DE3702386A1 - Kugelhahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 34 15 086 ist ein Kugelhahn mit einem drehbar in einem Gehäuse gela­ gerten Kugelküken bekannt, an dem ein das Gehäuse durchsetzender Betätigungsschaft befestigt ist, derart, daß durch seine Drehung die Durchgangsbohrung des Kugel­ kükens wahlweise mit dem Ein- und Auslaß des Gehäuses ausrichtbar ist. Bei diesem bekannten Kugelhahn ist das Kugelküken in Flanschlagern bzw. in in diese einge­ setzten Lagerbüchsen gehalten, die eine in bezug auf die Drehachse zentrische Lagerung des Kugelkükens bewirken. In Richtung des Strömungsweges des den Kugel­ hahn durchfließenden Mediums ist vor und hinter dem Kugelküken jeweils ein gegebenen­ falls als Steuerscheibe ausgebildeter Kolbenring vorgesehen, der direkt am Kugelküken anliegt. Dabei ist nur der Übergang zwischen dem einlaßseitigen Kolbenring und dem Kugelküken abgedichtet während auf der Auslaßseite keine der­ artigen Maßnahmen vorgesehen sind. Die Lagerung des Kugelkükens in Richtung der Drehachse, erfolgt mit Hilfe von Dichtungen, die zwischen den Stirnseiten der Lagerbüchsen und zugeordneten senk­ recht zur Drehachse stehenden Lager­ flächen des Kugelkükens angeordnet sind.

Die fehlende Abdichtung auf der Auslaß­ seite ist insbesondere dann nachteilig, wenn mehrere Auslässe vorhanden sind, da zwischen diesen ein unerwünschter Fluß des Mediums nicht vollständig unterbunden werden kann. Auch ist es nicht möglich, den Kugelhahn so einzusetzen, daß seine Anschlüsse wahlweise als Einlaß oder als Auslaß verwendet werden können. Weiterhin kann das Medium in das Gehäuse des Kugel­ hahns dringen, was besonders dann ungünstig ist, wenn es ein aggressives Medium ist, das das Material des Gehäuses angreift. Schließ­ lich ist die Lagerung des Kugelkükens in Achsrichtung relativ aufwendig und es besteht die Gefahr einer Versetzung des Kugelkükens in dieser Richtung nach län­ gerer Betriebszeit aufgrund des relativ leicht nachgebenden Materials der Dich­ tungen. Dies kann insbesondere dann nicht hingenommen werden, wenn mit dem Kugelhahn sehr genaue Regelvorgänge durchgeführt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den bekannten Kugelhahn mit mindestens je einem Ein- und Auslaß für ein fließfähiges Medium und mit einem dreh­ bar in einem Gehäuse gelagerten Kugel­ küken, das mit einem aus dem Kugelhahn herausgeführten Betätigungselement verbun­ den ist, wobei zur Lagerung des Kugel­ kükens zentrisch zu seiner Drehachse ko­ axial zur Drehachse angeordnete Lager­ buchsen oder -flansche vorgesehen sind und längs der (das) Strömungswege(s) des Mediums vor und hinter dem Kugelküken an dieses angrenzend jeweils ein Ring­ kolben angeordnet ist, der auf der Ein­ laßseite gegenüber dem Kugelküken abge­ dichtet ist, in der Weise zu verbessern, daß ein Austreten des fließenden Mediums aus dem vorgesehenen Strömungskanal voll­ ständig unterbunden ist und eine dauer­ haft exakte Lagerung des Kugelkükens auf einfache Weise erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Weiterbildungen des erfindungsge­ mäßen Kugelhahns ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auch auf der Auslaßseite eine ab­ dichtung zwischen den (dem) Ringkolben und dem Kugelküken vorgsehen ist und daß das Kugelküken in Richtung seiner Drehachse von den Ringkolben gehalten ist.

Um eine feste und dichte Lagerung des Kugelkükens in den Ringkolben zu er­ zielen, werden diese vorzugsweise durch unter Druck stehende Graphitringe gegen das Kugelküken gedrückt. Die von dem Medium angeströmten Bereiche bestehen vorteilhaft aus Keramik. Hier­ durch können aggressive, stahlangreifende Medien durch den Kugelhahn geleitet werden. Außerdem bestehen die aneinan­ derliegenden, gegeneinander bewegbaren Flächen des Kugelkükens und der Kolben­ ringe aus einem extrem harten und abrieb­ festen Material. Hierbei ist es zweck­ mäßig, die Keramikteile in gegen äußere Druckkräfte gesicherter Weise einzukapseln. Damit werden beispielsweise die von der Rohrleitung, in die der Kugelhahn einge­ setzt ist, ausgeübten Kräfte ausschließ­ lich von die Keramikteile umgebenden Stahl­ teilen übertragen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungs­ beispiels, das sich auf einen Kugelhahn mit drei Anschlüsssen, von denen einer als Einlaß und die beiden anderen als Auslaß dienen sollen, bezieht, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Kugelhahn in einem senkrechten Längsschnitt und

Fig. 2 den Kugelhahn nach Fig. 1 in einem zu dieser senkrechten Schnitt entlang der Linie II-II.

