DE2917200A1 - Kugelhahn - Google Patents

Kugelhahn

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DE2917200A1
DE2917200A1 DE19792917200 DE2917200A DE2917200A1 DE 2917200 A1 DE2917200 A1 DE 2917200A1 DE 19792917200 DE19792917200 DE 19792917200 DE 2917200 A DE2917200 A DE 2917200A DE 2917200 A1 DE2917200 A1 DE 2917200A1
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DE
Germany
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ball
mold
ball valve
polyurethane
cast
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Withdrawn
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DE19792917200
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English (en)
Inventor
Michael Graham Richards
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/06Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks
    • F16K27/067Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks with spherical plugs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/06Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0657Particular coverings or materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Taps Or Cocks (AREA)

Description

  • 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.

Claims (10)

  1. Kugelhahn PATENTANSPRÜCHE ro 1./ Kugelhahn, gekennzeichnet durch eine Kugel (10); einen Körper (17), der in dichtenden Eingriff mit der Kugel (10) gegossen ist; und einen Einlaßkanal (19) und einen Auslaßkanal (20), wobei jeder Kanal (19,20) geeignet ist, in Eingriff mit einer Leitung zu stehen, und in Verbindung mit der Kugel (10) ist.
  2. 2. Kugelhahn, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus synthetischem Kautschuk gebildet, und einstückig um die Kugel (10) herumgegossen ist.
  3. 3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kugel (10) härter ist als das Material des Körpers.
  4. 4. Hahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (10) aus Nylon gebildet ist; und der Körper (17) aus Polyurethan gebildet ist.
  5. 5. Hahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Kugel (10) gleich oder größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Körpers (17) ist.
  6. 6. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen integrierten Zapfen (12) an der Kugel (10); wenigstens einem hinterdrehten bzw. verjüngten Teil (16) rund um den Zapfen (12); einen mit dem Körper (17) integrierten Dichtring (24), der in dichtendem Eingriff mit dem verjüngten Teil (16) steht.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Kugelhahnes mit einem Körper und einer Kugel, gekennzeichnet durch die Verfahrensstufen: (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 dichtenden Eingriff mit der Kugel gegossen wird; (e) Abkühlen der Gießform; (f) Herausnehmen des Kugelhahns aus der Gießform.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, gegennzeichnet durch den Verfahrensschritt: der Nachhärtung des Körpers in der Gießform bei einer Temperatur über der Gießtemperatur, zwischen den Verfahrensschritten (d) und (e).
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Verfahrensstufe (c) die Gießform erwärmt wird, damit sich die Kugel ausdehnt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel aus Nylonmaterial besteht und auf ungefähr 1000 Celsius erwärmt wird.
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