DE10021592A1 - Ventilanbohrarmatur für ein insbesondere unter Mediendruck stehendes Rohr - Google Patents

Abstract

Bei einer Ventilanbohrarmatur für ein Rohr, das unter Mediendruck steht, werden im Gehäuse ein Satz von vier ineinandersteckenden Hülsen verwendet, nämlich einer Außenhülse, einer Zwischenhülse, einer Innenhülse und schließlich einer Endhülse. Die Innenhülse ist mit dem Schneidwerkzeug fest verbunden und durch ein Drehwerkzeug in einem Innengewinde der Zwischenhülse verschraubbar, wobei ein Außengewinde der Zwischenhülse mit dem Innengewinde der Außenhülse in Eingriff steht. Im Hauptraum gibt es einen ortsfesten Ventilsitz, mit welchem ein vom Endbereich der Endhülse gebildetes bewegliches Ventilglied zusammenwirkt. Um eine bequeme und schnelle Handhabung der Armatur zu erreichen wird vorgeschlagen, die Endhülse von der Zwischenhülse zu trennen und bezüglich der Innenhülse axial verschieblich zu führen. Die axiale Verschieblichkeit liegt beim Anbohrbetrieb und nach dem Anbohren bis zum Einfahren des Schneidwerkzeugs ins Innere der Endhülse vor. Danach ist aber die Einfahrlage des Schneidwerkzeugs in die Endhülse dauerhaft fixiert, was beim späteren Ventilbetrieb erhalten bleibt. Es liegt ein Verbund aus der Endhülse, dem Schneidwerkzeug und der Innenhülse vor. Dieser Verbund wird mittels des Drehwerkzeugs gemeinsam in der Außenhülse verschraubt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Ventilanbohrarmatur der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Diese Armatur besitzt außer dem zur Verschraubung dienenden ortsfesten Gewinde noch zwei weitere Gewindehülsen, nämlich eine mit einem Innen- und Außengewinde ausgerüstete Zwischenhülse und eine ein Umfangsgewinde aufweisende Innenhülse. Zur Armatur gehört aber auch noch eine Endhülse, die mit ihrem dem ortsfesten Ventilsitz zugekehrten Bereich die Funktion eines beweglichen Ventilglieds erfüllt. Das zum Anbohren dienende Schneidwerkzeug befindet sich an der Innenhülse. Im Ruhefall ist das Schneidwerkzeug mindestens teilweise ins Innere der Endhülse eingefahren, wird aber zum Anbohren durch Verschrauben der Innenhülse aus der Endhülse axial herausbewegt. Wird die Innenhülse nach dem Anbohren zurückgeschraubt, so fährt das Schneidwerkzeug wieder ins Innere der Endhülse ein. Durch die Ineinanderschachtelung der Innenhülse in der Zwischenhülse lässt sich bei Armaturen dieser Art das Schneidwerkzeug über die Innenhülse so weit in der Zwischenhülse zurückschrauben, dass es nach dem Anbohren, beim späteren Ventilbetrieb der Armatur, in Ventiloffenlage möglichst nicht in dem Strömungsweg des Mediums zwischen dem Bohrloch und dem Abzweig hineinragt.

Bei der bekannten Armatur dieser Art (DE 196 41 830 C2) ist die Endhülse mit der Zwischenhülse einstückig; der unterste Abschnitt der Zwischenhülse bildet die Endhülse. Das Schneidwerkzeug besteht aus einer einer Schneidbuchse gebildet, deren oberer Abschnitt die Innenhülse bildet. Zwischen der Schneidbuchse einerseits und der aus der Zwischenhülse andererseits gibt es Innenanschläge, welche die maximale Ausschraublage der Schneidbuchse begrenzen. Diese Ausschraublage tritt nicht nur beim Anbohren sondern auch beim späteren Ventilbetrieb der Armatur ein. Der Nachteil dieser Armatur liegt in der umständlichen, zeitaufwendigen Drehbetätigung, um nach dem Anbohren das an der Endhülse sitzende bewegliche Ventilglied an den ortsfesten Ventilsitz zur Anlage zu bringen, wie es die Absperrlage des späteren Ventilbetriebs fordert. Der Andruck des beweglichen Ventilglieds am ortsfesten Ventilsitz tritt erst ein, wenn sowohl die Schneidbuchse als auch die Zwischenhülse über die erforderlichen Gewindelängen ihres Innengewindes und Außengewindes verschraubt worden sind. Die Dreharbeit zum Schließen und Öffnen des Ventils ist die gleiche, wie beim Anbohren des Rohres. Das Öffnen und Schließen des Ventils ist ein mühsamer, zeitraubender Vorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Armatur der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, die sich durch eine bequemere und schnellere Handhabung auszeichnet. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Die Erfindung hat erkannt, dass sich die Drehhandhabung nach dem Anbohren beim späteren Ventilbetrieb wesentlich vereinfachen lässt, wenn man die Endhülse von der Zwischenhülse unabhängig macht und bezüglich der Innenhülse fallweise axial verschieblich macht. Diese axiale Verschieblichkeit der Endhülse liegt im Ausgangszustand der Armatur, vor dem Anbohren, sowie während des Anbohrbetriebs der Armatur vor. In der ersten Phase der Betätigung des Drehwerkzeugs wird die Innenhülse mit dem damit fest verbundenen Schneidwerkzeug an die gewünschte anzubohrende Stelle im Rohr zunächst soweit heranbewegt, bis die Endhülse mit ihrem beweglichen Ventilglied sich am ortsfesten Ventilsitz des Armaturgehäuses abstützt. Beim Weiterdrehen schraubt sich die Innenhülse aus der Zwischenhülse heraus. Dadurch fährt das Schneidwerkzeug aus der dabei ruhenden Endhülse und es findet ein Anbohren des Rohres statt. Diese axiale Verschieblichkeit der Endhülse gegenüber der Innenhülse bleibt auch noch bis zum Wiedereinfahren des Schneidwerkzeugs in die Endhülse nach dem Anbohren erhalten. Wenn aber die volle Einfahrlage des Schneidwerkzeugs erreicht ist, wird das Schneidwerkzeug in der Endhülse dauerhaft fixiert. Dadurch entsteht ein axialfester Verbund zwischen der Endhülse, dem Schneidwerkzeug und der Innenhülse. Dieser Verbund bleibt beim späteren Ventilbetrieb erhalten. Zum Schließen und Öffnen des Ventils braucht daher das Drehwerkzeug nur soweit betätigt werden, wie zum Verschrauben des beweglichen Ventilglieds an der Endhülse erforderlich ist. Eine umständliche Verschraubung, wie sie vorausgehend beim Anbohren erforderlich war, entfällt. Zum Öffnen und Schließen des Ventils sind weniger Drehungen des Drehwerkzeugs erforderlich.

