BALL VALVE

Abstract: 1. Ball valve having a housing, comprising a tubular end section (1', 31") and a central section (1, 31) which is broader than the end section and is connected to the end section by way of a conical intermediate section (12, 31') which has a cone angle of at least 30 , and having a ball (6) which is mounted in the central section, is rotatable from outside by means of an operating bolt (4) and is sealed by means of at least one sealing ring (10) arranged in a support component (11, 32, 42) which is supported against the housing, characterised in that (a) the entire housing (1, 12, 1'; 31, 31', 31") with end sections adjoining either side of the central section by way of conical intermediate sections is constructed in one piece without welding ; (b) the ball (6) is accommodated between two sealing rings (10) each of which is arranged in a support component (11, 32, 42), and (c) the support components are supported against the conical intermediate sections (12, 31') in such a manner that they are sealed.

Description: "Kugelhahn. " Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit einem einstückigen, rohrförmigen Gehäuse und einer im erweiterten Gehäusemittelabschnitt angeordneten, über einen Bewegungsbolzen von aussen drehbaren, zwischen Dichtungsringen gelagerten Kugel, wobei die Dichtungsringe in am Gehäuse abgestützten Stützteilen angeordnet sind. Bekannte Kugelhähne dieser Art sind Schweisskonstruktionen, bei welchen die Stützteile für die Dichtungsringe fest mit dem Gehäuse verbunden sind. Diese Schweisskonstruktionen weisen vor allem den Nachteil auf, dass sie schweisstechnisch schwierige, insbesondere um den Rohrumfang laufende Nähte aufweisen, was zur Forderung der Kunden führt, diese Nähte einem recht aufwendigen Prüfverfahren zu unterziehen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kugelhähne mit einstückigem Gehäuse zu schaffen, die ohne oder mit schweisstechnisch einfachen Schweissnähten ausgebildet sein können. Bei der Herstellung des Gehäuses mit erweitertem Mittelabschnitt wird von einem Rohr mit den Dimensionen des Mittelabschnittes ausgegangen, dessen Endabschnitte dann im Durchmesser verkleinert werden. Da die Formgebung an der Aussenwand des Rohres erfolgt, sind an der Innenwand, abgesehen von den Wanddicken änderungen durch die Verformung, vor allem die Rohrdickentoleranzen für die Abmessungen des Gehäuseinnenraumes massgebend. Da diese Wanddickentoleranzen relativ gross sind, hat man bisher vor Verformung des Gehäuserohres die beiden Stützteile - samt Dichtungsringen und dazwischen gelagerter Kugel mittels einer Vorrichtung zusammengespannt in das Rohr eingeführt und nach Verformung der Rohrenden mit der Gehäuseinnenwand verschweisst. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass man die Stützteile ohne Verschweissung an der Rohrinnenwand abstützen konnte, wenn diese an der Abstütz stelle eine Neigung aufweist, welche die Aus- wirkung der Dickentoleranz auf den Axialabstand der beiden Abstützstellen in Grenzen hält. Die Aufgabe wird daher dadurch gelöst, ass im wesentlichen zylindrische Gehäuseendaoschnite über konische Zwischenabschnitte mit einem Konuswinkel von mindestens 300 in den Gehäusemittelabschnit über gehen, wobei die Stützteile abgedichtet an den konischen Zwischenabschnitten anliegen. Da die Neigung dieser konischen Zwischenabschnitte relativ gross ist, kann der Axialabstand der Innenflächen der beiden gegenüberliegenden Zwischenabschnitte bei Verformung eng tolerierter Rohre von aussen in solchen Grenzen gehalten werden, dass die Pressung zwischen Kugel und Dichtungsringen nur in zulässigen Grenzen schwankt. Da es aus wirtschaftlichen Gründen oftmals erforderlich ist, Rohre mit grossen Wanddickentoleranzen zu verwenden, kann es zur Erzielung der richtigen Pressung zwischen Dichtungsringen und Kugel vorteilhaft sein, in den das Stützteil enthaltenden Kraftfluss, welcher die Kugel am konischen Zwischenabschnitt stützt, einen vorzugsweise vor allem plastisch verformabren Toleranzaufnehmer einzuschalten, der leichter verformbar als der Dichtungsring, aber unter betriebsmässiger Belastung durch