DE3205025A1 - Hohlraumfreier kugelhahn - Google Patents

Description

Hohlraumfreier Kugelhahn

Die Erfindung bezieht sich auf einen hohlraumfroien Kugelhahn mit einem eine Durchbohrung aufweisenden Gehäuse, in dem eine einen Durchgang aufweisende Kugel drehbar gelagert ist, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Schaltwelle, welche mit der Ab sperrkugel in Dreheingriff steht, und einem schalenartigen Ring aus abdichtendem Material auf jeder Seite der Kugel, die den Hohlraum zwischen Kugel und Gehäuse ausfüllt.

Ein derartiger Kugelhahn ist bekannt, (DE-GM 7 918 227). Die Hohlräume im Kugelhahngehäuse werden durch zwei Schalen, welche die Kugel auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse umschließen, ausgefüllt. Die schalenartigen Ringe bestehen aus einem Dichtungsmaterial, so daß eine ausreichende Dichtung

Europonn Patent Attorney» Zugolansent· Vertreter helm KtireipiiiMcheri Pmeiiinmt Deutf:c-hi< Bank AO Ilnnibury, Nr. ΟΠ/2Β4Ο7 (ΗΙ,Ζ ÜOCJ 7Cl> 00>- · l\>slH<)wck I lnmluii-μ L'H-lil.2()(!

-η"

zwischen Kugel und Hahngehäuse stattfindet. Als Dichtungsmaterial bietet sich z.B. Polytetrafluorethylen oder ein ähnliches Dichtungsmaterial an. Die bekannte Konstruktion ist sowohl für um eine feste Achse drehbar gelagerte als auch für schwimmend gelagerte Kugeln anwendbar.

Der bekannte Kugelhahn trägt der Forderung Rechnung, daß Toträume in Armaturen, in denen Medium hängen bleiben kann, zu vermeiden sind. Diese Gefahr ist bei anderen herkömmlichen Kugelhähnen gegeben. Mediumablagerungen zwischen Kugel und Hahngehäuse können jedoch zu Produktvermiscnungen nach dem Molchen oder nach Rohrleitungsspülungen führen.

Dichtungen in Kugelhähnen unterliegen einem Verschleiß. Vor allem wenn sich Verunreinigungen im Dichtsitz sammeln und die Kugel beschädigen, kommt es leicht zu Undichtigkeiten. In solchen Fällen muß die Dichtung ausgewechselt werden. Bei dem bekannten hohlraumfreien Kugelhahn ist damit der Nachteil verbunden, daß die gesamte Kugelhalbschale ausgetauscht werden muß..Insbesondere bei teurem Dichtungsmaterial ist ein solcher Austausch materialaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hohlraumfreien Kugelhahn zu schaffen, der eine gute Anpassung an hohlraumfüllende und abdichtende Eigenschaften des zu verwendenden Dichtungsmaterials ermöglicht bei gleichzeitig mindestmöglichem Aufwand beim Austausch infolge Dichtungs-

verschleiß.

Diese Aufgabe wird erfrindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Ring aus einem inneren Ringelement und einem äußeren Ringelement besteht.

Während beim herkömmlichen Kugelhahn auf jeder Seite eine Kugelschale verwendet wird, welche den Hohlraum zwischen Kugel und Hahngehäuse ausfüllt, sieht die Erfindung eine Zweiteiligkeit vor dergestalt, daß zwei Kugelschalen verwendet werden, von denen eine überwiegend Dichtungsfunktion übernimmt. Wird infolge Verschleiß die Dichtung unbrauchbar, braucht dann lediglich das betreffende Ringelement ausgewechselt zu werden, während das übrige, hohlraumausfüllende Ringelement verbleibt. Dadurch wird eine erhebliche Materialersparnis erzielt.

Wie erwähnt, ist das äußere Ringelement vorzugsweise das Dichtelement. Es wird daher nach einer Ausgestaltung der Erfindung aus Dichtungsmaterial hergestellt. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das innere Ringelement aus einem haltbaren, reibungsarmen Material besteht. Die Zweiteiligkeit hat daher den besonderen Vorteil, daß das für den jeweiligen Anwendungsfall bevorzugte Dichtungsmaterial verwendet werden kann, dessen Eigenschaften durchaus verschieden sein können von denen, die für die Hohlraumausfüllung notwendig sind. Als Beispiele für Dichtungsmaterial seien angeführt Polyamid, Kohlegrafit, Metalle usw.

Als Beispiel für hohlrauraausfüllende Ringelemente Polytetrafluorethylen, gesintertes Polytetrafluorethylen usw.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Außendurchmesser des äußeren Ringelements dem Innendurchmesser des inneren Ringelements entspricht und die Ringelemente teilweise ineinander angeordnet sind. Die Ringelemente sind zweckmäßigerweise ihrerseits in entsprechenden ringförmigen Ausnehmungen im Hängehäuse angeordnet. Auf diese Weise wird besonders wirksam eine Hohlraumausfüllung erhalten.

