DE3636856C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelhahn mit einem kugel­ förmigen Absperrkörper, der über eine im Kugelhahnge­ häuse drehbar gelagerte Schaltwelle zwischen Schließ­ stellung und Öffnungsstellung verstellbar ist.

Kugelhähne weisen einen geringen Raumbedarf bei gegebe­ nem Durchströmquerschnitt auf und finden daher besonders bei mobilem Einsatz verbreiterte Anwendung. So sind Ku­ gelhähne als Absperrorgan bei der Feuerwehr (DE-OS 15 50 627) weit ver­ breitet. Der Schaltweg zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung beträgt bei Kugelhähnen gewöhnlich nur 90° Drehwinkel. Das Öffnen oder Schließen eines Kugel­ hahns ist daher auch unter Druck innerhalb eines Bruch­ teils einer Sekunde möglich. Ein zu schnelles Öffnen oder Schließen führt aber zu Druckspitzen, durch wel­ che die Leitungselemente überlastet werden können. Durch Druckspitzen, die beim plötzlichen Öffnen oder Schließen von Kugelhähnen entstehen, können lose ver­ verlegte Leitungen auch zu unkontrollierten und gefährli­ chen Bewegungen veranlaßt werden. Die Betätigung von Kugelhähnen unter Druck muß daher ausreichend langsam erfolgen, um das Auftreten von unzulässig hohen Druck­ spitzen zu vermeiden. Die Einhaltung dieser Vorschrift setzt aber eine Bedienung durch geschultes Personal voraus. Dennoch können beispielsweise bei Feuerwehrein­ sätzen Bedienungsfehler gemacht werden, die zu einer Beschädigung des Materials oder einer Gefährdung des Personals führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugel­ hahn zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln ein zu schnelles Öffnen oder Schließen zuverlässig verhindert wird.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßem Kugelhahn durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Wenn bei dem erfindungsgemäßen Kugelhahn die Schalt­ welle zu schnell betätigt wird, erreicht der Trägheitskör­ per, dessen durch die Federbeaufschlagung verursachte Dreh­ bewegung durch seine Massenträgheit gehemmt wird, nicht die­ jenige Drehstellung, in welcher die Funktion der Blockier­ vorrichtung unterbunden ist. Daher erfolgt bei zu schneller Betätigung der Schaltwelle ein automatisches Ansprechen der Blockiervorrichtung, so daß die Schaltwelle nicht weiterge­ dreht werden kann. Die Blockiervorrichtung spricht aber auch auf Drehbewegungen des kugelförmigen Absperrkörpers an, die durch das durchströmende Medium bewirkt werden. Insbesondere in der Nähe der Schließ­ stellung besteht nämlich die Gefahr, daß der Absperr­ körper durch Strömungseinflüsse plötzlich in seine Schließstellung gedreht wird, was ebenfalls zu unzu­ lässig hohen Druckspitzen führen würde. Durch die Er­ findung wird also auch eine Sicherung gegen ungewollte schlagartige Verstellung des Absperrkörpers durch Strö­ mungseinflüsse erreicht.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung findet eine selbsttätige Blockierung bei zu schneller Betäti­ gung in beiden Betätigungsrichtungen statt. Der Träg­ heitskörper ist bei solchen Ausführungsformen durch eine oder mehrere Federn in einer Mittenstellung gehal­ ten und wird bei von dieser Mittelstellung abweichender Drehstellung beaufschlagt.

Bei einer besonders einfachen und dennoch zuverlässig arbeitenden Ausführungsform der Erfindung besteht die Blockiervorrichtung aus zwei konzentrischen, im radia­ len Abstand einander gegenüberliegenden ringförmigen Formschlußstrukturen, von denen die eine an den Träg­ heitskörper angeschlossen und die andere gehäusefest ist, und aus wenigstens einem Wälzkörper, der zwischen den beiden ringförmigen Formschlußstrukturen angeordnet und über einen Mitnehmer an die Schaltwelle angekoppelt ist. Die Formschlußstrukturen weisen jeweils paarweise einander gegenüberliegende und in Umfangsrichtung auf­ einanderfolgende, durch Stege voneinander abgegrenzte Mulden auf, deren Form auf die Oberfläche des Wälzkör­ pers abgestimmt ist. Die lichte Weite zwischen zwei ein­ ander gegenüberliegenden Stegen der beiden Formschluß­ strukturen ist kleiner als der Durchmesser des Wälz­ körpers. Die lichte Weite zwischen dem Boden einer Mul­ de der einen Formschlußstruktur und einem ihm gegen­ überliegenden Steg der anderen Formschlußstruktur ist gleich dem Durchmesser des Wälzkörpers oder etwas grö­ ßer als dieser. Ferner ist der Trägheitskörper mit der an ihn angeschlossenen Formschlußstruktur um einen be­ grenzten Drehwinkel von einer Ruhelage ausgehend dreh­ bar. Die Größe dieses begrenzten Drehwinkels entspricht annähernd dem Teilungsabstand der Mulden der Formschluß­ strukturen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt eines Kugelhahns durch die Achse seiner Schaltwelle entlang der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Kugelhahns längs Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3a bis 3g vergrößerte Teilansichten einer Blockier­ vorrichtung des in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigten Kugelhahns, jeweils in verschie­ denen Betätigungszuständen.