Bei der Erfindung wird folglich die Endhülse, in Abhängigkeit davon ob der anfängliche Anbohrbetrieb oder der spätere Ventilbetrieb vorliegen, in unterschiedliche Betriebszustände überführt. Im Ausgangszustand, der beim Anbohren vorliegt, ist die Endhülse, wie bereits gesagt wurde, bezüglich der Innenhülse axial verschieblich. Dagegen im Endzustand, der beim späteren Ventilbetrieb besteht, ist die Endhülse mit der Innenhülse des Schneidwerkzeugs fest verbunden; und soll nachfolgend kurz "Verbund" bezeichnet werden. Dieser Verbund ist beim Betätigen des Drehwerkzeugs stets gemeinsam verschraubbar. Für die Verschraubung des Verbundes wird im wesentlichen nur das Außengewinde der Zwischenhülse genutzt, während ihr Innengewinde gegenüber der Innenhülse im wesentlichen ungenutzt bleibt. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt im geringen Hubweg dieses Verbunds. Das Ventilglied der Endhülse bewegt sich nach dem Anbohren so, wie bei Ventilanbohrarmaturen ganz anderer Art (DE 20 22 093), wo das Schneidwerkzeug und das Ventilglied eine feste Einheit bilden. Bei der Erfindung ist aber gegenüber der letztgenannten Anbohrtype eine wesentlich geringere Bauhöhe gegeben. Beim späteren Ventilbetrieb fährt das Schneidwerkzeug, im Gegensatz zum genannten Stand der Technik, nicht mehr in das Bohrloch ein, sondern bleibt in der Absperrposition in einem axialen Abstand. Eine ungehinderte Absperrung ist gewährleistet. Beschädigungen des Bohrlochs durch eine eventuell durch Baustellen-Handling versetzte Armatur und damit eine Klemmung durch ein Schneidwerkzeug sind bei der Erfindung ausgeschlossen.

Eine besonders schnelle Umsteuerung des an der Endhülse befindlichen beweglichen Ventilglieds zwischen der Absperr- und Öffnungslage wird erreicht, wenn man die beidseitigen Gewinde der Zwischenhülse gemäß Anspruch 2 zueinander unterschiedlich ausbildet, nämlich das eine Gewinde mit einer größeren Steigung und das andere mit einer kleinen Steigung. Verfährt man dabei gemäß Anspruch 3, so ist insgesamt gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil gegeben, dass einerseits mit einem größeren Spindelvorschub ein Absperren der Armatur möglich ist, man aber andererseits für das Anbohren ein Gewinde mit kleiner Steigung benutzt. Diese kleine Gewindesteigung sorgt für einen kleinen Bohrdruck. Bei kleiner Transportgeschwindigkeit erhält man eine kleine Spanbildung, woraus eine geringere Schnittkraft und daraus ein geringeres Drehmoment an der Betätigungsspindel resultiert.

In manchen Fällen empfiehlt es sich, wie in Anspruch 4 zum Ausdruck kommt, beim Ventilbetrieb in der letzten Phase der Absperrbewegung auch das Gewinde mit kleiner Steigung zu nutzen. Auf dieser Weise erhält man eine höhere Andruckkraft der als Ventilglied fungierenden Endhülse am gehäuseseitigen Ventilsitz. Außerdem ist dadurch die Absperrposition besser gesichert.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1, in einem Axialschnitt, die erfindungsgemäße Armatur im Ausgangszustand, vor ihrer Benutzung,

Fig. 2, in Vergrößerung, den oberen Bereich der in Fig. 1 gezeigten Armatur,

Fig. 2a in stärkerer Vergrößerung ein Detail von Fig. 2,

Fig. 3, 4 + 5, im gleichen Axialschnitt wie in Fig. 1, drei aufeinanderfolgende Phasen beim Anbohrbetrieb der Armatur,

Fig. 6, wieder in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung, die Absperrposition während des Ventilbetriebs der erfindungsgemäßen Armatur,

Fig. 7, in einer der Fig. 5 entsprechenden Arbeitsphase nach dem Anbohren und vor dem Ventilbetrieb den oberen Bereich der Anbohrarmatur in einer ersten abgewandelten Ausführung, betreffend die Dichtungsmittel, und

Fig. 8, in der gleichen Arbeitsphase wie in Fig. 5 oder 7, ein Bruchstück einer zweiten abgewandelten Ausführung der erfindungsgemäßen Armatur.

