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Absperrhahn, insbesondere für hohe Drücke und unreine Medien, mit
einer Dichtbuchse aus gummielastischem Werkstoff Die Erfindung betrifft einen Absperrhahn,
insbesondere für hohe Drücke und unreine Medien.
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Es sind bereits Absperrhähne bekannt, bei denen zwischen einem zylindrischen
Küken und der das Küken aufnehmenden Gehäusebohrung eine elastische Dichtbuchse
vorgesehen ist, die -stirnseitig unter Druck setzbar ist. Der Druck auf -die Dichtbuchse
wird hierbei durch eine in das Gehäuse eingeschraubte Ringmutter, von nur einer
Stirnfläche der Dichtbuchse her, ausgeübt.
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Es ist auch bekannt, in die Durchflußbohrungen m-Gehäuse Rohrstutzen
einzusetzen, die die Dichtbuchse durchdringen und deren dem Küken zugewandte Stirnflächen
der Kükenoberfläche angepaß.t sind. Hierdurch soll vermieden werden, d@aß die unter
Druck gesetzte Dichtbuchse in die Bohrung des Gehäuses und des Kükens abwandern
kann.
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Gerade bei Anwendung solcher Rohrstutzen ist es bei Einwirkung des
Stauchdruckes von nur einer Stirnfläche her schwierig, an allen. Stellen zwischen
Dichtbuchse einerseits und Gehäuse sowie Küken andererseits einen zur Abdichtung
ausreichenden ,gleichmäßigen Druck zu erzielen, da die erforderlichen Deformationswege
zu den dem Betätigungsdruck abgewandten Stellen der Dichtbuchse verhältnismäßig
groß sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch vermieden, daß die
Dichtbuchse sich mit ihren Stirnflächen gegen Ringe abstützt, von denen der eine
Ring mit dem Küken, fest verbunden und der andere Ring gegenüber .dem Küken in bekannter
Weise in dessen Achsrichtung durch den Stauchdruck ausübende Mittel verschiebbar
ist, wobei jedoch die den Druck ausübenden Mittel zwischen dem verschiebbaren Ring
und am Küken in dessen Achsrichtung angeordneten Teilen wirksam sind. Das Küken
ist dabei in Achsrichtung gegenüber dem Gehäuse frei verschiebbar.
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Dadurch,- daß nunmehr der Stauchdruck auf beide Stirnflächen der Dichtbuchse
gleichzeitig einwirkt, brauchen .die Deformationswege jeweils nur bis zur mittleren
Höhe des Kükens zu reichen, um den für die Abdichtung erforderlichen Anlagedruck
an das Küken und das Gehäuse zu.. erzielen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird der Innendurchmesser. der
Dichtbuchse größer ausgeführt als der Außendurchmesser des Kükens. Dadurch wird
die Dichtbuchse nach Aufheben des stirnseitigen Drukkes vor der Drehung des Kükens
durch das zwischen Küken und Dichtbuchse eindringende Medium besond.ers leicht aufgeweitet
und vom Küken abgehoben, ; so daß sich das Küken frei drehen- läßt und .der Werkstoff
der Dichtbuchse nicht beschädigt wird.
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Gerade hierbei wiederum ist es von Vorteil, den Stauchdruck auf die
Dichtbuchse auf deren beide Stirnflächen wirken zu lassen, da -der nunmehr vorhandene
größere Spaltraum zwischen Kükenoberfläche und Innenfläche der Dichtbuchse an sich
bereits einen verhältnismäßig hohen Deformationsweg für die Erzielung einer dichten
Anlage der Dichtbuchse erfordert.
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Um bei dem Aufheben- des Stauchdruckes auf die Dichtbuchse ein schnelles
Eindringen des Leitungsmediums zwischen Kükenoberfläche und Innenfläche der Dichtbuchse
zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, in den Stirnflächen er Rohrstutzen etwa radial
gerichtete Nuten vorzusehen.
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Um in der Schließstellung des Kükens ein Abwandernder elastischen
Dichtbuchse in die Kükenbohrung zu verhindern, sind in der Dichtbuchse in bekannter
Weise zwei die Durchlußbohrung des Kükens in dessen Schließstellung abdeckende,
den Teil eines Zylindermantels bildende Deckel vorgesehen. Die Deckel können hierbei
auch an der Gehäuseinnenwand an.liegen, d. h. die Wandung der Dichtbuchse durchdringen,
und an der Gehäuseinnenwand befestigt sein.
