DE2318034C2 - Kugelhahn mit einem zwischen zwei Flanschen befindlichen Hohlkörper, der eine drehbare Kugel enthält - Google Patents

Description

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zung wirksam werdende Notabdichtung. wobei hier die Richtung von strömungsaufwärts nach

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ku- strömungsabwärts angegeben ist

gelhahn der einleitend angegebenen Gattung zu schaf- Die Kugel 3 wird durch eine Betätigungsvorrichtung fen der bei einfachem Aufbau auch dann dicht bleibt, gedreht, welche ihr in der Schließstellung eine gewisse wenn der Kunststoff, aus dem zumindest der stromab- 5 Verschiebemögüchkeit nach strömungsabwärts gibt scitige Dichtungsring besteht bei Überhitzung fließfä- Diese Vorrichtung umfaßt eine Antriebswelle 10. weihig wird ohne sich zu zersetzen, ehe mit der Kugel 3 durch einen in eine Nut 11 eingret-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, fenden Zapfen 9 verbunden ist wobei die Nut 11 zur daß in der Nähe des Dichtungsringes stromab, von der Durchflußöffnung 4 senkrecht liegt Die Verbindung Kugel ein ringförmiges Ausweichvolumen vorgesehen io zwischen dem Zapfen 9 und der Nut 11 hat sowohl ist, das in einer solchen Beziehung zu dem Gesamtvolu- parallel als auch senkrecht zur Durchflußöffnung 5 ein men des den Dichtungsring bildenden Kunststoffes erhebliches Spiel, wie dies aus F ig. 2 und 3 hervorgeht steht daß der bei Überhitzung verdrängte Kunststoff in Wenigstens der strömungsabwärts liegende Flansch 2 das Ausweichvolumen fließt und daß die Kugel axial so enthält eine die Durchflußöffnung 5 umgebende Ringverschiebbar ist daß sie bei Unwirksamwerden des 15 nut 6. Ein metallischer Sitz 7 ist gegenüber der Kugel 3 Dichtungsringes unter Mediumsdruck auf den metalli- zwischen der Nut 6 und der Durchflußöffnung 5 angeschen Sitz zur Auflage kommt ordnet Der Sitz 7 wird gemäß F ig. 1 bis 3 durch ebe

Das vorgesehene Ausweichyolumen gewährleistet sphärische Fläche mit dem gleichen Durchmesser wie

hierbei, daß bei Erweichen des Kunststoffes des Dich- die Kugei 3 gebildet, deren Mittelpunkt auf der Achse

tungsringes und in Schließstellung befindlicher Kugel 20 der DurehfluBöffnung 5 liegt

diese unter dem Einfluß des stromauf herrschenden Ein teilweise in der Nut 6 liegetsier Dichtungsring 8

Flüssigkeitsdruckes den Kunststoff in das A^sweichvo- ist zwischen der Kugel 3 und dem Flansch 2 angeordnet

lumen drängt, bis sie zur Auflage auf den metallischen Im normalen Betrieb bildet er eine Dichtung in der öff-

Sitz kommt und damit die Abdichtung aufrechterhält, nungsstellung und der Schließstellung des Hahns. Er

ohne daß zuvor der Kunststoff sich zersetzt oder ander- 25 besteht aus einem Werkstoff, welcher in heißem Zu-

weitig verflüchtigt haben muß. Die freie Verschiebungs- stand fließen kann, wie ein polyfluoriertes Harz, z.B.

möglichkeit der Kugel in Strpmabrichtung trägt hierbei Polytetrafluorethylen.

nicht nur in hohem Maße zum einfachen Aufbau des Bei einer Ausführung besteht der Werkstoff des Dich-

Kugelhahnes bei, sondern hat auch den Vorteil, daß sich tungsrings 8 aus einem Gemisch au¹» Polytetrafluoräthy-

die Kugel bei normaler Temperatur auf den stromabge- 30 len und feinen Teilchen (von z. B. 2 bis 50 Mikron) rost-

legenen Sitz mit einer Kraft legt, die vom Druck der freien Stahls. Dieses Gemisch gewährleistet eine sehr