Die Armatur umfasst ein Gehäuse 10, welches über einen Sattel 13 an der gewünschten anzubohrenden Stelle eines Rohres 50 befestigt werden soll. Dazu dient eine nicht näher gezeigte Befestigungsvorrichtung, die an Flanschen 14 des Sattels 13 angreift. Der Sattel 13 ist im vorliegenden Fall über eine Dichtungsmatte 15 am Rohrumfang 52 plaziert. Statt einer elastischen Dichtungsmatte 15 könnte eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung genutzt werden. Letzteres vor allem dann, wenn das Material des Rohres 50 und des Gehäuses 10 ganz oder teilweise aus schweißfähigem Kunststoffmaterial bestehen. Das Gehäuse 10 umfasst einen Hauptraum 11, von welchem ein Abzweig 12 abgeht. Nach dem Anbohren des Rohres 50 soll ein im Rohrinneren 51 befindliches Medium, das ständig unter einem hohen Mediendruck steht, bedarfsweise über den Abzweig 12 in eine nicht näher gezeigte Abzweigleitung geführt werden.

Im Hauptraum 11 ist unterhalb des Abzweigs 12 ein Ventilsitz 53 angeordnet. Am oberen Ende des Gehäuses 10 ist eine Kappe 16 befestigt, die im vorliegenden Fall zur axialfesten Lagerung einer als Drehwerkzeug dienenden Spindel 17 dient. Anstelle einer Spindel 17 können natürlich auch Drehwerkzeuge jeder anderen Art verwendet werden. Die Spindel 17 ist im Lagerbereich mit Dichtungen 18 versehen und wird von einem Stopfen 19 in der Kappe 16 festgehalten. Die Spindel 17 ragt mit einem Betätigungsende 57 aus der Kappe 16 heraus, während das Spindel- Innenende 58 im Kappeninneren 56 positioniert ist, wo ein ganzer Hülsensatz 21, 22, 23 sich befindet, der anhand der Fig. 2 näher beschrieben werden soll.

Im Gehäuse 10 bzw. in der Kappe 16 ist zunächst ein ortsfestes Innengewinde 24 angeordnet. Dieses könnte an der Innenwand der Kappe 16 und/oder des Gehäuse- Hauptraums 11 integriert sein, gehört aber im vorliegenden Fall zu einer äußeren Gewindehülse 23, die nachfolgend kurz "Außenhülse" bezeichnet werden soll. Im vorliegenden Fall ist die Außenhülse 23 zusammen mit einer Anschlaghülse 25 mittels Flanschen zwischen Absatzflächen der Kappe 16 und des Gehäuses 10 plaziert. Das Innengewinde 24 der Außenhülse 23 steht in Eingriff mit dem Außengewinde 26 einer darin steckenden Hülse 22, die mit einem Doppelgewinde versehenen ist aus noch näher zu ersehenden Gründen im Folgenden kurz "Zwischenhülse" bezeichnet werden soll. Diese Zwischenhülse 22 besitzt nämlich auch ein Innengewinde 27, welches mit dem Umfangsgewinde 28 einer darin steckenden dritten Gewindehülse 21 in Eingriff steht, welche nachfolgend "Innenhülse" bezeichnet werden soll. Das Spindel-Innenende 58 greift ins Innere der Innenhülse 21 ein, wodurch zwar eine drehfeste, aber axial verschiebliche Verbindung zwischen diesen Bauteilen 21, 58 zustande kommt. Das Spindel- Innenende 58 ist nämlich mit einer unrunden Kontur versehen, die in ein entsprechend unrundes Hohlprofil der Innenhülse 21 eingreift. Sowohl drehfest als auch axialfest ist ein Schneidwerkzeug 29 mit der Innenhülse 21 verbunden.

Das Schneidwerkzeug 29 könnte mit der Innenhülse 21 einstückig ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall besteht das Schneidwerkzeug 29 aus einem abgesetzten Fräser, der einen gegenüber dem Hülsendurchmesser 55 der Innenhülse 21 wesentlichen größeren Bohrdurchmesser 59 aufweist. Der Fräser 29 ist eine Rohrbuchse, die in ihrem Inneren, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, den Bohrkern 54 aus der Rohrwand des Rohres 50 aufnehmen kann. Anstelle des Fräsers 29 könnten auch Schneidwerkzeuge anderer Art verwendet werden, wie Bohrer oder Messer.

Zu dem erwähnten Hülsensatz 21, 22, 23 gehört schließlich noch eine besondere Endhülse 30, die das Schneidwerkzeug 30 im Ausgangszustand der Armatur von Fig. 1 und 2 teilweise aufnimmt. Wie bereits erwähnt wurde, befindet sich unterhalb des Abzweigs 12 ein ortsfester Ventilsitz 53 im Hauptraum 11. Die Endhülse 30 erzeugt mit ihrem dem ortsfesten Ventilsitz 53 zugekehrten Bereich ein bewegliches Ventilglied 33. Die Endhülse 30 ist hier topfförmig ausgebildet und soll nachfolgend kurz "Ventiltopf" genannt werden. Das Ventilglied 33 befindet sich am Stirnende des Topfmantels 31 und ist mit einem Elastomermaterial 34 versehen. Der Topfboden 32 ist ringförmig ausgebildet. Durch die Ringöffnung ist die Innenhülse. 21 gleitfähig hindurchgeführt. Die Innenhülse 21 besitzt in diesem Bereich einen Führungsabschnitt 35 für den Ventiltopf 30, welcher durch Endanschläge 36, 37 begrenzt ist. Der Ventiltopf 30 ist auf dem Führungsabschnitt 35 im Sinne des Doppelpfeils 38 von Fig. 2 frei axial verschieblich. Der vorerwähnte Hülsenquerschnitt 55 ist im Führungsabschnitt 35 zylindrisch ausgebildet, weshalb eine relative Drehung zwischen der Innenhülse 21 und dem Ventiltopf 30 möglich ist.