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Der Stauchdruck auf die Dichtbuchse kann entweder hydraulisch oder
rein. mechanisch aufgebracht werden.
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Bei der Anwendung des hydraulischen Verfahrens ist auf der der Dichtbuchse
.abgewandten Seite des verschiebbaren Ringes am Küken ein weiterer fester Ring vorgesehen,
und zwischen diesem und dem verschiebbaren Ring wird ein fließfähiges Druckmittel
eingeführt, das' den Stauchdruck auf den verschiebbaren Ring und -auf die diesem
anliegende Stirnfläche der Dichtbuchse überträgt. Zugleich wirkt das Druckmittel
auf den genannten weiteren - am Küken festen Ring und überträgt den Stauchdrück
über den Kükenkörper und- den an diesem befestigten unteren Ring auf die andere,
@d. h die untere Stirnfläche der Dichtbuchse.
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Für die Erzeugung des-, Stauchdruckes wird ein Kolbentrieb angewandt,
dessen Zylinder in dem für
die Anbringung des Betätigungshebels
für die Drehung des Kükens dienenden Halsstück des Kükens oder in dem Betätigungshebel
selbst angeordnet ist.
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Für die rein mechanische Aufbringung des StauCJhdnuckes auf die Dichtbuchse
ist ein fester Ring an dem der Betätigungsseite abgewandten Ende des Kükens vorgesehen
und der verschiebbare Ring durch ein mit Innengewinde versehenes, auf dem mit Außengewinde
versehenen Halsstück des Kükens, beispielsweise durch ein Handrad, drehbares Druckstück
verschiebbar.
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Der gegenüber dem Küken verschiebbare Ring ist gegenüber dem Gehäuse
und dem Kükenvorzugsweise mittels Rundschnurringen, .abgedichtet, die in seiner
Außen und Innenfläche angeordnet sind.
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Die am Küken befestigten Ringe sind gegenüber dem Gehäuse vorzugsweise
in je zwei voneinander getrennten Dichtungszonen, zwischen die ein Schmiermittel
einbringbar ist, abgedichtet. Hierdurch ist eine einwandfreie Trennjung des Leitungsmediums
von dem Innenraum des Hahngehäuses möglich.
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Um ein Eindringen des Leitungsmediums zwischen Innenwandung des Gehäuses
und Außenwandung der Dichtbuchse, wodurch .ein unerwünschtes Andrücken der Dichtbuchse
-an das Küken hervorgerufen würde, zu verhindern, weisen auch die Rohrstutzen in
bekannter Weise in ihrer Außenfläche Dichtungen, vorzugsweise R.undachnurringe auf,
durch die eine Abdichtung gegenüber dem Gehäuse erfolgt.
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Außer den oben bereits erwähnten bekannten Ausführungen mit elastischer
Dichtbuchse, die nur von einer Stirnfläche her unter Druck gesetzt werden, sind
auch Hähne bekannt, deren Küken mit einem elastischen Einsatz versehen ist. Der
elastische Einsatz, der im Inneren des Kükens angeordnet ist und nur an der Dichtzone
.an :die Kükenoberfläche heraustritt, wird hierbei .durch ein zwischen dem Küken
und dem elastischen Einsatz wirkendes Mittel unter Druck gesetzt und bewegt sich
zusammen mit dem Küken. Es besteht hierbei die Gefahr, das beim Drehen des Kükens
um etwa 45°, wenn nämlich ein Teil des elastischen Einsatzes dem Leitungsdruck ausgesetzt
wird, der Leitungsdruck, trotz Aufhebens des Stauchdruckes, den elastischen Einsatz
zur Abflusseite hin drückt und damit fest an die Innenwandung des Gehäuses anpreßt.
