DE9002393U1

DE9002393U1 - Mehrwegehahn mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE9002393U1
Application number: DE9002393U
Authority: DE
Original assignee: Waescher Thomas Dipl-Ing 6900 Heidelberg De
Current assignee: Waescher Thomas Dipl-Ing 6900 Heidelberg De
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1990-05-03
Anticipated expiration: 2000-03-02

Description

• · · ■··■·< ·■ ■·

> ■ I it &igr; · j a·*· » · t Ut(I » ·

tt II» , , 1 ( »&Igr; &igr;

y _

Thomas Wäscher
Falkengasse 10
D-6900 Heidelberg

Iftehrwegshahn mit elektrischem Antrieb

Zur Umlenkung eines fließfähigen Stoffes nach verschiedenen Orten ist se bekannt, den Stoff einen MebT-wegehahn 'auch Strömungsweiche genannt) zuzuführen. "Jarbei wird der Stoff dU- ientv ,· *öffnung de*. äußeren Gehäuses mi+tels einer Rohrleitung zugeiuhrt. und übsr *.ne Dichtung in die korrespondierende Bohrung de*- inneren, cieht-aren Kükens zugeführt. Eine im Vinkel von 90 oder 120 Grad zu der Bohrung in Verbindung star·--.'.-.:!·.■■ zwejts Bohrung lenkt im Innern des Kükens den Stoff um 90 oder 120 Grad um und führt ihn wieder über eine Dichtung zu iner wahlweise, je nach Drehwinkel des Kükens korrespondierenden öffnung de«? äußeren Gehäuses, wo der Stoff herausgeführt wird.

I-rr* die Art der Konstruktion und Fertigung bedingt, ist die Strömungsunlenkung an der Auftreffstelle der beiden im Winkel von 90 oder 120 O'rad aufeinandertreffenden Bohrungen im Innern des drehbaren Kükens mehr oder weniger scharfkantig, sodaß hier ein höherer Druckverlust entsteht und eine Eignung für körnige Schüttgüter und partikelhaltige Gase und Flüssigkeiten nicht besteht. Insbesondere bei Vielwegehähnen vergeht durch die Umschaltung von einem Weg zum anderen meist eine nicht mehr zu vernachlässigende Zeit, in der die Bohrung des Kükens verschlossen und die Strömung unterbrochen ist.

Eine strömungsgünstige, nahezu ablagerungsfreie, druckverlustarme und schnelle Umlenkung eines fließfähigen Stoffes wird durch den nachiolgend beschriebenen Mehrwegehahn mit elektrischem Antrieb bewerkstelligt.

■ I · I · * II·

I» III It 11 (I ■·

5ach Fig. 1 befindet sich im Innern des dreigeteilten Gehäuses, bestehend aus dem Oberteil (1) mit der zentralen Einlaßöffnung (6), dem Mittelteil (2) mit einer Prüf öffnung (18) und dem Unterteil (3) mit den 6 im Winkel von etwa Grad zur Senkrechten nach außen stehenden Auslaßöffnungen (7) das zylinderförmjge, mit der Zylinderachse senkrecht \'.&tgr;&Lgr; zentral im Gehäuseoberteil (1) und Gehäuseunt'-rteil <3) auf je einem Radial jiillenkugellager (8) drehbar gelagerte Küken <4). Das im wesentlichen plane Oberteil des Kükens besitzt eine achsiale, zylinderlörmige Vertiefung (19), in das eine achsiale innere zyiinderförniige Auswölbung (20) des Oberteils <J> mit Luft hineinragt. Der dichte Abschluß zwischen der Vertiefung (19) im Küken (4) und der iuswölbung (20) im Oberteil (1) wird durch die O-Kinge (10), die in entsprechenden lutkammern, deren Form vom Hersteller der O-Rlnge festgelegt wird, in der Vertiefung (19) des Kükens (4) eingelegt sind, sichergestellt. Wahlweise können die Hutkammern zum Festhalten der O-Ringe auch in der Auswölbung (20) eingearbeitet sein. Alternativ zu O-Ringen können auch bekannte Vellenabdichtringe, z. B. einfache oder doppelte Radial-Vellendichtringe zur Verwendung kommen.

