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Die
Erfindung betrifft einen Hahn mit mindestens zwei an dem Gehäuse angeordneten
Anschlussstutzen, mit einem in dem Gehäuse angeordneten Absperrkörper, mit
mindestens einem Absperrquerschnitt, mit einem an dem Absperrkörper drehfest
verbundenen Betätigungselement
und mit mindestens zwei Dichtungen, wobei jeweils eine Dichtung
einen Anschlussstutzen gegenüber
dem Absperrkörper
abdichtet.
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Ein
Hahn der zuvor genannten Art, insbesondere ein Kugel-, Zylinder
oder Kegelhahn ist seit langem bekannt und wird in vielfältigen technischen
Anwendungen in verschiedenen Baugrößen eingesetzt. Es sind zwei-
und mehrkanalige Hähne
bekannt.
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Das
Gehäuse
des Hahns weist Anschlussstutzen auf, die es ermöglichen den Hahn an weitere Elemente
anzuschließen.
Beispielsweise können Rohrsysteme
an die Anschlussstutzen angeschraubt, angeschweißt oder angepresst werden.
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Durch
ein Betätigungselement,
das beispielsweise mechanisch, elektrisch, pneumatisch, elektromagnetisch
oder hydraulisch angetrieben sein kann, wird ein Absperrkörper innerhalb
des Gehäuses
des Hahns gedreht. Dabei kann der Absperrkörper insbesondere kugel-, kegel- oder zylinderförmig ausgebildet
sein.
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Der
Absperrkörper
kann Absperrquerschnitte in Form von Bohrungen oder Ausnehmungen
aufweisen. Beispielsweise kann der Absperrkörper eine oder mehrere Bohrungen,
die durch seinen Mittelpunkt gehen, aufweisen. Auch können 90°-Bohrungen
oder T-Bohrungen vorgesehen sein, so dass Absperrquerschnitte verschiedener
Formen in unterschiedlichem Winkel zur Drehachse des Absperrkörpers ausgebildet
sein können.
In weiteren Ausführungsformen
kann der Absperrkörper
Ausnehmungen aufweisen, die unter anderem kreis-, U- oder V-förmig ausgestaltet
sein können.
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Bei
einer Drehung des Absperrkörpers
um seine Achse quer zur Strömungsrichtung
durch das Betätigungselement
werden die im Absperrkörper vorgesehenen
Absperrquerschnitte an den Anschlussstutzen vorbeigeführt. Je
nach Stellung des Absperrkörpers
lassen so die Absperrquerschnitte die Strömung zwischen zwei oder mehreren
Anschlussstutzen zu oder verhindern diese.
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In
einem Hahn der eingangs genannten Art werden Dichtungen zur Abdichtung
der Anschlussstutzen gegenüber
dem Absperrkörper
verwendet. Diese Dichtungen müssen
gute Härte-,
Gleit- sowie Dichteigenschaften aufweisen, da sich die Oberfläche des
Absperrkörpers
relativ zur Dichtung bewegt. Dadurch bedingt werden Dichtungen verwendet,
die eine geringe Elastizität
haben, insbesondere Dichtungen aus PTFE (Polytetrafluorethylen bzw.
Teflon).
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Durch
Toleranzen, wie beispielsweise Fertigungs-, Montage- oder Temperaturtoleranzen
werden Abweichungen des Absperrkörpers
bzw. der Einzelteile des Hahns von vorgegebenen Abmessungen hervorgerufen.
Insbesondere kann ein zweiteiliges Gehäuse, das erst nach der Anordnung
des Absperrkörpers
zu einem gesamten Gehäuse
verschraubt wird, Abweichungen bewirken. Diese führen zu einer stärkeren oder
schwächeren
Verpressung der zuvor genannten Dichtungen. Auf Grund der geringen
Elastizität
der Dichtungen entstehen dabei unterschiedlich große Flächenpressungen
in der Kontaktfläche zwischen
dem Absperrkörper
und den Dichtungen, was zu unterschiedlich großen Gleitreibungskräften führt. Daraus
resultiert eine Änderung
des aufzuwendenden Drehmoments, das zur Drehung des Absperrkörpers notwendig
ist.