Der untere Endanschlag 37 für den Ventiltopf 30 ist, wie Fig. 2a zeigt, durch die obere axiale Schulter 37 des Schneidwerkzeugs 29 gebildet. Wie Fig. 2a erkennen lässt, befinden sich an den Gleitflächen 48 im ringförmigen Topfboden 32 Dichtungsmittel 49, die am Führungsabschnitt 35 angreifen. Im Ausgangszustand von Fig. 1, 2 und 2a liegt ein kleiner Axialabstand 39 zwischen dieser Schulter 37 und der entsprechenden Gegenschulter 47 an der Innenfläche des Topfbodens 32, was aus der Vergrößerung in Fig. 2a besonders deutlich wird. Dieser Axialabstand 39 sorgt dafür, dass Kupplungsmittel 40 aus folgendem Grund sich in einer Entkupplungsstellung befinden.

Die Kupplungsmittel 40 wirken zwischen dem Ventiltopf 30 einerseits und der aus der Innenhülse 21 und dem Schneidwerkzeug 29 bestehenden Baueinheit 60 andererseits. Aus Platzgründen empfiehlt es sich im vorliegenden Fall die Kupplungsmittel zwischen der Innenfläche 46 des Ventiltopfs 30 einerseits und der Außenfläche 45 des seinerseits topfförmigen Schneidwerkzeugs 29 andererseits anzuordnen. Das Kupplungsmittel 40 besteht grundsätzlich aus einem beweglichen Kupplungsglied 41, das, ausweislich des in Fig. 2a angedeuteten Kraftpfeils 43 in Richtung einer zugeordneten Kupplungsaufnahme 42, nämlich hier radial nach außen, kraftbelastet ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Kupplungsglied aus einem Federring 41, der in einer Umfangsnut 44 des Schneidwerkzeugs 29 gehaltert ist und folglich bei der bereits erwähnten Axialverschiebung 38 mitgenommen wird. Die Kupplungsaufnahme besteht hier aus einer tiefen Ringnut 42, die in der Innenfläche 46 eingelassen ist. Aufgrund seiner radialen Federkraft 43 ist der Federring 41 bestrebt in die Ringnut 42 einzufahren. Darin ist er aber aufgrund des vorerwähnten Axialabstands 39 der Bauteile 30, 29 zueinander gehindert.

Um den Axialabstand 39 im Ausgangszustand der Armatur sicherzustellen, empfiehlt es sich Rastmittel 62 vorzusehen. Günstig ist es dabei, das bewegliche Kupplungsglied 41 als das eine Element dieser Rastmittel zu verwenden, weshalb man dann als Gegenelement der Rastmittel sich mit einer Rastaufnahme 62 begnügen kann. Diese Rastaufnahme 62 ist natürlich gegenüber der Kupplungsaufnahme 42 axial versetzt. Weil als federbelastetes Kupplungsglied im vorliegenden Fall ein Federring 41 verwendet wird, ist die Rastaufnahme 62 auch aus einer Ringnut gebildet, die allerdings wesentlich flacher als die Kupplungs- Ringnut 42 ausgebildet ist.

Im Ausgangszustand gemäß Fig. 2 kann sich der Ventiltopf 30 mit der Außenfläche seines Topfbodens 32 am Stirnende der eingangs erwähnten Anschlaghülse 25 abstützen. Der vorerwähnte Axialabstand 39 kommt zustande, weil die aus dem Bohrwerkzeug 29 und der Innenhülse 21 bestehende Baueinheit 60 über die Spindel 17 nur bis zur Rastaufnahme 62 eingeschraubt worden ist; man erkennt einen Axialabstand 39 in Fig. 2 zwischen dem oberen Stirnende der Innenhülse 21 und einem normalerweise als Anschlag für die Baueinheit 60 dienenden Innenflansch 63 am oberen Ende der Zwischenhülse 22. Im Ausgangszustand ist also das Schneidwerkzeug 29 schon etwas aus dem Ventiltopf 30 ausgefahren.

Ausgehend von Fig. 1 beginnt nun der Bohrvorgang. Beim Drehen des Spindel- Betätigungsendes 57 im Sinne des Drehpfeils 64 von Fig. 3 nimmt das Spindel- Innenende 58 die Baueinheit 60 mit und über diese erfolgt auch eine Drehmitnahme der Zwischenhülse 22. Die ineinandergreifenden Gewindegänge 26, 23 der Innenhülse 22 und der Außenhülse 23 besitzen eine größere Gewindesteigung als das auf der gegenüberliegenden Seite der Zwischenhülse 22 befindliche Innengewinde 27, welches in das Umfangsgewinde 28 der Innenhülse 21 eingreift. Dadurch wird die Zwischenhülse 22 zusammen mit der in ihr sitzenden Baueinheit 60 schnell in den aus Fig. 3 ersichtlichen Zwischenzustand der Armatur überführt. Wegen der großen Gewindesteigung sind nur wenige Drehungen 64 erforderlich.

Bei diesem Herausschrauben wird der Ventiltopf 30 durch die Reibung seiner Gleitflächen 48 am Umfang des Hülsen-Führungsabschnitts 35 mitbewegt.

