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Title:
THREE-WAY BALL VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/013522
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a three-way ball valve (10) comprising a housing (12) which comprises two discharge elements (22, 24) located on a common first axis (28) pointing in opposite directions and an input element (20) arranged perpendicular thereto; on the axis thereof (second axis 30) a spindle or similar drive element (26) is arranged on each side of the intersection pint (32) with the first axis, with which a substantially spherical control element (40) which is also mounted in the housing and which is provided with bore holes can rotate about the second axis. The spherical control element (40) is provided with at least two, preferably three, sack holes (62-66) having approximately the same diameter, whose axes lie on a common plane which includes the intersection point and extend at an angle of 120° in relation to each other and in a perpendicular manner with respect to the second axis. The control element comprises an inlet channel (60) leading from the region of the intersection point along the second axis to the entrance of the housing.

Inventors:
KLEE KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/007153
Publication Date:
February 12, 2004
Filing Date:
July 04, 2003
Export Citation:
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Assignee:
INTERFORGE KLEE GMBH (DE)
KLEE KLAUS (DE)
International Classes:
F16K11/087; (IPC1-7): F16K11/087
Foreign References:
US3115896A1963-12-31
US4019536A1977-04-26
AT404172B1998-09-25
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 199 (M - 162) 8 October 1982 (1982-10-08)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 017, no. 548 (M - 1490) 4 October 1993 (1993-10-04)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 01 31 January 1997 (1997-01-31)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 03 31 March 1997 (1997-03-31)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1998, no. 11 30 September 1998 (1998-09-30)
Attorney, Agent or Firm:
Speiser, Dieter (Speiser & Partner P. O. Box 10 60 78, Bremen, DE)
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Description:
Drei-Wege-Kugelhahn Die Erfindung betrifft einen Drei-Wege-Kugelhahn mit einem Gehäuse, welches zwei auf einer gemeinsamen ersten Achse liegende und in entgegengesetzte Richtungen weisende Abgänge und einen senkrecht dazu angeordneten Eingang aufweist, in des- sen Achse jenseits des Kreuzungspunkte mit der ersten Achse eine Spindel o. dgl.

Antriebsorgan im Gehäuse gelagert ist, mit der ein im Gehäuse ebenfalls gelagertes, im Wesentlichen kugelförmiges und mit Bohrungen versehenes Schaltorgan um die zweite Achse verdrehbar ist.

Kugelhähne dieser Art sind seit langem bekannt und vielfach in Benutzung. Wenn man diese Kugelhähne umschalten will von ihrem einen Abgang zu dem anderen der bei- den Abgänge, dann muss man die Antriebsspindel um 180° oder bei anderen Ausfüh- rungen um 90° aus ihren einen in ihre andere Stellung bewegen. Dieser Weg ist in manchen Anwendungsfällen unerwünscht lang. Darüber hinaus bedeutet der lange Weg auch vergleichsweise lange Umschaltzeiten zwischen den beiden Stellungen des Drei-Wege-Kugelventils. Neben den langen Schaltzeiten haben die bekannten Kugel- hähne auch den Nachteil, dass die vielfach vorgesehenen elektrischen oder pneumati- schen Antriebe aufwendiger sind als erwünscht, weil sie die langen Wege der Spindel erzeugen oder aber bei dem Schaltweg von 90° reversierbar sein müssen.

Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zu Grunde einen Drei-Wege- Kugelhahn so auszubilden, dass er ohne Mehraufwand schneller umge-schaltet wer- den können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Bauart erfin- dungsgemäß vorgeschlagen, dass das kugelförmige Schaltorgan mit mindestens zwei Sackbohrungen von etwa gleichem Durchmesser versehen ist, deren Achsen in einer gemeinsamen, den Kreuzungspunkt enthaltenden Ebene liegen und unter einem Win- kel von 120° zueinander und senkrecht zur zweiten Achse verlaufen und dass das Schaltorgan einen Einlasskanal aufweist, der aus dem Bereich des Kreuzungspunktes entlang der zweiten Achse bis zum Eingang des Gehäuses führt.

Erreicht werden die schnelleren Schaltzeiten bei dieser Lösung damit, dass die Spin- del, und mit der Spindel das kugelförmige Schaltorgan nur noch um 60° verdreht zu werden brauchen, um aus der einen Schaltstellung in die andere zu gelangen. Der bisher nötige Schaltwinkel von 90° bzw. 180° ist also um ein bzw. auf ein Drittel redu- ziert wodurch auch die Schaltzeiten um bzw. auf ein Drittel zurückgeführt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltorgan in der gemeinsamen Ebene drei um jeweils 120° versetzte Sackboh- rungen aufweist.

