DE3719762A1 - Kugelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile und insbesondere auf Kugelventile. Eine besondere Anwendung findet die Er­ findung bei einem neuen und verbesserten Kugelventil und einer Sitzanordnung für ein Ventil mit einem sogenannten "schwimmenden Küken" und insbesondere bei einem Ventil, bei dem das schwimmende Küken an einer Stirnseite oder von oben belastet oder eingespannt ist. Die Erfindung wird unter besonderem Bezug auf solche Ausführungsformen beschrieben. Fachleute werden jedoch ohne weiteres er­ kennen, daß die Erfindung breitere Anwendungen aufweist und sich auch zur Anwendung bei anderen Typen und Bauar­ ten von Ventilen eignen könnte.

In der gewerblichen Anwendung befindliche Kugelventilkon­ struktionen verwenden zur dichtenden Anlage an dem Küken in typischen Fällen aus elastischem und/oder verformbarem Kunststoff bestehende ringförmige Sitze oder Sitzringe. Zwei solcher Sitzringe sind an der Einlaß- und der Auslaß­ öffnung angeordnet. Das Küken selbst ist so gelagert, daß es sich in Schließstellung des Ventiles unter dem Druck des Arbeitsmittels etwas frei bewegen oder axial zum Sitz verschieben kann. Diese Verschiebung bewirkt, daß das Kü­ ken gegen den auf der Unterstromseite befindlichen Sitz­ ring einwirkt und diesen verbiegt und damit dessen dich­ tende Anlage an ihm selbst erhöht. Die Stärke einer sol­ chen Ausbiegung schwankt nach Maßgabe des jeweiligen Druckes des Arbeitsmittels.

In denjenigen Fällen, in denen der stromaufwärtige Sitz in Schließstellung des Ventiles dichtend am Küken anliegt, tritt beim ersten Öffnen des Ventiles ein Problem auf, das sich aus einer "eingeblasenen" Wölbung am stromaufwär­ tigen Sitz ergibt. Beim Öffnen des Ventiles muß der strom­ aufwärtige Sitz augenblicklich den durch das Küken durch­ tretenden Arbeitsmittelkanal abdecken und den Druck des Arbeitsmittels zurückhalten. Während dieser kurzen Zeit­ spanne bis zum Entlasten der stromaufwärtigen Sitzdich­ tung bei weiterem Öffnen des Ventiles kann der den Ar­ beitsmittelkanal überbrückende Abschnitt des Sitzes sich unter dem Druck des Arbeitsmittels in diesen Kanal hinein verformen. Bei einer kleinen Öffnung im Küken ist der Sitz, wenn er beim Biegen wie ein Balken belastet wird, recht steif und kann den Spalt ohne weiteres überbrücken. Bei Zunahme der Größe des Ventiles und der Öffnung im Kü­ ken steigt der Modul des Sitzes zum Beibehalten der glei­ chen Steifheit nicht proportional an. Das heißt, daß sich der Sitz in diesem Sektor des Sitzringes ausbiegen und unter Ausbilden einer Auswölbung weiter in die Öffnung des Kükens hinein verformen kann.

Wenn sich dieser Zyklus während der Betriebsdauer des Ven­ tiles wiederholt, prägt sich diese Auswölbung in dem stromaufwärtigen Sitz weiter aus und drückt ein schwim­ mendes Küken bei dessen Drehung in die Öffnungsstellung des Ventiles gegen den stromabwärtigen Sitz. Der sich hierbei ergebende Drück- oder Kämmvorgang belastet den stromabwärtigen Sitz weiter und schneidet diesen sogar ein. Schlußendlich kann er den Sitz sogar zerstören und bis in einen nicht mehr betriebsfähigen Zustand hinein ab­ nutzen. Die Auswölbung in dem auf der Einlaßseite befind­ lichen Sitz drückt das Küken aus der Mitte heraus und hält es im Schließzustand von beiden Sitzen fern. Damit tritt im geschlossenen Zustand eine Leckage auf.

Bei Verwendung von Sitzen aus weichem Kunststoff, wie zum Beispiel solchen aus Polytetrafluoräthylen, treten in dem Sitz an nicht abgestützten Abschnitten besondere Probleme durch Kaltfließen des Materials auf. Diese erhöhen die Ab­ nutzung und führen zu einer unerwünschten Verformung des Sitzes. Ein auf der stromaufwärtigen Seite angeordneter Sitz, der eine im allgemeinen nicht abgestützte Stirnsei­ te aufweist, kann bei geschlossenem Ventil in Richtung auf dessen Mittelpunkt kriechen. Dies tritt insbesondere bei einem langanhaltenden und auf den stromaufwärtigen Sitz einwirkenden statischen Druckabfall auf. Schlußend­ lich kann der Sitz bei einem weiteren Kriechen in Richtung nach vorne vollständig einfallen oder, bevor dieser Punkt erreicht ist, sich so weit in die Öffnung des Kükens hin­ ein ausbiegen, daß er bei einem Betätigen des Ventiles zerrissen wird. Dieses Problem steigt mit einer Zunahme der Ventilgröße.

Infolge seiner im allgemeinen nicht abgestützten ringför­ migen Vorderseite kann auch der stromabwärtige Sitz in Richtung auf den Mittelpunkt des Ventiles kriechen. Bei sich in Schließstellung befindendem Ventil kann der Sitz durch das Küken, das unter der Last des Druckes gegen ihn stößt, in Richtung strömungsaufwärts verschoben werden.

Bei Verwendung von großen Küken in größer bemessenen Ven­ tilen trägt das Gewicht des Kükens zusätzlich zu den Pro­ blemen der Verformung und des Kaltfließens bei. Bei einem Verformen des Sitzes nach einer bestimmten Betriebsdauer kann das Küken in den Boden des Ventiles hineinsacken. Da­ durch entsteht an der Oberseite des Ventiles ein freier Raum und damit ein Leckweg.

