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Kugelhahngehäuse
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Die Erfindung betrifft ein einteiliges Kugelhahngehäuse aus metallischen
Werkstoff für Kugelhähne, die insbesondere in langer Bauweise oder in Normbaulänge
ausgeführt sind.
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Einteilige Gehäuse für Kugelhähne werden aus einem Gußteil, aus einem
Schmiedestück oder sofern es sich um Einzelferitigung oder Kleinserien handelt,
auch aus dem Vollen durch Zerspanung hergestellt. Auch sind Schweißausführungen
bekannt, bei denen das Gehäuse im Zentralbereich bzw. im Bereich zwischen den beiden
Anschlußseiten aus mehreren Teilen unterschiedlicher Wandstärken zusammengeschweißt
sind, wobei meist ein oder mehrere Teile vorher spanabhebend bearbeitet wurden.
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Die auf diese Weise gefertigten Gehäuse sind einerseits aufwendig
in der Herstellung und andererseits weisen sie bedingt durch die einzelnen Herstellungsverfahren
mehr oder weniger stark unterschiedliche Wanddicken und auch z.B. bedingt durch
die Dichtungsanordnung unterschiedliche geometrische Formen im Bereich des Körpergehäuses
auf. Der Anschlußbereich des Gehäuses, sei es Flansch, Schweißende, Gewinde oder
ähnlich, soll weitgehendst hierbei # unberücksichtigt bleiben, da dieser meist nach
den einzelnen Normen vorzusehen ist. Ebenso soll das angeformte oder angeschweißte
Auge für die Schaltwelle # außer Betracht bleiben, da es für die Lagerung der Schaltwelle
erforderlich und auch meist zweckmäßig rotationssymmetrisch zur Schaltwelle ausgeführt
ist. Diese unterschiedlichen Wanddicken und insbesondere im Zentrumsbereich gelegenen
unterschiedlichen geometrischen Formen führen bei größeren Temperaturunterschieden
zu Verzerrungen der Gehäuseform und können somit Ursache für Undichtheiten
sein,
da die Dichtungen im Gehäusekörper gelagert sind, jedoch aus, gegenüber dem Gehäusekörper
unterschiedlichem Material bestehen und somit auch meist unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn die Dichtungen aus einem unelastischen
oder beinahe unelastischen Werkstoff bestehen, der die Verzerrungen nicht ausgleichen
kann. Hierbei sei z.B. auf den Werkstoff Kohle hingewiesen. Andererseits sind -und
dies auch bei Kugelhahngehäusen für Kugelhähne, die für keine großen Temperaturunterschiede
osse es und z.B. mit Dichtungen aus Elastomer oder Polytetrafluoräthylen vorgesehen
sind- durch die unterschiedlichen Wanddicken ein Mehraufwand an Material erforderlich
wobei die Wanddicken selbst, je nach Herstellungsverfahren, auch noch stets relativ
hoch sind. Dies führt über das gesamte Fertigungsverfahren zu hohen Kosten.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Kugelhahngehäuse für Kugelhähne
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen Gehäusekörper bis zu den Anschlußbereichen
mit einer gleichmäßigen oder beinahe gleichmäßigen und relativ dünngehaltenen Wanddicke
aufweistrbei relativ gleichbleibender geometrischer Form.
