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Absperrhahn mit einem am Küken beweglich gelagerten und durch den
Leitungsdruck an das Gehäuse andrückbaren Abdichtkörper Die Erfindung betrifft einen
Abßperrhahn mit einem am Küken beweglich gelagerten Abdichtköfper, der durch den
von der Zuflußseite her in das Innere des Kükens einlQitbaren Leitungsdruck gegen
die zuggordnete Dichtungsfläche des Gehäuses andrückbar ist, wobei je eine
durch ein Hilfsventil absperrbaro mit der Zueußseite verbundene Druckzuleitung und
eine, mit der Abflueseite verbundene Entlastungs# leitung vorgesehen ist.
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Bei einem solchen Hahn, der aus der deutschen Patentschrift
407915 bekannt ist, sind die Druckzuleitung und die Entlastungsleitung in
Form besonderer Rohrleitungen sowie die Hilfsventile außen am Hahngehäusr.
vorgesehen. Die Weiterleitung des Mediumdruckes beider Hahnseiten zum Inneren des
Kükens erfordert dabei besondere un aufwendige Abdichtungen zwischen gegeneinander
bewegten Toilen, u4rnlicb den äußeren Rohrleitungen und einem Kanal im Kükenzapfen.
Dies gilt auch dann, wenn an Stelle der äußeren Rohrleitungen Kanäle unmittelbar
im Hahngehäuse vorgesehen sein würdon. Hinzu kommt, daß diese Art der Druc.kzuleitung
zum Küken über den Kükenzapfen auch einen unerwünschten Axialsphub auf das Küken
erzeugt.
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Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile bei einem Absperrhahn
der eingangs genannten Gattung zu
vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die Druckzuleitung und die Eptlastungsleitung unmittelbar durch
je einen von zwei am Kugelküken vorgesehenen Ansätzen verlaufen, auf denen
in an sich bekannter Weise je ein als Ab# dichtkörper dienender, gegenüber
dem Ansatz und dem Kugelküken abgedichteter Dichtring angeordnet ist, wobei das
Hilfsventil in einem der Lagergapfen des Kükens vorgesehen ist.
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EN ist zwar aus der schweizerischen Patentschrift
268 632 und der deutschen Pateptschrift 528 081. an sich bukannt,
bei einem Absperrhahn ein Hilfsventil für die steuerbare Beaufschlagung eines Absperrkörpers
durch den Leitungsdruck im LIgerzapfen des Kükens anzuordnen.
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Es ist bei diesen bekannten Absperrhähinon aber nicht, wie bei der
erfindungsgemäßen Ausführung, möglich, die dem Küken zugewandte Seite des Abdichtkörpers
bzw. Abdichtringgs wahlweise mit der Einströmseite oder mit der AbströMseite, im
letzten Falle unter völliger F-ntlastung des Absperrkörpers, z14 verbinden, da hierbei
lediglich die Drossplwirkung eines Ringspaltes bzw. einer Bohrung ausgenutzt wird,
so daß eine völlige Absperrung des Druckzuflusses Zudem hinter ist bei die diesen
Absperrkörper bekannten nicht Absperrhähnen erfolgt * eine Durchflußabdichtung nur
auf der Abflußseite möglich. Das Hahngehäuse steht demnach auch in der Schließstellung
stets unter dem Betriebsdruck. Außerdem sind solche Hähne nicht für beide Strömungsrichtungen
zu gebrauchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hahn dagegen können die auf der Zufluß-
und auf der Abflußseite vorgesehenen Abdichtringe zugleich wahlweise unter Anpreßdruck
gesetzt oder von diesem entlastet werden. Das Hahngehäuse kann daher in der Schließstellung
druckfrei gehalten werden, was nicht nur für die Schonung der Abdichtungen am Lagerzapfen
des Kükens von Bedeutung ist, sondern auch das Einbringen von Molchen oder Meßblenden
in einen solchen Hahn ermöglicht. Außerhalb des Gehäuses liegende und hier störende
Leitungen und Hilfsventile sind nicht erforderlich. Es tritt durch die Druckzuleitung
zu den Abdichtringen auch kein Axialschub auf das Küken auf.
