DE2241521B2

DE2241521B2 -

Info

Publication number: DE2241521B2
Application number: DE2241521A
Authority: DE
Inventors: Ernest W. Chicago Ill. Geipel (V.St.A.)
Original assignee: Crane Co
Current assignee: Crane Co
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1979-05-23
Also published as: CA958000A; AU4593472A; FR2154098A5; AU463158B2; ES406457A1; NL169217C; NL7211411A; DE2241521C3; JPS4840026A; DE2241521A1; NL169217B; GB1346123A; JPS505809B2; US3717323A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit einem einen Eingang und einen Ausgang aufweisenden zylindrischen Gehäuse, in dessen zentralem Bereich in Strömungsrichtung im Abstand voneinander liegende, vorstehende, ringförmige Schultern ausgebildet sind, mit einem Kugelküken, mit jeweils durch eine Vorderfläche an der Schulter und am Kugelküken anliegenden ringförmigen, flexiblen Dichtungssitzen und mit Endringen, die die Dichtungssitze gegen die Schulter und das Kugelküken drücken.

Der Endring bei diesem bekannten Kugelhahn gemäß der FR-PS 14 52 769 ist im Anlagebereich am Dichtungssitz als quer zur Strömungsrichtung angeordnete ebene Fläche ausgebildet, die an einer ebenfalls quer zur Strömungsrichtung ausgerichteten ebenen, mit Dichtwülsten versehenen Fläche des Dichtungssitzes anliegt. Wenn der Endring gegen den Dichtungssitz drückt, so werden lediglich in Strömungsrichtung verlaufende Kraftlinien durch den Dichtungssitz auf die entsprechenden Anlageflächen gerichtet. Um dabei « insbesondere an der Schulter eine ausreichende Dichtung sicherzustellen, muß im Zusammenhang damit der Dichtungssitz übermäßig gegen das Kugelküken gedrückt werden.

Beim Kugelhahn der französischen Patentschrift ^b0 11 46420 wird der zweiteilig ausgebildete Dichtungsring vom Endring gegen einen Spannring gedrückt und dabei so verformt, daß der Dichtungssitz gegen die Oberfläche des Kugelkükens drückt. Dagegen liegt der Dichtungssitz nicht an der im Gehäuse gebildeten Schulter an, um zugleich eine Dichtung zwischen dem Endring und dem Gehäuse zu bewirken. Mit dieser Dichtung wird lediglich eine Dichtung an der Oberfläehe des Kugelkükens erreicht.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 18 12 920 ist ein Kugelhahn bekannt, bei dem der Dichtungsring an der dem Kugelküken abgewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, weiche aus einer zur Strömungsrichtung schrägliegenden, sich zum Kugelküken hin verjüngenden konischen Fläche und einer sich daran anschließenden zur Strömungsrichtung senkrechten Fläche gebildet wird Mit diesen die Ausnehmung bildenden Flächen liegt der Dichtungssitz an einem Endring an, der in Strömungsrichtung verschiebbar ist. Die durch die Schrägfläche bewirkten Kraftlinien können sich jedoch nicht ausreichend hinsichtlich einer Abdichtung gegenüber dem Gehäuse auswirken, weil der Dichtungssitz nicht gegen die Gehäuseschultern gedrückt wird.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem mit einfachsten Mitteln verhindert wird, daß der Dichtungssitz ausgeblasen wird, und bei dem eine einwandfreie Dichtung im Bereich der Schulter erzielbar ist, ohne daß der Druck des Dichtungsringes gegen das Kugelküken übermäßig hoch wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dem Endring zugewandte Rückseite jedes Dichtungssitzes eine Ausnehmung zum Durchflußkanal hin aufweist, die durch eine zur Durchflußkanalachse koaxiale, sich zum Kugelküken hin verjüngende, konische und eine sich daran anschließende, im wesentlichen senkrecht zur Durchflußkanalachse stehende, ebene Fläche begrenzt ist, daß diese Räche der Ausnehmung an korrespondierenden Flächen des Endrings anliegen, und daß die Schulter in Strömungsrichtung im Verhältnis zur Kugeloberfläche des Kugelkükens derart angeordnet ist, daß der Dichtungssitz beim Einfügen des Endringes vor Anlage am Kugelküken an der Schulter anliegt.

