DE3632858C2

DE3632858C2 -

Info

Publication number: DE3632858C2
Application number: DE3632858A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: METALPRAECIS BERCHEM and SCHABERG GESELLSCHAFT fur METALLFORMGEBUNG MBH 4650 GELSENKIRCHEN DE
Current assignee: METALPRAECIS BERCHEM + SCHABERG GESELLSCHAFT FUER
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1989-10-05
Also published as: JPH0557474B2; DE3632858A1; US4771803A; JPS63145878A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn, insbesondere für Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimischungen, - mit druckfestem Gehäuse, Ventilsitz aus sinterkeramischen Sitz ringen, zwischen den Sitzringen unter Vorspannung gehaltener sinterkeramischer Ventilkugel, durch eine Wellendichtung des Gehäuses geführter Betätigungswelle für die Ventilkugel, und beidseits an den Ventilsitz anschließenden Strömungskanälen mit sinterkeramischen Wandungen, wobei das Gehäuse einen Gehäusemantel sowie daran befestigbare Rohranschlußelemente aufweist.

Bei einem gattungsgemäßen Kugelhahn (EP-PS 00 29 732) sind nicht nur die Ventilkugel mit ihren Sitzringen, sondern auch das Gehäuse insgesamt, also auch der mehrteilige Gehäusemantel, aus Sinterkeramik aufgebaut. Damit sind zwar die mit abrasiven Stoffen in Verbindung kommenden Flächen dieses Kugelhahnes gegen Verschleiß hinreichend geschützt, nachteilig ist aber, daß bei der Konstruktion Rücksicht ge nommen werden muß auf die mechanischen Eigenschaften von Sinterkeramik. Deswegen besitzen die einzelnen Bauteile dieser bekannten Ausführung eine verhältnismäßig komplizierte Geometrie, die eine aufwendige Bearbeitung der einzelnen Bau teile erfordert.

Bei einem anderen Kugelhahn ohne sinterkeramische Materialien (US-PS 44 58 878)ist ein Gehäusemantel vorgesehen, der etwas länger ist als der Ventilsitz. Im übrigen sind für jede Funktion gesonderte Bauteile vorgesehen, die mit auf den Gehäusemantel aufgedrehten Überwurfmuttern gehalten werden. Es ist auch bekannt, lediglich die beidseits an einen Ventil sitz anschließenden Strömungskanäle mit einer Auskleidung zu versehen, z. B. einer Kunststoffauskleidung (DE-GM 78 26 192) oder eine Auskleidung aus elastischem Material (GB-PS 15 80 278) oder eine Auskleidung aus nicht korrosivem Material (US-PS 41 36 709). Diese Auskleidung ist direkt am Gehäusemantel gehalten oder als Beschichtung auf die Innen seite des Gehäusemantels aufgebracht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kugelhahn der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß seine Bauteile, insbesondere diejenigen aus Sinterkeramik, einfache geometri sche Formen aufweisen und dementsprechend auf einfache Weise bearbeitet sowie montiert werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gehäuse einen ein teilig ausgeführten Gehäusemantel aufweist, dessen Länge größer ist als die Außenlänge des Ventilsitzes, daß die Rohr anschlußelemente als Spannhülsen ausgebildet und stirnseitig in den Gehäusemantel eingesetzt sind, wobei die Spannhülsen eine Spannfläche für Sitzringe und eine Ringkammer zur Auf nahme von bündig an die Sitzringe anschließenden Verschleiß hülsen aufweisen, und wobei die Spannhülsen außerdem einen Außenbund aufweisen, der stirnseitig am Gehäusemantel mit Schrauben befestigt ist.

