DE4110080C2 - Title: Ball valve I - Google Patents
Title: Ball valve IInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit einem aus zwei Tei len zusammengesetzten Gehäuse, einem im Gehäuse gelagerten Ku gelküken, einer in einer Bohrung des Gehäuses gelagerten und an ihrem oberen Ende mit einem Vierkant für ein Stellglied ver sehenen Antriebsspindel für das Kugelküken, die an ihrem unte ren Ende eine Ringnut zum Einsetzen von zwei Halbringen und einen abgeflachten, bogenförmigen Zapfen zum Eingriff in einen bogenförmigen Schlitz im Kugelküken besitzt, und mit unter Vor spannung von im Gehäuse angeordneten, ringförmigen Federele menten stehenden Dichtungen zur Abdichtung der Antriebsspin del und des Kugelkükens.The invention relates to a ball valve with one of two parts len composite housing, a Ku stored in the housing gelküken, one in a bore of the housing and ver at its upper end with a square for an actuator see drive spindle for the ball plug, which at its bottom end an annular groove for inserting two half rings and a flattened, arcuate pin for engaging one possesses arcuate slot in the ball plug, and with under front tension of annular spring elements arranged in the housing permanent seals for sealing the drive spindle del and the ball chick.
In der Industrie, insbesondere in der chemischen Prozeßtechnik, werden Medien in Rohrleitungen transportiert, wobei diese un terschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind. Zum Absperren oder zum Regeln des Durchsatzes werden in den Rohr leitungen Absperr- oder Regelorgane eingesetzt, die den Be triebsbedingungen und den geforderten Funktionen genügen müs sen, damit die Sicherheit der Umwelt gewährleistet ist. Die Dichtungen für die Antriebsspindel und das Kugelküken müssen im geschlossenen Zustand des Kugelhahns bei dem jeweils vor handenen Druck des Mediums einen absolut dichten Abschluß er geben, auch bei beliebigen Temperaturunterschieden. Die Tem peraturabhängigkeit und der Verschleiß des Dichtungsmaterials wirken sich mit der Zeit nachteilig auf die Abdichtungsfähig keit aus und führen zu einem ungleichförmigen Drehmoment beim Drehen der Antriebsspindel. Um diese Nachteile zu unterbinden, werden bei dem Kugelhahn nach dem DE-GM 70 01 833 die Ring dichtungen mittels ringförmiger Federelemente (Tellerfedern) gegen das Gehäuse des Kugelhahns abgestützt, 50 daß die Dich tungen unter Vorspannung stehen. Damit der Kugelhahn in einem großen Temperaturbereich von -200°C bis +600°C und einem Druck bereich von 0 bis 450 bar betrieben werden kann, ist es erfor derlich, verschiedene Dichtungswerkstoffe einzusetzen.In industry, especially in chemical process engineering, media are transported in pipes, these un are exposed to different pressures and temperatures. To the Shut off or to regulate the throughput are in the pipe lines shut-off or control organs used, the Be drive conditions and the required functions to ensure the safety of the environment. The Seals for the drive spindle and the ball plug must in the closed state of the ball valve in front of each existing pressure of the medium an absolutely tight conclusion he give, even with any temperature differences. The tem dependence on temperature and wear of the sealing material have an adverse effect on the ability to seal over time speed and lead to non-uniform torque when Turn the drive spindle. In order to avoid these disadvantages, are the ring in the ball valve according to DE-GM 70 01 833 seals by means of ring-shaped spring elements (disc springs) supported against the housing of the ball valve, 50 that the you are under tension. So that the ball valve in one wide temperature range from -200 ° C to + 600 ° C and a pressure range from 0 to 450 bar, it is required necessary to use different sealing materials.
