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Hahn mit kugelförmigem, in Halbschalen im Gehäuse eingesetztem Küken
Zusatz zum Patent 1042 322 Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung eines
Hahnes mit kugelförmigem Küken nach Patent 1042 322. Bei diesem Hahn ,ist das Küken
mittels zweier Achszapfen in einem ungeteilten Hahngehäuse gelagert und von zwei
zwischen Küken und Hahngehäuse angeordneten Halbschalen umschlossen, in denen Abdiohtringe
in Richtung der Durchflußbohrung im Gehäuse verschieblich und diesem und dem Gehäuse
gegenüber abdichtend gelagert sind.
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Diese Bauart nach dem Hauptpatent weist folgende Vorteile auf: Trotz
Verwendung eines kugelförmigen Kükens ist es möglich, dieses ohne Teilung des Gehäuses
in das Gehäuse einzubauen. Der Ein- und Ausbau des Kükens zusammen mit den beiden
Halbschalen und den in diesen gelagerten Abdich;tringen ist auch ohne Ausbau des
Hahnes, aus der Leitung möglich. Es können demnach sämtliche Verschleißteile, d.
h. vor allem das Küken und die beiden Abdichtringe, leicht ein- und ausgebaut werden.
An den Paßflächen zwischen den beiden Halbschalen einerseits und der Gehäusebohrung
andererseits tritt beim Schalten keinerlei Verschleiß auf, da diese Flächen keine
gleitende Bewegung gegeneinander ausführen.
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Bei der Ausführung nach dem Hauptpatent bilden die Halbschalen, die
das Küken zwischen sich einschließen, an ihrer Außenfläche einen Zylinder und sind
in eine zylindrische Gehäusebohrung eingesetzt. Die gehäuseseitige Stirnfläche der
Abdichtringe schließt dabei mit der zylindrischen Mantelfläche etwa bündig ab, damit
an dieser Stelle Toträume vermieden werden. Während demnach die kükenseitige Stirnfläche
der Abdichtringe eine Rotationsfläche in Form einer Kugelzone darstellt, stellt
die gehäuseseitige Stirnfläche einen Ausschnitt aus einer Zylindermantelfläche dar.
Infolgedessen sind die Mantellinien der mit der Durchftußbohrung im Gehäuse fluchtenden
Bohrung der Abdichtringe um deren Umfang herum verschieden lang. In der senkrecht
zur Kükenachse gerichteten horizontalen Mittelebene sind die Mantellinien am kürzesten,
während sie in der durch die Kükenachse gelagerten vertikalen Mittelebene am längsten
sind. Infolgedessen sind auch die Teilflächen der dem Leitungsdruck ausgesetzten
Innen- und Außenfläche der Abdichtringe oben und unten größer als an den Seiten.
Hierdurch übt der Leitungsdruck unterschiedliche radiale Kräfte auf jeden einzelnen
Abdichtring aus. Die in vertikaler Richtung verlaufenden Kräfte sind ;größer als
die in horizontaler Richtung verlaufenden.
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Bei Ringen verhältnismäßig geringer Wandstärke, insbesondere bei großen
Nennweiten und bei hohen Leitungsdrücken, kann daher eine Deformation der Ringe
vom kreisförmigen zum annähernd. elliptischen, Umfang auftreten. Selbst wenn diese
Deformation innerhalb des rein .elastischen Verformungsbereiches der Abdichtringe
bleibt, wird dadurch deren sattes Anliegen am Küken und damit die Abdichtung beeinträchtigt.
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Weiterhin können sich dabei die Abdichtringe mit ihrem Außenumfang
in den sie führenden Halbschalen festklemmen, bevor sie sich in Richtung der Durchflußbohrung
im Gehäuse auf das Küken hin verschoben haben.
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Es ist hierbei zu berücksichtigen, daß die Zunahme des Durchmessers
das Abdichtringes in Richtung der größeren Achse der Deformationsellipse größer
ist als die unter sonst gleichen Bedingungen auftretende allseitig gleichmäßige
Durchmesservergrößerung durch den Leitungsdruck.