Die beim erfindungsgemäßen Kugelhahn vorgesehene Zweiteiligkeit der den Hohlraum ausfüllenden Schale hat ferner den Vorteil, daß der äußere Dichtring über eine Federanordnung gegen die Kugel vorgespannt sein kann. Es kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorteilhaft sein, daß eine : Feder v/ahlweise oder zusätzlich das . innere Ringelement vorspannt. Eine solche Forderung ist insbesondere bei metallischen Ringelementen von Bedeutung, um gegen Verschleiß und geringe Spalteinschlüsse und Änderungen durch thermische Wechselspannungen zwischen Kugel und Halbschale optimal abzudichten. Die Vorspannung erfolgt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise über einen Druckring, der seinerseits gegen den Dichtring anliegt. Der Druckring kann mittels eines O-Rings oder einer ähnlichen Dichtung seinerseits gegenüber dem Hohlraum abgedichtet sein.

Bei einer Vorspannung des inneren Ringelements sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Druckring auf der dem inneren Ringelement zugekehrten Seite im Querschnitt keilförmig ist und der Druckring über zwei Keildichtungen gegen das innere Ringelement anliegt. Die innere Keildichtung dichtet den Druckring gegenüber dem Druckring für das äußere Ringelement ab,währenddie äußere Keildichtung eine Abdichtung gegenüber dem Hahngehäuse vornimmt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kugelhahns nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einer Darstellung zwei Alternativen einer weiteren Ausführungsform des Kugelhahns nach der Erfindung.

Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten näher eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der gezeigten und beschriebenen Merkmale für sich oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeutung ist.

In Fig. 1 erkennt man ein kompaktes einteiliges Gehäuse 1 für einen Kugelhahn, dessen Kugel mit 2 bezeichnet ist, die einen

Durchgang 10 besitzt. Auf gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses 1 sind Ringausnehmungen 11, 12 geformt zur Aufnahme entsprechender Dichtringe. Die Stirnflächen der Ausnehmungen 11 und 12 weisen Gewindebohrungen 13 bzw. 14 auf.

Es versteht sich, daß;beidseitig des kompakten Gehäuses 1 Befestigungsflansche angebracht sein können, um den Hahn auf Normlänge, falls gewünscht, zu bringen.

Eine Schaltwelle 3 ist mittels zweier axial beabstandeter Dichtungen 7 und 7a drehbar und dichtend im Gehäuse 1 gelagert. Ein Zapfen 15 am unteren Ende steht in Eingriff mit einem Schlitz der Kugel 2, um eine Drehverbindung herzustellen. Ein die Schaltwelle 3 umgebender Distanzring 8 ermöglicht die Befestigung eines Handhebels 16 mittels zweier Schrauben 17, 18 in bekannter Weise. Ein Bund 3a der Schaltwelle, der mit der unteren Dichtung. 7a zusammenwirkt, ist an der betreffenden Seite leicht gewölbt.

Die Durchbohrung des Kugelhahngehäuses ist mehrfach gestuft. Der Bohrungsabschnitt am in Fig. 1 linken Ende, welcher mit 19 bezeichnet ist, entspricht im Durchmesser dem Durchgang 10 der Kugel 2. Ein sich über eine axiale Ringnut 20 daran anschließender Abschnitt 21 weist einen größeren Durchmesser auf. An diesen schließt sich der Abschnitt 22 mit noch größerem Durchmesser an, wobei der Übergang zwischen den Bohrungsab-

7.

schnitten 21 und 22 über eine radiale Ringschulter erfolgt. Der Bohrungsabschnitt 22 erstreckt sich symmetrisch beidseitig- der Drehachse 24 des Kugelhahns und geht über eine Ringschulter über in eine Gewindebohrung 26 noch größeren Durchmessers. In die Gewindebohrung 26 ist ein Ringflansch 9 ein-

geschraubt, dessen axialer Abschnitt über einen Dichtring 4 gegen die radiale Ringschulter anliegt und dabei bündig mit der Stirnfläche des Gehäuses 1 abschließt. Der radiale Abschnitt des Ringflansches 9 besitzt eine axiale Ringnut 27, welche entsprechend der Ringnut 20 auf der gegenüberliegenden Seite ausgebildet und symmetrisch zu diesen angeordnet ist. Im übrigen bildet der Ringflansch 9 mit entsprechenden Abschnitten symmetrisch zu den Bohrungsabschnitten 19 und 20 symmetrische Bohrungsabschnitte.

In den Ringnuten 20 und 27 sind Dichtringe 23a, 24a angeordnet, die dichtend mit der Kugel 2 zusammenwirken. Die Dichtringe 23a, 24abestehen z.B. aus Polyamid, Kohlegraphit, Metalllegierung usw. In den Bohrungsabschnitt 22 und dem dazu entsprechenden Bohrungsabschnitt auf der anderen Seite der Achse 24 sind Ringelemente 30, 31 angeordnet, welche kugelschalenförmig die Bohrungsabschnitte ausfüllen. Die Kugelschalen 30, 31 haben radial innen einen axialen Abschnitt mit einem Durchmesser, der dem Außendurchmesser der Dichtelemente 23a, 24a entspricht. Letztere sitzen daher teilweise innerhalb der Schalen 30, 31. Die Kugelschalen 30, 31 passen sich mit ihrer Innenkontur der Außenkontur der Kugel 2 an. Mit Hilfe des

r 9

- 40,

Ringflansches 9 werden die Dichtelemente 23a, 24a und Kugelschalen 30, 31 fest gegeneinander verspannt, so daß die Kugel 2 spielfrei schwimmend gelagert ist und eine Dichtung auf beiden Seiten unabhängig von der Druckrichtung des Mediums stattfindet.

