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Die Erfindung betrifft einen Mehrwege-Kugelhahn zum Regeln und Regulieren von Strömungskreisen, bestehend aus einem Gehäuse mit mehreren in mindestens zwei zueinander axial versetzten Ebenen angeordneten radialen Anschlüssen für den Zulauf und Ablauf von fließfähigen Medien und einem in einem axialen Einbaukanal des Gehäuses angeordneten Kugelhahnkörper mit mindestens zwei Ventilkugeln, zum Verschließen und Öffnen der Anschlüsse, die über ein zumindest teilweise am Einbaukanal abgedichtet anliegendes Distanzstück drehfest verbunden sind, wobei eine Ventilkugel einen Mitnehmer aufweist, der aus einem vorzugsweise eine Anschlussgeometrie für ein Bedienelement oder einen Stellmotor aufweisenden, an den Einbaukanal axial anschließenden Anschlussstutzen des Gehäuses vorragt oder durch diesen zugänglich ist, und mittels dessen der Kugelhahnkörper in unterschiedliche Stellungen drehbar ist.
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Der Anschlussstutzen muss keine Anschlussgeometrie aufweisen, sondern kann auch in anderer Weise mit einem Bedienelement oder einem Stellmotor verbunden werden. Solche Mehrwege-Kugelhähne sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen z.B. dazu einen Verbraucher von einem Heizkreis auf einen Kühlkreis und umgekehrt umzuschalten.
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Die Mehrwegekugelhähne bestehen aus einem Gehäuse mit mehreren Anschlüssen, wobei je ein Anschluss für den Heizkreisvor- und -rücklauf und für den Kühlkreisvor- und -rücklauf vorgesehen ist und zwei weitere Anschlüsse, die mit dem Vor- und Rücklauf eines Verbrauchers verbunden sind. In einem Einbaukanal des Gehäuses ist ein Kugelhahnkörper mit zwei Ventilkugeln angeordnet, wobei jedem Strömungskreis eine Ventilkugel zugeordnet ist. Die Ventilkugeln sind drehfest über ein Distanzstück miteinander verbunden und ausgerichtet, sodass bei einer Drehung des Kugelhahnkörpers entweder der eine oder der andere Strömungskreis zum Verbraucher geöffnet ist.
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Die Montage der Ventilkugeln in den Einbaukanal wird im Stand der Technik unterschiedlich gelöst.
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Beispielsweise werden zwei Dreiwegekugelhähne aneinandergereiht, wobei zunächst eine Ventilkugel in jeweils ein Gehäuse eines Dreiwegekugelhahns eingesetzt wird. Anschließend werden die Dreiwegekugelhähne aneinandergereiht und die Ventilkugeln über ein Distanzstück miteinander verbunden, sodass durch Betätigung eines Stellelementes beide Ventilkugeln verstellbar sind.
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Diese Bauform erfordert viele Einzelteile und ist sehr aufwändig. Nachteilig ist auch die große Baugröße. Eine weitere Lösung ist aus der
DE 43 35 723 A1 bekannt, bei der ein Kugelhahnkörper, der aus zwei über ein Distanzstück verbundene Ventilkugeln besteht, in ein gemeinsames Gehäuse eingesetzt wird. Dies erfolgt über einen Einbaustutzen im Gehäuse, wobei in der Montagelage beide Ventilkugeln in einem Einbaukanal des Gehäuses sitzen und ein mit einer Ventilkugel verbundener Mitnehmer durch den Einbaustutzen geführt ist und aus diesem vorragt. An dem vorragenden Ende ist ein Betätigungselement angebracht, mit dem die Verstellung der Ventilkugeln erfolgt. Um das Austreten des durchströmenden Mediums zu verhindern, muss der Bereich, in dem der Mitnehmer durch den Einbaustutzen geführt ist, abgedichtet werden. Dieser Bereich wird beim Verstellen stark dynamisch beansprucht. Dabei ist nachteilig, dass der Durchmesser des Einbaustutzens dem maximalen Durchmesser der Ventilkugeln entsprechen muss, damit diese in den Einbaukanal eingeführt werden können. Durch die hohe dynamische Beanspruchung und den großen Durchmesser besteht eine entsprechend hohe Leckagegefahr. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch die hohen Reibwiderstände, die sich durch die große Dichtfläche ergeben, woraus hohe Bedienkräfte resultieren.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Mehrwege-Kugelhahn zu schaffen, der eine geringe Baugröße aufweist und zugleich eine einfache Montage der Ventilkugeln ermöglicht, wobei eine sichere Abdichtung des Mitnehmers und der einzelnen Strömungskreise bei gleichzeitig minimierten Reibwiderständen erfolgen soll und bei geringen Bedienkräften eine Verdrehung ermöglicht sein soll.