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Die
zuvor genannten Toleranzen können sich
im Bereich von Hundertsteln Millimetern, aber auch Zehnteln Millimetern
befinden. Insbesondere können
sich Toleranzen mehrerer Einzelteile aufaddieren. Dabei erhöhen sich
die zur Drehung des Absperrkörpers
nötigen
Drehmomente in Bereichen von beispielsweise 7 Nm bis 30 Nm. Insbesondere
bei großen
Hähnen,
beispielsweise ab 35 mm Innendurchmesser, führt dies zu den nachfolgend
genannten Problemen.
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Die
Drehmomenterhöhungen
können
bei einem manuellen Betätigungselement
dazu führen, dass
der Anwender nur durch erhöhten
Kraftaufwand eine Drehung des Absperrkörpers vornehmen kann oder dass
der Anwender den Absperrkörper
gar nicht drehen kann.
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Bei
einem beispielsweise elektrisch oder hydraulisch bewegten Betätigungselement
können
die Drehmomenterhöhungen
die Maximalleistung des elektrischen oder hydraulischen Systems übersteigen
und so eine Drehung des Absperrkörpers
verhindern.
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Drehmomenterhöhungen können auch
zu einem vorzeitigen Verschleiß der
verschiedenen Elemente des Hahns führen.
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Insbesondere
können
die zuvor genannten Dichtungen frühzeitig verschleißen und
somit undicht werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde,
eine Dichtung zur Anlage an relativ zur Dichtung bewegten Oberflächen anzugeben,
die einerseits die nötigen
Härte-,
Dicht- und Gleiteigenschaften gegenüber der bewegten Oberfläche aufweist
und gleichzeitig die Toleranzen in ausreichendem Maße ausgleichen
kann.
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Das
zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch
einen Hahn nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass mindestens eine Dichtung
mindestens zwei Dichtungselemente aufweist und dass das erste Dichtungselement
eine geringere Elastizität
als das zweite Dichtungselement aufweist.
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Erfindungsgemäß weist
die Dichtung aufgrund der verschiedenen Elastizitäten einerseits
die nötigen
Härte-,
Dicht- und Gleiteigenschaften auf und kann andererseits die auftretenden
Toleranzen ausgleichen.
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Ein
Vorteil besteht also darin, dass durch die mindestens zweiteilige
Ausführung
der Dichtung die Anforderungen an die Dichtung auf mindestens zwei Dichtungselemente
aufgeteilt werden können.
Somit kann das erste Dichtungselement besonders gute Härte-, Dicht-
und Gleiteigenschaften gegenüber dem
Absperrkörper
aufweisen und das zweite Dichtungselement besonders gute Elastizitätseigenschaften
aufweisen und sich bei Belastung der Dichtung verformen.
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Führen die
vorhandenen Toleranzen zu einer Abweichung der vorgegebenen Abmessungen
des Absperrkörpers
oder der Elemente des Hahns, so wird zunächst das erste Dichtungselement
mit einer höheren
Flächenpressung
beaufschlagt, wenn sich das erste Dichtungselement in Kontakt mit
dem Absperrkörper
befindet.
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Weil
aber das zweite Dichtungselement eine größere Elastizität als das
erste Dichtungselement aufweist, gibt das zweite Dichtungselement
der aus der Flächenpressung
resultierenden Presskraft nach und verformt sich. Die dafür erforderliche
Presskraft entspricht der Kraft, die nötig ist um das zweite Dichtungselement
elastisch um den Toleranzbetrag zu verformen. Da das zweite Dichtungselement
elastischer ist als das erste, ist die zur Verformung des zweiten
Dichtungselements notwendige Presskraft geringer als die Presskraft,
die zur Verformung um den Toleranzbetrag einer Dichtung erforderlich
ist, die nur aus dem ersten Dichtungselement besteht.
