DE2145219C2 - Hahn mit einer Entlastungseinrichtung für eine zwischen Hahngehäuse und Küken vorgesehene elastische Dichtungshülse - Google Patents

Description

2 :32 für Öffnungsdurchmesser von 38 bis 102 mtn

1,8:32 für Öffnungsdurchmesser von Ϊ52 bis 204 mm und

1,2:32 für Öffnungsdurchmesser von 254 bis 305 mm.

2. Hahn nach Anspruch 1, didurch gekennzeichnet, daß die Drosselansätze (50) mondsichelförmige Gestalt haben.

3. Hahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestbreite des Drosselansatzes an der breiteste.i Stelle 4,7 mm bei einem größten Öffnungsdurchmesser von 50,8 Tun aufweist.

4. Hahn nach einem df r vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ds* der Drosselansatz (50) eine Mindestbreite von einem Achtel seiner Länge und einem Sechzehntel des größten Öffnungsdurchmessers aufweist

5. Hahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Durchflußöffnung zwei seitliche Drosselansätze (50) vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft einen Hahn mit einer zwischen Hahngehäuse und Küken vorgesehenen elastischen Dichtungshülse, die längs des Umfangs ihrer den Durchflußöffnungen im Hahngehäuse zugeordneten öffnungen mindestens teilweise über aus dem Hahnge häuse vorspringende Ansätze gehalten ist, und mit mindestens einer Entlastungseinrichtung für die Dichtungshülse seitlich mindestens einer öffnung.

Solch ein Hahn ist durch die CH-PS 5 03 932 bekanntgeworden. Die Dichtungshülse ist hier in Ausnehmungen einer Gehäusebohrung gehalten. Zu jeder Durchgangsöffnung gehören Leisten, deren axiale Abmessung gleich derjenigen der entsprechenden Durchgangsöffnung ist. Die Leisten dienen dort in Zuordnung zu Ausnehmungen der Hülse als Entlastungsgebiete mit niedrigem Druck, vor allen Dingen, um das Drehmoment für das Küken zu vermindern. Die zusätzlichen Druckentlastungsorgane verhindern einen Druckaufbau zwischen Aussparungen in der Bohrung und der Rückseiite der Dichtungshülse, wodurch die Dichtungshülse auf ihrer Einlaßseite in die Kükendurchgangsbohrung bei Verstellen des Kükens in die

Schließstellung drückt.

Weiterhin bekannt geworden ist ein Hahn mit Kegelküken, bei dem eine Druckverminderung herbeigeführt wird, um ein Ausblasen der Auskleidung zu vermeiden. Die Druckverminderung wird erreicht, indem im Hahngehäuse seitlich der Durchlaßöffnung eine Drosselleiste vorgesehen ist, die zusammen mit dem Hahngehäuse einen schmalen und mit der Dichtungshülse einen breiteren Spalt begrenzt iUS-PS 31 28 987).

Eine ähnliche Konstruktion ist durch die DE-AS 12 34 467 bekanntgeworden, bei der die wesentliche Maßnahme zur Verhinderung eines Ausblasens der Dichtungshülse darin besteht, daß das Küken bzw. seine Dichtungen zuerst abflußseitig schließen und so die Oichtungshülse einlaßseilig frei von Kräften halten, welche sie von ihrem Sitz verlagern könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacherer Weise die Dichtungshülse trotzdem sicher

im Hahngehäuse zu halten. '"'

Erreicht wird dies überraschend dadurch, daß die Entiastungseinrichtung durch mindestens einen als Drosselansatz nahe an das Küken heran geführten Ansatz gebildet ist, der eine Mindestbreite in Richtung der Kükenschließbewegung aufweist, die im Verhältnis zum größten Öffnungsdurchmesser des Hahns in folgender Beziehung steht:

2 :32 für Öffnungsdurchmesser von 38 bis 102 mm jo 1,8:32 für Öffnungsdurchmesser von 152 bis

204 mm und

1,2:32 für Öffnungsdurchmesser von 254 bis 305 mm.

