DE4342358A1

DE4342358A1 - Ball cock with spherical plug

Info

Publication number: DE4342358A1
Application number: DE19934342358
Authority: DE
Inventors: Ingo Dr Bruchhold
Original assignee: Borsig Kugelhahn GmbH
Current assignee: Borsig Kugelhahn GmbH
Priority date: 1993-12-11
Filing date: 1993-12-11
Publication date: 1995-06-14

Abstract

The spherical plug (6) rotatably mounted in a housing (1) is sealed by two sealing rings (11). Each is fitted in a ring groove of a seat ring (12) each sealed in the housing and supported by a spring (14) on an axially displaceable seat bush (15) which is held in two recesses (16). These recesses which have a shape other than circular are formed on the plug above and below the through bore (5). The outer boundary of the recess can have an elliptical shape running symmetrical to the longitudinal axis of the bore with its centre point lying in the rotary axis of the plug. The seat bushes are connected by holders (18) which have bolts (19) passing through to engage vertically in the recess.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a ball valve with the features of The preamble of claim 1.

Bei derartigen Kugelhähnen wird ein Teil der für die Abdichtung notwendige Flächenpressung zwischen den Dichtringen und dem Küken durch die Federn aufrechterhalten, die direkt an dem Gehäuse bzw. auf den Sitzbuchsen abgestützt sind. Diese Sitzbuchsen sind bei den bekannten Kugelhähnen mit Hilfe von Druckstücken in axialer Richtung in dem Gehäuse fixiert. Während des Schaltvorganges sind die Federkräfte im wesentlichen konstant, jedoch wird die Auflagefläche des Dichtringes zum Küken kleiner, so daß zeitweise aufgrund dieses Effektes in der Halboffenstellung nur noch 30% der Dichtringoberfläche die Federkräfte auf das Küken übertragen. Weiterhin wird der Sitzring aufgrund der asymmetrischen Ringbelastung in dieser Extremstellung noch zum leichten Kippen bewegt und verformt. Hierdurch verschlechtert sich die Verteilung der Flächenpressung auf die Dichtringoberfläche zusätzlich, so daß dann 5% der Dichtringoberfläche 80% der Federkräfte übertragen müssen.In such ball valves, part of the seal necessary surface pressure between the sealing rings and the Chick maintained by the feathers that are directly attached to the Housing or on the seat bushings are supported. These Seat bushings are in the known ball valves with the help of Thrust pieces fixed in the axial direction in the housing. While of the switching process, the spring forces are essentially constant, but the contact surface of the sealing ring becomes Chick smaller, so that at times due to this effect in the Half-open only 30% of the sealing ring surface Transfer spring forces to the chick. Furthermore, the Seat ring due to the asymmetrical ring load in it Extreme position still moved and deformed for easy tilting. This worsens the distribution of surface pressure on the surface of the sealing ring, so that 5% of the Sealing ring surface must transmit 80% of the spring forces.

Eine mögliche Reduzierung der Flächenpressung in der genannten Extremstellung mit Hilfe von Hubbegrenzungssystemen hätte den Nachteil, daß der Dichtringabrieb weiterhin extrem unterschiedlich ist und es an bestimmten Stellen zur Taschenbildung kommt, die eine Leckage begünstigt. Hydraulisch steuerbare Sitzringsysteme zur Reduzierung der Flächenpressung benötigen zusätzlich eine teure Steuereinheit.A possible reduction in surface pressure in the above Extreme position with the help of stroke limitation systems would have Disadvantage that the seal ring wear remains extreme is different and in certain places Pocket formation occurs, which favors leakage. Hydraulic controllable seat ring systems to reduce the surface pressure also require an expensive control unit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flächenpressung während des Schaltvorganges mit einfachen Mittels zu variieren.The invention has for its object the surface pressure to vary with simple means during the switching process.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kugelhahn erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is performed with a generic ball valve according to the invention by the characterizing features of Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Invention are specified in the subclaims.