Zum Erzielen eines verbesserten Ausgleiches für die Ab­ nutzung, das Verformen und das Kriechen des Sitzringes wie auch für die Sitztoleranz und das Durchsacken des Kü­ kens bei gleichzeitigem Erzielen einer elastischen Abstüt­ zung, die eine nur geringe Vorspannkraft bewirkt, sind kegelstumpfförmige Scheibenfedern an die Rückseite des Sitzringes angelegt worden. Die Scheibenfeder führt zu einer Elastizität des Sitzes, die nicht vom Formerholungs­ vermögen des Kunststoffmaterials abhängt. Zusätzlich ist es bekannt, zum Abstützen des aus Kunststoff bestehenden Sitzringes gegenüber der Scheibenfeder einen Stützring anzuordnen. Der Stützring stützt den Sitzring zusätzlich ab und hilft in der Offenstellung des Ventiles beim Über­ brücken des in dem Küken vorgesehenen Strömungskanales. Damit wird die durch das Einblasen bedingte Auswölbung und die damit zusammenhängende Verformung auf dem strom­ abwärtigen Sitz auf ein Minimum herabgeführt. Zusätzlich schließt der Stützring den Sitz ein und führt die durch den Kaltfluß bedingte Verformung ebenfalls auf ein Mini­ mum zurück. Ein wesentliches Element einer einen Stütz­ ring aufweisenden Ventilkonstruktion ist eine Stützschul­ ter oder eine Gegenbohrung gegenüber der Ventilschulter. Dies führt zur Ausbildung einer Lager- oder Stützfläche für den Stützring und schlußendlich für den Sitzring. Oh­ ne eine solche Stützfläche kann sich der Stützring frei vom Sitzring wegbewegen und damit dessen richtige Abstüt­ zung verhindern.

Bei auf einer Seite, einer Stirnseite oder der Oberseite belasteten Kugelventilen schließt die Struktur des Ven­ tilgehäuses selbst, obwohl Stützringe an sich erwünscht werden, die Ausbildung einer solchen Stützschulter für einen Stützring aus. Bei solchen auf einer Seite oder ei­ ner Stirnseite belasteten Kugelventilen würde der Einbau eines solchen Elementes die Belastung oder Einspannung des Kükens verhindern. Bei einem auf seiner Oberseite be­ lasteten Kugelventil würde eine solche Konstruktion die Belastung einer Sitzringanordnung verhindern.

Ein Vorschlag für ein solches Teil zum Abstützen des Sitzringes anstelle eines auf einer Schulter abgestützten Stützringes besteht in einem starren Gehäuse, das einen Teil des flexiblen Sitzringes im allgemeinen an dessen radial außenliegender Wand umschließt und weiter einen Flansch enthält, der normalerweise von dem Gehäuse herab­ hängt und an der Sitzring-Vorderseite anliegt. Der Flansch begrenzt den Kaltfluß und verhindert ein Einblasen des Sitzringes. Ein bei einer solchen Konstruktion angetrof­ fenes besonderes Problem liegt darin, daß das Gehäuse um den Umfang des Sitzes herum geformt werden muß und folg­ lich Fläche der Sitzanordnung verbraucht wird, die mit höherem Nutzen flexibles Sitzmaterial enthalten könnte. Ein weiterer Nachteil der Abstützung mit einem Gehäuse liegt darin, daß sie die Biegsamkeit von praktisch dem gesamten Kunststoffsitz einschränkt und den Sitz damit an einer Vorwärtsbewegung gegen das Küken hindert. Obwohl das Gehäuse damit eine Abstützung gegen ein Kriechen des Sitzes und eine eingeblasene Auswölbung bilden könnte, könnte es eine aus einem Sitz und einer Feder bestehende Kombination tatsächlich an einem Ausgleich für Abnutzung, Toleranz und Durchsacken des Kükens hindern. Bei fortdau­ erndem Betrieb des Ventiles und bei Verschleißen der Sit­ ze muß die Feder damit sowohl die Elastizität des Sitz­ ringes und die feste Abstützung durch das Gehäuse über­ winden, um die Anlage des Sitzes am Küken zu bewirken.

Hieraus hat sich der Wunsch nach der Entwicklung eines Kugelhahnes und einer Sitzanordnung für einen Hahn mit einem schwimmenden Küken ergeben, der sich sowohl für von oben, von einer Seite und von einer Stirnseite belastete Kugelhähne und sowohl bei großen als auch bei kleinen Ab­ messungen eignet.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue und verbes­ serte Konstruktion, die sämtliche oben genannten Probleme und Nachteile vermeidet und eine neue und verbesserte Sitzanordnung für einen Kugelhahn mit schwimmendem Küken bildet, die den Betrieb und das Abdichten des Hahnes er­ leichert.

Allgemein betrachtet betrifft die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte Anordnung aus einem Kugelhahn und einem Sitz, wobei ein flexibler Sitzring mit seiner eigenen mechanischen Elastizität mit einer zugehörigen Scheibenfeder und einem Verstärkungsring, der zwischen Feder und Sitzring angeordnet ist, zur dichtenden Anlage am Küken zusammenwirkt. Der Stützring ist innerhalb der allgemeinen Querschnittsfläche des flexiblen Sitzringes angeordnet, so daß die Sitzanordnung bei auf einer Seite, auf einer Stirnseite oder von oben belasteten Kugelküken verwendet werden kann. Der Stützring verbessert den Be­ trieb der Sitzanordnung wesentlich. Hierzu wird der fle­ xible Sitz gegenüber einem Einblasen oder Kaltfließen ab­ gestützt, ohne daß dabei die aus Sitz und Feder bestehen­ de Kombination an einem Ausgleich für die Abnutzung ge­ hindert wird.

Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Anwendung bei einem Kugelhahn mit einem auf einer Seite, auf der Stirn­ seite oder auf der Oberseite belasteten Gehäuse mit einem zentralen Strömungskanal und mit einem in diesem angeord­ neten Küken mit einer Strömungs-Durchflußöffnung und das zum Steuern des Arbeitsmitteldurchflusses durch den Hahn zwischen einer Offen- und einer Schließstellung wahlweise verdrehbar ist. Zwei in dem Strömungskanal radial nach innen verlaufende Schultern sind auf beiden Seiten des Kükens angeordnet. Zwei zusammengesetzte Sitzringanordnun­ gen liegen axial in dem Kanal auf beiden Seiten des Kükens und werden durch die Schultern gegen das Küken abgestützt. Dadurch ergibt sich eine dichtende Anlage am Küken. Jede Sitzgliedanordnung enthält einen Sitzring, eine Scheiben­ feder und einen Verstärkungsring. Der Sitzring kann sich elastisch in Richtung auf das Kugelküken und von diesem weg verbiegen und enthält eine mit dem Strömungskanal im Kugelküken ausgerichtete zentrale Öffnung. Die Scheiben­ feder weist eine ähnlich mit dem Kugelküken ausgerichtete zentrale Öffnung auf und im ungespannten Zustand eine all­ gemein kegelstumpfförmige Gestalt. Die Scheibenfeder liegt zwischen dem Sitzring und einer Gehäuseschulter und drückt den Sitzring ständig in Anlage auf das Küken. Der Verstärkungsring wird in dem Sitzring integral aufge­ nommen und verstärkt diesen gegen ein Zusammenfallen bei Druck.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Er­ findung enthält der Sitzring eine äußere Umfangswand mit einem Ringkanal, der den Verstärkungsring aufnimmt. Vor­ zugsweise ist der Verstärkungsring im gespannten und ge­ dehnten Zustand ein geschlitzter Metallring.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Er­ findung ist der Verstärkungsring mit dem radial am weite­ sten innenliegenden Abschnitt des Sitzringes radial all­ gemein ausgerichtet, um diesen radial am weitesten innen­ liegenden Abschnitt ganz besonders gegen ein Zusammenfal­ len und Einblasen zu verstärken.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausbildung einer neuen und verbesserten Anordnung aus ei­ nem Kugelhahn und einem Sitz, die zum Verbessern der Be­ triebsdauer des Hahnes einen Verstärkungsring für den Sitz enthält.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausbildung einer solchen Anordnung aus Kugelhahn und Sitz, die sich in einfacher Weise in einem an einer Stirn­ seite oder der Oberseite belasteten Kugelhahn einbauen läßt.

Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausbildung einer neuen und verbesserten Anordnung aus einem Kugelhahn und einem Sitz, die ermöglicht, daß der Verstärkungsring innerhalb der allgemeinen Querschnitts­ fläche des Sitzringes angeordnet werden kann, so daß sich der Verstärkungsring mit dem Sitz verschiebt und verhin­ dert wird, daß sich der Sitz während der normalen be­ trieblichen Durchbiegung nach vorne in Richtung auf das Küken verschiebt.

Noch andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich für Fachleute bei einem Lesen und Verstehen der fol­ genden Beschreibung.

Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine körperliche Form annehmen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in dieser Beschrei­ bung im Detail beschrieben und in den beiliegenden Zeich­ nungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, darge­ stellt. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäß ausgebildeten, auf einer Seite und an einem Ende belasteten Kugelhahnes,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab ein Querschnitt durch die Sitzanordnung des in Fig. 1 gezeigten Hahnes,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines von oben belasteten und erfindungsgemäß ausgebil­ deten Kugelhahnes,

Fig. 4 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 3 mit besonderer Darstellung der Sitzanordnung, wobei das Küken zur besseren Übersicht weggelas­ sen ist und die Sitzanordnung im Teilschnitt ge­ zeigt wird,

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab ein Schnitt durch die Sitzanordnung des in Fig. 3 gezeigten Hahnes,

Fig. 6 in größerem Maßstab ein Schnitt durch die Spindel­ abdichtung und die Reinigungsöffnung des in Fig. 3 gezeigten Hahnes und

Fig. 7 eine Aufsicht auf den Kugelhahn nach Fig. 3.

In den Zeichnungen, deren Darstellungen nur zum Zwecke der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen und nicht zu deren Begrenzung dienen, zeigt Fig. 1 einen Ku­ gelhahn A mit zwei Sitzanordnungen B, die auf den beiden Seiten eines schwimmenden Kugelkükens C angeordnet sind.

Gemäß der Darstellung insbesondere in den Fig. 1 und 2 ist der Kugelhahn A ein an einem Ende belasteter Kugel­ hahn mit einem allgemein mit 10 bezeichneten Gehäuse mit einem zentralen Gehäuseabschnitt 12 und einem Endstück 14. An einem Ende belastete Kugelhähne eignen sich insbeson­ dere bei Anwendungen mit großen Kugelküken. Die Sitzan­ ordnungen B und das Küken C sind in dem Gehäuse 10 unter­ gebracht und werden mit einer allgemein bei 18 dargestell­ ten und aus einer Spindel und einem Handgriff bestehenden Anordnung gedreht.

Die Einzelheiten sämtlicher Teile des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Hahnes, mit Ausnahme der aus dem Küken und dem Sitzring bestehenden Anordnungen, können nach Wunsch und/oder Notwendigkeit zur Anpassung an verschie­ dene Bauarten von Kugelhahnkonstruktionen abgeändert wer­ den.