Eine Axialsicherung der Antriebsspindel eines Kugelhahns mit einem mehrteiligen Gehäuse ist bereits nach der FR-OS 24 02 144 bekannt. Bei diesem Kugelhahn ist das kükenseitige Ende der Antriebsspindel abgeflacht und an seiner Stirnseite bogenartig nach außen gewölbt zum Eingriff in einen Küken schlitz mit zur Spindelstirnseite komplementärem Schlitz grund. In eine Ringnut der Antriebsspindel werden zwei Halb ringe eingesetzt, die ein Ausblasen der Spindel verhindern. Dieser Kugelhahn weist weder Gleitlager für die Antriebsspindel noch einen Winkelring für zwei zur Abstützung einer Antriebs spindel dienende Halbringe auf. Das Fehlen eines axialen Gleitlagers und radialen Gleitlager hat zur Folge, daß die Funktionsfähigkeit der Antriebsspindel des bekannten Kugel hahns bereits nach vergleichsweise wenigen Betätigungszy klen durch unerwünschte Reibung erheblich nachlassen und zum Fressen der Halbringe 22 mit dem Vorsprung 23 des Gehäuse 1 führen kann.Axial securing of the drive spindle of a ball valve with a multi-part housing is already known from FR-OS 24 02 144. In this ball valve, the plug-side end of the drive spindle is flattened and arched outward like an arch on its end face for engagement in a plug slot with a slot complementary to the spindle end face. In an annular groove of the drive spindle, two half rings are used to prevent the spindle from blowing out. This ball valve has neither plain bearings for the drive spindle nor an angle ring for two half rings serving to support a drive spindle. The lack of an axial plain bearing and radial plain bearing has the consequence that the operability of the drive spindle of the known ball valve after a comparatively small number of actuation cycles is considerably reduced by undesired friction and can lead to the eating of the half rings 22 with the projection 23 of the housing 1 .
Der in der EP-PS 0 130 841 beschriebene Kugelhahn besitzt zwar eine Antriebsspindel mit Gewinde und Gewindering sowie Tellerfedern, die über eine Stopfbuchsenbrille auf eine Stopf buchse drücken. Es fehlen jedoch die beiden Halbringe mit Win kelring und die beiden Gleitlager für die Antriebsspindel. The ball valve described in EP-PS 0 130 841 has a drive spindle with thread and threaded ring as well Disc springs over a stuffing box on a stuffing press socket. However, the two half rings with Win are missing ring and the two plain bearings for the drive spindle.
Bei dem Hahn nach der FR-OS 24 68 818 handelt es sich nicht um einen Kugelhahn. Die Bohrung besitzt im Gehäuse zur Auf nahme der Antriebsspindel nur drei Abschnitte für die Unter bringung der Spindelteile und nicht vier Abschnitte wie beim erfindungsgemäßen Hahn.The tap according to FR-OS 24 68 818 is not around a ball valve. The bore has an opening in the housing the drive spindle took only three sections for the sub bring the spindle parts and not four sections as with tap according to the invention.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Kugel hahn weiter zu verbessern, so daß eine einwandfreie radiale und axiale Lagerung der Antriebsspindel und eine gute Abdich tung der Spindel gewährleistet sind. Die Antriebsspindel für das Kugelküken soll so ausgebildet werden, daß der gegensei tige Austausch der aus verschiedenen Werkstoffen hergestell ten Dichtungen auf einfache Weise, ohne viel Arbeitsaufwand erfolgen kann. Ferner soll der Einbau einer relativ langen Antriebsspindel von außen ermöglicht werden. Bei dem erfin dungsgemäßen Kugelhahn sollen die Voraussetzungen für eine hohe Betriebssicherheit erfüllt werden. Dies wird gemäß der Erfindung auf vorteilhafte Weise dadurch erreicht, daß die Antriebsspindel in zwei in der Gehäusebohrung angeordneten Gleitlagern gelagert ist und in ihrem oberen Bereich ein Ge winde für einen Gewindering aufweist, der das Widerlager für eine Tellerfeder bildet, und daß die zwei in die Ringnut der Antriebsspindel eingesetzten Halbringe in die Aussparung eines in der Gehäusebohrung befindlichen Winkelringes eingreifen, der durch das untere Gleitlager und durch die beiden Halbringe in seiner Lage gehalten wird.The invention has for its object the known ball tap continue to improve, so that a perfect radial and axial bearing of the drive spindle and a good seal tion of the spindle are guaranteed. The drive spindle for the ball plug should be designed so that the opposite exchange of different materials ten seals in a simple manner, without much effort can be done. Furthermore, the installation of a relatively long Drive spindle from the outside. With the inventor Ball valve according to the invention should meet the requirements for a high operational reliability. This is according to the Invention achieved in an advantageous manner that the Drive spindle arranged in two in the housing bore Plain bearings is stored and a Ge in its upper area winch for a threaded ring that the abutment for forms a plate spring, and that the two in the annular groove of Half-rings inserted into the recess of a drive spindle engage the angled ring in the housing bore, through the lower slide bearing and through the two half rings is held in place.