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Deshalb
erhöht
sich die Gleitreibungskraft und das zur Drehung des Absperrkörpers nötige Drehmoment
nur gering. Dies wird insbesondere dann begünstigt, wenn das erste Dichtungselement gute
Gleiteigenschaften aufweist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
werden mehrere, insbesondere jeder Anschlussstutzen mit einer erfindungsgemäßen Dichtung
gegenüber
dem Absperrkörper
abgedichtet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich der Absperrkörper besonders
genau auf seine vorgesehene Position zentriert.
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Dabei
liegt jeweils ein erstes Dichtungselement an dem Absperrkörper, gegebenenfalls
auch an dem Gehäuse
an. Das jeweils zweite Dichtungselement liegt jeweils am Gehäuse an.
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Im
Wesentlichen können
die Dichtungselemente kreisförmig
oder ellipsenförmig
sein, was eine kostengünstige
Herstellung ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das zweite Dichtungselement ein O-Ring. Dabei können besonders
vorteilhaft die elastischen Eigenschaften eines O-Rings für die vorliegende
Erfindung genutzt werden. Zudem handelt es sich bei O-Ringen um Dichtungselemente,
die in den verschiedensten Ausführungsformen
relativ kostengünstig
zur Verfügung stehen.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nut im Gehäuse vorgesehen
ist. In der Nut kann ein Dichtungselement angeordnet sein. Dadurch
wird ein Dichtungselement in seiner Position gegenüber dem
Gehäuse
festgelegt. So kann beispielsweise der Zusammenbau erleichtert werden.
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Die
Nut kann als Ringnut ausgebildet sein und durch alle werkstoffbearbeitenden
Verfahren, beispielsweise durch Einstechen beim Drehen hergestellt
werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Vorsehens einer Nut besteht darin, dass bei
thermischer Belastung oberhalb der Spezifikationsgrenzen des Hahns
das erste und/oder zweite Dichtungselement in die Nut fließt und somit
die Dichtigkeit des Hahns erhalten bleibt, wodurch eine erhöhte Sicherheit
gewährleistet
ist.
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Weiterhin
kann mindestens ein Absatz in dem Gehäuse vorgesehen sein. Auf dem
Absatz kann mindestens ein Dichtungselement angeordnet sein. Dadurch
ist eine weitere Möglichkeit
gegeben, Dichtungselemente in dem Gehäuse anzuordnen.
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Weiterhin
kann jeweils ein Dichtungselement eine Nut zur teilweisen Aufnahme
des jeweils anderen Dichtungselements aufweisen. Dadurch kann eine
Relativbewegung der Dichtungselemente gegeneinander verhindert oder
zumindest begrenzt werden.
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Eine
Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Dichtungselement einen Absatz
zur teilweisen Aufnahme eines jeweils anderen Dichtungselements
aufweist. Diese Ausführung ist
eine weitere Möglichkeit
die Relativbewegung der Dichtungselemente gegeneinander zu begrenzen oder
sogar zu verhindern.
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Insbesondere
kann die Dichtung ein drittes Dichtungselement aufweisen, wobei
das dritte Dichtungselement eine Haftvermittlerschicht ist. Dadurch kann
die Dichtung mit ihren Dichtungselementen als Gesamtverbund zur
Verfügung
gestellt werden, beispielsweise auch vor der Montage des Hahns.
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Das
dritte Dichtungselement kann auch ein Halteelement sein. Das Halteelement
unterstützt
dabei die Gesamtstabilität
der Dichtung und kann auch die Dichtungselemente gegeneinander fixieren.
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In
einer Ausführungsform
können
mehrere Dichtungselemente so vorgesehen sein, dass ein Halteelement
zwischen den Dichtungselementen angeordnet ist, dass eine Haftvermittlerschicht
das Halteelement mit dem ersten Dichtungselement verbindet und dass
eine Haftvermittlerschicht das Halteelement mit dem zweiten Dichtungselement
verbindet. So können
die Vorteile der beiden zuvor genannten Ausführungsformen kombiniert werden.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das
erste Dichtungselement aus PTFE hergestellt. PTFE Dichtungselemente zeichnen
sich durch besonders gute Härte-,
Gleit- sowie Dichteigenschaften aus.
