DE3827469A1 - Dichtungsring fuer haehne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring für Hähne und ins­ besondere einen Dichtungsring für Hähne, bei welchen nur ein Teil einer vollen Umdrehung der Hahnspindel erforderlich ist, um das völlige Öffnen des Hahnes aus einer geschlossenen Stellung zu ermöglichen, gewöhnlich eine Viertel- oder 90°- Drehung, obwohl die Erfindung nicht auf die Anwendung bei solchen Hähnen beschränkt ist und auch Hähne mit 180° Drehung einschließt.

Bei einigen Hähnen mit Vierteldrehung, auf die oben Bezug ge­ nommen worden ist, ist eine Anordnung von Scheiben, gewöhn­ lich aus Keramik, vorgeschlagen worden, welche durchgehende Öffnungen enthalten. Benachbarte Flächen der Scheiben sind so angebracht, daß sie aneinanderstoßen, so daß eine Drehung einer der Scheiben relativ zu der anderen die Öffnungen durch die jeweiligen Scheiben in und außer Ausrichtung bringt, um den Betrieb des Hahnes zwischen einem völlig geöffneten und einem völlig geschlossenen Zustand zuzulassen mit nur einer Teildrehung der Hahnspindel, nämlich um 90° (Vierteldrehung). Ein Hahn der geschilderten allgemeinen Art ist in den Beschreibungen unserer australischen Patentanmeldungen Nr. 58 274/86 und Nr. 40 306/85 offenbart.

Wie in den Beschreibungen der erwähnten Patentanmeldungen diskutiert, hat, um die Normen zu erfüllen, welche von den Wasserversorgungsbehörden einschließlich den Australischen Wasserversorgungsbehörden festgelegt sind, und an welche sich die Hähne halten müssen, der Abstand von der Außenfläche, die die Zugangsöffnung zum Inneren eines Hahnkörpers umgibt, in welchen eine Hahnoberteilanordnung einzufügen ist, und dem Ventilsitz innerhalb des Körpers einen Wert innerhalb spezi­ fizierter Toleranzen, und also muß, da es erforderlich ist, daß das innere Ende der Anordnung ständig in Dichtungskontakt mit dem Ventilsitz innerhalb des Hahnkörpers sitzt, die ent­ sprechende Länge der Hahnoberteilanordnung den spezifizierten Abstand einhalten. Die zulässigen Toleranzen können aber zu einer Situation führen, in der die relevante Länge der Hahn­ oberteilanordnung kleiner ist als der spezifizierte Abstand für den Hahnkörper und damit einen angemessenen Dichtungskon­ takt mit dem Ventilsitz in dem Ventilkörper verhindert, oder falls länger, die angemessene Abdichtung der Hahnoberteilan­ ordnung mit dem Hahnkörper um die Zugangsöffnung herum ver­ hindert, innerhalb welcher die Anordnung aufgenommen wird.

Es ist auch wünschenswert, daß Hahnoberteilanordnungen vorzu­ sehen sind als Ersatz für Hahnoberteilanordnungen in vorhan­ denen Hahnkörpern, um die Umwandlung eines vorhandenen Hahnes auf einen Vierteldrehungshahn zu ermöglichen, und daher mögen die relevanten Abmessungen nicht derart sein, daß sie einen angemessenen Dichtungskontakt der Hahnoberteilanordnung in dem vorhandenen Hahnkörper sicherstellen.

In den Beschreibungen der beiden oben erwähnten Patentanmel­ dungen ist Vorsorge getroffen, sicherzustellen, daß das innere Ende der Hahnoberteilanordnung fest auf dem Ventilsitz innerhalb des Ventilkörpers sitzt, und ferner, daß eine ange­ messene Abdichtung zwischen der Hahnoberteilanordnung um die Zugangsöffnung herum durch den Ventilsitz erzielt wird.

