DE2150635C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hahn zur Regelung des Durchflusses eines Strömungsmediums mit einem eine Kammer bildenden Hahnkörper, einem koaxial in der Kammer drehbar angeordneten Betätigungsnocken, einer den Betätigungsnocken eng umschließenden Hülse, die zumindest an einem Ende des Hahnkörpers drehfest befestigt und auf die eine Dichtungsbuchse aufgezogen ist, wobei Hülse und Buchse bei Drehung des Betätigungsnockens radial elastisch verformt werden und die Buchse dabei wechselweise eine seitliche öffnung dichtend verschließt und freigibt.

Ein derartiger Hahn ist aus der OE-PS 2 45 322 und aus der US-PS 31 95 573 bekannt. Die Hülse ist bei diesem bekannten Hahn aus einem torsionssteifen Material hergestellt, damit die auf sie aufgezogene Dichtungsbuchse beim Betätigen des Nockens keinerlei Verdrehung erleidet und nur radial nach außen an die die seitliche öffnung aufweisende Kammerwand des Hahnkörpers abdichtend gepreßt wird. Um die Hülse torsionssteif auszubilden, muß das Hülsenmaterial neben einem geeigneten niederen Elastizitätsmodul eine geeignet große Wandstärke besitzen, da die Torsionssteifigkeit umgekehrt proportional zum Elastizitätsmodul und direkt proportional der Wandstärke ist. Die Wahl einer solchen großen Wandstärke hat aber zur Folge, daß die radiale Verformbarkeit der Hülse stark beeinträchtigt wird, da die radiale Verformbarkeit sich umgekehrt proportional zur radialen Steifigkeit verhält, welche wiederum proportional zur dritten Potenz der Wandstärke ist.

Aus diesen Gründen weist der bekannte Hahn den Nachteil auf, daß die notwendigerweise dickwandige Hülse sich sehr schlecht radial verformen läßt und damit der innerhalb der Hülse dicht anliegende Nocken eine störend große Betätigungskraft erfordert. Der Hahn gemäß dem Stand der Technik dichtet zwar gut ab und

kann auch gegebenenfalls die Anforderungen hinsichtlich der Verschleißfestigkeit erfüllen, aber er ist schwergängig, und die den Betätigungsnocken eng umschließende Hülse unterliegt wegen mangelnder radialer Verformbarkeit einer erhöhten Beanspruchung bzw. einer erhöhten Materialermüdung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hahn der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der trotz einwandfreier Dichtigkeit und geringem Verschleiß sehr leichtgängig ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hülse so bemessen und aus solchem Werkstoff hergestellt ist, daß sie bei Betätigung des Nockens eine begrenzte Torsionsbewegung ausführt, bei deren Maximalwert die an der Kammerwand unter Reibschluß anliegende ts elastische Dichtungsbuchse eine Schubverformung erleidet, die an der Außenseite der Buchse gleich Null ist und an ihrer Innenseite im wesentlichen dem Torsionswpg der Hülse entspricht.

Wegen der gezielt zugelassenen Torsionrverformung der Hülse können die die Torsionssteifigkeit in erster Linie bestimmenden Parameter, nämlich Elastizitätsmodul und Wandstärke, so gewählt werden, daß der Hahn trotz guter Dichtigkeit und geringem Verschleiß auch leichtgängig ist. Im Hinblick auf die größere Freiheit in der Wahl des jeweiligen Elastizitätsmoduls kann das Hüisenmaterial so ausgewählt werden, daß auf den Preis, die Bearbeitbarkeit, die Widerstandsfähigkeit gegenüber bestimmten Durchflußmedien und einen geringeren Reibungskoeffizienten gegenüber der Hülseninnenwand und ähnliches geachtet werden kann. Daneben wird durch die geringe Wandstärke des Hülsenmaterials auch eine kompaktere Bauweise des Hahns ermöglicht. Dadurch, daß die Außenwand der Buchse auf der Wand der Hahnkammer unverschieblich gehalten bleibt, wird bei einem erfindungsgemäßen Hahn die gleiche Abdichtbarkeit und der gleich geringe Verschleiß der Dichtungsbuchse erzielt, wie dies bei einem Hahn nach bisherigem Stand der Technik möglich ist, während der erfindungsgemäße Hahn in bezug auf Leichtgängigkeit weit überlegen ist.