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Das
zweite Dichtungselement kann beispielsweise aus einem Gummi enthaltenden
Material hergestellt sein. Dadurch kann einfach und kostengünstig die
elastische Eigenschaft des zweiten Dichtungselements sichergestellt
werden.
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Das
zuvor beschriebene technische Problem wird unabhängig von der Anwendung bei
Hähnen auch
durch eine Dichtung selbst gelöst.
Die Dichtung weist dazu mindestens zwei Dichtungselemente auf, wobei
das erste Dichtungselement eine geringere Elastizität als das
zweite Dichtungselement aufweist.
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Die
Dichtung kann dabei kreis- oder ellipsenförmig ausgebildet sein. Weiterhin
kann eine Dichtung auch polygonförmig
oder nicht in sich geschlossen ausgeführt sein. Nicht in sich geschlossene
Dichtungen, können
insbesondere dazu eingesetzt werden, um beispielsweise translatorisch
zueinander bewegte Flächen,
wie Schiebetüren
und Fenster, abzudichten.
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Zuvor
genannte Ausgestaltungsformen der Dichtung eines Hahns, beispielsweise
seien hier genannt das vorsehen einer Nut in jeweils einem Dichtungselement,
eines Absatzes, eines oder mehrerer weiterer Elemente wie eine Haftvermittlerschicht oder
ein Halteelement oder die Verwendung eines O-Rings als zweites Dichtungselement
lassen sich dabei auf eine Dichtung an sich übertragen.
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Auch
lassen sich die Dichtungselemente einer Dichtung vorteilhaft aus
PTFE und Gummi herstellen.
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Insbesondere
können,
je nach Anforderung, verschiedene Querschnitte der Dichtungselemente verwendet
werden. Beispielsweise, aber nicht abschließend, seien hier polygon-,
ellipsen-, kreis- und ringförmige
Querschnitte genannt. Der Teil des Dichtungselements, der an einem
anderen Elemente, beispielsweise an einem Gehäuse oder an einem Absperrkörper anliegt,
ist der Form des Elements angepasst.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Hahns als Kugelhahn,
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2 eine
Detailansicht eines Ausführungsbeispiels
mit zwei Dichtungselementen,
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3 ein
Ausführungsbeispiel
zweier Dichtungselemente mit Nut,
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4 ein
Ausführungsbeispiel
zweier Dichtungselemente mit Absatz und
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5 ein
Ausführungsbeispiel
mehrerer Dichtungselemente wie Haftvermittlerschichten und Halteelemente.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
eines Hahns 1 als Kugelhahn mit einem Gehäuse 3,
mit zwei an dem Gehäuse
angeordneten Anschlussstutzen 5, mit einem in dem Gehäuse angeordneten
Absperrkörper 7,
mit einem Absperrquerschnitt 9, mit einem an dem Absperrkörper drehfest
verbundenen Betätigungselement 11 und
mit zwei Dichtungen 13, 15 gezeigt, wobei jeweils
eine Dichtung 13, 15 einen Anschlussstutzen gegenüber dem
Absperrkörper 7 abdichtet.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
weisen beide Dichtungen 13, 15 jeweils zwei Dichtungselemente 17, 19 auf,
die in der Detailansicht in 2 näher erläutert werden.
Die ersten Dichtungselemente 17 sind auf einem Absatz 31 angeordnet.
Außerdem weist
das Gehäuse 3 eine
Nut 29 auf, in der die zweiten Dichtungselemente 19 angeordnet
sind.
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Das
Gehäuse 3 ist
in 1 zweiteilig ausgeführt und weist zwei Gehäuseteile 4a und 4b auf.
Das Gehäuseteil 4b wird
erst nach dem Anordnen des Absperrkörpers 7 in das Gehäuseteil 4a eingeschraubt.
Dadurch können
Abweichungen, beispielsweise durch Toleranzen im Gewinde, des Gehäuseteils 4 oder
Montagetoleranzen hervorgerufen werden.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform kann
auch nur eine Dichtung 13, 15 mindestens zwei Dichtungselemente 17, 19 aufweisen.