Bei diesem Kugelhahn kann der Einsatz sinterkeramischer Materialien auf die Ventilkugel, die Sitzringe und die Ver schleißhülsen beschränkt bleiben. Alle anderen Bauteile können je nach den zu erwartenden Beanspruchungen aus anderen geeigneten Materialien bestehen. Die Bearbeitung der sinter keramischen Bauteile ist einfacher als bei der gattungsgemäßen Ausführung, denn neben der sinterkeramischen Ventilkugel und den sinterkeramischen Sitzringen brauchen lediglich zylin drische Verschleißhülsen hergestellt zu werden. Auch die übrigen, nicht aus Sinterkeramik bestehenden Materialien des Kugelhahns können einfache Geometrie aufweisen, wie sich aus der Zeichnung ergibt. Insbesondere kann der Gehäusemantel im wesentlichen zylindrisch sein, so daß er bei metallischer Ausführung auch im Wege des Schmiedens hergestellt werden kann. Selbst die Rohranschlußelemente besitzen einfache Geo metrie, obgleich sie beim erfindungsgemäßen Kugelhahn eine Mehrfachfunktion erfüllen, denn sie dienen nicht nur zum Anschluß weiterführender Rohre, sondern spannen auch die Sitzringe gegen die Ventilkugel und halten außerdem die Ver schleißhülsen in Position. In weiterer Ausgestaltung der Er findung ist vorgesehen, daß die Spannhülsen jeweils einen Außenbund aufweisen, der in einer Ausnehmung an der Stirn seite des Gehäusemantels bündig eingesetzt und durch Senk schrauben am Gehäuseteil gehalten ist, wobei die Stirnflächen des Mantelgehäuses lediglich von einem Dichtbund der Spann hülsen überragt sind. Aus praktischen Gesichtspunkten ist es zweckmäßig, wenn der Kugelhahn symmetrisch ausgebildet ist und die eintritts- und austrittsseitigen Verschleißhülsen die gleiche Länge aufweisen. Der Verschleiß ist jedoch grundsätz lich hinter einer Drosselöffnung größer als vor der Drossel öffnung. Aus diesem Grunde kann es sinnvoll sein und ist nach bevorzugter Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß die Ventilkugel in Längsrichtung gesehen außermittig ange ordnet ist und die in Strömungsrichtung austrittsseitig an geordnete Verschleißhülse mit größerer Länge als die ein trittsseitige Verschleißhülse ausgebildet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, daß am Umfang der Ventilkugel ein Stützring aus verschleißfestem Material angeordnet ist, der am Gehäusemantel anliegt und eine Durchtrittsöffnung für die Betätigungswelle aufweist und der in Längsrichtung zwischen Anschlagflächen gehalten ist. Vorzugsweise ist auch der Stützring aus Sinterkeramik gefertigt. Die Anordnung eines sinterkeramischen Stützringes ist zweckmäßig, wenn der Ge häusemantel aus einem relativ weichen Material besteht. Auf grund der sehr glatten und verschleißfesten Kontaktfläche zwischen Ventilkugel und Stützring kann ein Anbacken der Ventilkugel verhindert werden und ist über lange Zeiträume hinweg eine leichtgängige Betätigung der Ventilkugel sicher gestellt. Außerdem können bei starker Drosselung strömungs bedingte Vibrationen auftreten, welche die Kontaktfläche am Umfang der Ventilkugel beanspruchen. Die Anschlagflächen, zwischen denen der Stützring fixiert ist, können durch Distanzhülsen gebildet werden, die zwischen den Rohranschluß elementen eingespannt sind. In der bevorzugten Ausführung ist jedoch vorgesehen, daß ein Rohranschlußelement eine An schlagfläche für den Stützring aufweist und daß der Stützring unter Zwischenschaltung einer Weichdichtung, sowie wahlweise unter Zwischenschaltung von Ringscheiben, zwischen einem Anschlagbund des Mantelgehäuses und der Anschlagfläche des Rohranschlußelementes gehalten ist. Der feste Anschlagbund des Mantelgehäuses erleichtert die Montage und Positionierung des Stützringes. Es versteht sich fernerhin, daß das Rohr anschlußelement zugleich auch als Spannhülse für den Sitzring und die Verschleißhülse ausgebildet sein kann. Das Rohran schlußelement weist dann eine erste Anschlagfläche für den Stützring, eine zweite Spannfläche für den Ventilsitz sowie eine Ringkammer zur Aufnahme einer Verschleißhülse auf.

Der Verschleißschutz durch Verschleißhülsen vor und hinter der Ventilkugel erlaubt es, das Mantelgehäuse wahlweise aus metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen auszubilden. Unter der Voraussetzung, daß metallische Werkstoffe einge setzt werden, ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin dung dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelgehäuse als dick wandiges, zylindrisches Hohlschmiedeteil ausgebildet ist, und daß die Wellendichtung für die Betätigungswelle in einer Ausnehmung des Mantelgehäuses angeordnet ist. Wenn es auf ein besonders geringes Gewicht ankommt, empfiehlt die Erfindung, daß das Mantelgehäuse als dickwandiger Hohlzylinder aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist, wobei die Wellen abdichtung in einer Ausnehmung des Mantelgehäuses angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Kugelhahn zeichnet sich durch eine sehr große Funktionssicherheit aus. Der Kugelhahn ist in sich druckdicht. Wenn aufgrund einer Drucküberlastung oder durch Temperaturschocks Keramikbrüche auftreten, legen sich die beschädigten keramischen Bauelemente an das druckfeste Ge häuse an und die Funktionsfähigkeit des Kugelhahns bleibt zunächst gesichert. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind ins besondere dann bedeutsam, wenn der Kugelhahn als Drosselarma tur in gasförmigen oder flüssigen Stoffräumen mit abrasiven Feststoffbeimischungen eingesetzt wird. Strömungswirbel werden im verschleißgeschützten Bereich des Kugelhahns abge baut. Dadurch ist abrasive Beanspruchung der angrenzenden Rohrleitung stark reduziert. Insbesondere dann, wenn das Rohrsystem keinen besonderen Verschleißschutz aufweist, em pfiehlt sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Kugelhahns als Drosselarmatur. Im übrigen ist die erfindungsgemäße Arma tur einfach aufgebaut und zeichnet sich durch gute Demontage und Montagemöglichkeit der keramischen Bauelemente aus. Die gute Demontagemöglichkeit ist in der Praxis bedeutsam, um z. B. durch Drucküberlastung oder durch Temperaturschocks gebrochene Keramikelemente schnell auszuwechseln. Ein Bedürf nis für die Demontage besteht aber auch, wenn der erfindungs gemäße Kugelhahn in Flüssigkeiten eingesetzt werden soll, die zum Auskristallisieren neigen. Bei Anlagenstillständen oder längeren Betriebsunterbrechungen ist eine Demontage und Reinigung der Kugelhähne erforderlich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich er läutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Gegen stand,

