DE2654688C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Hahn nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher zylindrischer Hahn mit einem Gehäuse, das eine zylindrische Bohrung und zwei axial fluchtende, die Bohrung kreuzende und senkrecht zur Bohrungsachse verlau­ fende Kanäle aufweist, und mit einem in der Bohrung ange­ ordneten zylindrischen Hahnküken ist aus der US-PS 25 05 270 bekannt. Das einen Durchgangskanal aufweisende Hahnküken ist zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung verdreh­ bar. Ferner weist das Hahnküken zwei an seinen einander ge­ genüberliegenden Seiten angeordnete, jeweils in der Schließ­ stellung mit den Kanälen fluchtende Ausnehmungen auf, die beide größer sind als der entsprechende Kanal und einen fla­ chen Boden sowie eine Umfangswand aufweisen. In jede Ausneh­ mung ist ein elastisch verformbares Dichtungselement einge­ setzt, das eine an der Innenfläche der Bohrung anliegende Lippe aufweist, welche zwischen dem flachen Boden der Aus­ nehmung und der Innenfläche der Bohrung rund um den Kanal zur Schaffung eines abdichtenden Kontaktes zusammengedrückt ist, wenn sich das Hahnküken in der Schließstellung befindet. Zur Versteifung des Dichtungselementes ist in dessen gummi­ elastische Masse ein metallisches Stützgebilde eingebettet.

Ein ähnlicher Hahn mit zylindrischem Küken ist aus dem DE-GM 17 59 657 bekannt. Hierbei weist das Hahnküken auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten je eine Abflachung auf, an der ein zylindersegmentförmiges Dich­ tungselement befestigt ist, welches einen hohlen Innenraum sowie Öffnungen in seiner Mantelfläche aufweist, durch die der Innenraum mit dem Raum des benachbarten Kanals in Ver­ bindung steht.

Bei Hähnen mit zylindrischen Küken sind auch bereits seg­ mentförmige Dichtungselemente aus einvulkanisiertem Voll­ gummi bekannt (DE-PS 8 64 489). Weiterhin ist es bekannt (FR-PS 11 09 781), bei einem zylindrischen Hahnküken den Boden der das Dichtungselement aufnehmenden Ausnehmung aus­ zuhöhlen, um auf diese Weise einen Zwischenraum zu schaffen. Schließlich ist es bekannt (US-PS 26 04 293), bei einem Hahn mit zylindrischem Küken ein Stützgebilde für das Dichtungs­ element vorzusehen, wobei die Außenfläche des Stützgebildes allgemein parallel zur Außenfläche des Hahnkükens angeord­ net ist und mit dieser fluchtet.

Bei den Dichtungselementen von Hahnküken der in der US-PS 25 05 270 beschriebenen Art bewirkt der in einem ab­ gesperrten Kanal bestehende hohe Druck des Strömungsmediums die Aufrechterhaltung des Dichtungskontaktes mit der Innen­ wandung der Bohrung. Wenn eines der Dichtungselemente defekt ist, ist eine sichere Abdichtung jedoch nicht mehr gewähr­ leistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem zylindri­ schen Hahn der eingangs beschriebenen Art unter Wahrung der einfachen Herstellbarkeit des Dichtungselementes eine siche­ re Abdichtung selbst dann zu ermöglichen, wenn die Dichtungs­ lippe auf der Seite des unter höherem Druck stehenden Kanals schadhaft ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen zylindrischen Hahn durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen zylindrischen Hahn ist an den axia­ len Enden des Dichtungselementes, wo die Tendenz des in der Bohrung um das Hahnküken herum eingeschlossenen Strömungsme­ diums, die Dichtungslippe einzudrücken, am größten ist, die Wandstärke des Stützgebildes ebenfalls am größten, wodurch einer Deformierung der Dichtungslippe unter der Wirkung des eingeschlossenen Strömungsmediums wirksam vorgebeugt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Teilansicht eines bevorzugten zylindrischen Hahnes nach der Er­ findung,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht des Hahnkükens bei herausgenommenem Dichtungsglied und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Hahnes in teilweise geschlossener Stellung entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Der in Fig. 1 als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellte zylindrische Hahn 10 hat ein Gehäuse 12, das eine zylindrische Bohrung 14 und ein Paar axial hinterein­ ander angeordneter Kanäle 16 und 18 aufweist. Die Kanäle 16 und 18 kreuzen die Bohrung 14 und liegen senkrecht zu deren Achse. Innerhalb der Bohrung 14 ist ein zylindrisches Hahn­ küken 20 drehbar angeordnet. Dieses Hahnküken 20 bewegt sich in der Bohrung 14 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung, in denen ein im Hahnküken 20 be­ findlicher Durchgangskanal 22 mit den Kanälen 16 und 18 fluchtet bzw. nicht fluchtet. In der Umfangsfläche des Hahnkükens 20 angeordnete Ringnuten nehmen oberhalb des Durchgangskanals 22 ein Paar Dichtungsringe 24 und unter­ halb des Durchgangskanals ein Paar Dichtungsringe 26 auf, so daß infolge eines dichtenden Kontaktes mit der Bohrung 14 das Strömungsmedium nicht aus dem Innern des Hahnes 10 entweichen kann. Das Gehäuse 12 besteht zur Verwendung in Erdgasverteilungsleitungen vorzugsweise aus Polyäthylen und das Hahnküken aus einem Acetal-Kunststoff. Diese Teile können jedoch auch aus anderem Material hergestellt sein und einem anderen Verwendungszweck dienen.