Bei den erfindungsgemäßen Kugelhahn sind die Sitzbuchsen nicht mehr in dem Gehäuse fixiert sondern mit dem Küken verbunden. Bei einem Drehen des Kükens zwingt daher die wie eine Steuerscheibe wirkende Ausnehmung des Kükens den Sitzbuchsen eine der Form der Ausnehmung entsprechende, sich mit der Winkelstellung des Kükens ändernde Axialverschiebung auf. Je nach der Winkelstellung des Kükens werden auf diese Weise die Federn unterschiedlich stark vorgespannt, wodurch unterschiedlich große Anpreßkräfte über den Umfang des Dichtringes erzeugt werden. Trotz sehr hoher Flächenpressung zwischen dem Dichtring und dem Küken in Geschlossenstellung des Kugelhahns kann die Flächenpressung in jeder anderen Kükenstellung durch eine entsprechende Wahl des Verlaufes der Ausnehmung beim Drehen des Kükens anders eingestellt werden. Der Dichtring wird daher über den Umfang gesehen örtlich unterschiedlich stark gegen das Küken gepreßt. Die Gefahr eines Kippen oder Verformen des Dichtringes sowie des ungleichmäßigen oder des gleichmäßigen Verschleißes von Dichtring und Küken kann somit stark reduziert werden.In the ball valve according to the invention, the seat bushings are not more fixed in the housing but connected to the chick. At turning the plug therefore forces it like a control disc Acting recess of the chick one of the shape of the seat bushings Recess corresponding to the angular position of the chick changing axial displacement. Depending on the angular position of the Chicks will have different strengths of feathers preloaded, whereby differently large contact forces over the Circumference of the sealing ring are generated. Despite very high Surface pressure between the sealing ring and the plug in When the ball valve is closed, the surface pressure can be in any other chick position by an appropriate choice of The course of the recess when turning the chick is different can be set. The sealing ring is therefore over the scope seen locally pressed differently against the chick. The risk of tilting or deforming the sealing ring and the uneven or even wear of Sealing ring and plug can thus be greatly reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and is explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Kugelhahn, Fig. 1 is a longitudinal section through a ball valve,

Fig. 2 die Draufsicht in Blickrichtung X gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a top view in direction of view X in FIG. 1,

Fig. 3 die Draufsicht auf das Küken in Offenstellung des Kugelhahns und Fig. 3 is a top view of the chick in the open position of the ball valve and

Fig. 4 die Draufsicht auf das Küken in Halboffenstellung des Kugelhahns. Fig. 4 is a top view of the chick in the semi-open position of the ball valve.

Der dargestellte Kugelhahn enthält ein von oben zugängliches Gehäuse 1, das mit je einem Anschlußflansch 2, 3 auf der Zuströmseite und der Abströmseite versehen und durch einen Deckel 4 geschlossen ist. In dem Gehäuse 1 ist drehbar ein eine Durchgangsbohrung 5 aufweisendes Küken 6 gelagert. Das Küken 6 ist beiderseits der Durchgangsbohrung mit einem Zapfen 7, 8 versehen. Der untere Zapfen 7 ist in einem Führungslager in dem Gehäuse 1 gelagert, und an den oberen Zapfen 8 greift ein nicht gezeigter Drehantrieb an. Der obere Zapfen 8 oder Antriebszapfen ist durch den Deckel 4 hindurchgeführt und an der Durchtrittsstelle durch eine Zapfendichtung 9 abgedichtet, die über eine Brille 10 angedrückt wird.The ball valve shown contains a housing 1 accessible from above, which is provided with a connecting flange 2 , 3 on the inflow side and the outflow side and is closed by a cover 4 . In the housing 1 , a plug 6 having a through bore 5 is rotatably mounted. The plug 6 is provided on both sides of the through hole with a pin 7 , 8 . The lower pin 7 is mounted in a guide bearing in the housing 1 , and a rotary drive, not shown, acts on the upper pin 8 . The upper pin 8 or drive pin is passed through the cover 4 and sealed at the passage point by a pin seal 9 which is pressed on via glasses 10 .