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Die Erfindung ist an zwei Ausführungsbeispielen und in weiteren Einzelheiten
in der Zeichnung erläutert. Es zeigt Fig. 1 in Seitenansicht in einem in Richtung
der Durchflußbahrungen im Gehäuse gelegten Schnitt eine Ausführung des -Hahnes,
bei der der Druck auf die elastische Dichtbuchse hydraulisch erfolgt, Fig. 1 a die
gleiche Ausführung in Draufsicht in einem Schnitt A-A gemäß Fig.1, -Fig. 2 eine
der Fig. 1 entsprechende Ausführung, jedoch mit anderer Anordnung zur Erzeugung
des hydraulischen Druckes auf die elastische Dichtbuchse und Fig. 3 in Seitenansicht
in einem in Richtung der Durchflußbohrungen im Gehäuse gelegten Schnitt eine Ausführung,
bei .der die Aufbringung des Druckes auf die elastische Dichtbuchse auf mechanischem
Wege erfolgt.
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Wie aus Fig. 1 und 1 a ersichtlich, isst in dem Gehäuse 1, das die
Durchflußbohrungen 6 aufweist, das Küken 7 mit seiner Durchflußbohrung 8 um seine
Achse drehbar .gelagert. Das Gehäuse 1 kann mit Anschlußflanschen oder, wie gezeigt,
mit Schraubenschlüssen ausgestattet sein.- Hierzu sind die beiden Anschlusstutzen
2 des Gehäuses l mit Innengewinde versehen, in die eine Ringmutter 4 einschraubbar
ist, die 4as mit einem Ringbund versehene Anschlusstück 3 für die Leitung im Gehäuse
1 festhält. Der Ringbund wird vorzugsweise mit einer Rundschnurdichtung 5 gegenüber
dem Gehäuse abgedichtet.
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Das Küken 7 weist an :seinem oberen und unteren Ende einen Ringbund
13 bzw. 14 auf, mit denen es in der zugeordneten Bohrung des Gehäuses 1 geführt
ist. An den Umfangsflächen der Ringbunde 14 und 13 sind je zwei Dichtungsringe
26 und 27 bzw. 28 und 29 vorgesehen. Zwischen die von diesen Dichtungsringen
eingeschlossenen Zonen kann eine Schmiermitte lfüllung eingebracht werden, die sich
aus den Vorratsräumen 24 bzw. 25 laufend ergänzt.
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Unterhalb des spindelseitigen oder oberen Ringbundes 13 des Kükens
7 ist auf dem mittleren verjüngten zylindrischen Teil des Kükens ein in dessen Achsrichtung
verschiebbarer Ring 18 aufgebracht. Um das Aufbringen des Ringes 18 zu ermöglichen,
ist der obere Ringbund13 auf dern Hals 15 des Kükens 7, beispielsweise mittels eines
Gewindes, lösbar befestigt. Der Ring 18 kann auch geteilt sein.
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Der Ring 18 ist sowohl gegenüber dem Küken 7 als auch ;gegenüber dem
Gehäuse l durch Dichtungsringe 30 und 31 abgedichtet.
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Zwischen der unteren Stirnfläche des Ringes 18 und der oberen Stirnfläche
des unteren Ringbundes 14 ist zwischen der Außenfläche des Kükens 7 und der Innenwandung
der Gehäusebohrungeinegummielastische Dichtbuchse 9 eingesetzt. Die Größe und Wandstärke
der Dichtbuchse 9 ist derart, das sie sich in entspanntem Zustand mit ihrer Innenfläche
von der Oberfläche des Kükens 7 abhebt. Hierdurch ergibt sich beim Aufhaben des
Druckes auf die Dichtbuchse 9 vor dem öffnen des Hahnes die Möglichkeit einer Umströmung
des Kükens 7 und damit einer Druckvorentlastung. Zugleich wird hierdurch beim Schaltvorgang
eine Berührung zwischen Küken und Dichtbuchse und damit deren Beschädigung vermieden.
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Der gummielastische Werkstoff der Dichtbuchse 9 vermag Feststoffe
aus unireinen Leitungsmedien, wie z. B. aus der Spülflüssigkeit bei Tiefbohranlagen,
ohne Schaden für die Packung und die zugeordneten metallischen Dichtungsflächen
und ohne Beeinträchtigung der Dichtungswirkung aufzunehmen.