Bevorzugterweise weist das Material für die Dichtungsbuchse einen Elastizitätsmodul zwischen 100 und 500 kp pro Quadratzentimeter auf, während für die Hülse ein Material mit einem Elastizitätsmodul von zwischen 5000 und SOOOOkp/cm² verwendet wird, wobei die Dichtungsbuchse vorteilhafterweise eine Wandstärke zwischen V₄ und V₆ des Kammerdurchmessers und die Hülte eine Wandstärke zwischen V20 und '/so dieses Durchmessers aufweist, wobei eine Drehver-Schiebung zwischen Dichtungsbuchse und Hülse möglich sein kann, und die Hülse eine glatte Innenfläche aufweisen kann, die durch Spritzgießen aus Kunststoffmaterial erzeugt ist.

Somit ist es erfindungsgemäß möglich, daß durch die besondere Ausgestaltung und Materialauswahl der Hülse die Reibungskräfte, die sich der Drehbewegung des Nockens entgegenstellen, vermindert werden, daß dadurch die radiale Verformbarkeit der Dichtungsbuchse aus weichem Material gewährleistet ist. Durch die mögliche Drehverschiebung zwischen Dichtungsbuchse und Hülse wird erreicht, daß sich immer wieder verschiedene Abschnitte der Dichtungsbuchse an den seitlichen öffnungen dichtend anlegen, wodurch der Verschleiß beträchtlich verringert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß die Kammer eine zumindestens näherungsweise elliptisch-zylindrische Kammerinnenwand bildet und daß die öffnung im Bereich oder in der Nähe des kleinsten Durchmessers der Ellipse gelegen ist Durch diese Ausgestaltung kann die bei dem Abwälzen auf der Kammerinnenwand rotierende Hülse sich wieder entspannen, sobald der Nocken so gedreht wird, daß seine größte Ausdehnung sich in der Nähe des größten Durchmessers der Ellipse befindet, da dann die Hülse nicht mehr mit so großer Kraft gegen die Kammerinnen wand gepreßt wird.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hahns ergibt sich dadurch, daß ein Ringzylinder im Inneren des Hahnkörpers zwischen Kammerwand und Dichtungsbuchse angeordnet ist und gegenüber der von dem Nocken gesteuerten öffnung eine Durchtrittsöffnung umfaßt, die einen Berührungsrand ohne scharfe Kanten zu der Dichtungsbuchse hin aufweist Ein solcher Ringzylinder, der aus Kunststoff spritzgegossen sein kann, ermöglicht es, daß für den eigentlichen, meist aus Metall hergestellten Hahnkörper ein relativ unpräzises Teil verwendet werden kann, während der Ringzylinder im Spritzgußverfahren relativ preiswert mit sehr genauen Abmaßen hergestellt werden kann.

Dieser Ringzylinder kann durch einen Zylinderflansch, der zwischen dem Hahnkörper und dem Deckel eingespannt ist, gegen Axialverschiebung und gegen Rotation gesichert sein, und er kann ebenfalls mit einem ovalen Innenquerschnitt versehen sein, d. h. eine zumindest näherungsweise elliptisch-zylindrische Innenwand bilden, wobei die Durchtrittsöffnung im Bereich oder in der Nähe des kleinsten Durchmessers der Ellipse gelegen ist. Dadurch ist ein dichtendes Anliegen der Dichtungsbuchse an der Innenwand des Zylinders nur im Bereich der öffnungen erforderlich, was die Betätigungskräfte im ganzen weiter herabsetzt, wodurch auch der Verschleiß noch weiter herabgesetzt wird.