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Ziel der Erfindung ist es daher, eine elliptische Deformation der
Abdichtringe bei Hähnen nach dem Hauptpatent, d. h. bei solchen, bei denen zwischen
Küken und Gehäuse ein aus zwei Halbschalen bestehender Zylinder eingesetzt ist,
zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die dem Gehäuse zugewandten
Stirnflächen der Abclichtringe in an sich bekannter Weise als Rotationsflächen um
die Achse der Durchfiußbohrung im Gehäuse .ausgebildet sind und mit entsprechend
ausgebildeten Gegenflächen abdichtend zusammenwirken, wobei jedoch die Gegenflächen
von den zugeordneten Stirnflächen koaxial neben den Abdichtringen in den Halbschalen
eingesetzten Füllringen, gebildet sind
Hierdurch ist es möglich,
bei Hähnen nach dem Hauptpatent Abdichtringe zu verwenden, die infolge ihrer Rotationssymmetrie
durch den Druck des Leitungsmediums nicht an einer die Abdichtung beeinträchtigenden-
Weise verformt werden.
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Es ist zwar bei Hähnen mit zylindrischem Küken, an das sich entsprechend
geformte Stirnflächen von Abdichtungen abdichtend anlegen, ebenfalls zum Zwecke
der Vermeidung einer Deformation der Abdichtringe bekannt, deren Abdichtung gegenüber
dem Gehäuse in einer äquidistant zur Kükenoberfläche liegenden Fläche anzuordnen.
Diese Abdichtung liegt demnach in einer gekrümmten Fläche, und die zur Aufnahme
der Abdichtung erforderliche Nut ist räumlich gekrümmt und daher schwierig herzustellen.
Außerdem tritt hierbei. immer noch eine Beanspruchung :des Abdichtringes in den
beiden zur Achse senkrechten Hauptrichtungen in zwei verschiedenen Ebenen auf, die
zu: einer unvermeidbaren restlichen Deformation führt.
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Diese Erscheinung tritt bei Anwendung rotationssymmetrischer Abdiahtringe,
deren zur Aufnahme von Dichtungen erforderliche Nuten sich auch bedeutend leichter
herstellen lassen, nicht auf.
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Es sind zwar bei Hähnen mit kugelförmigem Küken Abdichtringe bekannt,
deren gehäuseseitige Stirnflächen ebenfalls Rotationsflächen um die Achse der Durahflußbohrung
darstellen. Bei diesen bekannten Ausführungen sind jedoch die Gegenflächen der gehäuseseitigen
Stirnflächen der Abdichtringe an Nippeln vorgesehen, die in Richtung der Durch:flußbohrnng
un Gehäuse von außen eingeschraubt sind und bei denen infolgedessen der Ein- und
Ausbau des Kükens. und :der Abdichtringe nur möglich ist, wenn der Hahn aus :der
Leitung ausgebaut worden ist. Diese bekannten Hähne weisen demnach nicht die besonderen
Vorteile derjenigen Ausführung auf, von der die Erfindung ausgeht und bei der der
Ein- und Ausbau des Kükens durch die Zwischenschaltung von zwei das Küken umfassenden
Halbschalen zwischen Küken und Gehäuse ermöglicht wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung können die neben den. Abdichtringen
in den Halbschalen eingesetzten Füllringe in Richtung der Durchflußbohrung verschieblich
sein. In. diesem Falle kann man auch sagen, daß die Abdichtringe in zwei koaxial
nebeneinanderliegende Ringe unterteilt sind, wobei jeder dem Küken zugewandte Ring,
der eigentliche Abdchtring, als reiner Rotationskörper ausgebildet ist, während
der andere, dem Gehäuse zugewandte und lediglich als Füllkörper dienende Ring an
seiner dem Abdchtring zugewandten Stirnfläche in Form einer Rotationsfläche ausgebildet
ist und bei zylindrischer Gehäusebohrung zur Aufnahme des Kükens mit den Halbschalen
die gehäuseseitige Stirnfläche der Füllringe der Bobrungsra@ndfonn entsprechend
ausgebildet ist und mit der Gehäusebohrung abdichtend zusammenwirkt, d. h. abgesehen
von den geringeren Abmessungen in Richtung seiner Achse ebenso wie die Abdchtringe
der Ausführung nah dem Hauptpatent ausgebildet ist.