Die erfindungsgemäße Antriebsspindel hat den Vorteil, daß sie bei einem Betriebsdruck von 0 bis 450 bar und bei einer Be triebstemperatur von -200°C bis +600°C einwandfrei funktioniert, wenn die für die Dichtungen verwendeten Werkstoffe für die je weils herrschenden Betriebsverhältnisse geeignet sind, und daß sie sich nach Trennung der beiden Gehäuseteile des Kugelhahns und Entfernen des Gewinderinges sowie der beiden Halbringe leicht und schnell aus- und einbauen läßt, damit die Dichtun gen ausgewechselt werden können. Es ist auch die Verwendung verschieden langer Antriebsspindeln möglich, um zum Schutz des Stellgliedes vor zu starker Erwärmung ein ausreichendes Tempe raturgefälle zu erzielen. Durch die beiden Halbringe wird ein Herausschleudern (Ausblasen) der Spindel durch den im Gehäuse herrschenden Innendruck wirksam verhindert, und zwar auch dann, wenn die Befestigungsschrauben des Gehäuses oder andere kon struktiv erforderliche Schrauben etwas gelöst wurden.The drive spindle according to the invention has the advantage that it at an operating pressure of 0 to 450 bar and at a loading operating temperature from -200 ° C to + 600 ° C works perfectly, if the materials used for the seals for each because prevailing operating conditions are suitable, and that after separating the two housing parts of the ball valve and removing the threaded ring and the two half rings can be removed and installed easily and quickly so that the seal can be replaced. It is also the use Different spindles possible to protect the Sufficient temperature before overheating to achieve maturity gradients. Through the two half rings one Throwing out (blowing out) the spindle through the in the housing prevailing internal pressure effectively prevented, even then, if the housing mounting screws or other con structurally required screws were loosened somewhat.
