DE4419425A1 - Kugelhahn mit einem aus Profilmaterial bestehendem Gehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige bekannte Kugelhahnkonstruktionen, die beispielsweise in Meßleitungen Verwendung finden können, sind seit längerem bekannt und werden aus Profilmaterial, gewöhnlich Stahl, Messing u. a. Materialien spanabhebend herausgearbeitet. Dies ermöglicht eine günstige Herstellung, da in einer Aufspannung sowohl die Abmessungen der äußeren Gehäuseanschlüsse, als auch die Innenkontur bearbeitbar ist. Durch einmaliges Umspannen in einer Bearbeitungsmaschine können dann das andere Gehäuseende oder, je nach Aufbau des Kugelhahnes, die inneren Abmessungen für die Aufnahme des kugelförmigen Absperrorganes erstellt werden. Ein derartiges Kugelhahngehäuse benötigt dann noch eine radial zur Durchströmöffnung verlaufende Bohrung, die zur Durchführung einer das Absperrorgan betätigenden Welle dient. Im Bereich dieser Öffnung ist gewöhnlich ein Stutzen angeschweißt, in dem die Welle gelagert und in der auch die zugehörige Wellenabdichtung angeordnet ist. Das Gehäuse selbst kann nach erfolgter Montage des Absperrelementes durch einschraubbare oder anschweißbare Gehäusestopfen verschlossen werden. Diese Gehäusestopfen weisen die gewünschten Abmessungen für die mit dem Gehäuse zu verbindenden Rohrleitungen auf. Zur Anordnung eines Stellantriebes oder zur Halterung derartiger Kugelhähne sind im Bereich der Anschlüsse angedrehte Zylinderfläche vorgesehen, an denen Flansche von Halterungen reibschlüssig befestigt werden.

Diese Konstruktion ist zwar relativ kostengünstig herstellbar, aber aufgrund der separat zu erstellenden sowie zu befestigenden Gehäusestutzen für die Wellenlagerung störanfällig und aufwendig.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für eine derartige Kugelhahnbauart eine Fertigungsvereinfachung bei gleichzeitiger verbesserter Lagerung und Dichtung der Welle zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß die Durchströmöffnung des Gehäuses exzentrisch zur Mittelachse des Profilmaterials angeordnet ist. Diese Exzentrizität wird hierbei so groß gewählt, daß die verbleibende geringste Wandstärke zwischen der Außenseite des Gehäuses und der Innenseite der Durchströmöffnung den jeweils gewünschten Druckbereichen des vorgesehenen Anwendungsgebietes entspricht. Der vermeintliche Nachteil, daß sich durch die exzentrische Anordnung der Durchströmöffnung die Notwendigkeit der Verwendung eines im Durchmesser größeren Profilmaterials als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Gehäuses ergibt, ist jedoch in praxi kein Nachteil. Durch die vollständige Einsparung eines separat zu fertigenden, sowie zu befestigenden Stutzens für die Wellenlagerung ergibt sich eine gravierende Fertigungsvereinfachung bei gleichzeitig verbesserter Produktqualität.