Zweckmäßig weist die Mindestbreite des Drosselansatzes an der breitesten Stelle 4.7 mm bei einem größten Öffnungsdurchmesser von 50,8 mm auf.

Vorzugsweise verfügt der Drosselabsatz über eine Mindestbreite von von einem Achtel seiner Länge und einem Sechzehntel des größten Öffnu.igsdurchmessers. Nach bestimmten Ausführungsformen sind an jeder Durchflußöffnung zwei seitliche Drosselansätze vorgesehen. Vorteilhaft ist, daß die Drosselansätze mondsichelför mige Gestalt haben.

Durch das Verhältnis der Breite des Drosselansatzes zu seiner Länge bzw. der Breite des Drosselansatzes zur Abmessung der öffnung ergibt sich ein überraschend einfacher und sicherer Halt der Dichtungshülse im Hahngehäuse. Die Maßnahme nach der Erfindung eignet sich vor allen Dingen für Absperrhähne, die bei höheren Temperaturen eingesetzt werden und für Kunststoffe, deren Wärmeausdehnungskoeffizient ein Mehrfaches desjenigen des Hahnkörpers und des Kükens ausmacht. Auch bei einem Dehnen des Futtermaterials aufgrund der Tatsache, daß der Kunststoff nicht elastisch in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, führt nicht zu einem Wegdrücken der Dichtungshülse.

Anders als bekannte Konstruktionen, die in erster Linie auf dem Konzept des Ausschaltens oder Minderns von Drücken basieren, die auf die Dichtungshülse an der Hahneingangsöffnung wirken, wird durch die Maßnahme der Erfindung, der in das Hahngehäuseinnere reichenden vorzugsweise mondsichelförmigen Drosselleisten ein Wegfall der harten Druck-Stoßwirkung des strömenden Mediums verhindert, dem die Dichtungshülse während des Schließens des Hahns ausgesetzt ist.

Beeinflußt wird also durch die Maßnahme nach der Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit weniger als der Druck. Der Absperrhahn ist für viele Strömungsrichtungen geeignet; das Ausblasen des Futtermaterials wird verhindert; der Hahn kann auch in mehreren Richtungen betrieben werden.

Das Futter kann auch ringförmig in sicherer und verläßlicher Weise um die Hahnöffnungen herum angepaßt und angeordnet sein, wodurch das Futter gegen thermische und andere Kräfte geschützt wird. Allgemein kann der Drosselansatz als »inselförmiger Vorsprung« bezeichnet werden, der sich von der Kammerwand aus gegen den Innenraum erstreckt, während der Ansatz nur über einen Teil des Umfangs der öffnung verläuft. Die vorstehende Endfläche des Drosselansatzes ist im wesentlichen komplementär zu der des Hahnkükens, das über die- Endfläche wischt, wenn der Hahn schließt, um die Strömung des Mediums durch den Absperrhahn über den Ansatz zu drosseln.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

F i g. 1 eine vergrößerte Seitenansicht eines Absperrhahns, längs der Achse geschnitten;

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt in einer Ebene in etwa senkrecht hierzu;

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung im Schnitt längs der Ebene 5-5 der Fig. 1;

F i g. 4 einen Schnitt ähnlich dem der F i g. 2, wobei das Küken und die Dichtungshülse im weiteren als Futter bezeichnet, jedoch fortgelassen wurden;

Fig.5 einen Teilschnitt ähnlich Fig.4 zur Anwendung in einem Hahn mit vollständiger Bewegungsfreiheit des Kükens und

F i g. B eine graphische Darstellung von Abmessungen der Drosselansätze.

In den Darstellungen ist das Hahngehäuse 12 mit einem Paar von Flanschen 14 und 16 versehen, mit denen der Hahn in einer gewünschten Strömungsleitung montierbar ist. Das Hahngehäuse verfügt über eine in F i g. 4 näher erläuterte mittige innere Kammer 18, in der das Hahnküken beweglich gelagert ist. Hahnkammer 18 und Küken 20 sind im wesentlichen zylindrisch ausgebildet; diese Bauteile können allerdings auch konisch in Richtung auf den Boden der Hahnkammer zumindest geringfügig abnehmen, um den richtigen Paßsitz des Kükens und somit eine gut·; Abdichtung zu verstärken. Ein hülsenförmiges Kunststoffutter 22 ist passend zwischen die Wände der Kammer und dem Küken 20 angeordnet und dichtet das Küken innerhalb der Kammer ab.