die Kugel praktisch unverformbar ist. Dieser Toleranzaufnehmer ist dann je nach Wanddicke bei der Aussenverformung der Gehäuseendabschnitte mehr oder weniger stark axial verformt, unter der betriebsmässigen Belastung durch die Kugel wirkt er jedoch als praktisch starrer Körper. Es sei erwähnt, dass elastische Unterstützungen von Dichtelementen für Kugelhähne allgemein bekannt sind, doch sind diese ihrer Federcharakteristik nach nur geeignet, den Verschleiss des Dichtungsmaterials oder durch Verformung des Gehäuses bedingte Verspannungen auszugleichen; grössere Abstände können aber nicht überbrückt werden, weil dann die elastische Unterstützung zu schwach ist, die betriebsmässige Belastung der Kugel ohne unzulässige Axialverschiebung aufzunehmen. Durch geeignete Ausbildung kann der Stützteil selbst in einem Abschnitt als verformbarer Toleranzaufnehmer ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, den Toleranzaufnehmer als gesonderten Teil in den Kraftfluss zwischen Kugel und konischem Gehäusezwischenabschnitt einzuschalten, vorteilhaft als axiale Unterstützung des mit dem im Umfang am Stützteil abgedichteten Dichtungsringes. Diese axiale Unterstützung kann ein Ring aus Kunststoff sein, dessen Verformbarkeit grösser als jene des Materials für den Dichtungsring ist. Dabei ist aber zu beachten, dass eine völlige Kammerung des Kunststoffringes seine Verformung völlig behindern kann. Die Erfindung wird nun anhand der in den beigefügten Fig. 1 und 2, die zwei Kugelhähne nach der Erfindung im Axialschnitt zeigen, näher erläutert. Der in Fig. 1 dargestellte Kugelhahn weist ein aus Rohr hergestelltes Gehäuse 1 auf. In einem mit diesem verschweissten Rohrstück 2 ist ein über O-Ringe 3 nach aussen abgedichteter Bewegungsbolzen 4 gelagert, der an seinem Aussenende einen Handgriff 5 trägt und mit seinem im Gehäuse liegenden Ende in die das Schaltglied bildende Kugel 6 eingreift, so dass diese durch den Handgriff 5 verdreht werden kann, wobei ein Anschlag 7 die Drehbewegung auf 900 begrenzt. Die Kugel 6 ist zwischen Dichtungsringen 10 drehbar gelagert, die über aus Blech geformten Stützteilen 11 mit dem Innenumfang des Gehäuserohres 1 in Verbindung stehen. Diese Stützteile 11 bestehen aus zwei benachbart angeordneten scheibenförmigen Blechformteilen 11', 11". Am Innenrand sind diese so ausgebildet, dass sie gemeinsam die Aufnahme für den Dichtungsring 10 bilden; am Aussenrand weisen sie zylindrische, am Rohrgehäuse 1 anliegende Randabschnitte auf, die voneinander weg weisen. Diese Randabschnitte stützen sich in axialer Richtung an nach innen weisenden Verformungen des Rohrgehäuses 1 ab. Der dargestellte Kugelhahn weist eingezogene zylindrische Gehäuseendabschnitte 1' auf, die im Vergleich zum Mittelstück des Gehäuses 1, das den ursprünglichen Rohrdurchmesser hat, einen kleineren Durchmesser aufweisen, was durch nachträgliche plastische Verformung des zylindrischen Rohres erzielt wurde. Die konischen Zwischenabschnitte 12 zwischen dem Gehäuseendabschnitt 1' dienen als Abstützung der nach aussen weisenden Randabschnitt der äusseren scheibenförmigen Blechformteile 11", wogegen die zur Hahnmitte gerichteten Randabschnitte der inneren scheibenförmigen Blechformteile 11" sich an in Umfangsrichtung verlaufenden Einsickungen 13 abstützen. Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die Randabschnitte eine geringe Konizität aufweisen, so dass sie mit Vorspannung am Innenumfang des Gehäuses 1 anliegen. Im Bereich der Über- gänge zwischen den konischen Abschnitten der Blechformteile 11', i1 zu den Randabschnitten ist ein O-Ring 14 angeordnet, der auch am Innenumfang des Rohrgehäuses 1 anliegt, so dass die beiden Blechformtele 11', 11" und das Gehäuse 1 gegeneinander abgedichtet sind. Die beiden den Stützteil 11 zur Aufnahme der Dichtungsringe 10 bildenden scheibenförmigen Blechformteile 11', 11" können durch Punktschweissung zu einem Stück verbunden werden, wobei der O-Ring 14 über die Randabschnitte vorsteht und daher beim Einführen in das Rohrgehäuse 1 am Innenumfang des Gehäuses 1 schleift; es ist aber auch möglich, die beiden scheibenförmigen Blechformteile 11', 11" getrennt