Im Zwischenzustand von Fig. 3 ist der Ventiltopf 30 mit seinem Stirnende 33 am Ventilsitz 53 zur Anlage gekommen. Es können sich dabei die vollen verfügbaren Längen der ineinandergreifenden Gewinde 24, 26 zwischen der Außenhülse 23 und der Zwischenhülse 22 herausgeschraubt haben. Im Zwischenzustand von Fig. 3 hat das Schneidwerkzeug 29 mit seiner Schneidkante 65 die Umfangsfläche 52 des anzubohrenden Rohres 30 noch nicht erreicht. Das ändert sich bei der Weiterdrehung der Spindel 17 im Sinne des Drehpfeils von Fig. 4. Jetzt werden die ineinandergreifenden Gewinde 27, 28 kleinerer Steigung wirksam, die an der Zwischenhülse 22 und an der Innenhülse 21 sitzen. Es findet ein Bohrvorschub 68 mit kleinerer Transportgeschwindigkeit im Vergleich zu dem durch den Geschwindigkeitspfeil 67 in Fig. 3 verdeutlichten Vorschub mit großer Geschwindigkeit statt. Die kleine Gewindesteigung sorgt für einen kleinen Bohrdruck bzw. kleinerer Schnittkraft. Es fallen kleine Späne beim Bohren an. Die Schneidkante 65 des Werkzeugs 29 schneidet den bereits erwähnten Bohrkern 54 aus, der ins Innere des rohrförmigen Schneidwerkzeugs 29 gelangt. Dabei bleibt der Ventiltopf 30 mit seinem Stirnende 33 in Anlage am Ventilsitz 53. Beim Übergang von Fig. 3 auf Fig. 4 verschiebt sich der Ventiltopf 30 auf dem Führungsabschnitt 35 im Sinne des Axialpfeils 38 solange, bis, in Fig. 4, der obere Endanschlag 36 der Innenhülse 21 an die Außenfläche des Topfbodens 32 stößt. Es erfolgt ein axialer Andruck des Ventiltopfs 30 an den Ventilsitz 53. Wenn das Druckmedium im Rohrinneren durch das Bohrloch nach oben strömt, wird es vom Ventiltopf 30 abgesperrt. Das Elastomermaterial 34 am Topfstirnende 33 und die Dichtungsmittel 49 vom Ventiltopf 30 sorgen für eine Mediendichtigkeit. Das Schneidwerkzeug 29 ist gegenüber der axialen Gegenschulter 47 um eine maximale Strecke 69 gemäß Fig. 4 ausgefahren. In Fig. 4 liegt der Bohrendzustand vor. Das Bohrwerkzeug 29 kann dann wieder im Gegensinne zu den Drehungen 66 und 64 von Fig. 4 und 3 zurückgeschraubt werden. Fig. 5 zeigt den sich dann ergebenden Zustand.

In Fig. 5 ist der Anbohrbetrieb beendet. Die Rückdrehung führt dazu, dass sich beim Hochschrauben der Baueinheit 60 auch der Ventiltopf 30 mit nach oben bewegt. Der Ventiltopf stößt dann schließlich gegen das Stirnende 61 der Anschlaghülse 25, während die Baueinheit 60 sich weiter hochschraubt. Dieses Hochschrauben ist schließlich beendet, wenn die axialen Schultern 37 und Gegenschultern 47 der Bauteile 30, 29 aneinanderstoßen. In Fig. 5 liegt die volle Einfahrlage des Schneidwerkzeugs 29 im Ventiltopf 30 vor. Diese maximale Einfahrstrecke 70 des Schneidwerkzeugs 29 im Ventiltopf 30 ist in Fig. 5 eingezeichnet. In Fig. 5 befindet sich der Ventiltopf 30 in voller Öffnungsposition. Der Strömungsweg 73 des Mediums aus dem Rohrinneren 51 durch das ausgeschnittene Bohrloch 74 in den Abzweig 12 ist durch den Ventiltopf 30 nicht behindert. Der Ventiltopf 30 befindet sich oberhalb des Abzweigs 12 im Gehäuse 10. Durch geeignete Bemessung könnte auch das Schneidwerkzeug 29 im Öffnungszustand der Armatur von Fig. 5 außerhalb des Strömungswegs 73 plaziert sein.

In voller Offenposition von Fig. 5 ist, wie bereits gesagt wurde, der Axialabstand 39 zwischen dem Schneidwerkzeug 29 und dem Ventiltopf 30 beseitigt. Jetzt können die bisher unwirksam gesetzten Kupplungsmittel 40 in Eingriff kommen. Wenn der Ventiltopf 30 bei 61 anschlägt, fährt der Federring 44 zunächst aus der flachen Rastaufnahme 62 heraus. Die Rastaufnahme 62 ist nämlich verhältnismäßig flach und hat geneigte Flanken. Dann schnappt aber der Federring 41 in die tiefere Ringnut 42, wo er gefangen wird. Die Ringnut 42 ist nämlich nicht nur tiefer, sondern auch mit einer steilen Schulter versehen, hinter welche der Federring 41 greift. Von da ab sind der Federtopf 30 und das Schneidwerkzeug 29 miteinander formschlüssig verbunden. Es liegt dann ein fester Verbund zwischen der Baueinheit 60, bestehend aus Innenhülse 21 und Schneidwerkzeug 29, einerseits und dem Ventiltopf 30 andererseits vor. Dieser Verbund ist in Fig. 5 und 6 mit 20 gekennzeichnet. Die Kupplungsmittel 40 sind in Eingriff und durch geeignete Profilierung ist ihr Eingriff gesichert. Die Kupplungsmittel 40 wirken also wie ein Gesperre, das sich nicht wieder ohne weiteres voneinander lösen lässt. Dieser feste Verbund 20 in Fig. 5 stört nicht; im Gegenteil, er ist sehr erwünscht. Der Anbohrbetrieb ist beendet und es kann jetzt der Ventilbetrieb beginnen.

Um, ausgehend vom Öffnungszustand von Fig. 5, das Ventil zu schließen, wird die Spindel 17 im Sinne des Drehpfeils 75 von Fig. 5 gedreht. Bei dieser Ventildrehung 75 sorgt die Kupplung 40 dafür, dass das voll eingefahrene Schneidwerkzeug 29 sich nicht mehr aus dem Ventiltopf 30 herausdrehen kann. Die im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 beschriebene Verschraubung der Gewinde 27, 28 mit kleiner Gewindesteigung findet nicht statt. Ausgehend von Fig. 5 ergibt sich ein großer Ventilvorschub 67, der auf die große Steigung der ineinandergreifenden Gewinde 24, 26 zurückzuführen ist. Die Zwischenhülse 20 schraubt sich aus der Außenhülse 30 heraus und nimmt dabei den ganzen Verbund 20 mit. Der erwähnte obere Endanschlag 36 ist als Anschlagbund ausgebildet, an dem sich während des Ventilbetriebs von Fig. 5 und 6 das untere Stirnende der Zwischenhülse 22 oberseitig abstützen kann. Fig. 6 zeigt den sich dabei ergebenden Endzustand.