Der obere Teil des Winkelringes bildet eine Gleitfläche für die beiden Halbringe, so daß die beiden ringförmigen Keildichtungen für die Antriebsspindel, die an dem in die Gehäusebohrung hin einragenden Vorsprung anliegen, gegen eine axiale Verschiebung gesichert sind. Die beiden Gleitlager sorgen für eine einwand freie radiale Lagerung der Antriebsspindel. Durch die einwand freie radiale und axiale Lagerung in Verbindung mit der von dem Gewindering über die Tellerfeder aufgebrachten Vorspannung ist eine gute Abdichtung der Antriebsspindel möglich. Die Ver wendung von zwei Gleitlagern ermöglicht auch den Einbau einer relativ langen Antriebsspindel von außen. Bei dem erfindungs gemäßen Kugelhahn sind also die Voraussetzungen für eine hohe Betriebssicherheit erfüllt.The upper part of the angle ring forms a sliding surface for the two half rings, so that the two annular wedge seals for the drive spindle, which in the in the housing bore protruding projection against an axial displacement are secured. The two plain bearings ensure a flawless Free radial bearing of the drive spindle. Due to the flawless free radial and axial bearing in connection with that of the ring nut applied by the disc spring preload a good seal of the drive spindle is possible. The Ver The use of two plain bearings also enables the installation of one relatively long drive spindle from the outside. In the invention modern ball valve are therefore the prerequisites for a high Operational safety fulfilled.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Gehäusebohrung zur Aufnahme der Antriebsspindel vier Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, wobei der erste oder obere Abschnitt den größten Durchmesser und der dritte, einen Vorsprung bildende Abschnitt fast den glei chen Durchmesser wie der Außendurchmesser der Antriebsspindel besitzt, während der zweite und vierte Abschnitt den gleichen Innendurchmesser haben, der größer als der Außendurchmesser der Antriebsspindel, aber kleiner als der Innendurchmesser des ersten Abschnittes ist. In den vier Abschnitten sind die Ein zelteile für die Antriebsspindel untergebracht, wie dies aus den Unteransprüchen 3 bis 7 hervorgeht.An advantageous development of the invention consists in that the housing bore for receiving the drive spindle four Has sections with different diameters, wherein the first or upper section the largest diameter and the third section forming a projection almost the same Chen diameter as the outer diameter of the drive spindle has, while the second and fourth sections have the same Have an inside diameter that is larger than the outside diameter the drive spindle, but smaller than the inside diameter of the first section is. In the four sections are the ones parts for the drive spindle housed like this subclaims 3 to 7 emerge.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigten: The invention based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail, namely showed:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kugelhahn mit schwim mender Kugel in Offenstellung, dessen Antriebs spindel in zwei Gleitlagern gelagert ist, Fig. 1 shows a section through a ball valve with Swim mender ball in the open position, the drive spindle is mounted in two bearings,
Fig. 2 eine weitere Möglichkeit für die Anordnung der Dichtung für die Antriebsspindel des Kugelhahns nach Fig. 1 und Fig. 2 shows another possibility for the arrangement of the seal for the drive spindle of the ball valve according to Fig. 1 and
Fig. 3 den Kugelhahn nach Fig. 1 mit dem Kugelküken in Schließstellung. Fig. 3 shows the ball valve of Fig. 1 with the ball plug in the closed position.
Der Kugelhahn besteht aus dem Gehäuse 1, der Antriebsspindel 2 mit den beiden Ineinandergesteckten, ringförmigen Keildichtun gen 3 und 4 sowie dem eine Durchflußbohrung 5 aufweisenden Ku gelküken 6 mit den beiden ringförmigen Dichtungen 7 und 8. Das Gehäuse 1 wird von zwei Gehäuseteilen 10 und 11 gebildet, die durch Schrauben 14 und 15 zusammengehalten werden und Flansche 16 und 17 zum Anschluß der Rohrleitungen aufweisen. Eine Ring dichtung 18 dient zur Abdichtung der beiden Gehäuseteile 10 und 11. Die Antriebsspindel 2 besitzt an ihrem oberen Ende einen Vierkant 19 für ein Stellglied und ein Gewinde 20 für den Gewindering 21. Am unteren Ende der Antriebsspindel 2 befindet sich ein abgeflachter, bogenförmiger Zapfen 22, der in einen bo genförmigen Schlitz 23 des Kugelkükens 6 eingreift. Die Gehäuse bohrung 24 für die Antriebsspindel 2 besitzt