zeichnung zeigt, so daß der Anpreßdruck auf die oberen äußeren Dichtungen zwischen dem Küken 14 und dem Hahnkörper 4 verstärkt wird.

Wenn der Absperrhahn an ein Rohrsystem angeschlossen ist, kann das Küken in der geschlossenen Stellung einem nach oben gerichteten Strömungsmitteldruck ausgesetzt sein, der ausreicht, um das Küken auf seiner stromaufwärtigen Seite aus tiner völligen Umfangsberührung mit der Bohrung 12 zu drücken. Dies führt zu einem Umfangsleckstrom vorbei an dem Küken und dann nach oben in den Bereich zwischen der Kükenschulter 30 und der Membran 56. Ein Druck in diesem Bereich ist bestrebt, das Küken in Richtung auf

in sein unteres Ende zu verschieben, so daß die obere Dichtung zwischen dem Küken und der Membran 56 beeinträchtigt und ein äußerer I.eckstrom längs des Bctätigungs/apfeiis 24 verursacht wird. Ein derartiger äußerer I.eckstrom kann sofort und wirksam dadurch

ι beendet werden, daß die Feinstellschraube 78 in Richtung auf den Druckring 52 vorgedreht wird, wodurch das Küken angehoben wird, um den gewünschten Andruck /wischen der Schulter 30 des Kükens, der Membran 54 und 56 und dem Dreieckring 62 zu

_"> CiYcügcii iifiu dadurch diC obCTC äiiScTC Abdichtung zwischen dem Küken, dem Zapfen und den diesen zugeordneten Dichtiingslementen wieder herzustellen. Die vorliegende Erfindung ist auch bei geraden zylindrischen Küken anwendbar.

.'■> Aufgrund der Verwendung des Mikrometergewindes an der Feinstellschraube 78 kann diese auch um nur sehr geringe Strecken gerückt werden, um das äußere Leck am Zapfen 24 zu beseitigen. Die zuvor erwähnte Einstellung der Feinstellschrauhc 78 hat dabei keinen

in nachteiligen Einfluß auf die innere Umfangsdichtung um das Küken 14 infolge der elastischen Eigenschaft des Aus- bzw. Umkleidungsmateriils, das die Bohrung 12 auskleidet und das Küken budeckt. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Küken-Absperrhähne anwend-

ii bar. bei denen nichtüberzogene Küken in einer Hülse aus einem Fluorkohlenstoffmaterial od. dgl. aufgenommen sind, das in der Bohrung 12 des Hahngehäuses 4 gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Ausgekleideter Absperrhahn mit einer den Betätigungszapfen umgreifenden Membrandichtung, deren äußerer Randbereich zwischen Ringflächen des Gehäuses und einer an diesem befestigten Kappe eingespannt ist und deren innerer Randbereich zwischen Ringflächen des Kükens und eines Druckringes eingespannt ist, der über in die Kappe eingreifende Einstellschrauben anpreßbar ist und dessen eine SchräglFläche mit einer Schrägfläche eines Dreieckdichtumgsringes zusammenwirkt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) mittels einer über ein Druckglied (84) auf die untere Stirnfläche (68) des Kükens (14) einwirkende Feinstellschraube (78) ist der Anpreßdruck auf den inneren Randbereich der Membrandichtung (54,56) einstellbar;

b) die Einstellschrauben (50) für den Druckring (52) sind derart angeordnet, daß der Druckring durch sie um eine quer zur Durchflußrichtung liegende Achse gegenüber der Mittelebene der Kappe (32) kippbar ist entgegen der durch den Leitungsdruck gegen das Küken (14) bei geschlossenem Absperrhahn hervorgerufenen Kippbewegung des Kükens (14).
2. Absperrhann nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstellschraube (78) von einer am Gehäuse (4) befestigten Platte (70) getragen is», die der unteren Stirnfläche (68) des Kükens (14; gegenüberliegt und zwischen sich und dem Gehäuse (4) deci äuße jn Randbereich einer Membrandichtung (74) einspannt, die zwischen der unteren Stirnfläche (68) des K /kens (14) und dem Druckglied (84) der Feinstellschraube (78) angeordnet ist.