Obwohl der Durchmesser des Hahnkükens 20 zur Erleichterung des Zusammenbaus und des Betriebes des Hahns kleiner als der der zylindrischen Bohrung 14 ist, beschränken die Dich­ tungsringe 24 und 26 das Strömungsmedium auf den mittleren Bereich des Hahnkükens 20. Strömungsmedium unter System­ druck befindet sich am Umfang des Hahnkükens 20 im Zwi­ schenraum zwischen dem Hahnküken 20 und der Bohrung 14, wann immer sich der Hahn 10 in der nicht dargestellten offenen Stellung befindet. Wenn das Hahnküken 20 entspre­ chend der Darstellung in Fig. 3 in die geschlossene Stel­ lung gedreht wird, verbleibt Strömungsmedium mit zumindest einem gewissen Zwischendruck im Bereich zwischen den Dich­ tungsringen 24 und 26. Wenn der Hahn 10 jedoch durch Dre­ hung eines Handgriffes 28 zum Verstellen des Hahnes ge­ schlossen ist, legen sich an die Kanäle 16 und 18 ein Paar Dichtungselemente 30 an, die verhindern, daß Strömungsme­ dium durch den Hahn und in die Bohrung 14 gelangt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 besteht jedes Dich­ tungselement 30 aus elastisch verformbarem Material, vor­ zugsweise einer besonderen Buna-N-Verbindung mit guten elastischen Eigenschaften bei niedriger Temperatur, und es kann von einer im Hahnküken 20 befindlichen topfförmi­ gen Ausnehmung 32 aufgenommen werden. Jede Ausnehmung 32 liegt dann in Linie mit dem jeweiligen Kanal 16 bzw. 18, wenn der Hahn durch eine 90°-Drehung des Hahnkükens aus der geöffneten Stellung, in der der Durchgangskanal 22 zum Durchströmen des Strömungsmediums mit den Kanälen 16 bzw. 18 fluchtet, in die geschlossene Stellung gebracht worden ist. Die Ausnehmung 32 ist größer als der jeweilige Kanal 16 bzw. 18, damit das Dichtungselement 30 sich um den Kanal 16 bzw. 18 erstrecken kann. Die Ausnehmung 32 hat einen im wesentlichen flachen, senkrecht zum Kanal angeordneten Boden 34 und eine zylindrische Umfangswand 36, die während der Herstellung des Hahnkükens leicht vorge­ sehen werden können. Im Boden 34 befindet sich eine zentral ausgerichtete Aushöhlung 38, die einen unberührten Bereich des Bodens 34 im Anschluß an die Umfangswand 36 beläßt und im einzelnen nachfolgend beschrieben wird.

