-
BESCHREIBUNG
-
Die Erfindung betrifft Kugelhähne, das heißt, Absperrorgane, in welchen
eine drehbare Kugel, die mit einer diametralen Bohrung versehen ist, so betätigt
werden kann, daß sie eine selektive Verbindung zwischen einem Eingangs- und einem
Ausgangskanal im Körper des Absperrorgans herstellt. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung derartiger Kugelhähne.
-
Es gibt verschiedene Ausführungen von Kugelhähnen. Diese Absperrorgane
umfassen unter anderem einen Hahnenkörper, der aus wenigstens zwei getrennten Teilen,
einer Kugel, einem Ventilfuß, der im weiteren als Spindel bezeichnet wird, und Dichtungen
zum Abdichten der Kugel gegen den Körper besteht. Ein verhältnismäßig einfacher
Kugelhahn von 5 cm Durchmesser kann beispielsweise aus etwa 20 Bauteilen bestehen,
wobei alle diese Bauteile getrennt hergestellt werden müssen, bevor man den Hahn
zusammenbauen kann. Durch diese große Anzahl von Bauteilen werden die Kugelhähne
teuer und deren Herstellung und Zusammenbau zeitaufwendig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kugelhahn zu schaffen, der aus
einer minimalen Anzahl von Bauteilen besteht und daher einfach und billig erzeugt
werden kann.
-
Vorzugsweise soll ein Kugelhahn geschaffen werden, dessen Körper einstückig
gegossen wird.
-
Ferner soll ein Kugelhahn geschaffen werden, dessen Körper aus einem
elastischen Werkstoff besteht, und dichtend mit einem verhältnismäßig großen Oberflächenbereich
der Kugel in Eingriff steht.
-
Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelhahns
geschaffen werden.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Kugelhahn gelöst, der gemäß der Erfindung
gekennzeichnet ist durch eine Kugel, einen Körper, der in dichtenden Eingriff mit
der Kugel gegossen ist, und einen Einlaßkanal
und einen Auslaßkanal,
wobei jeder Kanal geeignet ist, in Eingriff mit einer Leitung zu stehen, und in
Verbindung mit der Kugel ist.
-
Das Verfahren zur Herstellung eines Kugelhahns mit einem Körper und
einer Kugel ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
(a) Anbringen der Kugel in einer Gießform; (b) Einführen und Befestigen von Kernstücken
in der Gießform, die geeignet sind, einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal in Verbindung
mit der Kugel zu bilden; (c) Erwärmen der Gießform; (d) Erwärmen des Körpermaterials
und Eingießen des Körpermaterials in die Gießform, so daß der Körper in dichtendem
Eingriff mit der Kugel gegossen wird; (e) Abkühlen der Gießform; (f) Herausnehmen
des Kugelhahns aus der Gießform.
-
Der Körper wird vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff wie ein
synthetischer Kautschuk einstückig gegossen Als synthetischer Kautschuk wird vorzugsweise
Polyurethan verwendet. Die Kugel ist vorzugsweise mit einer integrierten Spindel
bzw. Zapfen versehen und kann einen integrierten Handgriff umfassen. Der Werkstoff
der Kugel ist vorzugsweise härter als der Werkstoff des Körpers, wobei die Kugel
aus Nylon gefertigt sein kann.
-
Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Kugel ist vorzugsweise gleich
oder größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Körpers.
-
Die Spindel bzw. der Zapfen weist vorzugsweise einen ausgenommenen
Teil entlang seines Umfanges auf, und der Körper hat integrierte Dichtringe in dem
ausgenommenen Teil, die mit dem ausgenommenen Teil dichtend in Eingriff stehen.
-
Zur Durchführung des Verfahrens ist die Form vorzugsweise so gestaltet,
daß sie dem Äußeren des Körpers entspricht.
-
Die Kernstücke werden vorzugsweise in die Bohrung der Kugel eingeführt.
-
Die Form wird vorzugsweise in einem Ofen auf etwa 1000 Celsius erwärmt,
um die Ausdehnung der Kugel zu bewirken.