Der oberste Teil 21 des Kükens 20 kann über eine wirklich zylindrische Form verfügen und dieses mit einer Dichtung24(Fig. I und 2)umgeben,die innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung eingesetzt ist, die am Oberteil des Hahngehäuses gebildet ist. Die Dichtung oder Packung 24 wird durch eine Stopfbüchsenbrille 26 zusammengedrückt, die eine im wesentlichen rechteckige Platte mit einer vorstehenden ringförmigen Schulter oder Rippe umfaßt, die in Eingriff mit der Dichtung 24 steht. Schrauben halten die Stopfbüchsenbrille 26 an ihrem Sitz Und Üben durch entsprechendes wahlweises Spannen eine Drucklast auf die Dichtung 24 aus, um sie nach unten gegen das Hahngehäuse und nach außen gegen den oberen Teil 21 des Kükens zu drücken. Das Küken verfügt über einen axialen Schaft 120, an dem sich gegenüberliegende Abflachungen 121 und 122 etwa zur Aufnahme eines Schlüssels oder Griffstücks ausgebildet sind. Teleskopartig über dem Schaft 21 des Kükens ist ein Haltebauteil 30 mit einer vorspringenden Schulter geschoben, die sich in eine zentrale öffnung in der Stopfbüchsenbrille 26 erstreckt und nach oben auf das Oberteil des Kükens 20 drückt Anschläge 34 oben am Halteteil 30 können zur Anzeige für den Schlüssel oder Griff vorgesehen seih, durch den der Kükenschaft und das Küken zur Betätigung des Hahns gedreht werden können. Bei Drehung des Kükens um 360° sind solche Anschläge nicht notwendig.

Jeder Endflansch 14 bzw. 16 des Hahngehäuses verfügt über eine mittige öffnung 14a bzw. 16a, die jeweils eine Durchgangsöffnung bilden, die mit den öffnungen 36 und 38 in den Wänden der Hahnkammer in Verbindung steht. Während die Durchgangsöffnungen in den Endflanschen von kreisförmigem Querschnitt sind, sind die Hahnkammeröffnungen 36 und 38 etwas oval, indem sie nämlich eine erheblich größere Höhe als Breite aufweisen. Auch bei einem Absperrhahn, dessen Küken nur in einer Richtung zum Schließen des Hahns gedreht werden soll, können die Hahnkammeröffnungen eine Seite aufweisen, die im wesentlichen gerade oder linear — F i g. 4 — verläuft. Das Küken 20 verfügt über eine Durchgangsöffnung 40, deren Mündungsöffnungen eine komplementäre Ausbildung gegenüber derjenigen der Öffnungen 36 und 38 im Hahngehäuse haben, wobei die Kükenbohrung in eine genau fluchtende Stellung gegenüber den Hahngehäuseöffnungen bei ausgerichtetem Küken kommt.

ic Die Wände der Kammer 18 verfügen über eine obere und eine untere ringförmige Ausnehmung 42 und 44 zur Aufnahme entsprechender Schultern, die an dem Oberteil und am Unterteil des Futters 22 umlaufend ausgebildet sind. Außerdem ist an den Wänden der Hahnkammer ein Paar von Vorsprüngen 46 ausgebildet, die über den öffnungen 36, 38 senkrecht angeordnet sind und sich von den Wänden der Kammer aus in Richtung auf das Küken 20 hin erstrecken. Die Vorsprünge 46 befinden sich seitlich ausgerichtet zu den

öffnungen 36 und 38 und kommen so in eine fluchtende Lage mit der Kükenbohrung 40, wenn sich diese in einer entsprechenden Stellung in geschlossener Lage des Hahns befindet.

