DE1650390C3 - Spindelabdichtung für einen Hahn - Google Patents

Description

d)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindelabdichtung für einen Hahn mit im Hahngehäuse drehbar gelagerten Küken, einer mit dem Küken drehfest, jedoch relativ dazu axial verschieblich verbundenen Spindel, die eine Gehäuseöffnung durchsetzt und einen Spindelbund mit einer konischen Anlagefläche aufweist, mit einer ihm Hahngehäuse ausgebildeten, der konischen Anlagefläche des Spindelbundes angepaßten konischen Sitzfläche und mit einer Andrückvorrichtung, die den Spindelbund dichtend gegen seine Sitzfläche im Hahngehäuse preßt.

Bei einem aus der GB-PS 114159 bekannten Hahn dieser Art ist die konische Anlagefläche an der dem Küken abgewandten Seite des Spindelbundes angeordnet, und sie wirkt mit einer Sitzfläche zusammen, die in einem über den Spindelbund greifenden Deckel des Hahngehäuses angebracht ist. Die Andrückvorrichtung ist durch eine Feder gebildet, die zwischen Spindelbund und Küken eingesetzt ist und die Spindel axial nach außen aus dem Gehäuse herausdrückt. Zwischen Sitzfläche und Anlagefläche ist kein Dichtungsmaterial vorgesehen, so daß diese beiden Flä* chen in unmittelbarer metallischer Berührung miteinander stehen.

Diese bekannte Konstruktion ist nur für einen Hahn mit Kegelküken geeignet, weil die die Andrückvorrichtung bildende Feder zwischen Küken und Spindelbund eingespannt ist und daher sowohl das Kegelküken als auch die konische Anlagefläche des Spindelbundes gegen die zugeordneten Sitzflächen drückt. Bei einem Hahn mit Kugelküken wäre diese Maßnahme offensichtlich nicht anwendbar. Darüber hinaus ist es nicht möglich, die Abdichtung zwischen Spindelbund und Gehäuse unabhängig von dem Anpreßdruck des Kükens einzustellen. Vor allem aber

ro wäre es nicht möglich, mit Hilfe der Andruckfeder und der rein metallischen Berührung zwischen Spindelbund und Gehäuse eine befriedigende Dichtwirkung bei extremen Temperaturen und insbesondere in einem großen Temperaturbereich von —250° C bis +400° C zu gewährleisten.

Bei einem aus der DE-PS 543 626 bekannten Absperrorgan weist die Spindel eine konische Anlagefläche an der dem Verschlußteil zugewandten Seite des Spindelbundes auf, doch handelt es sich hierbei nicht um einen Hahn, sondern um eine für Hochvakuumgefäße bestimmte Sonderausführung eines Ventils mit nicht sichtbar steigender Spindel, die aus mehreren axial zueinander verschiebbaren Teilen zusammengesetzt ist.

Aus der US-PS 3186681 und aus der GB-PS 970176 sind Hähne mit Kugelküken bekannt, bei denen die Spindel mit einem Spindelbund versehen ist und mittels eines Klemmflansches angedrückt wird. In beiden Fällen ist die dem Küken zugewandte AnIagefläche des Spindelbundes eben, und das Andrücken erfolgt über Dichtungsringe oder Beilagscheiben, die einerseits zwischen Klemmflansch und Spindelbund und andrerseits zwischen Spindelbund und Gehäuse eingefügt sind. Die für die Spindelabdichtung erforderlichen Dichtungsringe sind jedoch nicht für einen Betrieb bei extremen Temperaturen und/oder sehr großen Temperaturschwankungen geeignet und sie können auch nicht in Verbindung mit aggressiven Medien verwendet werden. Es ist aber auch nicht möglich, die Dichtungsringe durch solche aus Polytetrafluoräthylen zu ersetzen, weil Polytetrafluoräthylen die Eigenschaft hat, daß es unter Druck fließt, so daß die Dichtwirkung im Lauf der Zeit verlorenginge. Zwar ist die Verwendung einer Beschichtung aus Polytetrafluoräthylen bei einem Kükenhahn aus der US-PS 2973 183 bekannt, doch ist in diesem Fall die Beschichtung auf dem kegeligen Hahnküken angebracht, um die Reibung zwischen Küken und Kükensitz zu verringern und insbesondere ein Festfressen des Kükens zu verhindern. Das Problem der Spindelabdichtung, insbesondere bei extremen Temperaturen und großen Temperaturänderungen, wird dadurch nicht gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Spindelabdichtung der eingangs angegebenen Art, die leicht herzustellen und zu montieren ist, eine sichere Dichtwirkung auch bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen gewährleistet und für aggressive Medien geeignet ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination folgender Merkmale:
a die konische Anlagefläche liegt an der dem Küken zugewandten Seite des Spindelbundes,

