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Betätigungseinrichtung für ein in zwei Stufen bewegliches Küken eines
Hahns Betätigungseinrichtungen für ein in zwei Stufen bewegliches Küken eines Hahns
sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, z. B. solche, bei denen die erste
Stufe von einer Öffnungsposition durch eine Drehbewegung bis zu einer die Schließung
vorbereitenden Übergangsposition, die andere Stufe von dieser vorbereitenden Position
bis zur eigentlichen Schließposition geht und wobei diese Bewegungen nacheinander
in dieser Reihenfolge während des Schließens und in umgekehrter Reihenfolge und
umgekehrter Richtung während des öffnens vor sich gehen, während die beiden Bewegungsstufen
durch zwei koaxiale Betätigungsteile gesteuert werden, die mit einer Einrichtung
zum Einhalten dieser Reihenfolge der beiden Bewegungen zusammenwirken.
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Bei einer dieser bekannten Ausführungsformen weisen die Betätigungsstange
und das Küken nutenartige Ausnehmungen auf, die zur Aufnahme einer Kugel bestimmt
sind. Davon weist jeweils ein Ende eine Ausnehmung auf, die bei der für den Schließvorgang
erforderlichen Drehbewegung eine Entriegelung dieser beiden Teile voneinander ermöglicht.
Die Schließbewegung des Kükens aus der übergangsposition in die Schließposition
erfolgt über einen trapezförmigen Mitnehmerzapfen an der Betätigungsstange, der
in eine quadratische Ausbildung des Kükens eingreift.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist auf die Kugel und die zugeordneten
Nuten in der Betätigungsstange und dem Küken verzichtet worden und dafür eine trapezförmige
Ausnehmung im Küken vorgesehen, in die ein trapezförmig ausgebildeter Fuß der Betätigungsstange
eingreift, wobei jedoch die beiden parallelen Flächen des Trapezes des Mitnehmerzapfens
eine Kreisbogenform aufweisen. Die hierbei entstehenden Hebelarme zur Übertragung
der Drehbewegung sind kurz, und insbesondere erfolgt das Andrücken des Kükens aus
der übergangsposition in die Schließposition lediglich mittels einer Längskante
des einen trapezförmigen Querschnitt aufweisenden Mitnehmerzapfens. Beliebig große
Drehmomente können somit nicht übertragen werden, und ferner weist diese bekannte
Ausführungsform einen ziemlichen Verschleiß an den vertikalen Kanten des Mitnehmerzapfens
auf, so daß der Funktionsablauf auch auf Grund der Tatsache, daß diese Ausbildungen
im Flüssigkeitsstrom liegen und somit Verschmutzungen ausgesetzt sind, schon nach
kurzen Betriebszeiten nicht mehr befriedigend ist.
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Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform gleitet die Betätigungsstange
mit an einem an ihr vorgesehenen Zapfen während der Drehbewegung in einer zugeordneten,
im Gehäuse vorgesehenen Nut abwärts in das Küken hinein und wird aus dieser Zwischenposition
das Küken njittels einer Exzenterausbildung am unteren Ende der Betätigungsstange
anschließend in die Schließposition gedrückt. Auch ist eine Ausführungsform bekanntgeworden,
bei der einerseits im Gehäuse eine Nut und andererseits an der Betätigungsstange
ein zugeordneter Zapfen vorgesehen ist und ein weiterer Zapfen am unteren Ende der
Betätigungsstange in eine schräg zur Vertikalen verlaufenden Nut im Küken eingreift,
wobei die letztere zur Herbeiführun& der Schließbewegung dient.
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Bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen liegt zumindest eine
zugeordnete Nut- und Zapfenausbildung im Bereich des abzusperrenden Mediums, was
zu Verschmutzungen der 'Nuten führt. Ferner besitzen die Nutausbildungen scharfkantige
Abwinkelungen, die oftmals zu Verklemmungen führen und deren Anbringung im Gehäuse
in fertigungsmäßiger Hinsicht Schwierigkeiten bereitet, da sie in zylindrischen
Wandungen angeordnet sind.