Mindestens ein Drosselansatz 50 ist unmittelbar neben mindestens einer Kante jeder der Hahnkammeröffnungen 36,38(Fi g. 1,3 und 4) angeordnet. Jeder der Ansätze 50 kann in etwa mondsichelförmig sein und einen von den Wänden der Hahnkammer nach außen gerichteten Vorsprung umfassen, mit der Wirkung, daß eine Verlängerung in Richtung auf den Innnenraum der Kammer an der Seite der Durchgangsöffnung gebildet wird, zu der das Hühnküken benachbart liegt. Die Ansätze 50 verlaufen nicht vollständig um die Öffnungen herum; bei einem Hahn mit zwei sich kreuzenden Durchgängen, bei dem das Hahnküken nur um 90° mit verschieden gerichteten Bewegungen zu drehen ist, um den Durchlaß durch den Hahn vollständig zu steuern, wird nur einer der Ansätze bzw. Vorsprünge neben jeder der Öflnungen 36, 38 benötigt, wobei jeder derartige Ansatz dPTi anderen in der Hahnkammer (Fig.3) diametral gegenüberliegt. Hier zeigt der Absperrhahn eine völlig zufriedenstellende Betriebsweise, und zwar sogar bei einem in zwei Richtungen möglichen Durchfluß. Wie in F i g. 5 dargestellt ist, ist es

h-5 durchaus möglich, ein Paar von Drosselansätzen 50 in seitlich voneinander gMrennter Ausrichtung an jeder der Hahnöffnungen zu benutzen, indem beide Seiten der Öffnungen von den Ansätzen flankiert werden. Dies

führt zu einer vollständigen Bewegungsfreiheit des Kükens, wodurch eine fortgesetzte Drehung um volle 360" gestattet wird, und wobei eine solche Drehung in beiden Richtungen erfolgen kann, während gleichzeitig einem Hineindrücken des Futters in die Kükenöffnungen und daraus resultierenden Beschädigungen oder Zerstörungen des Futters bei einer weiteren Bewegung des Kükens vorgebeugt wird. Es ist jedoch nicht notwendig, die zusätzlichen derartigen Drosselansätze anzuwenden, um einen vollständig zufriedenstellend scheitenden Zwei-Richtungshahn zu erhalten, wenn eine vollständige Bewegungsfreiheit bei der Drehung des Kükens nicht vordringlich ist.

Die Drosselansätze 50 erstrecken sich von den Wänden der Hahnkammer aus bis sehr nahe an die äußere Mantelfläche des Kükens 20 (Fig. 3). jedoch (ebenso wie die Vorsprünge 46. auf die weiter oben Bezug genommen wurde) geringfügig (in der Größenordnung von 0,8 mm) nach außen entfernt von dem Punkt, an dem das Küken und die Futteroberfläche zusammentreffen. Die Ansätze haben eine im wesentlichen zylindrische konkave Endoberfläche unmittelbar nebem dem Küken 20, die in ihrer Form komplementär zu der äußeren Oberfläche des Kükens ist. Daher kann das Küken leicht und glatt hinter die Endoberflächen der Drosselansätze in enger Nachbarschaft zu diesen gleiten, wenn der Hahn geschlossen wird. Wenn der Hahn geschlossen wird, bewegt sich die Hinterkante der Kükenbohrung 40 zunehmend in Richtung auf und über die Kante der Drosselansätze, die zu der Kante der entsprechenden Bohrung bzw. Öffnung benachbart angeordnet sind, wobei das strömungsfähige Medium, das durch den Hahn über das äußere Ende des Ansatzes strömt, in ständig ansteigendem Maße gedrosselt wird. Es ist daher der Drosselansatz, der der scharfen Druckstoßwirkung des strömungsfähigen Mediums ausgesetzt ist, wenn es gedrosselt wird, anstelle der Außenkante des Kunststoffutterelementes. Damit wird das Futter vor einer Druck- bzw. Stoßbeanspruchung bewahrt, und es wird verhütet, daß das Futter ausgeblasen oder von der Kante der Öffnung durch das auftreffende strömungsfähige Medium in eine Stellung weggedrückt wird, wo es von der Hinterkante der Kükenbohrung erfaßt wird, wenn das Küken in eine vollkommen geschlossene Stellung bewegt wird.