b) der Spindelbund weist an der dem Küken abgewandten Seite eine sphärische Anlagefläche auf,

c) die Andrückvorrichtung ist durch einen mittels Schraubenbolzen mit dem Hahngehäuse verbundenen Klemmflansch gebildet, der eine die

Spindel aufnehmende Öffnung mit der sphärischen Anlagefläche angepaßter und sich auf dieser Anlagefläche abstützender sphärischer Ausnehmung hat, und

d) die beiden Anlageflächen des Spindelbundes sind mit einer etwa 0,02 bis 0,1 mm dicken Schicht eines selbstschmierender. Dichtungsmaterials, wie Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluoräthylen, überzogen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Hahns ~τ- ίο gibt eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen Spindelbund und Hahngehäuse bei extremen Temperaturen und insbesondere im gesamten Temperaturbereich von -250° Cbis +400° C (wobei Temperaturspitzen bis zu 600° C gehen können). Diese ausgezeichnete Dichtwirkung wird durch das Zusammenwirken der vorstehend angeführten Merkmale aus folgenden Gründen erhalten:

Die zwischen der konischen Anlagefläche des Spindelbundes und der konischen Sitzfläche des Hahngehäuses erzielte Abdichtung wird durch das Vorhandensein der dünnen Schicht aus dem selbstschmierenden Dichtungsmaterial ganz erheblich verbessert. Der Anpreßdruck zwischen diesen beiden Flächen kann mit Hilfe des Klemmflansches beliebig stark eingestellt werden, da er sich nicht auf das Küken auswirkt. Infolge der selbstschmierenden Wirkung des Dichtungsniaterials kann die Spindel auch bei sehr fest angezogenem Klemm flansch noch leicht betätigt werden. Die konische Anlagefläche hat die für die jo Erzielung einer guten Dichtwirkung und für die axiaie Führung der Spindel optimale Form, während die sphärische Anlagefläche die Zentrierung der konischen Anlagefläche im Sitz erleichtert und ein Festziehen des Klemmflansches ohne Gefahr eines Verkantens oder Verklemmens ermöglichst.

Die dünnen Schichten des selbstschmierenden Dichtungsmaterials aus Polytetrafluoräthylen erfüllen bei der Spindelabdichtung nach der Erfindung zwei verschiedene technische Funktionen: für die konische Anlagefläche kommt in erster Linie die Dichtwirkung zum Tragen, während für die sphärische Anlagefläche die selbstschmierende Wirkung v..n Bedeutung ist. Ferner hat es sich gezeigt, daß Polytetrafluoräthylen auch bei hohen Drücken nicht mehr fließt, wenn es in einer sehr dünnen Schicht vorliegt, so daß die Dichtwirkung über einen sehr langen Zeitraum unverändert erhalten bleibt. Die gute Beständigkeit von Polytetrafluoräthylen gegenüber aggressiveil Medien kann auf diese Weise vorteilhaft ausgenutzt werden.

Der Hahn mit der Spindelabdichtung nach der Erfindung hat einen einfachen Aufbau mit wenig Teilen, weil getrennte Dichtungsteile entfallen. Er ist daher einfach herzustellen und kann vor allem leicht montiert und demontiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Seitenansicht eines Hahns mit einer Spindelabdichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Spindel des Hahns,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 1, und

Fig. 4 eine vertikale Teilschnittansicht der konisehen Anlagefläche der Spindel bei einer abgeänderten Ausführungsform des Hahns.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Hahns 2 ist die Spindel 1 drehfest mi/ einem kugelförmigen Küken 3 verbunden.