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Endlich ist es bekannt, auf eine Einrichtung zum Einhalten der Reihenfolge
der beiden Bewegungen zu verzichten und einmal für die Drehbewegung und zum anderen
für die Schließbewegung aus der Zwischenposition in die Schließstellung getrennte
Betätigungsorgane und Stellmittel zu verwenden. Ein derartiger Aufbau ist insofern
nachteilig, als die Betätigung umständlich und die Reihenfolge des Bewegungsablaufes
des Kükens bei der Schließ- bzw. Öffnungsbewegung in keiner Weise sichergestellt
ist.
Ferner ist bekannt, Rollen als Sperrglieder zu verwenden, die
in zugeordnete Ausnehmungen einrasten. Bei Hähnen ist es auch bekannt, die Küken
im Gehäuse mittels Drehzapfen zu lagern.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Betätigungsvorrichtung
für ein in zwei Stufen bewegliches Küken eines Hahnes und Einrichtung zum Einhalten
der Reihenfolge der Bewegungen in einfacher Weise so auszubilden, daß sie einerseits
eine leichte Betätigung und andererseits gegenüber den bekannten Ausführungsformen
eine größere Lebensdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Drehorgan und ein Schließorgan
drehbar auf der gleichen Achse sitzen und daß für ihre automatische folgerichtige
Betätigung eine Scheibe mit einer Steuerkurvenbahn vorgesehen ist, welche um eine
zweite, zur Hauptachse parallel verlaufende, jedoch nicht mit dieser zusammenfallende
Achse drehbar ist, wobei im einen Außenast der Steuerkurvenbahn das Drehorgan über
einen auf ihm sitzenden Rollenzapfen ohne gleitende Reibung, im anderen äußeren
Ast dieser Steuerkurvenbahn das Schließorgan über einen auf ihm sitzenden Rollenzapfen
gleichfalls ohne gleitende Reibung geführt wird, während die beiden Außenäste praktisch
tangential an eine Verriegelungskurve mit Kreislinienverlauf anschließen, welche
konzentrisch zur Achse verläuft und deren Endpunkte in der Übergangsposition entsprechend
durch die beiden Rollenzapfen der Organe eingenommen werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß die Betätigungseinrichtung einfach zu fertigen und zu montieren ist,
sowie dabei einen platzsparenden Aufbau des Hahns erlaubt. Auf Teile, die vom abzusperrenden
Medium umspült werden, kann dabei verzichtet werden. Ferner tritt bei der erfindungsgemäßenAusführungsform
keine gleitende Reibung auf und sind für die Betätigung günstige Hebelarme geschaffen,
so daß sie sich leicht betätigen läßt und auch bei hohen Drücken und großen Nennweiten
Verwendung finden kann. Ferner kann kein wesentlicher Verschleiß auftreten.
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Die Erfindung wird an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen
Hahn in Richtung der Pfeile 1-1 der F i g. 2, F i g. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand
nach F i g. 1 in Richtung der Pfeile 11-I1.
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F i g. 2 a eine Einzelheit aus der F i g. 2 in vergrößertem Maßstab,
F i g. 3, 4 und 5 einen Schnitt durch den Gegenstand nach F i g. 1 in Richtung der
Pfeile III-I11, wobei die Teile der Positionen gezeigt sind, F i g. 6, 7 und 8 eine
andere Ausführungsform des Gegenstandes nach F i g. 3, 4 und 5, F i g. 9, 10, 11
und 12 einen Schnitt durch den Gegenstand nach F i g. 1 in Richtung der Pfeile X-X
mit unterschiedlichen Stellungen der Teile, F i g. 13 eine andere Ausführungsform
des Gegenstandes nach den F i g. 9 bis 12, F i g. 14 eine andere Ausführungsform
des Gegenstandes nach F i g. 1 , F i g. 15 den Gegenstand nach F i g. 14 in der
Aufsicht und teilweise geschnitten, F i g. 16 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes
nach F i g. 1 und F i g. 17 zugehörige Teile im Schnitt.