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Um zu erreichen, daß die Füllringe durch den Leitungsdruck stets an
die Gehäuseinnenwandung gedrückt werden und nicht etwa die Abdichtringe auf das
Küken drücken, ist es zweckmäßig, daß der wirksame Innendurchmesser einer zwischen
den einander zugewandten Stirnflächen des Abdichtringes und des Füllringes angeordneten
Dichtung größer ist als der wirksame Innendurchmesser einer Dichtung zwischen Füllring
und Gehäuseinnenwandung. Hierdurch wird wirksam vermieden, daß der Füllring, der
sich infolge seiner möglichen- Deformation in der Halbschale festklemmen kann, die
axiale Beweglichkeit des Abdichtringes behindert.
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Es ist jedoch auch möglich, die Ringe in den Halbschalen fest anzuordnen
und sie vorzugsweise mit den Halbschalen zusammen aus einem Stück herzustellen..
In diesem Falle kann man auch sagen, daß die Halbschalen an ihrem Umfang bis zur
Durchflußöffnung im Gehäuse nach innen gezogen sind und daß vom Inneren der Halbschalen
her ein Sitz für die Abdichtringe in die Halbschalen eingedreht ist.
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Da :die beiden Halbschalen an ihren der Durchflußbohrung im Gehäuse
benachbarten Flächen gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sein müssen, wird hier ein
Dichtring vorgesehen, der es. jedoch erforderlich macht, daß hier in eine zylindrische
Mantelfläche eine Nut eingearbeitet wird. Da letzteres in der Fertigung umständlich
und teuer ist, werden in weiteren Ausbildungen der Erfindung die Halbschalen an
ihren der Durchflußbohrung im Gehäuse benachbarten Stellen mit je einer Erhöhung
versehen, deren Stirnflächen als Rotationsfläche um die Achse der Durchflußbohrung,
vorzugsweise als Planflächen ausgebildet sind, die mit entsprechend geformten Gegenflächen
im Gehäuse abdichtend zusammenwirken. Am einfachsten können die Erhöhungen an den
Halbschalen dadurch geschaffen werden, daß diese auch an ihrer Außenfläche die Form
einer Kugelfläche aufweisen. Es ist nunmehr möglich, :das Gehäuse in seinem unteren
Teil ebenfalls, kugelförmig ,auszubilden, wodurch gegenüber der Zylinderform an
Werkstoff gespart wird. Es ist hierbei zu berücksichtigen, daß diese Hähne vielfach
aus korrosionsbeständigen Werkstoffen, insbesondere nichtrostenden Stählen, bergestellt
werden müssen. Werkstoff- und bearbeitungssparend wirkt sich ferner der Umstand
aus, daß die Außenfläche der Halbschalen und die Innenfläche der Gehäusebohrung
nur an den die Durchflußbohrung im Gehäuse umgebenden Zonen bearbeitet zu werden
brauchen. Der im übrigen zwischen Halbschalen und Gehäuse gebildete Hohlraum wird
zweckmäßigerweise mit Fett ausgefüllt.
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Es ist selbstverständlich ;bei einer äußeren kugelförmigen Ausbildung
der Halbschalen möglich, den Abdichtring nicht zu unterteilen, sondern. vom Küken
bis zur zugeordneten Gegenfläche im Gehäuse reichen zu lassen. Die erfindungsgemäße
Unterteilung des Abdichtringes bringt jedoch den Vorteil mit sich, daß die einander
zugewandten Stirnflächen der beiden Teilringe in an sich bekannter Weise nach Art
von Nut und Feder ineinandergreifen können, wobei im Grunde der Nut ein Dichtring,
z. B. ein O-Ring, gelagert wird. Hierdurch ist es möglich, den Verschiebungsweg
der Abdichtringe in Richtung der Durchflußbohrung zu vergrößern, ohne daß sich dabei
ein sich vergrößernder Spalt bildet, der durch den Dichtring überbrückt werden müßte,
wobei stets die Gefahr einer Beschädigung des Dichtringes auftreten würde.
