Beschreibung
Schwenkarmatur
Die Erfindung betrifft eine Schwenkarmatur gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungsformen für Armaturen mit schwenkbaren Absperrorganen bekannt. Dabei finden auch geteilte Gehäuse Verwendung, um das schwenkbare Absperrorgan leichter montieren oder um eine Auskleidung leichter in die Gehäuseteile einbringen zu können. Aus der EP-B 0 242 927 ist eine Armatur mit geteiltem Gehäuse als Kugelhahn bekannt. Das Gehäuse ist in der Ebene der Durchströmrichtung und quer zur Schwenkachse geteilt. Dadurch wird ein Gehäuseoberteil gebildet, in dem eine Schaltwelle des Absperrorgans dichtend gelagert ist und ein Unterteil, welches zusammen mit dem Oberteil das Absperrorgan dichtend umklammert. Das Absperrorgan selbst liegt hierbei nicht an speziellen Dichtringen an, sondern dichtet mit seinem Überzug in den Auskleidungen der Gehäuseteile. Bei dieser Lösung besteht die Gefahr, daß nach einer längeren Betriebsdauer und unter Druck- sowie Temperatureinfluß die Auskleidungen fließen und damit sowohl die Dichtung als auch die Lagerung schlechter wird. Die Schaltwelle selbst scheint innerhalb des Gehäuseoberteiles nicht gelagert zu sein. Allenfalls ein die Vorspannung der Schaltwellendichtung aufrechterhaltender Spannring wäre in der Lage, einwirkende Momente auf das Gehäuse zu übertragen.
Eine andere Lösung ist durch die EP-B 0 224 642 bekannt. Hierbei liegen beiderseits eines kugelförmigen Absperrorgans Dichtungsringe an, die durch eingeformte Federn eine SelbstJustierung des Absperrorgans bewirken sollen. Das Gehäuse ist hier in der Ebene der Schwenkachse und quer zur Strömungsrichtung geteilt. Da in dieser Ebene aber auch die Abdichtung für die Schaltwelle des Absperrorgans angeordnet ist, ergibt sich eine sehr problematische Dichtungszone. Um hier Undichtigkeiten auszuschließen, sieht diese Lösung ein zusätzliches Dichtmittel zwischen dem metallischen Gehäuseteil und dem im Bereich der verbindenden Gehäuseflansche befindlichen Auskleidungsteil vor. Die Schaltwelle wird durch einen auf dem Gehäusehals befestigten, äußeren Flanschdeckel mit einer darin befindlichen Lagerhülse kräfteaufnehmend abgestützt.
Im Handel sind auch Absperrarmaturen mit schwenkbarem Verschlußteil bekannt, bei denen die Gehäuse mehrteilig ausgebildet sind, wobei die Teilebene parallel zur Schaltwellenebene verläuft. Diese Lösung verringert zwar das Dichtungsproblem im Bereich zwischen Gehäuseteilung und Schaltwellenebene, hat aber den Nachteil, daß zwischen dem Absperrorgan und dem zugehörigen Gehäuse große Toträume entstehen, in denen ungünstige Ansammlungen des abzusperrenden Mediums entstehen können. Diese Armaturen sind häufig auch.wie die DE-A 41 17 714 zeigt, mit einer schützenden Auskleidung versehen. Dabei sind am metallischen Außengehäuse auf der Innenfläche Ausnehmungen angeordnet, in denen die Gehäuse¬ auskleidung verankernd eingreift. Im Bereich der Trennfuge zwischen den beiden Gehäuseteilen liegen die Auskleidungen dichtend aneinander. Diese Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, daß bei einem Zusammenziehen der Gehäusehälften die dabei dichtend aneinanderliegenden Gehäuseauskleidungen unkontrolliert zusammengepreßt werden.
Um eine sichere Positionierung der zu fügenden Bauteile zu erlangen, ist die Auskleidung in ihrem Endbereich dünner ausgeführt. Im Bereich des dicker ausgeführten
Auskleidungsteiles ist ein Wulst vorhanden, der kraftschlüssig in die gegenüberliegende Auskleidung hineingepreßt wird. Durch diese Maßnahme kann jedoch ein unkontrolliertes Fließen und damit Undichtigkeiten im Bereich der gegeneinander gepreßten Auskleidungsteile nicht verhindert werden.
