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Dokumentenidentifikation DE202006002375U1 24.05.2006
Titel Kugelhahn
Anmelder FESTO AG & Co., 73734 Esslingen, DE
Vertreter Patentanwälte Magenbauer & Kollegen, 73730 Esslingen
DE-Aktenzeichen 202006002375
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 24.05.2006
Registration date 20.04.2006
Application date from patent application 15.02.2006
IPC-Hauptklasse F16K 5/06(2006.01)A, F, I, 20060215, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn, mit einer Steuerkugel, die in einem Hahngehäuse um eine durch den Kugelmittelpunkt verlaufende Drehachse zwischen zwei Schaltstellungen verdrehbar ist, und die von einem rechtwinkelig zur Drehachse verlaufenden, umfangsseitig geschlossenen Durchlasskanal durchsetzt ist, dessen zwei Durchlasskanalmündungen in der ersten Schaltstellung zwei rechtwinkelig zur Drehachse orientierten gehäuseseitigen ersten und zweiten Kanalöffnungen gegenüberliegen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen diesen beiden Kanalöffnungen herstellen, wobei eine in Achsrichtung der Drehachse orientierte gehäuseseitige dritte Kanalöffnung in der ersten Schaltstellung von den beiden anderen Kanalöffnungen abgetrennt ist und in der zweiten Schaltstellung über einen in der Steuerkugel ausgebildeten, mit bezüglich der Drehachse schrägem Verlauf am Durchlasskanal vorbeiführenden Bypasskanal mit der gleichzeitig von der ersten Kanalöffnung abgetrennten zweiten Kanalöffnung in Verbindung steht.

Die Anmelderin hat Kenntnis von einem Kugelhahn des vorgenannten Aufbaues, der als 3/2-Absperrventil mit Entlüftungsfunktion einsetzbar ist. Dieser Kugelhahn ist in dem Prospektblatt „Serie NL1, NL2, NL3, NL4, NL6" der Rexroth Bosch Group erwähnt. Die erste Schaltstellung ist hier eine Offenstellung, in der ein Fluiddurchgang zwischen der mit einer Druckquelle verbundenen ersten Kanalöffnung und der mit einem Verbraucher verbundenen zweiten Kanalöffnung frei geschaltet ist, bei gleichzeitiger Abtrennung der mit der Atmosphäre verbundenen dritten Kanalöffnung. Aufgrund eines die Steuerkugel durchsetzenden Durchlasskanals großen Querschnittes ist hierbei eine relativ große Durchflussrate gewährleistet. Die zweite Schaltstellung ist eine die Druckquelle vom Verbraucher abtrennende Schließstellung, wobei gleichzeitig der Verbraucher über den Bypasskanal zur Atmosphäre entlüftet ist. Der Bypasskanal ist wie der Durchlasskanal als Bohrung ausgebildet und führt schräg am Durchlasskanal vorbei. Sein Querschnitt ist wesentlich geringer als derjenige des Durchlasskanals, so dass der Entlüftungsvorgang stark gedrosselt abläuft und relativ viel Zeit in Anspruch nimmt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die bei einem Kugelhahn der eingangs genannten Art bei vergleichbarer Baugröße eine größere Entlüftungsleistung ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Bypasskanal als sich entlang eines Teilumfanges der Steuerkugel erstreckende, längsseits zum Außenumfang der Steuerkugel offene Bypassnut ausgebildet.

Auf diese Weise ist der Bypasskanal nicht mehr nach Art einer umfangsseitig geschlossenen Bohrung, sondern als in den Außenumfang der Steuerkugel eingebrachte nutartige Vertiefung ausgebildet. Da somit der bei einer Bohrung vorhandene äußere Wandabschnitt entfällt, kann für die Entlüftung ein vergleichsweise größerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt werden. Da man nicht mehr auf einen kreisförmigen Kanalquerschnitt festgelegt ist, besteht überdies die Möglichkeit, insbesondere durch eine relativ breite Ausgestaltung der Bypassnut einen weiteren Beitrag zur Vergrößerung des in der zweiten Schaltstellung zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittes zu leisten. Es kommt hinzu, dass die Bypassnut konzeptbedingt einfacher realisierbar ist als eine eine Kugel schräg durchziehende Bohrung, so dass auch die Herstellkosten profitieren. Man kann die Bypassnut beispielsweise durch Fräsen als Einschnitt in die Steuerkugel einbringen, oder aber im Rahmen einer Gießfertigung der Steuerkugel mit einfachen Entformungsmöglichkeiten.