Flüssigkeit abhängt Hierdurch wird auch in an sich be- gute Abdichtung und hat eine noch höhere Abriebfe-

kannter Weise ein guter Kompromiß zwischen der für stigkeit als reines Polytetrafluorethylen. Ein 50%iges

die Betätigung aufzuwendenden Kraft und der Druck- Gemisch ergibt sehr befriedigende Ergebnisse,

dichtheit über einen großen Druckbereich erziehlt 35 Der Dichtungsring 8 weist auf der der Kugel 3 abge-

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausfüh- wandten Seite eine dünnere rohrförmige Verlängerung

rungsformen und Weiterbildungen des Kugelhahnes 8a und auf der Seite der Kugel 3 eine ringförmige Ver-

nach der Erfindung angegeben. dickung Sb auf.

Die Erfindung ist anhand mehrerer in der Zeichnung Die in der Nut 6 liegende Verlängerung 8a umspannt

dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert es 40 die der Durchflußöffnung 5 benachbarte Seitenwand,

zeigt Ih-e Dicke ist kleiner als die Breite der Nut 6, so daß ein

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des Hahns im teil- Ringraum 6a in der Nut 6 auf der der Durchflußöffnung

weisen Axialschnitt, wobei sich der Hahn in der öff- 5 abgewandten Seite bestehen bleibt

nungsstellung und im normalen Betrieb befindet, Die ringförmige Verdickung Sb befindet sich teilweise

F i g. 2 einen Axialschnitt eines Teils des Hahns der 45 in der Nut 6 und berührt deren Seitenwände, sie ragt

F i g. 1 in vergrößerter Darstellung, jedoch auch aus der Nut 6 heraus, wobei ihre Vordersei-

F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung in te eine sphärische Aniagefläche 8c aufweist, welche under Schließstellung des Hahns nach dem Fließen des ter den normalen Betriebsbedingungen als Sitz für die Dichtungsrings, Kugel 3 dient.

F i g. 4 und 5 der Darstellung in F i g. 1 entsprechende, 50 Das Volumen des Ringraums 6a ist vorzugsweise we-

axial geschnittene Teilansichten von weiteren Ausfüh- nigstens gleich dem außerhalb der Nut liegenden VoIu-

rungen, men der ringförmigen Verdickung Sb und bildet im Kille

F i g. 6 einen weiteren Hahn in einem teilweisen Axi- eines Fließens bei hohen Temperaturen ein Ausweich-

alschnitt, wobei sich der Hahn in der Öffnungsstellung volumen für den Kunststoff. Es ist insbesondere zweck-

und im normalen Betrieb befindet 55 mäßig, daß das Volumen der Nut 6 um 5 bis ίθ% größer

F i g. 7 eine der F i g. 6 entsprechende axial geschnit- als das Volumen des Dichtungsringes 8 in kaltem Zu-

tene Teilansicht in vergrößerter Darstellung, stand ist Ferner ist vorgesehen, daß die die Nut 6 einfas-

F i g. 8 eine der F i g. 7 entsprechende Darstellung des senden Lippen eine Schneidwirkung haben.

Hahns in der Schließstellung, nach dem Fließen des Die Dichtung ./irkt wie folgt:

Dichtungsrings und 50 Im normalen Betrieb verhält, sich der Hahn wie übli-

F i g. 9 schematisch eine Ausführungsabwandlung in ehe Kugelhähne, wobei der Dichtungsring 8 die Abdich-

einer F i g. 4 und 5 entsprechenden Darstellung. tung in der Öffnungsstellung und in der Schließstellung

Bei der ersten in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh- bewirkt. Da die rohrförmige Verlängerung 8a die innere

rungsform enthält der Hahn einen Hohlkörper 1, wel- Wand der Nut 6 umschließt, ist der Ring 8 fest mit dem

eher mit zwei Anschlußflanschen 2 versehen ist und eine 65 Flansch 2 verbunden, und zwar um so mehr, als die

drehbare Kugel 3 enthält. Die Kugel 3 und die Flansche Verdickung Sb in die Nut eingreift und auch mit deren