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Die am Küken vorgesehenen Ansätze werden dabei in mehrfacher Weise
ausgenutzt, nämlich erstens in an sich bekannter Weise zur Halterung und Führung
der Abdichtringe, wobei zweitens der Anpreßdruck an das Gehäuse geringer gehalten
werden kann als denn, wenn der volle Leitungsdruck auf eine vollflächlge Absperrplatte
wirken würde. Drittens ermöglieben die Ansätze erst die unmittelbare Verbindung
des Druckzuleitungs- und Entlastungskanals mit der Zuflußseite und der Abflußseite
des Hahnes und damit die zweiseitige Anordnung von Abdichtringen, ohne daß außerhalb
des Kükens Leitungen angebracht sein müßten.
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An Hand der Zeichnungen ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Anordnung bei einem Ab-
sperrhahn mit einem Kugelküken nachstehend beschrieben.
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Das Gehäuse 1 des Absperrliahns ist mit der geraden runden
Durchflußbohrung 17 und quer zu dieser, zur Aufnahme eines Kükens, mit einer
kegeligen
Gehäusebohrung 14 versehen. Das Küken ist als Kugelküken
2 und mit zwei festen Lagerzapfen 11
und 12 ausgebildet. Es ist beim Einbau
in das Gehäusel von einem in zwei Hälften geteilten Kegeleinsatz 3 ummantelt,
dessen äußerer Kegel der kegeligen Gehäusebohrung 14 abdichtend angepaßt ist. Der
Kegeleinsatz ist innen kugelig entsprechend der Kükenkugel ausgedreht und hat zusammen
mit dem Kugelküken beim Züsammenbau die gleiche und koaxial dazu geführte Durchflußbohrung
17 wie das Gehäuse 1. Die Einführöffnung im Gehäuse ist durch einen
Flanschdeckel 5 verschlossen, der gleichzeitig beim Festziehen der Schrauben
6 den Kegeleinsatz 3
fest und abdichtend in seinen kegeligen Sitz preßt.
Nutringe 7 dichten an den Lagerstellen der beiden Lagerzapfen 11 und
12 des Kugelkükens 2 den inneren Druckraum des Absperrhahnes nach außen ab. Der
Einbau des Kükens kann aber auch auf andere bekannte Weise erfolgen.
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Die beiden Kükenbacken des Kugelkükens sind zur Aufnahme
je eines Abdichtringes 4 so weit abgedreht, daß hier ein ringfönniger Einstich
mit einer planen Rückseite 16 entsteht und ein zentrischer Ansatz
13 bestehen bleibt. - Die beiderseitig hier eingesetzten Dichtringe
4 sitzen verschieblich auf diesem Ansatz 13, auf dem ebenfalls ein O-Ring
10 zur Spaltabdichtung eingesetzt ist. Die Dichtringe 4 haben als Abdichtfläche
die gleiche kugelige Stirnfläche 15
wie das Kugelküken und der Kegeleinsatz.
Am äußeren Rande ihrer planen Rückseite 16 ist ebenfalls ein O-Ring8 zur
Spaltabdichtung eingesetzt. Die axiale Beweglichkeit der Dichtringe 4 ist äußerst
gering gehalten.
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Bei der Konstruktion nach F i g. 1 ist in einer zentrischen
Ausbohrung des Lagerzapfens 11 ein kleines Hilfsventil eingesetzt, das mit
einem kegeligen Schaltküken 9 in einer kegelig ausgedrehten Buchse
29 abdichtet. Diese Buchse 29, die auch aus einem für Abdielitzwecke
geeigneten Material aus Kunststoff hergestellt sein kann, ist außen abdichtend mit
Preßsitz in die entsprechende Aufnahmebohrung des Lagerzapfens eingesetzt. Sie hat
in der Achsrichtung der beiden Ansätze 13 zwei sich gegenüberliegende kleine
Durchgangsbohrungen 22 und 22', die über weitere kükenseitige Durchgangsbohrungen
21 und 21' mit einer Durchgangsbohrung 20 bzw. 20' der beiden Ansätze
13 in Verbindung stehen. Dabei entstandene Hilfsbohrungen sind mit eingesetzten
Stiften 27 und 28 abdichtend verkeilt. Das Schaltküken 9 hat
ebenfalls eine kleine, koaxial zur Durch-' gangsbohrung 22 und 22' geführte Durchgangsbohrung
23, die jedoch nur bis zur Achsmitte ausgeführt ist und von hier über eine
axiale Bohrung 24 in den Freiraum 26 unterhalb des Schaltkükens einmündet.
