DE2308293C3 - Kegelhahn mit Dichtungsplatten - Google Patents

Description

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

Ein derartiger Kegelhahn ist aus der US-PS 33 60 236 bekannt.

Zwischen Küken und Hahngehäuse werden dabei zur Abdichtung Dichtungsplatten eingesetzt.

Die Dichtungsplatten wie die Küken werden getrennt voneinander hergestellt und erst später in das Hahngehäuse eingebaut. Bei Einhaltung von engen Herstellungstoleranzen für das Hahngehäuse, das Küken und die Dichtungsplatten ist es üblich gewesen, deren diametrale Sitze an der vorgesehenen axialen Stelle der zusammengebauten Teile in bezug auf die Abmessungen passend zu machen. Bei erfolgreicher, übereinstimmender Anpassung entspricht der Durchmesser der Dichtungsplattenoberfläche in seiner Bogenform dem Durchmesser der angrenzenden Bohrungswand, gegen die die Dichtungsplatte zum dichten Verschluß anliegt. Sollte jedoch irgendeine axiale Verschiebung oder Fehllage auftreten, so erfolgt die Anlage der Dichtungsplatte an der Wand der Bohrung nicht übereinstimmend, sondern zwischen Bogenabschnitten von unterschiedlichen, miteinander nicht zu vereinbarenden Durchmessern. Im letzteren Fall ergibt sich eine unvollständige Anlage, wodurch die Wirksamkeit der Anlage vermindert wird, so daß es auch bei Anwendung von Dichtungrplatten nicht möglich ist, einen leckdichten Verschluß im Kegelhahn zu erreichen.

Eine vollkommene Anpassung der Teile zueinander setzt im wesentlichen einen Endzusammenbau voraus, der ohne zulässige Abweichung bei der Herstellung erhalten wird, um die sonst zu erwartende axiale Verschiebung auszuschließen. Eine Herstellung auf einer toleranzlosen Basis verbietet sich selbstverständlich wegen der damit verbundenen Kosten, was eine diametrale Fehllage oder -passung bei diesen Kegelhähnen mit einem relativ hohen Häufigkeitsgrad nach sich zieht. Um dieser Situation gerecht zu werden ist eine beträchtliche Prüfungsarbeit nach dem Zusammenbau, verbunden mit einem hohen Maß an Qualitätskontrolle, notwendig, um einen sicheren Verschluß bei der jeweiligen Nenndruckleistung des Kegelhahns zu gewährleisten. Obwohl man dieses Problem klar erkannt hat, ist eine einfache, billige und wirksame Lösung hierfür bisher nicht bekannt geworden.

Federnde Metalldichtungen, die bei Absperrhähnen mit zylindrischen Küken verwendet wurden (DE-PS 752) konnten aufgrund der abweichenden konstruktiven Ausbildung der Kegelhähne nicht angewandt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschlußdichtung für einen Kegelhahn zu schaffen, die gegen diametrale Unterschiede, weiche durch eine axiale Fehllage zwischen entsprechenden Abdichtflächen der Gehäusewand und der Dichtungsplatte auftreten, unempfindlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Wenn eine Fehlpassung vorhanden ist, so bewirken die Vorsprünge einen auf der Verformung beruhenden Ausgleich der Dichtungsplatte, der ausreichend ist, um eine ununterbrochene, enge Dichtungsanlage der betroffenen Teile sicherzustellen. Damit werden die mit einer axialen Fehllage verbundenen Probleme, die der Industrie laage Zeit Schwierigkeiten bereiteten, in einfacher und billiger Weise überwunden.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines Kegelhahns,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Kegelhahn der F i g. 1, F i g. 3 eine Ansicht der Dichtungsplatte,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in der F i g. 3,

F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung des in F i g. 4 eingekreisten Bereichs 5,

F i g. 6 den Schnitt nach der Linie 6-6 in der F i g. 3 in vergrößerter Darstellung,

F i g. 7 und 8, vergrößerte Schnitte entsprechend der Linie A-A in der Fig.2 jedoch bei einem Kegelhahn herkömmlicher Bauart und

Fig.9 und 10 zum Vergleich entsprechende, vergrößerte Schnitte nach der Linie A-A in der F i g. 2.

Der Kegelhahn weist ein Gußgehäuse 10 mit einem Einlaß 11 und dem Auslaß 12, die an ein Leitungssystem, in dem der Kegelhahn zur Anwendung kommt, angeschlossen sind auf. Der Einlaß und Auslaß sind durch einen Strömungsmitteldurchgang 13 verbunden, der an einer dazwischenliegenden Stelle durch eine sich zum Durchgang 13 quer erstreckende konische Bohrung

15 unterbrochen ist. In der Bohrung 15 ist drehbar ein mit einer Durchbohrung versehenes konisches Küken

16 aufgenommen.