Beide Anordnungen der Beschreibungen der oben erwähnten Pa­ tentanmeldungen lassen einen festen Kontakt des inneren Endes der Hahnoberteilanordnung mit dem Ventilsitz zu als anfängli­ chen Schritt in der Positionierung der Hahnoberteilanordnung und sind daher dem Problem ausgesetzt, daß bei der Installa­ tion oder bei der anschließenden Wartung ein größerer Druck als erforderlich auf den Dichtungsring an dem Ende der Hahn­ oberteilanordnung ausgeübt worden ist, so daß der Dichtungs­ ring in dem Ausmaß komprimiert worden ist, daß der Druck auf die Scheibenanordnung übertragen worden ist, an welcher der Dichtungsring anliegt, was zu einer Beschädigung der Keramik­ scheiben führen kann und daher ein Durchsickern durch die Scheibenanordnung bewirkt, und/oder zu einem Versagen der richtigen Wirkungsweise der Scheibenanordnung. Außerdem kön­ nen sich bei Anwendung übermäßigen Druckes auf die Keramik­ scheibenanordnung zwei andere Wirkungen ergeben, und zwar die, daß das Schmiermittel zwischen den Scheiben herausge­ drückt werden kann, was zu hoher Reibung und stärkerem Ver­ schleiß führt, und/oder die, daß ein größeres Arbeitsmoment über die Hahnspindel erforderlich ist.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Dich­ tungsringes für eine Hahnoberteilanordnung der oben beschrie­ benen Art, welcher hohen Kompressionsdrucken zwischen dem Ventilsitz innerhalb des Ventilkörpers und dem Ende der Hahnoberteilanordnung standhält, so daß die Keramikscheiben­ anordnung nicht beschädigt wird.

Daher wird erfindungsgemäß ein Dichtungsring geschaffen für das Ende einer Hahnoberteilanordnung, mit einem Endgehäuse, das eine Keramikscheibenanordnung enthält, und zum Kontaktie­ ren eines Ventilsitzes innerhalb eines Ventilkörpers, welcher Dichtungsring normalerweise die Keramikscheibenanordnung kon­ taktiert und einen Ring aus kompressiblem Material umfaßt, der von einer positionierten Buchse aus starrem Material um­ geben ist, wodurch bei der Anwendung bei übermäßiger Kom­ pression des nachgiebigen kompressiblen Materials ein Teil der Buchse das Ende des Gehäuses kontaktiert, das die Kera­ mikscheibenanordnung enthält, um die übermäßigen Kompres­ sionskräfte lieber auf das Gehäuse als auf die Keramikschei­ benanordnung weiterzuübertragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Hahnober­ teilanordnung, welche einen Dichtungsring gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ent­ hält und in einem Hahnkörper aufgenommen ist; und

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch den Dichtungsring, der innerhalb der Hahnoberteilanordnung von Fig. 1 enthalten ist.

Fig. 1 zeigt eine allgemein mit dem Bezugszeichen 10 be­ zeichnete Hahnoberteilanordnung, die in einen Hahnkörper 11 eingesetzt ist. Die Hahnoberteilanordnung umfaßt eine Spindel 13, an welcher ein (nicht gezeigter) Handgriff angebracht ist, und welche aufgenommen wird durch ein Verschlußglied 14, das eine Schraubverlängerung 15 mit einem Außengewinde auf­ weist, welche schraubbar aufgenommen wird in einer Zugangs­ öffnung in dem Hahnkörper, während ein Abdichtungsring 16 a zwischen einen Flansch 16 an dem Verschlußglied und die Ober­ fläche des die Zugangsöffnung umgebenden Hahnkörpers zwi­ schengelegt ist.

