DE2641931C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Kugelhahn ist aus der DE-AS 16 00 806 bekannt. Bei diesem bekannten Kugelhahn ist besonderer Wert auf eine gute Oberflächenqualität des Kugelkükens gelegt, die durch besondere Maßnahmen so gut sein soll, daß eine maschinelle Nachbearbeitung nach der Herstellung des Kugelkükens nicht mehr erforderlich ist und daß trotzdem eine gute Abdicht­ wirkung erreicht wird. Es ist jedoch nichts erkennbar, was den bekannten Kugelhahn besonders für Anwendungsfälle geeig­ net machen könnte, bei denen er starken äußeren Belastungen ausgesetzt ist, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn er in unterirdischen Gasleitungen zum Einsatz kommt, also in einer Umgebung, in der er nach dem Anschluß an die Rohr­ leitungen mit Erde bedeckt wird und somit starken äußeren Druckkräften ausgesetzt werden kann. Dies kann besonders dann der Fall sein, wenn er sich unter einer Straße befin­ det, auf der Lastwagen mit hohem Gewicht fahren können.

Aus der DE-OS 24 04 002 ist ein Kugelhahn bekannt, dessen Gehäuseteile durch Verschweißen zusammengefügt werden können. Besonders Merkmale, durch die dieser bekannte Kugelhahn großen äußeren Belastungen standhalten könnte, sind nicht erkennbar.

Bei dem aus der US-PS 33 90 861 bekannten Kugelhahn sind zwischen Anschlagflächen am Gehäusehauptkörper und an den Endabschnitten Kugelsitzelemente eingefügt. Ein Einfügen von Haltestücken für die Kugelsitzelemente zwischen Anschlag­ flächen im Gehäuse ist bei dem bekannten Kugelhahn nicht vor­ gesehen.

Bei dem Kugelhahn nach der US-PS 32 28 652 sind die Kugel­ sitzelemente zwar von einem Haltestück festgehalten, jedoch ist nicht zu erkennen, wie eine Vorspannung der Kugelsitz­ elemente hervorgerufen werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der auch bei einem Einsatz bei starken äußeren Belastungen seine Wirkungs­ weise unverändert über lange Zeiträume beibehält.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Im erfindungsgemäßen Kugelhahn sind die Kugelsitzelemente von Haltestücken festgehalten, die aufgrund der Zusammenwirkung mit den Anschlagflächen und der Dimensionierungsvorschrift so auf die Kugelsitzelemente ein­ wirken, daß diese sich mit Vorspannung an das Kugelküken an­ legen. Aufgrund dieser Vorspannung bleiben die Kugelsitzele­ mente auch bei starken Belastungen, insbesondere bei einem Verwerfen der Rohrleitungen, in die der Kugelhahn eingesetzt ist, stets in engem Kontakt mit dem Kugelküken, so daß eine Undichtheit nicht auftreten kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines Kugelhahns nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1 bei offenem Kugelhahn, wobei ein Teil des Kugelkükens ebenfalls geschnitten ist und eine Entlüftungs­ öffnung an der oberen linken Seite des Haltestücks für das Kugelsitzelement zur Sichtbarmachung um 90° gedreht ist,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, wobei sich der Kugelhahn jedoch in seiner Schließstellung befindet und die Entlüftungsöffnung wiederum an der Stelle gemäß Fig. 2 gezeigt ist,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 2, wobei das Kugelküken zur Veranschaulichung des Kugelsitzelements und des Haltestücks sowie die Entlüftungsöffnungen weggelassen sind, und

Fig. 6 einen Teilschnitt zur Veranschaulichung der Lage­ rung es Kugelsitzelements.