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Die Erfindung ist an einigen Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis
3 erläutert; es zeigt Fig. 1 die Form und Anordnung der in das Hahngehäuse einsetzbaren
Hauptteile des Hahnes, nämlich das Küken, die Halbschalen und die Abdichtringe mit
außen zylindrischen Halbschalen,
Fig. 1 a mit außen kugelförmigen
Halbschalen, Fig. 2 in Seitenansicht im Schnitt einen Hahn mit außen kugelförmigen
Halbschalen, Fig.3 in Draufsicht im Schnitt den gleichen Hahn.
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Im Halmgehäuse 1 und in dem zugehörigen Gehäusedeckel 11 ist das Küken
5 mit seinen beiden Zapfen 6 und 7 mittels Wälzlagern 8 und 9 gelagert. Zur Einjustierung
der Höhenlage des Kükens 5 im Hahngehäuse ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, im unteren
Deckel 10 des Halmgehäuses eine Einstellschraube 49 vorgesehen, die über eine Kugel
49" das Küken 5 abstützt und die durch eine Mutter 49' festgestellt werden kann.
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Das Küken 5 ist von zwei symmetrischen Halbschalen 15 und 16 umschlossen,
die eine kugelförmäge Innenfläche 31 aufweisen. Beide Halbschalen sind ;in ihrer
Außenfläche entweder, wie Fig. 1 zeigt, zylinderförmig und passen in eine entsprechend
zylindrisch ausgedrehte in Richtung der Kükenachse geführte Gehäusebohrung, oder
die beiden Halbschalen sind, wie in Fig. 1 a gezeigt, auf ihrer Außenfläche kugelförmig
ausgebildet und passen in eine in ihrem unteren Teil entsprechend kugelförmig ausgebildete
Gehäusebohrung. Bei .außen zylindrischer Ausbildung der beiden Halbschalen 15 und
16 werden in ihre zur Durchflußbohrung 2 im Gehäuse 1 koaxialen Bohrungen 58 Abdichtringe
14 und der Füllring 14' eingesetzt, von denen der Abdichtring 14 an seiner dem Küken
zugewandten Stirnfläche die Form einer Kugelzone aufweist und an seiner dem Küken
5 abgewandten Stirnfläche plangedreht ist. Der Abdichtring 14 stellt demnach einen
Rotationskörper dar, so daß er durch den auf seiner Innen- oder Außenseite wirkenden
Leitungsdruck nach allen Richtungen gleichförmig radial beansprucht ist und daher
keine elliptische Deformation erfährt.
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Koaxial neben dem Abdichtring 14 ist der Füllring 14' eingesetzt.
Seine dem Abdichtring 14 zugewandte Stirnfläche ist entsprechend der benachbarten
Stirnfläche des Abdichtringes 14 plangedreht, während die vom Küken 5 abgewandte,
d. h. dem Gehäuse zugewandte Stirnfläche des Füllringes 14' einen Ausschnitt aus
einer Zylindermantelfläche darstellt, ebenso wie die äußere Mantelfläche 34 der
Halbschale 16. Der Füllring 14' darf sich elliptisch verformen und auch in der zugeordneten,
als Sitzfläche dienenden Bohrung 58 in der Halbschale 16 festklemmen. Es ruß jedoch
dafür Sorge getragen werden, daß der Füllring 14' .beim Auftreten des Leitungsdruckes
zur Gehäusewandurig hin verschoben wird, damit er den Abdichtring 14 nicht in seiner
freien axialen Verschieblichkeit behindert. Dies kann dadurch erreicht werden, daß
der wirksame Innendurchmesser der zwischen dem Abdichtring 14 und dem Füllring 14'
vorgesehenen elastischen Dichtung 55 größer ist als der wirksame Innendurchmesser
einer an der zylndermantelförmigen Stirnfläche des Füllringes 14' vorgesehenen Dichtung
gegenüber der Gehäuseinnenwandung. Dies gilt dann, wenn die Abdichtung durch den
Abdichtxing 14 bereits,auf der Zuflußseite zum Küken 5, wie es in der Regel erwünscht
ist, erfolgen soll. Soll in gleicher Weise eine freie Beweglichkeit des Abdichtringes
14 auch auf der Abflußseite erzielt werden, wobei der Leitungsdruck auf der Außenseite
des Abdichtringes 14 ruht, so ruß der wirksame Außendurchmesser der zwischen dem
Abdichtring 14 und dem Füllring 14' vorgesehenen Dichtung 55 kleiner sein als der
wirksaure Außendurchmesser der an der zylindermantelförmigen Stirnfläche des Füllringes
14' vorgesehenen Dichtung gegenüber der zylindrischen Innenwandung der Gehäusebohrung.