In den Umfangsrändern der Schalen 30, 31 sind Ausnehmungen vor gesehen, die eine Ausnehmung 28 bilden für den Durchtritt des Zapfens 15. Im übrigen ist der gesamte Zwischenraum zwischen Kugel 2 und Gehäuse 1 ausgefüllt, so daß Toträume, in die Medium eindringen kann, ausgeschlossen sind und dementsprechend nicht zur Verunreinigung eines Folgeproduktes führen.

Durch einfaches Lösen des Flanschrings 9 ist das Innere des Hahngehäuses zugänglich und die Dichtringe 23a, 24a können bei Verschleiß ausgetauscht v/erden. In diesem Fall können die Kugelschalen 30, 31, welche z.B. aus Polytetrafluorethylen oder gesintertes Polytetrafluorethylen bestehen, verbleiben. Die Kugelhalbschalen 30, 31 sind an den aneinanderstoßenden Bereichen abgeschrägt, wie bei 32 gezeigt, um ein dichtes Ineinandergreifen und Ausfüllen des Hohlraums zu erzielen.

In Fig. 2 sind zwei verschiedene Ausführungsmöglichkeiten in einer einzigen zeichnerischen Darstellung vereinigt. Oberhalb der Achse 33 ist dargestellt, wie der Dichtring 23a gegen die Kugpl 2 vorgespannt ist (im übrigen sind alle Teile, die denen nach Fig. 1 gleichen, mit den gleichen

Bezugszeichen versehen). Zu diesem Zwecke sind in einzelnen Bohrungen Schraubenfedern angeordnet, von denen eine bei 34 dargestellt ist. Die Schraubenfedern 34 wirken auf einen Druckring 35 in einer zur Kugel 2 geöffneten Ringnut. Der Druckring 35 seinerseits ist mittels eines O-Rings 3 6 in der Ringnut abgedichtet, so daß kein Medium in die die Feder 34 aufnehmende Bohrung eintreten kann.

Bei der Ausführungsform unterhalb der Achse 33 entspricht die Vorspannung des Dichtrings 23aderjenigen, wie sie zuvor beschrieben wurde. Ferner ist ein Druckring 3 7 vorgesehen, der in einer zur Kugel 2 geöffneten Ringhut passend sitzt und auf der der Kugel 2 zugekehrten Seite im Querschnitt keilförmig ist. Der Druckring 37 wirkt über zwei keilförmige Dichtringe 38, 39 auf die Halbschale 30. Der Druckring 37 seinerseits wird mit Hilfe von mehreren Schraubenfedern, von denen eine bei 40 gezeigt ist, beaufschlagt.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Abdichtung eines hohlraumfreien Kugelhahns nicht beschränkt ist auf eine Absperrarmatur, sondern in gleicher Weise für Mehrwege-Kugelhähne Verwendung finden kann.

.../10

Claims (8)

1. Ansprüche

   (1.j Hohlraumfreier Kagelhahn mit einem eine Durchbohrung aufweisenden Gehäuse, in dem eine einen Durchgang aufweisende Kugel drehbar gelagert ist, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Schaltwelle, welche mit der Absperrkugel in Dreheingriff steht, und einem schalenartigen Ring aus abdichtendem Material auf jeder Seite der Kugel, die den Hohlraum zwischen Kugel und Gehäuse ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring aus einem inneren Ringelement (30, 31) und einem äußeren Ringelement (23a,24a) besteht.
2. 2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   der Außendurchmesser des äußeren Ringelements (23a, 24a) dem Innendurchmesser des inneren Ringelements (3 0, 31) entspricht und die Ringelemente teilweise ineinander angeordnet sind.
3. 3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ringelement (23a,24a) aus Dichtungsmaterial besteht.
4. 4. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ringelement (30, 31) aus einem haltbaren, reibungsarmen Material besteht.

   .../11
5. 5. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Dichtring (23a) über eine Federanordnung (34) gegen die Kugel (2) vorgespannt ist.
6. 6. Kugelhahn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (34) einen Druckring (35) vorspannt, der seinerseits gegen den Dichtring (23a) anliegt.
7. 7. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise oder zusätzlich eine Federanordnung (40) das innere Ringelement (30) vorspannt.
8. 8. Kugelhahn nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (37) auf der dem inneren Ringelement (30) zugekehrten Seite im Querschnitt keilförmig ist und der Druckring über zwei Keildichtungen (38, 39) gegen das innere Ringelement (30) anliegt.