DE102004032236A1

DE102004032236A1 - Sicherheitsabsperrvorrichtung, insbesondere Strömungswächter

Info

Publication number: DE102004032236A1
Application number: DE200410032236
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Berger; Jörg Dipl.-Phys. Labahn; Ute Dipl.-Ing. Büchner
Original assignee: FITR Gesellschaft fuer Innovation IM Tief und Rohrleitungsbau Weimar mbH
Current assignee: Gib - Gesellschaft fur Innovation Im Bauwesen De
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-07-03
Also published as: DE102004032236B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsabsperrvorrichtung, insbesondere einen Strömungswächter, für fluide Medien mit einem Gehäuse, einem im Gehäuseinneren gelagerten oder dort angeformten Ventilsitz sowie einem rotationssymmetrischen Ventilkörper, welcher bei Erreichen der Schließposition in Anlage mit einer Dichtfläche des Ventilsitzes gelangt. Erfindungsgemäß weist der Ventilkörper eine annähernde Birnenform auf und besteht aus einem entgegen der Strömungsrichtung gerichteten konkaven Abschnitt kleineren Durchmessers, wobei sich dem konkaven Abschnitt ein konvexer Abschnitt größeren Durchmessers stetig anschließt. Weiterhin geht der konvexe Abschnitt stetig verlaufend in einen Rundungsübergangsbereich über. Der Bereich zwischen dem konvexen Abschnitt und dem Rundungsübergangsbereich steht mit der Dichtfläche des Ventilsitzes beim Erreichen der Schließposition des Ventils in Kontakt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsabsperrvorrichtung, insbesondere einen Strömungswächter für fluide Medien mit einem Gehäuse, einem im Gehäuseinneren gelagerten oder dort angeformten Ventilsitz sowie einem rotationssymmetrischen Ventilkörper, welcher bei Erreichen der Schließposition in Anlage mit einer Dichtfläche des Ventilsitzes gelangt, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Durch den Einsatz von Strömungswächtern in Hausanschlussleitungen und Inneninstallationen ist eine Sicherheitsmaßnahme zur Abwehr von unkontrollierten Ausströmungen, z.B. hervorgerufen durch Baggereingriff oder Manipulation, gegeben.
Die technischen Regeln beispielsweise für die Gasinstallation gemäß Arbeitsblatt G-600-B (12/03), Beiblatt zur TRGI 1986/1996, schreiben den Einbau von Strömungswächtern in Deutschland zwingend vor.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik kommen konventionelle Gasströmungswächter zum Einsatz, bei denen ein Schließkörper mittig geführt wird. Als Durchflussquerschnitt zwischen Gehäuse und Schließkörper dient hierbei ein Ringspalt.
Im Falle eines Schadens an der Hausanschlussleitung schließt ein verschieblicher Ventilkörper, der beispielsweise tellerförmig ausgeführt ist, entgegen der Kraft einer Feder innerhalb von sehr kurzer Zeit selbsttätig den Ventilsitz. Auf diese Weise wird die Gaszufuhr gesperrt und es ist ein weiteres Ausströmen unmöglich. Verwiesen sei hier beispielsweise auf die PCT-WO 92/01184 oder die PCT-WO 94/16255.
Die DE 101 37 307 A1 zeigt ein Rohrbruchventil zum Absperren eines Rohrabschnitts.
Die zur Betätigung der Armaturen ansonsten notwendigen Gestänge sind bei dieser Lösung nicht mehr notwendig. Bei dem Vorschlag nach DE 101 37 307 A1 wird das Ventil bzw. der Ventilkörper manuell über eine elektromagnetische Spule bewegt, wobei die Spule mit einer Spannungsquelle verbindbar ist. Alternativ kann das Ventil selbsttätig dann schließen, wenn der Volumenstrom in der Rohrleitung über einen bestimmten Grenzwert ansteigt, wobei in diesem Fall der Schließkörper des Ventils in den Ventilsitz gedrückt wird.