Zwar zeigt die DE 199 60 931 A1 bereits ein Dreiwegeventil mit einer Steuerkugel, in der ein zur Mantelfläche offener Verteilerkanal verläuft. Dieser erstreckt sich allerdings rechtwinkelig zur Drehachse und kann nur in einer gemeinsamen Ebene liegende Kanalöffnungen miteinander verbinden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Bypassnut hat zweckmäßigerweise eine lineare Längserstreckung mit sich verändernder Tiefe. Ihr Nutgrund verläuft vorzugsweise nach Art einer Sekante zwischen zwei in Umfangsrichtung beabstandeten Austrittstellen am Außenumfang der Steuerkugel.

Die Bypassnut hat insbesondere einen dahingehenden Verlauf, dass ihr einer Endbereich bezogen auf die Achsrichtung der Drehachse in etwa auf etwa gleicher Höhe mit dem Zentrum der zweiten Kanalöffnung angeordnet ist. Der der dritten Kanalöffnung zugeordnete Endbereich liegt zweckmäßigerweise in etwa dem Zentrum der dritten Kanalöffnung gegenüber.

Die beiden durch die Steuerkugel wahlweise miteinander verbindbaren oder voneinander abtrennbaren ersten und zweiten Kanalöffnungen sind zweckmäßigerweise koaxial zueinander ausgerichtet. Ihre Längsachsen liegen bevorzugt in einer zu der Drehachse rechtwinkeligen Hauptebene. Die dritte Kanalöffnung ist beabstandet zu dieser Hauptebene angeordnet, wobei ihre Längsachse zweckmäßigerweise mit der Drehachse der Steuerkugel zusammenfällt.

Die Bypassnut ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass ihre Längsachse mit der Hauptebene einen Winkel im Bereich von 45° einschließt.

Die radial gemessene Tiefe der Bypassnut kann aufgrund des gewünschten Durchlassquerschnittes des Durchlasskanals einen gewissen Betrag nicht überschreiten. Durch Wahl einer entsprechend größeren Breite der Bypassnut kann dennoch ein relativ hoher Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt werden. Es ist insbesondere möglich, die Breitenabmessungen der Bypassnut größer zu wählen als die Tiefenabmessungen an der für den Strömungsquerschnitt verantwortlichen tiefsten Stelle.

Die tiefste Stelle der Bypassnut befindet sich, bei eingenommener zweiter Schaltstellung, regelmäßig in dem Bereich der Bypassnut, der in der zweiten Schaltstellung von einer gehäusefesten ringförmigen Dichtfläche abgedeckt ist, die die zweite Kanalmündung umgibt und die zweckmäßigerweise an einem Dichtungsring ausgebildet ist. Die Bypassnut greift praktisch unter der Dichtfläche hindurch.

Die Steuerkugel besteht vorzugsweise aus Metall, könnte beispielsweise aber auch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.

Zum Umschalten zwischen den beiden Schaltstellungen ist zweckmäßigerweise ein an der Steuerkugel angreifendes Drehbetätigungsglied vorhanden. Es ist insbesondere für manuelle Betätigung ausgelegt. Eine motorische Drehbetätigungseinrichtung ist jedoch ebenfalls möglich, beispielsweise ausgestattet mit einem Elektromotor oder einem Pneumatikmotor.

Eine optimale Drehmomentkopplung ist möglich, wenn die Steuerkugel am Außenumfang eine nutartige Eingriffsvertiefung aufweist, in die das Drehbetätigungsglied formschlüssig eintaucht. Die nutartige Eingriffsvertiefung kann kostengünstig in vergleichbarer Weise hergestellt sein wie die Bypassnut. Vorzugsweise erstreckt sie sich gemeinsam mit der Bypassnut in ein und derselben Diametralebene der Steuerkugel.

Da die Eingriffsvertiefung keine Strömungsführungsfunktion hat, kann sie mit geringerer Breite als die Bypassnut ausgeführt werden.