Von hier aus führen Durchgangsbohrungen 25 kükenseitig zur Planfläche
16 direkt hinter die beiden Dichtringe 4. Nach jeweils 180 Grad Drehung
des Schaltkükens9 kann jetzt dessen Durchgangsbohrung23, und damit auch der Raum
hinter den beiden Abdichtringen 4, bei geschlossenem Absperrhahn über die sich gegenüberliegenden
Durchgangsbohrungen 22 und 22' entweder mit der Druckseite des Absperrhahnes oder
dessen Abströmseite in Verbindung gebracht werden. Dabei. wird in der einen Schalts
' tellung die kükenseitige Durchgangsbohrung zur Druckseite des Absperrhahnes
hin geöffnet, während gleichzeitig die Durchgangsbohrung zur Abströmseite verschlossen
wurde. Der Betriebsdruck des Absperrhahnes kann in dieser Stellung hinter beide
Dichtringe 4 gelangen und bewirkt sowohl in der Einström- als auch in der Abströmseite
des Hahnes die abdichtende Anpressung beider Dichtringe 4 gegen die zugeordnete
Dichtfläche. Bei einer Drehung des Schaltkükens 9 um 180 Grad wird
dann zuerst die Durchgangsbohrung zur Druckseite hin verschlossen und in der Endstellung
die Durchgangsbohrung zur Abströmseite hin geöffnet. Der auf der Rückseite der Dichtringe
4 lastende Betriebsdruck kann jetzt zur Abströmseite hin abfließen. Bei der dabei
stattfindenden Druckentlastung wird die Anpressung beider Dichtringe 4 sofort aufgehoben,
unddas Kugelküken 2 läßt sich reibungsfrei und leicht umschalten.
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Die Durchgangsbohrungen des Schaltkükens und im Hahnküken brauchen
auch bei größten Nennweiten des Absperrbahnes im Durchmesser nur wenige Millimeter
zu betragen, da die Durchflußmenge bis zum jeweiligen Druckausgleich nur ganz gering
ist. Dadurch kann auch das Schaltküken in seinen Ab-
messungen klein gehalten
werden. Ferner ergeben sich daraus auch nur ganz geringe Schaltkräfte zur Umschaltung
des Schaltkükens 9, die in keinem Verhältnis stehen zu den sonst aufzuwendenden
Kräften, die dann erforderlich sind, wenn das eigentliche, wesentlich größere Hahnküken
unter der Anpreßreibung der Absperrdichtungen umgeschaltet werden muß und wenn besonders
hohe Betriebsdrücke herrschen. Die Anwendung dieser Schaltanordnung macht sonst
erforderliche, komplizierte und teuere Schaltgetriebe überflüssig.
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Die Drehung des Schaltkükens9 kann nun entweder durch einen eigenen
Handhebel (im Beispiel nicht eingezeichnet) oder zwangläufig mit dem Handhebel bzw.
Handrad 38 des Hahnkükens zusammen erfolgen. Im ersten Falle erhält auch
das Schaltküken, ähnlich wie sonst üblicherweise das Hahnküken, einen eigenen, aber
bedeutend kleineren Schalthebel, der vor der Drehung des Hahnkükens sinngemäß (180
Grad Drehung) zu betätigen ist.