Die zentrale Einlaßöffnung (6), die Innen im Oberteil (1) in der spitz zulaufenden Auswölbung (20) endet, wird Im Innern des Kükens (4) achsJal beginnend und dann bogenförmig auf der Achse eines Kreisausschnitts (5), hier gezeichnet als Bogen eines Zwölftelkreises mit einem Radius, der etwa dem 3-bis 6-fachem des Radius des Kükenzylinders beträgt, weitergeführt. Im Falle eines Zwölftelkreises endet die bogenförmige Bohrung (5) exzentrisch zur Zylinderachse des Kükens (4) in einem Winkel von 30 Grad zur Senkrechten im kugelförmig nach unten ausgebuchteten Unterteil (22) des Kükens (4). Durch das Oberteil (1) und den Q-Ring (11; und die nur gestrichelt dargestellte Verschraubung (21) wird das Küken (4) mit seiner unteren kugelförmigen Ausbuchtung (22) in eine passende kugelförmige Aushöhlung <22> des Oehäuseunterteils (3) hineingedrückt, wobei die senkrecht wirkende Druckkraft im wesentlichen durch die Dicke und Elastizität des O-Rings Ul) festgelegt wird. Mit Vorteil besteht der O-King (11) aus einem mit einem nicht klebenden und gut gleitenden Material, &zgr;. B. Polytetrafluorethylen oder fluoriertes Athylen-Propylen beschichteten O-Ring aus biiikonkautschuk oder J'luorkautsrhuK. Das Olciche gilt für die ü-kinge <9; und (10>. Lm ale oberr- Kukennbdicnt'jng zum Gehauseaberteil bereits -lur',h die genannten O-kingr lw> De-

tp &igr; &Iacgr; if.' &ngr;/J rf), kann alternativ &tgr;&ggr;&mgr;&igr;&pgr; ¹J Kinp; (11 > und in )ir -if.z m(< Haalnl KiI lenkuge.1 labors, <>'·> &eegr;&igr;&mgr; Ii pin Ax ta I -Ki I lenku)7f> Ungoi fin dor ot dos &ugr; iUnp," Ul; rait d^m Vorteil gnringerpr Keibung verwendet, werden. Die vertikale Druckkraft zur F.rziehlung pines spielfreien Sitzes des ku^eitörmlgon Kukenunterteils im Gehauseunterteil wirri zwischen dem Axial Killen kugellager und dem (>ehauseobertei1 11; durch eine ringförmige elastische Einlage, die aus einem elastischem Ü-King oder einer wellenförmig geformten, mßt.alUsr.hfin Rinfffeder bestehen kann.

Das Küken <4> wird In seinem unteron zylinderformigen Teil gegenüber dem Geauseuntcrtel) <3> wiederum über die U-Ringe <9; abgedichtet Das Gehauseunteiteil <3) besitzt aufgrun-d der nach Hig. 1 gezeich; eten Ausführung &thgr; zum unteren Ende der Kukenbohrung <5) korrespondierende öffnungen, die je nach Stellung des Kükens die Auslaßoffnung <7) darsteilen. Die Abdichtung drr KuKenbohrung mit der Jeweiligen AuslakSoffnung (7J ist im L'otail und vergro Bert in Flg. 2 dargestellt.

Pie L'rehung des Kükens um die vertikale Kuken-Zylinderachse wird aurrh eine Welle <12), die fest mit den Küken (4) am untersten Punkt der kur.uiormigen Ausbuchtung &kgr;22> des Kükens zentrisch befestigt ist und parali &igr; zur Kuken-Zylinderachse durch eine korrespondierende öffnung im Gehäuseunterteii (3; hindurchgeht und mittels einer ütopibuchspacfeung (Ib) una einer ütopfbuchsverschraubunR U4> gegenüber deni Gehäuseunterteil abgedichtet ist. Anstelle aer Stopfbuchspackung (Ib) können auch die genannten O-Ringe oder Radial-Veiiendichtringe verwendet werden. Am Ende der Weile (12) ist außerhalb des Gehäuses c3> formschlüssig eine Zahnriemenscheibe (.13) befestigt, die durch den Zahnriemen (17.) und den Schrittmotor Qo) angetrieben einen bestimmten Drehwinnel (.nach Fig. 1 z. B. jeweils 60 Winkelgrade) ausfahrt und an das Küken <4; übertragt.

Die Abdichtung der Bohrung (5) zwischen dem kugelförmigen, unteren Ende des Xuke-s (4; mit deia Gehäuseunterteii (3) und der korrespondierenden Auslaßöffnung (7) wird durch einen O-Ring (23) verbessert. Fig. 2 zeigt hierzu näheres. Der O-Ring (23; enthalt innerhalb seiner kautschukähniichen Masse auf der Achse der C-Ringschnur einen stabilen Draht- oder Federring aus Stahl '.27j , der den Durchmesser des Q-Rings (23) konstant hält und ihn in

-.einem oitz (Xh) R^geri die obere DichUippe ¹XS) der Kugelf nrm &iacgr;&rgr;/&Iacgr;&idiagr; AiiGbucfvtung (2&oacgr;> des un'oren »jehaiiGeteils (3) druckt und damit der MchtJJppe (2b) eine höhere AnpreBVralt an das Kulten (4) in der unmittelbaren Umgebung der Bohrung (b) verleiht. Damit die kreisförmige Dichtlippe (2b) beim Drehen des Kükens (4) nicht an der Bohrungskante von (b) an (22) verletzt wird, ist das Ende der Bohrung (b) am kugelförmigen Teil (22) der, Kükens (4) leicht angefast und abgerundet (24).