Der dargestellte Kugelhahn besitzt drei Anschlußstücke 1, 2 und 3, die jeweils mit einer Rohrleitung oder dergleichen fest verbunden werden. Das Anschlußstück 1 liegt auf der Einlaßseite und die Anschluß­ stücke 2 und 3 liegen auf der Auslaß­ seite des Kugelhahns. Dieser ist demge­ mäß mit einem Einlaßkanal 4 und Auslaß­ kanälen 5 und 6 versehen. Der Einlaß­ kanal 4 und die Auslaßkanäle 5 und 6 treffen im Bereich eines aus keramischem Material bestehenden, drehbaren Kugel­ kükens 7 zusammen. Je nach seiner Stellung kann das Kugelküken 7 den Einlaßkanal 4 mit dem Auslaßkanal 5 oder dem Auslaß­ kanal 6 verbinden oder auch den Durchgang vom Einlaßkanal 4 zu beiden Auslaßkanälen unterbrechen. Gegebenenfalls kann das Kugelküken 7 auch einen Durchgang vom Einlaßkanal 4 zu beiden Auslaßkanälen 5 und 6 herstellen, wobei die einzelnen Durchlaßquerschnitte variiert werden können.

Das Kugelküken 7 ist fest mit einer Spindel 8 verbunden, die koaxial zur Dreh­ achse des Kugelkükens 7 verläuft und aus dem Kugelhahn herausragt, so daß über die Spindel 8 die Drehung des Kugelkükens 7 in gewünschter Weise vorgenommen werden kann. Die Spindel 8 ist in einem Packungs­ gehäuse 9 gehalten. Zwischen diesen be­ findet sich eine Packung 10, die über einen Druckring 11 durch eine Feder 12 unter Druck gehalten wird. Die Feder 12 wird auf der anderen Seite durch einen Lagerring 13 und einen im Packungsge­ häuse 9 verspannten Sicherungsring 14 gehalten.

Das Kugelküken 7 befindet sich in einem Gehäuse 15, das durch Schraubklammern 16 und 17 mit den Anschlußstücken 1 und 2 fest verbunden sowie mit dem Anschluß­ stück 3 verschraubt ist. Das Gehäuse 15 ist ringförmig um das Kugelküken 7 herum­ geführt, wobei es Öffnungen für den Durch­ laß des Einlaßkanals 4, der Auslaßkanäle 5 und 6, des Packungsgehäuses 9 sowie eines Flanschlagers 18 aufweist. Das Packungsgehäuse 9 ist ebenfalls mit dem Gehäuse 15 verschraubt. Die vorzugsweise aus Stahl bestehenden Anschlußstücke 1, 2 und 3 enthalten jeweils einen Keramikein­ satz 19, 20 bzw. 21, durch die sicherge­ stellt ist, daß das durch den Kugelhahn strömende Medium nicht mit den Anschluß­ stücken in Berührung kommt und diese an­ greifen kann. Sich an die Keramikeinsätze in Richtung auf das Kugelküken 7 zu an­ schließende Ringkolben 22, 23 und 24 bestehen ebenfalls aus Keramik, so daß der Einlaß­ kanal 4 und die Auslaßkanäle 5 und 6 voll­ ständig von keramischem Material umgeben sind. Ein weiteres auf dem Ringkolben 23 aufsitzendes Keramikteil 25 schützt das aus Stahl bestehende Gehäuse 15 auf der dem Auslaßkanal 6 gegenüberliegenden Seite. Es kommen somit nur keramische Oberflächen mit dem strömenden Medium in Berührung, so daß auch Medien durch den Kugelhahn geleitet werden können, die beim Entlangströmen an einer Stahloberfläche auf diese aggresiv wirken würden.

Demgegenüber besteht eine durchgehende Verbindung aus Stahlteilen zwischen den einzelnen Anschlußstücken, nämlich über das Gehäuse 15, das Packungsgehäuse 9 und das Flanschlager 18, so daß von außen auf den Kugelhahn wirkende Druckkräfte von diesen Stahlteilen übertragen werden und die keramischen Teile hierdurch nicht be­ ansprucht werden.