Die bei der Erfindung verwandte Kükensitzanordnung enthält zwei Sitzringanordnungen B. Diese sind auf den beiden Sei­ ten des Kugelkükens C angeordnet. Gemäß der Darstellung werden die Sitzringanordnungen in einer Stellung auf den beiden Seiten des Kükens an den sich gegenüberliegenden Enden des durch das Hauptgehäuse durchtretenden Kanales 20 zurückgehalten. In der hier zur Erörterung stehenden bevorzugten Ausführungsform sind die Sitzringanordnungen in im wesentlichen gleichen Abständen von und auf diame­ tral gegenüberliegenden Seiten der Drehachse des Kükens angeordnet und enthalten radial ganz innen liegende zen­ trale Öffnungen 22 und 24. Die Sitzringanordnungen sind in ihrer Form im allgemeinen ringförmig und können durch viele verschiedene oder alternative Anordnungen in ihrer Lage gehalten werden. In der gezeigten bevorzugten Ausfüh­ rungsform werden sie durch eine im Hauptgehäuse 12 radial nach innen verlaufende erste Schulter 28 und durch eine in dem Endstück 14 vorgesehene zweite Schulter 30 gehal­ ten. Flansche 32 und 34, die im Normalfall von den Schul­ tern 28 und 30 herabhängen, bilden zum Begrenzen einer Radial- und Axialverschiebung der Sitzanordnungen B in Kombination mit den Schultern eine Umfangsabstützung oder Lagerfläche.

Man sieht, daß die Montage des Kugelhahnes A dadurch er­ folgt, daß zuerst eine Sitzanordnung an die Schulter 28 und den Flansch 32 angelegt wird, das Küken C in den Hauptkanal 20 eingesetzt und dann das Endstück 14 an dem Hauptgehäuse 12 befestigt wird. Das Endstück enthält die neben der zweiten Schulter 30 und dem Flansch 34 angeord­ nete zweite Sitzanordnung. Die Befestigung des Endstückes 14 an dem Hauptgehäuse 12 erfolgt mit konventionellen Be­ festigungseinrichtungen 38. Ein Dichtring 40 dichtet das Endstück 14 gegenüber dem Hauptgehäuse 12 ab.

Unter besonderem Bezug auf Fig. 2 werden nun die besonde­ ren Einzelheiten jeder Sitzanordnung B beschrieben. Die Sitzanordnungen bestehen vorzugsweise aus jeweils drei Bestandteilen, das heiße einem elastischen oder flexiblen Sitzring, wie einem Kunststoffsitz 44, einer kegelstumpf­ förmigen Scheibenfeder 46 und einem Verstärkungs- oder Stützring 48.

Der Sitzring 44 ist vorzugsweise ein Kunststoffsitz und besteht in einem typischen Fall aus Polytetrafluoräthylen und eignet sich zur elastischen Biegung im allgemeinen in Richtung auf das Küken und von diesem weg und enthält ei­ ne zentrale Öffnung 22. Der Sitz 44 liegt in einer dich­ tenden Anlage am Küken. Die Anlage erfolgt entlang einer Anlagefläche 50. Diese ist zum Erreichen der dichtenden Anlage an dem Küken C ausgebildet. Im einzelnen wird dies in der US-PS 44 10 165 beschrieben. Eine der Sitzschulter gegenüberliegende Fläche 52 läuft schräg oder ist im un­ belasteten und nicht gebogenen Zustand von der Schulter 28 weggerichtet. Ein Flansch oder eine Lippe 54 verläuft von dieser der Schulter gegenüberliegenden Fläche 52 am Schulterflansch 32 axial nach außen. Diese Lippe erstreckt sich vorzugsweise kontinuierlich um den Sitzring 44 und ist so angeordnet, daß ihre radiale Innenfläche im allge­ meinen dem Außendurchmesser der Scheibenfeder 46 entspricht. Die Lippe ist an ihrer radial außen liegenden Fläche ab­ geschrägt und über die radialen Außenkanten der Scheiben­ feder 46 in der gezeigten Weise leicht übergerollt. Ob­ wohl es nicht notwendig ist, hält diese Anordnung den Sitzring und die Scheibenfeder in vorteilhafter Weise als Untereinheit zusammen. Der Sitz 44 enthält auch eine äuße­ re ringförmige Umfangswand oder Fläche 58 mit einem Ring­ kanal 60. Der Verstärkungsring 48 wird in dem Kanal auf­ genommen und verstärkt den Kunststoffsitz 44 gegen ein Zu­ sammenfallen bei Druck. Der Schulterflansch 32 ist so be­ messen, daß er den Sitz 44 an dessen äußerer Umfangswand 58 im allgemeinen abstützt. Obgleich der als eine recht­ eckförmige geschnittene Nut dargestellt ist, kann der Ka­ nal 60 eine Vielzahl von Formen annehmen. Dies gilt auch für den Verstärkungsring 48. Dies kann ein geschlitzter Metallring mit Kreisquerschnitt oder mit allgemein qua­ dratischem Querschnitt sein. Der Zweck des Ringes 48 liegt in einer Verstärkung des radial am weitesten innen liegenden Abschnittes des Ringes 44 allgemein neben der Öffnung 22 des Sitzes, um zu verhindern, daß dieser Ab­ schnitt während der Betriebszyklen des Hahnes nach innen geblasen wird. Obgleich es erwünscht ist, den Ring 48 so weit wie möglich von der Kugelanlagefläche 50 zu entfer­ nen, um die größte Abnutzung des Sitzes 44 während des Betriebes zu ermöglichen, liegt der Ring 48 im allgemei­ nen im Ring 44 in radialer Ausrichtung mit dem radial am weitesten innen liegenden Abschnitt des Sitzringes 44, um diesen Abschnitt besonders zu verstärken. Damit ist der Ring 48 im wesentlichen zwischen der schräg verlaufenden, der Schulter gegenüberliegenden Fläche 52 und der kontu­ rierten Kugelanlagefläche 50 zentriert. Die Anordnung des Ringes 48 im allgemeinen innerhalb der Querschnittsfläche des Sitzes 44, wie zum Beispiel in einer Ringnut 60, er­ möglicht eine Verschiebung des Sitzes während des norma­ len Betriebes des Hahnes oder wenn sich die Sitzanordnung B in Richtung auf das Küken C oder von diesem weg biegen muß. Dies vermeidet die Schwierigkeiten der bekannten Ge­ häuseabstützungen, die eine solche erwünschte Sitzbiegung verhindern. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Sitzanordnung B durch Minimieren der Sitzgröße die Menge des in der Anordnung erforderlichen Kunststoffmaterials auf ein Minimum herabsetzt. Dies er­ möglicht eine bessere und genauer gesteuerte Abdichtung des Hahnes.

