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Die
Erfindung betrifft einen Strömungswächter, insbesondere
Gasströmungswächter, zum
automatischen Absperren einer von einem Medium durchströmbaren Leitung,
mit einem Gehäuse,
welches einen Ventilsitz aufweist, mit einem Absperrkörper, welcher
innerhalb des Gehäuses
in Strömungsrichtung
vor dem Ventilsitz angeordnet und relativ zum Ventilsitz bewegbar
ist, und mit einem Spannungsmechanismus, welcher eine Kraft entgegen der
Strömungsrichtung
auf den Absperrkörper
ausübt,
wobei eine zumindest abschnittsweise Anlage des Absperrkörpers mit
dem Ventilsitz einer Schließstellung
entspricht, und wobei eine von dem Ventilsitz beabstandete Anordnung
des Absperrkörpers
einer Offenstellung entspricht.
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Mit
dem Begriff Leitung ist im erfindungsgemäßen Sinne jegliches Element
einer beliebigen Form und aus einem beliebigen Material gemeint, durch
das ein Medium, insbesondere ein Fluid, beispielsweise ein Gas,
hindurchgeleitet werden kann. Ein solches Element kann beispielsweise
ein Rohr bzw. eine Rohrleitung oder ein Bestandteil eines Rohres
bzw. einer Rohrleitung sein. Mit einem solchen Element kann aber
auch eine Armatur oder ein durchströmbares Gerät oder ein Bestandteil davon gemeint
sein.
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Strömungswächter, insbesondere
Gasströmungswächter, der
eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die
Strömungswächter sind üblicherweise
mit Rohren oder anderen Armaturen verbunden und dienen dazu, den
Fluss eines Fluids, beispielsweise eines Gases, zu unterbrechen,
wenn der Volumenstrom des Fluids durch den Strömungswächter hindurch einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Zu diesem Zweck ist ein Absperrkörper,
welcher durch Anlage mit einem in dem Gehäuse des Strömungswächters angeordneten, ein Dichtelement
aufweisenden Ventilsitz eine Abdichtung gegenüber in dem Strömungswächter geführten Fluiden
bewirken kann, auf einem vorzugsweise zentral-axial im Inneren des
Gehäuses
angebrachten Stift, welcher von einem Steg gehalten wird, beweglich
gelagert. Der Spannungsmechanismus, für welchen üblicherweise eine Druckschraubenfeder
verwendet wird, drückt
den Absperrkörper
im Normalzustand, das heißt,
wenn der Volumenstrom unterhalb des vorgesehenen Grenzwerts liegt,
von dem Ventilsitz weg und vorzugsweise bis an ein an dem stromaufwärtigen Ende
des Stifts angeordnetes Begrenzungselement, so dass zwischen dem
Absperrkörper und
dem Ventilsitz eine Öffnung
besteht, durch welche das Fluid strömen kann.
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Überschreitet
der Volumenstrom des Fluids jedoch den vorbestimmten Wert, ist der
von dem den Absperrkörper
anströmenden
Fluid ausgeübte
Druck ausreichend, um die Schraubenfeder zusammenzudrücken, so
dass der Absperrkörper
in die dichtende Anlage mit dem Dichtelement des Ventilsitzes gelangt
und den Fluidstrom unterbricht. Diese Unterbrechung hält im Wesentlichen
so lange an, wie der in dem Fluid herrschende Druck ausreichend
ist, die Schraubenfeder an einer Entspannung zu hindern. Erst wenn
der in dem Fluid herrschende Druck nachlässt, kann sich die Schraubenfeder
entspannen, den Absperrkörper
von dem Dichtelement wegdrücken und
damit die Öffnung
zwischen dem Absperrkörper und
dem Ventilsitz freigeben. Der Strömungswächter ist dann wieder durchströmbar.
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Das
Maß des
Drucks, welchen das Fluid auf den Absperrkörper ausüben muss, um die Schließstellung
des Absperrkörpers
an dem Ventilsitz zu bewirken, hängt
in dem zuvor erläuterten
Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten Strömungswächters im
Wesentlichen von der Federkonstanten und von dem Federweg, hier
also der in der Bewegungsrichtung des Absperrkörpers gemessenen Distanz zwischen
dem Absperrkörper
und dem Ventilsitz ab. Wird die Federkonstante einer als Federelement eines
Spannungsmechanismus verwendeten Schraubenfeder erhöht, erhöht sich
dementsprechend auch der für
die Einstellung der Schließstellung
erforderliche Anströmdruck
des Fluids. Wird der Ausgriff des Stifts über die von dem an dem Ventilsitz angeordneten
Dichtelement definierte Dichtebene hinaus erhöht, so dass sich die Distanz
zwischen dem Absperrkörper
und dem Ventilsitz im Normalzustand, das heißt, wenn der Volumenstrom geringer
als der vorbestimmte Grenzwert ist, vergrößert, erhöht sich der für die Einstellung
der Schließstellung
erforderliche Anströmdruck
des Fluids ebenfalls.