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Im gezeichneten Falle (F i g. 1) ist die Bedienung des Schaltkükens
auf folgende Art mit der Drehung der Hahnkükens zwangläufig gekoppelt. Der verlängerte
Kükenschaft 33 des Schaltkükens trägt einen Vierkant 34, welcher mit einer
Mitnehmerscheibe 35 im Eingriff steht. Diese Mitnehmerscheibe ist mit einem
Handrad 38 (auch Speichenrad oder Handhebel) fest verschraubt. Auf das aus
dem Gehäuse 1 herausragende Ende des Lagerzapfens 11 ist ein Schaltkopf
36 mittels Nut- oder Steckverzahnung 43 aufgesetzt und durch einen Stift
42 gegen axiale Verschiebung gehalten. Dieser Schaltkopf 36 hat eine Anschlagnase
40, mit der die Drehung des Kugelkükens 2 zwischen seiner Auf- und Zu-Stellung auf
90 Grad Schaltweg zwischen zwei gehäuseseitigen Anschlägen 41 begrenzt wird.
Das vorerwähnte Handrad 38 sitzt drehbar auf diesem Schaltkopf
36 und ist dort durch einen Sprengring 37 gegen axiale Verschiebung
gesichert. Es hat eine Mitnehmernase 39, die die Drehung des Handrades auf
dem Schaltkopf 36 auf 180 Grad Schaltweg in einer Aussparung am Bund
desselben begrenzt.
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Bei geschlossenem Absperrhahn hat durch -sinngemäße Rechtsdrehung
des Handrades 38 dessen Mitnehmernase 39 den Schaltkopf
36 so weit mitgenommen, bis dessen Anschlagnase40 gegen den gehäuseseitigen
Ans'chlag 41 - zu liegen. kommt und dabei das Kugelküken 2 seine Schließstellung
erreicht
hat. Dabei ist auch das Schaltküken 9 über die Mitnehmerscheibe
35 so weit gedreht worden, bis es die Durchgangsbohrung zur Druckseite des
Absperrhahnes freigegeben hat und jetzt den Betriebsdruck hinter die Dichtringe
4 leitet, während die Durchgangsbohrung zur Abströmseite verschlossen ist.
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Bei der sinngemäßen Linksdrehung des Handrades zum Öff.nen des Absperrhahnes
verbleibt das Kugelküken 2, infolge der großen Anpreßreibung der Dichtringe 4 durch
den Betriebsdruck, zunächst in der Schließstellung, wogegen das mit dem Handrad
direkt verbundene Schaltküken 9 infolge seiner leichteren Schaltbarkeit die
180 Grad Drehung gegenüber dem Kugelküken 2 ausführt, bis die Mitnehmernase
39
des Handrades den Schaltkopf 36 und das Kugelküken mitnehmen will.
Dabei hat es dann auch die Stellung erreicht, in der sich die Durchgangsbohrung
zur Abströmseite hin öffnet und der Druck hinter den Dichtringen 4 nach hier entweichen
kann, so daß damit auch die Anpressung der beiden Dichtringe aufgehoben ist. Jetzt
läßt sich auch die öffnung des Kugelkükens 2 durch weitere 90 Grad Drehung
des Handrades unbeschwert durchführen.
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Die Abdichtung des Schaltkükenschaftes 33 in seiner Bohrung
erfolgt hier durch eine Stopfpackung 31,
die mittels Gewindebuchse
32 gegen einen Bund 30
am Kükenschaft gepreßt wird und damit das Schaltküken
auch gleichzeitig in seinen kegeligen Sitz drückt.
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Die Durchgangsbohrungen 20 und 20' im Ansatz 13 können so groß
ausgeführt werden, daß hier kleine Schmutzsiebe oder -filter eingesetzt werden können,
die bei unreinen Betriebsstoffen größere Fremdkörper zurückhalten. Sollten dennoch
mit oder ohne Schmutzsieb oder -filter größere Verunreinigungen eingedrungen sein
und sich verstopfend vor die Durchgangsbohrungen der Einströmseite gelegt haben,
so genügt es im Betrieb, das Kugelküken 2 nach Umsetzen des Schaltkopfes
36 um 180 Grad zu drehen, so daß jetzt die Verstopfung in der Abströmseite
zu liegen kommt und hier durch den Betriebsdruck wieder herausgedrückt wird.