Der am besten aus den Fig. 1 und 2 in seinem Gesamtaufbau er­ kennbare Kugelhahn weist ein Gehäuse 12 mit drei äußeren Ge­ häuseteilen auf, nämlich einem Hauptkörper 13 und zwei Endab­ schnitten 18 und 20. Diese Elemente bestehen zur Erzielung einer Kompatibilität mit den angrenzenden Leitungsrohren aus Polyäthylen mit dessen inhärenten Vorzügen bezüglich der Ein­ flüsse in der Umgebung des Montageortes. Der Hauptkörper 13 umschließt ein Polypropylen-Kugelküken 14 und trägt eine Betäti­ gungsanordnung 16. Die Schaltwelle 54 besteht aus einem Kunststoff, der auch bei starker Feuchtigkeitseinwirkung nur geringfügig aufquillt und keine Porösitätsprobleme bringt, wie dies bei glasfaserverstärkten Materialien zuweilen der Fall ist. Die Endab­ schnitte 18 und 20 sind gleich ausgebildet, vielleicht mit Ausnahme des Falles, wo unterschiedliche Anschlüsse an den Leitungsrohren erforderlich sind, und sind an Verbindungs­ vorsprüngen 22 und 24 an den Hauptkörper 13 angefügt. Die Ver­ bindungsvorsprünge 22 und 24 sind als Stoßschweißstellen aus­ geführt und werden in der weiter unten näher erläuterten Weise hergestellt. Die äußeren Enden der Endabschnitte 18 und 20 sind zur Erzeugung irgendeiner gewünschen Anschluß­ ausbildung angepaßt, wobei jedes Ende einzeln unterschiedli­ chen Anschlußbedingungen angepaßt sein kann.

Im Inneren des Kugelhahns sind Kugelsitzelemente 26 und 28 in Ausneh­ mungen der Endabschnitte 18 und 20 vorgesehen. Die Kugelsitzelemen­ te 26 und 28 werden durch Haltestücke 30 und 32 aus Polypro­ pylen lagegesichert. Die Ausnehmungen in den Endabschnitten, die Sitzringe und die Haltestücke hierfür sind an jedem Ende gleich ausgebildet und in Einzelheiten am besten aus Fig. 6 ersichtlich. Daher wird nachfolgend nur eine dieser Dichtan­ ordnungen im einzelnen erläutert. Eine Ausnehmung 34 ist in die Innenfläche des Endabschnittes 18 eingeschnitten und nimmt das L-förmige Kugelsitzelement 26 auf, das bevorzugt aus einer Gummiverbindung oder Gummimischung wie Buna-N besteht. Buna-N hat sich als vorzüglich geeignet in bekannten Absperrorganen und Zählern für Erdgasleitungen erwiesen, und weist eine gute Widerstandsfähigkeit gegen die Aufquellwirkung von Geruchs- und Enteisungsmitteln auf, wie sie in Erdgasverteilerleitun­ gen benutzt werden. Das Haltestück 30 für das Kugelsitzelement ist mit einer Ausnehmung 36 hinter seiner Frontfläche 38v zur Auf­ nahme des Schenkels 40 des Kugelsitzelements 26 ausgebildet, um dieses lagezusichern und den Kräften zu widerstehen, die durch den Differenzdruck während des Betriebes des Ab­ sperrorganes entstehen. Der Schenkel 42 des Kugelsitzelements 26 ragt einen vorbestimmten Abstand über die Fläche 38 des Hal­ testückes 30 und die Fläche 44 des inneren Endes des Endab­ schnittes 18 in Berührung mit dem Kugelküken 14 vor.

Das Haltestück 30 für den Dichtring weist einen Körper 46 auf, der an einer Fläche 48 des Hauptkörpers 13 anliegt, und weist weiterhin einen Schenkel 50 auf, der an einer Fläche 52 des Endabschnittes 18 anliegt, wenn die Teile montiert sind. Der Körper 46 besitzt Entlüftungsöffnungen 47, die aus Fig. 5 ersichtlich sind und vorzugsweise um 180° gegeneinander ver­ setzt sind. Diese Entlüftungsöffnungen 47 dienen zum Aus­ gleich des Druckes hinter den Haltestücken 30 und 32 einer­ seits und im Mittelstück des Gebäudes 12 andererseits, so­ wie auch des Druckes hinter den Kugelsitzelementen 26 und 28. Dadurch werden unausgeglichene Krafteinwirkungen auf die Kugelsitz­ elemente 26 und 28 während des Betriebes des Hahnes vermieden. Diese Teile und ihre aneinander anliegende Oberflächen sind so ausgelegt, daß an den Anlageflächen die gewünschte Vor­ belastung des Kugelsitzelements 26 bei seiner Berührung mit dem Kugel­ küken 14 erzeugt wird. Das Haltestück für das Kugelsitzelement dient sowohl dessen Lagesicherung als auch zur exakten Lageausrichtung des Endabschnittes 18 gegenüber dem Hauptkörper 13 des Gehäuses. Die Anlage des Körpers 46 an der Fläche 48 des Hauptkörpers 13 positioniert den End­ abschnitt 18 gegenüber dem Hauptkörper 13 während der Ver­ bindung axial in der Strömungsbahn, während eine zylindrische Oberfläche 49 des Haltestückes 30 eng, jedoch gleitbeweglich an einer zylindrischen Oberfläche 51 des Hauptkörpers umgeben wird, um das Haltestück 30 radial lagezusichern. Der Endab­ schnitt 18 ist seinerseits axial durch die Anlage der Flä­ che 52 am Schenkel 50 des Haltestückes axial positioniert und ist radial durch den Paßsitz einer Oberfläche 53 gesichert, die an der Innenoberfläche des Schenkels 50 anliegt. Wie wei­ ter oben bereits erläutert ist, sind der Dichtring 28 und das Haltestück 32 identisch ausgebildet, jedoch spiegelbildlich eingebaut, so daß die vorstehenden Erläuterungen auch bezüg­ lich dieser Teile gelten.