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Die
Federkonstante ist ein inhärentes
Merkmal der Schraubenfeder. Möchte
ein Verwender des Strömungswächters das
Maß des
für die
Schließstellung
erforderlichen Anströmdrucks
erhöhen,
muss er die Schraubenfeder austauschen. Dies wird durch die unzugängliche
Anordnung der Schraubenfeder im Inneren des Gehäuses des Strömungswächters erschwert.
Außerdem
muss der Verwender bei dieser Vorgehensweise eine Auswahl an Schraubenfedern mit
voneinander abweichenden Federeigenschaften bereithalten, was insbesondere
einen zusätzlichen logistischen
bzw. finanziellen Aufwand bedeutet. Da der Stift und der radial
einwärts
ausgreifende Steg weiterhin fest im Inneren des Gehäuses angeordnet sind,
kann der vorbestimmte Grenzwert des Volumenstroms des anströmenden Fluids
darüber
hinaus nicht einfach durch eine Veränderung des Abstands zwischen
dem Absperrkörper
und dem Ventilsitz im Normalzustand angepasst werden. Stattdessen muss
der Verwender eine Vielzahl von baulich-strukturell an verschiedene
Leitungs- bzw. Druckbedingungen angepassten Strömungswächtern auf Vorrat halten, was
wiederum einen hohen logistischen Aufwand erfordert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen
Strömungswächter anzugeben,
dessen Schließverhalten
flexibler einstellbar ist.
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Die
Aufgabe wird mit einem Strömungswächter nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Spannungsmechanismus derart ausgebildet ist, dass die auf
den Absperrkörper
ausgeübte
Kraft einstellbar ist.
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Durch
die Verstellbarkeit des Spannungsmechanismus derart, dass die auf
den Absperrkörper ausgeübte Kraft
einstellbar ist, lässt
sich der Grenzwert des Volumenstroms des Fluids, ab dem der Absperrkörper gegen
den Spannungsmechanismus in zumindest abschnittsweise Anlage mit
dem Ventilsitz gebracht wird und damit den Strömungswächter verschließt, erhöhen oder
erniedrigen. Wird die von dem Spannungsmechanismus auf den Absperrkörper ausgeübte Kraft
beispielsweise verringert, wird die von dem anströmenden Fluid
an dem Absperrkörper zu
verrichtende Arbeit, um die Schließstellung zu bewirken, ebenfalls
verringert. In ähnlicher
Weise kann die von dem Spannungsmechanismus auf den Absperrkörper ausgeübte Kraft
aber auch erhöht
werden. Diese Erhöhung
hätte entsprechend
zur Folge, dass der von dem anströmenden Fluid auf den Absperrkörper ausgeübte Druck
ebenfalls erhöht
sein muss, um den Übergang
des Absperrkörpers
von einer Offenstellung in die Schließstellung zu bewirken. Mit
anderen Worten wird bei einer Erhöhung der von dem Spannungsmechanismus
auf den Absperrkörper
ausgeübten
Kraft der Grenzwert des Volumenstroms, ab dem die Schließstellung
eingenommen wird, angehoben, wohingegen dieser Grenzwert bei einer
Verringerung der Kraft gesenkt wird. Mittels einer einfachen Modifikation
des Spannungsmechanismus kann der Grenzwert des Volumenstroms somit an
die Erfordernisse der Anwendung, beispielsweise an den in einer
Gasleitung herrschenden Nenndruck, angepasst werden. Daraus ergibt
sich, dass der erfindungsgemäße Strömungswächter in
einer Vielzahl von Gebrauchssituationen flexibel einsetzbar ist.
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Das
Gehäuse
weist in seinem Inneren, insbesondere an seiner Innenumfangsfläche, einen Ventilsitz
auf. Im einfachsten Fall kann der Ventilsitz eine Anlagefläche sein,
welche so beschaffen ist, dass eine zumindest abschnittsweise Anlage
des Absperrkörpers
möglich
ist. Vorzugsweise sind der Absperrkörper und der Ventilsitz zumindest
abschnittsweise mit zueinander korrespondierenden Konturen ausgebildet.