2 enthalten Durchflußiifnungen 4 bzw. 5 für das Strö- äußeren Wand in Berührung steht Da das Polytetraflu-

mungsmittel, welches in dem Sinn des Pfeils F strömt, oräthylen einen kleineren Reibungskoeffizienten hat,

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gute Dichtungseigenschaften und eine große Wider- sphärische Anlagefläche 23aaufweist(Fig. 7). Der Ring

Standsfähigkeit gegen Chemikalien aufweist, arbeitet 23 kann durch elastische Pressung angebracht sein. Zwi-

der Hahn selbst bei einer verhältnismäßig hohen Tem- sehen der äußeren und der inneren Wand hat die Mem-

peratur befriedigend. bran 22 einen ringförmigen Vorsprung 24, welcher der

Im Falle einer z. B. durch einen Brand hervorgerufe- 5 Kugel 3 zugewandt ist und den Ring 23 an seiner radia-

nen anormalen Erwärmung wird der Hahn in die len Außenfläche umgibt.

Schließstellung gebracht. Wenn jedoch die Umgebungs- In der Durchflußöffnung 5 des Flanschs 2 ist auf der

temperatur zu hoch wird, erweicht der Werkstoff des Seite des Hohlkörpers 1 eine kegelstumpfförmige Ab-

Dichtungsrings 8 und fließt. Da die Nut 11 dann parallel schrägung 21 vorgesehen, deren Außendurchmesser D

zur Durchflußöffnung 5 des Flanschs 2 liegt, wird die io an der Basis größer als der Innendurchmesser d des

Kugel 3 unter dem Druck des Strömungsmittels gemäß Rings 23 ist, so daß dessen innerer Teil gegenüber der

dem Pfeil Fin Richtung auf diesen Flansch zu verscho- Mündung der Durchflußöffnung 5 vorsteht,

ben. Sie drückt den außerhalb der Nut 6 befindlichen Diese Ausführung wirkt wie folgt:

Kunststoff in den Ringraum 6a zurück; und infolge des Im normalen Betrieb bewirkt der Dichtungsring 23 Raumvolumens kann der gesamte Kunststoff des Rings 15 die Abdichtung in der Öffnungsstellung und der Schlicß-

8 in die Nut 6 eintreten, ohne einen Grat zu bilden (in stellung. Der zwischen dem Flansch 2, dem ringförmigen

Fig. 3 dargestellter Zustand). Vorsprung 24 und der Kugel 3 eingespannte Ring 23

Die Kugel 3 kann sich nun an den gesamten Umfang kann sich nicht verschieben. Der verwendete Kunststoff des metallischen Sitzes 7 legen, und die Abdichtung wirrt gewährleiste* ein gutes Arbeiten des Hahns selbst bei dann durch die Anlage von Metall auf Metall gewährlei- 20 einer verhältnismäßig hohen Temperatur, stet, so daß der Hahn weiterhin dicht schließt. Wenn der Im Falle einer anormalen Erwärmung wird der Hahn Hahn nicht durch die Wärme beschädigt wird, kann er in die Schließstellung gebracht. Der Kunststoff des Rinnach dem einfachen Ersatz des Ringes 8 wieder benutzt ges 23 fließt in Richtung des Pfeils F. Da der Innenwerden, durchmesser des Rings 23 kleiner als der Außendurch-

Falls der Ring trotz allem etwas Grat auf der Seite des 25 messer der Abschrägung 21 ist. verschiebt sich der Sitzes 7 bildet, wird dieser ohne weiteres durch die Werkstoff unter dem Druck der Kugel 3 leicht in Rieh-

scharfen Lippen der Nut 6 abgeschnitten. tung auf die Abschrägung 21 und die Durchflußöffnung

Bei einer Ausführungsabwandlung (Fig.4) weist der 5. Schließlich befindet sich dieser Werkstoff nach dem Flansch 2 am Eingang des Kanals 5 eine Abschrägung Fließen wenigstens teilweise in dieser Abschrägung,

12 auf, welche bis zu der der Durchgangsöffnung be- 30 wobei der etwaige Überschuß den Eingang der Durchnachbarten Seitenwand der Nut 6 reicht Der metalli- flußöffnung S einnimmt, wie in F i g. 8 dargestellt. Die sehe Sitz wird durch eine kreisringförmige Schnittkante Abschrägung 21 bildet hier das Ausweichvolumen.