In dem Gehäuse 10 des Kugelhahns ist ein kugelförmiger Absperrkörper 12 drehbar gelagert. An den Ansperrkörper 12 ist eine im Gehäuse 10 drehbar gelagerte Schaltwelle 14 angeschlossen. Die Schaltwelle 14 wird über einen an ihr mittels einer Schraube 16 befestigten Hebel 18 be­ tätigt. Die Achse der Schaltwelle ist mit 20 bezeichnet. Da das Gehäuse 10 und der Absperrkörper 12 keine Beson­ derheiten gegenüber herkömmlichen Kugelhähnen aufweisen, werden sie hier nicht näher beschrieben.

Die Schaltwelle 14 ist in einem zylindrischen Fortsatz 22 des Gehäuses 10 gelagert. Diesen Gehäusefortsatz 22 umgibt eine gehäusefeste Hülse 24, die an ihrem dem Ge­ häuse 10 zugewandten Ende in einen Flansch 26 übergeht und mit dem Gehäuse 10 fest verbunden ist. Die Hülse 24 ist ihrerseits von einem ringförmigen Trägheitskörper 28 umgeben, der um die Hülse 24 herum drehbar ist. Die Drehbeweglichkeit des Trägheitskörpers 28 wird jedoch, wie in Fig. 2 gezeigt, durch einen Anschlagstift 30 be­ grenzt, der in eine Bohrung des Trägheitskörpers 28 ein­ gesetzt ist und in ein Langloch 32 des gehäusefesten Flansches 26 eingreift. Wie weiterhin aus Fig. 2 ersicht­ lich ist, wird der Trägheitskörper 28 durch zwei zylin­ drische Druckfedern 34, 36 in einer Mittenstellung ge­ halten, in welcher sich der Anschlagstift 30 in der Mit­ te des Langlochs 32 des Flansches 26 befindet. Die Druck­ federn 34, 36 sind jeweils in einer bogenförmigen Ausspa­ rung 35, 37 aufgenommen, von denen die eine Hälfte in dem gehäusefesten Flansch 26 und die anderen Hälfte im Trägheitskörper 28 gebildet ist. Ferner stützen sich die Druckfedern 34, 36 an ihren Enden jeweils an einer radial verlaufenden, je zur Hälfte in dem Trägheitskör­ per 28 und in dem gehäusefesten Flansch 26 gebildeten Endwandung der zugehörigen bogenförmigen Aussparung 35, 37 ab.

Der ringförmige Trägheitskörper 28 ist auf seiner In­ nenseite mit einer Formschlußstruktur versehen, die aus einer sich über den gesamten Umfang erstreckenden Folge von Mulden 40 besteht, die jeweils durch zahnartige Stege 42 voneinander abgegrenzt sind. Konzentrisch mit der durch die Mulden 40 und Stege 42 gebildeten Form­ schlußstruktur und von dieser mit radialem Abstand um­ geben ist eine weitere Formschlußstruktur, die an der Außenseite der Hülse 24 gebildet ist und ebenfalls aus einer sich über den gesamten Umfang erstreckende Folge von Mulden 44, die durch zahnartige Stege 46 voneinan­ der abgegrenzt sind, gebildet ist. Die Mulden 40, 44 und Stege 42, 46 liegen einander jeweils paarweise ge­ genüber, wenn sich der Trägheitskörper 28 in seiner in Fig. 2 gezeigten Mittenstellung befindet. Die Teilungen der beiden Formschlußstrukturen sind also gleich. Ein zylindrischer Wälzkörper 48 ist zwischen den beiden Formschlußstrukturen angeordnet. Die Form der Mulden 40, 44 entspricht der Oberfläche des Wälzkörpers 48. Der Wälzkörper 48 ist mit geringem Spiel in einer Aus­ sparung 50 eines ringförmigen Mitnehmers 52 gehalten, welcher koaxial mit der Schaltwelle 14 und über einen Flansch 54 drefest mit dieser verbunden ist.