Hierzu sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Welle von der Gehäuseinnenseite in die Gehäuseöffnung einsetzbar ist. In einer weiteren einzigen Aufspannung kann also durch bloße spanabhebende Bearbeitung eine genau fluchtende Gehäuseöffnung zur Aufnahme der Wellenabdichtung und der darin anzuordnenden Wellenlagerung vorgesehen werden. In der gleichen Aufspannung können dann auch, je nach Art und Aufbau der Verwendung findenden Wellenabdichtung, zusätzliche Bohrungen zur Anpressung oder Halterung der hierfür notwendigen Elemente angeordnet werden. Die geringfügig höheren Kosten für das etwas größere Gehäuse werden vielfach ausgeglichen durch den völligen Verzicht auf den bisher als separates Einzelteil erstellten, als Gehäusehals dienenden Stutzen. Die Integration des Gehäusehalses in das Gehäuse ermöglicht eine verbesserte Lagerung der Welle und im Endeffekt damit auch eine verbesserte Gehäusedichtung. Ungenauigkeiten im Bereich der Lagerung der Welle können sich nicht mehr nachteilig auf das kugelförmige Absperrorgan auswirken. Da derartige Wellen gewöhnlich mit einer Bundfläche ausgestattet sind, die bei überkritischen Betriebszuständen ein Herausdrücken der Welle verhindern soll, kann die dafür notwendige Gegenfläche direkt aus dem Gehäusematerial herausgearbeitet werden. Zusätzliche Sicherungsmaßnahmen, wie es bisher bei derartigen Gehäusen mit separat hergestellten und angeschweißten Stutzen als Gehäusehals der Fall war, sind nicht mehr erforderlich. Aufgrund dieser Gestaltung kann die Anlagensicherheit einer derartigen Armatur um ein Vielfaches gesteigert werden.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine federnd nachgiebig ausgebildete Stopfbuchsbrille anpressend auf die Dichtung einwirkt. Die bisher übliche Maßnahme, mit Hilfe zusätzlicher federnder Elemente im Bereich des Stutzens eine dichtende Anpressung der Dichtung an die Welle zu erreichen, ist nicht mehr erforderlich. Diese Funktion ist in die Stopfbuchsbrille integriert. Insofern ist es möglich, die Stopfbuchsbrille einfach durch Schrauben mit dem Gehäuse direkt zu verbinden, sie schweißtechnisch unlösbar am Gehäuse zu befestigen, mittels Klemmelementen zu befestigen oder den gleichen Effekt bewirkende Maßnahmen vorzusehen.

Dazu sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Stopfbuchsbrille blattfederartig ausgebildet ist. Sie würde dann mit der zur Dichtung hinweisenden konvexen Seite der Stopfbuchsbrille montiert werden, wobei sich dann, unter der Annahme, daß eine mittige Wellendurchführungsöffnung vorhanden ist, die beiden Enden der Stopfbuchsbrille im ungespannten Zustand vom Gehäuse wegweisen würden. Würden die Enden durch verschiedene Mittel mit dem Gehäuse verbunden werden, so ergibt sich eine mittige Anpreßwirkung der Stopfbuchsbrille auf die Dichtung, welche unter allen Betriebszuständen eine ausreichende Anpressung der Dichtung an die Welle gewährleistet. Bei außermittiger Anordnung der Wellendurchführungsöffnung kann die Stopfbuchsbrille beispielsweise hinter einen Vorsprung festgelegt und nur durch ein einziges Spannelement vorgespannt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht hierzu vor, daß eine Wellendurchführungsöffnung der Stopfbuchsbrille mit drehwinkelbegrenzenden Vorsprüngen für damit zusammenwirkende Anlageflächen einer Welle versehen ist. Da derartige Wellen von Kugelhähnen gewöhnlich im Bereich ihres Endes mit einem Zweikant, Vierkant o. ä. formschlüssigen Gestaltungen zwecks Verbindung mit einem Betätigungselement versehen sind, können die Vorsprünge direkt als Wegbegrenzung mit derartigen Flächen zusammenwirken. Somit wird in einfachster Weise die für die Armaturenbetätigung notwendige Winkelbewegung begrenzt. Zusätzliche und aufwendige Anschläge bzw. Hilfskonstruktionen sind damit nicht mehr erforderlich. Der hierfür notwendige Anschlag kann direkt als Vorsprung in die Stopfbuchsbrille integriert werden. Die Stopfbuchsbrille kann als Stanzteil oder sonstiges mit den bekannten technischen Mitteln erstelltes Bauteil ausgebildet sein.