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Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch ein Kugelhahngehäuse der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, in dem ein Rohrstück mit entsprechender Wanddicke,
die für die f e Nenndruckstufe erforderlich ist, durch Verformung z.B. ziehen, prägen,
stauchen, pressen, fließpressen oder ähnlich bis zum Anschlußbereich in die vorgesehene
Form gebracht wird. Selbstverständlich kann auch eine Überdimensionierung der Wanddicke
vorgenommen werden, was insbesondere im unteren Nennweitenbereich der Fall sein
wird. Die Anschlüsse selbst, z.B. Flansche können dann z.B. mittels Gewinde, loser
Flansch mit Bund oder durch Schweißen an den Gehäusekörper angebracht werden. Auch
ist direkt das Anprägen eines Flansches möglich. Schweißenden oder Gewindeanschlüsse
lassen sich unmittelbar am Auslauf des Gehäusekörpers vorsehen. Im wesentlichen
sind zwei Arten vorgesehen. Erstens, ein Rohrstück mit dem Innendurchmesser größer
als der Kugeldurchmesser oder z.B. das als Absperrelement
dienende
Kugelsegment, wobei beide Seiten auf einen kleineren Durchmesser zum Anschlußbereich
hin eingezogen werden. Hierbei wird vor Einzug der zweiten Seite die Kugel oder
das Absperrelement eingelegt und bleibt nach Einzug der zweiten Seite im Gehäusebereich
eingeschlossen. Nach der zweiten Art wird nur eine Seite zum Anschlußbereich eingezogen
und die zweite Seite behält den ursprünglichen Innendurchmesser bei. Für die letztgenannte
Ausführung bietet sich u.a. auch ein Fließpreßteil an, wobei einseitig bereits ein
Flansch angeformt werden kann. Im Falle, daß eine Seite den ursprünglichen Innendurchmesser
bzw.
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den Durchmesser, der größer als die Kugel bzw. das Absperrelement
ist behält, kann die Kugel oder das Absperrelement zusammen mit einem Füllstück
das z.B. aus Metall, Kohle, Kunststoff oder aus einem anderen Werkstoff bestehen
kann und zweckmäßig den gleichen Innendurchmesser aufweist wie die eingezogene erste
Seite, eingelegt werden. Selbstverständlich könnte das Füllstück auch gleichzeitig
als Dichtung ausgebildet werden.
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Die Anschlußseite kann hierbei so vorgesehen werden, daß die Kugel
bzw. das Absperrelement auswechselbar ist. Auch für die Dichtungen bietet sich bei
dieser Ausführung eine sehr variable Gestaltungsmöglichkeit an. Die Anschlußseite
kann aber auch über entsprechende Gestaltung die Kugel bzw. das Absperrelement so
einschließen, daß eine Auswechselbarkeit nicht gegeben ist.
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Eine weitere Art bietet sich durch zwei symmetrisch ausgebildete Gehäusehälften
mit z.B. fertig angeformten bzw. angepreßten Flansche an. Diese beiden Gehäusehälften
werden nach Einlegen der Kugel bzw. des Absperrelements derart zusammengeschweißt
bzw. zusammen verbunden, daß die Flansche jeweils zur Anschlußseite zeigen. Auch
für diese Ausführung der Gehäusehälf-ten bietet sich das Fließpreß- oder Schmiedeverfahren
an.
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Für die Schaltwelle kann z.B. eine angeprägte Bohrung oder Lochung
mit anschließendem angeschweißten Auge für die Lagerung und Abdichtung vorgesehen
werden. Die Anprägung kann bei entsprechender Gestaltung des Auges bzw. der Lagerung
mit Abdichtung auch entfallen.
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Das Kugelhahngehäuse ist nicht an eine bestimmte Dichtungsform und
nicht an einen bestimmten Werkstoff für die Dichtungen zum Abdichten der Kugel bzw.
des Absperrelementes gebunden. Es wird sich aber insbesondere wegen der Auswechselbarkeit
als zweckmäßig erweisen, sofern die Kugel bzw. das Absperrelement nicht auswechselbar
ist, Die Dichtungen in Hülsenform oder als Dichtungseinlage in einer Hülse vorzusehen,
so daß der Innendurchmesser dieser Dichtungshülse bzw. die die Dichtung tragende
Hülse zweckmäßig in etwa der Nennweite entspricht. Selbstverständlich ist es auch
denkbar, nicht auswechselbare Dichtungen anzuordnen.
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Im Falle der Auswechselbarkeit der Kugel bzw. des Absperrelementes
können auch z.B. Dichtungsringe angeordnet werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren
und in den Unteransprüchen dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale
und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen weitere Verbesserungen der aufgezeigten
Lösung sind.