Fig. 2 eine Einzelteilzeichnung des Rohranschlußelementes gemäß der Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 4 den Gegenstand gemäß Fig. 3, jedoch in asymmetrischer Längenaufteilung.

Der in den Figuren dargestellte Kugelhahn ist insbesondere als Drosselarmatur für Stoffströme mit abrasiven Feststoff beimischungen geeignet. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein druckfestes Gehäuse 1, ein Ventilsitz 2 aus sinterkera mischen Sitzringen 3, eine sinterkeramische Ventilkugel 4 mit Betätigungswelle 5, die durch eine Wellendichtung 6 des Ge häuses 1 geführt ist. Das Gehäuse 1 besteht aus einem ein teilig ausgeführten Gehäusemantel 7 sowie Rohranschlußelemen ten, die unter Zwischenschaltung von Gehäusedichtungen 9 am Gehäusemantel 7 befestigt sind. Der Gehäusemantel 7 weist eine Länge L auf, die größer ist als die Außenlänge a des Ventilsitzes 2. Vorzugsweise ist die Länge L des Gehäuseman tels mindestens doppelt so groß wie die Außenlänge a des des Ventilsitzes. Zwischen den Rohranschlußelementen und dem Ventilsitz 2 sind Verschleißhülsen 10 eingespannt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Kugelhahns sind die Rohranschlußelemente als Spannhülsen 15 ausgebildet und stirnseitig in den Gehäuse mantel 7 eingesetzt. Aus einer vergleichenden Betrachtung mit Fig. 2 ergibt sich, daß die Spannhülsen 15 eine Spann fläche 16 für die Sitzringe 3 und eine Ringkammer 17 zur Auf nahme einer Verschleißhülse 10 aufweisen. Die Spannhülse 15 besitzt fernerhin einen Außenbund 18 mit einer auf einem Dichtbund 19 angeordneten Dichtfläche 20 für eine nicht dar gestellte Flanschdichtung zur angrenzenden Rohrleitung. Der Außenbund 18 der Spannhülse 15 ist in eine Ausnehmung der Stirnseite des Gehäusemantels 7 bündig eingesetzt und durch Senkschrauben 21 am Gehäusemantel 7 gehalten. Die Anordnung ist so getroffen, daß lediglich der Dichtbund 19 die Stirn fläche 22 des Gehäusemantels 7 überragt. Die Senkschrauben 21 dienen lediglich der Montage und müssen keine besonderen Kräfte übertragen. Zwischen der Spannfläche 16 und den Sitz ringen 3 einerseits sowie zwischen dem Außenbund 18 und der Verschleißhülse 10 andererseits sind Dichtungen angeordnet, die im Ausführungsbeispiel als Rundschnurdichtungen 23 a, 23 b ausgeführt sind. Sie wirken als statische Dichtelemente und zugleich als elastisch federndes Element auf die Sitzringe 3.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Kugelhahns, die durch einen am Umfang der Ventil kugel 4 angeordneten Stützring 24 aus verschleißfestem Material, insbesondere aus Sinterkeramik, gekennzeichnet ist. Der Stützring 24 liegt am Gehäusemantel 7 an und weist eine Durchtrittsöffnung 25 für die Betätigungswelle 5 auf. Er ist in axialer Richtung zwischen Anschlagflächen 26, 27 gehalten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Gehäusemantel 7 ein Anschlagbund 26 als Anschlagfläche vorgesehen. Ferner hin ist ein Rohranschlußelement 28, das im übrigen als Spann hülse für den Sitzring und die Verschleißhülse ausgebildet ist, mit einer Anschlagfläche 27 für den Stützring 24 ver sehen. An der Anschlagfläche 27 des Rohranschlußelementes 28 ist eine Dichtung 29, im Ausführungsbeispiel eine Rundschnür dichtung, angeordnet. Im übrigen sind Ringscheiben 30 vor gesehen, die sich bis in den Bereich der Sitzringe 3 er strecken und als zusätzliche Sicherungselemente für die Sitz ringe 3 wirken.