Eine andere Lösung für ein aus Profilmaterial bestehendes Gehäuse einer Armatur sieht eine Halterung für einen Stellantrieb vor. Derartige Stellantriebe, die gewöhnlich elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder durch Kombinationen dieser Techniken betätigbar sind, bedürfen einer stabilen Verbindung mit der Armatur, um die für eine Armaturenbetätigung notwendigen Kräfte sicher übertragen zu können. Bekannte Ausführungsformen sehen hierzu an dem aus Profilmaterial bestehenden Gehäuse angedrehte Zylinderflächen vor, an denen die jeweiligen Halterungen mit einem oder zwei Flanschen reibschlüssig befestigt sind. Hierzu sind naturgemäß größere Reibflächen zur Verfügung zu stellen, um eine zuverlässige Verbindung auf Dauer gewährleisten zu können. Daraus resultiert zwangsläufig eine Verlängerung des Armaturengehäuses, was sich wiederum in höheren Materialkosten ausdrückt. Ein weiterer Nachteil kann die sich daraus ergebende größere Armaturengesamtlänge sein. Für derartige aus Profilmaterial bestehende Armaturen ist nach der Erfindung eine einfach aufgebaute Stellantriebshalterung vorgesehen, die aus zwei Bügeln besteht, deren Innenkontur formschlüssig verdrehsichernd an der Gehäuseaußenkontur anliegt. Die Bügel sind zueinander mit Abstand angeordnet und im Bereich oberhalb eines Wellenendes der Armatur durch eine Anschlußplatte verbunden. Aufgrund dieser Gestaltung können die für eine reibschlüssige Verbindung notwendigen klemmenden Flanschverbindungen mit ihren Einzelteilen völlig entfallen. Statt dessen finden einfache, z. B. als Stanzteil ausbildbare Bügel Verwendung, an denen eine für den jeweiligen Stellantrieb passende Anschlußplatte anbringbar ist. Somit wird die Variantenvielfalt für die verschiedensten Stellantriebe gravierend reduziert. Es sind nur noch die jeweiligen Anschlußplatten zu bevorraten, an denen die Bügel zu befestigen sind. Die Befestigung der Bügel an der jeweiligen Anschlußplatte kann mittels Schweißtechnik als einfache Möglichkeit erfolgen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung hierzu ist zwischen Anschlußplatte und Innenkontur der Bügel mindestens eine, ein Durchstecken einer Armatur ermöglichende Öffnung angeordnet. Somit kann eine Verbindung des Kugelhahnes mit einer Stellantriebshalterung in einfachster Weise durch ein Zusammenstecken erfolgen. Über einen fertigen Kugelhahn wird die Stellantriebshalterung einfach übergeschoben. Die Öffnung muß hierbei so groß sein, daß das Wellenende des Kugelhahnes zwischen Bügel und Anschlußplatte hindurchgleiten kann, um unterhalb der Anschlußplatte in der für den Stellantrieb richtigen Stellung positionierbar zu sein. Diese Öffnung kann sowohl in nur einem als auch in beiden Bügeln vorgesehen werden. Dies ist abhängig von der jeweils Verwendung findenden Bauform des Armaturengehäuses bzw. des daran anzubringenden Stellantriebes. Das einfache Durchstecken der Armatur reduziert die Montagekosten in gravierendem Maße gegenüber den bisher bekannten Möglichkeiten. Bei denen ist ein Aufsetzen, ein anschließendes Ausrichten und ein danach erfolgendes Festziehen von reibschlüssigen Flanschverbindungen notwendig. Dagegen ist durch die formschlüssige Gestaltung der Innenkontur der Bügel ist ein aufwendiges Ausrichten überhaupt nicht mehr erforderlich, da die Stellantriebshalterung nur in einer Position über die Armatur geschoben werden kann und somit zwangsläufig die richtige Position einnimmt.

