DE3545547A1 - Kugelhahn als absperr- und regelarmatur fuer gasfoermige und fluessige stoffstroeme, insbesondere mit abrasiven feststoffbeimischungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Kugelhahn als Absperr- und Regelarmatur für gasförmige und flüssige Stoffströme, insbesondere mit abrasiven Feststoffbeimischungen, - mit Rohran­ schlußelementen, Sitzringen, Ventilkugel mit Welle sowie Wellenfüh­ rungsgehäuse mit Wellendichtung, wobei die Ventilkugel und die Sitz­ ringe aus gesintertem keramischen Werkstoff bestehen und die Ventil­ kugel elastomerfrei dichtend in die Sitzringe eingepaßt ist, wobei die Sitzringe zwischen den Rohranschlußelementen eingespannt sind und wobei die an der Ventilkugel angeschlossene Welle durch die Wel­ lendichtung geführt ist.

Bei der bekannten Ausführung (Druckschrift der Fujikin International Inc.) sind die Sitzringe zugleich als Druckkörper ausgebildet. Das Wellenführungsgehäuse ist als Distanzelement ausgeführt, das zwi­ schen den Sitzringen eingespannt ist. Auf die Sitzringe wirkt stets in radialer Richtung der Betriebsdruck als Druckdifferenz. An ihrer, der Ventikugel abgewandten Stirnseite, weisen die Sitzringe Dich­ tungsflächen für die angrenzende Rohrleitung auf. Die Rohranschluß­ elemente sind als Losflansche ausgeführt und auf die Sitzringe auf­ geschoben. Sie liegen an einem Bund der Sitzringe an und sind gegeneinander durch ein klammerförmiges Bauelement verspannt. Zu­ sätzlich zu dem auf die Sitzringe wirkenden Betriebsdruck werden auf die keramischen Bauelemente auch Biegemomente sowie Zugbean­ spruchungen der angeschlossenen Rohrleitung übertragen. Die radiale Druckbeanspruchung mit gleichzeitiger Wirkung von Biegemomenten und Zugbeanspruchungen durch die angrenzende Rohrleitung führt häufig zu frühzeitigem Bruch der keramischen Bauteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Ku­ gelhahn so auszubilden, daß die Sitzringe aus keramischem Material kräftefrei angeordnet sind und auf die Sitzringe weder eine radiale Druckdifferenz durch den Betriebsdruck wirkt noch Biegemomente oder eine Zugbeanspruchung durch die angrenzende Rohrleitung auf die Sitzringe übertragen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Wellenfüh­ rungsgehäuse mit einem die Sitzringe an ihrem Umfang umschließen­ den Mantelelement ausgeführt ist, daß die Rohranschlußelemente einen Spannflansch mit einem der Durchgangsbohrung der Sitzringe entspre­ chenden Innendurchmesser aufweisen und daß das Mantelelement zwi­ schen den Spannflanschen der Rohranschlußelemente eingespannt ist, wobei zwischen der äußeren Stirnfläche der Sitzringe und der komple­ mentären Dichtungsfläche der Spannflansche eine Weichdichtung ange­ ordnet ist. - Erfindungsgemäß bilden die Rohranschlußelemente und das Wellenführungsgehäuse ein starres Gehäuse, in welches die Sitz­ ringe lose eingeschoben sind. Der radial wirkende Betriebsdruck so­ wie Biegemomente und axial wirkende Zugbeanspruchungen durch die angrenzende Rohrleitung werden durch das Gehäuse aufgenommen. Die zwischen den Sitzringen und den Spannflanschen angeordneten Weich­ dichtungen geben den Sitzringen eine geringe Beweglichkeit und er­ möglichen die Einstellung einer Vorspannung zwischen den Sitzringen und der Ventilkugel. Eine in funktioneller Hinsicht vorteilhafte Lö­ sung ergibt sich, wenn die Sitzringe mit einer Toleranz von 15-50 µm in das Mantelelement des Wellenführungsgehäuses eingesetzt sind.

Als vorteilhaft hat es sich fernerhin erwiesen, daß aus dem Mantel­ element und den Rohranschlußelementen gebildete Gehäuse abzudich­ ten und zwischen dem Mantelelement und den Spannflanschen Rund­ schnurdichtungen anzuordnen.

Die erreichten Vorteile sind in einer bedeutenden Verbesserung der Funktionssicherheit zu sehen. Der druckentlastete und biegemoment­ freie Einbau der sinterkeramischen Bauelemente führt dazu, daß die erfindungsgemäße Armatur zudem auch für erhöhte Betriebsdrücke in der Prozeßtechnik geeignet ist.

lm folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Gegen­ stand.