Das Kugelküken 14 ist gewissermaßend schwimmend an den Kugelsitzelementen 26 und 28 gelagert. Wenn übermäßiger Druck das in der Schließstellung befindliche Kugelküken axial verschiebt, so wird das an der Belastungsseite liegende Kugelsitzelement in den Raum zwischen das zugeordnete Ende und das benachbarte Halte­ stück eingedrückt. Wie aus Fig. 6 für das Kugelsitzelement 26 er­ sichtlich ist, wird dessen Schenkel 42 bei einer Bewegung des Kugelkükens 14 nach links in den Raum zwischen den Endabschnitt 18 und das Haltestück 30 gedrückt bis die Kugelküken die Fläche 44 des Endabschnittes 18 berührt. Das Ma­ terial des Endabschnittes 18 ist härter als dasjenige des Sitzringes und dient zur Begrenzung der Bewegung 14 und der Belastung des Kugelsitzelements 26. Darüber hinaus stellt eine Entlüftungsöffnung 15 im oberen Bereich des Kugelkükens 14 in der Nachbarschaft der Betätigungsanordnung 16 eine Verbindung zwischen dem Strömungskanal und dem Raum zwischen dem Kugelküken 14 und dem Hauptkörper 13 her. Wenn somit das Kugelküken 14 in seiner voll geöffneten oder voll geschlossenen Stellung ist, so ist der Druck auf seinen beiden Seiten ausgeglichen. Die Betätigungseinrichtung für das Kugelküken, also die aus den Fig. 2, 3 und 4 ersichtliche Schaltwelle 54, wird in den Hauptkör­ per 13 eingesetzt, bevor das Kugelküken 14 in das Gehäuse einge­ führt wird. Wenn das Kugelküken 14 in das Gehäuse eingesetzt ist, dient es der Lagesicherung der Schaltwelle 54. Die Schalt­ welle 54 weist einen nicht-kreisförmigen Abschnitt 56 auf, der an dem Kugelküken 14 angreift, sowie eine Schulter 58, die am Boden einer Gegenbohrung 60 im Hauptkörper anliegt. Der nicht-kreisförmige Abschnitt 56 der Schaltwelle 54 erstreckt sich in eine Ausnehmung 62 des Kugelkükens. Die Bewegung der Schalt­ welle 54 nach oben ist begrenzt durch die Anlage der Schul­ ter 58 an der Gegenbohrung 60, so daß die Schaltwelle 54 und das Kugelküken 14 stets drehfest verbunden sind. Die Schaltwelle 54 ist in einer Bohrung 64 des Hauptkörpers drehbar und wird durch eine Dichtung 66 abgedichtet, die aus quadra­ tischen oder O-Ringen besteht, welche in Ausnehmungen 68 der Bohrung 64 eingesetzt sind.

Das Ende 70 der Schaltwelle 54, welches sich über das obere Ende eines Vorsprunges 72 des Hauptkörpers 13 hinaus erstreckt, ist mit nicht-kreisförmigen Abschnitten geformt, welche zur Übermittlung des Drehmomentes auf das Kugelküken 14 dienen. Über dieses vorspringende Ende 70 ist eine Abdeckkappe 74 gesetzt. Die Abdeckkappe 74 weist eine große Bohrung 76 auf, die den darunterliegenden Vorsprung 72 teilweise übergreift. In der Bohrung 76 ist eine innere Ringschulter 78 und eine Ausneh­ mung 80 vorgesehen, die so dimensioniert sind, daß sie über eine Lippe 82 am oberen Ende des Vorsprunges 72 greifen und federnd einschnappen. Die Lippe 82 weist einen größeren Außen­ durchmesser auf als die Schulter 78, wird jedoch in der Aus­ nehmung 80 frei aufgenommen.