Es wurden weitgehende Versuche durchgeführt, insbesondere ein Ausblasen der Dichtung in Kugelhähnen, insbesondere bei hohen Drücken, zu vermeiden. Man stellte dabei fest, daß nicht nur durch die Ausbildung einer Schulter im Gehäuse und durch Anlage des Dichtungssitzes an dieser Schulter das Ausblasen vollständig verhindert wurde, sondern darüber hinaus infolge der speziellen Ausbildung der Flächen des Dichtungssitzes und der Anordnung der Schulter entsprechend den angegebenen Lösungsmerkmalen. Der neue Kugelhahn zeigte überraschend eine hohe Betriebssicherheit und Unanfälligkeit. Durch die spezielle Anordnung der Schulter relativ zur Kugelkükenoberfläche und durch die spezielle Ausbildung der Rückfläche des Dichtungssitzes wird bewirkt, daß zunächst durch die kegelstumpfförmige Fläche die Anpreßkraft über den Endring unmittelbar in den Eckbereich der Schulter gerichtet wird, bevor der Dichtungsring am Kugelküken anliegt. Dies bedeutet, daß der Dichtuugssitz in die Schulter hineingedrückt und gepreßt wird, wonach insbesondere durch die quer zur Strömungsrichtung ausgebildete, sich anschließende Fläche unmittelbar auf die Anlagefläche des Dichtungssitzes mit dem Kugelküken gedrückt wird, um in der Endphase einen nicht zu hohen aber ausreichenden Druck des Dichtungssitzes gegen die Oberfläche des Kugelkükens zu gewährleisten. Dadurch wird die Reibung zwischen dem Dichtungssitz und dem Kugelküken in solchen Grenzen gehalten, daß eine einwandfreie Betätigung ohne Beschädigung der gleitenden Teile gewährleistet ist.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn entsprechend Anspruch 2 die konische Fläche relativ zur Strömungsrichtung in einem Winkel von 45° angeordnet ist

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Kugelhahn und

Fig.2 einen der Fig. 1 ähnlichen vergrößerten Teilschnitt des Dichtungssitzes. ι ο

In Fig. 1 weist ein Kugelhahn 10 ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einer inneren Kammer 14 auf, die mit zwei DurchfluBkanälen 16,18 in Verbindung steht Das zylindrische Gehäuse 12 könnte auch einen achteckigen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Die Durchfluß- is kanäle 16,18 stellen den üblichen Ein- und Ausgang des Gehäuses dar, welche bei Bedarf auch vertauscht werden können, je nachdem, in welcher Richtung das Strömungsmittel durch das Gehäuse 12 strömt

Zum Regulieren des Durchflusses durch den Kugelhahn ist ein Kugelküken 20 durch eine durchgehende axiale Öffnung 22 mit den Durchflußka^r älen 16, 18 ausgerichtet Ringförmige Dichtungssitze 24, 26 erfassen die entgegengesetzten Seiten des Kugelkükens 20. Die Dichtungssitze 24, 26 bestehen aus einem üblicherweise für solche Zwecke verwendeten nachgiebigen elastischen Material, wobei häufig Polytetrafluorethylen und elastische Gummiverbindungen verwendet werden.

Durch Drehen des Kugelkükens 20 um 90° wird die κι öffnung 22 quer zu den Dichtungssitzen 24, 26 eingestellt um auf diese Weise einen Durchfluß durclt den Kugelhahn zu verhindern.

Die Drehung des Kugelkükens 20 erfolgt über einen Schaft 32 mit einem im Querschnitt rechtwinkligen J5 Stirnteil 34, der in eine rechtwinklige, oben in die Kugel eingefräste Ausnehmung 36 eingesetzt ist wodurch eine dem Antrieb dienende Verbindung zwischen dem Kugelküken 20 und Schaft 32 hergestellt ist Ein am Schaft 32 'inmittelbar über dem Endteil 34 angeformter -to Bund 38 verhindert ein unvorhergesehenes Entfernen des Schaftes 32 oben aus dem Gehäuse 12 und gleicherweise ein Ausblasen des Schaftes 32, wenn die äußeren Teile des Kugelhahns wie Muttern und Dichtung entfernt wurden. 4ϊ