In Fig. 6 ist der Verbund 20 mit seinem Ventiltopf 30 abdichtend am ortsfesten Ventilsitz 53 zur Anlage gekommen. Es liegt der Absperrzustand der Armatur vor. Beachtenswert ist, dass die Schneidkante 65 sich dabei noch deutlich oberhalb des vorausgehend geschnittenen Bohrlochs 74 im Rohr 50 befindet. Sofern sich eine Verkantung (seitlicher Versatz) ergeben sollte, wird das Bohrloch 74 vom Schneidwerkzeug 29 nicht mehr beschädigt (durchsetzt). Die Schneidkante 65 befindet sich in jedem Fall in einem ausreichend großen axialen Abstand 77 gegenüber dem Rohrinneren 51. In der Absperrposition der Armatur wird die Hauptströmung des Mediums im Rohrinneren 51 nicht beeinträchtigt.

Um das Ventil zu öffnen, erfolgt eine Rückdrehung im Sinne des Pfeils 75' von Fig. 5. Dabei wird wieder der ganze Verbund 20, also die Baueinheit 60 zusammen mit dem Ventiltopf 30 in den Öffnungszustand von Fig. 5 zurückgeführt. Die Bauteile sind dabei so bemessen, dass bei der Umsteuerung während des Ventilbetriebs der Ventiltopf 30 mit seinen Umfangsflächen 78 sich an der zylindrischen Gehäuseinnenfläche 76 entlang bewegen kann. Diese Führungswirkung bei 76, 78 findet im übrigen auch während des Anbohrens in der Phase von Fig. 1 bis 3 statt. Eine ähnliche Führungswirkung ergibt sich in der darauffolgenden Phase des Anbohrens durch die Umfangsfläche des rohrförmigen Schneidwerkzeugs 29 einerseits und der Innenfläche 46 des Ventiltopfes 30 andererseits. Letztere Führungswirkung spielt beim Übergang zwischen Fig. 3 in Fig. 4 eine Rolle.

Zur Mediendichtigkeit während des Ventilbetriebs dienen weitere Dichtungsmittel 79, die gemäß Fig. 5 zwischen der Außenhülse 23 und der Zwischenhülse 22, ferner zwischen der Anschlaghülse 25 und dem Gehäuse 10 und schließlich zwischen der Kappe 16 und dem Gehäuse 10 vorgesehen sind. Außerdem gibt es auch noch einen dichtenden O-Ring 80, der, wie Fig. 2 zeigt, in einer Ringnut der Innenhülse 21 eingelassen ist und mit einer glatten, gewindefreien Innenfläche 81 der Zwischenhülse 22 zusammenwirkt. Fig. 7 zeigt eine alternative Mediendichtigkeit an dieser Stelle. Hier ist anstelle des O-Rings eine PTFE-Dichtung 80' vorgesehen, die inmitten der hier durchgehenden Gewinde 27, 28 der beiden Bauteile 21, 22 vorgesehen ist. Bei der Verschraubung während des Anbohrens wird diese Dichtungen 80' in den Gewinden entlanggeführt.

Fig. 8 zeigt eine alternative Ausbildung eines Kupplungsmittels 40'. Hier besteht das bewegliche Kupplungsglied 71 aus einem oder mehreren Index-Stiften 71. Dieser Index-Stift 71 sitzt in einer Radialkammer des Schneidwerkzeugs 29 und wird von einer Druckfeder 83 radial nach außen belastet. In Fig. 8 ist die Kupplungsstellung der Kupplungsmittel 40 dargestellt, was der Fig. 5 bzw. 6 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Dabei greift der Index-Stift 71 in einer Index-Bohrung 72 ein, die sich im Ventiltopf 30 befindet.

Bezugszeichenliste

10

Gehäuse

11

Hauptraum

12

Abzweig

13

Sattel

14

Flansch von

13

15

Dichtungsmatte zwischen

13

,

52

16

Kappe

17

Drehwerkzeug, Spindel

18

Dichtung bei

17

19

Stopfen

20

Verbund aus

60

,

30

21

Innenhülse

22

Zwischenhülse

23

Außenhülse

24

ortsfestes Innengewinde von

23

, große Steigung

25

Anschlaghülse

26

Außengewinde von

22

, große Steigung

27

Innengewinde von

22

, kleine Steigung

28

Umfangsgewinde von

21

, kleine Steigung

29

Schneidwerkzeug, Fräser

30

Endhülse, Ventiltopf

31

Topfmantel von

30

32

ringförmiger Topfboden von

30

33

bewegliches Ventilglied an

30

, Topfstirnende

34

Elastomermaterial bei

33

35

Führungsabschnitt an

21

für

30

(

Fig.

2

)

36

oberer Endanschlag bei

35

für

30

, Anschlagbund für

30

(

Fig.

6

)

37

unterer Endanschlag bei

35

für

30

, axiale Schulter von

29

(

Fig.

2

)

38

Pfeil der Axialverschiebung von

30

(

Fig.

2

)

39

Axialabstand zwischen

37

und

30

(

Fig.

2

a)

40

Kupplungsmittel

40

' alternative Ausführung von

40

(

Fig.

8

)

41

bewegliches Kupplungsglied von

40

, Federring (

Fig.