Das Küken 6 ist über zwei Dichtringe 11 abgedichtet, die auf der Zuströmseite und der Abströmseite an der Oberfläche des Kükens 6 anliegen. Die Dichtringe 11 sind in Ringnuten von Sitzringen 12 eingelegt, die so in Gehäuseausnehmungen angeordnet sind, daß sie zu Montagezwecken um einen gewissen Betrag in axialer Richtung verschoben werden können. Die Sitzringe 12 sind über Dichtungen 13 gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet. Auf der dem Küken 6 abgewandten Seite ist jeder Sitzring 12 über Federn 14 auf einer Sitzbuchse 15 abgestützt, die axial verschiebbar in dem Gehäuse 1 geführt ist.The plug 6 is sealed by means of two sealing rings 11 , which bear against the surface of the plug 6 on the inflow side and the outflow side. The sealing rings 11 are inserted in the ring grooves of seat rings 12 which are arranged in housing recesses in such a way that they can be moved by a certain amount in the axial direction for assembly purposes. The seat rings 12 are sealed against the housing 1 by means of seals 13 . On the side facing away from the chick 6 , each seat ring 12 is supported by springs 14 on a seat bushing 15 which is guided in the housing 1 in an axially displaceable manner.

Oberhalb und unterhalb der Durchgangsbohrung ist auf den abgeflachten Seiten des Kükens 6 zwischen den Zapfen 7, 8 und der Außenkante eine Ausnehmung 16 angebracht. Diese Ausnehmung 16 weist eine senkrechte, als Anschlagkante wirkende Wandung 17 auf. An jeder Sitzbuchse 15 ist beiderseits der Durchgangsbohrung des Kükens 6 eine als Halterung 18 dienende Lasche befestigt. Die Halterungen 18 sind von Bolzen 19 durchdrungen, die in die Ausnehmungen 16 eingreifen. Dabei liegen die Bolzen 19 an der außenliegenden Wandung 17 der Ausnehmung 16 an und halten die Dichtringe 11 unter Vorspannung der Federn 14 dichtend an dem Küken 6. Die Bolzen 19 der oberen Halterungen 18 lassen sich bei abgehobenem Deckel 4 durch die obere Öffnung des Gehäuses 1 montieren. Die unteren Bolzen 19 der unteren Halterungen 18 werden durch Öffnungen im Gehäuse 1 montiert, die später durch Stopfen 20 verschlossen werden.A recess 16 is made above and below the through hole on the flattened sides of the plug 6 between the pins 7 , 8 and the outer edge. This recess 16 has a vertical wall 17 acting as a stop edge. On each seat bushing 15 , a tab serving as a holder 18 is fastened on both sides of the through bore of the plug 6 . The brackets 18 are penetrated by bolts 19 which engage in the recesses 16 . The bolts 19 lie against the outer wall 17 of the recess 16 and hold the sealing rings 11 sealingly against the plug 6 under the pretension of the springs 14 . The bolts 19 of the upper brackets 18 can be mounted through the upper opening of the housing 1 when the cover 4 is lifted off. The lower bolts 19 of the lower brackets 18 are mounted through openings in the housing 1 , which are later closed by plugs 20 .

Gemäß Fig. 2 ist die Ausnehmung 16 als rinnenförmige Nut ausgebildet, die die Form einer Ellipse hat. Diese Ellipse, deren Mittelpunkt in der Drehachse des Kükens 6 liegt, verläuft symmetrisch zur Längsachse der Durchgangsbohrung 5. In der Offenstellung des Kugelhahns gemäß Fig. 3 spannt die in der Ausnehmung 16 gehaltene Sitzbuchse 15 die über den Sitzring 12 auf den Dichtring 11 wirkenden Federn 14 gleichmäßig vor, so daß der Dichtring 11 über den Umfang gesehen mit gleichmäßiger Anpreßkraft gegen des Küken 6 gedrückt wird. Wird das Küken 6 gedreht und hat es z. B. die in Fig. 4 gezeigte Halboffenstellung erreicht, so ziehen die Halterungen 18 über die in der Ausnehmung 16 geführten Bolzen 19 die axial verschiebbare Sitzbuchse 15 näher an das Küken 6 heran. Aufgrund dieser Axialverschiebung der Sitzbuchse 15 werden die Federn 14 gleichmäßig, aber stärker vorgespannt.Referring to FIG. 2, the recess 16 is formed as a trough-shaped groove that has the shape of an ellipse. This ellipse, the center of which lies in the axis of rotation of the plug 6 , runs symmetrically to the longitudinal axis of the through hole 5 . In the open position of the ball valve according to FIG. 3, the seat bushing 15 held in the recess 16 uniformly biases the springs 14 acting on the sealing ring 11 via the seat ring 12 , so that the sealing ring 11 is pressed against the plug 6 over the circumference with a uniform contact force becomes. The chick 6 is rotated and z. B. reaches the half-open position shown in Fig. 4, so dragging the brackets 18 via the recess 16 is guided in the bolt 19, the axially displaceable seat sleeve 15 closer to the plug 6 zoom. Because of this axial displacement of the seat bush 15 , the springs 14 are biased evenly but more strongly.