Eine derartige Anlage kann ausreichen, den Fluidstrom zu unterbrechen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass mit Unterbrechung des
Fluidstroms nicht notwendigerweise ein vollkommenes Versiegen des
Fluidstroms gemeint ist. Vielmehr kann es ebenso zweckmäßig sein,
in der Schließstellung
des Strömungswächters den
Volumenstrom des Fluids deutlich, beispielsweise um eine Größenordnung
oder mehrere Größenordnungen,
zu reduzieren, um den Zweck eines Strömungswächters der Vermeidung übermäßiger Volumenströme in den
angeschlossenen Armaturen als erfüllt anzusehen. Es ist aber
auch möglich,
in der Schließstellung
eine weitgehende oder vollständige
Abdichtung zu bewirken. Zu diesem Zweck kann der Ventilsitz zusätzlich ein
Dichtelement, beispielsweise einen an der Innenumfangsfläche des
Gehäuses
angeordneten O-Ring,
aufweisen. Um eine stabile Position des Dichtelements zu gewährleisten
kann darüber
hinaus eine Nut oder eine Ausnehmung an der Innenumfangsfläche des
Gehäuses
zur Aufnahme des Dichtelements vorgesehen sein. Durch eine einfache
Anlagefläche
oder durch das Dichtelement, an welcher bzw. an welchem der Absperrkörper in
der Schließstellung
anliegt, wird eine Dichtebene definiert, an welcher der Volumenstrom
des Fluids bei eingenommener Schließstellung deutlich reduziert
bzw. vollkommen unterbunden wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Strömungswächters ist der Abstand zwischen
dem Absperrkörper
und dem Ventilsitz in der Offenstellung einstellbar. Auf diese Weise
kann die von dem Spannungsmechanismus auf den Absperrkörper ausgeübte Kraft
durch eine einfache Modifikation der Kraft-Weg-Beziehung, also die
Arbeit, mit anderen Worten, die über
einen bestimmten Weg auszuübende
Kraft, welche von einer Offenstellung des Absperrkörpers bis
zu dessen Schließstellung
am Ventilsitz geleistet werden muss, verändert werden.
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Weiterhin
kann der Spannungsmechanismus einen Stift aufweisen, auf welchem
der Absperrkörper
gelagert ist. Dies ermöglicht
es auf einfache Weise, den Spannungsmechanismus und den mit diesem
interagierenden Absperrkörper
innerhalb des Gehäuses
anzuordnen bzw. zu lagern.
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In
einer möglichen
Ausgestaltung des Strömungswächters kann
der Spannungsmechanismus ein Federelement aufweisen, welches insbesondere ebenfalls
auf dem Stift gelagert ist.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass ein an dem Gehäuse angeordnetes, radial einwärts ausgreifendes Verbindungselement
vorgesehen ist, dass der Stift an dem Verbindungselement angeordnet
ist, dass am stromaufwärts
gelegenen Ende des Stifts ein Begrenzungselement angeordnet ist,
dass der Absperrkörper
am stromaufwärts
gelegenen Ende des Stifts in die Strömungsrichtung bzw. gegen die
Strömungsrichtung
beweglich gelagert ist, und dass der extremale Abstand des Absperrkörpers von
dem Ventilsitz, wenn der Absperrkörper mit dem Begrenzungselement
in Kontakt kommt, einstellbar ist.
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Durch
die Verstellbarkeit der Position des Absperrkörpers in der extremalen Offenstellung,
das heißt,
wenn der Absperrkörper
durch den Spannungsmechanismus bis zum Anschlag gegen das Begrenzungselement
gedrückt
wird, lässt
sich der Weg in Strömungsrichtung,
welchen der Absperrkörper
entlang des Stifts zurücklegen
muss, um die Schließstellung
einzunehmen, verändern.
Wird der extremale Abstand des Absperrkörpers von dem Ventilsitz, wenn
der Absperrkörper
mit dem Begrenzungselement in Kontakt kommt, beispielsweise verringert,
wird der Weg des Absperrkörpers
von der extremalen Offenstellung in die Schließstellung verkürzt, so
dass die von dem anströmenden
Fluid an dem Absperrkörper
zu verrichtende Arbeit, um die Schließstellung zu bewirken, ebenfalls
verringert wird. In ähnlicher
Weise kann der extremale Abstand des Absperrkörpers von dem Ventilsitz, wenn
der Absperrkörper
mit dem Begrenzungselement in Kontakt kommt, aber auch vergrößert werden.