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Durch Abwärtsbewegen des Ringes 18 unter gleichzeitigem Aufwärtsbewagen
des Kükens 7 wird die Dichtbuchse 9 in ihrer Länge gestaucht und allseitig unter
Druck :gesetzt, so das das Küken 7 gegenüber dem Gehäuse 1 vollkommen abgedichtet
werden kann.
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Zum Aufbringen des Druckes auf die Dichtbuchse 9 über den Ring 18
wird zwischen dessen obere Stirnfläche und die untere Stirnfläche des oberen Ringbundes
13 ein fließfähiges Druckmedium eingedrückt. Hierzu ist im Hals des Kükens ein Zylinder
16 vorgesehen, der- über Kanäle 17 mit einem Rirgraum 19,
der an die
obere Stirnfläche des Ringes 18 anschließt, in Verbindung steht.
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Das Druckmittel wird vom Zylinder 16 aus durch einen in diesem :gleitenden,
abgedichteten Kolben 20 durch Drehen der Spindel 21 mittels des Handrades 22 unter
Druck gesetzt, wenn das Küken 7 seine Endstellung, insbesondere die Schließstellung,
erreicht hat.
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Zum Schalten des Hahnes- wird. der Druck auf die Dichtbuchse 9 durch
Hochdrehen der Spindel 21 aufgehoben.
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Um. ein- Abwandern des Materials der Dichtbuchse 9 in die Durchflußbohnungen
6 im Gehäuse 1 zu verhindern, sind in diese in @an sich bekannter Weise vom Inneren
des Gehäuses her Rohrstutzen 10 eingesetzt, die- die Dichtbuchse 9 durchdringen
und mit ihrer
kükenseitigen Stirnfläche .der Form der Oberfläche
des Kükens 7 angepaßt sind.
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Die Rohrstutzen 10 werden an ihrem Umfang in bekannter Weise mit Dichtungen
32 gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet, damit beim Aufheben des Druckes auf die
Dichtbuchse 9 das Leitungsmedium nicht auf .die Außenseite der Dichtbuchse 9 gelangen
kann und diese auf die Oberfläche des Kükens 7 preßt. Es soll im Gegenteil beim
Aufheben des Dnuckes das Leitungsmedium. vom Küken 7 her auf die Innenfläche der
Dichtbuchse 9 :drücken und diese damit vom Küken 7 ablösen.
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Um das Eindringen des Leitungsmediums zwischen Kükenoberfläche und
Innenfläche der Dichtbuchse 9 beim Aufheben des Druckes auf diese zu erleichtern,
sind in der kükenseitigen Stirnfläche der Rohrstutzen 10 zweckmäßigerweise etwa
radial gerichtete Nuten 10a eingearbeitet.
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Die Rohrstutzen 10 dienen bei der gezeigten Ausführung zugleich zur
Sicherung der Dichtbuchse 9 gegen Drehen und axiale Verschiebung im Gehäuse 1.
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Da die Gewindespindel 21 im Hals 15 des Kükens und nicht im Gehäuse
1 gelagert ist, tritt beim Anziehen der Spindel 21 und damit bei der Aufbringung
des Druckes auf die Dichtbuchse 9 keine auf das Küken 7 in dessen Achsrichtung wirkende
Kraft auf. Das Küken 7 kann sich infolge dieser schwimmenden Lagerung frei, nur
durch die Dichtbuchse 9 in seiner Lage gehalten, in der Gehäusebohrung einstellen.
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Um beim Schaltvorgang, bei dem der Druck auf die Dichtbuchse 9 nicht
vollkommen gelöst zu werden braucht, wenn diese zufolge ihrer Eigenelastizität und
des auf ihrer Innenseite herrschenden Leitungsdruckes sich von der Oberfläche des
Kükens 7 ablöst, eine Gleitbewegung zwischen der unteren Stirnfläche der Dichtbuchse
9 und der oberen Stirnfläche des unteren Ringbundes 14 des Kükens 7 zu vermeiden,
ist es zweckmäßig, zwischen diese Stirnflächen eine Gleitscheibe 35 aus Metall oder
einem geeigneten Kunststoff, z. B. Polyamid oder Tetrafluoräthylen, einzulegen.