Die Spindel 1 besteht aus einem einzigen Stück und weist einen durch einen verdickten Abschnitt gebildeten Spindelbund 10 auf, der eine sphärische Anlageflächr 13 und eine konische Anlagefläche 15 hat. An die sphärische Anlagefläche 13 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 12 an, welcher in eine mit Gewinde versehene Abflachung 11 ausläuft. An die konische Anlagefläche 15 schließt sich ein prismatischer Ansatz 16 an. Zwischen der sphärischen Anlagefläche 13 und der konischen Anlagefläche 15 trägt der Spindelbund 10 ein Flachteil 14 mit zwei nach entgegengesetzten Seiten abstehenden Armen 17, von denen jeder mit zwei Kerben 32 versehen ist, die von der Achse A-A der Spindel 1 den gleichen Abstand haben.

Die Spindel 1 ist aus einem Metall hergestellt, das etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Metall hat, aus dem das Hahngehäuse 21 besteht. Dieses Metall ist z. B. rostfreier Stahl.

Auf die Anlageflächen 13 und 15 der Spindel 1 ist eine dünne Schicht aus einem selbstschmierenden Dichtungsmaterial, wie Polytetrafluoräthylen, mit einer sehr geringen Dicke in der Größenordnung von z. B. 0,02 bis 0,1 mm und vorzugsweise von 0,05 mm aufgebracht. Bei Verwendung von Polytetrafluoräthylen kann diese Schicht z. B. durch Aufspritzen mittels einer elektrostatischen Spritzpistole aufgebracht und anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Es kann jedoch auch ein anderer, hohe Drücke und Temperaturen aushaltender Werkstoff benutzt werden, z. B. Polytrifluorethylen.

Das Hahngehäuse 21 ist ringförmig ausgebildet und hat zwei ebene Stirnflächen 18; es wird durch Zugschrauben 33 zwischen den Flanschen 22 von Verbindungsstücken 23 festgespannt. Das Kugelküken 3 wird in der Kammer 26 des ringförmigen Hahngehäuses 21 durch zwei Sitziinge 28 aus rostfreiem Stahl gehalten.

Im Hahngehäuse 21 ist eine konische Sitzfläche 19 ausgebildet, welche die konische Anlagefläche 15 der Spindel 1 aufnimmt. Vier Schraubenbolzen 6 sind in eine am Hahngehäuse 21 angebrachte Grundplatte 34 eingeschraubt und dienen zusammen mit Muttern 7 zur Befestigung eines ringförmigen Klernmflansehes 4, welcher eine an die Anlagefläche 13 der Spindel 1 angepaßte sphärische Ausnehmung 5 aufweist.

Die Abdichtung der Kammer 26 gegen die Spindel 1 erfolgt durch Festziehen des Klemmflansches 4 mittels der Muttern 7 an der sphärischen Anlagefläche 13, wodurch die konische Anlagefläche 15 gegen ihre Sitzfläche 19 gedrückt wird. Diese Abdichtung wird durch die auf die konische Anlagefläche 15 aufgebrachte dünne Kunststoffschicht verstärkt, die gleichzeitig die Drehung der Spindel erleichtert.

Zum Verstellen des Kugelkükens 3 dient ein an der Abflachung 11 der Spindel 1 befestigter Handgriff 8; die der Spindel 1 erteilte Drehbewegung wird durch den in eine Nut 31 des Kugelkükens 3 eingreifenden Ansatz 16 auf das Kugelküken übertragen.

Die der Schließstellung bzw. der Offenstellung des Kugelkükens 3 entsprechenden Gren/stellungen der Spindel 1 werden durch das Flachteil 14 bestimmt, dessen Arme 17 in diesen Stellungen an jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende η Kerben 32 an den Schraubenbolzen 6 anschlagen.

In Fig. 3 ist voll ausgezogen eine der Grenzstellungen des Flachteils 14 dargestellt, welche z. B. der Of-

fenstellung des Hahns entspricht, und strichpunktiert die andere, der Schließstellung entsprechende Grenzstcllung, in welcher das Flachteil 14 nach einer Drehung um 90° nach 14a gekommen ist.

