DE4142626C2 - Metallisch dichtender Kugelhahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen metallisch dichtenden Kugelhahn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 30 44 201 C2 ist ein derartiger Kugelhahn mit einem drehbaren Kugelküken mit beidseitig angeordneten profilierten Dichtungsringen bekannt. Solche Dichtungen nutzen sich mit der Zeit ab. Um diese Abnutzung kompensieren zu können, ist bei dem bekannten Kugelhahn ein einziger, gegen das Kugelküken axial bewegbarer Dichtungsträger vorgesehen. Das Verstellen des Dichtungsträgers wird von außen mit Hilfe einer Überwurfmutter bewirkt, die an einer lösbaren Verbindungsmuffe angreift. Da das Kugelküken begrenzt "schwimmend" gelagert ist, werden mit dem Anziehen der Überwurfmutter beide Dichtzonen am Kugelküken gleichzeitig unter Druck gesetzt. Für Kugelhähne, die höchsten Temperatur- und Druckbeanspruchungen ausgesetzt sind, ist diese bekannte Konstruktion nicht geeignet.

Für Einsatzfälle, bei denen das Strömungsmedium entweder mit hohen Temperaturen auftritt und/oder abrasive Eigenschaften hat, sind in jüngster Zeit Kugelhähne mit metallischer Abdichtung bekannt geworden. Die Anwendung eines metallischen Ventilsitzes erfordert einen Andruck an der Dichtfläche des Absperrkörpers unter Vorspannung, um bei niedrigen Drücken des Strömungsmittels eine Leckage zu vermeiden bzw. um überhaupt einen Druckaufbau zu ermöglichen. Diese Vorspannung wird bei einer bekannten Ausführung mit Federelementen erreicht, was jedoch äußerst kostspielig ist. Die Abdichtung zwischen Ventilsitz und Absperrkörper wird dabei in der Regel mit starren Dichtelementen bewirkt, während die gewünschte Vorspannung durch am starren Dichtring angreifende Ringfederelemente erzeugt wird. Beim Zusammenbau müssen die Federkräfte durch geeignete Mittel überwunden werden, was am Verwendungsort nicht ohne weiteres möglich ist.

Hinzu kommt, daß starre Abdichtungen zwischen Absperrkörper und Dichtring eine äußerst hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung der Anlageebenen erfordern, da an diesen Stellen die Gefahr von Undichtigkeiten besonders groß ist. Dementsprechend werden nicht nur hohe Anforderungen an die Fertigung, sondern auch an die Montage gestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen metallisch dichtenden Kugelhahn in einer hinsichtlich der Abdichtung verbesserten Ausführung bereitzustellen, vor allem dahingehend, daß die gewünschte Vorspannung während der Montage mit einfachen Mitteln einstellbar ist, daß infolge der Gestaltung des Dichtrings auch bei geringen Drücken des Mediums eine einwandfreie Dichtung gewährleistet ist, daß mit steigendem Druck eine wirksame Erhöhung des Andruckes des Dichtrings am Absperrkörper eintritt und daß die eingesetzten Dichtelemente für hohe Temperaturen geeignet und kostengünstig herstellbar sind.

Ausgehend von einem Kugelhahn der eingangs erwähnten Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dichtring als flacher Ring aus federelastischem Metall ausgebildet ist, daß er an der axial bewegbaren Traghülse gegenüber der Innenwandung derselben vorstehend befestigt ist und im Betriebszustand mit seinem Innenrand an der Dichtfläche des Absperrkörpers unter Vorspannung und Mediumdruck anliegt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Dichtring durch Schweißen an der Traghülse befestigt.

Zur Beeinflussung der elastischen Steifigkeit des Dichtrings kann es vorteilhaft sein, an seiner vom Absperrkörper abgewandten Seite einen Stützring mit kleinerem Innendurchmesser anzuordnen, der zusammen mit dem Dichtring an der Traghülse befestigt wird.

Die Einrichtung zum Verstellen der Traghülse kann unterschiedlich ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß die Traghülse ein Außengewinde aufweist, auf dem eine Gewindemutter sitzt, die sich im Gehäuse abstützt, so daß durch Drehen der Gewindemutter die Traghülse in Richtung auf den Absperrkörper axial verstellbar ist.

