DE2827720A1

DE2827720A1 - Kugelhahn

Info

Publication number: DE2827720A1
Application number: DE19782827720
Authority: DE
Inventors: Ernst Hoyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2429365B1; DE2827720C2; US4296913A; IT1121235B; IT7923222A0; GB2024376A; GB2024376B; FR2429365A1

Description

PATENTANWXLTE

DR-E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

^M0NCHEN WPL-ING. J. GLAESEt ^HAMBURG

^{Juni 1978}

2000 HAMBURG 50,

TELEFON: 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX: 212979 KARP D

W. 27584/78 20/ja.

Ernst Hoyer
2000 Hamburg 57

Kugelhahn.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn, bestehend aus einem Gehäuse mit Zulauf- und Ablauföffnung für ein Medium, einer im Gehäuse in zwei Ringen schwimmend gelagerten durchbohrten Kugel, die in ihrer einen Drehstellung Zulauf und Ablauf verbindet und in ihrer anderen Drehstellung Zulauf und Ablauf unterbricht, und aus einem drehbaren mit der Kugel im Dreheingriff angeordneten Mitnehmer.

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BANK: DEUTSCHE BANK AG, HAMBURG (BLZ 20070000), KONTO NR. 65/18823 · POSTSCHECK: HAMBURG 142840-205

Kugelhähne, insbesondere mit nicht zapfengelagerter Kugel, im allgemeinen schwimmende Kugel genannt, weisen im allgemeinen bessere Dichtungsverhältnisse, aber schlechteres Drehmomentverhalten auf als sogenannte gelagerte Kugelhähne.

Die besseren Dichtungsverhältnisse bei schwimmender Kugel, ergeben sich aus den höheren Flächendrücken an den Dichtflächen, während die hohen Drehmomente auf den größeren Reibradius (Verhältnis von Kugeldurchmesser zu Zapfendurchmesser) zurückzuführen sind.

Das Kriterium bei Betätigung von Armaturen ist das sogenannte Losbrechmoment. Dieses verhältnismäßig hohe Drehmoment tritt beim öffnen der Armatur auf. Es ist u.a. abhängig von der Standzeit der Armatur unter einseitigem Druck. Die Höhe dieses Losbrechbzw. Haftmomentes ist je nach Konstruktionsprinzip und Beschaffenheit der Gleitflächen 2 bis 5 mal so hoch wie das Gleitmoment der Armatur, das nach dem Losbrechen bis zum Druckausgleich, d.h. bis zum Freigeben des Durchflusses, zum Drehen der Kugel erforderlich ist. Das Drehmoment, das nach dem Druckausgleich bis zum vollen öffnen der Armatur erforderlich ist (Leerlaufmoment), beträgt nur noch 5 bis 15£ des Haftmomentes.

Diese Erscheinung beruht auf dem bekannten Unterschied zwischen Haftreibung und Gleitreibung.

Da Armaturen oft unter vollem Differenzdruck nach längeren Standzeiten mit entsprechend hohem Haftreibungskoeffizienten geschaltet werden müssen, ergibt sich, daß alle Betätigungsorgane, wie Handhebel, Schaltgetriebe, elektrische, hydraulische und pneumatische Antriebe für das hohe Losbrechmoment nach langer Standzeit ausgelegt werden müssen.

Für die vorliegende Erfindung ist die Erkenntnis bzw. die Kenntnis von der Tatsache wesentlich, daß das Haft- bzw. Losbrechmoment in seiner Größe otandzeitabhängig ist. Ohne längere Standzeit bildet sich die Haftreibung nicht aus und das Losbrechmoment entspricht im wesentlichen dem Gleitmoment des Hahnes. Wenn daher ein Kugelhahn geschaffen werden kann, bei dessen Betätigung das Losbrech- bzw. Haftmoment im wesentlichen gleich dem Gleitmoment ist, so können die zugehörigen Betätigungs-

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organe berhältnismäßig klein dimensioniert werden, was die Herstellung von Kugelhähnen wesentlich vereinfachen würde. Hierbei ist zu beachten, daß beispielsweise Kugelhähne Nenndurchmesser in der Größenordnung von einem Meter haben können, und daß die erforderlichen Kräfte zur Überwindung der Haftreibung in der Größenordnung von 1 Mp liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Betätigungsorgane kleiner ausgebildet sein können bzw. bei dem das Losbrechbzw. Haft^moment nur unwesentlich größer als das Gleitmoment ist.