13 zwischen der Abschrägung 12 und der benachbarten Da die Kugel 3 infolge der Ausbildung ihrer Betäti-Wand der Nut gebildet gungsvorrichtung eine gewisse Bewegungsmöglichkeit

Der Ring 8 fließt bei Wärmeeinwirkung wie oben 35 nach strömungsabwärts hat, legt sie sich unter dem

dargestellt in die Nut 6 und die Kugel 3 legt sich gegen Druck des Strömungsmittels auf den Sitz des ringförmi-

die Schnittkante 13. gen Vorsprungs 24. Die die Metallmembran überziehen-

Wenn der Dichtungsring 8 so weit erweicht, daß Wül- de dünne Kunststoffschicht fließt unter dem Druck, und

ste oder Grate beiderseits der öffnung der Nut 6 gebil- eine Berührung von Metall auf Metall ergibt eine gute

det werden, ermöglicht die Abschrägung 12 das Ab- 40 Abdichtung. Nach Auswechslung der Dichtung 20 kann

drängen dieser Kunststoffteile nach strömungsabwärts. der Hahn wieder benutzt werden, wenn er nicht durch

Die Dichtigkeit des Hahns wird also in sicherer Weise die Wärme beschädigt wurde,

durch die Berührung von Metall mit Metall hergestellt Die Erfindung ist natürlich nicht auf die obige zweite

Bei einer anderen Ausführungsabwandlung (F i g. 5) Ausführungsform beschränkt und es können Ausfüh-

wird der Sitz zur Aufnahme der Kugel durch eine der 45 rungsabwandlungen vorgenommen werden.

Kugel 3 gegenüber angeordnete ringförmige Rippe 14 So kann der Dichtungsring 8 der ersten Ausführung

des Flanschs 2 gebildet Der auf diese Weise zwischen einen Abschnitt 8a mit einem kegelstumpfförmigen

der Nut 6 und der Rippe 14 gebildete ringförmige Hohl- Querschnitt anstatt mit einem zylindrischen Querschnitt

raum 14a ermöglicht die Aufnahme des etwaigen, vom haben. Ebenso kann, wie in F i g. 9 dargestellt der Dich-

Dichtungsring 8 herrührenden Grates, wobei für die 50 tungsring 8 eine solche Form haben, daß der in der Kugel 3 eine größere \nlagefläche entsteht als bei der Ringnut 6 ausgebildete Ringraum 6a zwischen der

vorhergehenden Ausführung. Durchflußöffnung 5 und der rohrförmigen Verlänge-

Bei einer zweiten, in Fig.6 bis 8 dargestellten Aus- rung8aliegt

fühningsform des Hahns, in welchen die gleichen Teile Einer der Flansche 2 kann, anstatt durch einen entdie gleichen Bezugszeichen wie beim oben erläuterten 55 fernbaren Teil gebildet zu werden, einen Teil des entHahn tragen, ist der Kugelhahn mit einer zusammenge- sprechend ausgebildeten Hohlkörpers bilden, setzten Dichtung 20 versehen. Die Dichtung 20 enthält Die Dichtung ist auch in einem Hahn mit automatieine ringförmige Membran 22 aus Metall, weiche mit scher Betätigung anwendbar.

einem Dichtungsring 23 aus Kunststoff, z. B. Polytetra-

fluoräthylen, verbunden ist Die Membran 22 ist vor- 60 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

zugsweise auf ihrer gesamten Oberfläche mit einer dün-

nen Schicht des gleichen Kunststoffs überzogen.