Vorteilhafterweise wird eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lockern der Gewindemutter vorgesehen. Diese besteht bei einer zweckmäßigen Ausführung aus einem mittels Schraubenbolzen an der Gewindemutter lösbar gehaltenen Nasenblech, welches mit seinem radial äußeren Ende in eine Nut in der Gehäusewandung und mit seinem inneren Ende in eine Nut in der Wandung der Traghülse eingreift. In der Gewindemutter ist zur Aufnahme des Schraubenbolzens entsprechend ihrer jeweiligen Stellung eine Anzahl aufeinanderfolgender Gewindebohrungen vorgesehen, so daß nach beendetem Einstellen der Gewindemutter das Nasenblech mit den äußeren Enden in die beiden Nuten eingreifend mit Hilfe des Schraubenbolzens an der Gewindemutter verspannbar ist.

Die Traghülse wird zweckmäßigerweise in einer Gehäusebohrung gleitend geführt, dabei kann an ihrem rückwärtigen Ende eine Abdichtung dadurch erzielt werden, daß an der Stirnseite der Traghülse ein federelastischer Dichtring durch Schweißen befestigt wird, der einen gekrümmten Querschnitt hat und mit seiner radial nach außen zeigenden Bogenfläche an der Innenwand der Gehäusebohrung anliegt. Auf diese Weise trägt an dieser Stelle der Mediendruck zur Unterstützung der federelastischen Abdichtung bei.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der metallische Dichtring an einer axial verstellbaren Traghülse befestigt ist, die unabhängig von anderen Bauteilen eine problemlose Einstellung einer gewünschten statischen Vorspannung des Dichtrings ermöglicht, so daß nicht nur der erstmalige Zusammenbau, sondern auch Montagearbeiten am Verwendungsort mit einfachen Werkzeugen durchführbar sind. Die Hinzunahme eines federelastischen Dichtrings am Ventilsitz bringt weitere wichtige Vorteile mit sich. So können Temperaturschwankungen und punktuelle Unebenheiten oder Abnutzungen ausgeglichen bzw. aufgefangen werden. Darüber hinaus steht für den Kraftangriff des Mediendrucks eine ausreichende Ringfläche zur Verfügung, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Gehäusebohrung für die Traghülse und deren Innendurchmesser der Dichtkante des Dichtrings entspricht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines metallisch dichtenden Kugelhahns der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt als Seitenansicht eine Hälfte eines Kugelhahns mit einem Längsschnitt im Bereich eines der beiden Ventilsitze.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Kugelhahn ist das Hahngehäuse (1) in herkömmlicher Weise ausgebildet. Die Zeichnung läßt im oberen Teil einen abnehmbaren, durch Schrauben befestigten Deckel (2) erkennen, wobei im unteren Teil die Lagerung für die Stellspindel (3) des Absperrkörpers (4) angedeutet ist. Der Absperrkörper (4) enthält eine koaxial zur Achse der Strömungskanäle der Eingangs- und Ausgangsseite verlaufende Bohrung (5), die in der Offenstellung des Kugelhahns die inneren Enden der Strömungskanäle auf der An- und Abströmseite miteinander verbindet. In der Zeichnung ist nur ein Strömungskanal (6) dargestellt; für die nachfolgende Beschreibung wird angenommen, daß dieser Strömungskanal (6) auf der Anströmseite liegt.

Der Absperrkörper (4) ist um die Spindelachse (7) drehbar und liegt mit seiner Oberfläche (8) im Dichtbereich auf einem zur Drehachse zentrischen Kugelabschnitt. Die Zeichnung zeigt den Absperrkörper (4) in der Absperrstellung, aus der er durch eine Drehung um 90° in die Offenstellung drehbar ist.

Zum Schutz der Lagerbuchsen der Verstellspindel (3) gegen Verschmutzen sind an sich bekannte elastische Dichtringe (10 bzw. 11) vorgesehen.

Die bislang beschriebene Ausbildung des Kugelhahns ist grundsätzlich bekannt. Neu gestaltet ist der Ventilsitz, der nachfolgend beschrieben wird.

Für die formschlüssige Aufnahme einer metallischen Traghülse (12) enthält das Gehäuse (1) eine zum Strömungskanal (6) konzentrische Bohrung (13), die an ihrem axial äußeren Ende über eine Schulter (14) in den im Durchmesser kleiner bemessenen Strömungskanal (6) übergeht. Am axial inneren Ende ist an der Traghülse (12) ein Ringansatz (15) angeformt, der in einem stirnseitigen Kragen (16) ausläuft. Mit dem Kragen (16) ist einerseits ein äußerer flacher Ring (17) aus federelastischem Material und ein innerer Ring (18) mit kleinerem Innendurchmesser durch Verschweißen befestigt. Dabei ist der äußere Ring (17) der eigentliche Dichtring, der mit seinem inneren Rand an der Oberfläche (8) des Absperrkörpers (4) anliegt.