Diese Vergrößerung hätte entsprechend
zur Folge, dass der von dem anströmenden Fluid auf den Absperrkörper ausgeübte Druck
erhöht
sein muss, um den Übergang des
Absperrkörpers
von der extremalen Offenstellung in die Schließstellung zu bewirken. Mit
anderen Worten wird bei einer Vergrößerung des Abstands der Grenzwert
des Volumenstroms, ab dem die Schließstellung eingenommen wird,
angehoben, wohingegen dieser Grenzwert bei einer Verringerung des
Abstands gesenkt wird. Mittels einer einfachen Abstandsvergrößerung bzw.
Abstandsverringerung zwischen dem Absperrkörper und dem Ventilsitz kann
der Grenzwert des Volumenstroms somit angepasst werden. Auf diese
Weise lässt
sich vermeiden, die Federelemente selbst zu verändern, um eine Anpassung des
Schließverhaltens
des Strömungswächters vorzunehmen.
Beispielsweise muss, wenn der Spannungsmechanismus eine auf Druck
beanspruchbare Schraubenfeder mit einer spezifischen Federkonstante
enthält,
diese Schraubenfeder nicht ausgetauscht werden. Eine Bevorratung
an Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federstärken ist damit nicht mehr notwendig.
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Der
Unterschied zwischen einer Offenstellung und einer extremalen Offenstellung
besteht darin, dass bei der extremalen Offenstellung sich der Absperrkörper notwendigerweise
in einer von dem Begrenzungselement zugelassenen Position am äußersten,
stromaufwärtigen
Ende des Stifts befindet, wohingegen eine Offenstellung als solche
nur den Zustand beschreibt, wenn der Absperrkörper nicht in der Schließstellung
zumindest abschnittsweise an dem Ventilsitz anliegt, sondern zumindest
ein kleiner Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Absperrkörper vorliegt,
durch welchen das Fluid den Strömungswächter durchströmen kann.
Es gibt also zwischen der extremalen Offenstellung, also dem Anschlag des Absperrkörpers am
Begrenzungselement, und der Schließstellung grundsätzlich unendlich
viele, dazwischen liegende Offenstellungen.
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Obwohl
das strömende
Fluid nicht Teil des erfindungsgemäßen Strömungswächters ist, sind die Begriffe ”stromaufwärts”, ”stromabwärts”, ”in die
Strömungsrichtung” bzw. ”gegen die
Strömungsrichtung” so zu
verstehen, dass der Strömungswächter eine bevorzugte
Richtung aufweist, nämlich
diejenige, in welcher das zu führende
Fluid den Strömungswächter durchströmt. Die
Begriffe stromaufwärts
bzw. gegen die Strömungsrichtung
bezeichnen somit die Richtung, aus der das anströmende Fluid kommt, wohingegen
die Begriffe stromabwärts
bzw. in die Strömungsrichtung
die Richtung bezeichnen, in welche das Fluid strömt.
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Vorzugsweise
greift ein Verbindungselement von dem Gehäuse radial einwärts aus.
Auf diese Weise kann der Stift insbesondere zentral auf der Achse
des Gehäuses
des Strömungswächters angeordnet
werden. Das Verbindungselement kann beispielsweise ein Steg sein,
welcher von dem Gehäuseinneren
radial einwärts
ausgreift. Am im Bereich der Achse des Gehäuses gelegenen Ende des Verbindungselements
kann eine Bohrung vorgesehen sein, welche der Stift beispielsweise
reibschlüssig durchgreift.
Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass der Stift und das Verbindungselement
im unmittelbaren Kontakt stehen. Vielmehr kann das im Bereich der
Achse des Gehäuses
angeordnete Ende des Verbindungselements auch zur Aufnahme eines separaten
Adapters ausgebildet sein, wobei der Stift eigentlich in dem Adapter,
ohne unmittelbaren Kontakt zu dem Verbindungselement, gelagert ist.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, das Verbindungselement nicht
mit einem Steg, sondern mit mehreren Stegen auszubilden. Durch mehrere
Stege lässt
sich eine bessere Zentrierung des Stifts im Inneren des Gehäuses des
Strömungswächters gewährleisten. Darüber hinaus
wird damit die Lagerung des Stifts besser stabilisiert.