Das bevorzugte, in die Ausnehmungen 32 einzubauende Dich­ tungselement 30 weist eine Lippe 40 auf, die sich zur Her­ stellung eines Flächenkontaktes mit der Umfangswand 36 um diese erstreckt. Die Lippe 40 ist so bemessen, daß sie zwischen dem Boden 34 und der Innenfläche der Bohrung 14 zusammengedrückt wird, wenn sie bei geschlossenem Hahn den jeweiligen Kanal 16 bzw. 18 umgibt. Insbesondere liegt die Außenfläche der Lippe 40 allgemein parallel zur zylindri­ schen Oberfläche des Hahnkükens 20, ist aber hinsichtlich der Tiefe vom Boden 34 so bemessen, daß ein Überstehen über die Oberfläche des Hahnkükens 20 sichergestellt ist. Der Betrag des Überstehens bestimmt sich danach, daß ein Zu­ sammendrücken der Lippe 40 erfolgt, wann immer der Hahn geschlossen ist. Wenn beispielsweise bei Betrachtung der Fig. 1 ein höherer Druck vom Kanal 16 her auf das Hahn­ küken wirkt, dann bewirkt der Strömungsdruck eine geringe Verschiebung des Hahnkükens 20 in Richtung auf den Kanal 18 mit geringerem Druck infolge des kleineren Durchmessers des Hahnkükens. Daher muß der vorstehende Teil der Lippe 40 vom Boden 34 her ausreichend bemessen sein, um einen dich­ tenden Kontakt um den Kanal 16 sogar bei von diesem weg seitlich versetztem Hahnküken 20 sicherzustellen. Bei einer derartigen geeigneten Dichtung wird der höhere Strömungsdruck des Kanals 16 gegenüber der das Hahnküken 20 umgebenden Bohrung 14 abgedichtet.

Es ist jedoch Zweck dieser Erfindung, einen verbesserten Hahn zu schaffen, in dem der Strömungsdruck auch dann wirkungsvoll gegenüber dem Kanal 18 mit geringerem Druck abgedichtet wird, wenn die den Kanal 16 umgebende Lippe 40 des Dichtungselementes 30 beschädigt ist oder auf andere Weise defekt ist. Wenn Strömungsmedium an der am Kanal 16 befindlichen Lippe 40 vorbeisickern kann, entsteht im Zwischenraum um das Hahnküken 20 zwischen den Dichtungs­ ringen 24 und 26 ein höherer Druck. Der überstehende Teil und das Zusammendrücken der den Kanal 18 umgebenden Lippe 40 verhindert eine Leckage von der Bohrung 14 in den Kanal 18.

Jedoch würden vom Strömungsmedium zwischen der Bohrung 14 und dem Hahnküken 20 auf die Lippe 40 wirkende Druckkräfte die Tendenz haben, die Lippe 40 von der Umfangswand 36 zu trennen. Im extremen Fall würde ohne irgendeine Innenab­ stützung bei größerem Druckunterschied die Möglichkeit bestehen, daß die Lippe 40 unter vollständigem Dich­ tungsverlust zusammenfällt. Dementsprechend ist in einem Stück mit der Lippe 40 ein Stützgebilde 42 ge­ formt, welches sich zwischen gegenüberliegenden Seiten derselben befindet, um ein Abheben der Lippe 40 von der Umfangswand 36 zu verhindern. Die Tendenz des in der Boh­ rung 14 um das Hahnküken herum eingeschlossenen Strömungs­ mediums, die Lippe 40 einzudrücken, ist an der oberen und unteren Seite des Dichtungselementes 30 am größten. Bei vereinfachter Ausbildung der Ausnehmung 32 mit flachem Boden 34 ist die Tiefe der Lippe 40 an der oberen Seite und an der unteren Seite des Dichtungselements 30 wegen des Abstandes zur Bohrung 14 in diesem Bereich notwendi­ gerweise größer. Mit der daraus resultierenden größeren Fläche an der oberen und unteren Seite der Lippe wird eine intensivere Abstützung notwendig, um ein Zusammen­ fallen der Lippe 40 an dieser Stelle zu verhindern. Dem­ entsprechend ist das Stützgebilde 42 zum zusätzlichen Abstützen der Lippe 40 an der oberen und unteren Seite derselben im Zentrum des Dichtungselementes 30 am dicksten.

Beim bevorzugten Dichtungselement 30 liegt die Außenfläche des Stützgebildes 42 parallel zur Außenfläche des Hahn­ kükens 20 und ist im allgemeinen auf diese zur Schaffung dieses dickeren Bereiches ausgerichtet. Es ist wünschens­ wert, die Außenfläche des Stützgebildes 42 auf die Ausdeh­ nung des zylindrischen Hahnkükens 20 zu begrenzen, damit jegliche Berührung mit dem Innern der Bohrung 14 durch das Stützgebilde 42 während des Öffnens und Schließens des Hahnes 10 verhindert wird.