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In den F i g. 1 bis 5 sind im Gehäuse 7 der Einlaß- und der Auslaßstutzen
mit 13 bezeichnet. Das Küken 12 trägt über zwei Gelenke 16 und
18 eine Abdichtplatte 11, die sich selbst zentriert und sich gegen
einen Sitz 10 legen soll. Das Küken 12 besitzt einen zentralen Durchlaß
15.
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Zur Bewegung des Kükens in zwei Stufen, der Drehung und der Annäherung,
sind im Gehäuse 7 ein Drehorgan 8 und ein Schließorgan 9 vorgesehen,
welche die Form von Hebeln haben und sich im Gehäuse 7 um die gleiche Achse O und
mit vorzugsweise dem gleichen Drehradius drehen können. In dem dargestellten Beispiel
umgibt das Drehorgan 8
das Schließorgan 9.
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Das Drehorgan 8 ist mit dem Küken 12 durch eine Gleitverbindung
20-21 gekuppelt, während das Schließorgan 9 mit dem Küken
12 durch ein Drehgelenk 22 exzentrisch verbunden ist, dessen geometrisches
Zentrum A gegenüber der Drehachse O exzentrisch liegt. In dem dargestellten Beispiel
und in der Stellung nach F i g. 1 und 2 liegt der Punkt A senkrecht über dem Mittelpunkt
A" des Kükens 12,
der gleichzeitig den Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche
der Abdichtplatte 11 bildet und durch welchen die Mittellinie der Stützen
13 geht.
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Die Exzentrizität 0A, bezeichnet mit x (F i g. 2 und 2 a), verläuft
in der Stellung dieser Figuren um den Winkel a = 45° gegenüber der Mittellinie der
Stutzen 13 geneigt, und ihre Projektion auf diese Mittellinie ergibt die
Größe y. Diese Exzentrizität 0A ist hier übermäßig groß dargestellt, um die Zeichnungen
übersichtlicher zu gestalten.
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Die Gleitverbindung 20-21 und das Drehgelenk 22 sind
im Oberteil des Kükens 12 angeordnet. Das Drehgelenk 22 besteht aus
einem Kugelgelenk mit dem Mittelpunkt A. Nach F i g. 1 besitzt diese Anordnung außerdem
noch ein Drehgelenk 23, welches das Unterteil des Kükens 12 mit dem
Gehäuse 7 verbindet. Der Mittelpunkt des Drehgelenkes 23 kann sich an jeder beliebigen
Stelle befinden, z. B. im Punkt A' senkrecht unter dem Punkt A, auf
der Achse O oder an irgendeiner anderen passenden Stelle.
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In der ersten Stufe der Betätigung erfolgt eine Drehung des Drehorgans
8, während das Schließorgan festliegt. Über die Gleitverbindung
20-21 wird das Küken 12 um den Mittelpunkt A in Drehung versetzt,
der augenblicklich festliegt. Dadurch wird das Küken 12 aus einer Öffnungsposition
llo (in F i g. 2 strichpunktiert gezeichnet) in eine Übergangsposition gedreht,
welche die Schließung vorbereitet (voll ausgezeichnet in F i g. 2), bei der die
Abdichtplatte 11 gegenüber dem Sitz 10 liegt, jedoch etwas von ihm
entfernt. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt diese Drehbewegung 90°.
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In der zweiten Stufe der Betätigung wird das Schließorgan 9 gedreht,
während das Drehorgan 8 festliegt. Über das exzentrische Drehgelenk 22, dessen
geometrischer Mittelpunkt A sich um den Punkt O von einer Position A zu einer
Position B
dreht (F i g. 2 und 2 a), nähert sich das Küken 12
dem Sitz
10, wobei die Richtung dank der Gleitverbindung 20-21, deren Teil
21 augenblicklich durch das Festliegen des Drehorgans 8 fixiert ist,
aufrechterhalten bleibt. Das Küken 12 wird dadurch aus der
Übergangsstellung
in die Schließstellung (11f in F i g. 2) gebracht, in welcher die Abdichtplatte
11 gegen den Sitz 10 gedrückt wird.