Dies wird durch einen Kugelhahn gemäß der Erfindung geschaffen, wobei unterschiedliche Ausführungsformen in den als Anlage beigefügten Patentansprüchen gekennzeichnet sind.

Für den Kugelhahn gemäß der Erfindung in seinen unterschiedlichen Ausführungsformen ist wesentlich, daß vor dem eigentlichen Drehvorgang der Kugel der Kugel eine Bewegung erteilt wird, welche nicht in der Richtung der Drehbewegung zwischen der Offen- und Schließstellung stattfindet. Zwar handelt es sich hierbei um eine verhältnismäßig kleine von der eigentlichen Drehbewegung abweichenden Bewegung, sie führt im Ergebnis jedoch dazu, daß bei der nachfolgenden eigentlichen Drehbewegung der Kugel wesentlich kleinere Momente erforderlich sind, als dies bislang der Fall war. Versuche haben gezeigt, daß das dann erforderliche Drehmoment in der Größenordnung des Gleitmoments liegt, d.h. etwa um den Faktor 5 kleiner ist als das sonst zu erwartende Losbrech- bzw. Haftmoment.

Durch die dem Öffnungsvorgang des Kugelhahn unmittelbar vorausgehende Bewegung bzw. Drehbewegung der Kugel, wird die zum Aufbau des Haftreibmomentes erforderliche Standzeit unterbrochen und zum öffnen der Armatur ist nur das wesentlich geringere Gleitreibmoment zu überwinden.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Teilquerschnittsansicht durch einen Kugelhahn gemäß der Erfindung.

Fig. 2 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von Kugelhähnen gemäß der Erfindung, wobei es sich hierbei um. Teilansichten handelt, die in Richtung von A-B nach Fig. 1 erhalten werden.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 1 eines Kugelhahns"gemäß der Erfindung gezeigt, wobei dieses Gehäuse eine ZulaufÖffnung 2 und eine Ablauföffnung 3 aufweist. Im Inneren des Gehäuses befindet sich eine Kugel h, welche in Ringen 5 und 6 schwimmend gelagert ist, so daß die Kugel ²J um die Drehachse 9 Drehbewegungen ausführen kann, so daß in der gezeigten Stellung eine Verbindung zwischen ZulaufÖffnung 2 und Ablauföffnung 3 vorhanden ist, wohingegen in einer um 90° veränderten Stellung der Kugel ^J die Zulauföffnung 2 nicht mit der Ablauföffnung 3 in Verbindung ist.

Die Kugel ¹J weist einen Schlitz 7 auf, in welchen ein Teil 8 eines Mitnehmers 10 hineinragt. Der Mitnehmer 10 ist durch nicht gezeigte Mittel um die Achse 9 drehbar.

In den Fig. 2 und 3 ist eine erste Ausführungform eines Kugelhahns gemäß der Erfindung gezeigt. Wesentlich für diese Ausführungsform ist, das der in den Schlitz 7 hineinragende Teil 8 des Mitnehmers 10 im wesentlichen eine kfeilform aufweist. Im Gegensatz zu bislang bekannten Kugelhähnen ist der Teil 8 so ausgebildet, daß seine Längsseiten zu-einanderV parallel

bei bekannten Hahnen

sind. Darüber hinaus ist der Teil 8 mit möglichst engen Toleranzen in den Schlitz 7 der Kugel ¹J eingepaßt.