Bei seiner Aufnahme in dem Kanal 60 wird der Sitzring 48 leicht gedehnt und beansprucht. Zum Erzielen einer besse­ ren Verstärkung für den Kunststoffsitz 44 wird dadurch ei­ ne radial nach innen gerichtete Vorbelastung ausgeübt. Folglich enthält der Ring 48 an seinem Schlitz einen ring­ förmig diskontinuierlichen Abschnitt. Dieser diskontinu­ ierliche Abschnitt ist jedoch so bemessen, daß sich für den neben ihm liegenden Sitzring nur ein vernachlässigba­ rer Verstärkungsverlust ergibt. Obwohl er vorzugsweise aus Metall hergestellt wird, liegt der Einschluß von an­ deren festen Verstärkungsmaterialien für die Konstruktion des Ringes 48 im Rahmen der Erfindung.

Die kegelstumpfförmige Scheibenfeder 46 weist an ihrem Außenende einen solchen Durchmesser auf, daß sie in der von der Innenwand des Axialflansches 54 des Kunststoff­ ringes und der der Schulter gegenüberliegenden Fläche 52 gebildeten zylinderförmigen Ausnehmung aufgenommen werden kann. Der Innendurchmesser der Scheibenfeder ist dem Durchmesser der durch den Kunststoffsitz 44 durchtreten­ den Öffnung 22 im wesentlichen gleich.

Die Scheibenfeder 46 wird so ausgewählt, daß ihre Kraft bei einem teilweisen Wegbiegen ausreicht, um den Sitz 44 ständig in Richtung auf die Kugel C zu drücken. Die Feder muß auch eine Belastung oder ein Zusammendrücken in Rich­ tung auf einen abgeflachten Zustand zulassen, um damit ein Verschieben des Kükens oder dessen Anlage an der Flä­ che 50 zuzulassen. In der hier zur Erörterung stehenden bevorzugten Ausführungsform ist die der Schulter des Sitz­ ringes gegenüberliegende Fläche 52 so ausgebildet, daß sie die Scheibenfeder 46 beim Zusammenbau des Hahnes im wesentlichen spannt, das heißt, daß sie die Scheibenfeder aus einer kegelstumpfförmigen Gestalt in Richtung auf ei­ ne im wesentlichen abgeflachte Gestalt verschiebt.

Mit besonderem Bezug auf die Fig. 3 bis 7 wird nun ei­ ne alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Gemäß der Darstellung ist dies ein an seiner Oberseite belasteter, eine volle Öffnung aufweisender Ku­ gelhahn A′. Zur Vereinfachung der Darstellung werden Ele­ mente, die mit denen des Kugelhahnes nach Fig. 1 gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen zusätzlich eines bezeichnet, und neue Elemente erhalten neue Bezugszeichen. Der Hahn A′ enthält ein Hauptgehäuse 70 mit einem Strö­ mungskanal 72 und einer in diesem angeordneten Kükenkam­ mer 74. Diese wird durch zwei sich gegenüberliegende, im allgemeinen ebene Gehäuseschultern 76, 78 eingeschlossen. Die unteren Bereiche der Schultern 76, 78 laufen einander zu, so daß die Kükenkammer 74 gemäß der Darstellung leicht keilförmig ist.

Das Küken C′ wird in der Kükenkammer 74 aufgenommen und enthält eine Strömungsdurchtrittsöffnung, wobei das Küken zum Steuern des Strömungsmitteldurchtritts durch den Hahn wahlweise zwischen einer Offen- und einer Schließstellung verdreht werden kann. Eine Kappe 82 ist mit Befestigungs­ einrichtungen 84 am Gehäuse 70 befestigt und weist eine Spindelbohrung 86 auf. Diese ist so bemessen, daß sie die in ihr angeordnete Spindel 88 eng umschließt. Zur Anlage an einem Lager 92 weist die Spindel 88 eine an ihrer Ba­ sis ausgebildete, nach außen verlaufende Schulter oder einen Flansch 90 (Fig. 5) auf. Das Lager 92 liegt zwi­ schen dem Flansch 90 und einem radial nach innen verlau­ fenden Flansch bzw. einer Schulter 94, die in der Spin­ delbohrung 86 ausgebildet ist und ein Herausblasen der Spindel verhindert. Gemäß der Darstellung ist das untere Ende 96 der Spindel so ausgebildet, daß diese in einem auf der Oberseite des Kükens ausgebildeten Schlitz bzw. einer Nut 98 gleitbar aufgenommen wird. Diese Anordnung ermöglicht ein Drehen des Kükens zwischen der Offen- und der Schließstellung, während dem Küken gleichzeitig eine gewisse Bewegungsfreiheit für eine axiale Verschiebung in der Kükenkammer 74 gegeben wird, wenn sich der Hahn in Schließstellung befindet und der Druck des Arbeitsmittels auf das Küken einwirkt. Der Kugelhahn A′ ist ein an sei­ ner Oberseite belasteter Kugelhahn und läßt sich bei Ver­ bleib in der Leitung leicht warten und weist eine langge­ streckte Kappe auf. Diese ermöglicht und bietet ausrei­ chend Raum für eine wesentliche Isolation. Eine Griffan­ ordnung 18′ ist an der Spindel 88 befestigt und ermög­ licht ein wahlweises Drehen des Kükens durch Betätigen des Handgriffes.