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In der ersten Stufe dreht sich das Küken um die Achse AA' und
vollführt während der zweiten Stufe eine Pendelbewegung, deren unterer ScheitelpunktA'
ist und die in ihrem oberen Teil längs des Kreisbogens AB verläuft.
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Eine Scheibe 24 ist um eine festliegende Achse M drehbar, die parallel
zur Achse O verläuft. Die Scheibe 24 weist eine Steuerkurvenbahn 25 auf, in welcher
ein Rollenzapfen 26 gleitet, der mit dem Drehorgan 8 verbunden ist, und ein Rollenzapfen
27, der mit dem Schließorgan 9 verbunden ist.
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Die Steuerkurvenbahn 25 (F i g. 3 ) weist zwischen den Punkten N,
und N1 einen Außenast 250 auf, der den Rollenzapfen 26 für das Drehorgan 8 leitet
und einen Außenast 25, zwischen den Punkten N2 und NS, der den Rollenzapfen
27 für das Schließorgan 9 leitet. Die beiden Außenäste 25, und
25,
sind durch eine Verriegelungskurve 25b miteinander verbunden, die
kreisförmig verläuft und genau auf die Achse M zentriert ist. Die Endpunkte Ni und
N2 werden durch die Rollenzapfen 26 und 27 im Augenblick des Übergangs (F i g. 3
) eingenommen, d. h. nachdem eine der Bewegungen ausgeführt ist und bevor die nächste
beginnt. In diesem Kurvenverlauf und bei dieser Übergangsstellung bilden die Radien
ON, und 0N2 einen Winkel von 180°.
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In der Öffnungsposition (F i g. 4) befindet sich der Rollenzapfen
26 am Ende des Außenastes 25,
während der Rollenzapfen 27 durch die Verriegelungskurve
25b in N2 festgehalten wird. Um den Hahn zu schließen, dreht man die Scheibe im
Uhrzeigersinn. Der Außenast 25, stößt den Rollenzapfen 26 an und bewirkt
so eine Drehung des Drehorgans 8, welches diesen Rollenzapfen trägt, während der
Rollenzapfen 27 und das mit ihm verbundene Schließorgan 9 durch die Verriegelungskurve
25b festgehalten werden. Das Küken vollführt so die Drehstufe in der vorstehend
angegebenen Art.
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Diese erste Stufe setzt sich bis zu dem Augenblick fort, in dem der
Rollenzapfen 26 eine Drehung um 90° um O vollbracht hat und in N1 angekommen ist,
wobei der Rollenzapfen 27 am Punkt N2 stehengeblieben ist (F i g. 3 ). Die sich
fortsetzende Drehung der Scheibe 24 bringt den Rollenzapfen 26 zum Eingriff mit
der Verriegelungskurve 25b, während der Außenast 25, den Rollenzapfen 27
ergreift, wodurch das Drehorgan 8 unbeweglich wird und das Organ 9 gedreht wird.
Das Küken vollführt alsdann die Stufe der Anpressung an den Sitz 10 in der angegebenen
Weise. Diese Bewegung setzt sich fort, bis die Abdichtplatte 11 fest auf den Sitz
10 gedrückt ist und damit der Hahn geschlossen ist (F i g. 5 ).
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Die Öffnung des Hahnes zwischen den Positionen der F i g. 5 und 4
erfolgt durch genau umgekehrte Steuerung.