In den Fig. 1 bis 3 sind die in Strömungsrichtung eintritts seitig und austrittsseitig angeordneten Verschleißhülsen 10 gleicher Länge ausgeführt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilkugel 4 in Längsrich tung gesehen außermittig angeordnet ist und die in Strömungs richtung austrittsseitig angeordnete Verschleißhülse 10 a mit größerer Länge 1 _a als die eintrittsseitige Verschleißhülse 10 b mit der Länge 1 _b ausgebildet ist (Fig. 4). Die Länge der austrittsseitigen Verschleißhülse 10 a ist so gewählt, daß sie Strömungswirbel abbauen kann. Vorzugsweise beträgt die Länge 1 _a der austrittsseitigen Verschleißhülse 10 a das Drei fache der Durchgangsbohrung.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Gehäuse mantel 7 als dickwandiges zylindrisches Hohlschmiedeteil aus gebildet. Die Wellendichtung 6 für die Betätigungswelle 5 ist in einer Ausnehmung 31 des Gehäusemantels 7 angeordnet. Fernerhin weist der Gehäusemantel eine ebene Montagefläche 32 zum Anschluß von Betätigungsorganen und Stellmitteln auf.

Claims

1. Kugelhahn, insbesondere für Stoffströme mit abrasiven Fest stoffbeimischungen, - mit
druckfestem Gehäuse,
Ventilsitz aus sinterkeramischen Sitzringen,
zwischen den Sitzringen unter Vorspannung gehaltener sinterkeramischer Ventilkugel,
durch eine Wellendichtung des Gehäuses geführter Be tätigungswelle für die Ventilkugel,
und beidseits an den Ventilsitz anschließenden Strömungs kanälen mit sinterkeramischen Wandungen, wobei das Gehäuse einen Gehäusemantel sowie daran befestig bare Rohranschlußelemente aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse (1) einen einteilig ausge führten Gehäusemantel (7) aufweist, dessen Länge größer ist als die Außenlänge (a) des Ventilsitzes (2), daß die Rohran schlußelemente als Spannhülsen (15) ausgebildet und stirnseitig in den Gehäusemantel (7) eingesetzt sind, wobei die Spann hülsen (15) eine Spannfläche (16) für die Sitzringe (3) und eine Ringkammer (17) zur Aufnahme von bündig an die Sitzringe (3) anschließenden Verschleißhülsen (10) aufweisen, und wobei die Spannhülsen (15) außerdem einen Außenbund (18) aufweisen, der stirnseitig am Gehäusemantel (7) mit Schrauben befestigt ist.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Gehäusemantels (7) mindestens doppelt so groß ist wie die Außenlänge (a) des Ventilsitzes (2) .

3. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülsen (15) jeweils einen Außenbund (18) aufweisen, der in eine Ausnehmung an der Stirnseite des Gehäusemantels (7) bündig eingesetzt und durch Senkschrauben (21) am Gehäusemantel (7) gehalten ist, wobei die Stirnflächen (22) des Gehäusemantels (7) lediglich von einem Dichtbund (19) der Spannhülsen (15) überragt sind.

4. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ventilkugel (4) in Längsrichtung außermittig angeordnet ist und die in Strömungsrichtung austrittsseitig angeordnete Verschleißhülse (10 a) mit größerer Länge (1 _a) als die eintrittsseitige Verschleißhülse (10 b) ausgebildet ist.

5. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß am Umfang der Ventilkugel (4) ein Stützring (24) aus verschleißfestem Material angeordnet ist, der am Gehäuse mantel (7) anliegt und eine Durchtrittsöffnung (25) für die Betätigungswelle (5) aufweist, und daß der Stützring (24) zwischen Anschlagflächen (26, 27) in Längsrichtung gehalten ist.

6. Kugelhahn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohranschlußelement (28) eine Anschlagfläche (27) für den Stütz ring (24) aufweist, und daß der Stützring (24) unter Zwischen schaltung einer Dichtung (29) sowie wahlweise unter Zwischen schaltung von Ringscheiben (30), zwischen einem Anschlagbund (26) des Gehäusemantels (7) und der Anschlagfläche (27) des Rohranschlußelementes (28) gehalten ist.

7. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gehäusemantel (7) als dickwandiges zylindrisches Hohlschmiedeteil ausgebildet ist, und daß die Wellendichtung (6) für die Betätigungswelle (5) in einer Aus nehmung (31) des Gehäusemantels (7) angeordnet ist.

8. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gehäusemantel (7) als dickwandiger Hohl zylinder aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist, und daß die Wellendichtung (6) in einer Ausnehmung (31) des Gehäuse mantels (7) angeordnet ist.