Durch weitere vorteilhafte Weiterbildungen, die in den Unteransprüchen 10 bis 15 niedergelegt sind, wird der Hahn durch besonders den vorliegenden Aufgaben angepaßte Ausgestaltung des Nockens so verbessert, daß Leichtgängigkeit, Verschleißfestigkeit und Sicherheit der Betätigung weiter erhöht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 und 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hahns im Axial- bzw. im Querschnitt und

Fig.3 und 4 eine Darstellung einer anderen Ausführungsform, ebenfalls in Axial- und Querschnitt.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Hahn umfaßt einen Körper 1 aus Metall mit einer Kammer 7, in welcher radial angeordnete Rohrstutzen 2 und 3 als Zuflußöffnungen und eine axiale Stirnöffnung 4 als Abflußöffnung ausgebildet sind. Im Inneren des Hahnkörpers 1 ist ein aus relativ starrem Kunstütoffmaterial spritzgegossener Ringzylinder 5 koaxial zur Körperachse angeordnet. Der Ringzylinder 5 ende« auf der entgegengesetzt zur Stirnöffnung 4 gelegenen Seite in einen radial nach außen gerichteten Zylinderflansch 6, der sich gegen eine ringförmige Stirnfläche 8 des Körpers 1 abstützt und gegen diese Stirnfläche mittels eines Deckels 9 festgeklemmt ist. Der Deckel 9 weist einen flachen Boden 10 und einen zylindrischen Deckelflansch 11 auf und überdeckt das der Ausflußöffnung gegenüberliegende offene Ende des Körpers 1. Er ist durch Verschrauben an diesem Ende befestigt. Zwischen der flachen Endfläche des Zylinderflansches 6 und der Innenfläche des Bodens 10 des Deckels 9 ist ein

Ringflansch 12 eingeklemmt, der Teil eines biegsamen rohrförmigen Elementes 13 ist, das im folgenden die Hülse genannt wird. Die beiden Flansche 6 und 12 sind gemeinsam gegen Verdrehen und gegen axiales Verschieben befestigt.

Der Ringzylinder 5 weist an den Stellen, an denen die Rohrstutzen 2 und 3 einmünden, zwei Durchtrittsöffnungen 14 und 15 auf. Diese beiden Durchtrittsöffnungen liegen einander etwa diametral gegenüber, ihre Kanten sind an der Innenfläche des Ringzylinders 5 abgerundet Die Außenfläche des Ringzylinders 5 ist mit einem deutlichen Abstand von der Innenfläche des Körpers 1 angeordnet und bildet mit dieser zusammen einen Ringraum 16. Die Innenfläche des Ringzylinders ist nicht kreiszylindrisch sondern leicht elliptisch, und die Durchtrittsöffnungen 14, 15 sind im Bereich des kleinsten Ellipsendurchmessers bzw. in der Nähe dieses Durchmessers angeordnet.

Zwei Dichtungsringe 17, 18 sind in Nuten auf der Außenfläche des Ringzylinders 5 eingelegt und teilen den Ringraum 16 in gegeneinander abgedichtete Ringraumbereiche auf, in denen die Einlaßstutzen 2 und 3 einmünden. Damit wird eine Verbindung der Einlaßöffnung mit der Einlaßöffnung 3 und der stirnseitigen öffnung 4 durch den Ringraum 16 verhindert. Das öffnen und Schließen der Durchtrittsöffnungen 14 und 15 wird durch einen länglichen Nocken 19 bewirkt, der von der Hülse 13 allseitig eng umschlossen ist. Um diese Hülse 13 ist eine Dichtungsbuchse 20 aufgeschoben. Der Nocken 19 ist um die Achse der Hahnkammer 7 drehbar angeordnet und mit einer Steuerstange 21 fest verbunden, die durch den Deckel 10 hindurchgeführt ist und in einem (nicht dargestellten) Bedienungsgriff endet. Der Nocken 19 weist einen Mittelabschnitt 19,4 und zwei Endabschnitte 19ßund 19Cauf. Der prismatische Mittelabschnitt 19Λ liegt im Bereich der Rohrstutzen 2 und 3 bzw. der zugeordneten Durchtrittsöffnungen 14 und 15 und ist (F i g. 2) mit einem trapezartigen Querschnitt versehen, bei dem die kleineren und größeren Basislinien nicht parallele Gerade sondern kreisförmig gebogen sind. Die Krümmung der beiden Basislinien entspricht der Innenkrümmung des Ringzylinders 5. Der Endabschnitt 19C bildet einen Übergang von dem trapezförmigen Querschnitt des Mittelabschnitts i9A zu dem kreisförmigen Querschnitt, den der Drehnocken an seiner Verbindungsstelle mit der Steuerstange 21 aufweist. Der Endabschnitt 19ß entspricht dem Endabschnitt 19C

