DE4433985A1 - Kugelhahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige Kugelhähne sind beispielsweise aus der DE-A- 41 27 114 bekannt. Dabei befindet sich im Bereich zwischen den Dichtelementen, dem kugelförmigen Hahnküken und dem Gehäuse ein Totraum, innerhalb dessen sich Medium ansammeln kann. Dieser Totraum existiert sowohl bei voll geöffneter als auch bei vollständig geschlossener Armatur. Bei der genannten Schrift besteht nun das Problem, diesen Totraum spülbar zu gestalten, um eventuelle Reaktionen mit unterschiedlichen Medien auszuschließen. Aus diesem Grunde wird hier eine aufwendige Einrichtung verwendet, mit deren Hilfe der Totraum reinigbar ist.

Ein innerhalb eines derartigen Totraumes befindliches Medium ist jedoch auch noch aus einem anderen Grund gefährlich. Da das Hahnküken in seinen Endlagen- Stellungen den Totraum gegenüber dem Strömungsmitteldurchlaß absperrt, ist das Medium innerhalb des Totraumes dichtend eingeschlossen. Hierbei kann der ungünstige Fall eintreten, daß das im Totraum befindliche Medium einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird. Dadurch kann es, besonders wenn es sich um inkompressible Medien handelt, zu bleibenden Schäden am Kugelhahn kommen. Bei flüssigen Medien ist beispielsweise bei einer Temperaturerhöhung von ungefähr 100°C mit einem Druckanstieg von über 400 bar zu rechnen. Da die Armaturen üblicherweise für einen Nenndruckbereich bis 40 bar ausgelegt sind, kann in ungünstigen Fällen eine Beschädigung der Armatur erfolgen. Zur Lösung eines derartigen Problems sieht nun die DE-G- 33 03 813 vor, den Dichtring axialbeweglich auszubilden, um bei einem Druckanstieg eine Druckentlastung innerhalb des Totraumes durch Ausweichen des gesamten Dichtringes zu erreichen. Diese Lösung mag zwar für einige Anwendungsfälle durchaus verwendbar sein, jedoch in denjenigen Fällen, bei denen gekammerte Dichtelemente mit einer sogenannten Firesafe-Kante erforderlich ist, funktioniert diese Lösung nicht mehr. Denn mit einer Firesafe-Kante wird das Dichtelement nahezu vollständig innerhalb des Gehäuses gekammert, um im Falle eines Brandes für eine bestimmte Zeitdauer eine dichtende Anlage des kugelförmigen Hahnkükens an den die Kammerstirnseite begrenzenden Wandflächen zu erhalten. Ein gekammertes Dichtelement ist jedoch nicht axial verschiebbar.

Zur Totraumentlastung ist es auch bekannt, innerhalb des kugelförmigen Hahnkükens eine Entlastungsbohrung vorzusehen, die rechtwinklig zur Durchgangsbohrung des Hahnkükens verläuft. Somit kann bei einem Druckanstieg innerhalb des Totraumes bei den beiden hauptsächlichen Betriebsstellungen der Armatur ein Druckanstieg über die Entlastungsbohrung abgebaut werden. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß damit die Armatur nur in einer bestimmten Richtung eingebaut werden darf, und die Entlastungsöffnung immer nur entgegengesetzt zur drucklosen Anschlußseite der Armatur weisen muß.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei einem Kugelhahn mit gekammerten Dichtelementen eine wenig aufwendige Totraumentlastung zu entwickeln. Die Lösung dieses Problems ist mit den Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben. Durch das Sackloch wird das Dichtelement an dieser Stelle seines Querschnittes geschwächt. Ein auf der Dichtfläche des Dichtelementes anstehender Druck wird bei steigender Temperatur anwachsen und auf die Dichtfläche pressend einwirken. Im Bereich des Sackloches wird diesem Druck ein geringerer Widerstand entgegengesetzt, so daß in diesem Bereich die Dichtfläche bei einem unzulässig hohen Druck elastisch nachgibt und ein Druckabbau erfolgen kann. Nach der erfolgten Entspannung kann dieser Dichtflächenbereich wieder zurückfedern und aufgrund der Eigenelastizität des Verwendung findenden Werkstoffes sowie bei zulässigen Drücken wieder dichtend am kugelförmigen Hahnküken anliegen. Als Dichtelemente finden gewöhnlich aus Elastomer bestehende Dichtringe Verwendung. Hierbei kann es sich um PTFE oder andere gebräuchliche Dichtwerkstoffe handeln, die entsprechend den Druck- und/oder Temperaturverhältnissen ausgewählt wurden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist bzw. sind die Sacklöcher zur Anschlußöffnung hin offen ausgebildet. Damit kann bei einer auf der druckführenden Seite der Armatur befindlichen Öffnung eine zusätzliche dichtende Anpressung erfolgen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Öffnung des Sackloches ganz oder teilweise innerhalb der Kammerung befindlich ist. Dies kann von Bedeutung sein für diejenigen Fälle, bei denen beispielsweise ein Medium abzusperren ist, in dem Schwebstoffe oder andere feste Bestandteile enthalten sind. Damit wird sichergestellt, daß derartige Mediumteile nicht in das Loch eindringen können.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, nach denen die Sacklöcher im Winkel zur Dichtfläche verlaufen und wonach die engste Querschnittsstelle des Dichtelementes im Bereich des Sackloches definiert ist, erlauben in ganz gezielter Weise eine Nachgiebigkeit der Dichtfläche. Damit wird sichergestellt, daß die der Anschlußöffnung nächstgelegene Seite der Dichtfläche immer zuerst nachgibt und damit eine sichere Entlastung des Totraumes gewährleistet werden kann.