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2 zeigt
zwei vergrößerte Detailansichten der
Anordnung und Ausgestaltung der Dichtung 13.
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In 2a ist die Dichtung 13 mit zwei
Dichtungselementen 17, 19 ausgeführt, wobei
das erste Dichtungselement 17 eine geringere Elastizität als das
zweite Dichtungselement 19 aufweist. Das erste Dichtungselement 17 liegt
in der gezeigten Ausführungsform
an dem Absperrkörper 7 und
an dem Gehäuse 3 an,
wobei es auf einem Absatz 31, den das Gehäuse aufweist,
angeordnet ist. Im Gehäuse 3 ist eine
Nut 29 angebracht. Die zweite Dichtung 19 ist
in der Nut 29 angeordnet. Dies vereinfacht besonders die
Montage des zweiten Dichtungselements 19.
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Ist
der Absperrkörper 7 in
Richtung des Pfeils P durch toleranzbedingte Abweichung der Abmessungen
des Absperrkörpers 7 und/oder
der Elemente des Hahns 1 versetzt, erhöht sich die Flächenpressung
auf das erste Dichtungselement 17. Die daraus resultierende
Presskraft wird auf das zweite Dichtungselement 19 übertragen,
das sich elastisch um den Toleranzbetrag verformt, da es eine größere Elastizität als das
erste Dichtungselement 17 aufweist. Dadurch entsteht in
der Kontaktfläche
zwischen dem Absperrkörper 7 und
dem ersten Dichtungselement 17 nur eine geringe Erhöhung der Gleitreibungskraft
und somit nur eine geringe Erhöhung
des zur Drehung des Absperrkörpers 7 benötigten Drehmoments.
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In 2b ist eine einfachere Ausführungsform
gezeigt, bei der das zweite Dichtungselement 19 an dem
Gehäuse 3 anliegt,
ohne dass eine Nut 29 vorgesehen ist. Ein Absatz 31 ist
im Gehäuse 3 vorgesehen,
auf dem die Dichtungselemente 17, 19 angeordnet
sind.
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Die 3a zeigt eine Ausführungsform der Dichtungselemente 17, 19,
bei der eine Nut 21 im ersten Dichtungselement 17 vorgesehen
ist und das zweite Dichtungselement 19 in der Nut 21 angeordnet
ist.
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Die 3b zeigt, dass eine Nut 21 im
zweiten Dichtungselement 19 vorgesehen ist und das erste
Dichtungselement 17 in der Nut 21 angeordnet ist.
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Weiterhin
zeigt die 4a, dass die beiden Dichtungselemente 17, 19 gegenseitige
Absätze 23 aufweisen,
so dass die beiden Dichtungselemente 17, 19 in
Eingriff miteinander gebracht werden können.
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Wie
in 4b gezeigt, kann auch nur im zweiten
Dichtungselement 19 ein Absatz 23 vorgesehen sein,
in dem das erste Dichtungselement 17 angeordnet ist.
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In 5a ist dargestellt, dass weitere Dichtungselemente,
beispielsweise zwischen dem ersten Dichtungselement 17 und
dem zweiten Dichtungselement 19 vorgesehen sein können. Im
in 5a dargestellten Beispiel ist eine
Haftvermittlerschicht 25 zwischen zwei Dichtungselementen 17, 19 vorgesehen.
So können
die Dichtungselemente 17, 19 vor der Montage des
Hahns 1 dauerhaft verbunden werden.
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5b zeigt eine Ausführungsform mit einem Halteelement 27 zwischen
den beiden Dichtungselementen 17, 19.
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Eine
Kombination von einem Halteelement 27 und zwei Haftvermittlerschichten 25, 26 ist
in 5c gezeigt.
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Ausdrücklich ist
hervorzuheben, dass jede Kombination der zuvor gezeigten Ausführungsbeispiele
mit in den Rahmen der Erfindung gehören. Beispielsweise kann in
einer Ausführungsform
nach 4a eine Haftvermittlerschicht 25 vorgesehen sein.