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In den Figuren 1 - 4 ist die Erfindung an Ausführungsformen beispielweise
dargestellt, ohne auf diese Ausführungsformen beschränkt zu sein.
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Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Kugelhahngehäuse aus einem
beidseits eingezogenen Rohrstück Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Kugelhahngehäuse,
welches nur einseitig eingezogen ist Figuren 3+4 zeigen je einen Querscnnitt durch
ein Kugelhahngehäuse aus zwei zusammengeschweißten symmetrischen Teilen Die Figur
1 zeigt ein einteiliges Kugelhahngehäuse für Kugelhähne. Der Gehäusekörper 1 besteht
aus einem Rohrstück, das beidseits auf einen kleineren Durchmesser 1a,1b für Ein-
und Ausgang 6, 7 eingezogen bzw. verformt ist. Vor Einzug der zweiten Seite wird
die Kugel bzw. das Absperrelement 5 eingelegt.
Diese Kugel 5 bzw.
das Absperrelement bleibt nach Einzug der zweiten Seite im Gehäusebereich eingeschlossen.
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Anschlußseitig zeigt die linke Seite aus dem Rohrstück angeprägte
Flansche 2a obere Hälfte bzw. 2b untere Hälfte.
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Diese beiden Flansche unterscheiden sich lediglich durch den äußeren
angeprägten Bördel, der einmal zur Gehäusemitte -obere Hälfte- und einmal zur Anschlußseite
-untere Hälftegerichtet ist. Ein Verstärkungsring 8 kann auch zur Verstärkung des
angeprägten Flansches 2b oder 2a eingelegt oder eingeschweißt werden, wobei es bei
der Ausführung des Verstärkungsringes 8 für Flansch 2b gleichzeitig sinnvoll ist,
wenn eine Eindrehung 8a für die flanschseitige Kammerung für z.B. einer Dichtung
3 bzws Dichtungshülse vorgesehen wird. Hingegen ist es bei der Ausführung mit Flansch
2a sinnvoll, wenn eine Dichtung 3 bzw. Dichtungshülse z.B. mittels eines gegenüber
dem Gehäusekörper 1 und Dichtung 3 abgedichteten Gewinderinges 3a, der im eingezogenen
Teil 1a des Gehäusekörpers 1 vorgesehen ist, gegen die Kugel 5 zwecks Abdichtung
gedrückt wird.
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Die rechte Seite in Figur 1 zeigt einen Gewindeflansch 2c, der zusätzlich
mit dem Gehäusekörper 1 an der eingezogenen Seite ib über Schweißnaht 1o insbesondere
zwecks Abdichtung verschweißt sein kann. Der Gewindeflansch 2c kann wiederum stirnseitig
eine Eindrehung 8a zur Aufnahme und Kammerung der Dichtung 3 bzw.
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des Flansches der Dichtung 3 aufweisen. Dichtung 3 und Gewindering
3a sind in diesem Beispiel strichpunktiert gezeichnet.
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Für die Lagerung der Schaltwelle wird im zentralen Bereich des Gehäusekörper
1 ein Auge 4 angeschweißt, wobei der Gehäusekörper 1 eine entsprechende Bohrung
4a aufweist. Das Auge 4 kann mit oder ohne Schulter 4f ausgeführt sein. Die Schulter
4f kann auch aus dem Gehäusekörper 1 erhaben geprägt werden, so daß die Schulter
der Schaltwelle noch unmittelbar an der Wand des Gehäusekörpers 1 vor der Schweißnaht
49 des Auges 4 zur Anlage kommt. Bei der Montage des Antriebszapfens wird dieser
über die Ein- oder Ausgangsseite 6, 7 in die Durchgangsbohrung 5a der Kugel 5 gelegt.
Danach wird die Kugel 5 um 9o ° geschwenkt, so daß die Schaltwelle von oben durch
die Stopfbuchsbohrung
4c nach außen gezogen werden kann bis sich
der Bund der Schaltwelle, der zweckmäßig mit einer Rückdichtung versehen ist, an
der Schulter der Ausnehmung 4e anlegt. Nun kann die Kugel 5, da sie genügend Höhenspiel
oder seitliches Spiel aufweist, zurückgeschwenkt und der Mitnehmer der Schaltwelle
mit Nut 5b der Kugel 5 in Eingriff gebracht werden.