Mit dem Küken 16 ist ein sich zu diesem axial und von diesem aufwärts erstreckender Schaft 17 von nichtkreisförmigem Querschnitt einstückig verbunden, der in eine komplementär ausgebildete Einsteckmuffe 18 eines drehbaren Betätigungsgliedes 19 eingreift, das seinerseits axial im Gehäuse 10 in einer Weise gehalten ist, daß es eine um den Schaft 17 gewickelte Feder 24 zusammenpreßt, die das Küken 16 axial abwärts in die Bohrung 15 drückt. Ein freiliegender Schlüsselzapfen 25 ermöglicht eine Drehung des Betätigungsgliedes 19, um das Küken 16 zwischen der »Offen«- und »Geschlossen« -Stellung des Kegelhahns zu bewegen.

Zum Abdichten des Kegelhahns in der »Geschlossen« -Stellung sind zwei einander gegenüberliegende Dichtungsplatten 26 vorgesehen, die anhand der F i g. 3 bis 10 näher beschrieben werden. Jede Dichtungsplatte 26 besteht aus einem bogenförmigen, elastischen Grundoder Trägerwerkstoff 34, wie z. B. Stahl, In einer Stärke von etwa 0,16 cm, der eine Dichtschicht 35 aus elastomeren oder gummiartigen Material trägt Die Schichtdicke beträgt etwa 0,08 cm. An der frontseitigen Umfangskantsi ist die Dichtschicht als ein endloser, radial sich erstreckender Wulst 36 ausgebildet, der dazu dient, Poren oder andere Oberflächenunregelmäßigkeiten der Bohrung 15 auszufüllen. Zu Stabilisierungszwekken sind an der Rückseite quer zur Längsachse der Dichtungsplatten 26 sich erstreckende, radial vorragende obere und untere Wülste 37 bzw. 38 vorgesehen. Im Gebrauchszustand liegt die Dichtungsplatte 26 in einer Vertiefung 30 des Kükens 16, mit dem es sich während des Drehens bewegt. Obwohl die Abmessungen der Dichtungsplatte 26 mit ihrer Verwendung sich ändern können, ist es wesentlich, eine zusammengenommene Stärke zu haben, die den freien Raum zwischen dem Küken und der Wand der Bohrung etwas überschreitet, um ein Verbleiben der Dichtungspiatte in der Vertiefung 30 bei der Kükendrehung sicherzustellen.

Wenn das Küken 16 in der »Geschlossen«-Stellung ist, liegt eine der Dichtungsplatten 26 dem Einlaß 11 gegenüber, während die andere Dichtungsplatte dem Auslaß 12 gegenüberliegt. Ist der Druck am Einlaß ausreichend hoch, so wird das Strömungsmittel dk. Dichtschicht 35 in die Vertiefung 30 drücken, wodurch es möglich ist, daß Flüssigkeit an der Dichtungsplatte vorbei in das Innere der Bohrung 15 treten und hinter die andere Dichtungsplatte gelangen kann. Der hinter der anderen Dichtungsplatte — also der am Auslaß liegenden Dichtungsplatte — vorhandene Strömungsmitteldruck bewirkt normalerweise, unterstützt durch die von der Feder 24 herrührende seitliche Kraftkomponente, daß der Wulst 36 gegen die Kanten der Auslaßöffnung gedrückt wird, um den beabsichtigten Abdichtzustand herzustellen.

Wenn die Dichtungspiatte 26 im eingebauten Zustand ihre letztlich vorgesehene, axial ausgerichtete Anlage an der Wand der Bohrung 15 erreicht, so ergibt sich ein stetiges, gleichzeitiges Aneinanderliegen zwischen der frontseitigen Oberfläche der Dichtungsplatte 26 und der zunächst liegenden Oberfläche der Bohrungswandung. Sollte jedoch eine axial falsche Anpassung oder Fehllage auftreten, so ergibt sich keine vollkommene Dichtungsanlage. Das wird am besten verständlich, wenn man die bekannte Ausbildung, die in den F i g. 7 und 8 gezeigt ist, betrachtet. In F i g. 7 ist der Zustand dargestellt, wobei ein Küken 16 mit einer Dichtungsplatte bekannter Art sich axial in die Bohrung hinein über den vorgesehenen Anpassungspunkt hinaus erstreckt. Unter diesen Umstanden findet eine Anlage zwischen der konvexen Fläche der Dichtungsplatte mit dem größeren Radius da^rgestellt durch den Wulst 36, und der konkaven fläche der hier zunächst liegenden Wandoberfläche mit d^m kleineren Radius statt. Der diametrale Unterschied führt zu einem mittigen Spalt oder Abstand 40 zwischen Wand und Dichtungspiatte, durch den leicht eiA Lc?ckstrom fließen kann. Andererseits führt ein axiales Eindringen des Kükens in einem geringeren Maß, als vorgesehen ist, zu einer Anlage zwischen einem kleineren Schließradius der Wulst 36, als die zunächst liegende konkave Wandfläche hat, so daß eine periphere Lücke 41 nahe den Seitenkanten entsteht, wie F i g. 8 zeigt. In jedem Fall wird nur eine nicht ausreichende Abdichtung ernalten, deren Grad sich a's eine Funktion von der bestehenden axialen Verlagerung, der die eine Einheit von der anderen her ausgesetzt ist, verändert