vier Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser. Den größten Durchmesser hat der erste oder obere Abschnitt, während der zweite und vierte Abschnitt gleiche Innendurchmesser aufweisen. Der Durchmesser des dritten Abschnittes entspricht etwa dem Außendurchmesser der Antriebsspindel 2. Der dritte Abschnitt hat damit den klein sten Innendurchmesser von den vier Abschnitten. Im ersten Ab schnitt befindet sich der Gewindering 21, der auf eine Tellerfe der 25 einwirkt. Die Tellerfeder 25 stützt sich auf einem Stahl ring 26 ab, der im zweiten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 an geordnet ist und in den ersten Abschnitt hineinragt. Die Lage rung der Antriebsspindel 2 erfolgt in zwei Gleitlagern 30 und 31 im zweiten und vierten Abschnitt der Gehäusebohrung 24. Das Gleitlager 30 stützt sich auf dem einen Vorsprung 32 bildenden dritten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 ab. Unter dem Vorsprung 32 befinden sich im vierten Abschnitt die beiden Ineinanderge steckten, ringförmigen Keildichtungen 3 und 4 für die Antriebs spindel 2. Die Keildichtungen 3 und 4 sitzen auf dem Gleitla ger 31, das seinerseits von einem Winkelring 35 in seiner Lage gehalten wird. In den Winkelring 35 greifen die Halbringe 36 und 37 ein, die in eine Nut 38 am unteren Ende der Antriebs spindel 2 eingesetzt sind. Die Halbringe 36 und 37 verhindern, daß die Spindel 2 durch den im Kugelbahngehäuse 1 herrschenden Innendruck nach außen aus der Gehäusebohrung 24 herausgedrückt wird und bilden das Gegenlager für den im ersten Abschnitt der Gehäusebohrung 24 auf das Gewinde 20 der Antriebsspindel 2 auf geschraubten Gewindering 21, so daß mit dem Gewindering 21 der Druck auf die beiden Keildichtungen 3 und 4 den jeweils ge stellten Anforderungen angepaßt werden kann. The ball valve consists of the housing 1 , the drive spindle 2 with the two nested, annular Keildichtun gene 3 and 4 and the one through-flow hole 5 having Ku gelküken 6 with the two annular seals 7 and 8th The housing 1 is formed by two housing parts 10 and 11 which are held together by screws 14 and 15 and have flanges 16 and 17 for connecting the pipes. A ring seal 18 serves to seal the two housing parts 10 and 11 . At its upper end, the drive spindle 2 has a square 19 for an actuator and a thread 20 for the threaded ring 21 . At the lower end of the drive spindle 2 is a flattened, arc-shaped pin 22 which engages in a bo-shaped slot 23 of the ball plug 6 . The housing bore 24 for the drive spindle 2 has four sections with different diameters. The first or upper section has the largest diameter, while the second and fourth sections have the same inner diameter. The diameter of the third section corresponds approximately to the outer diameter of the drive spindle 2 . The third section thus has the smallest inside diameter of the four sections. In the first section there is the threaded ring 21 , which acts on a Tellerfe 25 . The plate spring 25 is supported on a steel ring 26 which is arranged in the second section of the housing bore 24 and protrudes into the first section. The position of the drive spindle 2 takes place in two slide bearings 30 and 31 in the second and fourth sections of the housing bore 24 . The slide bearing 30 is supported on the third section of the housing bore 24 forming a projection 32 . Under the protrusion 32 are in the fourth section, the two wedged, annular wedge seals 3 and 4 for the drive spindle. 2 The wedge seals 3 and 4 sit on the Gleitla ger 31 , which in turn is held in place by an angle ring 35 . In the angle ring 35 engage the half rings 36 and 37 , which are inserted into a groove 38 at the lower end of the drive spindle 2 . The half rings 36 and 37 prevent the spindle 2 from being pushed out of the housing bore 24 by the internal pressure prevailing in the ball track housing 1 and form the counter bearing for the thread 20 of the drive spindle 2 on the screwed threaded ring 21 in the first section of the housing bore 24 . so that with the threaded ring 21, the pressure on the two wedge seals 3 and 4 can be adapted to the respective ge requirements.
Die Spindelanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß sich die beiden Keildichtungen 3 und 4 im zweiten Abschnitt der Gehäusebohrung 40 oberhalb des Vorsprungs 41 befinden.The spindle arrangement of the second exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that the two wedge seals 3 and 4 are located in the second section of the housing bore 40 above the projection 41 .