Zwischen dem Gehäuse 15 bzw. dem Keramik­ teil 25 und den Ringkolben 22, 23 und 24 befindet sich jeweils eine Dichtung in Form eines Graphitringes 26, 27 bzw. 28, der jeweils durch einen Keramikring 29, 30 bzw. 31 gegen eine parallel zur Dreh­ achse des Kugelkükens 7 verlaufende An­ schlagfläche des zugehörigen Ringkolbens 22, 23 bzw. 24 gedrückt wird. Diese Druck­ kraft ergibt sich beim Verbinden des je­ weiligen Anschlußstückes 1, 2 bzw. 3 mit dem Gehäuse 15 mithilfe der Schraubklam­ mern 16 und 17 bzw. der direkten Schraub­ verbindung beim Anschlußstück 3. Die Graphit­ ringe 26, 27 und 28 sind geringfügig elastisch und sie bewirken, daß die Ring­ kolben 22, 23 und 24 fest am Kugelküken 7 anliegen. Die Ringkolben 22, 23 und 24 sind dabei in der Lage, bei einer Drehung des Kugelkükens 7 in den üblichen Toleranzen liegenden radialen Schwankungen der Ober­ fläche des Kugelkükens 7 zu folgen. Damit erhält man eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Einlaßkanal 4 und den Auslaß­ kanälen 5 und 6 einerseits den Außenflächen des Kugelkükens 7 andererseits.

Da sich der Radius des Kugelkükens 7 in den Bereichen der Berührung mit den Ring­ kolben 22, 23 und 24 in dem Sinne stetig ändert, daß der Radius zum Innern der Ring­ kolben hin stets zunimmt, und die anlie­ gende Fläche der Ringkolben komplementär ausgebildet ist, wird das Kugelküken 7 durch die Ringkolben 22, 23 und 24 in einer definierten Höhe gehalten. Diese Höhe ist stets gleichbleibend, so daß die Ringkolben für das Kugelküken eine die Lage in Richtung der Drehachse festlegende Lagerung bilden.

Die zur Drehachse zentrische Lagerung des Kugelkükens 7 wird durch zwei zentrische zylindrische Zapfen des Kugelkükens be­ wirkt, die in zwei komplementär ausgebildete Bohrungen im Packungsgehäuse 9 und im Flanschlager 18 ragen. Diese Lagerung ist spielfrei; jedoch ist eine Drehung des Kugelkükens 7 mit angemessenem Kraftauf­ wand möglich.

Zur Abdichtung einzelner Übergänge zwischen verschiedenen Teilen es dargestellten Kugelhahns dienen weitere Graphitringe 32 bis 41. Die Graphitringe 32, 33 und 34 dienen gleichzeitig al Puffer, um sicher­ zustellen, daß von außen einwirkende Druck­ kräfte nicht von den Keramikeinsätzen 19, 20 und 21, sondern von den zugeordneten Anschlußstücken 1, 2 und 3 übertragen werden.

Bei der Ausbildung des Kugelhahns als Regelarmatur mit beliebig vorgebbaren Durchlaßkennlinien können die Ringkol­ ben 23 und/oder 24 auf der Auslaßseite und/oder auch der Ringkolben 22 auf der Einlaßseite in entsprechender Weise aus­ gebildete Durchlaßöffnungen aufweisen. Hierbei ist eine drehfeste Lage der Ring­ kolben sicherzustellen. Auch die Durch­ gangsbohrung des Kugelkükens 7 braucht nicht zylindrisch und fluchtend mit dem Einlaß- und den Auslaßkanälen ausgebildet zu sein, sondern kann jede gewünschte Form entsprechend dem geforderten Durch­ laßquerschnitt in Abhängigkeit vom Stell­ winkel besitzen.

Claims (6)

1. Kugelhahn mit mindestens je einem Ein- und Auslaß für ein fließfähiges Medium und mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten Kugelküken, das mit einem aus dem Kugelhahn herausgeführten Betätigungs­ element verbunden ist, wobei zur Lagerung des Kugelkükens zentrisch zu seiner Dreh­ achse koaxial zu dieser angeordneten Lager­ buchsen oder -flansche vorgesehen sind und längs der (des) Strömungswege(s) des Me­ diums vor und hinter dem Kugelküken an dieses angrenzend jeweils ein Ringkolben angeordnet ist, der auf der Einlaßseite gegenüber dem Kugelküken abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch auf der Auslaßseite eine Ab­ dichtung zwischen den (dem) Ringkolben (23, 24) und dem Kugelküken (7) vorgesehen ist und daß das Kugelküken (7) in Richtung seiner Drehachse von den Ringkolben (22, 23, 24) gehalten ist.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ring­ kolben (22, 23, 24) durch unter Druck stehende Graphitringe (26, 27, 28) gegen das Kugel­ küken (7) gedrückt sind.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die von dem Medium angeström­ ten Bereiche aus Keramik bestehen.

4. Kugelhahn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ke­ ramikteile in gegen äußere Druckkräfte ge­ sicherter Weise eingekapselt sind.

5. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelküken (7) eine von der zylin­ drischen Form abweichende, einer gewünschten Abhängigkeit des Durchlaßquerschnitts vom Stellwinkel entsprechende Durchgangsöffnung aufweist.

6. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringkolben (22, 23, 24) eine von der zylindrischen Form abwei­ chende, einer gewünschten Abhängigkeit des Durchlaßquerschnitts vom Stellwinkel des Kugelkükens (7) entsprechende Durchgangs­ öffnung aufweist.