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Wenn eine Schaltwelle ohne Bund zur Anwendung kommt, kann die Schaltwelle
direkt von oben eingesetzt werden. Auch ist es bei entsprechender Ausbildung des
Auges möglich, eine Schaltwelle mit Bund von oben einzusetzen und den Bund nachher
axial über z.B. einen Gewindering, der zweckmäßig gegenüber dem Auge 4 abgedichtet
ist, zu sichern. Die Schaltwelle und ebenso die dazugehörige Abdichtung wurden in
diesem Beispiel nicht extra eingezeichnet, da dies allgemein verständlich ist.
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Sofern von einer Warmverformung abgesehen wird, ist es für die Verformung
des Rohrstückes zweckmäßig, dieses vorher zu glühen.
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mit Gehäusekörper if, Ig Die Figur 2 zeigt ein i K mit einseitig
bis zum Anschlußbereich reduzierten bzw. eingezogenen Durchmesser.
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Die zweite Seite weist einen Durchmesser auf, der größer ist als die
Kugel 5 bzw. das Absperrelement. Damit einerseits die Abdichtfläche 2f am Flansch
erhalten bleibt und andererseits die Kugel 5 und die für die Kugel 5 einzusetzenden
Dichtungen gestützt werden, kann ein Füllstück 11, welches gegenüber dem 1 -Abdichtung
nicht eingezeichnet-Gehäusekörper1f,etentsprechend abgedichtet istim erweiterten
Bereich des Gehäusekörpers If vorgesehen werden. Hierbei wird der Flansch an der
Seite der Abdichtfläche 2f bis etwa zum inneren Durchmesser des Füllstückes 11 ausgeführt,
damit eine entsprechend breite Dichtfläche zum Gegenflansch erhalten bleibt. Gleichzeitig
ist dadurch das Füllstück 11 axial lagegesichert und je nach Ausführungsart auch
die anderen eingeschlossenen Teile wie Kugel 5 Dichtungen 3. Selbstverständlich
könnte auch, sofern man auf eine breite Abdichtfläche verzichtet, der Flansch an
der Seite der AbdichtflQche 2f nur bis zum äußeren Durchmesser des Füllstückes 11
ausgeführt werden und das Füllstück 11 könnte dann bis zur Außenkante des Flansches
reichen. In diesem Fall ist es sinnvoll das Füllstück
11 über
den Flansch einer Dichtung 3 bzw. Dichtungshülse zu begrenzen.
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Die untere Hälfte der Figur 2 zeigt ein im Fließpreßverfahren hergestellten
Gehäusekörper 1f mit einem an einer Seite angepreßten Flansch 2e. Die dem Flansch
entgegengesetzte Seite wird hierbei nachträglich aufgeweitet. Selbstverständlich
könnte auch die Abstufung umgekehrt vorgenommen und der angepreßte Flansch an der
Seite mit dem großen Durchmesser angeformt werden. An der dem Flansch 2e entgegengesetzten
2J Seite ist ein Gewindeflanschvvorgesehen, der axial gegen den Gehäusekörper 1f
mit Dichtung 9 abgedichtet ist. Zusätzlich kann dieser Flansch auch noch, sofern
man auf die Auswechselbarkeit der Kugel 5 verzichtet, mit dem Gehäusekörper If mit
einer Schweißnaht 1o versehen werden, was insbesondere für eine zusätzliche Abdichtung
sinnvoll ist. Selbstverständlich ist auch eine andere Abdichtungsart möglich.
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Die obere Hälfte der Figur 2 zeigt ein aus einem Rohrstück gezogenen
Gehäusekörper lg, der an der reduzierten Durchmesserseite einen angeformten Bund
29 aufweist, so daß die Anschlußseite als loser Flansch 2h mit Bund 29 ausgeführt
ist.