Zur überprüfung der Dichtheit des Mehrwegehahns kann am Schlauchnippel (18) ein Manometer angeschlossen werden, das bei einer Leckage an den Dichtungen (10), (11), (9), (23) und (15) je nach Druckzustand des Mediums einen ansteigenden über- oder Unterdruck im Zwischenraum zwischen Gehäuse (2) und Küken (4) detektieren kann. Desweiteren kann durch den Schlauchnippei (lö) ein Schutzgas oder eine Schutzflüssigkeit mit über- oder Unterdruck zwischen die Gehauseteile (1), (2) und (3) gegeben werden, wodurch ein zusätzlicher Schutz der Kugellager (8) bewirkt wird. Die Kugellager (8) bestehen vorteilhafterweise aus weitgehend korrosionsfestem Edelstahl, z.B. X105CrMol? oder, soweit lieferbar, aus temperaturfesten Kunstoffmaterialien wie z. B. PVDF oder PTFE.

Wird der beschriebene Mehrwegehahn durch einen Schrittmotor mit einem Drehmoment von 3 Nm bei einer max. Drehzahl von 600 U/min und einer Zahnriemenuntersetzung von 1:2 angetrieben, so ergibt sich für eine Umdrehung des Kükens eine Zeitdauer von 200 ms oder für ein Wechsel von einer öffnung zur benachbarten von 33,3 ms, was eine vergleichsweise kurze Umschaltzeit bedeutet.

Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte 6-Wegehahn stellt nur ein konstruktives

dop,
Beispiel fur eine mögliche Anwendung<*S7 B. bei der pneumatischen Dosierung eines Schüttguts in 6 verschiedene zu füllende Behälter. Falls die Aufgabe darin besteht, z. B. aus 6 Behältern in eine zentrale Leitung zu fördern, läßt sich der beschriebene Mehrwegehahn ebensogut verwenden, wobei dann wegen der entgegengesetzten Strömungsrichtung vorteilhafterweise die Ausbuchtung (20) im Gehäuseoberteii (1) eine entsprechende Vertiefung wird und die

ti &igr; · · * · · &igr;

■ I ItI ··*»··<

Il II·· · · <

Il Il It ·· &diams; * &PSgr; *

Vertiefung (19> im Küken <4' eine entsprechende Ausbuchtung wird.

Durch Querschnittsveränderung des KüKens und der Gehauseteile labt sich der beschriebene Mehrwegehahn abhangig von dem eriorderlichen Bohrungsquerschnitt ebensogut fur eine kleinere oder auch gröbere An?ah). alr> 6 Wege bauen.

Claims

i. Mehrwevrenahn mi'. eieicrr iscnerr. Antrieb,

dadurch gekennzeichnet, dan

a. lie Achse der Bohrung ib > innerhhib des drehbaren KuKens '4> <uiv?n Kreisabschnitt beschreibt, der wenigstens einem Viertelte! ei- una nochBtens einem Vie.rundzwanzigstelKreis, vorteixnaiterweise einem Sechstel- bis Achtzehntejkreis beschreibt und die bohrung insgesamt vom Kükeneintritt bis zum KuKenaustritt einen stetigen Veriaul auf einem Kreisbogen ha+, so, daß die Bohrungsachse am oberen huKenenae mit der zentralen oehauseoifnung (6) genau zentral und paraiiei ixucn tet und mit der Drehachse Hb> des Kükens (4; zusammenfallt und dir-Bohrungsacnse am gegenüberliegenden, unteren kugelförmig ausgebiide ten Kuk^nende (22 > lateral in einem Vinkel zur Drehachse (,.,d) &agr; es Kükens austritt, wie es der Lange des Kreisbogens entspricnt, aen nie Bohrung (b) aufweist, bei einem Zwoiftelkreis aiso beispielsweise :·&ugr; Grad oder bei einem Achteisreis beispielsweise 45 Graa,