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Um das Schaltküken 9 der jeweiligen Strömungsrichtung im Absperrhahn
anzupassen, braucht es nur nach Lösen der Schrauben zwischen Mitnehmerscheibe
35 und Handrad 38 um 180 Grad gedreht zu werden.
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An Stelle eines Schaltkükens 9 können naturgemäß auch andere
bekannte Schalt- und Steuerungsorgane eingebaut werden, wie z. B. kleine Schieberkolben
oder Schraub- und Nadelventile. Die anliegende Skizze nach F i g. 2 und 2
a zeigt als Beispiel die Ausführung mit einem doppelseitig dichtenden Ventilteller
45, der über einen Ventilschaft 46 mit dem Schalthebel 38 des Hahnes gelenkig
verbunden ist. Die kükenseitigen Durchgangsbohrungen 20 (20'), 21 (21') und 22 (22')
münden hier von der einen Bakkenseite ausgehend unterhalb und von der anderen Backenseite
ausgehend oberhalb vom Ventilteller45 in den Ventilraum, während dieser Ventilraum
über die Durchgangsbohrungen24 (24) und 25 (25') mit der Planfläche
16 der Dichtringe 4 in Verbindung steht. Durch den Betriebsdruck des Hahnes
legt sich jetzt der Ventilteller 45, gleichgültig welche Strömungsrichtung im Hahn
herrscht, stets absperrend in den Ventilsitz vor der Durchgangsbohrung zur Abströmseite,
während die Einströmseite zum Ventilraum geöffnet bleibt und der Betriebsdruck ungehindert
zur Planfläche 16 der Dichtringe gelangen kann und damit deren abdichtende
Anpressung bewirkt.
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Soll der Absperrhahn zur Auf-Stellung umgeschaltet werden, genügt
ein kurzes Niederdrücken oder Anheben des Schalthebels 38, wodurch jetzt
der Durchgang des Ventils zur Abströmseite hin geöffnet wird und der Druck aus dem
Ventilraum und hinter den Dichtringen nach hier entweichen kann. Gleichzeitig wird
bei genügend starkem Niederdrücken oder Anheben des Schalthebels der Ventilteller
45 fest in den Ventilsitz vor der Einström-öffnung des Ventilraumes gedrückt und
der Betriebsdruck des Hahnes abgesperrt. Die Dichtringe in der Kükenbacke sind jetzt
ohne Anpreßdruck und Dichtwirkung, und das Hahnküken läßt sich leicht und reibungsfrei
schalten.
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Wie ersichtlich, wird entsprechend der Strömungsrichtung im Hahn der
Ventilteller 45 entweder nach oben oder nach unten in den Ventilsitz gedrückt, so
daß der Schalthebel beim öffnen in einem Falle niedergedrückt, im anderen Falle
aber angehoben werden müßte. Um auch hier die Schaltung einheitlich, z. B. nur durch
Niederdrücken des Schalthebels, auszuführen, kann der Gelenkbolzen 52 entsprechend
der Strömungsrichtung im Hahn entweder in der gezeichneten Lage (bei Strömung von
links) oder in der Bohrung 54 auf der anderen Seite des Ventils (bei Strömung von
rechts) eingesetzt werden. Die Kräfte zum Abheben des Ventiltellers vom Ventilsitz
entgegen dem Betriebsdruck sind infolge der günstigen Hebelverhältnisse auch bei
hohen Drücken sehr gering, so daß eine leichte Betätigung möglich ist.
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Bei dieser Konstruktion wird ein noch erwähnenswerter Vorteil darin
gesehen, daß bei abgesperrtem Hahn durch kurzes Niederdrücken des Schalthebels bis
etwa zur Mittelstellung des Ventiltellers ein verhältnismäßig geringer Durchfluß
des Betriebsmediums erfolgt und dadurch die Entnahme nur geringer Durchflußmengen
(Probenentnahmen) möglich ist.