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Durch
das Begrenzungselement am stromaufwärts gelegenen Ende des Stifts
kann die Beweglichkeit des Absperrkörpers gegen die Strömungsrichtung
beschränkt
werden. Die extremale Offenstellung ist dann erreicht, wenn der
Absperrkörper
mit dem Begrenzungselement in Kontakt kommt, beispielsweise wenn
der Spannungsmechanismus den Absperrkörper gegen das Begrenzungselement drückt. Das
Begrenzungselement kann beispielsweise ein Spannstift sein, welcher
eine am stromaufwärtigen
Ende des Stifts angeordnete radiale Bohrung durchgreift. Diese Anordnung
ist insbesondere vorteilhaft, weil der Spannstift aus der Bohrung
entfernt und wieder eingesetzt werden kann.
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Der
Absperrkörper
ist bevorzugt an dem stromaufwärtigen
Ende des Stifts beweglich gelagert und wirkt mit dem Spannungsmechanismus,
beispielsweise einer Druckschraubenfeder, so zusammen, dass er im
Normalzustand, also wenn der Volumenstrom des Fluids im Strömungswächter unterhalb
des Grenzwerts liegt, gegen das Begrenzungselement gedrückt wird.
Das Widerlager der Schraubenfeder kann relativ zu der von dem Ventilsitz
definierten Dichtebene stromabwärts
angeordnet sein, um zu gewährleisten,
dass die Federkonstante der Schraubenfeder im gesamten der Bewegung
des Absperrkörpers
in Strömungsrichtung
bzw. gegen die Strömungsrichtung
zugänglichen
Bereich von der extremalen Offenstellung bis zur Schließstellung
konstant ist. Dadurch lässt
sich das Schließverhalten
des Strömungswächters besser
berechnen. Der Absperrkörper
weist vorzugsweise einen Durchmesser im Strömungsquerschnitt auf, welcher
kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses in Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz
ist, damit in den Offenstellungen zwischen der Innenumfangsfläche des
Gehäuses
und der Außenumfangsfläche des
Absperrkörpers
zumindest ein Spalt verbleibt, durch welchen das Fluid strömen kann.
Je nach Ausgestaltung des Ventilsitzes, welcher gegebenenfalls ein
Dichtelement aufweist, ist vorzugsweise der Durchmesser des Absperrkörpers im
Strömungsquerschnitt
mindestens genau so groß wie
der Innendurchmesser des Ventilsitzes bzw. Dichtelements, um in
der Schließstellung
eine Unterbrechung des Volumenstroms bewirken zu können. Der
Absperrkörper
kann darüber
hinaus eine komplexere dreidimensionale Form aufweisen. Der Absperrkörper kann
beispielsweise in der Art eines Paraboloiden gefertigt sein, wobei
die Auswölbung
des Paraboloiden der Strömungsrichtung
entgegen gewandt ist. Auf diese Weise lassen sich unerwünschte übermäßige Staudrücke an dem
Absperrkörper
zumindest reduzieren und die Anströmung des Fluids an den Absperrkörper vorteilhaft
beeinflussen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Strömungswächters ist
der Stift relativ zu dem Verbindungselement in die Strömungsrichtung
bzw. gegen die Strömungsrichtung
beweglich gelagert. Ferner ist vorzugsweise ein an dem Verbindungselement
angeordneter Fixiermechanismus vorgesehen, durch welchen der Stift
an dem Verbindungselement fixierbar ist. Damit kann durch eine einfache
Verschiebung des Stifts in Strömungsrichtung
oder gegen die Strömungsrichtung
der extremale Abstand zwischen dem Absperrkörper und dem Ventilsitz verändert werden,
so dass der Grenzwert für
den Volumenstrom des Fluids, ab welchem der Strömungswächter schließt, sehr
flexibel auf die Anforderungen der Anwendung anpassbar ist. Durch
den Fixiermechanismus lässt
sich eine definierte Position des Stifts relativ zu dem Verbindungselement
einstellen. Es ist dabei unerheblich, ob der Stift direkt an dem Verbindungselement
beweglich gelagert ist oder nicht. Auch wenn der Stift über einen
an dem Verbindungselement angeordneten Adapter, also ohne unmittelbaren
Kontakt mit dem Verbindungselement, an dem Verbindungselement angeordnet
ist, reicht es aus, den Stift relativ zu dem Verbindungselement
beweglich zu lagern. Es ist aber auch möglich, den Stift an dem Verbindungselement,
also mit unmittelbarem Kontakt zu dem Verbindungselement, beweglich
zu lagern. Beispielsweise kann das Verbindungselement im Bereich
der Achse des Gehäuses
eine in axialer Richtung verlaufende Bohrung aufweisen, durch welche
der Stift in einem Beispiel reibschlüssig gesteckt ist.