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Zudem soll eine Bereicherung der Produktvielfalt erfolgen, also alternative konstruktive Lösungen zur Verfügung gestellt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse an einem dem Anschlussstutzen gegenüberliegenden Endbereich einen Montagestutzen aufweist, dessen Innendurchmesser ebenso wie der Durchmesser des daran anschließenden Einbaukanals an den Durchmesser der Ventilkugeln angepasst ist, der durch einen Verschlusskörper verschließbar ist und durch den der Kugelhahnkörper in das Gehäuse einführbar ist, und dass der Anschlussstutzen eine Durchlassöffnung für den Mitnehmer aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Einbaukanals ist und dem Durchmesser des Mitnehmers im Durchgriffsbereich angepasst ist.
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Durch den Montagestutzen kann der Kugelhahnkörper mit samt den Ventilkugeln in den daran anschließenden Einbaukanal eingeschoben werden. Der Mitnehmer wird abgedichtet durch die Durchlassöffnung im Anschlussstutzen gesteckt, wobei der Durchmesser der Durchlassöffnung an den Durchmesser des Mitnehmers angepasst und entsprechend klein ist. Anschließend wird der Montagestutzen mit dem Verschlusskörper geschlossen. Da der Durchmesser der Durchlassöffnung gering ist, können zur Abdichtung zwischen dem Mitnehmer und dem Anschlusskanal besonders durchmesserkleine Dichtungen verwendet werden, sodass beim Verdrehen des Mitnehmers geringe Reibkräfte zwischen den Dichtungen und dem Mitnehmer wirken. Auch die dynamische Belastung bei Betätigung des Mitnehmers ist in diesem Bereich dadurch stark reduziert.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine zylindrische Form mit einem zylindrischen Einbaustutzen aufweist, an dessen erstem Ende der Anschlussstutzen und an dessen zweitem Ende der Montagestutzen angeordnet ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Kugelhahnkörper eine Spindel ist, an der zwei oder mehrere Ventilkugeln jeweils durch ein Distanzstück voneinander getrennt angeordnet sind, die den zylindrischen Einbaukanal des Gehäuses axial durchgreift.
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Durch die zylindrische Form kann die Spindel mit den Ventilkugeln auf einfache Weise durch den Montagestutzen in den Einbaukanal des Gehäuses eingeführt werden. Diese Form ermöglicht auch eine geringe Baugröße.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Spindel einen geringeren Durchmesser aufweist als die Ventilkugeln.
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Dadurch liegt die Spindel nicht mit ihrer gesamten Mantelfläche an dem Einbaukanal an, und es ergibt sich der Vorteil, dass die Reibung zwischen Spindel und Einbaukanal beim Drehen der Spindel sehr gering ist, weil nur Teilbereiche der Spindel an der Innenmantelfläche des Einbaukanals bzw. des Anschlussstutzens gedichtet anliegen.
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Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Mitnehmer einen geringeren Durchmesser aufweist als die Spindel.
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Durch den geringen Durchmesser des Mitnehmers ist auch der Durchmesser der an diesen angepassten Durchlassöffnung gering und es ergibt sich der Vorteil, dass besonders durchmesserkleine Dichtungen zur Abdichtung zwischen dem Mitnehmer und dem Anschlusskanal verwendet werden können. Dadurch wirken beim Verdrehen des Mitnehmers nur geringe Reibkräfte zwischen den Dichtungen und dem Mitnehmer. Dadurch ist auch die dynamische Belastung bei leichter Betätigung des Mitnehmers in diesem Bereich gering.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Mitnehmer durch einen ersten Endbereich des Kugelhahnkörpers, insbesondere der Spindel, gebildet ist und den Anschlussstutzen axial durchgreift, wobei zwischen dem Mitnehmer und einer Innenmantelfläche des Anschlussstutzens mindestens eine Dichtungsanordnung vorgesehen ist.