2

a)

42

Kupplungsaufnahme für

41

, Ringnut (

Fig.

2

a)

43

Kraftpfeil für

41

(

Fig.

2

a)

44

Umfangsnut in

29

für

41

45

Außenfläche von

29

(

Fig.

2

a)

46

Innenfläche von

30

(

Fig.

2

a)

47

axiale Gegenschulter für

29

an

32

(

Fig.

2

a)

48

Gleitflächen von

33

(

Fig.

2

a)

49

Dichtungsmittel in

48

(

Fig.

2

a)

50

Rohr

51

Rohrinneres von

50

52

Umfangsfläche von

50

53

ortsfester Ventilsitz an

10

54

Bohrkern aus

50

55

Hülsendurchmesser von

21

56

Kappeninneres

57

Spindelbetätigungsende von

17

(

Fig.

1

)

58

Spindelinnenende von

17

(

Fig.

1

)

59

Bohrdurchmesser von

29

60

Baueinheit aus

21

,

29

(

Fig.

2

a)

61

Stirnende von

25

(

Fig.

2

)

62

Rastmittel, Rastaufnahme für

41

63

Innenflansch an

22

64

Drehpfeil des Bohrbeginns von

17

(

Fig.

3

)

65

Schneidkante von

29

(

Fig.

3

)

66

Drehpfeil der Bohrweiterdrehung von

17

(

Fig.

4

)

67

großer Bohrvorschub, Ventilvorschub (

Fig.

3

und

5

)

68

kleiner Bohrvorschub (

Fig.

4

)

69

maximale Ausfahrstrecke von

29

aus

30

(

Fig.

4

)

70

maximale Einfahrstrecke von

29

in

30

(

Fig.

5

)

71

Indexstift von

40

' (

Fig.

8

)

72

Indexbohrung von

40

' (

Fig.

8

)

73

Medien-Strömungsweg zwischen

51

und

12

(

Fig.

5

)

74

Bohrloch in

50

(

Fig.

5

)

75

Schließ-Ventildrehung von

17

(

Fig.

5

)

75

' Öffnungs-Ventildrehung von

17

(

Fig.

6

)

76

Gehäuseinnenfläche (

Fig.

6

)

77

axialer Abstand zwischen

65

und

51

(

Fig.

6

)

78

Umfangsfläche von

30

(

Fig.

6

)

79

Dichtmittel zwischen

23

,

22

bzw.

25

,

10

80

O-Ring zwischen

21

und

22

(

Fig.

2

und

5

)

80

' PTFE-Ring (

Fig.

7

)

81

gewindefreie, glatte Innenfläche von

22

(

Fig.

2

)

82

Radialkammer für

29

(

Fig.

8

)

83

Druckfeder für

71

(

Fig.

8

)

Claims (25)

1. Ventilanbohrarmatur für ein Rohr (50), das insbesondere unter Mediendruck steht,
mit einem Gehäuse (10), das einen in Anbohrrichtung auf das Rohr (50) verlaufenden Hauptraum (11) und einen Abzweig (12) für das aus dem angebohrten Rohr (50) tretende Medium besitzt,
mit einem unterhalb des Abzweigs (12) angeordneten ortsfesten Ventilsitz (53) im Hauptraum (11),
mit einer ein Innen- sowie ein Außengewinde (27, 26) aufweisenden Zwischenhülse (22), die mit ihrem Außengewinde (26) in einem ortsfesten Gewinde (24) des Hauptraum (11) verschraubbar ist,
mit einer das Schneidwerkzeug (29) zum Anbohren aufweisenden Innenhülse (21), die mit einem Umfangsgewinde (28) ins Innengewinde (27) der Zwischenhülse (22) eingreift und darin durch ein Drehwerkzeug (17) verschraubbar ist,
und mit einer das Schneidwerkzeug (29) mindestens teilweise aufnehmenden Endhülse (30), aus welcher das Schneidwerkzeug (29) zum Anbohren wenigstens bereichsweise ausfährt,
wobei der dem ortsfesten Ventilsitz (53) zugekehrte Bereich der Endhülse (30) das bewegliche Ventilglied (33) der Armatur ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endhülse (30) von der Zwischenhülse (22) getrennt und bezüglich der Innenhülse (21) axial verschieblich (38) geführt ist,
dass diese axiale Verschieblichkeit (38) beim Anbohrbetrieb der Armatur und nach dem Anbohren bis zum Einfahren des Schneidwerkzeugs (29) ins Innere der Endhülse (30) besteht,
dass aber danach die Einfahrlage des Schneidwerkzeugs (29) in der Endhülse (30) dauerhaft fixiert ist, weshalb beim späteren Ventilbetrieb die Endhülse (30), das Schneidwerkzeug (29) und die Innenhülse (21) miteinander axialfest verbunden sind und einen mittels des Drehwerkzeugs gemeinsam verschraubbaren Verbund (20) bilden.

2. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (27) der Zwischenhülse (22) gegenüber ihrem Außengewinde (26) hinsichtlich der Gewindesteigung unterschiedlich ausgebildet ist.

3. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ventilbetrieb ein im wesentlichen große Vorschubgeschwindigkeit (67) der Endhülse (30) erfolgt, während beim Anbohrbetrieb ein kleiner Bohrvorschub (68) des Schneidwerkzeugs vorliegt.

4. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilbetrieb, bei Verstellung der das bewegliche Ventilglied (33) aufweisenden Endhülse (30) aus deren Offenposition in deren Absperrposition zwar zunächst das Gewinde (24, 26) mit großer Gewindesteigung wirksam ist, dass aber alternativ oder ergänzend in der letzten Absperrphase das Gewinde mit kleiner Steigung (27, 28) wirkt.

5. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (21) einen Abschnitt (Führungsabschnitt 35) aufweist, auf dem die Endbuchse (30) normalerweise axialverschieblich geführt ist.

6. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (35) einen zylindrischen Querschnitt aufweist.

7. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 5, oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endhülse (30) im Bereich ihrer auf dem Führungsabschnitt (35) gleitgeführten Gleitflächen (48) Dichtungsmittel (49) aufweist.

8. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (35) durch Endanschläge (36, 37) axial begrenzt ist, welche die Ausfahrlänge (69) und/oder die Einfahrlänge (70) des Schneidwerkzeugs (29) bezüglich der Endhülse (30) bestimmen.

9. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Einfahrlage des Schneidwerkzeugs (29) bestimmende äußere Endanschlag durch eine axiale Schulter (37) am Schneidwerkzeug (29) gebildet ist.

10. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (29) einen Bohrdurchmesser (59) aufweist, der größer als der Führungsdurchmesser (55) vom Führungsabschnitt (35) der Innenhülse (21) gebildet ist.

11. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Endhülse (30) im wesentlichen topfförmig ausgebildet ist und einen Topfboden (32) und einen Topfmantel (31) umfasst,
dass der Topfboden (32) ringförmig ausgebildet ist, dessen Ringöffnung vom Führungsabschnitt (35) der Innenhülse (21) durchsetzt ist und die Dichtungsmittel (49) beinhaltet,
und dass das Stirnende (33) des Topfmantels (31) das bewegliche Ventilglied bildet.

12. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnende (33) des Topfmantels (31) mit elastomerem Material (34) versehen ist.

13. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Endhülse (30) einerseits und der aus Innenhülse (21) und Schneidwerkzeug (29) bestehenden Baueinheit (60) andererseits Kupplungsmittel (40; 40') angeordnet sind.

14. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel (40, 40') zwischen der Innenfläche (46) der Endhülse (30) und der Außenfläche (45) des Schneidwerkzeugs (29) angeordnet sind.

15. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel (40) aus wenigstens einer Kupplungsaufnahme (42) und aus mindestens einem beweglichen Kupplungsglied (41) bestehen, welches in Richtung der Kupplungsaufnahme federbelastet (43) ist.

16. Ventilanbohrarmatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsmittel (40) als Gesperre ausgebildet ist, wo die Eingriffsstellung des Kupplungsglieds (41) in der Kupplungsaufnahme (42) formschlüssig gesichert ist.

17. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Anbohren, im Ausgangszustand der Armatur, die Kupplungsaufnahme (42) gegenüber dem beweglichen Kupplungsglied (41) axial versetzt ist, was die Entkupplungsstellung bestimmt,
und dass nach dem Anbohren, beim Ventilbetrieb, die Kupplungsaufnahme (42) mit dem Kupplungsglied (41) ausgerichtet ist und dass Kupplungsglied (41) selbsttätig in die Kupplungsaufnahme (42) einschnappt.

18. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass den Kupplungsmitteln (40) auch Rastmittel (41, 62) zugeordnet sind, welche vor dem Anbohren, im Ausgangszustand der Armatur, die Kupplungsmittel (40) in der Entkupplungsstellung halten.

19. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kupplungsglied (41) der Kupplungsmittel (40) zugleich das eine Element der Rastmittel bildet und dass das Gegenelement der Rastmittel aus einer Rastaufnahme (62) besteht, die gegenüber der Kupplungsaufnahme (46) axial versetzt (39) ist.

20. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Kupplungsmittel (40), bei welcher das Schneidwerkzeug (29) sich in der Eingriffsstellung der Kupplungsmittel (40) in einer solche Einfahrlage in der Endhülse befindet, dass beim Ventilbetrieb in der Absperrposition der Endhülse (30) sich das Werkzeug (29) mindestens außerhalb vom Rohrinneren (51) des angebohrten Rohres (50) befindet, vorzugsweise auch außerhalb des Bohrlochs (47) im angebohrten Rohr (50).

21. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kupplungsglied aus einem Federring (41) besteht, der vorzugsweise in einer Umfangsnut (44) des Schneidwerkzeugs (29) angeordnet ist, und dass die Kupplungsaufnahme aus einer tiefen Ringnut (42) gebildet ist, die sich vorzugsweise an der Innenfläche (46) der Endhülse (30) befindet.

22. Ventilanbohrarmatur nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastmittel einerseits aus dem zur Kupplung (40) gehörenden Federing (41) und andererseits aus einer flachen Ringnut (62) bestehen, die vorzugsweise an der Innenfläche (46) der Endhülse (30) angeordnet ist.

23. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kupplungsglied aus einem oder mehreren federbelasteten (83) Radialstift (71) besteht, der in einer vorzugsweise im Schneidwerkzeug (29) eingelassenen Radialkammer sich befindet.

24. Ventilanbohrarmatur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zu Dichtungszwecken ein O-Ring (80) in einer umfangsseitigen Ringnut der Innenhülse (21) angeordnet ist und mit der Innenfläche (81) der Zwischenhülse (22) zusammenwirkt und dass - im Ausgangszustand der Armatur gesehen, vor dem Anbohrbetrieb, - der O-Ring (80) gewindefreie untere Abschnitte der Innenhülse (21) sowie der Zwischenhülse (22) einerseits gegenüber oberen Gewindeabschnitten vom Innengewinde (27) der Zwischenhülse (22) sowie dem Umfangsgewinde (28) der Innenhülse (21) andererseits scheidet.

25. Ventilanbohrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein PTFE-Ring (80') in einer Ringnut der Innenhülse (21) angeordnet ist, wobei diese Dichtungsmittel (80') vorzugsweise inmitten der ineinandergreifenden Gewindeabschnitte vom Innengewinde (27) der Zwischenhülse (22) und vom Umfangsgewinde (28) der Innenhülse (21) angeordnet sind.