Die Hahnoberteilanordnung umfaßt ferner eine Keramikscheiben­ anordnung 17, welche eine im Handel erhältliche Anordnung sein kann, die ein paar keramische Scheiben 19 und 20 umfaßt, deren Flächen sich in aneinandergrenzender Lage befinden. In der oberen Scheibe 19 sind zwei diametral entgegengesetzte V- förmige Ausschnitte ausgebildet, welche bei Drehung der Scheibe 19 relativ zu der anderen Scheibe 20, welche inner­ halb des Gehäuses fixiert ist, mit Öffnungen 22 durch die feststehende Scheibe 20 fluchten, welche als Kreisquadranten geformt sind und das Durchströmen von Fluid zulassen, und derart, daß bei Drehung um 90° oder eine Vierteldrehung die Ausschnitte sich fortschreitend aus der Ausrichtung auf die Öffnungen 22 verschieben und fortschreitend den Fluidstrom durch die Anordnung vermindern, bis sie sich bei dem Ende der Drehung von 90° aus der völligen Ausrichtung verschieben und so den Fluidstrom durch die Anordnung verhindern. Die Kera­ mikscheibenanordnung wird in einem Gehäuse 18 aufgenommen, wobei sich die Spindel 13 durch eine Gehäuseverlängerung 18 a des Gehäuses erstreckt. Ein O-Ring 55 innerhalb einer Nut 56 um die Spindel herum sorgt für eine Fluidabdichtung zwischen der Spindel 13 und dem Gehäuse 18. Um die Grenzen auf eine Drehung um 90° zu beschränken, weist die Spindel 13 radial auswärts verlaufende Stifte 23 auf, welche, wenn die Anord­ nung in der offenen Stellung ist, ein Ende eines bogenförmi­ gen Schlitzes 23 a kontaktieren, der um die Wand der Verlänge­ rung 18 a des Gehäuses herum und durch die Wand durch ausge­ bildet ist und einen Winkel in der Größenordnung von 90° überspannt. Bei Drehung der Spindel zum Verschieben der obe­ ren keramischen Scheibe 19 in eine Stellung, in der die Aus­ schnitte und Öffnungen nicht aufeinander ausgerichtet sind, kontaktiert der Stift 23 ein entgegengesetztes Ende des bogenförmigen Schlitzes 23 a. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, weist die Gehäuseverlängerung 18 a einen sechseckigen äußeren Oberflächenabschnitt 18 b auf, welcher mit einer ähnlich ge­ formten Innenfläche 18 c im Inneren des Verschlußgliedes 14 in Eingriff steht, um das Gehäuse in dem Verschlußglied 14 in Stellung zu bringen und darin gegen Drehung festzuhalten. Die Gehäuseverlängerung 18 a endet in einem Zylinderabschnitt 18 d mit einem Dichtungs-O-Ring 18 e und einer ringförmigen End­ fläche 18 f.

Das Verschlußglied 14 weist in seinem äußeren Ende einen Ab­ schnitt 44 mit Innengewinde auf, welcher eine Einstellmutter 45 mit Außengewinde aufnimmt, welche die Spindel 13 umgibt und diametral gegenüberliegende Abflachungen 45 a aufweist, die daran zur Verstellung mit den Fingern oder einem Schlüssel ausgebildet sind.

Wie anhand von Fig. 1 erläutert wird, wird vor dem Einsetzen in dem Hahnkörper die innere Anordnung der Hahnoberteilanord­ nung innerhalb des Verschlußgliedes 14 axial verschoben, bis die obere Endfläche 18 h des Gehäuses für keramische Scheiben sich einem Absatz 50 innerhalb des Verschlußgliedes nähert oder diesen kontaktiert, und die Schraubverlängerung 15 an dem Verschlußglied 14 der Anordnung wird in Stellung ge­ schraubt innerhalb der Zugangsöffnung des Hahnkörpers, wie in Fig. 1 gezeigt, und mit einem Dichtungsring 29 an dem Ende des Raumes eines Ventilsitzes 31 innerhalb des Hahnkörpers. Die Einstellmutter 45 wird dann in das Verschlußglied einge­ schraubt, bis ihr Ende die ringförmige Endfläche 18 f der Ge­ häuseverlängerung 18 a kontaktiert, und bei weiterem Einwärts­ schrauben der Einstellmutter 45 verschiebt sich die innere Anordnung innerhalb des Verschlußgliedes 14 nach unten, bis der Dichtungsring 29 an dem Ende der Anordnung sich in dich­ ten Dichtungskontakt mit dem Ventilsitz 31 verschiebt. Es ist offensichtlich, daß die Anordnung vermöge der Einstellmutter 45 Veränderungen des Abstands zwischen der Außenfläche, welche die Zugangsöffnung zu dem Inneren des Hahnkörpers um­ gibt, und dem Ventilsitz 31 in Rechnung stellt. Die Einstell­ mutter 45 wird dann in ihrer Stellung verriegelt durch eine Kontermutter 46, welche schraubbar auf der Einstellmutter aufgenommen wird und in eine Verriegelungsstellung geschraubt wird, wodurch sie das obere Ende des Verschlußgliedes 14 kon­ taktiert, um die Einstellmutter gegen axiale Verschiebung innerhalb des Verschlußgliedes zu verriegeln.

Die Drehung der Spindel 13 wird auf die obere Scheibe 19 übertragen über ein zentral angeordnetes Antriebsglied 60, welches diametral entgegengesetzte nach unten ragende Ansätze 61 umfaßt, welche in diametral entgegengesetzte Aussparungen 62 in der Umfangskante der oberen Scheibe 19 eingreifen.