-
Vorzugsweise wird der Körperwerkstoff, vorzugsweise Polyurethan, vor
dem Eingießen in die Form auf seine kritische Temperatur erwärmt.
-
Der Körper wird vorzugsweise in einem Ofen während einer kurzen Zeit
bei einer Temperatur oberhalb der Gießtemperatur nachgehärtet.
-
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht des Kugelhahns, teilweise im Schnitt; Fig. 2 eine Seitenansicht
der Kugel und der Spindel des Hahns; Fig. 3 eine Frontansicht der Kugel und der
Spindel der Fig. 2; Fig. 4 eine Draufsicht der Kugel und der Spindel der Fig. 2;
und Fig. 5 eine Seitenansicht, die eine modifizierte Ausführungsform des Kugelhahns
der Fig. 1 zeigt, wobei dieser in einem metallverstärkten Gehäuse montiert ist,
teilweise im Schnitt.
-
Die Kugel 10 ist im wesentlichen von runder Gestalt, und weist eine
durchgehende zylindrische Bohrung 11 auf. Die Spindel bzw. der Zapfen 12
in
einem Stück mit der Kugel, hat eine verjüngten Oberteil 13 mit parallelen Seitenflachen
14. Der Oberteil 13 ist zur Befestigung mittels einer nicht gezeigten komplementären
Öffnung in einem Handgriff 15 geeignet. Ein Paar hinterdrehter Rillen 16 sind um
den Zapfen 12 ausgebildet.
-
Die Kugel 10 und der Zapfen 12 werden im Spritzgußverfahren aus Nylonmaterial
(Polyamidmaterial) hergestellt. Der Körper 17, der aus Polyurethan gegossen ist,
weist eine Kugelkammer 18 auf, die in dichtendem Eingriff mit der Kugel 10 steht.
-
Der Einlaßkanal 19 und der Auslaßkanal 20 sind mit Bohrungen 21 bzw.
22 versehen, die in Verbindung mit der Kugel 10 stehen. Die Bohrungen 21, 22 sind
abgestuft, und ihre vergrößerten äußeren Teile sind zur abdichtenden Aufnahme und
zum Eingriff der äußeren Wand einer nicht gezeigten Einlaß leitung bzw. Auslaßleitung
geeignet. Nicht gezeigte Klammern können rund um den Einlaßkanal 19 und den Auslaßkanal
20 vorgesehen sein, um die Dichtigkeit der Verbindung mit der Einlaß leitung bzw.
der Auslaßleitung zu verbessern. Ein Ansatz 23, der sich von der Kugelkammer 18
weg erstreckt, umgibt eng und dichtend den inneren Teil des Za-pfens 12 und im Ansatz
23 integrierte Dichteinrichtungen bzw. Dichtringe 24 stehen mit den Rillen 16 in
dem Zapfen 12 in dichtendem Eingriff.
-
Da Polyurethan ein elastischer Werkstoff ist, umgibt der Körper 17
die Kugel 10 eng, und bildet eine große Dichtfläche zwischen dem Körper 17 und der
Kugel 10. Sollte dennoch das Fluid rund um die Kugel 10 austreten, wird ein Entweichen
in die Atmosphäre durch die Dichtringe 24 verhindert, die durch das Fluid in stärkeren
dichtenden Eingriff mit den Rillen 16 in dem Zapfen 12 gezwungen werden. Sollte
trotzdem ein Entweichen stattfinden, kann eine Stopfbüchse rund um den Ansatz 23
montiert werden, und so eingestellt werden, daß das Entweichen aufhört.
-
Bei der Verwendung des Hahnes bzw. des Ventils in Hochdruckanwendungen,
oder in Anwendungen wie etwa in Gas- oder Wasserversorgungsnetzen, kann der Ventilkörper
17 durch ein verstärkendes
Gehäuse gestützt werden. Gemäß Fig. 5
weist ein Metallgehäuse einen Einlaßteil 25 und einen Auslaßteil 26 auf, die durch
geeignete Befestigungsmittel, zum Beispiel Muttern und Schrauben 27, aneinander
befestigt werden. Jeder Teil 25, 26 hat eine innere Bohrung 28, die den entsprechenden
Einlaßkanal 19 oder Auslaßkanal 20 eng umgibt und stützt. Die Endflansche 29 sind
mit geigneten nicht gezeigten Löchern versehen, die ermöglichen, daß das Gehäuse
an der Einlaßleitung und der Auslaßleitung befestigt werden kann.