Die Ausgestaltung von Anspruch 6 erlaubt auch die Entlastung eines Totraumes, der zwischen Kugelhähnen besteht, die aus Sicherheitsgründen hintereinander geschaltet sind. Der Totraum bildet sich dabei im Bereich der Anschlußöffnungen aus. Die an der Oberfläche des Hahnkükens anliegende Dichtfläche der Dichtelemente weist dann eine Formgebung auf, die eine Einwirkung des Druckes auf die Dichtfläche möglich macht.

Der wesentliche Vorteil dieser Art einer Totraumentlastung besteht im geringen Herstellungsaufwand, nämlich durch einfache Anordnung eines Sackloches in einer Fläche des Dichtelementes. Dieses Sackloch kann hierbei gleichzeitig bei der Herstellung des Dichtelementes mit eingeformt werden oder nachträglich mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges erzeugt werden. Der Querschnitt kann hierbei auch jede bekannte oder gewünschte Form haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der in Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 als Ausschnitt einen geschlossenen Kugelhahn im Schnitt und die

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit des Dichtelementes.

Der in Fig. 1 gezeigte Kugelhahn besteht aus einem hier zweiteilig ausgebildeten Gehäuse 1, in dem ein kugelförmiges Hahnküken 2 angeordnet ist. Dieses befindet sich in der "Geschlossen" - Stellung und ist durch eine Schaltwelle 3 betätigbar. Die Abdichtung bewirken zwei gekammerte Dichtelemente 4, die benachbart zu den Anschlußöffnungen 5, 6 angeordnet sind. Zwischen dem Hahnküken 2, den Teilen des Gehäuses 1 und den Dichtelementen 4 befindet sich ein Totraum 7, der in der "Geschlossen" und "Offen" - Stellung abgesperrt ist. Darin befindliche und besonders inkompressible Medien können bei einer Erwärmung des Gehäuses einen Druck entwickeln, der ganz erheblich über dem zulässigen Gehäusedruck liegen kann. Bei einem unzulässig hohen Druckanstieg gibt das elastische Material der Dichtelemente 4 an denjenigen Stellen nach, die im Bereich eines darin angebrachten Sackloches 8 liegen. Eine Wand 9 ist trennend zwischen der Anschlußöffnung 5 und einer ein Dichtelement 4 aufnehmenden Kammer 10 angeordnet. An der zum Hahnküken weisenden Seite verfügt sie über eine sogenannte "Firesafe"-Kante 11, an der bei einem Brandfall das Hahnküken 2 dichtend anliegt. Da diese Kante 11 gegenüber der Oberfläche 13 des Hahnkükens 2 einen Spalt 14 aufweist, kann bei einer nur teilweise nachgebenden Dichtfläche 12 der Überdruck durch diesen Spalt 14 abgebaut werden.

Eine Bohrung 17 im Hahnküken 2 ermöglicht eine Entlastung des Totraumes 7 bei geöffneter Armatur. Infolge von Temperatureinflüssen oder Phasenwechseln bedingte Druckanstiege im Totraum 7 werden dann durch die Bohrung 17 in den Strömungsmittelweg abgebaut.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einem Dichtelement 4 mit Sackloch 8 gezeigt. Der Verlauf des Sackloches 8 ist so gewählt, daß er mit einer Verlängerung 15 der Dichtfläche 12 einen kleinen Winkel α einschließt. Im Bereich des Sackloches 8 weist daher das Dichtelement 4 eine Querschnittsfläche 16 auf, die im Bereich der Firesafe-Kante 11 über ihre geringste Breite B verfügt. Ein innerhalb des Totraumes 7 vorherrschender Druck wird in Richtung des Pfeiles P abgebaut, wenn aufgrund eines unzulässig hohen Druckes das Dichtelement 4 im Bereich des Sackloches kurzfristig elastisch nachgibt. Durch die das Dichtelement 4 aufnehmende Kammer 10 wird gewährleistet, daß das elastische Dichtelement unter hohen Druckbelastungen nicht wegfließt.

Claims (6)

1. Kugelhahn, dessen Gehäuse mit Anschlußöffnungen für Leitungen versehen ist, innerhalb des Gehäuses ein kugelförmiges Hahnküken zwischen ringförmigen Dichtelementen drehbar angeordnet ist, die Dichtelemente innerhalb des Gehäuses mit dem überwiegenden Teil ihrer Umfangsfläche gekammert angeordnet sind und mit einer freien, eine Dichtfläche aufweisenden Seite am Hahnküken dichtend anliegen, wobei zwischen Gehäuse, kugelförmigen Hahnküken und Dichtelementen ein Totraum gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer den Anschlußöffnungen (5, 6) zugekehrten Seite von mindestens einem Dichtelement (4) ein oder mehrere Sacklöcher (8) angebracht sind.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (8) zur Anschlußöffnung (5, 6) hin offen ausgebildet sind.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Sacklöcher (8) ganz oder teilweise von einer eine Kammer (10) begrenzenden Wandfläche (9) abgedeckt ist.

4. Kugelhahn nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (8) im Winkel zur Dichtfläche (12) verlaufen.

5. Kugelhahn nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen Sackloch (8) und Dichtfläche (12) befindliche Querschnittsfläche (16) des Dichtelementes (4) eine geringste Breite (B) an der einer Anschlußöffnung (5, 6) zugekehrten Seite des Dichtelementes (4) aufweist.

6. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der mit einem zweiten Kugelhahn in Reihe verbunden ist und zwischen den beiden Kugelhähnen ein Totraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Sacklöcher (8) auf der einem Totraum (7) eines Kugelhahnes zugekehrten Seite von mindestens einem Dichtelement (4) angeordnet sind.