In die äußere Mantelfläche des flanschartigen Ansatzes (15) ist ein Außengewinde (19) eingeschnitten, welches eine Gewindemutter (20) trägt. Als Widerlager für die Gewindemutter (20) dient eine ringförmige Schulter (21) im Inneren des Gehäuses (1). Wird die Mutter (20) im richtigen Sinn gedreht, bewirkt dies eine Axialbewegung der Traghülse (12) in Richtung zum Absperrkörper (4), so daß auf diese Weise ein gewünschter Andruck des eigentlichen Dichtrings (17) gegen die Oberfläche (8) des Absperrkörpers (4) und somit eine Vorspannung einstellbar ist. Dieser statische Andruck wird durch den dynamischen Mediendruck erhöht, der zum einen auf die wirksame Ringfläche der Traghülse (12) und zum anderen auf die resultierenden Ringflächen der beiden Dichtringe (17, 18) einwirkt.

Um ein unbeabsichtigtes lösen der Gewindemutter (20) zu verhindern, ist ein winkliges Nasenblech (22) vorgesehen, welches durch einen Schraubenbolzen (23) an der Gewindemutter (20) lösbar gehalten ist. Die freien Enden (24 und 25) des Nasenblechs (22) greifen in der Verriegelungsstellung in Nuten (26 bzw. 27) in der Schulterfläche (21) einerseits und im Außengewinde (19) andererseits ein. Nachdem mit Hilfe der Gewindemutter (20) die gewünschte Vorspannung eingestellt worden ist, wird das Nasenblech wie in der Zeichnung dargestellt mit Hilfe des Schraubenbolzens (23) mit der Gewindemutter (20.) fest verbunden. Zur Aufnahme des Schraubenbolzens (23) entsprechend der jeweiligen Stellung der Gewindemutter (20) ist in dieser in Umfangsrichtung eine Anzahl aufeinanderfolgender Gewindebohrungen vorgesehen.

Um eine Leckage über den Spalt zwischen der Traghülse (12) und der Bohrung (13) zu vermeiden, ist am äußeren Ende der Traghülse (12) ein federelastischer Dichtring (28) durch Verschweißen befestigt. Im Querschnitt ist der Dichtring etwa c-förmig gekrümmt, wobei ein Teil seiner Bogenfläche an der Wandung der Bohrung (13) anliegt. Dank dieser Ausgestaltung wird der federelastische Andruck des Dichtrings (28) durch den Mediendruck unterstützt.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß anstelle eines federelastischen Dichtrings (17) auch ein starrer Dichtring am inneren Ende der Traghülse (12) einsetzbar ist.

Claims (7)

1. Metallisch dichtender Kugelhahn mit einem Hahngehäuse, zu dem wenigstens zwei Strömungskanäle führen, einem drehbar gelagerten, durchbohrten Absperrkörper mit kugeliger Oberfläche im Dichtbereich und Dichtanordnungen, bestehend aus jeweils wenigstens einer gegen den Absperrkörper einstellbar, axial bewegbaren Traghülse, die einen am Absperrkörper anliegenden Dichtring trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (17) als flacher Ring aus federelastischem Metall ausgebildet und an der Traghülse (12) gegenüber der Innenwandung vorstehend befestigt ist und im Betriebszustand mit seinem Innenrand an der Dichtfläche des Absperrkörpers (4) unter Vorspannung und Mediumdruck anliegt.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (17) durch Schweißen an der Traghülse (12) befestigt ist.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Traghülse (12) mit Hilfe einer im Gehäuse (1) befindlichen Stelleinrichtung axial verstellbar ist.

4. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (17) an seiner vom Absperrkörper (4) abgewandten Seite an einem an der Traghülse (12) befestigten Stützring (18) mit kleinerem Innendurchmesser anliegt.

5. Kugelhahn nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung aus einem Außengewinde (19) an der Traghülse (12) und einer Gewindemutter (20) zur axialen Abstützung und Verstellung der Traghülse (12) besteht.

6. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindemutter (20) eine Sicherung gegen Verdrehen vorgesehen ist, die aus einem mittels Schraubenbolzen (23) an der Gewindemutter (20) lösbar gehaltenen Nasenblech (22) besteht, welches mit seinem radial äußeren Ende (24) in eine Nut (26) in der Gehäusewandung und mit seinem inneren Ende (25) in eine Nut (27) in der Wandung der Traghülse (12) eingreift.

7. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Traghülse (12) an ihrem äußeren Ende ein federelastischer Dichtring (28) befestigt ist, der einen gekrümmten Querschnitt hat und mit seiner radial nach außen zeigenden Bogenfläche an der Innenwand der Gehäusebohrung (13) anliegt, in der die Traghülse (12) im Schiebesitz geführt ist.