Für besonders aufwendige Schaltantriebe oder auf Wunsch ist es möglich, die Bügel durch eine weitere, Positioniermittel aufweisende Platte untereinander zu verbinden. In der Platte ist beispielsweise eine Schraube oder ein Rastmittel vorsehbar, welches an einer entsprechenden Gegenfläche des Gehäuses positionierend eingreift. Dazu genügt die einfache Anbringung einer Bohrung, in welche eine Schraube positionierend hineingedreht wird oder in die das Rastmittel federnd eingreift. Damit wäre eine Ausrichtung des Anschlußflansches zum Wellenende hin möglich, wodurch unter allen Umständen eine genaue Ausrichtung des Stellantriebes möglich wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die

Fig. 1 zeigt einen kompletten Kugelhahn im Halbschnitt, die

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Stopfbuchsbrille und die

Fig. 3 und 4 verschiedene Ansichten der Stellantriebshalterung.

In der Fig. 1 ist ein Kugelhahn gezeigt, dessen linke Bildhälfte als Ansicht ausgebildet ist, während die Bildhälfte rechts von der Drehachse des Absperrorgans im Schnitt gezeigt ist. Als Ausgangsmaterial für das Gehäuse 1 wurde hier sechskantiges Profilmaterial verwendet. Die Durchströmöffnung 2 ist hierbei deutlich exzentrisch zur Mittelachse 3 des Profilmaterials angeordnet. Der Bereich 4 der geringsten Wandstärke, der hier unterhalb des kugelförmigen Absperrorganes 5 befindlich ist, ist für den jeweiligen Betriebsdruck ausgelegt. Das Gehäuse 1 ist in einfachster Weise spanabhebend herstellbar. Nach dem Einsetzen der Welle 6, des Lagers 7 und der Dichtung 8 sowie des kugelförmigen Absperrorganes 5, welches zwischen Sitzringen 9 gelagert ist, ist das Gehäuse durch einen Gehäusestopfen 10 verschließbar. In dem hier dargestellten Beispiel ist der Gehäusestopfen durch eine Schweißnaht 11 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Zur Aufrechterhaltung der genauen Positionierung des kugelförmigen Absperrorganes 5 weist der Gehäusestopfen 10 einen am Gehäuse 1 anliegenden Bund auf, welcher nach dem Schweißvorgang innerhalb der Schweißnaht 11 befindlich ist. Somit können bei der Montage immer die gleichen Anpreßkräfte zwischen den Sitzringen 9 und dem kugelförmigen Absperrorgan 5 gewährleistet werden. Selbstverständlich sind anstelle der Schweißnaht 11 auch alle anderen bekannten Verbindungstechniken einsetzbar.

Die hier Verwendung findende Dichtung 8 besteht aus mehreren Wellendichtringen, die durch eine mittels Schrauben anziehbare, federnd nachgiebige Stopfbuchsbrille 12, dichtend angepreßt werden. Zwischen der Dichtung 8 und der Stopfbuchsbrille 12 ist eine kräfteübertragende schützende Unterlegscheibe 14 angeordnet. Im entspannten Zustand weist die federnd nachgiebige Stopfbuchsbrille 12 einen bogenförmigen Verlauf wie eine Blattfeder auf. Hier wurde sie so befestigt, daß im entspannten Zustand die beiden Enden der Stopfbuchsbrille 12 vom Armaturengehäuse wegweisen und durch Schrauben 13 gegen das Armaturengehäuse 1 heranziehbar sind. Im mittleren Bereich der Stopfbuchsbrille 12, wo sich eine Wellendurchführungsöffnung 15 für die Welle 6 befindet, weist die Stopfbuchsbrille 12 im entspannten Zustand die größte Durchbiegung auf. Im montierten Zustand erfolgt hier eine sichere Anpressung auf die Dichtung 8. Eine an die Welle 6 angefräste Fläche 16, die als Schlüsselweite, als Vierkant oder in anderer Weise formschlüssig gestaltet sein kann, dient als formschlüssigen Verbindung mit einem Handhebel 17, der durch eine Mutter 18 und Lagerscheibe 19 in seiner Position gehalten wird. Das Ende der Welle 6 ist hierbei so ausgebildet, daß jeder gewünschte Stellantrieb damit verbunden werden kann.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Kugelhahn mit abgenommenen Handhebel. Die dargestellte Stopfbuchsbrille 12 verfügt bei dem hier gewählten Beispiel über Bohrungen 20 zum Hindurchführen der als Befestigungsmittel gewählten Schrauben 13. Die ein Bestandteil der Stopfbuchsbrille 12 bildende Wellendurchführungsbohrung 15 weist hier zwei nach innen weisende Vorsprünge 21 auf, an denen die Flächen 16 der Welle 6 bei einer Drehbewegung begrenzend anliegen. Somit ist es möglich, in einfachster Weise eine wirkungsvolle Drehbegrenzung der Wellenbewegung zu erhalten. Je nach Art der Flächen 16 kann auch nur ein einziger Vorsprung 21 Verwendung finden.