Die an beiden Enden offene Dichtungsbuchse 20 ist auf die Hülse 13 aufgezogen. Sie ist wesentlich stärker als die Hülse 13 und unterscheidet sich andererseits von dieser durch einen wesentlich niederen Elastitzitätsmodul.

Wird der Nocken 19 um seine Achse gedreht, so erfährt die biegsame Hülse 13 eine Radialverformung. Am ausgeprägtesten wird die Verformung im Bereich des Mittelabschnittes 19Λ sein, der den aktiven Teil des Nockens bildet. Der Abschlußboden 22 und das durch den Ringflansch 12 versteifte Ende der Hülse bleibt so frei von jeglicher Zugverformung. Die Tangentialverformung der Hülse 13 ist aufgrund der Tatsache, daß die Hülse an dem Hahnkörper 1 mittels des Ringflansches

ίο 12 starr befestigt ist und aus einem Material mit relativ hohem Elastizitätsmodul besteht, gleich Null. Die Dichtungsbuchse 20 wird entsprechend der Verformung der Hülse 13 mit verformt. Dadurch wird bewirkt, daß die Dichtungsbuchse gegen die Durchtrittsöffnungen 14, 15 gepreßt oder von diesen öffnungen entfernt wird. Die geringfügige Torsionsverformung, die in der Hülse

13 erzeugt werden kann, während die Dichtungsbuchse in Berührung mit der Innenfläche des Ringzylinders 5 steht, bewirkt eine Schubverformung der weichen und dicken Dichtungsbuchse zwischen ihrer Innenfläche und ihrer Außenfläche, womit eine Abnutzung der Dichtungsbuchsen durch Gleiten ihrer Außenfläche auf der Innenfläche des Ringzylinders vermieden wird.
Durch die ovale Ausbildung des Querschnitts des Ringzylinders 5 ist ein enges Einspannen im Bereich der abzudichtenden Durchtrittsöffnung möglich, während gleichzeitig das Drehen des Nockens erleichtert ist und die Dichtungsbuchse 20 in dem Bereich des maximalen Durchmessers des Querschnitts sich reibungsfrei bewegen kann.

Durch die beiden, zwischen Hahnkörper 1 und Deckel 9 eingeklemmten Flansche 6 und 12 ist eine Abdichtung des Ringraumes 6 und des Innenraumes der Hülse 5 gegen die Durchtrittsstelle der Steuerstange 21 durch den Deckel 9 gegeben. Durch die Anordnung der Einlaßöffnungen 2 und 3 und der Durchtrittsöffnungen

14 und 15 ist es möglich, die beiden Durchtrittsöffnungen 14 und 15 vollständig abzudichten, und dann die Öffnung 14 oder die öffnung 15 alimählich bis zum Maximum zu öffnen, wobei die jeweils andere Durchtrittsöffnung geschlossen bleibt und schließlich auch die jeweils andere öffnung allmählich freizugeben. Damit kann der Hahn insbesondere als Mischhahn verwendet werden, wenn durch die beiden Rohrstutzen 2 und 3 verschiedene Medien, z. B. kaltes und warmes Wasser geführt werden.