Die radial äußere Fläche 22a der Membran 22 ist wellenförmig ausgebildet und zwischen dem Hohlkörper 1 und dem Flansch 2 eingespannt wobei zwischen 65 diesen Teilen abgedichtet wird. Gegen die radial innere Wand der Membran 22 wird der Dichtungsring 23 gedrückt welcher für die Kugel 3 eine einen Sitz bildende

Claims (7)

1. ■■■·■;■ ι 2

   Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit einem

   Patentansprüche: zwischen zwei Flanschen befindlichen Hohlkörper, der

   eine drehbare Kugel enthält, mit einem Dichtungsring

   ■ I. Kugelhahn mit einem zwischen zwei Flanschen aus einem bei höheren Temperaturen fließfähigen

   befindlichen Hohlkörper, der eine drehbare Kugel 5 Kunststoff geringer Elastizität zwischen der Kugel und

   enthält mit einem Dichtungsring aus einem bei hö- wenigstens einem der Flansche und mit einem metalli-

   heren Temperaturen fließfähigen -Kunststoff gerin- sehen Sitz zur Aufnahme der stromabliegenden Fläche

   ger Elastizität zwischen der Kugel und wenigstens der Kugel im Falle einer Überhitzung des KuKststoff-

   einem der Flansche, und mit einem metallischen Sitz dichtungsringes, wobei der metallische Sitz in bezug auf

   zur Aufnahme der stromab liegenden Fläche der io die die Kugel aufnehmende Fläche des Dichtungsringes

   Kugel im Falle einer Überhitzung des Kunststoff- axial zurückgesetzt ist und die Kugel schwimmend aus-

   dichtungsringes, wobei der metallische Sitz in bezug gebildet ist

   auf die die Kugel aufnehmende Fläche des Dich- Ein derartiger Kugelhahn ist aus der US-PS 31 77 887 tungsringes axial zurückgesetzt ist und die Kugel bekannt Die Flansche liegen nicht in zur Drehachse der schwimmend ausgebildet ist, dadurch gekenn- 15 Kugel parallelen, sondern symmetrisch geneigten Ebezeichnet, daß in der Nähe des Dichtungsringes (8 nen, die von der Betätigungsvorrichtung der Kugel aus bzw. 23) stromab von der Kugel ein ringförmiges gesehen konvergieren. Die Kugel ist in dieser Richtung Ausweichvolumen (6a bzw. 21) vorgesehen ist, das in durch eine vorgespannte Schraubendruckfeder belastet einer solchen Beziehung zu dem Gesamtvolumen Jeder der beiden Dichtungsringe liegt zwischen zwei im des den Dichtungsring (8 bzw. 23) bildenden Kunst- 20 Querschnitt L-förmigen, einander zugewandten Metallstoffes steht, dkB der bei überhitzung verdrängte ringen und besteht aus PölytetraflaGräthyten (PTFE). Kunststoff in das Ausweichvolumen fließt, und daß Bei Zersetzung der Dichtungsringe infolge Überhitzung die Kugel axial so verschiebbar ist, daß sie bei Un- verschiebt sich die Kugel in Richtung ihrer Drehachse wirksamwerden des Dichtringes (8 bzw. 23) unter bis sie zur Auflage auf einen der beiden stromabseitigen Mediumsdruck auf den metallischen Sitz (7 bzw. 13 25 Metallringe kommt, der dann als Notsitz wirkt Diese bzw. 14 bzw. 24) zur Auflage kommf. Funktion kann der betreffende Metallring jedoch erst
2. 2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dann erfüllen, wenn die Überhitzung so weit fortgezeichnet, daß der metallische Site (7 bzw. 13 bzw. 14) schritten ist, daß das PTFE sich zumindest teilweise zeran dem stromabseiü'gen Flansch (2) gegenüber der setzt und damit sein Volumen in einem ausreichenden Kugel (3) und in der Nähe einer Nut (6), in welche 30 Maße verringert hat Bevor dieser Zustand erreicht ist der Dichtungsring; (8) teilweise aufgenommen ist, durchläuft jedoch PTFE wie auch damit vergleichbare ausgebildet ist Kunststoffe einen fließfähigen Zustand, der mit einer
3. 3. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Volumenzunahme verbunden ist Bei dem bekannten zeichnet, daß der metallische Sitz ?fs der Schnitt- Kugelhahn reichen die konstruktiv vorhandenen Dichkante (13) zwischen einer Abschrägung (12) des 35 tungsspalte nicht aus, um das vergrößerte Volumen des Flansches (2) am Eingang der Durchflußöffnung (5) fließfähig gewordenen PTFE aufzunehmen. Da in die- und der Wand besteht, die der den Dichtungsring (8) sem Stadium der betreffende L-förmige Metallring seiteilweise aufnehmenden Nut (6) benachbart ist ne Notsitzfunktion nicht übernehmen kann, wird der
4. 4. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekenn- bekannte Kugelhahn trotz verhältnismäßig komplizierzeichnet, daß der metallische Sitz aus einer ringför- 40 ter Formgebung seiner einzelnen Konstruktionsteile bei migen Rippe (14) des Flansches (2) besteht die von Überhitzung zumindest zeitweilig, bei einer für eine der den Dichtungsring (8) enthaltenden Nut (6) Zersetzung des PTFE nicht hinreichenden Überhitzung durch einen ringförmigen Hohlraum (14a,) getrennt sogar dauerhaft undicht