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Bei dem Beispiel der F i g. 1 bis 5 ist die Strecke zwischen den Achsen
M und O gleich dem Drehradius R der Rollenzapfen 26 und 27 um die Achse O gewählt,
und die Scheibe muß eine Drehung von 137° 50' um M vollführen, um eine Drehung von
90° um O für jedes der Organe 8 und 9 herbeizuführen. Es ist jedoch selbstverständlich,
daß auch E andere Werte passen können. So kann z. B. (F i g. 6 ) 0M größer sein
als R. Der Punkt M kann sogar ins Unendliche verlegt werden wie bei der Ausführungsform
nach F i g. 8, wo die Scheibe als Schieber wirkt. Umgekehrt kann 0M, _ wenn gewünscht,
kleiner sein als R, wie in der F i g. 7, wo die Scheibe 24 in der Übergangsposition
dargestellt ist. Dieser Verlauf der Steuerkurvenbahn ergibt für die Rollenzapfen
ebenso günstige Angriffswinkel wie bei der Steuerkurve der F i g. 3. Man kann auch
andere Varianten vorsehen, z. B. können die Außenäste 25, und 25,
der Steuerkurvenbahn 25 statt symmetrisch und kreisbogenförmig entsprechend dem
gleichen Radius R wie in den F i g. 3 und 7 asymmetrisch, verschieden lang und nicht
kreisbogenförmig sein und auch in umgekehrter Richtung verlaufen wie in F i g. 3.
Die Steuerkurve könnte auch zwei Steuerkurvenbahnen aufweisen, deren Verriegelungskurven
den gleichen Mittelpunkt M besitzen und deren eine mit dem einen Außenast (zur Drehung)
und die andere mit dem anderen Außenast verbunden ist. Die Steuerkurvenbahn könnte
auch in mehrere Teile unterteilt sein oder auch verdoppelt werden usw.
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Bei der Konstruktion nach den F i g. 1 bis 5 und wie aus dem Vorstehenden
hervorgeht, erfolgt die Annäherungsbewegung des Kükens 12 auf den Sitz 10 hin entsprechend
dem Kreisbogen AB mit dem Mittelpunkt O (F i g. 2 a ). Man kann feststellen,
daß dank der Wahl der Neigung von 0A mit 45° die Abweichung z sehr gering ist. Um
einen genauen Ablauf der Vorgänge zu gewährleisten, ist die Gleitverbindung 20,
21 derart ausgebildet, daß sie nicht nur die Drehung des Kükens 12 über das Drehorgan
8 im Verlaufe der ersten Stufe gewährleistet, sondern daß sie außerdem noch die
Abweichung z während der beiden Stufen aufnimmt. Zu diesem Zweck ist in der Gleitverbindung-21
ein Spiel vorgesehen, welches ,gleich z ist.
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In der Öffnungsposition ist das Spiel z neben der Kante 201 (F i g.
9 ). Nach einer Drehung von 90° geht dieses Spiel auf, die andere Kante 202 über.
Dann, nach einer Gesamtdrehung von 90°, d. h. in der Übergangsposition der F i g.
10, geht das Spiel z zurück zur Kante 201. Während der Annäherungsbewegung
nach einer halben Umdrehung geht das Spiel wieder zur Kante 202 über (F i
g. 12 ). Alsdann, am Ende der Annäherungsbewegung, geht das Spiel z zurück zur Kante
201 (F i g. 11 ).
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Bei der Variante nach F i g. 13 ist die Gleitverbindung 20-21 ohne
Spiel aufgebaut, und das Spiel z wird durch die Verschiebung eines Gleitstückes
28, welches ohne Spiel auf den Zapfen 29 gleitet, die mit dem Küken 12 verbunden
sind, absorbiert. In diesem Falle ist das Gleitstück 28 und nicht mehr das Küken
12 mit dem Schließorgan 9 durch das exzentrisch angeordnete Drehgelenk 22 verbünden.
Die Anordnung nach F i g. 13 ermöglicht es, die Annäherung der Abdichtplatte 11
an den Sitz 10 genau in der vertikalen Symmetrieebene der Stutzen 13 durchzuführen.