Diese Ausführungsform verbindet die erreichten kurzen Schaltzeiten mit dem weiteren großen Vorteil, dass die Spindel zum Umschalten zwischen den beiden Abgängen nicht mehr zunächst in der einen Drehrichtung und dann in der anderen entgegenge- setzten Drehrichtung bewegt werden braucht. Vielmehr ist es nun möglich, die Spin- deln nur noch in einer Richtung anzutreiben. Jede Drehung der Kugel um 60° weitere schaltet von dem einen auf den zweiten Abgang um. Diese Lösung ermöglicht die Verwendung von nicht reversierenden Stellmotoren bzw. Stellantrieben elektrischer oder pneumatischer Art.

Die Erfindung ist nachstehen an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht eines Drei-Wege-Ventils, Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ventil der Fig. 1, der den auf dem Zeich- nungsblatt nach unten weisenden Eingang und die nach rechts und links davon weisenden beiden Abgänge zeigt, Fig. 3 einen Querschnitt durch das Ventil der Fig. 1 in Höhe der beiden Ab- gänge ; Fig. 4 eine dreidimensionale Darstellung des kugelförmigen Schaltorgans ; Fig. 5 eine Draufsicht auf das Schaltorgan ; Fig. 6 einen Schnitt durch das Schaltorgan in der selben Schnittebene wie Fig.

3 ; und Fig. 7 einen Ventilschnitt durch das Schaltorgan in derselben Schnittebene wie Fig. 2.

Die nachstehend benutzten Begriffe, wie"oben, unten, rechts oder links"beziehen sich auf die Darstellungen des Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen ; es versteht sich, dass durch die Verwendung dieser Begriffe die Einbaulage des Ventils in keine Weise beschränkt werden soll. Das Ventil gemäß der Erfindung ist wie jedes andere Drei- Wege-Ventil in praktisch jeder beliebigen wohnräumlichen Stellung montierbar. Die Verwendung dieser Begriffe dient also allein einer Vereinfachung der Beschreibung und damit einer leichteren Verständlichkeit.

Das in den Figuren 1-3 gezeigte Ventil 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das aus einem Grundkörper 14 und einem Verschlussteil 16 besteht, die fest miteinander verbunden sind.

Das Ventil 10 weist einen Eingang 20 mit einer in das Innere des Gehäuses führenden Stufenbohrung 50, einen linken Abgang 22 und einen rechten Abgang 24 sowie von den Abgängen in das Innere des Gehäuses 12 führenden Stufenbohrungen 52,54 auf.

Aus dem Grundkörper 14 des Gehäuses 12 ragt eine Spindel 26 heraus, die in nach- stehend beschriebener und prinzipiell üblicher Weise zum Umschalten des Ventils be- nötigt wird.

Die beiden Abgänge 22,24 mit ihren Stufenbohrungen 52,54 liegen in einer gemein- samen ersten Achse 28. Der Eingang 20 mit seiner Stufenbohrung 50 und die Spindel 26 sind in einer gemeinsamen zweiten Achse 30 angeordnet. Die erste und zweite Achse schneiden sich in einem gemeinsamen Kreuzungspunkt 32 und verlaufen senk- recht zueinander.

Fig. 2 ist zu entnehmen, dass es sich bei dem Eingang 20 um einen Eingang mit aus- sengengewinde, bei dem linken Abgang 22 um einen Abgang mit Außengewinde und bei dem rechten Abgang 24 um solchen mit Innengewinde handelt ; diese Ausgestal- tung ist optional und ohne Bedeutung für die Erfindung ; ebenso können Lötanschlüsse oder Pressanschlüsse vorgesehen sein.

Aus der Darstellung der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass die Spindel 26 in einer Bohrung des Grundkörpers 14 des Ventils 10 abgedichtet ist eingesetzt und einen Flansch auf- weist, der die Spindel an einem Herauswandern nach oben aus dem Gehäuse 12 hin- dert. Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Spindel 26 an ihrem unteren freien Ende einen Mitnehmerkeil 34 aufweist, der in eine Keilnut 36 eines kugelförmigen Schaltor- gans 40 eingreift, welches sich im Gehäuse 12 befindet.

Das kugelförmige Schaltorgan 40, das nachstehend auch kurz mit dem Begriff"Kugel" bezeichnet wird, ist in den Figuren 4-7 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Der aus den Figuren 5-7 erkennbare Mittelpunkt 42 der Kugel ist ausweislich der Figuren 2 und 3 im Kreuzungspunkt 32 der ersten und zweiten Achsen 28,30 angeordnet, wenn sie sich innerhalb des Gehäuses 12 des Ventils 10 in ihrer Betriebsstellung befindet.

In die Kugel 40 sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Bohrun- gen eingearbeitet, deren Achsen sämtlich den Mittelpunkt 42 der Kugel durchsetzen.