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Dadurch, dass der Endbereich des Kugelhahnkörpers als Mitnehmer verwendet wird, ist eine kostengünstige und einfache Fertigung möglich. Zudem werden durch das Zusammenfassen mehrerer Bauteile die Einzelteile und die Baugröße reduziert. Durch den Anschlussstutzen ist der Mitnehmer an seinem ersten Endbereich zumindest radial gehalten und gut zugänglich, um den Mitnehmer beispielsweise mit einem Bedienelement oder einem Stellmotor zu verbinden. Die Dichtungsanordnung verhindert den Austritt des durchströmenden Mediums, welches den Mehrwege-Kugelhahn durchströmt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Verschlusskörper eine Hutmutter mit Außengewindebereich oder eine Tellerschraube ist, die in den Montagestutzen einschraubbar ist, und dass zwischen dem Verschlusskörper und dem Gehäuse eine Dichtung vorgesehen ist.
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Solche Verschlusskörper können bei defekten Dichtungen oder Bauteilen in dem Mehrwege-Kugelhahn demontiert werden und ermöglichen einen Austausch der Dichtungen bzw. der Bauteile.
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Die Dichtung verhindert den Austritt von den Mehrwege-Kugelhahn durchströmenden Medien.
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Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verschlusskörper ein Drehlager für einen zweiten Endbereich des Kugelhahnkörpers, insbesondere der Spindel, bildet oder aufweist.
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Dadurch ist der Kugelhahnkörper auch an seinem zweiten Endbereich in radialer und axialer Richtung sicher gelagert. Bei der Verstellung des Kugelhahnkörpers kann dieser nicht in dem Gehäuse verkanten und bleibt frei beweglich.
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Auch ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kugelhahnkörper, insbesondere die Spindel, im Bereich des Distanzstückes eine umlaufende Dichtung aufweist, die innenseitig an der Wandung des Einbaukanals anliegt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Kugelhahnkörper, insbesondere die Spindel, im Bereich des Distanzstückes einen schlanken Kragen, mit einer radial außen umlaufenden Nut aufweist und dass eine Dichtung in der Nut gehalten ist.
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Um die Strömungskreise zu trennen, ist der Einbaukanal zwischen den Ventilkugeln unterteilt. Dazu weist das Distanzstück einen den Einbaukanal unterteilenden Kragen mit einer radial umlaufenden Nut und einer in der Nut gehaltenen Dichtung auf. Durch die Dichtung wird sichergestellt, dass sich das durchströmende Medium nicht vermischt.
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Die Dichtung ist durch die Schenkel der Nut gehalten, sodass sie beim Montieren oder beim Drehen des Kugelhahnkörpers nicht verrutschen kann. Durch die schlanke Form des Kragens und der daran gehaltenen Dichtung, wird beim Verdrehen des Kugelhahnkörpers nur ein geringer Reibwiderstand erzeugt, was sich vorteilhaft auch auf die Bedienung des Kugelhahns auswirkt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ventilkugeln abgeflachte Ober- und Unterseiten aufweisen.
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Hierdurch wird eine geringe Baulänge des Gehäuses ermöglicht sowie eine Materialeinsparung.
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Auch ist vorzugsweise vorgesehen, dass in die Anschlüsse Einlassstutzen bzw. Auslassstutzen dicht eingesetzt sind, die an ihren dem Einbaukanal zugewandten Enden Dichtungen halten, die an den Ventilkugeln umfangsseitig anliegen.
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Die Einlass- bzw. Auslassstutzen sind zur Anbringung von Zu- und Ableitungen vorgesehen, wobei in den Einlass- bzw. Auslassstutzen mit den Ventilkugeln zusammenwirkende Dichtungen integriert sind, die Leckagen zwischen den Stutzen und den Ventilkugeln verhindern. Durch die an den Stutzen montierten Dichtungen ist eine einfache Montage und ein einfacher Austausch der Dichtungen möglich.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrwege-Kugelhahns ist in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt:
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1 den Mehrwege-Kugelhahn im Querschnitt;
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2 den Kugelhahnkörper in Ansicht.
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1 zeigt einen Mehrwege-Kugelhahn 1 zum Regeln und Regulieren von Strömungskreisen, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse 2 mit einem axial in dem Gehäuse 2 angeordneten Einbaukanal 4 und mit dazu radial angeordneten Anschlüssen 3 für den Einlass und den Auslass von fließfähigen Medien. Ein sich gegenüberliegendes Paar von Anschlüssen 3 ist für den Heizkreisvor- und -rücklauf und ein dazu in axialer Ebene versetztes, sich gegenüberliegendes Paar von Anschlüssen 3 ist für den Kühlkreisvor- und -rücklauf vorgesehen. Zwei weitere um 90° versetzte Anschlüsse, die in den Figuren nicht zu sehen sind, führen zu dem Vor- und Rücklauf eines Verbrauchers.