Der Kugelhahn eignet sich für Anwendungen sowohl in Verbindung mit gasförmigen, als auch mit flüssigen Medien. Vorzugsweise wird er für pneumatische Anwendungen zur Steuerung von Druckluft eingesetzt, beispielsweise als sogenanntes Einschaltventil in modular aufgebauten Druckluft-Wartungsvorrichtungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausgestaltung des Kugelhahns in der Offenstellung,

2 den Kugelhahn aus 1 in der gleichzeitig eine Entlüftung bewirkenden Schließstellung,

3 eine Draufsicht auf den Kugelhahn mit Blickrichtung gemäß Pfeil III aus 2, wobei die Schnittlinie I-I den in 1 und 2 gewählten Schnittebenen entspricht, und

4 eine perspektivische Einzeldarstellung der Steuerkugel.

Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Kugelhahn verfügt über eine 3/2-Ventilfunktionalität und enthält ein als Steuerkugel 2 bezeichnetes kugelartiges Ventilglied, das in einem Hahngehäuse 3 verdrehbar gelagert ist. Die Drehachse 4 der Steuerkugel 2 verläuft durch das Kugelzentrum.

Die Steuerkugel 2 befindet sich in einer im Innern des Hahngehäuses 3 ausgebildeten Steuerkammer 5. In diese Steuerkammer 5 münden, mit sich bevorzugt koaxial gegenüberliegenden ersten und zweiten Kanalöffnungen 6, 7, ein Speisekanal 12 und ein Arbeitskanal 13. Beide Kanäle durchsetzen die Wandung des Hahngehäuses 3 und münden mit je einer Anschlussöffnung 15 zur Außenfläche des Hahngehäuses 3 aus. Der der ersten Kanalöffnung 6 zugeordnete Speisekanal 12 ist bei einer typischen Betriebsweise des Kugelhahnes 1 an eine Druckquelle P angeschlossen. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Druckluftquelle. Der der zweiten Kanalöffnung 7 zugeordnete Arbeitskanal 13 ist mit einem Verbraucher A verbindbar. Den Kanälen 12, 13 sind zweckmäßigerweise Gewinde oder andere Anschlussmittel zugeordnet, mit denen zur Druckquelle P und zum Verbraucher A führende Druckmittelleitungen anschließbar sind. Die Anschlussöffnungen 15 sind zweckmäßigerweise ebenfalls koaxial zueinander ausgerichtet.

Bei dem Kugelhahn 1 kann es sich um eine Komponente einer zur Behandlung bzw. Aufbereitung von Druckluft dienenden Druckluft-Wartungsvorrichtung handeln. Er ist dann insbesondere ein Modul dieser Druckluft-Wartungsvorrichtung und lässt sich mit anderen Vorrichtungsmodulen, beispielsweise Druckregelmodule, Filtermodule, Trocknermodule, usw. zu einer Modulanordnung zusammenfassen. In diesem Fall wird der Kugelhahn 1 insbesondere als sogenanntes Einschaltventil eingesetzt, mit dem der Durchfluss durch die Druckluft-Wartungsvorrichtung bei Bedarf freigegeben oder, bei gleichzeitiger Entlüftung, abgesperrt werden kann.

Die beiden zusammenfallenden Längsachsen 6a, 7a der ersten und zweiten Kanalöffnung 6, 7 verlaufen in einer zu der Drehachse 4 rechtwinkeligen Hauptebene 16, die die Steuerkammer 5 schneidet.

Ein ebenfalls die Wandung des Hahngehäuses 3 durchsetzender Ablasskanal 14, der bei dem mit Druckluft betriebenen Ausführungsbeispiel einen Entlüftungskanal bildet, mündet mit einer dritten Kanalöffnung 8 ebenfalls in die Steuerkammer 5 ein. Er mündet mit einer Anschlussöffnung 15 an seiner Außenseite ebenfalls zur Außenfläche des Hahngehäuses 3 aus. Die Längsachse 17 der dritten Kanalöffnung 8 fällt mit der Drehachse 4 zusammen, so dass sich insgesamt eine Anordnung ergibt, bei der die drei Kanalöffnungen 6, 7, 8 mit Winkelabständen von 90° in die Steuerkammer 5 einmünden. Der Schnittpunkt der Längsachsen der drei Kanalöffnungen 6, 7, 8 fällt mit dem Kugelmittelpunkt, also dem Zentrum 18 der Steuerkugel 2, zusammen.

Über die Anschlussöffnung 15 des Ablasskanals 14 kann das Druckmedium, sofern es sich um Druckluft handelt, unmittelbar zur Atmosphäre abgegeben werden. Bei Bedarf kann allerdings auch ein Schalldämpfer installiert werden oder eine die Abluft gefasst abführende Abluftleitung. Bei einer hydraulischen Anwendung würde man eine zu einem unter Atmosphärendruck stehenden Tank führende Rückführleitung vorsehen.

Die Steuerkugel 2 ist von einem lineare Erstreckung aufweisenden und bevorzugt kreisförmig konturierten Durchlasskanal 22 diametral durchsetzt. Seine Kanallängsachse 23 verläuft rechtwinkelig zur Drehachse 4. Er ist nach Art einer Bohrung ausgebildet und somit nur stirnseitig offen. Umfangsseitig ist er komplett geschlossen.

Die beiden stirnseitigen Ausmündungen des Durchlasskanals 22 seien als Durchlasskanalmündungen 24, 25 bezeichnet. Deren Längsachsen verlaufen, unabhängig von der aktuellen Drehposition der Steuerkugel 2, in der Hauptebene 16.

Durch Verdrehen kann die Steuerkugel 2 in einer aus 1 ersichtlichen ersten Schaltstellung und einer aus 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung positioniert werden. In der ersten Schaltstellung liegt die eine Durchlasskanalmündung 24 der ersten Kanalöffnung 6 und die andere Durchlasskanalmündung 25 der zweiten Kanalöffnung 7 koaxial und mithin fluchtend gegenüber. Dadurch ist eine Fluidverbindung zwischen der ersten und zweiten Kanalöffnung 6, 7 frei gegeben, was ein Überströmen von Druckmedium aus dem Speisekanal 12 in den Arbeitskanal 13 ermöglicht. Der durch den Durchlasskanal 22 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt ist zweckmäßigerweise nicht geringer als derjenige des Speisekanals 12 und des Arbeitskanals 13, so dass eine unbehinderte Strömung möglich ist. Die Kanalquerschnitte sind vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gleich groß.

Aufgrund des in der ersten Schaltstellung frei gegebenen Strömungsweges kann diese erste Schaltstellung auch als Offenstellung bezeichnet werden.

Die dritte Kanalöffnung 8 ist in der ersten Schaltstellung von der ersten und zweiten Kanalöffnung 6, 7 jeweils fluiddicht abgetrennt. Die Abdichtung bewirken zwei gehäuseseitige ringförmige Dichtflächen 26, 27, die jeweils in einer ringförmigen Dichtzone 28, 29 mit dem als Kugelfläche gestalteten Außenumfang 32 der Steuerkugel in Dichtkontakt stehen.

Die ringförmigen Dichtflächen 26, 27 umgrenzen die erste und zweite Kanalöffnung 6, 7, in die die Steuerkugel 2 jeweils partiell, mit einem Kugelsegment, eintaucht, so dass die beiden Dichtzonen 28, 29 jeweils auf einer sogenannten Kugelzone liegen.

Die ringförmigen Dichtflächen 26, 27 können prinzipiell ein einstückiger Bestandteil des Hahngehäuses 3 sein. Beim Ausführungsbeispiel sind sie von separaten Dichtungsringen 33 gebildet, die koaxial zum jeweils zugeordneten Speise- bzw. Arbeitskanal 12, 13 in die Steuerkammer 5 eingesetzt sind. Sie bestehen vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, insbesondere aus Tetrafluorethylen. Das Hahngehäuse 3 ist zweckmäßigerweise aus Metall gefertigt, könnte aber auch aus einem anderen Material bestehen.

Zur Montage der beiden Dichtungsringe 33 und der Steuerkugel 2 ist ein in die Steuerkammer 5 einmündender Montagekanal 34 vorgesehen. Dieser Montagekanal 34 verläuft rechtwinkelig zu der Drehachse 4 und mündet an der Außenfläche des Hahngehäuses 3 aus. Sein Durchmesser ist ausreichend groß, um die Dichtungsringe 33 und die Steuerkugel 2 hindurchführen zu können. Ein in ihn eingesetztes und vorzugsweise eingeschraubtes Abschlussteil 35 ist ringförmig ausgebildet, wobei seine Durchtrittsöffnung den Arbeitskanal 13 bildet. Zwischen ihm und der gegenüberliegenden Wandfläche 36 der Steuerkammer 5 sind die Steuerkugel 2 und die beiden die Steuerkugel 2 flankierenden Dichtungsringe 33 mit leichter Vorspannung gehalten.

Bei eingesetztem Abschlussteil 35 sind die Steuerkugel 2 und die beiden Dichtungsringe 33 in der Steuerkammer 5 festgehalten. Zur Montage bzw. Demontage kann das Abschlussteil 35 entnommen werden.

Das Abschlussteil 35 oder ein weiteres Abschlussteil kann auch auf der entgegengesetzten Seite angeordnet sein und den Speisekanal 12 definieren.

Durch Verdrehen um 90° um die Drehachse 4 kann die Steuerkugel 2 in der aus 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung positioniert werden. Diese kann auch als Schließstellung bezeichnet werden, weil in ihr die Hauptverbindung zwischen der ersten und zweiten Kanalöffnung 6, 7 abgesperrt ist. Die Durchlasskanalmündungen 24, 25 liegen in diesem Fall außerhalb des von der Dichtzone 28, 29 umrahmten Bereiches und stehen daher mit keiner der beiden Kanalöffnungen 6, 7 in fluidischer Verbindung.

Die Steuerkugel 2 ist zusätzlich zu dem Durchlasskanal 22 von einem Bypasskanal durchsetzt, der aufgrund seiner Ausgestaltung als nutartige Vertiefung als Bypassnut 37 bezeichnet sei. Diese Bypassnut 37 erstreckt sich in der Umfangsrichtung des Durchlasskanals 22 entlang eines Teilumfanges der Steuerkugel 2, wobei sie mit einer schlitzartigen Nutöffnung 38 zum Außenumfang 32 der Steuerkugel 2 hin offen ist. Die Nutöffnung 38 hat einen bogenförmigen Verlauf, entsprechend der Krümmung des Außenumfanges 32 der Steuerkugel 2.

Die Bypassnut 37 hat zweckmäßigerweise eine lineare Erstreckung, wobei ihre Längsachse bei 42 strichpunktiert angedeutet ist.

Die Bypassnut 37 hat einen bezüglich der Drehachse 4 schrägen Verlauf und führt mit geringem Radialabstand an dem radial weiter innen liegenden Durchlasskanal 22 vorbei. Die Längsachse 42 der Bypassnut 37 und die Längsachse des Durchlasskanals 22 verlaufen rechtwinkelig zueinander.

Die Bypassnut 37 ist so platziert, dass ihr einer, erster stirnseitiger Endabschnitt 43 stets im Bereich der dritten Kanalöffnung 8 liegt. Der entgegengesetzte zweite stirnseitige Endabschnitt 44 der Bypassnut 37 liegt, in der Achsrichtung der Drehachse 4, auf der Höhe der zweiten Kanalöffnung 7, wobei er in der aus 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung im Bereich dieser zweiten Kanalöffnung 7 platziert ist.

Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass der erste Endabschnitt 43 in etwa dem Zentrum der dritten Kanalöffnung 8 und der zweite Endabschnitt 44 in etwa auf gleicher Höhe mit dem Zentrum der zweiten Kanalöffnung 7 angeordnet ist.

Bevorzugt erstreckt sich die Bypassnut 37 in einer Nuterstreckungsebene 45, die mit der Drehachse 4 zusammenfällt und zur Längsachse des Durchlasskanals 22 rechtwinkelig ausgerichtet ist. Beim Verdrehen der Steuerkugel 2 wandert somit die Nuterstreckungsebene 45 entsprechend mit.

In der zweiten Schaltstellung betrachtet, verfügt die Bypassnut 37 zweckmäßigerweise über einen unter 45° zu den Längsachsen der zweiten und dritten Kanalöffnung 7, 8 geneigten Längsverlauf 42.

In der ersten Schaltstellung verläuft die Nuterstreckungsebene 45 rechtwinkelig zu den zusammenfallenden Längsachsen 6a, 7a der ersten und zweiten Kanalöffnungen 6, 7. Sie liegt komplett zwischen den beiden Dichtzonen 28, 29 und kommuniziert daher nur mit der dritten Kanalöffnung 8 und nicht mit den beiden anderen Kanalöffnungen 6, 7. Mithin ist sie hier wirkungslos.

In der zweiten Schaltstellung fällt die Nuterstreckungsebene 45 mit den Längsachsen 6a, 7a der ersten und zweiten Kanalöffnung 6, 7 zusammen. Gegenüber der ersten Schaltstellung ist sie also so verschwenkt, dass nun ihr zweiter stirnseitiger Endabschnitt 44 im Bereich der zweiten Kanalöffnung 7 zu liegen kommt. Somit stellt sie eine fluidische Verbindung zwischen der zweiten Kanalöffnung 7 und der dritten Kanalöffnung 8 her. Dies ermöglicht ein Rückströmen von Druckmedium aus dem Arbeitskanal 13 in den Ablasskanal 14, beispielsweise zur Entlüftung eines oder mehrerer angeschlossener Verbraucher.

In der zweiten Schaltstellung durchgreift also die Bypassnut 37 den von der der zweiten Kanalöffnung 7 zugeordneten ringförmigen Dichtfläche 27 umgrenzten Querschnitt. Die dort befindliche Dichtzone 29 ist mithin im Bereich der Bypassnut 37 unterbrochen. Dies eröffnet den Strömungsweg zwischen der zweiten und dritten Kanalöffnung 7, 8.

Zweckmäßigerweise ist die Anordnung so getroffen, dass die Bypassnut 37 dort, wo sie mit ihrer schlitzartigen Nutöffnung 38 an der Dichtzone 29 vorbeiführt, ihre maximale Tiefe aufweist. Ausgehend von dort verringert sich ihre Nuttiefe aufgrund der Krümmung der Steuerkugel 2 kontinuierlich bis hin zu den beiden stirnseitigen Endabschnitten 43, 44.

Vorzugsweise besitzt die Bypassnut 37 einen rechteckigen Querschnitt. Ihre Breite kann dabei größer sein als ihre Tiefe an der eben erläuterten tiefsten Stelle. Es ist eine relativ große Breite möglich, ohne die gewünschte Steuerungsfunktion zu verlieren, so dass die Bypassnut 37 in der zweiten Schaltstellung einen relativ großen Strömungsquerschnitt zur Verfügung stellen kann. Dies ermöglicht einen hohen Durchfluss zwischen der zweiten und dritten Kanalöffnung 7, 8. Bei Bedarf kann also eine schnelle Entlüftung ohne oder mit nur geringer Drosselung stattfinden.

Zweckmäßigerweise ist der Übergangsbereich zwischen der schlitzartigen Nutöffnung 38 und dem Außenumfang 32 der Steuerkugel 2 als Phase 59 ausgebildet. Dies mindert den Verschleiß der Dichtfläche 27, wenn die Bypassnut 37 beim Übergang zwischen den beiden Schaltstellungen darüber hinweggleitet.

Die Bypassnut 37 lässt sich sehr einfach als radialen Einschnitt in die Steuerkugel 2 einbringen. Dies bietet sich insbesondere bei einer aus Metall bestehenden Steuerkugel 2 an. Aber auch eine Herstellung durch Gießen ist möglich, vor allem durch Spritzgießen bei einer Ausführung aus Kunststoffmaterial.

Der Nutgrund 46 der Bypassnut 37 hat zweckmäßigerweise einen linearen Verlauf und erstreckt sich vergleichbar einer Sekante in der Steuerkugel 2. Er verläuft parallel zu der Längsachse 42. Um einen maximalen Strömungsquerschnitt zu gewährleisten, ist der Abstand des Nutgrundes 46 möglichst gering zu der ihm radial benachbarten Wandfläche des Durchlasskanals 22 zu wählen.

Abweichend von der bisher geschilderten Kanalbelegung lässt sich der Kugelhahn 1 selbstverständlich auch mit anderer Kanalbelegung betreiben, wenn es der Einsatzzweck erfordert. Beispielsweise könnte ein Druckmedium über die zweite Kanalöffnung 7 eingespeist werden, das dann je nach Schaltstellung der Steuerkugel 2 zur ersten Kanalöffnung 6 oder zur dritten Kanalöffnung 8 überströmen kann.

Zur Vorgabe der gewünschten Schaltstellung ist der Kugelhahn 1 mit einer Drehbetätigungseinrichtung 47 ausgestattet. Diese umfasst ein bezüglich dem Hahngehäuse 3 um die Drehachse 4 verdrehbares Drehbetätigungsglied 48, das an der Steuerkugel 2 angreift, und das bei entsprechender Betätigung in der Lage ist, ein das Verdrehen der Steuerkugel 2 hervorrufendes Drehmoment in die Steuerkugel 2 einzuleiten.

Beim Ausführungsbeispiel ist das Drehbetätigungsglied 48 Bestandteil einer manuellen Drehbetätigungseinrichtung 47. Es ist mit einem Drehkopf 52 verbunden, der sich mit der Hand erfassen und verdrehen lässt.

Alternativ könnte aber auch eine strichpunktiert angedeutete, motorisch betätigbare Drehbetätigungseinrichtung 47' vorhanden sein. In diesem Falle würde das Drehbetätigungsglied 48 beispielsweise durch einen Elektromotor oder einen Druckluftmotor angetrieben werden.

Das Drehbetätigungsglied 48 durchgreift eine mit der Steuerkammer 5 kommunizierende Gehäusedurchbrechung 53 des Hahngehäuses 3 und ragt in die Steuerkammer 5 hinein. Sicherungsmittel 54, beispielsweise ein oder mehrere Sicherungsstifte, fixieren die axiale Position des Drehbetätigungsgliedes 48 unter Gewährleistung der Drehbeweglichkeit bezüglich der Drehachse 4. Ein zwischen dem Drehbetätigungsglied 48 und dem Hahngehäuse 3 platzierter Dichtungsring 55 verhindert einen Fluidaustritt aus der Steuerkammer 5 durch die Gehäusedurchbrechung 53 hindurch.

Im Bereich des Außenumfanges des Durchlasskanals 22 ist in den Außenumfang 32 der Steuerkugel 2 eine nutartige Eingriffsvertiefung 56 eingebracht. Diese kann prinzipiell vergleichbar der Bypassnut 37 ausgebildet sein. Sie lässt sich insbesondere in Form eines radialen Einschnittes in das Material der Steuerkugel 2 realisieren.

Das Drehbetätigungsglied 48 taucht mit einem Flachgestalt aufweisenden Mitnehmervorsprung 57 derart formschlüssig in die nutartige Eingriffsvertiefung 56 ein, dass bei der Rotation des Drehbetätigungsgliedes 48 eine Drehmomentübertragung auf die Steuerkugel 2 möglich ist. Zweckmäßigerweise taucht das Drehbetätigungsglied 48 nur lose in die Eingriffsvertiefung 56 ein, vorzugsweise auch mit geringfügigem Spiel, so dass die Steuerkugel 2 nicht daran gehindert wird, sich optimal auszurichten und mit zuverlässigem Dichtkontakt an den Dichtflächen 26, 27 anzuliegen.

Zur Montage muss das Drehbetätigungsglied 48 lediglich von radial außen her durch die Gehäusedurchbrechung 53 hindurch in die Eingriffsvertiefung 56 eingesteckt werden.

Es ist von Vorteil, wenn die nutartige Eingriffsvertiefung 56 in der Nuterstreckungsebene 45 der Steuerkugel 2 verläuft. Bei mechanischer Bearbeitung vereinfacht dies die Herstellung in einer einzigen Aufspannung. Die Nuterstreckungsebene 45 verläuft insbesondere in einer Diametralebene der Steuerkugel 2.

Die Breite der Eingriffsvertiefung 56 hat nur so groß zu sein, dass eine sichere Drehmomentübertragung gewährleistet ist. Sie kann daher insbesondere kleiner ausfallen als die Breite der Bypassnut 37.

Der Vertiefungsgrund 58 der Eingriffsvertiefung 56 ist bevorzugt konkav gewölbt. Eine solche konkave Gestaltung ist auch beim Nutgrund 46 der Bypassnut 37 möglich. Auch eine konvexe Krümmung oder ein abgestufter Flächenverlauf wäre bei der Grundfläche sowohl der Bypassnut 37 als auch der Eingriffsvertiefung 56 möglich.


Anspruch[de]
  1. Kugelhahn, mit einer Steuerkugel (2), die in einem Hahngehäuse (3) um eine durch den Kugelmittelpunkt verlaufende Drehachse (4) zwischen zwei Schaltstellungen verdrehbar ist, und die von einem rechtwinkelig zur Drehachse (4) verlaufenden, umfangsseitig geschlossenen Durchlasskanal (22) durchsetzt ist, dessen zwei Durchlasskanalmündungen (24, 25) in der ersten Schaltstellung zwei rechtwinkelig zur Drehachse (4) orientierten gehäuseseitigen ersten und zweiten Kanalöffnungen (6, 7) gegenüberliegen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen diesen beiden Kanalöffnungen (6, 7) herstellen, wobei eine in Achsrichtung der Drehachse (4) orientierte gehäuseseitige dritte Kanalöffnung (8) in der ersten Schaltstellung von den beiden anderen Kanalöffnungen (6, 7) abgetrennt ist und in der zweiten Schaltstellung über einen in der Steuerkugel (2) ausgebildeten, mit bezüglich der Drehachse (4) schrägem Verlauf am Durchlasskanal (2) vorbeiführenden Bypasskanal mit der gleichzeitig von der ersten Kanalöffnung (6) abgetrennten zweiten Kanalöffnung (7) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal als sich entlang eines Teilumfanges der Steuerkugel (2) erstreckende, längsseits zum Außenumfang (32) der Steuerkugel (2) offene Bypassnut (37) ausgebildet ist.
  2. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (46) der Bypassnut (37) bezüglich der Steuerkugel (2) einen sekantenförmigen Verlauf besitzt.
  3. Kugelhahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37) eine lineare Längserstreckung (42) besitzt, insbesondere mit sich über die Länge hinweg verändernden Tiefe.
  4. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37) so ausgebildet ist, dass ihr einer Endbereich (44) in Achsrichtung der Drehachse (4) in etwa auf gleicher Höhe mit dem Zentrum der zweiten Kanalöffnung (7) angeordnet ist.
  5. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37) so ausgebildet ist, dass ihr der dritten Kanalöffnung (8) zugeordneter Endbereich (43) in etwa dem Zentrum der dritten Kanalöffnung (8) gegenüberliegt.
  6. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kanalöffnung (6, 7) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
  7. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37), in der zweiten Schaltstellung betrachtet, einen unter 45° zu den Längsachsen der zweiten und dritten Kanalöffnungen (6, 7) geneigten Längsverlauf besitzt.
  8. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37) von einem radialen Einschnitt in die Steuerkugel (2) gebildet ist.
  9. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Bypassnut (37) größer ist als ihre Tiefe an der tiefsten Stelle.
  10. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
  11. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kanalöffnung (6, 7) jeweils von einer ringförmigen Dichtfläche (26, 27) umgrenzt ist, die in einer ringförmigen Dichtzone (28, 29) am Außenumfang der Steuerkugel (2) anliegt, wobei die der zweiten Kanalöffnung (7) zugeordnete Dichtzone (25) in der zweiten Schaltstellung der Steuerkugel (2) im Bereich der Bypassnut (37) durch diese unterbrochen ist.
  12. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kanalöffnung (6, 7) von je einem gehäusefest fixierten Dichtungsring (33) umgrenzt ist, in den die Steuerkugel (2) mit einem Kugelsegment eintaucht und der zweckmäßigerweise aus Tetrafluorethylen besteht.
  13. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkugel (2) ein Metallkörper ist.
  14. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerkugel (2) ein Drehbetätigungsglied (48) angreift.
  15. Kugelhahn nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehbetätigungsglied (48) Bestandteil einer manuell oder motorisch betätigbaren Drehbetätigungseinrichtung (47, 47') ist.
  16. Kugelhahn nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkugel (2) am Außenumfang eine nutartige Eingriffsvertiefung (56) aufweist, in die das Drehbetätigungsglied (48) formschlüssig eintaucht.
  17. Kugelhahn nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nutartige Eingriffsvertiefung (56) und die Bypassnut (37) in einer gemeinsamen Diametralebene der Steuerkugel (2) erstrecken.
  18. Kugelhahn nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (37) eine größere Breite besitzt als die Eingriffsvertiefung (56).
  19. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die am Außenumfang (32) der Steuerkugel (2) liegende schlitzartige Nutöffnung (38) der Bypassnut (37) einen nach radial außen gewölbten Längsverlauf besitzt.
  20. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen der schlitzartigen Nutöffnung (38) der Bypassnut (37) und dem Außenumfang (32) der Steuerkugel (2) durch eine zweckmäßigerweise umlaufende Phase (59) gebildet ist.
  21. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kanalöffnung (6) zu einem mit einer Druckquelle verbindbaren Speisekanal (12), die zweite Kanalöffnung (7) zu einem mit einem Verbraucher verbindbaren Arbeitskanal (13) und die dritte Kanalöffnung (8) zu einem mit der Atmosphäre verbindbaren Ablasskanal (14) gehört.
  22. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er als Komponente einer Druckluft-Wartungsvorrichtung ausgebildet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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