Der in der Figur dargestellte Kugelhahn ist als Abperr- und Regel­ armatur für gasförmige und flüssige Stoffströme, insbesondere mit abrasiven Feststoffbeimischungen geeignet. Zum grundsätzlichen Auf­ bau gehören Rohranschlußelemente 1, Sitzringe 2, Ventilkugel 3 mit Welle 4 sowie Wellenführungsgehäuse 5 mit Wellendichtung 6. Die Ven­ tilkugel 3 und die Sitzringe 2 bestehen aus einem gesinterten kera­ mischen Werkstoff. Die Ventilkugel 3 ist elastomerfrei dichtend in die Sitzringe 2 eingepaßt. Sie weist eine Ausnehmung 7 auf, in die die Welle formschlüssig eingesetzt ist. Die Welle 4 ist durch die Wellen­ dichtung 6 geführt, die als Stopfbuchsdichtung ausgebildet ist. Das die Wellendichtung 6 aufnehmende Wellenführungsgehäuse 5 ist mit einem die Sitzringe 2 an ihrem Umfang 8 umschließenden Mantelele­ ment 9 ausgebildet. ln dem Ausführungsbeispiel und nach bevorzug­ ter Ausführungsform sind die Sitzringe 2 in dem Mantelelement 9 mit einer Toleranz von 15-50 µm eingesetzt. Die Rohranschlußelemente 1 besitzen einen Innendurchmesser, welcher der Durchgangsbohrung d der Sitzringe 2 und der Ventilkugel 3 entspricht. An ihrer, dem Wellenführungsgehäuse 5 zugewandten Seite weisen sie einen Spann­ flansch 10 mit einer ringförmigen Ausnehmung 11 für das Mantelele­ ment 9 und einer der Stirnfläche 12 der Sitzringe komplementären Dichtungsfläche auf. Das Mantelelement 9 des Wellenführungsgehäuses 5 ist in die ringförmigen Ausnehmungen 11 der Spannflansche 10 ein­ gesetzt und zwischen den Spannflanschen 10 verspannt. Als Spannele­ mente dienen Zugschrauben 13. Zwischen dem Mantelelement 9 und den Spannflanschen 10 sind Rundschnurdichtungen 14 angeordnet. Die Rohranschlußelemente und das Wellenführungsgehäuse 5 sind mit den Zugschrauben 13 zu einem starren und nach außen hin dichten Ge­ häuse verschraubt, in welches die keramischen Bauteile druck- und biegemomentfrei eingesetzt sind. Zwischen der äußeren Stirnfläche 12 der keramischen Sitzringe und der komplementären Dichtungsfläche der Spannflansche 10 ist eine Weichdichtung 15 angeordnet. Diese Weichdichtung 15 gibt den Sitzringen 2 eine geringe Beweglichkeit. Durch die Elastizität dieser Weichdichtung 15 liegen die Sitzringe 2 unter Vorspannung an der Ventilkugel 3 an.

Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel ist ohne weiteres für Nennweiten von 25 bis 200 mm, Betriebsdrücken bis 100 bar und Temperaturen zwischen -30° und 180° C geeignet. Als Werkstoff für die Ventilkugel 3 und die Sitzringe 2 ist Sinterkorund Al₂O₃ einge­ setzt. Die Sitzleckrate ist kleiner als 0,01% des KV-Wertes, wobei der KV-Wert des Kugelhahns in 25 mm Nennweite KV=28 und eines Kugelhahns in 100 mm Nennweite KV=430 beträgt. Das Drehmoment zur Betätigung der Ventilkugel ist 20 Nm bei einem Kugelhahn in 25 mm Nennweite und 130 Nm bei einem Kugelhahn in 100 mm Nenn­ weite, jedoch bei einem Betriebsdruck von 10 bar.

Claims (3)

1. Kugelhahn als Absperr- und Regelarmatur für gasförmige und flüs­ sige Stoffströme, insbesondere mit abrasiven Feststoffbeimischungen, - mit Rohranschlußelementen, Sitzringen, Ventilkugel mit Welle sowie Wellenführungsgehäuse mit Wellendichtung, wobei die Ventilkugel und die Sitzringe aus gesintertem keramischen Werkstoff bestehen und die Ventilkugel elastomerfrei dichtend in die Sitzringe eingepaßt ist, wobei die Sitzringe zwischen den Rohran­ schlußelementen eingespannt sind und wobei die an der Ventilkugel angeschlossene Welle durch die Wellendichtung geführt ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Wellenfüh­ rungsgehäuse (5) mit einem die Sitzringe (2) an ihrem Umfang (8) umschließenden Mantelelement (9) ausgeführt ist, daß die Rohran­ schlußelemente (1) einen Spannflansch (10) mit einem der Durch­ gangsbohrung (d) der Sitzringe (2) entsprechenden lnnendurchmesser aufweisen und daß das Mantelelement (9) zwischen den Spannflan­ schen (10) der Rohranschlußelemente (1) eingespannt ist, wobei zwischen der äußeren Stirnfläche (12) der Sitzringe (2) und der komplementären Dichtungsfläche der Spannflansche (10) eine Weich­ dichtung (15) angeordnet ist.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzringe (2) mit einer Toleranz von 15-50 µm in das Mantelelement (9) des Wellenführungsgehäuses (5) eingesetzt sind.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantelelement (9) und den Spannflanschen ( 10) Rund­ schnurdichtungen (14) angeordnet sind.