Für die Funktionsweise, die nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3a bis 3g erläutert wird, ist von Bedeutung, daß der Trägheitskörper 28 durch die Bemessung des Langlochs 32 nur eine Drehbewegung von seiner Mitten­ lage ausgehend ausführen kann, die etwa so groß ist wie der Teilungsabstand zweier benachbarter Mulden 40 bzw. 44. Weiterhin ist von Bedeutung, daß zum einen die lich­ te Weite L ₁ (Fig. 3a) zwischen zwei einander gegenüber­ liegenden Stegen 42, 46 der beiden Formschlußstrukturen kleiner als der Durchmesser D des Wälzkörpers 48 ist und zum anderen die leichte Weise L ₂ zwischen dem Boden einer Mulde der einen Formschlußstruktur und einem ihm gegenüberliegenden Steg der anderen Formschlußstruktur gleich dem Durchmesser D des Wäkzkörpers 48 oder etwas größer als dieser Durchmesser ist.

In der Schließstellung und Öffnungsstellung des Kugel­ hahns wird der Trägheitskörper 28 durch die Druckfedern 34, 36 in seiner in Fig. 2 gezeigten Mittenstellung ge­ halten, wobei die Mulden 40, 44 einander paarweise ge­ genüberliegen. Der Wälzkörper 48 befindet sich einer­ seits lose zwischen zwei der einander gegenüberliegen­ den Mulden 40, 44 und andererseits mit geringem Spiel in der Aussparung 50 des ringförmigen Mitnehmers 52. Wird nun, wie in Fig. 3b gezeigt, der Wälzkörper 48 durch den Mitnehmer 52 in Richtung des Pfeiles A mitbe­ wegt, wobei der Wälzkörper 48 seinerseits gegen eine Seitenwand einer Mulde 40 drückt, so wird der ringför­ mige Trägheitskörper 28 in Richtung des Pfeiles B mit­ genommen. Bei der abschließenden Weiterdrehung des Mit­ nehmers 52 wird der Wälzkörper 48 an der Seitenwand ei­ ner Mulde 44 entlang hochgedrückt, bis er, wie in Fig. 3c gezeigt, auf dem Scheitel eines Steges 46 ange­ langt ist. Gleichzeitig wird der ringförmige Trägheits­ körper 28 durch den Wälzkörper 48 mitgenommen. Bei fortgesetzter Drehbewegung des Mitnehmers 52 rollt schließlich der Wälzkörper 48 von dem Scheitel des Steges 46 ab und gelangt in die darauffolgende Mulde 44 des gehäusefesten Ringes 24. Sobald der Wälzkörper 48 am Boden dieser Mulde 44 angekommen ist, gibt er den ihm gegenüberliegenden zahnförmigen Steg 42 des Trägheits­ körpers 28 frei. Dieser Zustand ist in Fig. 3e gezeigt. Der Trägheitskörper kann sich nun in Richtung des Pfei­ les C (Fig. 3e) unter der Wirkung der beiden Druckfedern 34, 36 auf seine Mittenstellung zubewegen. Diese Drehbewegung des Trägheitskörpers 28 wird jedoch durch seine träge Masse gehemmt. Wird die Schaltwelle 14 ausreichend langsam betätigt, so kann sich der ring­ förmige Trägheitskörper 28 bis in seine Mittenstellung (Fig. 2) zurückdrehen. Es tritt dann der in Fig. 3f ge­ zeigte Zustand ein. Wird hingegen die Schaltwelle 14 mit zu großer Geschwindigkeit betätigt, so bleibt dem Träg­ heitskörper 28 nicht die erforderliche Zeit, um durch die Druckfedern 34, 36 in seine Mittenstellung zu­ rückgedreht zu werden. Vielmehr wird der Wälzkörper 48 durch den Mitnehmer 52 aus der Mulde 44 heraus und ge­ gen den nächsten Steg 42 gedrückt und ist daher be­ strebt, den ringförmigen Trägheitskörper 28 weiterhin in Richtung des Pfeiles B mitzunehmen. Der Trägheits­ körper 28 hat sich nunmehr jedoch so weit gedreht, daß für den Anschlagstift 30 das Ende des Langloches 32 er­ reicht ist und der Trägheitskörper folglich nicht wei­ tergedreht werden kann. In diesem in Fig. 3g gezeigten Zustand ist daher die Schaltwelle 14 gegen weitere Dre­ hung blockiert. Ein Weiterdrehen der Schaltwelle 14 ist erst möglich, nachdem eine geringfügige Rückdrehung zur Freigabe des Trägheitskörpers 28 erfolgt ist, so daß dieser durch die Federn 34, 36 in seine Mittenlage zurückgedreht werden kann. Solange die Schaltwelle 14 ausreichend langsam betätigt wird, ist die Blockiervor­ richtung außer Funktion und die Betätigung zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung in keiner Weise gehemmt.

In der Zeichnung ist jeweils nur ein Wälzkörper 48 ge­ zeigt. Es können jedoch zwei, drei oder auch mehr der­ artige Wälzkörper verwendet werden.

Bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform bildet die ringförmige Trägheitsmasse einen von einem gehäusefesten Ringteil umgegebenen Innenring. Diese Aus­ führungsform ist vorteilhaft, wenn der drehbare Träg­ heitskörper geschützt untergebracht werden soll.

Die maximal mögliche Schaltgeschwindigkeit ohne Blockie­ rung wird durch die träge Masse des Trägheitskörpers 28 einerseits und die Bemessung der Federn 34, 36 anderer­ seits bestimmt. Trotz der kompakten Bauform der Bloc­ kiervorrichtung kann leicht eine Begrenzung der maximal möglichen Schaltgeschwindigkeit auf Werte erreicht wer­ den, bei denen unzulässig hohe Druckspitzen mit Sicher­ heit vermieden werden. Die Mindestzeitspanne für eine Betätigung zwischen Öffnungsstellung und Schließstel­ lung, also eine Drehbewegung über einen Drehwinkel von 90°, kann beispielsweise einige Sekunden betragen. Bei größeren Nennweiten wird diese Mindestzeitspanne länger bemessen als bei kleineren Nennweiten.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform entfallen der Anschlagstift 30 und das Langloch 32. Die Drehbewegung des ringförmigen Trägheitskörpers 28 wird allein dadurch begrenzt, daß die zylindrischen Druck­ federn 34, 36 ihre Blocklänge erreichen und dann nicht weiter zusammengedrückt werden können.

Claims (8)

1. Kugelhahn mit einem kugelförmigen Absperrkörper, der über eine im Kugelhahngehäuse drehbar gelagerte Schalt­ welle zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung ver­ stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (14) an eine Blockiervorrichtung zur Blockierung der Schalt­ welle (14) in ihrer jeweiligen Drehstellung zwischen Schließ­ stellung und Öffnungsstellung angeschlossen ist, daß am Kugelhahngehäuse (10) ein Trägheitskörper (28) begrenzt drehbar gela­ gert ist, dessen durch Federbeaufschlagung bewirkte Drehbe­ wegung durch Drehung der Schaltwelle (14) ausgelöst und durch seine Massenträgheit gehemmt wird, und daß die Blockie­ rung bei zu schneller Bewegung der Schaltwelle (14) in der jeweiligen Drehendstellung des Trägheitskörpers an­ spricht, die dieser im Verlauf der Drehbewegung der Schalt­ welle (14) erreicht.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (28) durch wenigstens eine Fe­ der (34, 36) in der Mittenstellung gehalten und bei von dieser Mittenstellung abweichender Drehstellung durch die Feder (34, 36) in die Richtung dieser Mitten­ stellung beaufschlagt wird.

3. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (28) über einen begrenzten Drehwinkel drehbar ist.

4. Kugelhahn nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiervorrichtung durch zwei konzentrische, im radialen Abstand einander gegenüberliegende ringförmige Formschlußstrukturen, von denen die eine an den Trägheitskörper (28) angeschlos­ sen und die andere gehäusefest ist, und durch wenigstens einen Wälzkörper (48) gebildet ist, der zwischen den beiden ringförmigen Formschlußstrukturen angeordnet und über einen Mitnehmer (52) an die Schaltwelle (14) ange­ koppelt ist, daß die Formschlußstrukturen jeweils paar­ weise einander gegenüberliegende und in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende sowie durch Stege (42, 46) vonein­ ander abgegrenzte Mulden (40, 44) aufweisen, deren Form auf die Oberfläche des Wälzkörpers (48) abgestimmt ist, daß die lichte Weite (L ₁) zwischen zwei einander gegen­ überliegenden Stegen (42, 46) der beiden Formschluß­ strukturen kleiner als der Durchmesser (D) des Wälz­ körpers (48) ist und die lichte Weite (L ₂) zwischen dem Boden einer Mulde der einen Formschlußstruktur und ei­ nem ihn gegenüberliegenden Steg der anderen Formschluß­ struktur gleich dem Durchmesser (D) des Wälzkörpers (48) oder etwas größer als dieser ist und daß der Trägheits­ körper (28) mit der an ihn angeschlossenen Formschluß­ struktur um einen begrenzten Drehwinkel von einer Ruhe­ lage ausgehend drehbar ist, der dem Teilungsabstand der Mulden (40, 44) der Formschlußstrukturen entspricht.

5. Kugelhahn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (28) ringförmig ausgebildet ist.

6. Kugelhahn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Trägheitskörper (28) auf seiner In­ nenseite und mit einer der beiden Formschlußstrukturen ver­ sehen ist und die gehäusefeste Formschlußstruktur um­ gibt.

7. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Träg­ heitskörpers (28) durch gehäusefeste Anschlagmittel (30) begrenzt ist.

8. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Träg­ heitskörpers (28) durch den Federweg der für die Fe­ derbeaufschlagung vorgesehenen Federn (34, 36) begrenzt ist.