Der bisher vorhandene Leckspalt wird nun durch eine die Rückseite der Dichtungsplatte belastende Gegenkraft beseitigt, indem ein gummiartiger Werkstoff an Stellen wirkt, die im allgemeinen in der Nähe derjenigen Stellen liegen, an denen sonst ein Leckspalt auftreten würde. Um die erwünschte Gegenkraft zu erzeugen, sind ein Paar gummiartiger oder elastomerer, knopfförmiger Vorsprünge 42, 43 vorgesehen, die einstückig an der Dichtschicht 35 angeformt sind. Diese Ausbildung vereinfacht nicht nur die Herstellung, sondern führt zu einer dauerhaften Anbringung an vorbestimmten Stellen, was den späteren Zusammenbau begünstigt. Im Vergleich zu einer Feder steht die von einem elastomeren Werkstoff erzeugte Gegenkraft besser mit der erforderlichen Dichtungsverformung in Übereinstimmung. Zugleich bietet die Verwendung des gleichen elastomeren Werkstoffs wie für die Dichtung selbst den Vorteil einer übereinstimmenden Verträglichkeit mit dem Inhalt der Leitung, in der der Kegelhahn angeordnet ist, wobei die bekannten elastomeren Eigenschaften von Polyurethan zum Erreichen des beabsichtigten Ergebnisses beitragen.

Die durch die knopfförmigen Vorsprünge wesentlich verbesserte Abdichtwirkung wird am besten durch Gegenüberstellung der Fi g. 7 und 9 für eine vergleichbare Fehllage, durch die ein Leckspalt 40 bei der Ausführung nach F i g. 7 erzeugt wurde, klar. Bei dem Beispiel de»· F i g. 9 wirken die Vorsprünge 42,43, derart, daß sie die Dichtungsplatte im mittigen Bereich vorwärts in eine ununterbrochen dichtende Anlage gegen die angrenzende Bohrungswand drücken oder verformen. Die Wirkung der Vorsprünge wird für eine gleichartige Fehlanpassung bei Gegenüberstellung der F i g. 8 und 10 zur Vermeidung der Lücken klar. Für den letzteren Fall sind zwei Paare von Vorsprüngen 42, 43 vorgesehen, und zwar je eines nahe jedem bogenförmigen Ende der Dichtungsplatte. Wie im vorherigen Fall sind die Vorsprünge ausgeglichen belastet und liegen dem Bereich gegenüber, in dem die Lecklücke 41 vorzugsweise auftritt. Jede der vorerwähnten Anordnungen der Vorsprünge kann vor dem Zusammenbau des Kegelhahns für die jeweils zu erwartende Situation vorausgesehen werden. In jedem Fall sind beide Ausführungen im höchsten Grad wirksam, um das bekannte Leckproblem bei einer Dichtungsplattenfehllage in Kegelhähnen der hier betroffenen Art auszuschalten. Die Abmessungen der elastomeren Vorsprünge werden selbstverständlich in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften gewählt um Gegenkräfte zu erzeugen, die mit den allgemeinen Flexibilitätseigenschaften der Dichtungsplatten 26 zu vereinbaren sind. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel für eine Dichtungsplatte haben die Vorsprünge 42, 43 jeweils einen Durchmesser von etwa 0,4 cm. Gleicherweise hat jeder Vorsprung eine radiale Stärke, die größer ist als die radiale Stärke der rückseitigen Wülste 37 und 38, d. h., die Abmessung »X« beträgt etwa 0,08 cm mehr, so daß sich etwa die doppelte Stärke nahe den benachbarten Wulsten ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kegelhahn, dessen Küken an sich gegenüberliegenden Seiten mit dem Hahngehäuse in Berührung bringbare Dichtungspiatten aufweist, die sich über einen Teil des Umfangs und in Längsrichtung erstrecken und aus einem elastischen Trägermaterial und einer elastomeren, gummiartigen Dichtschicht bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Küken (16) zugewandten Innenseite der Dichtungsplatten (26) in den Bereichen, in denen im zusammengebauten Zustand diametrale Unterschiede zwischen den Dichtungsplatten (26) und der Gehäusewand (10) zu Leckspalten (40 bzw. 41) bei NichtVerformung der Dichtungsplatten (26) führen, aus elastomerem Werkstoff bestehende, am Küken abgestützte Vorsprünge (42,43) vorgesehen sind.

2. Kegelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Paar Vorsprünge (42, 43) vorhanden sind.

3. Kegelhahn nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (42, 43) einstückig mit der Dichtschicht (35) ausgebildet sind.

4. Kegelhahn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschicht aus Polyurethan-Molybdänisulfit besteht.