An der Oberseite des Vorsprunges 72 sind Anschläge 86 vorge­ sehen, welche mit Anschlägen 88 an der Unterseite der Kappe 74 zusammenarbeiten und so die Drehung der Schaltwelle auf die übliche Vierteldrehung zwischen der voll geöffneten und voll geschlossenen Stellung des Kugelhahnes begrenzen.

Einer der vorsprungseitigen Anschläge 86 ist aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, während die Anschläge 88 der Kappe 74 im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt sind.

Die Außenseite der Kappe 74 weist einen kreisförmigen Ab­ schnitt 90 mit vermindertem Durchmesser zur Aufnahme eines Adapters 92 für einen Schraubenschlüssel od. dgl. auf, wobei der Adapter 92 spielfrei an der Kappe sitzt und an seiner Außenseite zur Aufnahme eines Schaltwerkzeuges wie eines Schraubenschlüssels ausgebildet ist. Zwischen der Kappe 74 und dem Adapter 92 ist als Kupplung ein Scherstift 94 vorge­ sehen. Der Scherstift 94 schert bei einer Aufbringung eines vorgegebenen, zu großen Drehmomentes auf die Schaltwelle ab. Dadurch ist eine Beschädigung der Innenteile des Kugelhahnes wie der Schaltwelle, der Dichtsitze, der Kugel, der Anschlä­ ge usw. vermieden.

Die Montage des erfindungsgemäßen Kugelhahnes erfolgt auf spezielle Weise. Zunächst werden die Dichtungen 66 für die Schaltwelle in ihre Ausnehmungen 68 im Schaltwellenbereich des Hauptkörpers 13 eingesetzt, wonach die Schaltwelle 54 von der Innenseite des Hauptkörpers 13 aus nach oben durch die Bohrung 64 geschoben wird. Sodann wird der erste der End­ abschnitte mit dem entsprechenden Dichtring und Haltestück in der richtigen Einbaulage an den Hauptkörper angelegt. Ein ring­ förmiger Plattenheizkörper wird zwischen den Hauptkörper und den Endabschnitt eingesetzt. Der Heizkörper ist so dimensio­ niert, daß er lediglich an den miteinander zu verschweißen­ den Flächen anliegt. Der Endabschnitt und der Hauptkörper werden in leichten Druckkontakt an den Heizkörper angelegt. Dieser Druckkontakt wird über eine solche Zeitspanne aufrecht­ erhalten, welche zur gewünschten Aufheizung der Schweißflächen ausreicht. Diese Zeitspanne hängt von dem zu verschweißen­ den Material, der Temperatur des Heizkörpers und der Dicke der Verbindungsstelle ab, liegt jedoch typischerweise im Bereich zwischen 30 Sekunden und 2 Minuten.

Nachdem die Schweißflächen auf die gewünschte Temperatur ge­ bracht worden sind, werden der Endabschnitt und der Haupt­ körper um ein kleines Stück auseinanderbewegt, so daß der Heizkörper herausgenommen werden kann und werden sodann un­ verzüglich aneinandergedrückt bis das Haltestück die Fläche 68 des Hauptkörpers berührt. Diese Anlage des Haltestückes an der Fläche 68 bestimmt die Relativstellung der einzelnen Innenteile des Hahnes. Bei der Herstellung der Einzelteile im Bereich der Außenseite des Hahnes, also des Hauptkörpers 13 und der Endabschnite 18 und 20 werden die zur Anlage bestimm­ ten Enden mit einer gewünschten Überlänge ausgebildet, um sicherzustellen, daß eine vollständige Oberflächenverschwei­ ßung über den gesamten Umfang des Hahngehäuses erfolgt. Im Anschluß an die Verschweißung des Hauptkörpers mit dem er­ sten Endabschnitt wird die Kugel 14 gleitend über das nicht- kreisförmige untere Ende 56 der Schaltwelle 54 gesetzt. Die­ se Unterbaugruppe der Schaltwelle und der Kugel kann sodann um 90° gedreht werden, um die Kugel während der nachfolgen­ den Montageschritte im Hauptkörper lagezusichern. Der zwei­ te Endabschnitt wird sodann an die bereits montierten Teile herangebracht und in der bereits erläuterten Weise zusammen mit dem benachbarten Abschnitt des Hauptkörpers erhitzt und mit dem Hauptkörper verschweißt. Selbstverständlich können auch die beiden Endabschnitte gleichzeitig an den Hauptkör­ per angesetzt und mit diesem verschweißt werden, jedoch bringt eine Montage in der angegebenen Reihenfolge in der Praxis Er­ leichterungen. Außerdem könnte auch nur ein Endabschnitt als gesondertes Einzelteil vorgefertigt werden, während der ande­ re Endabschnitt gleich zusammen mit dem Hauptkörper einstückig hergestellt wird.