Der vorbekannte zentrisch gelagerte Schließkörper bildet für den Elektromagneten den Anker. Der Ventilsitz selbst soll strömungsgünstig geformt sein, wobei ein O-Ring im Schließkörper für die Dichtheit im geschlossenen Zustand sorgt. Bei elektrischer Aktivierung der Spule wird der Schließkörper mit der Kraft des Elektromagneten quasi vertikal in den Ventilsitz gezogen. Bei der Schwerkraftfunktion schließt der Schließkörper dann, wenn seine Gewichtskraft kleiner ist als die sich aus der Strömung ergebende Schließkraft.
Eine ergänzende Ausführungsform gemäß DE 101 37 307 A1 geht von einem Schließkörper in Form einer Kugel ohne Führung aus. Die Kugel soll hier den Vorteil bilden, dass während des Schließvorgangs eine Drehbewegung ausgeführt wird, wodurch sich eventuell festsitzende Späne lösen können, so dass insgesamt die gewünschte Dichtfunktion gegeben ist.
Allen bekannten Lösungen des Standes der Technik ist der Nachteil gemeinsam, dass der Ventilkörper dann, wenn er sich in seiner Offenposition befindet, bezogen auf den erreichten Abstand gegenüber dem Ventilsitz nach wie vor ein Strömungshindernis darstellt, so dass sich ein unerwünschter Strömungswiderstand für das fluide Medium einstellt. Demnach führt der Einsatz eines Strömungswächters gemäß bekannter Konstruktion zu Druckverlusten, was für das Betreiben nachgeschalteter Anlagen mit einem höheren Medienverbrauch nachteilig ist bzw. nur mit höheren Leitungsdrücken ausgeglichen werden kann.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Sicherheitsabsperrvorrichtung, insbesondere einen Strömungswächter für fluide Medien anzugeben, welcher einerseits schnell aktivierbar ist und der andererseits nur minimale Strömungswiderstände und damit Druckverluste aufweist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Sicherheitsabsperrvorrichtung, insbesondere einem Strömungswächter für fluide Medien gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt demnach darin, einen speziellen Ventilkörper in Form einer Spindel mit einer annähernden Birnenform einzusetzen, wobei sich die Spindel bzw. Birnenform durch einen Wechsel von konvexen und konkaven Bereichen auszeichnet.
Zur weiteren Verbesserung der Strömungseigenschaften kann sowohl der Ventilkörper als auch der Ventilsitz ganz oder teilweise, insbesondere mikrostrukturiert sein.
Der Ventilkörper gemäß der Erfindung kann sowohl in konventionellen Systemen mit Schließfeder als auch in schwerkraftbelasteten Strömungswächtern, d.h. ohne Schließfeder Verwendung finden.
Der Ventilkörper weist also, wie oben erwähnt, eine annähernde Birnenform auf und besteht aus einem entgegen der Strömungsrichtung gerichteten konkaven Abschnitt kleineren Durchmessers, wobei sich dem konkaven Abschnitt ein konvexer Abschnitt größeren Durchmessers stetig anschließt. Weiterhin geht der konvexe Abschnitt stetig verlaufend in einen Rundungsübergangsbereich über, wobei der Bereich zwischen dem konvexen Abschnitt und dem Rundungsübergangsbereich mit der Dichtfläche des Ventilsitzes in Schließposition des Ventils in Kontakt gelangt.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilkörper auf seiner Längsachse im Ventilgehäuse verschieblich gelagert.
Hierbei besteht die Möglichkeit, dass der Ventilkörper entgegen der Kraft einer Ventilfeder auf der Längsachse verschieblich ist.
Der Ventilsitz weist bevorzugt einen pyramidenförmigen Querschnitt auf bzw. ist der Gehäuseinnenbereich radial umlaufend mit einer pyramidenförmigen Erhebung versehen.
An der Pyramidenflanke und/oder der Pyramidenspitze ist eine Dichtung angeordnet oder eingesetzt. Diese Dichtung kann bevorzugt aus einem elastischen Material, welches medienresistent ist, bestehen.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Ventilsitz zwei voneinander in Ventillängsrichtung beabstandete Pyramidenkörper, wobei der Abstand der beabstandeten Pyramidenspitzen gleich oder in vorgebenem Maß größer als die Längsausdehnung des Ventilkörpers ist.