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Die dem losen Flansch mit Bund 2h, 29 entgegengesetzte Seite ist mit
einem Vorschweißflansch 2i versehen, der ebenso wie die untere Hälfte, eine entsprechend
vergrößerte Abdichtfläche 2f aufweist und das Füllstück 11 axial sichert. Selbstverständlich
könnte auch ein Vorschweißflansch 2i an der reduzierten Durchmesserseite des Gehäusekörpers
1g vorgesehen werden. Grundsätzlich ist jede Anschlußform bzw. Ausführungsform und
Kombination möglich. Für die Lagerung der Schaltwelle ist wiederum ein Auge 4 angeschweißt.
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Die Figur 3 zeigt ein Kugelhahngehäuse welches an zwei im z.-B. Fließpreßverfahren
hergestellten Gehäusehälften 1c besteht, die in der Mitte, quer bzw. in etwa senkrecht
zur Durchflußrichtung, zusammengeschweißt sind. Selbstverständlich könnten diese
Teile auch ungleich bzw. nicht voll symmetrisch gestaltet und zusammengeschweißt
sein. Im Fließpreßverfahren und z.B. auch
im Schmiedeverfahren
besteht die Möglichkeit gleichzeitig einen Flansch 2d in einem oder in weiteren
Arbeitsgängen an der einen Seite des Rohrstückes anzuformen und in einem weiteren
Arbeitsgang wird das Rohrstück an der Seite ohne Flansch auf den erforderlichen
größeren Durchmesser 1d aufgeweitet. Die beiden Gehäusehälften 1 c werden anschließend
an dem stirnseitig größeren Durchmesser 1d miteinander verschweißt, wobei vorher
die Kugel 5 bzw. das Absperrelement eingelegt wird. Die Schweißung kann z.B. sehr
wirtschaftlich über eine Stumpfschweißung oder ähnlich vorgenommen werden.
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Sofern die Teile im Schmiedeverfahren hergestellt werden, läßt sich
gleichzeitig das Auge anformen. Sind die Teile im Fließpreßverfahren hergestellt,
ist es zweckmäßig das Auge 4 wie in Figur 1 anzuschweißen. Es könnte aber auch angeprägt
werden.
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Die Figur 4 zeigt ein Kugelhahngehäuse für Kugelhähne, welches aus
zwei Gehäusehälften 1h besteht, die längs der Durchflußrichtung über Schweißnaht
li zusammengeschweißt sind. Die in dieser Form erforderlichen Gehäusehälften 1h
können sehr gut als Gesenkstück hergestellt werden. Hierbei kann entweder eine mittige
Teilung durch das Auge 4 vorgesehen werden, in diesem Fall sind es zwei vollständig
gleiche Teile. Die Teilungsebenekenn aber auch z.B. zum Auge 4 um 9o ° versetzt
längs der Durchflußrichtung vorgenommen werden. In diesem Fall könnten ebenfalls
zwei vollständig gleiche Teile zusammengeschweißt werden, wobei ein Auge 4 unbearbeitet
bleibt, sofern eine schwimmende Kugel 5 vorgesehen wird. Bei beidseitiger Lagerung
der Kugel 5 kann ebenso das zweite Auge 4 bearbeitet und als Lagerung vorgesehen
werden. Ebenso ist es möglich, ein Auge 4 an einer Gehäusehälfte Ih wegzulassen.
Letztlich könnte in jedem beliebigen Winkel zum Auge 4 die Teilung des Kugelhahngehäuses
längs der Durchflußrichtung vorgenommen werden. Vor dem Zusammenschweißen der Gehäusehälften
1h über Schweißnaht 1i wird wieder die Kugel 5 bzw. das Absperrelement eingelegt.
Der Vorteil bei dieser Gehäuseteilung liegt vor allem in der günstigen Beanspruchung
der Schweißnaht li, da sie, abgesehen
von der Druckbeanspruchung,
über die Rohrleitungskräfte insbesondere längs beansprucht wird. Ein weiterer Vorteil
ist, daß das Auge 4 nicht extra angeschweißt werden muß. Ähnliches 2h gilt für die
Flanschen Die Gehäusehälften 1h können sowohl im Gesenk mit Flansche geschmiedet
als auch gepreßt werden. Für einen Preßvorgang kann ein entsprechend dicker Blechzuschnitt
vorgesehen werden. Diese Teile könnten selbstverständlich auch ohne Flansche z.B.
für Gewindeanschluß oder für Schweißenden nach diesem Verfahren hergestellt werden.
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Nachdeneinzelnen Ausführungsbeispielen ist es ohne Bedeutung, ob die
bis zum Anschlußbereich eingezogenen bzw. reduzierten Durchmesser des Gehäusekörpers
in etwa bis zur Nennweite oder größer oder kleiner ausgeführt sind. Das gleiche
gilt z.B.
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auch für den Flansch oder das Füllstück an der nicht eingezogenen
Seite des Gehäusekörpers. Wesentlich ist, daß jeweils eine genügende Abdichtfläche
und passende Anschlußform für die Gegenseite, z.B. für den Einbau in die Rohrleitung,
gegeben ist. Ebenso ist wesentlich, daß eine geeignete Anordnung der Dichtung 3
bzw. Dichtungshülse oder von Dichtungsringen zum Abdichten gegenüber dem Absperrelement
bzw. der Kugel 5 möglich ist.
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Nach allen hier geschilderten Ausführungsbeispielen, sei es, daß das
Kugelhahngehäuse aus einem Rohrstück, aus Fließpreßteilen oder aus Gesenkschmiedestücken
hergestellt ist, weist das Kugelhahngehäuse eine gleichmäßige oder beinahe gleichmäßige
und gleichzeitig relativ dünn gehaltene Wanddicke bis zu den Anschlußbereichen auf.
Auch sind die geometrischen formen relativ gleichbleibend. Es ergibt sich somit
eine optimale Gewichts- und Formgestaltung, wobei die gewählten Werkstoffe für die
Fertigungsverfahren, wie z.B. Stahl oder Edelstahl, bei den relativ dünn gehaltenen
Wanddicken höhere Druckstufen zulassen als z.B. ein bei gleichem Gewicht und Größe
gegossenen Kugelhahngehäuser wobei bemerkt sei, daß z.T. allein schon für die unteren
Nenndruckstufen die Mindestwandstärken für den Gehäusekörper bei einer Gußausführung
in etwa doppelt 0 dick bzw. wesentlich dicker erforderlich sind als bei Gehäusekörpern
nach den hier vorgesehenen Fertigungsverfahren.
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Das Kugelhahngehäuse kann auch aus unterschiedlichen metallischen
Werkstoffen bestehen z.B., wenn aus wirtschaftlichen Gründen der Gehäusekörper aus
Edelstahl und die Flansche z.B. aus Kohlenstoffstahl oder aus einem anderen metallischen
Werkstoff bestehen.
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Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 3 und 4 könnten selbstverständlich
auch. auf einer Seite einen nicht reduzierten Durchmesser aufweisen, dies wäre z.B.
sinnvoll, wenn die Kugel 5 bzw. das Absperrelement auswechselbar gestaltet werden
soll. Es ist auch möglich, sofern bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren
3 und 4 die Schweißnaht le, 1i an der Innenseite nicht sauber ist, die Innenseite
nachträglich zu bearbeiten. Das gleiche gilt auch für die übrigen Ausführungsbeispiele,
wenn sich z.B. für däs Einsetzen der Einzelteile die Bearbeitung des Gehäusekörpers
als notwendig erweist.
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Bei der unteren Hälfte des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 ist es
auch denkbar, daß nach Einlegen der <ugel 5 bzw. des Absperrelementes die zweite
Seite bzw. die dem Flansch 2e entgegengesetzte Seite eingezogen und anschlußseitig
z.B. mit einem Vorschweißflansch oder ähnlich versehen wird.
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