Wenn man die Strömung des Mediums durch den Hahn in der gerade beschriebenen Weise wirkungsvoll drosselt, ist es erforderlich, daß für die Breite der Drosselansätze 50 eine gewisse Mindestbreite existiert. Die ungefähre wünschenswerte Mindestbreite für Drosselansätze, die in Verbindung mit Hahnbohrungen von unterschiedlicher Durchmessergröße bzw. Nennweite benutzt werden, ist in der graphischen Darstellung von F i g. 6 veranschaulicht, die eine Kurve wiedergibt, die auf empirische Weise entstanden ist. Während diese Kurve somit eine Annäherung darstellt, kann sie dennoch als eine graphische Erläuterung der benutzten Prinzipien dienen, und mit einer annehmbaren Genauigkeit (innerhalb von etwa 20%) und in durchaus brauchbarer Weise stellt diese Kurve geeignete Mindestbreiten der Ansätze für Hähne verschiedener Nennweiten zur Verfügung, die für Bedingungen unter Strömungstemperaturen in einem normalen Bereich gelten, d.h. für Bereiche, die etwa 105°C nicht überschreiten. Die Kurve ist brauchbar für Bedingungen unter höheren Temperaturen, aber die angezeigten Mindestbreiten mögen dann proportional vergrößert werden in Abhängigkeit vom jeweiligen Temperaturan

stieg. Der Kurvendarstellung kann man beispielsweise entnehmen, daß ein Hahn mit einer öffnungsweite von einem 5 cm betragenden Durchmesser längs seiner größeren oder querverlaufendcn Achse Drosselansiit/e 50 mit einer Mindestbreite in ihrer breitesten Stelle von annähernd 4.8 mm in normalem Temperaturbereich wie oben angegeben, haben soll.

Hinsichtlich des Querschnittes der Drosselansätze wird die mondsichelförmige Gestalt bevorzugt: die Mindestbreite soll wenigstens ungefähr mit der in F i g. 6 dargestellten Kurve übereinstimmen, derart, daß auch eine vollständige Drosselung der Strömung quer über die Kükenfläche und nicht über die Kante des Kunststoffutters erfolgen kann.

Besonders vorteilhafte Breiten für Drosselansätze im Verhältnis von deren Länge sind vorgegeben und diese sind wesentlich geringer als die Hälfte des Gesamtumfangs der Öffnung, zu der das Küken benachbart ist.

Als allgemeine Regel wird sich ein Verhältnis von Breite zu Länge von 1:8 für zufriedenstellende Drosselwirkungen einstellen. Eine ähnliche Zahl für jedes Verhältnis von Breite zu öffnungsdurchmesser liegt gemäß F i g. 6 in der Größenordnung von 2 oder 3 zu etwa 32.

Zusätzlich zu den Drosselansätzen 50 und zusätzlich zu den ringförmigen Ausnehmungen 42 und 44 um das Oberteil und das Unterteil der Hahnkammer herum und zusätzlich zu den Vorsprüngen 46 bildet der Innenraum der Hahnkammer außerdem eine im wesentlichen ringförmige Ausnehmung oder Nut 52 (vgl. F i g. 3, 4), die sich um die unmittelbare Innenkante jeder der Öffnungen 36, 38 von einem Ende des Drosselansatzes 50 zum anderen erstreckt, und ebenso unmittelbar nach außen von dem Ansatz um die Seitenkante hiervon, die von der Durchgangsöffnung am weitesten entfernt liegt. Die Hahnkammerwandungen bilden außerdem eine im wesentlichen ringförmige Rippe 54, die sich um die Ausnehmung oder Nut 52 herum erstreckt.