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Weiterhin
kann die durch den Fixiermechanismus bewirkte Fixierung wieder lösbar sein.
Auf diese Weise kann der Strömungswächter mehrmals, grundsätzlich sogar
beliebig oft, auf unterschiedliche Grenzwerte des maximalen Volumenstroms
angepasst werden. Die Flexibilität
des Strömungswächters auch
nach der ersten Inbetriebnahme bleibt so erhalten.
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Der
Fixiermechanismus kann als Rastmechanismus ausgebildet sein. Ein
Rastmechanismus ist eine sehr einfache Art, den Stift relativ zu
bzw. an dem Verbindungselement mechanisch zu fixieren. Die Arbeitsschritte,
welche im Zuge des Fertigungsverfahrens an dem Stift oder an dem
Verbindungselement oder anderen Komponenten des Strömungswächters vorzunehmen
sind, um sie mit einem Rastmechanismus zu versehen, können so
vergleichsweise einfach gehalten werden.
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Der
Rastmechanismus kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass der
Stift mindestens eine ringförmig
umlaufende Vertiefung aufweist, und dass an dem Verbindungselement
eine Druckfeder und eine auf der Druckfeder gelagerte Kugel derart
angeordnet sind, dass die Kugel durch die Spannkraft der Druckfeder
mit der Vertiefung in Eingriff bringbar ist. Die Anzahl der Vertiefungen
an dem Stift ist grundsätzlich
nicht begrenzt. Es können
beispielsweise zwei, drei, vier oder noch mehr Vertiefungen an dem Stift
vorgesehen sein. Jede Vertiefung entspricht einem bestimmten Grenzwert
des Volumenstroms, ab welchem der Strömungswächter die Strömung des Fluids
unterbrechen soll. Es ist möglich,
statt der Druckfeder und der Kugel auch ein andersartiges Gegenstück zu verwenden,
um einen einfachen Rastmechanismus vorzusehen.
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Es
müssen
nicht notwendigerweise ringförmig
umlaufende Vertiefungen an dem Stift vorgesehen sein, welche mit
einem Gegenstück
zur Verrastung zusammenwirken. Vielmehr ist es auch möglich, den
Stift mit Bohrungen, insbesondere radial durch den Stift verlaufenden
Bohrungen oder radialen Sacklöchern,
zu versehen, mit welchen ein entsprechend angepasstes Gegenstück zum Zwecke
der Verrastung zusammenwirken kann. Das Gegenstück kann in einer alternativen
Ausgestaltung des Strömungswächters auch
ein an dem Verbindungselement angeordneter Fixierstift sein, welcher
eine der radialen Bohrungen durchgreifen bzw. in eine der Bohrungen
eingreifen kann.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass der Stift zumindest abschnittsweise ein Gewinde aufweist, welches
mit einem entsprechend inversen Gewinde des Verbindungselements
zusammenwirkt. Auf diese Weise kann die Position des Stifts in die
Strömungsrichtung
bzw. gegen die Strömungsrichtung
relativ zu dem Verbindungselement dadurch geändert werden, dass der Stift
geschraubt wird. Damit ist insbesondere eine stufenlose Verstellung
möglich.
Der Stift kann dabei ein Außengewinde,
und das Verbindungselement kann ein entsprechendes Gegenstück, insbesondere
Innengewinde aufweisen oder umgekehrt. Die Art des Gewindes ist
grundsätzlich
frei wählbar. Durch
das Zusammenwirken der Gewinde lassen sich gegebenenfalls zusätzliche
Maßnahmen
zur Fixierung des Stifts in die Strömungsrichtung bzw. gegen die
Strömungsrichtung
vermeiden, da die Fixierung im Wesentlichen von den Gewindeflanken übernommen
wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Strömungswächters können am
Stift, insbesondere an dem stromaufwärts gelegenen Ende des Stifts
mindestens zwei in die Strömungsrichtung
bzw. gegen die Strömungsrichtung
hintereinander angeordnete Bohrungen vorgesehen sein, welche ein Spannstift
als Begrenzungselement durchgreifen kann. Auf diese Weise kann der
extremale Abstand zwischen dem Absperrkörper und dem Ventilsitz, wenn
der Absperrkörper
mit dem Begrenzungselement in Kontakt kommt, gegenüber der
Verstellung des Stifts relativ zu dem Verbindungselement zusätzlich oder
alternativ dadurch verändert
werden, dass der als Begrenzungselement fungierende Spannstift aus
einer Bohrung entfernt und in eine andere am stromaufwärts gelegenen
Ende des Stifts zu diesem Zweck vorgesehene Bohrung eingesetzt wird.