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In den Fällen, wo im Betrieb mit unsauberen Betriebsstoffen gerechnet
werden muß und um zu verhindern, daß sich eintrocknende Betriebsstoffe einklemmend
zwischen die Planfläche 16 des Dichtringes 4 legen, ist es neben einer rillenförinigen
Erweiterung dieser Planfläche zweckmäßig, diesen Raum und die zum Schaltküken bzw.
Ventil führenden Bohrungen und Räume weitgehendst mit Fett zu füllen. Diese Fettfüllung
dient auch gleichzeitig der Gleitschmierung der Dichtringe 4 auf den Ansätzen und
der Schmierung der O-Ringe 8 und 10. Die geringe Füllmenge
kann praktisch kaum verbraucht werden, da an diesen Stellen keine Durchströmung
stattfindet. Es tritt aber im Laufe der Zeit eine Vermischung mit den Betriebsstoffen
ein, so daß es zweckmäßig ist, die Füllung von Zeit zu Zeit zu ergänzen bzw. zu
erneuern. Hierzu wurde in einer tiefliegenden Bohrung im unteren Lagerzapfen 12
ein Hochdruckschmiernippel 55 eingesetzt, der mit Schmierbohrungen
56 und 57 mit der Rückseite des Dichtringes 4 in Verbindung steht.
Mittels einer Schmierpresse kann jetzt der gesamte schmierbare Raum von unten her
mit frischer Fettfüllung völlig durchgeschmiert oder bei Bedarf auch mit Reinigungs-
und Lösungsmitteln durchgespült werden. Dabei ist es gleichgültig, ob der Absperrhahn
unter Betriebsdruck und in Auf- oder Zu-Stellung steht.
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Da bei der Umschaltung des Hahnkükens die Dichtringe 4 stets völlig
druckentlastet werden und
dabei nicht die geringste Anpreßreibung
zwischen den Dichtflächen stattfindet, ist es - wie in F i g. 2 dargestellt
- möglich, die gesamte kugelige Dichtfläche15 des Kegeleinsatzes3 mit einem
mehr oder weniger elastischen überzug (Ummantelung44) zu versehen. Diese Ummantelung
44 kann dabei auf die gesamte Oberfläche des Kegeleinsatzes, also auch
auf
die kegelige Außenfläche und die Wandung der Durchflußbohrung17, ausgedehnt
werden. Dies hat die wesentlichen Vorteile, daß das Material und die Oberfläche
des Kegeleinsatzes infolge der gänzlichen Umhüllung nicht durch Erosions-
I und Korrosionserscheiungen angegriffen werden können, daß dabei auch gleichzeitig
die kegelseitige Abdichtung verbes" sert wird und daß weiterhin die Fertigung des
Kegelm einsatzes vereinfacht wird. Bei der Fertigung braucht jetzt, außer den Trennflächen
der beiden Kegelhälften, der Kegeleinsatz nicht besonders passungsgerecht und fein
bearbeitet zu werden. Er wird nur als roh bearbeitetes Kernstück aus starrem Material
in eine Vulkanisierform oder andere Forineinrichtung eingelegt und erhält hier seine
Paßform durch Aufvulkanisieren mit gummiartigen oder Aufgpritzen kunststoffartiger
Werkstoffe in einem einzigen Arbeitsgang. -
Die vorstehend geschilderte Art
der Steuerung von Dichtringen in einem Absperrhahn ist auch für solche Dichtringe
anwendbar, die in anderen Kükenformen, z. B. zylindrisch ausgebildeten Küken, eingesetzt
sind. Des weiteren ist es auch möglich, Dichtringe in der Schieberplatte eines Schiebers
auf die gleiche Art und Weisß zu steuern.
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Die Anwendungsmöglichkeit dieser Schaltvorrichtung erstreckt sich
auch weiterhin auf gehäuseseitig eingebaute Dichtringe. In diesem Falle werden die
zur Rückseite der Dichtringe führenden Durchgangsbohrungen über eine Stelle im Zapfenlager
des Hahnkükens, bei entsprechender Abdichtung mittels O-Rin en, in das Hahngeb4use
-gnd über Weitere -9 Durchgangsbohrungeil hinter die dort um die Durchflußbohrung
herum eingesetzten DichtringQ geleitet.