Die Ausnehmung 16 muß nicht als rinnenförmige Nut ausgebildet sein, da es für die beabsichtigte Wirkung der Veränderung der Anpreßkraft nur darauf ankommt, daß die Bolzen 19 an der Wandung 17 anliegen. Die Form der Ausnehmung 16 kann auch anders als elliptisch sein. Wesentlich ist, daß die Form der Ausnehmung 16 von der Kreisform abweicht, so daß bei einer Drehung des Kükens 6 über den Umfang des Dichtringes 11 gesehen durch eine unterschiedliche Vorspannung der Federn 14 unterschiedlich große auf den Dichtring 11 wirkende Anpreßkräfte erzeugt werden.The recess 16 does not have to be formed as a groove-shaped groove, since the only thing that is important for the intended effect of the change in the contact pressure is that the bolts 19 rest against the wall 17 . The shape of the recess 16 can also be other than elliptical. It is essential that the shape of the recess 16 deviates from the circular shape, so that when the plug 6 rotates over the circumference of the sealing ring 11 , different pressure forces acting on the sealing ring 11 are generated by different prestressing of the springs 14 .

Einige der Federn 14 können als Zugfedern 21 ausgebildet sein, indem sie mit der Sitzbuchse 15 und dem Sitzring 12 unter Aufbringung einer Zugspannung verbunden sind. Alle übrigen Federn 14 bleiben als Druckfedern erhalten. Mit einer solchen Ausbildung wird es möglich, daß der Dichtring 11 örtlich von dem Küken 6 abgehoben werden kann. Hierbei stützen sich dann die Bolzen 19 in bestimmten Schaltstellungen des Kükens 6 nicht mehr an der Außenwandung sondern an der Innenwandung der Ausnehmung 16 ab. Dadurch wird dann die Sitzbuchse 15 in Axialrichtung von dem Küken 6 weggedrückt, die Federn 14 entlasten sich, und die Zugfedern 21 ziehen den Sitzring 12 mit dem Dichtring 11 zurück.Some of the springs 14 can be designed as tension springs 21 in that they are connected to the seat bushing 15 and the seat ring 12 by applying a tension. All other springs 14 remain as compression springs. With such a design, it is possible that the sealing ring 11 can be lifted locally from the chick 6 . Here, in certain switching positions of the plug 6, the bolts 19 are no longer supported on the outer wall but on the inner wall of the recess 16 . As a result, the seat bushing 15 is then pushed away from the plug 6 in the axial direction, the springs 14 are relieved, and the tension springs 21 pull back the seat ring 12 with the sealing ring 11 .

Claims

1. ball valve with a spherical plug ( 6 ) having a through bore ( 5 ), which is rotatably arranged in a housing ( 1 ) and is sealed by two sealing rings ( 11 ), each of which is inserted into an annular groove of a seat ring ( 12 ), wherein the seat rings ( 12 ) are guided in a sealed manner in the housing ( 1 ) and are supported by springs ( 14 ) on an axially displaceable seat bush ( 15 ), characterized in that each seat bush ( 15 ) is held in two recesses ( 16 ), which are attached to the plug ( 6 ) above and below the through hole ( 5 ) and that the recesses ( 16 ) have a shape which deviates from the circular shape.

2. Ball valve according to claim 1, characterized in that the outer boundary of the recess ( 16 ) has the shape of an ellipse which runs symmetrically to the longitudinal axis of the through bore ( 5 ) and whose center lies in the axis of rotation of the plug ( 6 ).

3. Ball valve according to claim 1 or 2, characterized in that the seat bushings ( 15 ) are connected to brackets ( 18 ) which are penetrated by bolts ( 19 ) and that the bolts ( 19 ) engage vertically in the recess ( 16 ) and rest on the outer or inner wall ( 17 ) of the recess ( 16 ).

4. Ball valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that tension springs ( 21 ) are arranged between the springs ( 14 ) designed as compression springs.