Der so ausgebildete Hahn 2 hat keinen massiven Teil aus einem anderen Werkstoff als Metall, da der einzige zur Abdichtung benutzte Kunststoff in einer sehr dünnen Schicht auf die Anlagefläche der Spindel 1 und gegebenenfalls auf die sphärischen Anlageflächen der Sitzringe 28 aufgebracht ist.

Da außerdem die Spindel 1 und das Hahngehäuse 21 entweder aus dem gleichen Metall oder aus Metallen mit etwa gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, können erhebliche Ausdehnungsänderungen unter der Wirkung von ebenfalls erheblichen Temperaturschwankungen (in dem einen oder dem anderen Sinn) auftreten, ohne die Abdichtung des Durchtritts der Spindel 1 durch das Hahngehäuse 21 zu beeinträchtigen. Ferner wird der Widerstand gegen die Betätigung des Kugelkükens 3 durch Temperaturschwankungen nicht wesentlich verändert, und es ist kein Festfressen zu befürchten. Ein derartig ausgeführter Hahn konnte sowohl bei einer Temperatur von etwa —250° C, wie sie beim Entspannen von flüssigem Stickstoff vorkommt, als auch bei +4U0° C mit Spitzen bis zu 600° C arbeiten.
Die sphärische Anlagefläche 13 und die ebenfalls

'> sphärische Ausnehmung S des Klemmflansches 4 ermöglicht eine selbsttätige Zentrierung der konischen Anlagefläche 15 an der Sitzfläche 19, ohne daß hierfür eine genaue parallele Lage zwischen dem Klemmflansch 4 und der Grundplatte 34 erforderlich ist.

ίο Die Ausführung der Fig. 4 betrifft eine besondere Ausbildung zur Feststellung der Leckage, welche durch die beschriebene Ausgestaltung der Spindel 1 ermöglicht wird. Die konische Anlagefläche 15 der Spindel 1 weist in ihrem mittleren Abschnitt eine

!5 kleine Nut 9 auf. Die Nut 9 liegt einem Kanal 29 gegenüber, welcher in dem Hahngehäuse 21 ausgebildet ist und ins Freie mündet. Unter diesen Bedingungen wird das gegebenenfalls zwischen der Anlagefläche 15 und ihrer Sitzfläche 19 durchtretende Strömungsmittel von der Nut 9 aufgefangen und dann durch den Kanal 29 abgeführt. Durch eine leichte Überwachung kann schnell eine Leckage an der Spindel festgestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Spindelabdichtung für einen Hahn mit im Hahngehäuse drehbar gelagertem Küken, einer mit dem Küken drehfest, jedoch relativ dazu axial verschieblich verbundenen Spindel, die eine Gehäuseöffnung durchsetzt und einen Spindelbund mit einer konischen Anlagefläche aufweist, mit einer im Hahngehäuse ausgebildeten, der konischen Anlagefläche des Spindelbundes angepaßten konischen Sitzfläche und mit einer Andrückvorrichtung, die den Spindelbund dichtend gegen seine Sitzfläche im Hahngehäuse preßt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) die konische Anlagefläche (15) Uegt s.n der dem Küken (3) zugewandten Seite des Spindelbundes (10),

   b) der Spindelbund (10) weist an der dem Küken (3) abgewandten Seite eine sphärische Anlagefläche (13) auf,

   die Andrückvorrichtung ist durch einen mittels Schraubenbolzen (6) mit dem Hahngehäuse (21) verbundenen Klemmflansch (4) gebildet, der eine die Spindel (1) aufnehmende Öffnung mit der sphärischen Anlagefläche (13) angepaßter und sich auf dieser Anlagefläche abstützender sphärischer Ausnehmung (5) hat, und
   die beiden Anlageflächen (13,15) des Spindelbundes (10) sind mit einer etwa 0,02 bis 0,1 mm dicken Schicht eines selbstschmierenden Dichtungsmaterials, wie Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluoräthylen, überzogen.

   c)