Die Sitzgliedanordnungen B′ sind in ihrer Form allgemein ringförmig und liegen auf beiden Seiten des Kükens in der Kugelkammer 74 zur abdichtenden Anlage zwischen dem Küken und den Gehäuseschultern 76, 78. Jeder Sitzring (Fig. 4 und Fig. 5) enthält einen flexiblen Sitzring 44′ mit ei­ ner zentralen Öffnung 22′ zur allgemeinen Ausrichtung mit der Durchflußöffnung des Kükens, eine Kükenanlagefläche 50′ zur dichtenden Anlage an dem Küken und eine Ringnut oder einen Ringkanal 60′, der in dem radial am weitesten außen liegenden Umfangsabschnitt des Ringes angeordnet ist. Ein Verstärkungsring 48′ wird in dem Kanal 60′ auf­ genommen. Auf den Sitzring 44′ übt er eine radial nach innen gerichtete Vorbelastung aus und verstärkt den Ring gegen ein Zusammenfallen bei Druck. Eine Scheibenfeder 46′ liegt zwischen der der Sitzschulter gegenüberliegen­ den Fläche 52′ und der Schulter 78.

Es ist ersichtlich, daß das Küken C′ und die Sitzringan­ ordnungen B′ vom oberen Ende der Kammer 74 in die Küken­ kammer 74 eingegeben werden. Die sich verjüngende oder keilförmige Gestalt des unteren Endes der Kammer 74 be­ wirkt in Kombination mit den Scheibenfedern 46′, daß die Sitzgliedanordnungen B ' axial in Richtung auf die anderen Seiten des Kükens C′ vorbewegt werden, um einen ausrei­ chenden Druck zu erzeugen, damit zwischen den Sitzringen 44′ und der Fläche des Kükens C′ eine geeignete dichtende Anlage entsteht. Durch zweckmäßige Wahl der Abmessungen der verschiedenen Bauteile kann der Dichtdruck für die untere Druckmittelabdichtung gesteuert werden.

Die Kappe 82 weist zwei Stützwände 102, 104 (Fig. 3) für die Sitzgliedanordnung auf. Die Wände haben zur Anlage am Umfang der Anordnungen B eine bogenförmige Gestalt. Wie sich insbesondere aus Fig. 4 ergibt, verläuft die Umfangs­ abstützung durch die Stützwände der Kappe auf der Obersei­ te jeder Sitzanordnung im wesentlichen über 180°. Die Kü­ kenkammer 74 enthält zusätzlich zwei Stützflächen 106, 108 für die Sitzringanordnung. Auch diese weisen eine Bo­ genform auf zur Umfangsabstützung der Anordnungen entlang der anderen 180° der Sitzanordnungen. Die Kükenkammer- Stützflächen 106, 108 liegen damit den Kappen-Stützflä­ chen 102, 104 gegenüber und bilden für die Sitzanordnun­ gen eine allgemein ringförmige Umfangsabstützung. Zu Fig. 4 sei noch insbesondere vermerkt, daß der geschlitzte Ring 48′ einen diskontinuierlichen Abschnitt 110 aufweist. Dieser ermöglicht, daß der Ring seine unter Spannung er­ folgende Abstützung des Sitzes 44′ beibehält.

Mit besonderem Bezug auf Fig. 7 sei nun ausgeführt, daß ein herzkurvenartig geformter Nockenanschlag 112 mit ei­ nem Bolzen 114 an der Kappe 82 befestigt ist. Alternativ kann der Nockenanschlag auch mit anderen Mitteln, wie zum Beispiel durch Schweißen, befestigt werden. Der Handgriff enthält einen ebenseitigen Richtungsanzeiger 116. Dieser ist so ausgebildet, daß er zum Begrenzen der Drehbewegung des Handgriffes und folglich des Kükens im Hahnkanal 20 am Nockenanschlag zur Anlage kommt. Durch die Anlage des Anzeigers 116 am Nockenanschlag 112 werden dadurch eine erste und eine zweite Handgriff-Anschlaggrenze ausgebil­ det. Durch Vorauswahl dieser Handgriff-Anschlaggrenzen kann der Nockenanschlag gegenüber der Kappe 82 selektiv eingestellt werden. Infolge dieser selektiven Einstellung der Anschlaggrenzen ermöglicht diese aus dem Handgriff und dem Nockenanschlag bestehende Einrichtung in der vol­ len Öffnungsstellung eine maximale Durchströmung und eine maximale Abdeckung des Sitzes und in der Schließstellung einen druckmittelfesten Verschluß.

Unter besonderem Bezug auf die Fig. 3 und 6 sei nun ausgeführt, daß die Spindelabdichtung eine zweiteilige Abdichtung aufweist. Hierzu gehören eine untere primäre Spindelabdichtung 122 und eine obere primäre Spindelab­ dichtung 124. Primäre Spindeldichtscheiben 126 schließen die Abdichtungen 122 und 124 zwischen sich ein. Diese primäre, aus den Dichtungen und den Scheiben bestehende Anordnung wird auf einer radial nach innen verlaufenden Kappenschulter 128 abgestützt. Diese bildet eine Stütze für das Zusammendrücken der Dichtung durch ein Joch 130.

Neben der oberen primären Spindelabdichtscheibe liegen mehrere Packungsfedern 132. Diese werden durch eine se­ kundäre Abdichtscheibe 134 und innere bzw. äußere sekun­ däre Abdichtungen 136 bzw. 138 zusammengedrückt oder un­ ter eine Vorspannung gesetzt. Das Joch 130 und die Federn 132 bilden eine eine Kraft ausübende Vorrichtung. Diese wirkt mit der Spindel 88 zusammen, um die primäre Abdich­ tung axial zusammenzudrücken und um die Packung radial in dichtende Anlage mit der Spindelbohrung 66 und der Spin­ del 88 zu drücken.