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Die hierbei möglicherweise auftretenden Schwierigkeiten können dadurch
vermieden werden, daß der Füllring 14' in der zugehörigen Halbschale 16 befestigt
oder mit dieser aus einem Stück angefertigt ist. Die Halbschalen weisen im letzteren
Falle einen von innen her eingedrehten Sitz für den Abdichtring 14 auf, wie es in
den Fig. 2 und 3 bei außen kugelförmigen Halbschalen damgestellt ist.
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Bei der in dem Fig. 1 a dargestellten Ausführung der Halbschalen weisen
diese eine kugelförmige Außenfläche 54 auf. Der Abdichtring 13 kann hier als reiner
Rotationskörper um die Achse der Durchflußbohrung 2 ausgebildet sein und weist ebenfalls
wie der Abdichtring 14 an seiner dem Küken 5 zugewandten Stirnfläche die Form einer
Kugelzone auf, während seine gehäuseseitige Stirnfläche 29' plangedreht ist. Die
plane Stirnfläche 29' wirkt mit einer entsprechend plangedrehten Ahdichtfläche im
Gehäuse 1 zusammen. Der Abdichtring 13 ist als reiner Rotationskörper keinerlei
elliptischer Deformation durch auf seiner Innen- oder Außenseite wirkenden Druck
ausgesetzt und kann sich daher in seiner Sitzfläche 58 in der Halbschale 15 nicht
festklemmen.
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Die der Bohrung 58 benachbarte Fläche auf der Außenseite der kugelförmigen
Halbschale 15 kann entweder eine ebene Schnittfläche sein, wie sie sich beim Abtrennen
eines Kugelsegmentes von der Oberfläche 54 der Halbschale 15 ergibt, oder sie kann
an einer um die zylindrische Bohrung 58 herum auf der Kugeloberfläche 54 vorgesehenen
Erhöhung 48 angeordnet sein.
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Letztere Ausführung, die es erlaubt, den Durchmesser des Hahnb häuses
zu verringern, ist in den Fig. 2 und 3 an einer vollen Darstellung des Hahnes gezeigt.
Im Hahngehäuse 1 sind die beiden innen und außen kugelförmigen Halbschalen 15 und
16 zusammen mit dem Küken 5 und den Abdichtringen 13 und 14 in das Gehäuse
1 eingesetzt. Die beiden Halbschalen 15 und 16 weisen zur Durchflußbohrung
2 im Gehäuse hin gerichtete Vorsprünge auf, die mit ihren Stirnflächen 56 an entsprechend
geformten Gegenflächen im Gehäuse 1 .anliegen. Hierdurch werden die beiden Halbschalen
15 und 16 beim Drehen des Kükens zugleich an einer Drehung gegenüber dem Gehäuse
1 gesichert. Im Bereich der Vorsprünge 47 und 48 reichen die beiden Halbschalen
mit ihren ringförmigen Teilen 41 und 42 demnach bis zur Durchflußbohrung
2 des Gehäuses 1. Die Abdichtung zwischen beiden Halbschalen 15 und 16 und dem Gehäuse
1 erfolgt beispielsweise durch zwei O-Ringe 23 und 24, die in im Gehäuse 1 eingearbeitete
Ringnuten eingelegt sind.
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Die beiden Abdichtringe 13 und 14 sind gegenüber dem Küken 5 vorzugsweise
durch in den Abdichtringen 13 und 14 eingesetzte elastische Dichtungen 21 und 22
abgedichtet und gegenüber der Innenseite der beiden Halbschalen 15 und 16 durch
O-Ringe 45 und 46, die in Nuten 43 und 44 eingelegt sind, die in je eine der Dichtungsflächen
zwischen Abdichbringen 13 und 14 und den Halbschalen 15 und 16 eingestochen sind.