Nachdem die Schweißstellen abgekühlt sind, wird die Abdeckung 74 über das Außenende 70 der Schaltwelle 54 aufgebracht. Zu­ nächst wird der O-Ring 84 über den Vorsprung 72 aufgesetzt, der die Schaltwelle 54 drehbeweglich lagert. Der O-Ring wird am Vorsprung 72 ausreichend weit nach unten geschoben, so daß er nicht mehr im Weg der ringförmigen Innenschulter 78 der Kappe 74 ist. Sodann wird die Kappe über die Schalt­ welle gelegt und nach unten gedrückt, bis die Ringschulter 78 über die Lippe 82 am Vorsprung 72 schnappt. Dadurch gelangt die Lippe 82 in die Ausnehmung 80 der Kappe und hält die Kappe über der Schaltwelle. Sodann wird der O-Ring 84 zur An­ lage gegen die Ringschulter 78 freigegeben.

Bevor oder nach der Montage der Kappe 74 wird der Adapter 92 an der Kappe 74 befestigt, eine durchgehende Bohrung gebohrt und der Scherstift 94 eingesetzt. Dies begrenzt die auf die Kappe 74 aufbringbaren Drehmomente auf die Scherfestigkeit des Scherstiftes 94.

Auf diese Weise entsteht ein Kugelhahn, der wirtschaftlich herstellbar ist und eine lange Lebensdauer hat und insbeson­ dere für eine Verwendung in Kunststoffrohrleitungen für die Erdgasverteilung geeignet ist.

Claims (4)

1. Kugelhahn zu verwenden in unterirdischen Verteiler­ leitungen für Erdgas, mit einem Kunststoffgehäuse aus einem Hauptkörper, in dem eine mittlere Steuerkammer ange­ bracht ist, und aus zwei einander gegenüberliegenden End­ abschnitten, von denen wenigstens einer vom Hauptkörper getrennt und mit diesem verbindbar ist, und die Strömungs­ kanäle aufweisen, die mit der Steuerkammer einen Strömungs­ weg durch das Gehäuse bilden, wobei der wenigstens eine Endabschnitt und der Hauptkörper ringförmige Verbindungs­ vorsprünge aufweisen, einem Kugelküken und einem ständig an dem Kugelküken anliegenden Kugelsitzelement in jedem Endabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelsitz­ elemente ( 26, 28) in den Endabschnitten (18, 20) durch Haltestücke (30, 32) festgehalten sind, daß an dem Haupt­ körper (13) und an den Endabschnitten (18, 20) im Bereich der Verbindungsvorsprünge (22, 24) Anschlagflächen ( 48, 52) angebracht sind, daß die Haltestücke (30, 32) Flächen auf­ weisen, deren Abstand vor dem Einbau größer als der Abstand der Anschlagflächen (48, 52) ist und die im eingebauten Zustand an den Anschlagflächen anliegen, und daß die Ver­ bindungsvorsprünge (22, 24) derart zusammenführbar und verschweißbar sind, daß die Kugelsitzelemente (26, 28) mit Vorspannung an dem Kugelküken (14) anliegen.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkörper (13), die Endabschnitte (18, 20) und die darin befindlichen Haltestücke (30, 32) zusammen­ wirkende Flächen (51, 53) aufweisen, die eine radiale Ausrichtung der Endabschnitte (18, 20) bezüglich des Hauptkörpers (13) herbeiführen, wobei die Haltestücke (30, 32 ) im zusammengebauten Zustand fest erfaßt sind.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Haltestücken (30, 32) Entlüftungs­ vorrichtungen (47) angebracht sind, die den Raum zwischen den Haltestücken (30, 32) und dem Gehäuse mit dem Hahn­ inneren verbinden.

4. Kugelhahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (18, 20) Kontaktflächen (44) für die Kugelküken (14) zur Aufnahme übermäßiger Belastungen der Kugelküken (14) aufweisen.