In der Kappe 82 ist neben den sekundären Spindelabdich­ tungen eine Reinigungs- und Schnüffelöffnung 142 angeord­ net. Mit dieser läßt sich ein Leck in der Dichtung fest­ stellen. Weiter wird Leckage abgeleitet. Schließlich kann auch der Raum oberhalb der primären Dichtung unter Druck gesetzt werden, um die Richtung des auf diese einwirken­ den Druckunterschiedes umzukehren.

Mit einer Dichtung 140 (Fig. 3) ist die Kappe 82 weiter gegenüber dem Hauptgehäuse 70 abgedichtet.

Die Erfindung wurde unter Bezug auf die bevorzugten Aus­ führungsformen beschrieben. Offensichtlich ergeben sich für andere bei einem Lesen und Verstehen dieser Beschrei­ bung Abwandlungen und Änderungen. Der Einschluß aller dieser Abwandlungen und Änderungen, soweit sie in den Be­ reich der beiliegenden Patentansprüche oder deren Äqui­ valente fallen, ist beabsichtigt.

Claims (21)

1. Kugelhahn mit den folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse mit einem Zentralkanal, einem Küken mit einer Durchflußöffnung, wobei das Küken in dem Kanal angeordnet und zum Steuern des Ar­ beitsmitteldurchtrittes durch den Hahn selektiv zwi­ schen einer Offen- und einer Schließstellung verdreh­ bar ist,
zwei in dem Kanal auf beiden Seiten des Kükens ra­ dial nach innen verlaufenden Schultern und
zwei zusammengesetzten Sitzgliedanordnungen, die mit axialem Abstand in dem Kanal auf beiden Seiten des Kükens angeordnet sind und in dichtender Anlage an diesem anliegen,
dadurch gekennzeichnet, daß
jede Sitzgliedanordnung einen Sitzring aufweist, der sich allgemein in Richtung auf das Kugelküken und von diesem weg elastisch verbiegen kann und eine zen­ trale Öffnung aufweist, eine Fläche, die einer zuge­ ordneten Gehäuseschulter im allgemeinen gegenüberliegt, eine Kükenanlagefläche, die zwecks dichtender Anlage am Küken geformt ist, und eine Außenumfangswand mit ei­ nem Ringkanal,
eine Scheibenfeder eine zentrale Öffnung und im ungespannten Zustand eine allgemein kegelstumpfförmi­ ge Gestalt aufweist und zwischen dem Sitzring und ei­ ner zugeordneten Gehäuseschulter angeordnet ist, um die Kükenanlagefläche kontinuierlich mit dem Küken in Anlage zu drücken, und
ein Verstärkungsring in dem Ringkanal aufgenommen ist, so daß dieser Verstärkungsring den Sitzring gegen ein Zusammenfallen bei Druck verstärkt.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring auf den Sitzring eine radial nach innen gerichtete Vorbelastungskraft ausübt.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gehäuseumfangswand von einer zugehörigen Schulter herabhängt und diese Gehäuseumfangswand so bemessen ist, daß sie an der Außenumfangswand des Sitzringes stützend an diesem anliegt.

4. Kugelhahn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal gegenüber der Gehäuseumfangswand offen ist und der Verstärkungsring in einem Abstand von der Gehäuseumfangswand liegt.

5. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring ein geschlitzter Metallring ist.

6. Kugelhahn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlitzte Metallring im Querschnitt Kreisform aufweist.

7. Kugelhahn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlitzte Ring in einem expandierten Zustand un­ ter Spannung steht.

8. Kugelhahn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlitzte Ring einen ringförmig diskontinuierli­ chen Abschnitt aufweist und dieser Abschnitt so bemes­ sen ist, daß am Sitzring neben ihm nur ein vernachläs­ sigbarer Verstärkungsverlust auftritt.

9. Kugelhahn nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 mit den folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse mit einem Zentralkanal, mit einer Hahnkammer in dem Kanal und mit zwei im allgemeinen quer zu dem Kanal verlaufenden Gehäuseschultern,
einem Küken mit einer Durchflußöffnung, das in dem Gehäusekanal aufgenommen ist und zum Steuern des Ar­ beitsmitteldurchtrittes durch den Hahn selektiv zwi­ schen einer Offen- und einer Schließstellung verdreh­ bar ist,
einer Kappe, die an dem Gehäuse befestigt ist und eine Spindelbohrung und eine in der Bohrung angeord­ nete Spindel aufweist, wobei diese Spindel mit dem Küken zusammenwirkt,
einem Handgriff, der mit der Spindel und dem Küken verbunden ist zwecks Drehung des Kükens durch Betäti­ gen des Handgriffes,
zwei Sitzgliedanordnungen, die auf beiden Seiten des Kükens in der Kükenkammer angeordnet sind zur dichtenden Anlage zwischen dem Küken und der Gehäuse­ schulter,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein flexibler Sitzring eine Zentralöffnung zur allgemeinen Ausrichtung mit der Durchflußöffnung des Kükens aufweist, eine Kükenanlagefläche zur dichten­ den Anlage an dem Küken und eine Ringnut in einem Um­ fangsabschnitt des Ringes, und
ein Verstärkungsring zum Verstärken des Sitzringes gegen ein Zusammenfallen bei Druck in der Nut aufge­ nommen ist.

10. Kugelhahn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sitzringanordnungen in ihrer Form all­ gemein ringförmig sind und wobei die Kappe zwei Ab­ stützwände für die Sitzringanordnungen aufweist, wo­ bei diese Abstützwände zur Umfangsabstützung der Sitzgliedanordnungen Bogenform aufweisen.