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An einem ersten Endbereich des Gehäuses 2 ist ein zu dem zylindrischen Einbaukanal 4 axial ausgerichteter Anschlussstutzen 11 vorgesehen, der z.B. eine Anschlussgeometrie 10 für einen Stellantrieb oder ein Bedienelement aufweist, mit dem der Kugelhahnkörper 5 koppelbar und in dem Gehäuse 2 verdrehbar ist. An einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich des Gehäuses 2 ist ein ebenfalls zu dem zylindrischen Einbaukanal 4 axial ausgerichteter Montagestutzen 12 angeordnet durch den der komplette Kugelhahnkörper 5 bei der Montage in das Gehäuse 2 eingesetzt wird. Durch diese axiale Ausrichtung der Bauteile kann der Kugelhahnkörper 5 in einfacher Weise in den Einbaukanal 4 eingeschoben werden.
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Der Kugelhahnkörper 5 ist eine den Einbaukanal 4 axial durchgreifende Spindel, die zwei durch ein Distanzstück 8 voneinander beabstandete, verdrehfest an der Spindel angeordnete Ventilkugeln 6, 7 aufweist. Die Ventilkugeln 6, 7 sind an den dem Anschlussstutzen 11 zugewandten Oberseiten und an den dem Montagestutzen 12 zugewandten Unterseiten abgeflacht. Der Kugelhahnkörper 5 ist in 2 dargestellt.
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In der Montagelage sind beide Ventilkugeln 6, 7 in dem Einbaukanal 4 angeordnet, wobei je eine Ventilkugel 6, 7 zwischen einem Paar von Anschlüssen 3 liegt. In die Anschlüsse 3 sind Einlass- bzw. Auslassstutzen 22 zur Anbringung von Zu- und Ableitungen vorgesehen, die Dichtungen 23 halten, wobei die Dichtungen 23 an den Ventilkugeln 6, 7 umfangsseitig anliegen und ein Austreten des an dem Anschluss 3 bzw. der geschlossenen Kugelfläche anstehenden oder den Anschluss 3 bzw. die Ventilkugel 6, 7 durchströmenden Mediums verhindern. Die Ventilkugeln 6, 7 haben L-förmige Durchgangskanäle und sind gemeinsam mit dem Kugelhahnkörper 5 verdrehbar, wobei eine Ventilkugel 6 oder 7 je nach Verstellgrad einen in den Ventilkugeln 6, 7 angeordneten L-förmigen Strömungskanal 24 mit einem Anschluss 3 verbindet in der 1 links, sodass das Medium durch den Strömungskanal 24 hindurchströmt und mit ihrer geschlossenen Kugelfläche an einem Anschluss 3 in der 1 rechts anliegt, sodass der Anschluss 3 verschlossen ist. Dadurch kann zwischen dem Kühl- und dem Heizkreis umgeschaltet werden. Die Ventilkugel 6 weist zwei Endanschläge 25 auf, die die Drehbewegung beim Umstellen des Kugelhahnkörpers 5 begrenzen. Alternativ können die Anschläge auch an der Gehäuseseite angebracht sein, die dem Stellantrieb oder dem Bedienelement zugewandt sind, wobei entsprechende Gegenanschläge in dem Stellantrieb oder dem Bedienelement angeordnet sind.
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Um den Reibwiderstand beim Verstellen des Kugelhahnkörpers 5 zu verringern, weist die Spindel einen gegenüber den Ventilkugeln 6, 7 geringeren Durchmesser auf, sodass die Spindel nur teilweise an dem Einbaukanal 4 anliegt.
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Der Einbaukanal 4 ist zwischen den Ventilkugeln 6, 7 in zwei Kammern unterteilt, um die Strömungskreise voneinander zu trennen. Zur Trennung des Einbaukanals 4 ist an dem Distanzstück 8 ein Kragen 19 mit einer radial umlaufenden Nut 20 angeordnet, in der eine Dichtung 18 zum dichten Trennen der Kammern vorgesehen ist.