Bei dieser Ausführungsform einer Horizontalanordnung des Ventils ruht der Ventilkörper schwerkraftbedingt zwischen den beabstandeten Pyramidenspitzen. Bei Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit schwimmt der Ventilkörper formbedingt auf und gelangt in Anlage mit der Dichtfläche an der Pyramidenfläche und/oder der Pyramidenspitze.
Zur weiteren Verbesserung der Strömungseigenschaften weist die strömungsrelevante Oberfläche des Ventilkörpers und/oder die strömungsrelevante Oberfläche des Ventilsitzes eine spezielle Strukturierung auf.
Die Oberflächenstrukturierung kann abwechselnd durch hoch oder tief liegende oder konkav bzw. konvex wechselnde Flächen gebildet werden. Die Strukturierung kann darüber hinaus linienförmig oder punktförmig ausgebildet sein.
Die Übergänge zwischen den hoch und tief liegenden Bereichen können, unstetig, linear, kreisförmig, elliptisch, potentiell, expotentiell oder stufenförmig verlaufen.
Die hoch oder tief liegenden Bereiche können als quaderförmige Erhebungen, Pyramiden oder Pyramidenstümpfe, Kugelsegmente, Kreiszylinder und/oder Kreiskugeln ausgebildet werden.
Bei der Ausführungsform des Ventils mit Ventilkörper, welcher zwischen den beabstandeten Pyramidenspitzen ruht, kann die Bewegung des Ventilkörpers hin zur Schließposition mechanisch, insbesondere magnetkraftunterstützt erfolgen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform des Ventils mit verschieblicher Lagerung auf seiner Längsachse im Ventilgehäuse und
2 eine Darstellung der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem Ventilkörper, welcher schwerkraftbedingt zwischen beabstandeten Pyramidenspitzen des Ventilsitzes ruht.
Die Sicherheitsabsperrvorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen besteht aus einem, beispielsweise rohrförmigen Gehäuse 1.
Im Gehäuseinneren befindet sich rotationssymmetrisch verlaufend ein Ventilsitz 3, der die Form einer zur Gehäusemitte verlaufenden Pyramide aufweist.
Im Bereich der Pyramidenspitze und/oder an der zur Strömung (Pfeildarstellung) gerichteten Flanke der Pyramide können Dichtmittel (nicht gezeigt) angeordnet sein.
Der Ventilkörper 2 besitzt eine annähernde Birnenform, wobei entgegen der Strömungsrichtung zunächst ein konkaver Abschnitt 2.1 kleineren Durchmessers ausgebildet ist.
Diesem konkaven Abschnitt 2.1 schließt sich ein konvexer Abschnitt 2.2 größeren Durchmessers an.
Der konvexe Abschnitt 2.2 geht stetig verlaufend in einen Rundungsübergangsbereich 2.3 über, wobei der Bereich zwischen dem konvexen Abschnitt 2.2 und dem Rundungsübergangsbereich 2.3 mit der Dichtfläche des Ventilsitzes 3 beim Erreichen der Schließposition des Ventils in Kontakt gelangt.
Wie aus der 1 ersichtlich, ist der Ventilkörper 2 auf einer Längsachse L im Gehäuse 1 verschieblich gelagert. Diese Lagerung kann unterstützt durch die Kraft einer Feder 4 erfolgen.
Bei der Ausführungsform nach 2 wird wiederum von einem Gehäuse 1 ausgegangen, in dem sich ein Ventilkörper 2 befindet und welches an der Gehäuseinnenwandung wiederum einen pyramidenförmigen Ventilsitz 3 aufweist.
Im Falle dieses Ausführungsbeispiels einer Horizontalanordnung des Ventils ruht der Ventilkörper 2 schwerkraftbedingt zwischen zwei beabstandeten Pyramidenspitzen 3 bzw. 3.1.