In der Fig. 3 ist eine Seitenansicht auf einen Halter für den Stellantrieb gezeigt. Dieser besteht aus zwei, hier in einer Ebene hintereinander liegenden Bügeln 22, deren Innenkontur 23 der Außenkontur des Gehäuses 1 entspricht. Zwischen einer Anschlußplatte 24 für einen hier nur symbolisch dargestellten Stellantrieb 25 und der Innenkontur 23 befindet sich eine Öffnung 26. Deren Kontur ist so gewählt, daß die Bügel 22 problemlos auf einen Kugelhahn mit daraus herausragender Welle geschoben werden kann, während die Welle 6 durch die Öffnung 26 hindurchwandert. Zur Verbindung der Welle 6 mit dem Stellantrieb 25 können bekannte Kupplungen Verwendung finden.

In der Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Stellantriebshalters gezeigt. Die Anschlußplatte 24 kann hierbei bedarfsgerecht mit den Bügeln 22 verbunden werden. Eine weitere Platte 27 mit einem hier als Schraube dienenden Positioniermittel 28, welche sich am Gehäuse 1 abstützt, verhindert eine seitliche Verschiebung des Stellantriebshalters.

Claims (10)

1. Kugelhahn, dessen Gehäuse aus Profilmaterial spanabhebend herstellbar ist, dessen kugelförmiges Absperrorgan durch eine Gehäusestirnseite in das Gehäuse einsetzbar und darin gehalten ist und ein mit einem Anschluß versehener Gehäusestopfen das Gehäuse verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnung (2) des Gehäuses (1) exzentrisch zur Mittelachse (3) des Profilmaterials angeordnet ist.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gehäuseöffnung für darin anzuordnende Welle (6), Lagerung (7) und Dichtung (8) im Gehäusebereich mit der größten Wandstärke angeordnet ist.

3. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) von der Gehäuseinnenseite in die Gehäuseöffnung einsetzbar ist.

4. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnd nachgiebig ausgebildete Stopfbuchsbrille (12) anpressend auf die Dichtung (8) einwirkt.

5. Kugelhahn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchsbrille (12) blattfederartig ausgebildet ist.

6. Kugelhahn nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellendurchführungsöffnung (15) der Stopfbuchsbrille (12) mit drehwinkelbegrenzenden Vorsprüngen (21) für damit zusammenwirkende Anlageflächen (16) aufweisende Welle (6) versehen ist.

7. Stellantriebshalterung für eine Armatur mit aus Profilmaterial bestehendem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bügel (22), deren Innenkontur (23) formschlüssig verdrehsichernd an der Gehäuseaußenkontur anliegt, zueinander beabstandet angeordnet sind und im Bereich oberhalb eines Wellenendes durch eine Anschlußplatte (24) verbunden sind.

8. Stellantriebshalterung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anschlußplatte (24) und Innenkontur (23) der Bügel (22) mindestens eine, ein Durchstecken einer Armatur ermöglichende Öffnung (26) angeordnet ist.

9. Stellantriebshalterung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügel (22) durch eine weitere, Positioniermittel (28) aufweisende Platte (27) verbunden sind.

10. Stellantriebshalterung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel (28) an entsprechenden Positionierstellen des Gehäuses (1) anliegen.