Zwischen der Rippe 54 und den vorragenden Vorsprüngen 46 befinden sich die Wände der Hahnkammer auf der zurückgesetzten Stufe der Ausnehmung 52; das Kunststoffutter 20 füllt alle diese Bereiche wie auch die Ausnehmung 52 um jede der Öffnungen. Das Futter ist selbstverständlich mit Öffnungen für eine Ausfluchtung mit jeder der Öffnungen 36,38 und auch mit jedem der Vorsprünge 46 versehen. Folglich wird die Gesamtmenge an erforderlichem Material für das Futter erheblich verringert, und dies ergibt Vorteile im Hinblick auf den Überschuß der Kosten an gespartem Material, die ganz erheblich sind. Die Gesamtmenge an vorhandenem Kunststoff, der für eine Unterwer'-ing unter erhöhte Temperaturen zur Verfügung steht, die eine Wärmedehnung verursachen, ist somit verringert. Daher ist auch das Problem des thermisch bedingten Aufquellens und des Ausblasens des Kunststoffutters sehr erheblich vermindert. Darüber hinaus greifen die Vorsprünge 46 genau in die entsprechenden Öffnungen in dem Futter ein und tragen somit wesentlich zur Ausrichtung des Futters innerhalb der Ventilkammer bei und unterstützen den Widerstand gegen eine Relativverschiebung des Futters unter dem Einfluß eines eng anliegenden Kükens, wenn dieses gedreht wird. Zusätzlich ist eine kleine Menge an Leckflüssigkeit zwischen dem Futter und den Wänden der Hahnkammer aus praktischen Gründen nahezu unvermeidlich. Die Öffnungen in dem Futter an den Vorsprüngen 46, die mit der Kükenbohrung 40 in Berührung bzw. Ausfluchtung in der geschlossenen Lage des Hahns

kommen, führen /ur Möglichkeit des Ableitens jeglicher Flüssigkeit, die sich hinter dein Futter befindet.

Die Drosselansät/c 50. insbesondere in Verbindung mit der ringförmige¹,) Ausnehmung oder Nut 52 und ihrer konzentrischen Rippe 54, tr;igen ebenfalls dazu bei, das Futter in seiner zugeordneten Lage zu halten. Der Widerstand gegen Abstoßen oder Ablösen des Futters ir>·? gegen eine Gleit-Ürehbewegung desselben wird wesentlich verstärkt durch den gegenseitigen Nuten-Rippen-Eingriff zwischen dem Futter und den Wänden der Hahnkammer an den öffnungen und ebenso durch die Kantegegen-Kante-Abstützung der gebogenen Seite der Drosselanschlüsse und der benachbarten Kante des Kunststoffutters.

Die im wesentlichen konzentrischen Rippen und Nuten 152 bzw. 154 in dem Futter (vgl. F i g. b und 7), die in die Ausnehmung 52 und die Rippe 54 der Hahnkammerwandungen eingepaßt werden, brauchen nicht vorgeformt zu sein. Stat! dessen wird das flache Futterstück in eine im wesentlichen schlauch- oder rohrförmige Form gerollt und in die llahnkammer eingesetzt, und der Kunststoff, aus dem das Stück gebildet ist, wird unter Druck und gegebenenfalls auch unter Hitzeeinwirkung veranlaßt, in die Nuten oder Ausnehmungen, die in den Wänden der Hahnkammer gebildet sind, zu fließen, wobei eine exakte Passung zwischen der Ventilkammer und dem ['utter herbeigeführt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hahn mit einer zwischen Hahngehäuse und Küken vorgesehenen elastischen Dichtungshülse, die längs des Umfangs ihrer den Durchflußöffnungen im Hiihngehäuse zugeordneten öffnungen mindestens teilweise über aus dem Hahngehäuse vorspringende Ansätze gehalten ist, und mit mindestens einer Entlastungseinrichtung für die Dichtungshülse seitlich mindestens einer öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung seitlich der öffnung durch einen als Drosselansatz (50) ausgebildeten, nahe an das Küken (20) herangeführten Ansatz gebildet ist, der eine Mindest breite in Richtung der Kükenschließbevvegung aufweist, die im Verhältnis zum größten öffnüngsdurchmesser des Hahns in folgender Beziehung steht: