DE3641741C2

DE3641741C2 -

Info

Publication number: DE3641741C2
Application number: DE3641741A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: METALPRAECIS BERCHEM and SCHABERG GESELLSCHAFT fur METALLFORMGEBUNG MBH 4650 GELSENKIRCHEN DE
Current assignee: METALPRAECIS BERCHEM + SCHABERG GESELLSCHAFT FUER
Priority date: 1986-12-06
Filing date: 1986-12-06
Publication date: 1990-03-29
Also published as: JPH0711314B2; US4795133A; JPS63152777A; DE3641741A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Kugel hahn, insbesondere für lösungsmittelhaltige Stoffströme und Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimischungen, - mit Gehäuse, sinterkeramischen Ventilsitzen, sinterkeramischer Ventilkugel und durch eine Wellendichtung des Gehäuses ge führter Betätigungswelle für die Ventilkugel, wobei die Ven tilkugel zwischen Sitzflächen der Ventilsitze elastomerfrei dichtend angeordnet ist und die Ventilsitze einen sinterke ramischen Sitzring aufweisen, der unter Zwischenschaltung einer Dichtung in das Gehäuse eingesetzt ist und von einem im Gehäuse abgestützten elastischen Element mit einer Druck kraft beaufschlagt ist. - Der gattungsgemäße Kugelhahn ist vorzugsweise eine Durchgangsarmatur mit einer Ventilkugel, die eine gerade Durchgangsbohrung aufweist. Die Durchgangs armatur ist als Absperrarmatur oder Regelarmatur gleichermaßen einsetzbar. Unter den Oberbegriff fällt jedoch auch eine Ar matur, die als Mehrwegarmatur ausgestaltet ist und beispiels weise eine Anordnung der Ein- und Austrittsöffnungen gemäß der GB- 21 37 735 aufweist.

Bei dem aus der EP-PS 00 29 732 bekannten gattungsgemäßen Kugelhahn ist lediglich an der Einlaßseite ein beweglicher Sitzring mit Sitzfläche angeordnet. Auslaßseitig ist die Sitzfläche in das Gehäuse eingearbeitet. Die Sitzflächen sind sphärisch geschliffen. Ferner ist aus der DE-OS 27 34 658 ein Kugelhahn mit einlaß- und auslaßseitigen Sitzringen be kannt, wobei die Sitzringe ganz oder zumindest im Bereich der abdichtenden Oberfläche aus einem nachgiebigen Kunststoff material, beispielsweise Polytetrafluorethylen, gefertigt sind. Die Sitzringe sind verformbar und passen sich an die Oberfläche der Ventilkugel an. Bei den bekannten Armaturen umschließen die Sitzringe die Ventilkugel kalottenförmig. Die Berührungsfläche zwischen der Ventilkugel und den Sitz ringen ist breit, und die Abdichtung ist eine flächenförmig wirkende Dichtung. Die bekannte Anordnung ist nicht frei von Nachteilen. Sie erfordert eine äußerst präzise Fertigung der Ventilkugel und der Sitzringe sowie eine technisch sehr auf wendige, exakte Anpassung der Sitzflächen an die Ventilkugel. Eine paarweise Fertigung des aus den Sitzringen bestehenden Ventilsitzes und der Ventilkugel ist erforderlich. Die er reichbare Flächenpressung an der Dichtfläche ist klein, nicht zuletzt auch deshalb, weil die Ventilkugel im Ventilsitz drehbar sein muß. Selbst dann, wenn eine sehr gute Maßge nauigkeit eingehalten wird, ist die Dichtigkeit des bekannten Kugelhahns verbesserungsbedürftig. Im Unterschied zu Arma turen, bei denen die Sitzringe aus einem weichen Material be stehen, verbessert sich die Dichtigkeit des gattungsgemäßen Kugelhahns aufgrund der keramischen Werkstoffpaarung auch bei langer Betriebsdauer nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsge mäßen Kugelhahn so weiter auszubilden, daß er eine gute Dich tigkeit aufweist und auch bei hohen Betriebsdrücken als Ab sperrarmatur einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Sitz ringe Sitzflächen aufweisen, die als Mantelfläche eines Innenkonus ausgebildet sind und tangentenförmig an der Ven tilkugel entlang umlaufender Dichtungslinien anliegen. Die Kontaktfläche zwischen der Ventilkugel und den Sitz flächen der Sitzringe ist erfindungsgemäß also zu einer um laufenden Dichtungslinie entartet. Dichtungslinie meint eine Berührungslinie mit einer gegenüber der Sitzfläche vernach lässigbaren Breite. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine wirksame Abdichtung zwischen den Sitzringen und der Ventilkugel nicht eine große Dichtungsfläche, sondern eine große Flächenpressung erfordert. Bei vorgegebener Andruck kraft zwischen der Ventilkugel und den Sitzringen ist die Flächenpressung um so größer, je schmaler die Kontaktfläche ist. Andererseits nehmen die Anforderungen an die Maßhaltig keit und die Oberflächengüte der aufeinanderwirkenden Dich tungselemente mit abnehmender Breite der Kontaktfläche beacht lich zu. Überraschenderweise wurde nun bei einem Kugelhahn mit sinterkeramischen Sitzringen und sinterkeramischer Ven tilkugel festgestellt, daß eine sehr gute Dichtigkeit dann erreichbar ist, wenn die Kontaktfläche zu einer Berührungs linie im mathematischen Sinne, also zu einer Dichtungs linie vernachlässigbarer Breite, entartet ist. Auch in fer tigungstechnischer Hinsicht erweist sich der erfindungsgemäße Kugelhahn als sehr vorteilhaft. Die Anforderungen an die einzuhaltenden Durchmessertoleranzen der Ventilkugel sind, anders als bei Sitzringen mit sphärisch geschliffener Sitz fläche, nicht sehr groß. Größere Toleranzen im Ventilkugel durchmesser wirken sich nur auf die Lage der Dichtungslinie am Umfang der Ventilkugel nicht aber auf die Dichtigkeit zwischen Ventilkugel und Ventilsitz aus. Entscheidend für die Dichtigkeit ist nur, daß die Ventilkugel exakt kreisrund ist. Dies macht, anders als die Einhaltung enger Durchmesser toleranzen, fertigungstechnisch keine besonderen Schwierig keiten.

Die Sitzringe liegen an einem im Gehäuse abgestützten elas tischen Element an. Im Rahmen der Erfindung liegt es, als elastisches Element eine Weichdichtung einzusetzen, die zu gleich Dichtungselement und Federelement ist. Die Anordnung einer Weichdichtung als elastisches Element setzt jedoch voraus, daß die Baulänge der aus den Sitzringen und der Ven tilkugel bestehenden Anordnung sehr genau eingehalten wird. Ein verschleißbedingter Spaltausgleich ist nur begrenzt mög lich. Wenn größere Toleranzen zulässig sein sollen, sieht die Erfindung die Anordnung einer Druckfeder vor, die an der Stirnseite der Sitzringe anliegt. Die Abdichtung der Sitz ringe gegenüber dem Gehäuse erfolgt zweckmäßigerweise durch am äußeren Umfang der Sitzringe angeordnete Weichdichtungen. In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß den Sitz ringen eine hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Andruck vorrichtung zugeordnet ist. Die Andruckvorrichtung erlaubt die genaue Einstellung der Andruckkraft an den Sitzringen und der Flächenpressung an den Dichtungslinien unabhängig vom Verschleißzustand. Sie gestattet fernerhin eine variable Ein stellung der Andruckkraft derart, daß die Andruckkraft bei Betätigung der Ventilkugel reduziert und in der Betriebsstel lung vergrößert wird. Dadurch kann einerseits der Verschleiß an der Ventilkugel sowie an den Sitzflächen der Sitzringe reduziert werden, ohne daß die Dichtwirkung im normalen Be triebszustand leidet. Fernerhin sind die für die Betätigung der Ventilkugel erforderlichen Stell- bzw. Antriebskräfte aufgrund der geringeren Reibung an den Dichtungslinien ge ringer, so daß mit kleineren Antriebsaggregaten gearbeitet werden kann. Zur Ausgestaltung einer hydraulisch oder pneu matisch betätigbaren Andruckvorrichtung lehrt die Erfindung in konstruktiver Hinsicht, daß die Andruckvorrichtung eine dem Sitzring zugeordnete Druckkammer für ein Druckmedium auf weist, an die der Sitzring unter Zwischenschaltung einer Dichtung angeschlossen ist.

Gegenüber der bekannten gattungsgemäßen Armatur mit sphä risch geschliffenen Sitzflächen und breiter Kontaktfläche zwischen der Ventilkugel und den Sitzflächen der Sitzringe weist der erfindungsgemäße Kugelhahn zahlreiche Vorteile auf. Er zeichnet sich durch eine gute Dichtigkeit und geringe Leckrate auch bei hohen Betriebsdrücken aus. Die Antriebs kräfte zur Betätigung der Ventilkugel sowie das erforderliche Losdrehmoment bei zur Inkrustierung neigenden Stoffströmen ist wegen der kleinen Kontaktfläche zwischen den Sitzringen und der Ventilkugel gering. Aufgrund der Linienberührung von Ventilkugel und den Sitzringen besteht die Gefahr eines Verklemmens von Feststoffpartikeln zwischen Ventilkugel und Ventilsitz nicht. Es entfallen damit Dichtungsprobleme durch festgeklemmte Feststoffteilchen, fernerhin reduziert sich der Verschleiß an der Dichtungsfläche trotz großer Flächenpressung. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit konisch geschliffener Sitzfläche der Sitzringe kommen fer tigungstechnische Vorteile hinzu. Weil die Ventilkugel und die Sitzringe nicht, wie bei sphärisch geschliffenen Sitz ringen, paarweise eingeschliffen werden müssen, vereinfacht sich die Ersatzteilhaltung und reduzieren sich die Lager kosten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher er läutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Gegen stand,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößerter Darstel lung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kugelhahn ist insbeson dere für lösungsmittelhaltige Stoffströme und Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimischungen geeignet. Zum grund sätzlichen Aufbau gehören ein druckfestes Gehäuse 1, Ventil sitze aus sinterkeramischen Sitzringen 2, eine sinterkera mische Ventilkugel 3 mit Betätigungswelle 4, die durch eine Wellendichtung 5 des Gehäuses 1 geführt ist. Die Ventilkugel 3 ist zwischen Sitzflächen 6 der Sitzringe 2 elastomerfrei dichtend angeordnet. Die Sitzringe 2 sind gegenüber dem Ge häuse 1 abgedichtet und liegen an einem im Gehäuse 1 abge stützten elastischen Element 7 an. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elastische Ele ment 7 als Weichdichtung ausgebildet, das zugleich Dichtungs element und Federelement ist. Das Gehäuse 1 ist mehrteilig ausgeführt und besteht aus einem Mantelteil 8 sowie Flansch teilen 9, die unter Zwischenschaltung von Gehäusedichtungen 10 miteinander verschraubt sind.

Die Ventilkugel 3 liegt entlang umlaufender Dichtungslinien 11 an den Sitzflächen 6 der Sitzringe 2 an. Die Dichtungs linien 11 haben eine gegenüber der Sitzfläche 6 vernachlässig bare Breite. Die Sitzfläche 6 der Sitzringe 2 ist als Mantel fläche eines Innenkonus ausgebildet, die tangentenförmig an der Ventilkugel 3 anliegt. Die Abdichtung erfolgt an einer kreisförmigen Dichtungslinie 11.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist den Sitzringen eine hydraulisch oder pneumatisch betätigbare An druckvorrichtung 15 zugeordnet. Zum grundsätzlichen Aufbau der Andruckvorrichtung 15 gehört eine jeweils dem Sitzring 2 zugeordnete Druckkammer 16, an die der Sitzring 2 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 17 angeschlossen ist. Die Druckkammer 16 ist im Ausführungsbeispiel als Ringkammer aus gebildet. Über eine gehäuseseitige Bohrung 18 kann der Druck kammer 16 ein Druckmedium zugeführt werden. Durch die Andruck vorrichtung 15 ist eine genaue Einstellung der Andruckkraft und der Flächenpressung an der Dichtungslinie möglich. Vor zugsweise wird die Andruckkraft während der Betätigung der Ventilkugel 3 reduziert und im normalen Betriebszustand ver größert.

An die Stelle der Andruckvorrichtung 15 kann nach einer wei teren, nicht dargestellten Ausführungsform, eine Druckfeder treten, die jeweils an der Stirnseite des Sitzrings 2 anliegt. An ihrem äußeren Umfang liegen die Sitzringe 2 ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 an einer Weichdichtung 14 an. Die Druckfeder ermöglicht im Unterschied zu einem gummielastischen Federelement einen größeren Längenausgleich ohne Beeinträchtigung der Andruckkraft und ermöglicht daher einen Verschleißausgleich an den Sitzflächen.

Claims

1. Kugelhahn, insbesondere für lösungsmittelhaltige Stoffströme und Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimischungen, - mit
Gehäuse,
sinterkeramischen Ventilsitzen,
sinterkeramischer Ventilkugel und
durch eine Wellendichtung des Gehäuses geführter Betä tigungswelle für die Ventilkugel,
wobei die Ventilkugel zwischen Sitzflächen der Ventilsitze elastomerfrei dichtend angeordnet ist und die Ventilsitze einen sinterkeramischen Sitzring aufweisen, der unter Zwi schenschaltung einer Dichtung in das Gehäuse eingesetzt ist und von einem im Gehäuse abgestützten elastischen Element mit einer Druckkraft beaufschlagt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sitzringe (2) Sitz flächen (6) aufweisen, die als Mantelfläche eines Innenko nus ausgebildet sind und tangentenförmig an der Ventilkugel (3) entlang umlaufender Dichtungslinien (11) anliegen.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzringe (2) stirnseitig an einer Druckfeder (13) an liegen.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Sitzringen (2) eine hydraulisch oder pneumatisch be tätigbare Andruckvorrichtung (15) zugeordnet ist.

4. Kugelhahn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckvorrichtung (15) eine dem Sitzring (2) zugeordnete Druckkammer (16) für ein Druckmedium aufweist, an die der Sitzring (2) unter Zwischenschaltung einer Dichtung (17) an geschlossen ist.