Die bevorzugte Ausführungsform läßt nicht nur vereinfachte Ausnehmungen 32 zu, um die Herstellungskosten des Hahn­ kükens 20 zu senken, sondern ergibt auch verminderte Tole­ ranzerfordernisse zwischen dem Hahnküken 20 und der Boh­ rung 14, wodurch ebenfalls die Herstellungskosten gesenkt werden. Wie vorstehend beschrieben wurde, gestattet der geringere Durchmesser des Hahnkükens 20 unter Druck eine geringe Verschiebung innerhalb der Bohrung 14, so daß das erforderliche Ausmaß der Deformation der Lippe 40 zunimmt, bei der noch ein innerer Widerstand zur Aufrechterhaltung der Abdichtung besteht. Das bevorzugte Material für das Dichtungselement 30, welches diese erhöhte Deformation ermöglichen würde, wäre in erhöhtem Maße der Gefahr des vorerwähnten Zusammenfallens ausgesetzt. Daher gestattet das integrierte Stützgebilde 42 mehr Flexibilität in der Auswahl des Dichtungsmaterials ohne Gefährdung der Betriebs­ sicherheit des zweiten Dichtungselements 30, für den Fall, daß das erste Dichtungselement 30 ausfällt. Dementspre­ chend kann durch ein einfaches Formverfahren ein zuver­ lässiges Dichtungselement 30 geschaffen werden, ohne daß ein kostspieligeres Einfügen eines Versteifungselementes anderen Materials entsprechend der US-PS 25 05 270 oder die Schaffung einer zusätzlichen Stützeinrichtung, wie in einigen anderen zuvor besprochenen Patentschriften nötig ist.

Bisher gab es ein anderes Problem mit Dichtungselementen in zylindrischen Hähnen, welches, wenn überhaupt in Erfahrung gebracht, weder in den vorerwähnten Patentschriften erwähnt noch durch deren Ausführungsformen gelöst wurde. Es wurde festgestellt, daß bei ausgedehnter Verwendung des Hahnes in geöffneter Stellung unter Druck stehendes, durchfließen­ des Strömungsmedium dahingehend auf die Dichtungselemente wirkt, daß, wenn diese sich in der ersten Stellung befinden, Strömungsmedium zwischen die Lippe und die Umfangswand sickert und zwischen dem Boden der Ausnehmung und einem ununterbrochenen, die Lippe verbindenden Teil des Dich­ tungselementes eingeschlossen wird. Wenn das Hahnküken 20 dann in die zweite oder geschlossene Stellung entsprechend Fig. 3 gedreht wird, kann der Strömungsmediumdruck im Ka­ nal 18 trotz Fehlens einer absoluten Abdichtung am Kanal 16 in hohem Grad reduziert werden. Wenn das Dichtungselement 30 ungefähr zur Hälfte oder zu zwei Dritteln den Kanal 18 über­ deckt, ist ein beträchtlicher Betrag der Lippe 40 und somit des Dichtungselementes nicht auf die Innenfläche der Boh­ rung 14 gerichtet und wird nicht von dieser gestützt. Das unter höherem Druck "eingeschlossene" Strömungsmedium ist bestrebt, zu expandieren und kann, sofern es nicht auf an­ dere Weise entweichen kann, die in der Bewegungsrichtung vorn liegende Seite des Dichtungselementes 30 aus der Aus­ nehmung 32 in den Kanal 18 stoßen. Wenn das Dichtungsele­ ment 30 auf diese Weise verlagert wird, könnte ein voll­ ständiges Schließen des Hahnes und eine daraus resultie­ rende Absperrung des Strömungsmediums unmöglich sein. Zur Vermeidung dieser Möglichkeit befinden sich im Stützgebil­ de 42 mehrere Löcher 44, die eine Verbindung zwischen dem Boden 34 der Ausnehmung 32 und dem außerhalb des Dichtungs­ elementes 30 liegenden Raum schaffen, ohne die Grundstütz­ funktion des Stützgebildes 42 merklich zu verändern. Vor­ zugsweise ist mindestens eines der Löcher 44 an der in der Bewegungsrichtung vorn liegenden Seite des Stützgebildes 42 angeordnet, um sicherzustellen, daß es dann auf den Kanal 18 ausgerichtet ist, wenn die Lippe 40 beginnt, ihre Stützung zu verlieren.