Für die ringförmigen Dichtungen 7 und 8 zum Abdichten des Ku gelkükens 6 sind in die Gehäuseteile 10 und 11 Nuten 45 und 46 eingearbeitet. In der Nut 46 befindet sich außer der Dichtung 8 noch ein Druckring 47 und eine Tellerfeder 48, auf die ein in die Durchflußbohrung 44 eingeschraubter Gewindering 49 einwirkt. Die Berührungsflächen 50 zwischen Dichtung 8 und Druckring 47 verlaufen schräg, um eine Keilwirkung zu erzeugen, die für eine gute Abdichtung zwischen Kugelküken 6 und Gehäuse 1 sorgt. Mit Hilfe des Gewinderinges 49 kann der durch die Tellerfeder 48 auf die Dichtungen 7 und 8 ausgeübte Druck und damit die Ab dichtung zwischen Kugelküken 6 und Gehäuse 1 einreguliert werden.For the annular seals 7 and 8 for sealing the Ku gelkükens 6 grooves 45 and 46 are incorporated in the housing parts 10 and 11 . In addition to the seal 8, there is also a pressure ring 47 and a plate spring 48 in the groove 46 , on which a threaded ring 49 screwed into the flow bore 44 acts. The contact surfaces 50 between the seal 8 and the pressure ring 47 run obliquely in order to produce a wedge effect which ensures a good seal between the ball plug 6 and the housing 1 . With the help of the threaded ring 49 , the pressure exerted by the plate spring 48 on the seals 7 and 8 and thus the seal between ball valve 6 and housing 1 can be adjusted.
Zum Auswechseln der Dichtungen 3 und 4 wird zuerst das Kugelkü ken 6 des Kugelhahns in die Schließstellung gedreht, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Danach wird durch Herausdrehen des Gewinderinges 49 aus der Durchflußbohrung 44 die Tellerfeder 48 entspannt und anschließend werden die beiden Schrauben 14 und 15 gelöst, so daß das Gehäuseteil 11 mit der Dichtung 8 ent fernt werden kann. Durch den gewölbten Schlitz 23 und die ge wölbte untere Seite des Zapfens 22 ist es möglich, das Kugel küken 6 aus dem Gehäuseteil 11 herauszuschwenken und aus diesem zu entfernen. Die Antriebsspindel 2 wird nach Abschrauben des Gewinderinges 21 etwas in die Gehäusebohrung 24 bzw. 40 hinein geschoben, bis die beiden Halteringe 36 und 37 aus der Nut 38 der Antriebsspindel 2 herausgezogen werden können. Anschließend läßt sich die Spindel 2 nach oben aus der Gewindebohrung 24 bzw. 40 herausziehen, so daß die Keildichtungen 3 und 4 ausgewech selt werden können. Der Zusammenbau des Kugelhahnes erfolgt in umgekehrter Weise wie die Demontage.To replace the seals 3 and 4 , the Kugelkü ken 6 of the ball valve is first turned to the closed position, as indicated in Fig. 3. Then the plate spring 48 is relaxed by unscrewing the threaded ring 49 from the flow bore 44 and then the two screws 14 and 15 are loosened, so that the housing part 11 with the seal 8 can be removed ent. Through the arched slot 23 and the ge arched lower side of the pin 22 , it is possible to swivel the ball plug 6 out of the housing part 11 and remove it. After unscrewing the threaded ring 21, the drive spindle 2 is pushed somewhat into the housing bore 24 or 40 until the two retaining rings 36 and 37 can be pulled out of the groove 38 of the drive spindle 2 . Then the spindle 2 can be pulled up out of the threaded bore 24 or 40 , so that the wedge seals 3 and 4 can be exchanged. The assembly of the ball valve takes place in the reverse way to the disassembly.
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1991
- 1991-03-27 DE DE19914110080 patent/DE4110080C2/en not_active Expired - Fee Related
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