Gegebenenfalls können
die Verstellung des Begrenzungselements und die Verstellung des
Stifts relativ zu dem Verbindungselement miteinander kombiniert
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die den extremalen Abstand verändernden
Inkremente des Begrenzungselements und des Stifts relativ zu dem Verbindungselement,
beispielsweise die Abstände der
für einen
Rastmechanismus vorgesehenen Vertiefungen oder die Abstände der
für das
Begrenzungselement vorgesehenen Bohrungen, voneinander abweichen,
so dass durch eine simultane Anpassung der Position des Begrenzungselements
und des Stifts relativ zu dem Verbindungselement Zwischenstufen
der besagten Inkremente umsetzbar sind.
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Das
Begrenzungselement kann weiterhin statt als Spannstift als Passstift
ausgebildet sein, welcher in eine am stromaufwärts gelegenen Ende des Stifts
angeordnete Passbohrung eingepasst ist. Diese Alternative soll die
Flexibilität
der Ausgestaltung des Begrenzungselements verdeutlichen. Ferner können am
Stift, insbesondere an dem stromaufwärts gelegenen Ende des Stifts
mindestens zwei in die Strömungsrichtung
bzw. gegen die Strömungsrichtung
hintereinander angeordnete Passbohrungen vorgesehen sein, in welche
der Passstift einpassbar ist. Auf diese Weise kann eine Verstellung
des Begrenzungselements vorgenommen werden, indem der Passstift
einfach umgesteckt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können das Gehäuse und
das Verbindungselement zweiteilig ausgebildet sein. Beispielsweise
kann das Verbindungselement an einem Einsatz angebracht sein, welcher
in das Gehäuse
einsetzbar und gegebenenfalls wieder entfernbar ist. Auf diese Weise wird
die Verstellung des extremalen Abstands des Absperrkörpers vom
Ventilsitz entweder durch die Verstellung des Stifts relativ zu
dem Verbindungselement oder durch die Verstellung des Begrenzungselements
oder durch eine Kombination davon erleichtert, denn ein solcher
Einsatz kann vor der Inbetriebnahme des Strömungswächters von dem Gehäuse separat
auf den Grenzwert des Volumenstroms, welcher gerade noch zulässig sein
soll, angepasst werden, bevor er in das Gehäuse eingesetzt und dann mit
dem Gehäuse
als Strömungswächter montiert wird.
Gegebenenfalls kann auch der Ventilsitz an dem Einsatz angeordnet
werden. Es ist beispielsweise möglich,
den Einsatz mit einem gegenüber
der Innenwand des Gehäuses
radial einwärts
ausgreifenden Vorsprung zu versehen, wobei die gegen die Strömungsrichtung
gewandte Fläche
des Vorsprungs gerade als Anlagefläche für den Absperrkörper fungieren
kann. Auf diese Weise können
die drei Komponenten des Strömungswächters Gehäuse, Absperrkörper und
Einsatz vorteilhaft zusammenwirken.
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An
dem Gehäuse
kann mindestens ein Sichtfenster angeordnet sein. Beispielweise
kann ein Sichtfenster an dem Gehäuse
so angeordnet sein, dass das Verbindungselement und/oder der Stift
einsehbar sind. Damit kann ein Verwender des Strömungswächters einfach durch Augenschein
feststellen, in welcher Position sich der Stift relativ zu dem Verbindungselement
befindet, ohne den Strömungswächter aus
einer gegebenenfalls schon eingenommenen Montageposition entfernen
zu müssen.
Zusätzlich
oder alternativ kann auch ein Sichtfenster am Gehäuse vorgesehen
sein, durch welches der Absperrkörper
einsehbar ist. Dadurch lässt
sich feststellen, ob der Strömungswächter sich
gerade in der Schließstellung
oder in einer Offenstellung befindet.