Der in F i g. 3 und 4 dargestellte Hahn ist von dem vorhergehenden dadurch unterschieden, daß nur ein Zufluß durch einen Rohrstutzen in die Kammer mündet, deshalb ist auch nur ein Dichtungsring 18 in dem Ringraum 16 erforderlich. Er kann als Hahn zur Durchsatzssteuerung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Hahn zur Regelung des Durchflusses eines Strömungsmediums mit einem eine Kammer bildenden Hahnkörper, einem koaxial in der Kammer drehbar angeordneten Betätigungsnocken, einer den Betätigungsnocken eng umschließenden Hülse, die zumindest an einem Ende des Hahnkörpers drehfest befestigt und auf die eine Dichtungsbuchse aufgezogen ist, wobei Hülse und Buchse bei Drehung des Betätigungsnockens radial elastisch verformt werden und die Buchse dabei wechselweise eine seitliche öffnung dichtend verschließt und freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) so bemessen und aus solchem Werkstoff hergestellt ist, daß sie bei Betätigung des Nockens (19) eine begrenzte Torsionsbewegung ausführt, bei deren Maximalwert die an der Kammerwand unter Reibschluß anliegende elastische Dichtungsbuchse (20) eine Schub verformung erleidet, die an der Außenseite der Buchse (20) gleich Null ist und an ihrer Innenseite im wesentlichen dem Torsionsweg der Hülse (13) entspricht.

2. Hahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Dichtungsbuchse (20) einen Elastizitätsmodul zwischen 100 und 500 kp/cm² und das Material für die Hülse (13) einen Elastizitätsmodul zwischen 5000 und 30 000 kp/cm² aufweist.

3. Hahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Dichtungsbuchse (20) zwischen V₄ und Ve des Kammerdurchmessers und die Wandstärke der Hülse (13) zwischen '/20 und '/50dieses Durchmessers beträgt.

4. Hahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) eine durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials erzeugte glätte Innenfläche aufweist.

5. Hahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (7) eine zumindestens annähernd elliptisch-zylindrische Innenwand besitzt und daß die öffnung im Bereich oder in der Nähe des kleinsten Durchmessers der Ellipse gelegen ist.

6. Hahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringzylinder (5) im Inneren des Hahnkörpers (1) zwischen der Kammerwand und der Dichtungsbuchse (20) angeordnet ist und der öffnung der Kammerwand (2, 3) gegenüber eine Durchtrittsöffnung (14,15) besitzt, deren Berührungsrand zur Dichtungsbuchse (20) hin gerundet ist.

7. Hahn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder (5) ein Kunststoff-Spritzgußteil ist.

8. Hahn nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder (5) in einen Zylinderflansch (6) ausläuft, der zwischen Hahnkörper (1) und Deckel (9) eingespannt ist.

9. Hahn nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringzylinder (5) eine zumindest annähernd elliptisch-zylindrische Innenwand besitzt und daß die Durchtrittsöffnung im Bereich oder in der Nähe des kleinsten Ellipsendurchmessers gelegen ist.

10. Hahn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (19) in seiner Längserstreckung einen prismatischen Ab-

schnitt (19/4) mit einem Nockenprofil und einen diesen Abschnitt mit einer Steuerstange (21) verbindenden Obergangsabschnitt (19Q umfaßt, dessen Querschnittsform allmählich von der des prismatischen Abschnittes zu der der Steuerstange übergeht

11. Hahn nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der prismatische Abschnitt(19/4) auf der der Steuerstange entgegengesetzten Seite durch einen weiteren Übergangsabschnitt (19ß) verlängert ist, dessen Querschnittsform von der des prismatischen Abschnitts (!9/4) allmählich zu der einer kreisförmigen Stirnfläche übergeht.

12. Hahn nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der prismatische Abschnitt (19/4) des Nockens (19) etwa die Querschnittsform eines Trapezes mit einer breiten und einer schmalen, gekrümmten Basis aufweist.

13. Hahn nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die breite Basis des Nockentrapezes 1,5- bis 2,5mal so breit wie die schmale Basis desselben ist.

14. Hahn nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) auf der Seite der Steuerstange (21) in einem zwischen dem Hahnkörper (1) und dem Deckel (9) eingespannten Ringflansch (12) und auf der entgegengesetzten Seite in einem dichten, kreisförmigen Boden (22) endet.