Aufgrund der ungünstigen Druckverhältnisse innerhalb der Armatur im Bereich der Fügenaht für die Gehäuseteilung kann .die Auskleidung aus ihrer Position gezogen werden und damit die Dichtheit der gesamten Armatur leiden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für Absperrarmaturen mit schwenkbarem Absperrorgan eine sichere Lagerung und Absperrung auch unter schwierigsten Betriebsbedingungen zu gewährleisten und bei Verwendung findender Gehäuseauskleidung gleichzeitig deren sichere Befestigung sowie zuverlässige Dichtheit zu ermöglichen.
Die Lösung des einen Teilproblems sieht vor, daß die Schaltwelle im Übergang zum Absperrorgan hin stetig erweiternd ausgebildet ist. Die Schaltwelle besitzt einen sich im Durchmesser erweiternden Übergang zum Absperrorgan hin. Dieser Übergang kann konisch, trichterförmig oder ähnlich ausgebildet sein. Wesentlich ist, daß vom normalen zylindrischen Schaltwellenteil, wie er im Bereich der Dichtung, Lagerung oder des Antriebes üblich ist, ein stetig sich erweiternder Übergang zum Absperrorgan hin existiert. Durch die Durchmesservergrößerung der Schaltwelle im Übergang zum Absperrorgan hin ergibt sich ein sehr günstiger Kräfteübergang zwischen Schaltwelle und Absperrorgan. Für den Gefahrenfall stellt die Verwendung einer Schaltwelle mit sich erweiterndem Schaltwellenteil eine zusätzliche Sicherung dar. Sollte sich durch eine Verkettung unglücklicher Umstände die Schaltwelle
vom Absperrorgan lösen und die Gefahr bestehen, daß diese aufgrund des Gehäuseinnendruckes aus dem Gehäuse herausgedrückt werden kann, dann verhindert die stetige Erweiterung in wirkungsvollster Weise ein Herauspressen der Schaltwelle aus dem Gehäuse. Ein sogenannter blow out kann nicht mehr stattfinden, da sich der erweiterte Schaltwellenteil in dem Gehäuse gewissermaßen festkeilen würde. Demgegenüber besteht bei den üblichen Schaltwellen¬ sicherungen mit angedrehtem Bund immer die Gefahr, daß der Bund abreißen kann und der Schaltwellenrest aus dem Gehäuse herausgedrückt wird.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht im Bereich der stetig erweiterten Schaltwelle ein Dichtungs- und/oder Lagerelement vor. Diese Maßnahme kann bei einem einteiligen, aus Absperrorgan und Schaltwelle bestehenden Körper dessen Auslenkung unter Druckbelastung wirkungsvoll verringern. Im Falle eines reinen Lagerelementes werden die Belastungen des Absperrorgans aufgefangen und die Anwendung findenden Dichtungen haben nur noch ihre Dichtfunktion auszuüben und werden nicht durch zusätzliche Lagerkräfte belastet. Bei Verwendung eines reinen Dichtungs- oder eines kombinierten Dichtungs-Lagerelementes wird die Abdichtwirkung der Schaltwelle gegenüber den bekannten Ausführungsformen erheblich verbessert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Absperrorgan hahn-, kugel- oder klappenförmig ausgebildet. Diese Art der Schaltwellenausbildung kann also bei denjenigen Armaturen¬ bauarten Verwendung finden, bei denen ein Absperrorgan in seiner Sitzposition zur Erfüllung seiner Funktion um eine Achse dreh- oder schwenkbar angeordnet ist.
Auch kann die Schaltwelle gemäß Anspruch 6 als eigenständiges Bauteil ausgebildet sein. Damit ergibt sich bei selbständig gelagerten Absperrorganen eine sehr große Übertragungsfläche
zwischen den beiden Bauteilen. Da die Kräfteübertragung gewöhnlich auf formschlüssige Art erfolgt, stehen aufgrund der Schaltwellenerweiterung größere Übertragungsflächen als bisher zur Verfügung. Die Flächenpressung zwischen den Teilen wird geringer, wodurch neben der günstigeren Kräfteübertragung ein SicherheitsZuwachs möglich ist.
Gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 sind die Gehäuseteile und das Absperrorgan mit einer Auskleidung bzw. mit einer Ummantelung versehen. Hierzu sieht eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 vor, daß die Material¬ eigenschaften des Dichtungs- und/oder Lagerelementes den Materialeigenschaften von Auskleidung und/oder Ummantelung entsprechen. Hinsichtlich korrosiver und anderer Belastungen sowie Beständigkeit gegen das abzusperrende Medium werden damit einander entsprechende Eigenschaften gewährleistet. Für . diejenigen Anwendungsfälle, bei denen die Schaltwelle als eigenständiges Bauteil ausgebildet ist, kann nach einer weiteren Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 auch die Schaltwelle und das Absperrorgan eine Ummantelung aufweisen. Hierbei kann jedes Bauteil für sich ummantelt sein, es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Absperrorgan mit einsteckbarer Schaltwelle mit einer gemeinsamen Ummantelung auszurüsten. Letzteres ist abhängig von der Qualität und Ausbildung der Kraftübertragungsflächen sowie von der zu übertragenden Kraft.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 8 kann nur die Schaltwelle oder das Absperrorgan mit einer Ummantelung versehen sein, während das jeweils andere Bauteil ummantelungsfrei bleibt. Dies ist abhängig von den Einsatzverhältnissen und den jeweiligen Stückzahlen. Im Rahmen wirtschaftlicher Überlegungen kann die Verwendung eines kostenintensiven Ummantelungswerkzeuges oder der Einsatz entsprechend widerstandsfähiger, hochwertiger Materialien
vorteilhafter sein. Für den Ummantelungswerkstoff bzw. den Auskleidungswerkstoff finden die hierfür in der Technik üblichen und gegen die Angriffe des Mediums beständigen Materialien Verwendung.
Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 beschreibt den Verlauf der Ebene der Gehäuseteilung. Dieser gewissermaßen schräge Schnitt durch das Gehäuse erlaubt eine problemlose Montage der für eine Abdichtung notwendigen Sitz- oder Dichtungsringe sowie der Montage der Schaltwelle von innen nach außen. Besonders bei einer einteiligen Ausbildung von Schaltwelle und Absperrorgan ist damit eine problemlose Montage möglich.
Die Lösung des anderen Teilproblems erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 10. Infolge der metallischen Anlage der Gehäuseteile wird sichergestellt, daß unabhängig von derjenigen Person oder Einrichtung, die die Gehäuseteile bei der Montage zusammenfügt, im Bereich der Fügenaht bzw. Trennebene immer eine definierte Anpressung erreicht wird. Das dichtend gegeneinander gepreßten Auskleidungsoberflächen mit formschlüssigen, ineinandergreifenden Oberflächengestaltungen versehen sind, bewirkt eine äußerst sichere, quasi wie eine Verzahnung wirkende Verankerung der Teile zueinander. Durch das formschlüssige Ineinandergreifen der Auskleidungs¬ oberflächen in Verbindung mit dem metallischen Aneinander- liegen der zu fügenden Gehäuseteile kann unter allen Bedingungen eine Flächenpressung zwischen den Auskleidungs¬ bereichen erlangt werden, die immer im zulässigen Werkstoff- bereich liegt. Ein Fließen der Auskleidungsteile und dadurch bedingte Nachteile werden zuverlässig verhindert.
Eine weitere, die Kräfteverhältnisse zwischen den Gehäuseteilen verbessernde Maßnahme sieht vor, daß zwischen metallischer Anlage und den Endbereichen der Auskleidung ein
Spalt vorgesehen ist. Die im Zehntelmillimeterbereich liegende und bis zu einem Millimeter reichende Spaltweite erleichtert die Berechnung und Aufrechterhaltung der Kräfteverhältnisse zwischen den zusammengefügten Teilen.
Nach einer anderen Ausgestaltung sind in Ausnehmungen des Gehäuses, die im Endbereich der Auskleidungen zu deren besseren Verankerung mit dem äußeren Metallgehäuse vorgesehen sind, elastische Elemente angeordnet. Diese können die Ausnehmungen ganz oder teilweise ausfüllen. Bei ungünstigen Betriebsbedingungen, zum Beispiel bei wechselnden Temperaturverhältnissen, wird damit einer Fließneigung der Auskleidung entgegengewirkt. Zu dem ergibt sich somit eine dauerelastische Krafteinwirkung auf die aneinanderliegenden dichtenden Auskleidungsteile. Auch kann der Aufwand zur Verpressung der dichtenden Bereiche geringer gehalten werden. Bei den elastischen Elementen kann es sich um entsprechend den Betriebsbedingungen ausgesuchte Elastomere, aber auch um Graphit und andere, eine dauerelastische Krafteinwirkung ermöglichende Stoffe handeln.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
Fig. 1 einen Kugelhahn, wobei Absperrorgan und Schaltwelle einteilig ausgebildet sind, die
Fig. 2 einen Kugelhahn mit einer Teilung zwischen Absperrorgan und Schaltwelle,
Fig. 3 eine Armatur, in Form eines Kugelhahnes mit senkrechter Trennebene und die
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Trennebene aus dem Bereich der Stopfbuchse.