Fig. 2 zeigt die Lage der Kugel 4 und des Teils 8 unmittelbar zu Beginn eines Betätigungsvorgangs. Zu diesem Zeitpunkt liegt die eine Langfläche des Keils 8 an der einen Seite des

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Schlitzes 7 an und durch Drehung des Teils 8 um die Drehachse 9 wird auf die Kugel eine Kraft P₁ ausgeübt. Da die gegenüberliegende Fläche des Teils 8 nicht an der entsprechenden Begrenzungsfläche des Schlitzes 7 anliegt, kann kein Drehmoment auf die Kugel 4 ausgeübt werden, welches eine Drehung der Kugel 4 um die Drehachse 9 hewirken könnte. Stattdessen wird durch die Kraft P₁ eine Drehung um die Achse 19 ausgeübt,so daß der linke Teil der Kugel 4 aus der Zeichenebene nach unten gedreht wird, wohingegen der rechte Teil der Kugel ¹J aus der Zeichenebene nach oben gedreht wird. Die Achse 19 ist in der Fig. 1 ebenfalls dargestellt, sie steht im vorliegenden Fall senkrecht zur Achse 9.

Nach einer verhältnismäßig kurzen Drehung der Kugel H um die Achse 19 gelangt die eine Langfläche des Teils 8 an die Begrenzungsfläche des Schlitzes 7. Zu diesem Zeitpunkt wird auf die Kugel an der einen Seite der Langfläche des Schlitzes 7 eine Kraft P^ und symmetrisch zu dieser eine entgegengesetzt gerichtete Kraft Pg an der gegenüberliegenden Langfläche des Schlitzes 7 ausgeübt. Aufgrund dieses Kräftepaares wird eine Drehbewegung auf die Kugel ¹J um die Achse 9 ausgeübt, so daß die Kugel ¹J (Fig. 3) aus der einen in die andere Stellung ( in unterbrochenen Linien gezeigt) gedreht werden kann.

Bei der Kraft P. handelt es sich um eine verhältnismäßig kleine Kraft, nämlich diejenige Kraft, die erforderlich ist, um später das Gleitmoment der Kugel 4 zu erzeugen.

In den Fig. H und 5 ist eine weitere Ausfuhrungsform eines Kugelhahnes gemäß der Erfindung gezeigt. In diesem Fall weist der Mitnehmer 10 eine Platte 11 auf, welche im wesentlichen eine längliche Form hat, wobei symmetrisch zur Drehachse 9 der Platte 11 Bohrungen 12 und 13 mit gleich großem Durchmesser vorgesehen sind.

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Von der Kugel 4 stehen zwei Stifte 14 und 15 hervor, welche im wesentlichen zu den Lagen der Bohrungen 12 und 13 ausgerichtet sind.

Der Stift 14 ist in die Bohrung 12 eingepaßt, wohingegen der Stift 15 kleiner als die Bohrung 13 ist.

Dementsprechend wird bei Drehung der Platte 11 um die Achse 9 zunächst eine Kraft auf die Kugel 4 ausgeübt, so daß diese sich um die Achse 19 dreht. Erreicht der Stift 15 die Begrenzung der Bohrung 13 (Fig. 5) wird ein Drehmoment auf die Kugel 4 ausgeübt, so daß sich diese um die Achse 9 dreht.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Kugelhahns gemäß der Erfindung. In dem Schlitz 7 ist in diesem Fall ein Teil/des Mitnehmers 10 angeordnet, welcher wesentlich kleiner als der Schlitz 7 ist. Der verbleibende Raum ist durch eine plattenförmige Feder 16 ausgefüllt. Die Feder 16 ist dabei so ausgelegt, daß beim Schalten der Armatur nach dem Losbrechen ein Zusammendrücken der Feder 16 nicht mehr stattfindet. Beim Auftreten eines wesentlich über dem Laufmoment liegenden Losbrechmoment, muß die Feder jedoch nachgeben. Dies wird dadurch erreicht, daß sich die Kugel um die Achse 19 dreht, bis das Losbrechmoment überwunden ist, dann jedoch bei dem niedrigen Drehmoment durch die Feder 16 in eine um die Achse 9 drehende Bewegung gebracht wird, bis die Anlage am Mitnehmer wieder hergestellt worden ist, um dann der normalen Bewegung des Mitnehmers zu folgen.

