-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Absperrorgan aus Kunststoff für Fluidleitungen,
insbes. Kugelhahn oder Kugelschieber für unter Druck stehende Wasserleitungen,
mit einem Ventilgehäuse,
in dem als Ventilkörper
eine Kugel oder Halbkugel angeordnet und wenigstens stromabwärts gegen
einen im Durchflusskanal angeordneten Ventilsitzring abgedichtet
ist, wobei am Ventilgehäuse
eine mindestens mittelbar mit dem Ventilkörper auf Drehmitnahme gekuppelte
Schaltwelle drehbar angeordnet ist und Anschlagmittel zur Begrenzung
des Schwenkwegs des Ventilkörpers
vorgesehen sind.
-
Absperrorgane
solcher Art mit Kugeln als Ventilkörper sind in zahlreichen Ausführungen
bekannt, wozu beispielhaft auf
DE 35 19 532 C1 ,
DE 199 00 230 A1 ,
DE 196 14 278 A1 und
AT E 56 079 B verwiesen
wird. Solche Absperrorgane werden auch Kugelhähne genannt.
3 der
AT E 56 079 B zeigt eine Ausführung, bei
der Ventilkörper
als – im Längsschnitt
im wesentlichen C-förmige – Halbkugel ausgeführt ist.
Ein solches Absperrorgan kann man auch als Kugelschieber bezeichnen.
-
DE 199 43 937 A1 offenbart
ein Absperrorgan mit Kunststoffauskleidung für Fluidleitungen mit einem
Ventilgehäuse,
in dem als Ventilkörper
eine Kugel angeordnet und wenigstens stromabwärts abgedichtet ist, wobei
am Ventilgehäuse
eine mindestens mittelbar mit dem Ventilkörper auf Drehmitnahme gekuppelte
Schaltwelle drehbar angeordnet ist und wobei der Ventilkörper an
zwei einander diametral gegenüberliegenden
Seiten mit je einem Kugelhals versehen ist, dessen Längsmittelachse
mit der Drehachse des Ventilkörpers
zusammenfällt,
und wobei die Außenumfangsflächen der
Kugelhälse
Lagerflächen
zur Drehlagerung des Ventilkörpers
aufweisen.
-
Die
Schwierigkeiten bei Konstruktion und Auslegung eines Absperrorgans
aus Kunststoff nehmen mit dessen Größe sowie mit steigenden Druckverhältnissen
im Leitungssystem zu. Hier kommen insbesondere die Neigung von Kunststoffrohrelementen
zum Aufblähen
unter Innendruck, zu Verwertungen und Verkantungen zwischen beweglichen
Teilen und das Problem zum Tragen, dass Kunststoff weit eher und
stärker
zum Fließen
neigt als Stahl oder Gussstahl. Entsprechend höher fallen Materialeinsatz
und Konstruktionsaufwand aus, wenn ein Absperrventil aus oder überwiegend
aus Kunststoffteilen aufgebaut sein soll, was ein wesentliches Ziel der
Erfindung ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde,
ein Absperrorgan der als bekannt vorausgesetzten Art, also insbes.
einen Kugelhahn oder Kugelschieber, zur Verfügung zu stellen, der in seinem
Aufbau einfach und kompakt ist. Eine weitere Aufgabe ist es, die
für das
Absperrorgan erforderlichen Bauteile so geschickt zu gestalten bzw.
anzuordnen, dass das Absperrorgan auch unter hohen Drücken dauerhaft
leichtgängig
bleibt.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgaben und zur Erzielung weiterer Vorteile ist die Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper an zwei einander diametral
gegenüberliegenden
Seiten mit je einem Kugelhals versehen ist, dessen Längsmittelachse
mit der Drehachse des Ventilkörpers
zusammenfällt,
dass die Außenumfangsflächen der
Kugelhälse Lagerflächen zur
Drehlagerung des Ventilkörpers
in Gegenlagerflächen
ausbilden, welche an jeweils einer im wesentlichen ringförmigen Lagerhülse ausgebildet
sind, und dass die Lagerhülsen
in jeweils einen Radialdurchbruch wenigstens eines Ventilgehäuseteiles
von außen
eingesetzt sind.
-
Hiermit
ist eine Vielzahl von Vorteilen verbunden. Da der Ventilkörper in
besonderen und gesondert von außen
in das Ventilgehäuse
einzusetzenden Lagerhülsen
dreh- bzw. schwenkgelagert ist, können die Ku gelhälse kurz
gehalten werden. Das führt
einerseits dazu, dass der Ventilkörper mit seinen kurzen Kugelhälsen vom
Durchflusskanal des Absperrorgans, also von innen her, problemlos
in die ventilkörperseitigen
Aufnahmebohrungen für
die erst anschließend
darin einzusetzenden Lagerhülsen
eingeführt
werden kann. Die Kugelhälse
lassen sich mit relativ großem
Außendurchmesser
auslegen, womit der Vorteil verbunden ist, dass die Schwenklager
für den
Ventilkörper
auf einem relativ großen
Durchmesser angeordnet sein und großflächig gestaltet werden können. Das
hat den Vorteil, dass allenfalls nur kleine Kippmomente auf die
Ventilkörperlagerung
einwirken können
und den Vorzug einer leichtgängigen,
flächenpressungsarmen
Verstellbarkeit in den Lagerhülsen.
-
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind die inneren Freiräume der
Kugelhälse
von jeweils einem formstabilen Einsatzkörper zumindest umfänglich ausgefüllt. Durch
eine solche innere Abstützung
der Kugelhälse
wird erreicht, dass bei wünschenswert
dünnwandigen
Kugelhälsen
deren Neigung zum Fließen
wirksam unterbunden wird.
-
Im
Rahmen und im Sinn der Erfindung lassen sich die inneren Freiräume der
Kugelhälse
mit weiteren Funktionsvorteilen nutzen, etwa dadurch, dass in ihnen
die Einsatzkörper
drehfest angeordnet sind, deren einer zum Eingriff der Schaltwelle
ausgebildet ist und deren anderer, der Schaltwelle gegenüber liegend,
Anschläge
aufweist, die formschlüssig mit
in der zugeordneten Lagerhülse
ausgebildeten Gegenanschlägen
zusammenwirken.
-
Diese
bevorzugte weiterbildende Ausführung
der Erfindung hat zusätzliche
Vorteile zu der soeben erläuterten
inneren Abstützung
der Kugelhälse. Zum
einen dienen die Einsatzkörper
zur Kraftübertragung
einerseits von der Schaltwelle auf den Ventilkörper und andererseits vom Ventilkörper auf
die Schalt-Anschläge.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass diese beiden Kraftübertragungsfunktionen räumlich voneinander
getrennt sind. Da die Schalt-Anschläge demnach nicht im Bereich der
Anordnung der Schaltwelle, sondern dieser gegenüber liegend vorgesehen sind,
steht auf beiden Seiten des Absperrorgans relativ mehr Raum für die Auslegung und
Anordnung von Funktionselementen zur Verfügung bzw. kann die Konstruktion
insgesamt kompakter ausgelegt werden.
-
Wenn
entsprechend weiterer Ausgestaltung die Einsatzkörper im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet
sind und mit zumindest geringem Radialspiel in den inneren Freiräumen der
Kugelhälse
aufgenommen sind, handelt es sich bei den Einsatzkörpern um
sehr einfache, insbesondere aus Metall gefertigte Teile, und das
geringe Radialspiel – etwa
im Umfang einer spielbehafteten Gleitpassung – wirkt toleranzausgleichend
und verhindert ein Verklemmen der in Eingriff befindlichen Bauteile.
-
Dem
eingangs erwähnten
Aufblähen
von Teilen des Absperrorgans kann entsprechend einem zusätzlichen
Erfindungsvorschlag dadurch wirksam begegnet werden, dass das Ventilgehäuseteil,
in das die Lagerhülsen
eingesetzt sind, und die Außenseiten
der Lagerhülsen
selbst mittels eines ein- oder mehrteiligen Ringmantels als Bandage
umschlossen sind. Die Bandage kann dabei auf Außenumfangsflächen wenigstens
eines Ventilgehäuseteils
und der Lagerhülsen
radial verspannt sein. Gedacht ist an einen einteiligen Ring oder
eine mehrteilige Anordnung nach Art einer mittels Schrauben verspannbaren Rohrschelle.
-
Im
Fall eines einteiligen Rings könnte
dieser auf ein Ventilgehäuseteil
axial aufgeschoben werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Bandage
gegen eine in Richtung parallel zur Längsmittelachse des Ventilgehäuses weisende
Ringschulter anliegt und auf der anderen Seite mittels einer Schweißnaht gesichert
ist, mit der das Ventilgehäuseteil
mit einem weiteren verbunden ist.
-
Die
Bandage besteht vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff wie das
Ventilgehäuse,
z.B. aus Polyethylen (PE) oder aus Metall oder einem zähen, hochfesten
Kunststoff wie Acetalharz (z.B. POM) oder Polyamid.
-
Weitere
zweckmäßige und
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den bislang nicht zitierten Unteransprüchen wie auch aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
durch eine Absperrorgan entsprechend der Erfindung,
-
2 einen
Schnitt entsprechend der Schnittlinie A-B in 1 und
-
3 einen
Schnitt entsprechend der Schnittlinie C-C in 1.
-
In
den Zeichnungen ist ein Absperrorgan entsprechend der vorliegenden
Erfindung insgesamt mit 10 bezeichnet. Ein Ventilgehäuse 11 besteht
aus zwei Ventilgehäuseteilen 12 und 13.
Jedes dieser Ventilgehäuseteile 12, 13 ist
im weitesten Sinne rohrförmig
gestaltet und weist einen äußeren Rohranschlussstutzen 14 sowie
eine muffenartig geformte Ausweitung auf, wodurch jeweils ein Abschnitt
mit größerer Wandstärke 15 bzw. 16 gebildet
ist.
-
Der
Abschnitt 15 des in 1 linken
ersten Ventilgehäuseteils
erstreckt sich über
die Mittelachse 17 hinaus und mündet auf der in 1 rechten
Seite mit einem mit 18 bezeichneten kreisringförmigen Stirnende.
Hierin ist mit einer eingezogenen Ringstirn 19 das zweite
Ventilgehäuseteil 13 eingesetzt
und mit Hilfe einer Verschweißung
(umlaufender Schweißwulst 21 und
Schweißaustrieb 20)
an dem ersten Ventilgehäuseteil 12 befestigt.
-
In
dem Ventilgehäuse 11 befindet
sich ein Ventilkörper 22,
der beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als mit von einer Durchflussöffnung 23 durchdrungenen
Hohlkugel ausgebildet ist. Alternativ käme auch eine im Schnitt etwa
C-förmige
Halbkugel in Betracht, die bezüglich
des Schließens
oder Versperrens des Durchflusskanals 24 im wesentlichen die
gleiche Funktion besitzt, jedoch eher als Schieber ausgebildet ist.
Der Ventilkörper 22 weist
an zwei in Richtung der Quermittelachse 17, die zugleich
Dreh- oder Schwenkachse des Ventilkörpers 22 ist, einander
diametral gegenüberliegenden
Seiten jeweils einen im wesentlichen kreisringförmigen Kugelhals 25 bzw. 26 auf.
Der Begriff „Kugelhals" wurde gewählt, da
der Ventilkörper 22 bei
der Erfindung eine Kugel oder Halbkugel ist. Bezüglich 1 ist also
der Kugelhals 25 oberhalb der Längsmittelachse L und der Kugelhals 26 unterhalb
der Längsmittelachse
L angeordnet. Die umlaufenden Außenflächen 27 der Kugelhälse 25 und 26 bilden
Gleitlagerflächen
aus im Zusammenspiel mit in entgegengesetzte Richtung nach innen
weisenden Flächen 28 einer
jeweiligen Ventilkörper-Lagerhülse 29 bzw. 30.
Die Gleitflächen 28 sind
dabei an einem im wesentlichen quadratischen Stirnansatz der Lagerhülsen 29 und 30 ausgebildet
(vgl. 3).
-
Mit
ihren jeweiligen kreiszylindrischen Außenflächen 31 stecken die
Lagerhülsen 25 und 26 in Eingriffsöffnungen
bzw. Bohrungen 32 des ersten und des zweiten Ventilkörperteils 12 bzw. 13 und
sind von der jeweiligen Außenseite
(bezüglich 1 also von
oben sowie von unten) dort hinein eingesetzt. Wie die Zeichnung
zeigt, sind sowohl die Lagerhülsen 29 und 30 als
auch die entsprechenden Aufnahmebohrungen 31 gestuft. Außerdem sieht
man in 1, dass im Bereich der Flächenpaarungen 27/28 sowie 31/32 jeweils
ein nicht näher
bezeichneter Dichtring vorhanden ist.
-
Um
die Lagerhülsen 29 und 30 ohne
spezielle Sicherungsmittel am Platz zu halten und um zusätzlich das
gesamte Absperrorgan gegen den in der Rohrleitung herrschenden Innendruck
zu stabilisieren, ist eine Bandage 33 in Form eines einteiligen oder
mehrteiligen Ringkörpers
vorgesehen, der die Ventilanordnung, wie aus 1 ersichtlich,
außen umgreift.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt
es sich um einen einteiligen Bandagen-Ring 33 aus Metall
oder einem hochfesten Kunststoff. Die Bandage ist bezüglich 1 von
rechts her über
den Außenmantel
des ersten Ventilgehäuseteils 12 so weit
aufgeschoben, bis er an einer Anschlagschulter 34 des Ventilgehäuseteils 12 anliegt.
Auch wenn, woran gedacht ist, das Übergreifen der Bandage 33 im Presssitz
erfolgen sollte, dient der nach dem Überschieben der Bandage über den
Mantel des ersten Ventilgehäuseteils 12 erzeugte
umlaufende Schweißwulst 21 dazu,
die Bandage in jedem Fall unverlierbar am Platz zu halten.
-
In
den inneren Freiräumen 35 der
Kugelhälse 25 und 26 (und
somit auch im Überdeckungsbereich
der Lagerhülsen 29 und 30)
befindet sich jeweils ein vorzugsweise aus Metall bestehender Einsatzkörper 36 bzw. 37.
Beide Einsatzkörper 36 und 37 sind – wie dies 2 besonders
veranschaulicht – drehfest,
aber am Umfang mit geringem Spiel in den inneren Freiräumen 35 der
Kugelhälse 25 und 26 aufgenommen.
-
Der
bezüglich 1 obere
Einsatzkörper 36 ist
an der Oberseite mit einer Mitnehmernut 38 zum Eingriff
eines Steuervierkants 39 einer mit 40 bezeichneten
Schaltwelle versehen (vgl. auch 2).
-
Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel weist
die Schaltwelle 40 einen Ringbund 41 auf, der in
einer Einsenkung 42 ruht, die auf der nach außen weisenden
Seite der Lagerhülse 29 vorgesehen
ist. Die Schaltwelle 40 wird in Axialrichtung durch eine Schraubhülse 43 am
Platz gehalten, die in eine Gewindebohrung 44 der Bandage 33 eingeschraubt
ist und mit ihrer nach innen weisenden Ringstirnfläche die
nach außen
gerichtete Seitenfläche
des Ringbundes 41 der Schaltwelle 40 tangiert.
-
Im
Unterschied zu der in der oberen Hälfte der 1 dargestellten
Betätigungseinrichtung
ist die Anschlageinrichtung, mit der die beiden hauptsächlichen
Stellungen des Ventilkörpers 22 – AUF und
ZU – anschlagsbegrenzt
werden, auf der anderen, diametral gegenüberliegenden Unterseite der Vorrichtung
vorgesehen. Zu diesem Zweck weist der dort angeordnete Einsatzkörper 37 zwei
Anschlagzapfen 45 auf, die in bogenförmige Kulissen 46 der zugehörigen Lagerhülse 30 eingreifen
(siehe 3).
-
Zu
erwähnen
ist noch, dass der Ventilkörper 22 bei
einer angenommenen Strömungsrichtung
S des durch das Absperrorgan fließenden Fluids auf der stromabwärts gewandten
Seite einen Ventilsitzring 47 druckbeaufschlagt. Der Ventilsitzring
weist in an sich bekannter Weise einen Stützring 48 sowie einen
daran mittels eines aufgeklipsten, aus vorzugsweise POM bestehenden
Spannrings 49 gehaltenen elastomeren Dichtring 50 auf,
an dem das Ventilorgan 22 üblicherweise anliegt. Radial
einwärts
des elastomeren Dichtringes 50 bildet der Stützring 48 eine
zur Kugeloberfläche
des Ventilkörpers 22 komplementäre starre
Stützfläche aus,
an der sich – wie aus 1 ersichtlich – der Ventilkörper abstützen kann.
-
Zum
weiteren und vollständigen
Verständnis der
Erfindung sei nachfolgend noch der Zusammenbau des Absperrorgans
kurz beschrieben:
Zunächst
wird in das erste Ventilgehäuseteil 12 der Ventilsitzring 47 wie
in 1 dargestellt, eingesetzt. Sodann wird von der
noch offenen Stirnseite des ersten Ventilgehäuseteils 12 der Ventilkörper mit
leichter Schrägstellung
eingesetzt, wobei seine kurzen Kugelhälse 25 und 26 ausreichend
Platz finden, da die Öffnungen 32 in
dem ersten Ventilgehäuseteil 12 einen
deutlich größeren Durchmesser
besitzen als der Außendurchmesser
der Lagergleitflächen 27 an
den Kugelhälsen 25 und 26.
Sodann werden von den jeweils einander gegenüber liegenden Au ßenseiten
die Lagerhülsen 29 und 30 eingesetzt,
nachdem zuvor die beiden Einsatzkörper 36 und 37 in
die entsprechenden Freiräume 35 der
Kugelhälse 25 und 26 eingefügt wurden.
Schließlich
wird die Bandage 33 übergeschoben
und die Schaltwelle 40 mit Hilfe der Schraubhülse 43 angebracht.
Zuletzt wird das zweite Ventilgehäuseteil 13 in Richtung
der Längsachse
L mit dem ersten Ventilgehäuseteil 12 zusammengesteckt
und mittels Heizelementstupfschweißung fest verbunden, die den
um den Mantel umlaufenden Schweißwulst 21 erzeugt.