Der Bund 38 ist in einer -nneren Bohrung 39 angeordnet. Am Schaft 32 ist zwischen dem Bund 38 und dem Gehäuse 12 eine Druckscheibe 40 eingesetzt. Eine aus nachgiebigem Dichtungsmaterial hergestellte Dichtung 42 umgibt den Schaft 32 in einer äußeren Bohrung w 44 am Gehäuse und wird in dieser Bohrung durch eine Kappe 46 festgehalter., welche durch Federn 49 gespannt wird. Letztere werden durch eine auf Schaft 32 aufgeschraubte Dichtungsmutter 48 zusammengedrückt Durch das Anziehen der Dichtungsmutter 48 am Schaft 32 wird der Bund 38 und die Druckscheibe 40 in Kontakt mit dem Gehäuse 12 angezogen, um dadurch die Dichtung 42 fest anzubringen. Die Federn 49 sind als zwei konvex geformte Tellerfedern ausgebildet, die gegeneinander liegend angeordnet sind, um eine maximale Durchbiegung zu ermöglichen, ehe die Federn eine ebene Gestalt annehmen. An einander gegenüberliegenden Seiten des Schaftes 32 sind ebene Bereiche 52 ausgebildet, die eine Öffnung 54 im Griff 50 aufnehmen, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Griff 50 und dem Schaft 32 herzustellen. Der Griff 50 ist am Schaft 32 mittels einer Schaftmutter 58 befestigt. Zwischen dem Griff 50 und der Mutter 58 ist eine

Anzeigeplatte 56 eingesetzt

Die Dichtungssitze 24,26 werden durch Endringe 28, 30 im Gehäuse 12 festgehalten. Die Endringe 28,30 sind jeweils in den mit Innengewinde versehenen Durchflußkanälen 16,18 eingeschraubt Jeweils in den Endringen 28,30 vorgesehene Schlitze 25,29 dienen zur Aufnahme eines Treib- oder sonstigen Werkzeugs zum Drehen der Endringe. In die mit Gewinde versehenen Durchflußkanäle 16, 18 sind einerseits Endringe 28, 30 und andererseits, wenn der Kugelhahn 10 in eine Leitung eingesetzt ist Rohre eingeschraubt Außerdem können selbstverständlich mit Flanschen versehene Verbindungen anstelle der Gewindeverbindungen verwendet werden, wenn dies gewünscht wird.

Aus Fig.2 sind die neuartigen Merkmale des Dichtungssitzes in vergrößerter Darstellung besser erkennbar. Der Dichtungssitz 26, der die gleiche Bauweise wie der Dichtungssitz 24 aufweist ist im Gehäuse in der Weise axial angeordnet daß er an einer Schulter 70 anliegen kann. Die Schulter 70 ist dadurch hergestellt, daß die HahnkamsriT 14 ausreichend hinterdreht wurde, um eine axiale Verschiebung des Dichtungssitzes 24, 26 zu verhindern, wenn der Dichtungssitz 24, 26 an der Schulter 70 anliegt -ind um die Möglichkeit eines Ausblasens des Dichtungssitzes 24, 2ö aus dem Gehäuse 12 auszuschließen, wenn der Dichtungssitz 24, 26 während des Betriebs dem Arbeitsdruck ausgesetzt ist Ein solches Ausblasen geschieht üblicherweise, wenn auf der stromaufwärts liegenden Seite des Dichtungssitzes 24, 26 ein voller Differenzdruck besteht

Die Innengewinde der Durchflußkanäle 16,18 enden in einem ausreichenden Abstand ver den Schultern 70, so daß um die Dichtungssitze 24,26 herum glatte Wände vorgesehen sind. Die Eiidringe 28, 30 weisen bei 31 einen Abschnitt ohne Gewinde und mit kleinerem Außendurchmesser auf, um eine freie Berührung der Endringe mit den Dichtungssitzen 24,26 sicherzustellen, wenn sie in den jeweiligen Durchflußkanai eingeschraubt werden. Der Dichtungssitz 26 besitzt eine senkrecht zur Durchflußkanalachse liegende, dem bndring abgewandte Vorderfläche 27, die an der Sr.nulter 70 anliegt Die dem Endring 28,30 zugewandte Rückseite jedes Dichtungssitzes 24, 26 weist eine Ausnehmung zum Durchflußkanal hin auf, die durch eine zur Durchflußkanalachse koaxiale, sich zum Kugelküken hin verjüngende konische und eine sich daran anschließende, im wesentlichen senkrecht zur Durchflußkanalachse stehende, ebene Fläche begrenzt ist. Diese Flächen der Ausnehmung liegen an korrespondierenden Rächen 82,84 des Endrings an.