-
Jeder der Teile 25, 26 umfaßt ebenfalls ein halbrundes Ansatzteil
30, das den Ansatz 23 auf dem Hahn eng umgibt und stützt.
-
Alternativ zu dem in Fig. 5 gezeigten Metallgehäuse kann der Ventilkörper
11 in glasfaserverstärkten Kunststoff, in armiertem Beton, oder ähnlichen Werkstoffen
eingebettet werden.
-
In gewissen Anwendungen, wo der Hahn sich unter der Erde befindet,
kann ein Verlängerungsstück vorgesehen sein, dessen eines Ende so geformt ist, daß
es in den Oberteil 13 des Zapfens 12 eingreift, so daß der Hahn von oben oder von
der Grundfläche aus bedient -werden kann.
-
Nun wird das Herstellungsverfahren des Hahns beschrieben.
-
Eine Gießschale wird vorbereitet, deren Formflächen so ausgeführt
sind, daß sie der gewünschten äußeren Gestalt des Hahn - körpers 17 entsprechen.
Die Kugel 10 und der Zapfen 12 werden in der Gießform in Position gebracht. An jedem
Ende der Gießform werden Kernstücke befestigt und werden in die Bohrung 11 in der
Kugel eingeführt, so daß sie die Einlaßbohrung 21 und die Auslaßbohrung 22 bilden.
Die Gießform wird in einem Ofen plaziert und wird so lange geheizt, bis die Kugel
10 und der Zapfen 12 auf eine Temperatur von ungefähr 1000 Celsius gebracht worden
sind, wobei sich bei dieser Temperatur die Kugel 10 und der Zapfen 12 ausgedehnt
haben.
-
Die Gießform wird aus dem Ofen herausgenommen, und Polyurethan, das
vorbereitet und auf seine kritische Temperatur aufgeheizt wurde,
wird-über
die Gießform in die Kugel 10 und ihren Zapfen 12 gegossen.
-
Die Gießform wird dann für kurze Zeit in einem Ofen plaziert, um das
Polyurethan nachzuhärten.
-
Die Gießform wird aus dem Ofen herausgenommen, auseinander genommen
und die Kernstücke herausgenommen, so daß der komplette Hahn zurückbleibt. Da die
Kugel und der Zapfen einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben als
Polyurethan, werden sie beim Abkühlen mehr zusammenschrumpfen, wodurch eine geringe
Entspannunq des Eingriffs zwischen der Kugel und dem Zapfen einerseits und dem Körper
andererseits geschaffen wird, so daß die Kugel und der Zapfen mit einem Minimum
an Drehkraft gedreht werden kann.
-
Da die Ausführungsform der Kugel, des Zapfens und des Körpers variiert
werden kann, um für die jeweilige Anwendung geeignet zu sein, zum Beispiel vergleiche
Figuren 1 und 5, schafft die vorliegende Erfindung einen Kugelhahn, der einfach
und billig herzustellen und für einen weiten Bereich von Anwendungen geeignet ist.
-
Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an den beschriebenen
Ausführungsformen gemäß der Erfindung vorgenommen werden.
-
Zum Beispiel kann die Kugel aus hartgradigem Polyurethan, Polytetrafluoräthylen
(P.T.F.E.) oder rostfreiem Stahl hergestellt werden. Gleichfalls kann der Körper
aus Nylon gebildet sein. Der Körper kann gegossen werden, zum Beispiel durch Gieß-
oder Spritzgußtechniken. In einer weiteren modifizierten Form, kann die Kugel aus
Nylon sein, und mit einer Umhüllung aus hartgradigem Polyurethan oder P.T.F.E. versehen
sein.
-
Soweit in der obigen Beschreibung von einem Hahn als Absperrorgan
die Rede ist, soll darunter selbstverständlich ein Ventil für verschiedenste Anwendungen
verstanden werden.