Um sicherzustellen, daß das "eingeschlossene" Strömungs­ medium zu einem der Löcher 44 Zugang hat, und zur Sicher­ stellung des richtigen Kontaktes zwischen dem Boden 34 und der Lippe 40 ist zwischen dem Stützgebilde 42 und dem Boden 34 der Ausnehmung 32 ein Zwischenraum 46 vorgesehen. In der bevorzugten Anordnung bildet die zentral ausgerich­ tete Aushöhlung 38 und die Innenfläche 48 des Stützgebil­ des 42, welche auf die Innenfläche 50 der Lippe 40 ausge­ richtet ist, den Zwischenraum 46. Alternativ kann ein Zwischenraum dadurch vorgesehen werden, daß die Rückseite des Dichtungselementes 30 im Bereich des Stützgebildes vertieft wird, wogegen die Aushöhlung 38 weggelassen wird. Dies würde jedoch den Querschnitt des Stützgebildes 42 vermindern, was wegen der von ihm bewirkten Grundstütz­ funktion nicht vorgezogen wird. Durch die resultierende Begrenzung des Kontaktes des Dichtungselementes 30 auf die Lippe 40 am Boden 34 in der Nähe der Umfangswand 36 können die Druckkräfte zwischen dem Boden 34 und der Innen­ fläche der Bohrung 14 auf die Lippe 40 begrenzt werden. Dementsprechend ist die Funktion der zur Erzielung der ge­ wünschten Abdichtung entworfenen und bemessenen Lippe 40 des Dichtungselementes 30 nicht durch einen unerwünschten Kontakt des Dichtungselementes an irgendwelchen nicht der Dichtung dienenden Stellen eingeschränkt.

Claims (2)

1. Zylindrischer Hahn mit einem Gehäuse, das eine zylindrische Bohrung und ein Paar axial fluchtende, die Bohrung kreuzen­ de und im wesentlichen senkrecht zu einer Achse der Bohrung angeordnete Kanäle aufweist, mit einem innerhalb der Bohrung angeordneten zylindrischen Hahnküken, welches zum Fluchten bzw. Nichtfluchten eines im Hahnküken befindlichen Durchgangs­ kanals mit den Kanälen wahlweise zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung drehbar ist, und welches zwei an gegenüberliegenden Seiten des Hahnkükens angeordnete, jeweils in der Schließstellung mit den Kanälen fluchtende Ausnehmun­ gen aufweist, von denen jede größer als der entsprechende Kanal ist und einen flachen Boden sowie eine Umfangswand aufweist, mit zwei elastisch verformbaren, jeweils in eine Ausnehmung eingesetzten Dichtungselementen, die eine an der Innenfläche der Bohrung anliegende Lippe aufweisen, welche zwischen dem flachen Boden der Ausnehmung und der Innen­ fläche der Bohrung rund um den Kanal zur Schaffung eines dichtenden Kontaktes zusammengedrückt ist, wenn sich das Hahnküken in der Schließstellung befindet, und mit einem Stützgebilde für jedes Dichtungselement, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) die Außenfläche des Stützgebildes (42) verläuft parallel zu der Innenfläche der Bohrung (14) und verbleibt im Abstand von dieser Innenfläche;
• b) zwischen dem flachen Boden der Ausnehmung (32) und der ihm zugekehrten Fläche der Stützwand des Stützgebildes (42) verbleibt ein Zwischenraum;
• c) der Zwischenraum zwischen Stützgebilde (42) und flachem Boden der Ausnehmung (32) ist durch wenigstens eine durch die Wandstärke des Stützgebildes hindurchführende Öffnung (44) mit dem Raum außerhalb der Ausnehmung (32) verbunden;
• d) die Wandstärke der Stützwand des Stützgebildes (42) ist in ihrer durch die Achse des Hahnkükens (20) verlaufenden Mittelebene am größten.

2. Hahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum durch eine zentral ausgerichtete Aushöhlung (38) im flachen Boden der Ausnehmung (32) gebildet ist.