Die Nuten 43 und 44 sind jedoch so tief, daß die O-Ringe 45 und 46 mit den Planflächen
nicht bündig abschließen, sondern hinter diesen zurückstehen. Um sicherzustellen,
daß die Abdichtringe 13
und 14 durch den Leitungsdruck stets an
das Küken angedrückt werden, soll in an sich bekannter Weise der wirksame Innen-
bzw. Außendurchmesser einer Dichtung 21, 22 zwischen den Abdichtringen 13 und 14
einerseits und dem Küken andererseits kleiner bzw. größer sein als der wirksame
Innen- bzw. Auß,endurohmesser einer Dichtung, z. B. der O-Ringe 45 und 46 bzw. der
diese aufnehmenden Nuten 43 und 44, auf der dem Küken 5 abgewandten Stirnfläche
der Abdichtringe 13 und 14.
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An den zugeordneten Flächen der Abdichtringe 13 und 14 sind ringförmige
Bunde 60 und 61 vorgesehen, die nach Art des Zusammenwirkens. von Nut und Feder
in die Nuten 43 und 44 eingreifen. Hierdurch ist in an sich bekannter Weise ein
verhältnismäßig großer axialer Verschiebungsweg der Abdichtringe 13 und 14 möglich,
ohne daß dabei ein: breiterer, durch die O-Ringe 45 und 46 zu überbrückender Spalt
aufträte. Eine verhältnismäßig große axiale Verschiebung der Abdichtringe 13 und
14 kann deswegen erforderlich sein, weil die Kükenachse sich bei höheren Drücken
durchbiegen kann und hierbei nicht durch den Abdiahtrng 13 bzw. 14 auf der dem Druck
,abgewandten Seite voll abgestützt werden darf, da dies zu einer Erschwerung des
Schaltvorganges und zu einem höheren Verschleiß zwischen Küken 5 und den Abdichtringen
13 bzw. 14 führen würde.
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An weiteren nicht zur Erfindung gehörenden Einzelheiten ist in den
Fig. 2 und 3 die Abdichtung der Zapfen 6 und 7 des Kükens 5 gegenüber dem Gehäuse
und gegenüber den Wälzlagern 8 und: 9 durch Nutringe 19 und 20 gezeigt, die in den
die Zapfen 6 und 7 umgebenden Scheiben 17 und 18 eingesetzt sind, die ihrerseits
gegenüber denn Gehäuse durch O-Ringe 27 und 28 abgedichtet sind. Das obere ; Wälzlager
9 ist nach außen hin durch einen im Gehäusedeckel 11 gelagerten. Nutring 26 abgedichtet,
der an dem oberen, aus dem Deckel 11 hinausragenden und mit einem Vierkant
12 für die Betätigung versehenen Kükenzapfen 7 .anliegt.
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Der Raum zwischen der Innenwandung des Gehäuses 1, das im unteren
Teil etwa halbkugelförmig ausgebildet ist, und dem Gehäusedeckel 11 einerseits und
der Außenfläche der Halbschalen 15 und 16 andererseits wird zweckmäßigerweise mit
einem Schmiermittel gefüllt, das beispielsweise über einen im Gehäusedeckel
11 angeordneten Schmiernippel 50 eingefüllt werden kann. Der Schmiernippel
50 ist versenkt im Gehäusedeckel .angeordnet und wird nach außen durch einen eingeschraubten
Verschlußstopfen 51 abgeschlossen. Letzterer .ist vor allem dann vorteilhaft, wenn
der Spalt 52 zwischen :der Außenseite der beiden Halbschalen 15 und 16 und der Gehäuseinnen
wandung mit dem Spalt zwischen der Innenseite 31 der Halbschalen und dem Küken 5
über einen Kanal 53 (Fig. 3) in Verbindung steht, da hierdurch zugleich eine Schmierung
der Kükenoberfläche möglich ist. Es wird hierdurch vermieden, d'aß Verunreinigungen
aus dem Leitungsmedium in den Spalt zwischen Küken und Halbschalen eindringen, ohne
daß zugleich die Gefahr besteht, daß unter dem Druck des Leitungsmediums das Schmiermittel
nach außen weggedrückt wird.