Anstelle des keilförmigen Teiles 8 kann irgendein Exzenter verwendet werden, welcher in der Lage ist, auf die Kugel 4 eine Drehbewegung in einer ersten Richtung zu erzeugen und bei weiterer Drehung dieses Teils eine Drehung in einer zweiten Richtung erzeugt, wobei diese Drehrichtungen vorzugsweise zueinander senkrecht stehen.

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S-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

(1. Kugelhahn, bestehend aus einem Gehäuse mit Zulauf- und Äülauföffnung für ein Medium, einer im Gehäuse in zwei Ringen schwimmend gelagerten durchbohrten Kugel, die in ihrer einen Drehstellung Zulauf und Ablauf verbindet und in ihrer anderen Drehstellung Zulauf und Ablauf unterbricht, . und aus einem drehbaren mit der Kugel im Dreheingriff angeordneten Mitnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der in einen Schlitz (7) der Kugel (¹O hineinragende Teil (8) des Mitnehmers (10) in seinem Querschnitt zu seiner Drehachse (9) asymmetrisch ausgebildet ist.
2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer in Form eines Keiles, Exzenters oder dgl. ausgebildet ist.
3· Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Langfläche des Keils (8) des Mitnehmers (10) zur anderen Langfläche geneigt ist, insbesondere etwa in einem Verhältnis von 1:100.
4. Kugelhahn, bestehend aμs einem Gehäuse mit Zulauf- und Ablauföffnung für ein Medium, einer im Gehäuse in zwei Ringen schwimmend gelagerten durchbohrten Kugel, die in ihrer einen grehstellung Zulauf und Ablauf verbindet und in ihrer anderen. Drehstellung Zulauf und Ablauf unterbricht^und aus einem drehbaren mit der Kugel im Dreheingriff angeordneten Mitnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (7) in der Kugel (¹O in seinen Abmessungen in Bezug auf die Drehachse (9) des Mitnehmers (10) asymmetrisch ausgebildet ist.
5. Kugelhahn nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Langflächen des Schlitzes (7) mit nicht zueinander parallelen Seitenflächen ausgebildet sind.
6. Kugelhahn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen des Schlitzes zueinander eine Neigung von vorzugsweise 1:100 aufweisen.

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ORiQlMAL INSPECTED
7. Kugelhahn nach einem der Ansprücge 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem in dem Schlitz (7) der Kugel (4) hineinragenden Teil (8) des Mitnehmers (10) im Schlitz eine plattenförmige Feder (16) angeordnet ist.
8.Kugelhahn, bestehend aus einem Gehäuse mit Zulauf- und Abläuföffnung für ein Medium, einer im Gehäuse in zwei Ringen schwimmend gelagerten durchbohrten Kugel, die in ihrer einen Drehstellung Zulauf und Ablauf verbindet und in ihrer anderen Drehstellung Zulauf und Ablauf unterbricht und aus einem drehbaren mit der Kugel im Dreheingriff angeordneten Mitnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (10)\ einem plattenförmigen Teil (11) mit zwei Bohrungen (12,13) und die Kugel (4) mit zwei Stiften (I¹I und 15) ausgebildet sind, und daß eine Bohrung (12 oder 13) und/oder ein Stift (13 oder 14) in Bezug auf die Drehachse (9) des Mitnehmers (10) asymmetrisch angeordnet ist/ sind.
9. Kugelhahn, bestehend aus einem Gehäuse mit Zulauf-und Ablauföffnung für ein Medium, einer im Gehäuse in zwei Ringen schwimmend gelagerten durchbohrten Kugel, die in ihrer einen Drehstellung Zulauf und Ablauf verbindet und in ihrer anderen Drehstellung Zulauf und Ablauf unterbricht,und aus einem drehbaren mit der Kugel im Dreheingriff angeordneten Mitnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (10) mit einem plattenförmigen Teil (11) mit zwei zur Drehachse (9) des Mitnehmers (10) symmetrisch angeordneten Bohrungen (12,13) ausgebildet ist, der mit von der Kugel (4) vorstehenden Stiften (14,15) in Dreheingriff angeordnet ist, von denen ein Stift (14) in seinen Abmessungen der Bohrung (12) entspricht und von denen der andere Stift (15) kleiner als die Bohrung (13) ausgebildet ist.

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