   ist - Aus der US-PS 34 97 178 ist ein Kugelhahn mit Dich-
5. 5. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 45 tungsringen aus einem bei höheren Temperaturen fließdadurch gekennzeichnet daß der Dichtungsring (8) fähigen Kunststoff geringer Elastizität zwischen der auf der der Kugel (3) abgewandten Seite eine rohr- Kugel und den in zur Drehachse der Kugel parallelen förmige Verlängerung (Sa), welche die der Durch- Ebenen liegenden Flanschen bekannt, bei dem der die flußöffnung (5) benachbarte Seitenwand der Nut (6) Kugel enthaltende Hohlkörper selbst einen metalliumfaßt und auf der Seite der Kugel (3) eine ringför- 50 sehen Sitz zur Aufnahme der stromabliegenden Fläche mige Verdickung (Sb) aufweist, die sich an den bei- der Kugel im Falle einer Überhitzung der Kunststoffden Seitenwänden der Nut (6) abstützt und aus die- dichtungsringe aufweist. Die Kugel ist jedoch nicht ser vorspringt, derart, daß sie unter normalen Be- schwimmend, sondern beidseits in Kunststofflagerbüchtriebsbedingungen als Sitz für die Kugel (3) dient sen gelagert Die Kugel kann daher auf den an dem
6. 6. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 55 Hohlkörper ausgebildeten metallischen Sitz erst dann zeichnet, daß der metallische Sitz aus einem der Ku- zur Auflage kommen, wenn die Überhitzung so weit gel (3) zugewandten, ringförmigen Vorsprung (24) fortgeschritten ist, daß sieb nicht nur wenigstens der einer Metallmembran (22) besteht, die mit dem Dich- stromabseitige Kunststoffdichtungsring, sondern auch tungsring (23) aus Kunststoff verbunden ist und daß die beiden Kunststofflagerbüchsen in einem Maße zerdas Ausweichvolumen aus einer Abschrägung (21) w setzt haben, daß sich die Kugel unter Mediumsdruck zwischen der den Dichtungsring (23) aufnehmenden hinreichend in Stromabrichtung verschieben kann. Dic-Ausnehmung und der Durchflußöffnung (5), sowie ser Kugelhahn hat mithin den gleichen Nachteil wie dieser Öffnung (5) selbst besteht. derjenige der einleitend erwähnten Gattung.
7. 7. Kugelhahn nach Anspruch 6, dadurch gekenn- Aus der GB-PS 9 78 601 ist ferner auch ein Kugelzeichnet, daß der Außendurchmesser der Abschrä- &s hahn bekannt, der einen Dichtungsring aus Kunststoff gung (21) größer als der Innendurchmesser des enthält, der mit einer Metallmembran verbunden ist, die Dichtungsringes (23) ist. einen ringförmigen, der Kugel zugewandten Vorsprung

   hat. Dieser Kugelhahn besitzt jedoch keine bei Überhit-