Als Beispiel wurde hier ein ausgekleideter Kugelhahn benutzt; es ist aber genausogut möglich, die Erfindung bei einer Absperrklappe, einem Hahn oder ähnlichem, Anwendung finden zu lassen.
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel ein ausgekleidetes Armaturengehäuse 1 mit einer gegenüber einer Schwenkachse 2 geneigt verlaufenden Teilungsebene 3 gezeigt. Diese schräg zur Durchströmrichtung angeordnete Teilungsebene 3 teilt das Gehäuse in zwei Gehäusehälften 4, 5. Die eine Gehäusehälfte 4 weist einen Gehäusehals 6 auf, in dem eine Dichtung 7 für eine um die Schwenkachse 2 drehende Schaltwelle 8 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schaltwelle 8 integraler Bestandteil des Absperrorgans 9, welches hier kugelförmig ausgebildet ist. Bei entsprechend gestaltetem Innenraum des Armaturengehäuses kann darin auch ein klappen- oder hahnförmiges Absperrorgan angeordnet sein.
Beide Gehäusehälften 4, 5 weisen Auskleidungen 10, 11 auf und das Absperrorgan 9 sowie dessen Schaltwelle 8 verfügen über eine aus dem gleichen Material bestehende Ummantelung 12. Diese Auskleidungen bzw. Ummantelung schützen die metallischen Teile der Armatur vor dem innerhalb der Armatur befindlichen Medium. In jeder Gehäusehälfte 4, 5 ist je ein Sitzring 13, 14, angeordnet, innerhalb dessen sich das hier kugelförmige Absperrorgan abdichtend dreht. Eine Flanschverbindung verbindet die Gehäusehälften 4, 5 miteinander, wobei lösbare Verbindungselemente, hier Schrauben 15, die Verbindung zwischen den Teilen sicherstellen. Die Anordnung dieser Verbindungselemente 15 ist dabei so gewählt, daß ein problemloser Einbau der Armatur in ein Rohrleitungssystem möglich ist. Die dafür notwendigen Schrauben 16 mit ihren zugehörigen Muttern weisen ungestörte Zugangsmöglichkeiten auf.
Im Bereich des Überganges zum Absperrorgan 9 hin verfügt die Schaltwelle 8 über einen sich im Durchmesser stetig vergrößernden Übergangsbereich 17. Aufgrund dieses Bereiches ist ein erheblich verbesserter Kraftfluß zwischen der Schaltwelle 8 und dem Absperrorgan 9 gewährleistet. Des • weiteren ergibt sich dadurch die Möglichkeit, in diesem Übergangsbereich 17 ein zusätzliches Dichtungs- und/oder Lagerelement 18 vorzusehen.
Für das Absperrorgan 9 ist damit eine sehr steife Lagerung durch den sich im Durchmesser stetig verändernden Bereich der Schaltwelle möglich. Dieser kann sowohl kegel-, trichterförmig oder ähnlich verlaufen, wobei wesentlich ist, hier eine Verlaufsform Anwendung finden zu lassen, aufgrund derer im Übergangsbereich eine stetige Durchmesserveränderung erfolgt. Die Verwendung eines Dichtungs- und/oder Lagerelementes 18 in . diesem Schaltwellenbereich bietet den zusätzlichen Vorteil, daß ein eventuell mit der Schaltwelle 8 zusammenwirkendes - hier nicht dargestelltes - aber am Gehäusehals 6 anbringbares Schaltelement, einer wesentlich geringeren Kippmomentbelastung ausgesetzt wird. Derartige Kippmomente werden sehr wirkungsvoll durch das zwischen Schaltwellenabdichtung 7 und Absperrorgan 9 angeordnete Dichtungs- und/oder Lagerelement 18 abgefangen. Da die Teilungsebene 3 auch nicht durch den Bereich der Schaltwellenabdichtung 7 verläuft, ist hier eine sehr zuverlässige Abdichtung gewährleistet.