Beim Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit schwimmt der Ventilkörper 2, dessen Form derjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 entspricht, auf und gelangt in Anlage mit der Dichtfläche an der Pyramidenflanke des Ventilsitzes 3 bzw. an der betreffenden Pyramidenspitze.
Die strömungsrelevanten Oberflächen des Ventilkörpers, aber auch des Ventilsitzes können eine spezielle Strukturierung aufweisen, die insbesondere eine Mikrostrukturierung ist und aus abwechselnden hoch oder tief liegenden bzw. konkaven oder konvexen Bereichen besteht.
Die Strukturierung kann linienförmig oder punktförmig ausgebildet sein. Die Übergänge zwischen den hoch und tief liegenden Bereichen können unstetig, linear, kreisförmig, elliptisch, potentiell, expotentiall oder aber auch stufenförmig verlaufen.
Die hoch oder tief liegenden Bereiche können als quaderförmige Erhebungen, Pyramiden, Pyramidenstümpfe, Kugelsegmente, Kreiszylinder oder aber auch Kreiskugeln ausgebildet werden.
Die Bewegung des Ventilkörpers 2 gemäß den Ausführungsbeispielen kann ergänzend mechanisch, hier wiederum insbesondere magnetkraftunterstützt erfolgen.

Claims

Sicherheitsabsperrvorrichtung, insbesondere Strömungswächter für fluide Medien mit einem Gehäuse, einem im Gehäuseinneren gelagerten oder dort angeformten Ventilsitz sowie einem rotationssymmetrischen Ventilkörper, welcher bei Erreichen der Schließposition in Anlage mit einer Dichtfläche des Ventilsitzes gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper eine annähernde Birnenform aufweist und aus einem entgegen der Strömungsrichtung gerichteten konkaven Abschnitt kleineren Durchmessers besteht, wobei sich dem konkaven Abschnitt ein konvexer Abschnitt größeren Durchmessers stetig anschließt und weiterhin der konvexe Abschnitt stetig verlaufend in einen Rundungsübergangsbereich übergeht sowie der Bereich zwischen dem konvexen Abschnitt und dem Rundungsübergangsbereich mit der Dichtfläche des Ventilsitzes beim Erreichen der Schließposition des Ventils in Kontakt gelangt.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper auf seiner Längsachse im Gehäuse verschieblich gelagert ist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper entgegen der Kraft einer Ventilfeder auf der Längsachse verschieblich gelagert ist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz einen pyramidenförmigen Querschnitt aufweist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Pyramidenflanke und/oder Pyramiden spitze eine Dichtung angeordnet oder eingesetzt ist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus einem elastischen Material besteht.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz zwei voneinander in Ventillängsrichtung beabstandete Pyramidenkörper umfasst, wobei der Abstand der Pyramidenspitzen der in Längsrichtung beabstandeten Pyramidenkörper gleich oder in vorgebenem Maß größer als die Längsausdehnung des Ventilkörpers ist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Horizontalanordnung des Ventils der Ventilkörper schwerkraftbedingt zwischen den beabstandeten Pyramidenspitzen ruht und beim Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit formbedingt aufschwimmt und in Anlage mit der Dichtfläche an der Pyramidenflanke und/oder Pyramidenspitze gelangt.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsrelevante Oberfläche des Ventilkörpers eine Strukturierung aufweist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsrelevante Oberfläche des Ventilsitzes eine Strukturierung aufweist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche abwechselnd eine hoch oder tief liegende oder konkav/konvex wechselnde Strukturierung aufweist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung linienförmig oder punktförmig ausgebildet ist.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den hoch und tief liegenden Bereichen unstetig, linear, kreisförmig, elliptisch, potentiell, expotentiell oder stufenförmig verlaufen.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hoch oder tief liegenden Bereiche als quaderförmige Erhebungen, Pyramiden, Pyramidenstümpfe, Kugelsegmente, Kreiszylinder und/oder Kreiskugeln ausgebildet sind.
Sicherheitsabsperrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Ventilkörpers mechanisch, insbesondere magnetkraftunterstützt erfolgt.