11. Kugelhahn nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hahnkammer zwei Stützflächen für die Sitz­ ringanordnungen aufweist, die Flächen zur Umfangsab­ stützung der Anordnungen Bogenform aufweisen und die Stützflächen gegenüber den Stützwänden angeordnet sind, um eine allgemein ringförmige Abstützung für die Sitzanordnungen zu bilden.

12. Kugelhahn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sitzringanordnung weiter eine zwischen dem Sitzring und einer der Gehäuseschultern angeordnete Scheibenfeder aufweist.

13. Kugelhahn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein herzkurvenartig gestalteter Anschlagnocken an der Kappe befestigt ist und der Handgriff einen Anschlag und einen Richtungsanzeiger aufweist, der mit dem Nockenanschlag in Anlage gelangen kann zwecks Begrenzen der Drehbewegung des Handgriffes und damit des Kükens in dem Hahnkanal, wobei der Nockenanschlag zur Vorauswahl der Anschlaggrenzen des Handgriffes gegenüber der Kappe wahlweise einstellbar ist.

14. Kugelhahn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spindeldichtungsanordnung eine primäre Spin­ delabdichtung mit einer zweiteiligen primären Packung aufweist, eine eine Kraft ausübende Einrichtung mit der Spindel zusammenwirkt, um die Packung axial zu­ sammenzudrücken und um die Packung radial mit der Spindelbohrung und der Spindel in dichtende Anlage zu drücken, und die die Kraft ausübende Einrichtung in einem Abstand zwischen der primären und der sekundä­ ren Abdichtung liegt und eine Reinigungsöffnung der Dichtungsanordnung allgemein gegenüberliegt.

15. Kugelhahn nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14 mit den folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse und einem Gehäuseende, die beide ei­ ne Zentralöffnung aufweisen zum Umschließen eines Druckmittel-Durchtrittskanales und einer Hahnkammer, die in dem Kanal angeordnet ist und von einer Gehäu­ seschulter und einer Gehäuseendeschulter begrenzt wird, die allgemein quer zu dem Kanal verlaufen,
einem Küken mit einer Durchflußöffnung für das Ar­ beitsmittel, das in dem Kanal aufgenommen und zum Steuern des Arbeitsmitteldurchtritts durch den Hahn selektiv zwischen einer Offen- und einer Schließstel­ lung verdrehbar ist,
zwei Sitzringanordnungen, die auf beiden Seiten des Kükens in der Kükenkammer angeordnet sind zwecks dichtender Anlage zwischen dem Küken und den Gehäuse­ schultern,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein flexibler Sitzring eine Zentralöffnung zur allgemeinen Ausrichtung mit der Arbeitsmitteldurch­ trittsöffnung des Kükens aufweist, eine Kükenanlage­ fläche zur dichtenden Anlage an dem Küken und einen Verstärkungsring, der in einem Umfangsabschnitt des Ringes zum Verstärken des Sitzringes gegen ein Zusam­ menfallen bei Druck aufgenommen ist.

16. Kugelhahn nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring eine radial nach innen ge­ richtete Vorbelastungskraft auf den Sitzring ausübt.

17. Kugelhahn nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseschulter und die Gehäuseendeschulter eine allgemein ringförmige Gestalt aufweisen und je­ de einen in Richtung auf das Küken verlaufenden her­ abhängenden Flansch aufweist und die Flansche und die Schultern eine Lagerfläche zum Abstützen der Sitz­ ringanordnungen ausbilden.

18. Kugelhahn nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sitzring eine Ringnut in dem Umfangsab­ schnitt aufweist, der in Richtung auf den von der Schulter herabhängenden Flansch ein offenes Ende auf­ weist, und der Verstärkungsring in der Nut aufgenom­ men ist und eine radial nach innen gerichtete Vorbe­ lastungskraft auf die Sitzringe ausübt.

19. Kugelhahn nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 18 mit den folgenden Merkmalen:
einem Gehäuse mit einem Arbeitsmitteldurchtritts­ kanal und einer in dem Kanal angeordneten Hahnkammer, wobei die Kammer durch zwei sich gegenüberliegende Sitzringlagerflächen gebildet wird,
einem Küken mit einer Arbeitsmitteldurchtrittsöff­ nung, das in dem Kanal zum Steuern des Arbeitsmittel­ durchtritts zwischen einer Offen- und einer Schließ­ stellung selektiv verdrehbar ist, und
zwei Sitzgliedanordnungen, die in der Hahnkammer zur dichtenden Anlage zwischen dem Küken und den La­ gerflächen angeordnet sind, wobei jede Sitzringanord­ nung gekennzeichnet ist durch
einen flexiblen Sitzring mit einer zentralen Öff­ nung zur allgemeinen Ausrichtung mit der Arbeitsmit­ tel-Durchtrittsöffnung des Hahnes und zwecks elasti­ scher Durchbiegung in Richtung auf das Küken und von diesem weg,
eine Scheibenfeder mit einer zentralen Öffnung und einer im ungespannten Zustand allgemein kegel­ stumpfförmigen Gestalt, die zwischen dem Sitzring und einer zugehordneten Lagerfläche angeordnet ist, um den Sitzring kontinuierlich mit dem Küken in Anlage zu drücken, und
einen festen Verstärkungsring, der in dem Sitz­ ring angeordnet ist, in radialer Ausrichtung mit ei­ nem radial weit innen liegenden Abschnitt des Sitz­ ringes zum Verstärken des Sitzringes gegen ein Zusam­ menfallen bei Druck.

20. Kugelhahn nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeordnete Lagerfläche eine ringförmige Stützschulter und einen von dieser herabhängenden ringförmigen Flansch aufweist und die Schulter und der Flansch so angeordnet sind, daß sie eine Umfangs­ abstützung für die Sitzringanordnung bilden.

21. Kugelhahn nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring bei der elastischen Verbie­ gung des Sitzes während des Hahnbetriebes mit dem Sitzring bewegbar ist.