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Die Dichtung 18 ist von den Schenkeln der Nut 19 gehalten, sodass sie beim Einschieben oder Herausziehen des Kugelhahnkörpers 5 in den oder aus dem Einbaukanal 4 und beim Verdrehen des Kugelhahnkörpers 5 nicht verrutscht. Durch die schlanke Form des Kragens 19 und der daran gehaltenen Dichtung 18 wirkt beim Verdrehen des Kugelhahnkörpers 5 nur ein geringer Reibwiderstand, was sich vorteilhaft auf die Bedienung des Mehrwege-Kugelhahns 1 auswirkt.
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Um die Ventilkugeln 6, 7 verdrehen zu können weist die Ventilkugel 6 einen Mitnehmer 9 auf, der aus dem Anschlussstutzen 11 des Gehäuses 2 vorragt und durch einen Stellmotor oder ein Bedienelement betätigbar ist. Der Mitnehmer 9 durchgreift den Anschlussstutzen 11 axial, wobei der Mitnehmer 9 im Bereich einer Durchlassöffnung 14 zwei Nuten 26 aufweist, in denen eine Dichtungsanordnung 15 vorgesehen ist, sodass der Bereich zwischen dem Mitnehmer 9 und der Innenmantelfläche des Anschlussstutzens 11 abgedichtet und ein Austritt des durchströmenden Mediums verhindert ist. Durch den Anschlussstutzen 11 ist der Mitnehmer 9 an seinem ersten Endbereich zumindest radial gehalten. Dadurch, dass der erste Endbereich des Kugelhahnkörpers 5 als Mitnehmer 9 verwendet wird, ist eine kostengünstige und einfache Fertigung möglich. Zudem werden durch das Zusammenfassen der Bauteile die Einzelteile reduziert.
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Gleichzeitig ist dadurch eine starre Verbindung zwischen dem Mitnehmer 9, den Ventilkugeln 6, 7 und dem Distanzstück 8 erreicht, sodass die Ausrichtung der Ventilkugeln 6, 7 zueinander und zu dem Mitnehmer 9 unveränderbar ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei der Verdrehung des Kugelhahnkörpers 5 keine Fehlstellung der Ventilkugeln 6, 7 erfolgen kann.
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Bei der Montage ist der Montagestutzen 12 geöffnet und der Kugelhahnkörper 5 kann durch den Montagestutzen 12 in den daran anschließenden Einbaukanal 4 eingeschoben werden, wobei der Mitnehmer 9 durch die Durchlassöffnung 14 in dem Anschlussstutzen 11 hindurchgesteckt wird. Der Innendurchmesser des Montagestutzens 12 und des daran anschließenden Einbaukanals 4 ist an den Durchmesser der Ventilkugeln 6, 7 angepasst, damit diese in einfacher Weise durch den Montagestutzen 12 in den Einbaukanal 4 eingeschoben werden können.
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Die Durchlassöffnung 14 weist einen gegenüber dem Innendurchmesser des Montagestutzens 12 kleineren Durchmesser auf und ist an den Durchmesser des Mitnehmers 9 angepasst, damit der Mitnehmer 9 bei der Montage durch die Durchlassöffnung hindurch gesteckt werden kann. Da der Durchmesser der Durchlassöffnung 12 so gering ist, können besonders kleine Dichtanordnungen 15 verwendet werden, sodass beim Verdrehen des Mitnehmers 9 nur geringe Reibkräfte zwischen der Dichtanordnung 15 und dem Mitnehmer 9 wirken und das Verdrehen erleichtert ist. Auch die dynamische Belastung der Dichtungen in diesem Bereich ist bei Betätigung des Mitnehmers 9 dadurch stark reduziert.
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In der Montagelage ist der Montagestutzen 12 mit einem Verschlusskörper 13 verschlossen, wobei der Verschlusskörper 13 eine Tellerschraube ist, die beispielsweise bei defekten Dichtungen oder Bauteilen in dem Mehrwege-Kugelhahn 1 abgeschraubt werden kann, sodass ein Austausch defekter Dichtungen oder Bauteile möglich ist. Zwischen dem Verschlusskörper 13 und dem Montagestutzen 12 ist eine Dichtung 16 vorgesehen, die verhindert, dass das durchströmende Medium aus dem Mehrwege-Kugelhahn 1 austritt.
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Der Verschlusskörper 13 bildet gleichzeitig ein Drehlager 17 in dem der zweite Endbereich des Kugelhahnkörpers 5 gelagert ist, sodass der Kugelhahnkörper 5 lagesicher in dem Gehäuse 2 gehalten ist und bei der Drehbewegung nicht verkantet.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
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Alle neuen in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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