Radial außerhalb der konischen Fläche 82 des Endrings 30 schließt sich eine senkrecht zur Durchflußkai.aiachse liegende Fläche 80 an. Die konische Fläche 82 des Endrings liegt in einem Winkel von 45° zur Durchflußkanalachse. Der Innendurchmesser 29 des Dichtungssitzes 24, 26 ist etwas größer als der Durchmesser der Öffnung 22 des Kugelkükens 20, um eine etwaige geringere Ausdehnung des Dichtungssitzes zu ermöglichen, wenn letzterer vorgespannt ist Am Dichtungssitz 26 ist ein abgeschrägter Bereich 35 vorgesehen, der im allgemeinen drr Kontur des Kugelkükens 20 entspricht um eine ausreichende Kontaktfläche zwischen dem Kugelküken und dem Dichtungssitz zu ermöglichen und eine einwandfreie Dichtung zu gewährleisten. Die Dichtungssitze 24, 26, das Kugelküken 20 und die Endringe 28, 30 weisen allgemein enge Toleranzen auf, um einen einwandfreien

Sitz bei wechselnden Arbeitsbedingungen in bezug auf Druck und Temperatur zu gewährleisten.

Die Anordnung der Schulter 70 ist derart, daC der Dichtungssitz 26 das Kugelküken 20 nicht berührt, bis der Dichtungssitz einwandfrei gespannt ist. Der Endring ^r> 30 wird durch den Durchflußkanal 18 in das Gehäuse 12 hineingeschraubt, um den Dichtungssitz 26 an der Schulter 70 dicht zur Anlage zu bringen. Der Endring 30 ist so konstruiert, daß seine Oberfläche am Dichtungssitz mit dem konischen Bereich 82 und den ebenen m Flächen 80,84 den Dichtungssitz vorspannt, da zunächst von der Vorderfläche 27 die Schulter 70 berührt wird. Wenn der Endring 30 weiter vorwiirts bewegt wird, bewirkt der Druck auf den Dichtungssitz 26 ein teil weises kaltes Fließen desselben in den Bereich der '"' Schulter 70. Außerdem übt die konische Fläche 82 eine Druckkomponente aus, um die Dichtung zwischen Schulter 70 und Dichtungssitz 26 aufrechtzuerhalten. Dazu drückt die ebene Fläche 84 gegen den inneren peripherischen Bereich des Dichtungssitzes 26, so daß 2« dieser gegen das Kugelküken vorgespannt wird. Diese Vorspannen und Dichten an der Schulterfläche win durch das einmalige Zusammenwirken von Endring um Dichtungssitz bewerkstelligt. Nach dem Zusammen drücken des Sitzes bis zu dem Punkt, an dem e herausgepreßt wird, wird der Dichtungssitz anschlie Bend durch einen anderen Bereich des Endring! nämlich die Fläche 84, vorgeschoben, um auf dies« Weise den Dichtungssitz bei einem zweckentsprechen den Druck vorzuspannen und eine Dichtung zwischei dem Kugelküken 20 und dem Dichiungssitz 26 zi gewährleisten. Wenn also der Endring 30 zun Kugelküken 20 hin vorwärts bewegt wird, drückt de konische Bereich 82 den Dichtungssitz 26 zusammer wodurch die dabei entstehende Kraftkomponente dei Dichtungssitz in dichtende Berührung mit dem Kugel küken 20 und mit der Schulter 70 des Gehäuses i: drücken, um in beiden Bereichen gleichzeitig eini Dichtung herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Kugelhahn mit einem einen Eingang und einen Ausgang aufweisenden zylindrischen Gehäuse, in dessen zentralem Bereich in Strömungsrichtung im Abstand voneinander liegende, vorstehende, ringförmige Schultern ausgebildet sind, mit einem Kugelküken, mit jeweils durch eine Vorderfläche an der Schulter und am Kugelküken anliegenden ringförmigen, flexiblen Dichtungssitzen und mit Endringen, die die Dichtungssitze gegen die Schulter und das Kugelküken drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Endring (28, 30) zugewandte Rückseite jedes Dichtungssitzes (24,26) eine Ausnehmung zum Durchflußkanal hin aufweist, ^!5 die durch eine zur Durchflußkanalachse koaxiale, sich zum Kugelküken hin verjüngende, konische und eine sich daran anschließende, im wesentlichen senkrecht zur Durchflußkanalachse stehende, ebene Fläche begrenzt ist, daß diese Flächen der Ausnehmung an korrespondierenden Flächen (82. 84) des Endrings anliegen, und daß die Schulter (70)

in Strömungsrichtung im Verhältnis zur Kugeloberfläche des Kugelkükens derart angeordnet ist, daß der Dichtungssitz (24, 26) beim Einfügen des Endringes (28, 30) vor Anlage am Kugelküken (20) an der Schulter (70) anliegt.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche relativ zur Strömungsrichtung in einem Winkel von 45° angeordnet ist.