Das Antriebsglied 60 weist eine zentrale quadratisch geformte Öffnung 60 a auf, welche eine dazu passende Quadratformation 60 b am Ende der Spindel 13 aufnimmt, wodurch die Drehung der Spindel 13 auf das Antriebsglied 60 und über die Ansätze 61 auf die obere Scheibe 19 übertragen wird, um die Hahnanord­ nung zu öffnen und zu schließen.

Eine Kammer 63 ist zwischen dem Antriebsglied 60 und der obe­ ren keramischen Scheibe 19 festgelegt, und ein Sprungventil 64 ist in der Kammer 63 angeordnet, wobei seine Stange 65 verschiebbar in einem Grundloch 66 in dem Ende der Spindel 13 aufgenommen wird. Der Druck von Fluid, welches in die Kera­ mikscheibenanordnung durch den Ventilsitz in einem zugeord­ neten Hahnkörper eintritt, hebt das Ventil 64 von der Kera­ mikscheibenanordnung ab, wie durch die Pfeile in Fig. 1 ge­ zeigt, wodurch das Fluid durch die Scheibenanordnung, falls offen, und von da nach außen durch Öffnungen 32 in der Wand des Gehäuses 18 und dann zu dem Auslaß aus dem Hahnkörper strömen kann. Wenn der Fluiddruck an dem Auslaß den Fluid­ druck auf der Einlaßseite übersteigt, wird das Ventil in der Kammer 63 nach unten und gegen die keramische Scheibe 19 ge­ drückt, wie in Fig. 1 gezeigt, um die Öffnungen durch die Scheibe zu schließen und ein Rückströmen von Fluid durch die Hahnoberteilanordnung zu verhindern.

Bei einigen Installationen, bei denen die Anordnung verlän­ gert werden muß, und auch zur Vereinheitlichung der Größen der Einstellmutter und der Steuereinrichtungen kann ein Hülsenteil vorgesehen werden, das die Spindel 13 umgibt und zwischen das innere Ende der Einstellmutter 45 und die ring­ förmige Endfläche 18 f eingeschoben ist.

Die oben beschriebene Hahnoberteilanordnung stimmt mit dem Gegenstand von Fig. 10 unserer oben erwähnten Patentanmel­ dung Nr. 58 274/86 überein, aber der Dichtungsring 29 ist gemäß dem der Erfindung abgewandelt. Wie der Dichtungsring der Anmeldung Nr. 58 274/86 und auch der vorerwähnten Patentanmel­ dung Nr. 40 306/86 hat der Dichtungsring 29 die Gestalt eines Ringes 100 aus einem nachgiebigen kompressiblen Material. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist aber der Dichtungsring 29 eine äußere gekrümmte Ringfläche 101 auf, die dafür vorgesehen ist, den Ventilsitz 31 inner­ halb des Hahnkörpers zu kontaktieren, sowie eine im wesentli­ chen flache Ringfläche 102, die dafür vorgesehen ist, die feststehende Scheibe 20 der Keramikscheibenanordnung zu kon­ taktieren. Die radial innere Seite des Dichtungsringes 29 weist eine darin ausgebildete in Umfangsrichtung verlaufende V-förmige Nut 103 auf, während die radial äußere Seite einen Absatz 104 aufweist, um einen Abschnitt 105 großen Durchmes­ sers benachbart der feststehenden Scheibe 20 und einen Ab­ schnitt 106 kleineren Durchmessers benachbart dem Ventilsitz 31 vorzusehen. Angeordnet um den Abschnitt 106 kleineren Durchmessers herum und anstoßend an den Absatz 104 ist eine Buchse 107 aus starrem Material, beispielsweise einem Metall, welche einen in Umfangsrichtung verlaufenden Flansch 108 an dem Ende benachbart dem Ventilsitz aufweist. Alternativ kön­ nen der Ring 100 und die Buchse 107 als einstückiges Bauteil durch Überformen des Ringes 100 mit der Buchse 107 gebildet sein. Die Wirkung der V-förmigen Nut 103 besteht darin, daß , wenn sie dem Fluiddruck ausgesetzt wird, mit zunehmendem Druck die Kraft, welche auf die durch die Nut gebildete Unterseite ausgeübt wird, proportional zunimmt, um die Dich­ tungskraft des Dichtungsringes gegen die keramische Scheibe 20 zu erhöhen, wogegen mit abnehmendem Druck die Dichtungs­ kraft entsprechend abnimmt, um so sicherzustellen, daß die Dichtungskraft immer nur soviel beträgt, wie erforderlich ist, um eine angemessene Abdichtung sicherzustellen.