Die Fig. 2 zeigt eine Variation der Fig. 1, in der die Schaltwelle 8 und das Absperrorgan 9 jeweils als separate Bauteile ausgebildet wurden. Zwischen dem vergrößerten Ende der Schaltwelle 8 und dem Absperrorgan 9 erfolgt eine formschlüssige Kräfteübertragung. Hierbei verfügt die Schaltwelle 8 über eine angeformte Leiste, die in eine dazu passend ausgebildete Nut des Absperrorganes eingreift. Auch bei dieser Lösung ergibt sich der gleiche Vorteil des günstigen Kräfteverlaufes im Übergang vom zylindrischen
Schaltwellenteil auf das Absperrorgan und infolge dessen auch eine geringere Flächenpressung im Bereich der aneinander- liegenden kräfteübertragenden Flächen. Je nach konstruktiver Ausbildung können dabei die Schaltwelle 8 und das Absperrorgan 9 separat ummantelt oder in montierter Anordnung eine gemeinsame Ummantelung aufweisen.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt nun eine Lösung, bei der die Schaltwelle 8 als ein ummanteltes Bauteil ausgebildet ist und dichtend an einem nicht ummantelten Absperrorgan 9 anliegt. Dadurch besteht die Möglichkeit, für spezielle Verwendungszwecke das Absperrorgan aus einem korrosions- und/oder abrasionsbeständigen Werkstoff, wie Keramik, Hastelloy, Sinterwerkstoffe, beschichtete Materialien oder dergleichen, herzustellen und die hier ummantelte Schaltwelle als Serienbauteil zu benutzen.
Hierbei kann es sich um eine kalkulatorische Maßnahme handeln. Je nach Einsatzgebiet und Stückzahlen ergeben sich unterschiedliche Entscheidungskriterien für die Verwendung eines ummantelten Bauteiles und der zugehörigen Werkzeuge oder für die Verwendung eines aus einem hochwertigen Material bestehenden Bauteiles. Selbstverständlich kann anstelle der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform auch der umgekehrte Fall Verwendung finden; nämlich das Absperrorgan als ummanteltes Bauteil vorzusehen und die Schaltwelle ummantelungsfrei auszubilden.
Die in Fig. 3 gezeigte Armatur verfügt über eine senkrecht zur Durchströmrichtung verlaufende Trennfuge 3, die das Gehäuse in zwei Gehäuseteile 4, 5 unterteilt. Die innerhalb der Gehäuseteile angeordneten Auskleidungen 10, 11 greifen in Ausnehmungen 19 ein, wodurch die Befestigung zwischen diesen Teilen verbessert wird. Im Bereich der Trennebene 3 befindliche Endbereiche 20 der Auskleidungen 10, 11 befinden sich auf kleinerem Durchmesser, als eine umlaufende
metallische Anlage 21 zwischen den beiden Gehäuseteilen 4, 5. Weiterhin befindet sich ein Spalt 22 im Bereich zwischen der metallischen Anlage 21 und den Endbereichen 20 der Auskleidungen.
Die Fig. 4 zeigt in größerer Darstellung einen Ausschnitt im Bereich der Trennebene 3 in der Nähe der Dichtung 7 der Schaltwelle. Im Endbereich 20 der Auskleidungen 10, 11 verfügen die dichtend gegeneinander gepreßten Oberflächen der Auskleidungen über eine formschlüssig ineinander greifende Oberflächengestaltung 24. Bei dem gewählten
Ausführungsbeispiel sind ringförmige Vorsprünge dargestellt. Diese sind mit Abstand zueinander angeordnet, wobei die Vorsprünge eines Gehäuseteiles jeweils zwischen die Vorsprünge des gegenüberliegenden Gehäuseteiles eingreifen. Der so gebildete Dichtspalt dient gleichzeitig der sicheren Positionierung der Auskleidung im Bereich der Trennebene 3. Zusätzlich können die Auskleidungen durch Ausnehmungen 19 gehalten werden. Hierbei zeigt das Teil 4 eine Ausgestaltung, nach der in der Ausnehmung 19 ein elastisches Element 23 angeordnet ist. Dabei kann dessen radiale Erstreckung auch größer als dargestellt sein, beispielsweise kann seine radiale Erstreckung der Länge des formschlüssig ineinandergreifenden Dichtspaltes 24 entsprechen. Die Verwendung sowie Form des elastischen Elementes 23 ist abhängig von den
Temperaturbelastungen, denen die Armatur während des Betriebes ausgesetzt ist. Als Material kann sowohl Graphit, ein den späteren Betriebsverhältnissen entsprechender Elastomer oder andere elastische Materialien Verwendung finden.
In jedem Fall verhindert die metallische Anlage 21 zwischen den Gehäuseteilen 4, 5 eine unzulässige Zusammenpressung der dichtend aneinanderliegenden Auskleidungen 10, ll. Der Spalt 22 erleichtert dabei die Erzeugung der notwendigen Anpreßkräfte.