Es handelt sich zunächst um eine Eingangsbohrung 60, die in den Figuren 2 und 7 sichtbar ist und in der Zeichnungsdarstellung von unten in die Kugel hineinführt. Des Weiteren sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel drei Sackbohrungen 62,64, 66 vorgesehen, deren Achsen unter einem Winkel von 120° zueinander in einer gemein- samen Ebene verlaufen, die in der Zeichnungsebene der Figuren 6 und 3 liegt ; gleich- zeitig schließt diese Ebene die erste Achse 28 ein, wenn sich die Kugel im Gehäuse 12 befindet.

Innerhalb des Ventils 10 wird die Kugel in ihrer Position einerseits durch den Mitneh- merkeil 34 und andererseits durch zwei Dichtungen 44,46 gehalten.

Zum Montieren des Ventils wird bei getrennten Gehäuseteilen 14,16 zunächst die Spindel von Innen in die für sie vorgesehene Bohrung des Gehäuseteils 14 eingeführt.

Dann wird einerseits die Dichtung 44 in den Grundkörper 14 eingesetzt, der dort das innere Ende der Stufenbohrung 52 des linken Abgangs 22 umgibt. Anschließend wird die Kugel 40 in das Innere des Grundkörpers 14 eingeführt und von unten nach oben mit ihrer Keilnut 36 in Eingriff mit dem Mitnehmerkeil 34 der Spindel 26 gebracht.

Schließlich wird die Dichtung 46 in das Verschlussteil 16 des Gehäuses 12 einge- bracht, wo er das innere Ende der Stufenbohrung 54 des rechten Abgangs 24 umgibt.

Nun wird das Verschlussteil 16 mit dem Grundkörper 14 des Gehäuses 12 verbunden, sei es durch Verschrauben oder abdichtend Verkleben, wodurch die Dichtung 46 im Kontakt mit der Kugel 40 kommt und diese gegen die gegenüberliegende Dichtung 44 drückt.

In dieser Stellung der Kugel 40 fluchtet ihre Eingangsbohrung 60 mit der Stufenboh- rung 50 des Eingangs 20 des Ventils 10, so dass vom Eingang 20 her das an die Ab- gänge 22 oder 24 zu schaltende Fluid in das Innere der Kugel gelangen kann. In der Stellung der Kugel 40 gemäß den Figuren 2 und 3 gelangt das Fluid von dort zum lin- ken Abgang 22, während das Kugelinnere gegenüber der Stufenbohrung 54 des rech- ten Abgangs 54 abgesperrt ist, wie die beiden Darstellungen der Figuren 2 und 3 zei- gen.

Verdreht die Kugel 40 man aus der gezeichneten Stellung im Uhrzeigersinn durch ent- sprechendes Verdrehen der Spindel 26 um 60 ° um die zweite Achse 30, dann erkennt man aus Figur 3, dass sich die Sackbohrung 64 in Flucht mit der Stufenbohrung 54 des zweiten Abgangs 24 bewegt und die Kugeloberfläche zwischen den Sackbohrungen 62 und 66 sich abdichtend gegen die Dichtung 44 legt und dort absperrt, so dass das Flu- id aus der Stufenbohrung 50 über die Eingangsbohrung 60 in den rechten Abgang 24 gelangt. Verdreht man die Kugel 40 weiter im Uhrzeigersinn um 60°, dann nimmt die Sackbohrung 64 nun die Position der in Figur 3 gezeichneten Sackbohrung 66 ein, während die Letztere in die Position der gezeichneten Sackbohrung 62 gelangt und den Weg für das Fluid von der Eingangsbohrung 60 in die Stufenbohrung 52 des linken Abgangs 22 freigibt.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform weist die Kugel bei sonst unveränderter Konstruktion eine der beiden Sackbohrungen, beispielsweise also die Sackbohrung 66 nicht auf. Das hat zur Folge, dass beim Verdrehen der Spindel 26 im Uhrzeigersinn um 60° wiederum die Bohrung 62 außer Flucht mit der Stufenbohrung 52 und die Sack- bohrung 64 in Flucht mit der Stufenbohrung 54 des rechten Abgangs 24, wie es zuvor beschrieben wurde. Um dieser Ausführungsform aber ebenfalls mit einem Verdrehwin- kel der Spindel von nur 60° zwischen den Umschaltstellungen auszukommen, muss die Spindel nun zum Umschalten vom rechten Abgang 24 auf den linken Abgang 22 entgegen dem Uhrzeigesinn um 60 ° zurückgedreht werden. Das einfachere Verdrehen der Spindel in nur einer Drehrichtung, wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel geschildert, entfällt hier.




 
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