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Um in der Schließstellung des Kükens 7, d. h., wenn die Richtung der
Durchflußbohrung 8 im Küken 7 etwa senkrecht zur Achse der Durchflußbohrung 6 im
Gehäuse 1 steht, ein Abwandern des Materials der Dichtbuchse 9 unter der Einwirkung
des auf ihr lastenden Druckes in die Kükenbohrung 8 zu verhindern, sind in der Dichtbuchse
9 in bekannter Weise Teile eines Zylindermantels bildende Deckel 12 eingebettet,
die die Kükenbohrung 8 abdecken.
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Die Deckel 12 können mit geringerer Wandstärke als der der Dichtbuchse
9 ausgebildet sein und liegen in diesem Falle lediglich am Küken 7 an. Sie können
jedoch, wie in der Fig. 1a gezeigt, die gleiche Wandstärke wie die Dichtbuchse 9
aufweisen und liegen hierbei auch an der Wandung der Gehäusebohrung an. Sie können
in diesem Falle auch an dem Gehäuse 1, vorzugsweise lösbar, befestigt werden, beispielsweise
mittels von außen durch das Gehäuse 1 hindurchgeführter Schrauben, und dienen hierbei,
ebenso wie die Rohrstutzen 10, zur Sicherung der Dichtbuchse 9 gegen axiales Verschieben
und gegen Drehen.
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Im letzteren Falle können die Rohrstutzen 10 auch durch ringförmige
Stücke ersetzt werden, die in der Dichtbuchse 9 eingebettet, zwischen Küken 7 und
Gehäuse 1 um dessen Durchflußbohrungen 6 herum angeordnet sind.
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In Fig.2 ist eine Ausführung gezeigt, die im wesentlichen der in Fig.
1 und 1 a gezeigten Ausführung entspricht, bei der jedoch der Kolben 20 mit dessen
zugeordnetem Zylinder 16' seitlich an den Hals 15 des Kükens 7 angeschlossen ist.
Der Kolben 20 kann mittels einer Gewindehülse 37, die auf dem seitlichen Ansatzstück
36 des Kükenhalses 15 mit Hilfe des Knebels 38 aufschraubbar ist, in seinem Zylinder
16' verschoben werden.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Kolbens 20 ist die Dichtbuchse
9 entspannt, so daß das Küken 7 leicht gedreht werden kann.
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Das Ansatzstück 36 zusammen mit der Gewindehülse 37 tritt in diesem
Falle an Stelle des in Fig. 1 gezeigten Schalthebels 23. Mit dieser Anordnung läßt
sich eine Einhandbetätigung des Hahnes trotz der an sich erforderlichen getrennt
aufeinanderfolgenden Bedienungsvorgänge, nämlich Aufheben bzw. Aufbringen des Druckes
auf die Dichtbuchse 9 und Drehen des Kükens 7, erzielen.
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Um zu gewährleisten, daß das Küken nur bei entlasteter Dichtbuchse
gedreht wird, ist am Gehäuse 1 eine Profilleiste 39 befestigt, aus der die Gewindehülse
37 nur nach Aufheben des Druckes auf die Dichtbuchse 9 ausrastet.
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In Fig.3 ist eine Ausführung gezeigt, bei der das Aufbringen des Druckes
auf die Dichtbuchse 9 auf mechanischem Wege erfolgt. Hierzu kann der in Fig. 1 gezeigte
obere Ringbund 13 des Kükens 7 fortfallen. Auf die obere Stirnfläche des Ringes
18 wirkt die Unterseite eines mit Innengewinde versehenen Druckstückes 34, das auf
das mit Außengewinde 33 versehene Halsstück 15' des Kükens 7 mittels des Handrades
22 aufschraubbar ist und so den gewünschten Druck auf die Dichtbuchse 9 erzeugt.
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Die richtige Höheneinstellung der Kükenbohrung 8 zu den Durchflußbohrungen
6 im Gehäuse 1 in der geöffneten Stellung des Hahnes kann hierbei auch durch Hochschrauben
des Druckstückes 34 auf dem Halsstück 15' bewirkt werden, wobei das Druckstück 34
dann mit der Oberseite seines Flanschteiles an einer auf das Gehäuse 1 geschraubten
Platte 40 und die untere Stirnfläche des Kükens 7 an einer unten am Gehäuse befestigten
Platte 41 anliegt.