in den Kugelhahn einzusetzen, so dass der 0 Ring 14, ohne sich besonders am Gehäuse 1 zu reiben, eingeführt werden kann. Zur Herstellung des Kugelhahns kann entweder zuerst an einer Seite der zylindrische Gehäuseendabschnitt 1' hergestellt werden, dann aufeinanderfolgend ein Stützteil 1T, die Kugel 6 und der andere Stützteil 1.1 eingeführt und in ihrer richtigen Stellung im Gehäuse 1 fixiert werden, worauf dann die anderen Verformungen des Rohrgehäuses 1 vorgenommen werden. Es ist aber auch möglich, in das unverformte Rohr die Innenteile 10, 11, 6 einzusetzen und dann erst sämtliche Verformungen des Rohres gleichzeitig durchzuführen. Ein Konuswinkel O4 von 500 gewährleistet dabei, dass der Axialabstand zwischen den Innenflächen der Zwischenabschnitte 12 infolge der Rohrtoleranzen nicht unzulässig variiert. Bei der Fixierung der Innenteile 10, 11, 6 des Kugelhahnes an der richtigen Gehäusestelle kann vor der Gehäuseverformung auch durch eine Spannvorrichtung dafür gesorgt werden, dass die Stützteile 11 an ihrem Aussenumfang so weit gegeneinander bewegt werden, dass sich die Blechformteile 11', 11" im konisch verlaufenden Abschnitt verformen und mit Vorspannung an den Dichtungsringen 10 anliegen. Eine solche elastische Verspannung ist vor allem bei gröBeren Betriebsdrücken erforderlich, damit auch nach einigem Verschleiss der Dichtungsringe 10 die Pressung der Kugel 6 noch ausreicht. Die dargestellte Bauweise ermöglicht bei einem Kugelhahn mit einstückigem rohrförmigen Gehäuse 1 eine schweisstechnisch einfache Bauweise, die eine sichere Funktion gewährleistet. Der aus Fig. 2 entnehmbare Kugelhahn weist ein aus einem Rohr hergestelltes Gehäuse 31 auf, bei dem auch die Führung für den Bewegungsbolzen 4 vom Rohr selbst ausgeformt ist.Das Gehäuse 31 weist somit keine Schweissnaht auf. Die durch Formgebung an der Aussenwand des Rohres gebildeten konischen Zwischenabschnitte 31', die dann in die zylindrischen Gehäuseendabschnitte 31" übergehen, weisen einen Konuswinkel von 60 auf. Bei Verwendung eines Rohres mit normalen Rohrtoleranzen kann bei einem Kugeldurchlass von 40 mm der Axialabstand zwischen den Innenwänden der konischen Zwischenabschnitte 31' etwa 1,5 mm variieren und der steile Konuswinkel reicht in einem solchen Fall ohne Vorsehung zusätzlicher Massnahmen nicht aus, die Pressung zwischen Kugel 6 und Dichtungsringen 10 in zulässigen Grenzen zu halten. In der linken Hälfte von Fig. 2 sind gedrehte Stützteile 32 dargestellt, die sich mit einer konischen Fläche an der Innenwand des Zwischenabschnittes 31' abstützen, wobei ein O-Ring 33 zur Abdichtung vorgesehen ist. Am anderen Ende ist am Stützteil 32 der Dichtungsring 10 zr Abdichtung gegen die Kugel 6 angeordnet, der am Aussenumfang dichtend in den Stützteil 32 eingesetzt ist. Zwischen Stützteil 32 und Dichtungsring 10 ist ein tellerfederartiger Führungsteil 34 eingeschaltet, der auch dazu dient, den Verschleiss des Dichtungsringes 10 nach längerer Betriebsdauer auszugleichen oder Verspannungen auszugleichen, die durch Verformung des Gehäuses 31 infolge äusserer Kräfte oder thermischer Ursachen entstehen. Der Stützteil 32 weist im Bereich zwischen den beiden an den Enden vorgesehenen Dichtungen von aussen bzw. von innen je eine Ringnut 35, 36 auf, die einen axial verformbaren Toleranzaufnehmer bilden. Der in Fig. 2 dargestellte Kugelhahn zeigt ein Gehäuse 31 mit einem durch die Toleranzen bedingten grössten Axialabstand zwischen den konischen Innenwänden der Zwischenabschnitte 31 1 Der Toleranzaufnenmer ist somit unverformt und die Ringnuten 35, 36 im Stützteil 32 weisen parallele Wände auf. Für den Fall, dass sich toleranzbedingt bei der Herstellung ein kleinerer Axialabstand zwischen den konischen Innenwänden ergibt, würde der Stützteil 32 dadurch axial verkürzt werden, dass sich die Wand 37 zwischen den Ringnuten 35, 36 konisch formt; dabei verflacht sich der radiale Abschnitt des Führungsteiles 34. Der Verformungswiderstand dieses Toleranzaufnehmers im Stützteil 32 muss dabei so gross sein, dass zwar während der Gehäuseherstellung eine Verformung ohne Beschädigung des Dichtungsringes 10 möglich ist, aber im Schliesszustand unter Betriebsdruck die ungelagerte Kugel 6 sicher ohne weitere axiale Verschiebung abgestützt wird. Auf diese Weise können also die bei äusserer Verformung des Rohres durch die Dickentoleranz bedingten Axialabstände zwischen den konischen Innenwänden ausgeglichen werden, ohne dass die Stützteile 32 nach dem Formgebungsvorgang für das Rohr mit diesem fest verbunden werden müssen. Die rechte Seite zeigt die Ausführung eines Stützteiles 40 in Form eines Blechformteiles, der den Dichtungsring 1-0 am Innenmantel dichtend aufnimmt. Der Stützteil 40 hat zwar in axialer Richtung eine geringe Eigenelastizität, kann aber nicht die infrage stehenden grossen Toleranzen aufnehmen. Dafür ist zwischen einem Führungsteil 41 und dem Stützteil 40 ein Kunststoffring 42 vorgesehen, der in der dargestellten Situation (grösster Axialabstand) unverformt ist. Bei grösserer Rohrdicke wird bei der Verformung des Rohres der Stützteil 40 (unter Verflachung des Führungsteiles 41) näher zur Kugel 6 bewegt, wobei sich der als Toleranzaufnehmer ausgebildete Kunststoffring 42 unter Abnahme seiner Dicke plastisch nach innen verformt. Beispielsweise kann der Kunststoffring 42 aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), der Dichtungsring 10 dagegen aus glasfaserverstärktem PTFE ausgebildet sein. Da die Druckfestigkeit von glasfaserverstärktem PTFE etwa doppelt so gross wie von einfachem PTFE ist, wird bei der toleranzbedingten Verschiebung des Stützteiles 40 gegen die Kugel 6 hin der PTFE-Ring 42 und nicht der Dichtungsring 10 verformt. Die Ausbildung des als Toleranzaufnehmer ausgebildeten Kunststoffringes 42 aus gummielastischem Material wäre in den meisten Fällen eine ungünstigere Lösung. Abgesehen davon, dass fas alle gummielastischen Materialien eine niedrigere Temperaturfestigkeit haben als PTFE, müsste der Toleranzaufnehmer bedeutend länger ausgebildet werden, damit für die infrage stehenden Verformungswege die über den Dichtungsring 10 auf die Kugel 6 wirkenden Kräfte etwa gleich gross gehalten werden können. Gegebenenfalls müsste auch ein aus elastischem Kunststoff bestehender Toleranzaufnehmer zum Teil innen geführt sein. Ähnliches gilt für einen aus einer metallischen Feder auszubildenden Toleranzaufnehmer, weil dieser ebenfalls aus den oben dargelegten Gründen länger ausgebildet sein müsste als ein vor allem plastisch verformaberer Toleranzaufnehmer.

Claims: Ansprüche 1) Kugelhahn mit einem einstückigen, rohrförmigen Gehäuse (1; 31) und einer im erweiterten Gehäusemittelabschnitt angeordneten, über einen Bewegungsbolzen (4) von aussen drehbaren, zwischen Dichtungsringen (10) gelagerten Kugel (6), wobei die Dichtungsringe (10) in am Gehöuse (1; 31) abgestützten Stützteilen (11; 32; 40) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen zylindrische Gehäuseendabschnitte (1'; 31') über konische Zwischenabschnitte (12; 31') mit einem Konuswinkel (oG) von mindestens 30O in den Gehäusemittelabschnitt übergehen, wobei die Stützteile (11; 32; 40) abgedichtet an den konischen Zwischenabschnitten (12; 31') anliegen. 2) Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den das Stützteil (32; 40) enthaltenden Kraftfluss, welche die Kugel (6) am konischen Zwischenabschnitt (12, 31') abstützt, ein vorzugsweise plastisch verformbarer Toleranzaufnehmer (35, 36; 42) eingeschaltet ist, der leichter verformbar als der Dichtungsring (10), aber unter betriebsmässiger Belastung durch die Kugel (6) praktisch unverformbar ist. 3) Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (32) selbst in einem Abschnitt als verformbarer Toleranzaufnehmer ausgebildet ist. 4) Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzaufnehmer (42) als axiale Unterstützung des mit dem Umfang am Stützteil (40) abgedichteten Dichtungsringes (10) ausgebildet ist. 5) Kugelhahn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzaufnehmer (42) ein Ring aus Kunststoff ist, dessen Verformbarkeit grösser als jene des Materials für den Dichtungsring (10) ist.

Inventors: HUBER, RICHARD, DIPL.-ING., WIRZ, PETER
Applicants: KLINGER AG
Application year: 1982
Main classification: F16K27
IPC codes: F16K27