b. da^ der laterale bohrungsaustritt des Kükens <4> in den, die ein geradzahliger Teil von 360 Grad entsprechen, mit einer unteren uehauseoiinung <7>, deren Querschnitt gleich dem wuei =chuiiz der Bohrung (5) entspricht, sowohl ·>&tgr;&eegr; Winkel aer Bor.rungsachse ais auch im Drehwinkei des Kükens übereinstimmt, una aab so der urtere ^ehäuseteil (3J so viele Bohrungen aufweisen kann, wie es aen geraczanligen Anteilen von 360 Grad entspricht, vorausgesetzt, aad aie Bonrungsdurchmesser von <7) im senkrecht zur Drehacn; .oi vorhandenen Querschnitt des Gehäuseteiis von ^d> Platz haben,

c- daß das Küken (4) zylinderförmige Gestalt aufweist und die Zylinderachse mit der Drehachse (2Ö) zusammenfällt, um die sich das Küken v4) drehen kann, wobei die Kükenlagerung von Wälzlagern (8; vorgenommen wird und diese Wälzlager z. B. entweder aus zwei Kadial-Biiienkugeilagern oder aus einem Radial-Rilienkugellager und einem Achsial-Siibestehen können, wobei das Eadiai-Rillenkugeliager cas

«I ·«·■

Küken <4> radial auf der Drehachse (28) zentriert und zwischem unteren Genauseteil (3) und Küken (4) befestigt ist und das Achsial-Rillen-Kugellager, das zentrisch zur Drehachse (28) zwischem oberen Gehäuseteil (1) und cer ebenen Stirnfläche des Kükens (4) befestigt ist und durch eine fecernde Zwischeneinlage, die entweder ein elastischer 0-Ring oder ein wellenförmig im Umfang geformter Metallring sein kann, das Küken <4> mit seiner entgegengesetzten, kugelförmig ausgebuchteten, konvexen Stirnflache (22) gegen die ebenso kugelförmig ausgehöhlte, konkave Innnenfläche (22) des Gehäuseteils (3) drückt und so abdichtet, daß die Gehäusebohrunger, (7) unmittelbar in der Nähe der kugelförmigen Berührungsfläche (22) eine ringförmige Hut (26) aufweisen, deren zur Kugelfläche (22) geneigte, schrage Seitenfläche eine Lippe (25) bildet, die bevorzugt gegen die Kugelflache (22) druckt, deshalb, weil die Lippe (25) von einem in der Nut (26) liegenden O-Ring (23), der innen durch eine ringförmige Stahlfeder (27) oder einen Stahldraht (27) so in seiner Maßhaltigkeit bezügiicn seines Ringdurchmessers verstärkt wird, daß er die Lippe (2b) ständig gegen die andruckende Kugelfläche (22) vom Küken (4) druckt und

d. daß der Antrieb des Kükens (4) durch eine Welle (12) erfolgt, die an der konkaven Stirnseite (22) des Kükens (4) zentrisch und parallel zur Drehachse (2b) unverrückbar befestigt ist und so verlängert ist, daß sie durch das Gehäuse <3) zentral hindurchgeht und mit den: Gehäuse <3) bolspielsweise durch eine Stopfbuchspackung Ub; und eine Stopf-Duchsverschraubunß (14) abgedichtet ist und am Ende der Achsverlängerung auBernalb des Gehäuses (3) ein Ritzel U3) iur einen Riemenantrieb (17) zur übertragung eines Drehmomentes auf das Kühen (4; befestigt ist, wobei das Drehmoment von einem elektrischen Antriebsmotor (16) aufgebracht wird,

Z. Küken (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dan das Küken (4) aus einem üuBmaterial besteht, beispielsweise aus "/(cm ■''an L^uK, KpramiK ndor l'orzelinn, &udiagr;&idiagr; J iziurnKarrild, o'ier nw. Kunst·.

3. Wälzlager C8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wälzlager <8) Kugellager aus einem temperatur- und korrosionsfesten Werkstoff sind und z. B. bei Edelstahl aus dem Werkstoff XlOSCrMoI? bestehen und bsi Kunststoff z. B. aus PVDF oder oder aus PTFE bestehen.

4. Riemenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Riemenantrieb (17) ein Zahnriemen ist

5. Elektrischer Antriebsmotor (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der elektrische Äntrieböisuior ein Schrittmotor ist, wobei aer Schrittnc-o; mit Vorteil ein 5-Phasen-Schrittmotor ist, der sein Drehmoment mit Hilfe des Antriebsritzels (29) ohne Schlupf auf einen Zahnriemen (17) überträgt, der es wiederum ohne Schlupf auf das Ritzel (13) überträgt, wobei die Ritzel (29) und (13) unterschiedliche Durchmesser aufweisen können.