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Die Anordnung nach F i g. 14 und 15 entspricht der unter Bezugnahme
auf die F i g. 1 bis 5 beschriebenen, jedoch ist die Erfindung hier auf eine Klappe
angewendet worden, wobei einige Details abgeändert wurden.
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Bei dem Beispiel der F i g. 14 und 15 wird die Betätigung der Klappe
12a durch zwei gegenüberliegende Scheiben mit Steuerkurvenbahn und mit synchronisierter
Steuerung durchgeführt. Dazu sind die Drehgelenke durch zylindrische Drehzapfen
30 ersetzt, deren geometrische Achse A gegenüber der
Achse O exzentrisch
liegt. Die Drehung der Klappe wird durch die Drehorgane 8 durchgeführt, welche sich
um die Achse O drehen und durch die Gleitverbindung 20-21 mit dem Spiel z mit den
Drehzapfen 30 verbunden sind. Die Anpressung der Klappe erfolgt über die Schließorgane
9, welche sich ebenfalls um die Achse O drehen und deren Zentralbohrung um ein Stück
x gegenüber dieser Achse O exzentrisch liegt und die Drehzapfen 30
aufnimmt.
Die beiden Scheiben 24 bestehen aus zwei Teilen und besitzen (F i g. 15 ) gezahnte
Sektoren 31, welche mit den Zahnrädern 32, die auf einer gemeinsamen Welle 33 sitzen,
im Eingriff stehen. Diese Welle 33 wird durch die Schnecke 34, die Kardanwelle 35
und das Handrad 36 betätigt. Der Funktionsablauf in zwei Stufen verläuft annalog
dem vorstehend beschriebenen. Die Anwendung einer Steuerung dieser Art ist vor allem
bei hohen Drücken vorteilhaft.
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Auch die Anordnung nach F i g. l.6 und 17 ist analog der, wie sie
unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 5 beschrieben wurde, aber in diesem Falle
wurde die Erfindung auf einen Hahn mit einem konischen Küken angewendet, wobei wiederum
einige Details abgeändert wurden.
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Bei diesem Beispiel besteht das Küken 12b aus einem konischen Kern
mit einer zentralen Bohrung 15 und ist derart ausgebildet, daß es sich gegen die
entsprechende konische Fläche 10b des Gehäuses 7b preßt. Das Drehorgan 8 ist über
eine Gleitverbindung 20-21 ohne Spiel mit einem Teil 37 verbunden, welches
mit dem Küken 12b verschraubt ist. Das Schließorgan 9 schraubt sich bei einer Drehung
um die Achse O auf die Mutter 38, welche sich wohl in der Höhe verschieben kann,
gegen Verdrehung im Gehäuse 7 jedoch durch die Hohlkehlen 39 gesichert ist. Durch
die Montage von 38 zwischen 1.2 und 37
kann sich das Küken 12b
zwar frei um 38 drehen, ist jedoch mit der Verschiebung dieser Mutter fest verbunden.
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Wenn man die Steuerplatte 24 zum Schließen um M dreht, dreht sich
das Drehorgan 8 zunächst um O, während das Schließorgan 9 unbeweglich bleibt. Durch
die Verbindung 20-21 erhält das Küken 12
eine Drehung um 90°, bleibt
jedoch vom Sitz 10b frei (F i g. 16 und 17). Sodann wird das Drehorgan 8
festgehalten und das Schließorgan 9 in Drehung versetzt. Durch die Mutter 38 wird
das Küken ohne Verdrehung um das Stück D bis zum innigen Kontakt mit dem Gehäuse
angehoben. Dadurch ist der Verschluß einwandfrei vollzogen. Die Öffnung vollzieht
sich in umgekehrter Reihenfolge durch umgekehrte Drehung der Scheibe 24.
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Bei dem in den F i g.16 und 17 dargestellten Beispiel ist die Scheibe
24 in der Art der F i g. 7 ausgebildet.