Bei Ausübung einer Kompressionskraft auf den Dichtungsring zwischen dem Ventilsitz 31 und der feststehenden Scheibe 20 bei der Installation der Hahnoberteilanordnung innerhalb des Hahnkörpers verformt sich der Ring 100 aus nachgiebigem kom­ pressiblen Material fortschreitend in einen Zustand, wie er mit gestrichelten Linien in Fig. 2 gezeigt ist, und verformt sich unter übermäßiger Kompression so, daß es für den Flansch 108 der Buchse 107 ausreicht, das Ende des Gehäuses 18 zu kontaktieren, welches danach den zunehmenden Kompressions­ druck aufnimmt, der normalerweise auf die Keramikscheibenan­ ordnung 19, 20 ausgeübt würde und diese beschädigen kann. Bei dem Dichtungsring der Erfindung wird, wenn er auf einen höhe­ ren Grad komprimiert wird, als es zur Erfüllung der Abdich­ tungsfunktion normalerweise erforderlich ist, die Möglichkeit des Vorkommens einer Beschädigung der Keramikscheibenanord­ nung 19, 20 vermieden, und wenn der Dichtungsring beschädigt, deformiert oder in einem Ausmaß verschlechtert wird, kann er lediglich ersetzt werden. Durch Entlastung der Keramikschei­ benanordnung von übermäßig hohen Drucken aufgrund einer Über­ kompression des Dichtungsringes werden außerdem hohe Rei­ bungskräfte, die zwischen den Scheiben entstehen, vermieden, und es werden ein übermäßiger Verschleiß und/oder die Anwendung eines übermäßigen Betriebsmomentes an der Hahn­ spindel vermieden.

Claims (7)

1. Dichtungsring für das Ende einer Hahnoberteil-Anordnung mit einem Endgehäuse, das eine Keramikscheibenanordnung enthält, und zum Kontaktieren eines Ventilsitzes innerhalb eines Hahnkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungs­ ring (29) normalerweise die Keramikscheibenanordnung (17, 19, 20) kontaktiert und einen Ring (100) aus nachgiebigem kompressiblen Material umfaßt, der von einer positionierten Buchse (107) aus starrem Material umgeben ist, wodurch in der Anwendung bei übermäßiger Kompression des nachgiebigen kom­ pressiblen Materials ein Teil (108) der Buchse (107) das Ende des Gehäuses (18) kontaktiert, das die Keramikscheibenanord­ nung (17, 19, 20) enthält, um die übermäßigen Kompressions­ kräfte lieber auf das Gehäuse (18) als auf die Keramik­ scheibenanordnung (17, 19, 20) weiterzuübertragen.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (100) eine äußere gekrümmte Fläche (101) aufweist, welche dafür vorgesehen ist, den Ventilsitz (31) zu kontak­ tieren, und eine im wesentlichen flache Ringfläche (102), die dafür vorgesehen ist, die Keramikscheibenanordnung (17) zu kontaktieren.

3. Dichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die radial innere Seite des Ringes (100) eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (103) aufweist, welche bei Zunahme des Fluiddruckes die Kraft, welche auf die durch die Nut (103) gebildete Unterseite ausgeübt wird, proportional erhöht, um die Dichtungskraft des Ringes (100) gegen die Keramikscheibenanordnung (17) zu erhöhen, wogegen bei Abnahme des Fluiddruckes der Dichtungsdruck dementsprechend abnimmt, wodurch sichergestellt wird, daß die Dichtungskraft zu jeder Zeit nur soviel beträgt, wie erforderlich ist, um eine ange­ messene Abdichtung sicherzustellen.

4. Dichtungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (107) einen in Umfangsrichtung radial auswärts verlaufenden Flansch (108) aufweist, der einen Teil der Buchse (107) bildet und dafür vorgesehen ist, daß er bei Verwendung normalerweise von dem Gehäuse (18) beabstandet ist, welcher aber bei übermäßiger Kompression des nachgiebigen kompressiblen Materials (100) das Ende des Gehäuses (18) kontaktiert.

5. Dichtungsring, im wesentlichen gemäß der Beschreibung anhand der Zeichnungen.

6. Hahnoberteilanordnung, gekennzeichnet durch einen Dichtungsring (29) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7. Hahnoberteilanordnung, im wesentlichen gemäß der Beschreibung anhand von Fig. 1 der Zeichnungen.