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Um
die visuelle Kontrolle zu erleichtern, können der Absperrkörper und/oder
der Stift einen Positionsanzeiger aufweisen, welcher durch ein Sichtfenster
einsehbar ist. Die Positionsanzeiger können beispielsweise farblich
oder gemustert ausgestaltet sein, wobei eine bestimmte Farbe oder
ein bestimmtes Muster durch das Sichtfenster einsehbar hervorgehoben
sind, wenn der Absperrkörper
und/oder der Stift relativ zu dem Verbindungselement eine bestimmte
Stellung eingenommen haben. Ferner kann am Sichtfenster selbst zusätzlich eine
Skala angeordnet sein, mittels derer ein Verwender die Stellungen
der entsprechenden Komponenten bestimmten Kennzahlen, beispielsweise
einem Grenzwert eines Volumenstroms, an welchen der Strömungswächter angepasst
ist, zuordnen kann.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den
erfindungsgemäßen Strömungswächter auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits
auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits
auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
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1a,
b eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strömungswächters in
der Offenstellung,
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2 eine
Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Strömungswächters in
der Schließstellung,
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3 eine
Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strömungswächters in
der Schließstellung
und
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4 eine
Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strömungswächters in
der Offenstellung.
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1a zeigt
einen Strömungswächter 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Innere des Gehäuses 4 des
Strömungswächters 2 definiert
einen Strömungskanal 6,
durch welchen das Fluid (nicht dargestellt) strömen kann. Die Strömungsrichtung des
Fluids wird in 1a durch Pfeile 8 angezeigt. Das
gegen die Strömungsrichtung
gewandte Ende des Gehäuses 4 weist
in diesem Beispiel einen geringeren Innendurchmesser auf als das
in die Strömungsrichtung
weisende Ende des Gehäuses 4. Darüber hinaus
ist an der Innenumfangsfläche
des Gehäuses 4 ein
radial einwärts
ausgreifender Vorsprung 10 angeordnet, dessen gegen die
Strömungsrichtung
gewandte Seitenwand gegenüber
der Achse 12 des Strömungswächters 2 geneigt
ist, wohingegen die in Strömungsrichtung
weisende Seitenwand des Vorsprungs 10 senkrecht zur Achse 12 des Gehäuses 4 ausgerichtet
ist. Der Vorsprung 10 dient als Anlagebereich für einen
Einsatz 14, welcher von der stromabwärtigen Seite des Gehäuses 4 in
das Gehäuse 4 eingesetzt
ist. Das Gehäuse 4 weist
ferner ein Sichtfenster 16 auf, welches beispielsweise aus
einem transparenten Material, insbesondere einem Glas oder einem
transparenten Kunststoff, gefertigt sein kann. Das Sichtfenster 16 ist
so in das Gehäuse 4 des
Strömungswächters 2 integriert,
dass die Dichtheit des Strömungswächters 2 gegenüber in dem
Strömungswächter 2 geführten, druckbeaufschlagten
Fluiden gesichert ist.
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Der
Einsatz 14 kann beispielsweise mittels einer Presspassung
an der Innenumfangsfläche
des Gehäuses 4 befestigt
sein. Zu diesem Zweck können die
Außendurchmesser
der Passflächen
des Einsatzes 14 und die Innendurchmesser der Passflächen des
Gehäuses 4 aneinander
angepasst sein. Es ist aber auch möglich, den Einsatz 14 mit
einem offenen Profil in C-Form auszugestalten, wobei der Außendurchmesser
des Profils im entspannten Zustand größer als der Innendurchmesser
der Passflächen des
Gehäuses 4 ist.
Der Einsatz 14 kann dann unter Vorspannung in das Gehäuse 4 eingesetzt
werden. An der Innenumfangsfläche
des Einsatzes 14 ist eine Nut 18 zur Aufnahme
eines Dichtelements 20, beispielsweise eines O-Rings, ausgebildet.
Das Dichtelement 20 befindet sich im Grenzbereich zwischen dem
Vorsprung 10 des Gehäuses 4 und
dem Einsatz 14, dient als Ventilsitz für den Absperrkörper 22 und definiert
damit die Dichtebene des Strömungswächters 2.
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In
dem Gehäuse 4 ist
in diesem speziellen Ausführungsbeispiel
ein Verbindungselement 24 in Form eines Stegs angeordnet,
welcher integral mit dem Einsatz 14 ausgebildet ist und
radial einwärts
in das Innere des Gehäuses 4 ausgreift.
Das Gehäuse 4 und
das Verbindungselement 24 sind somit zweiteilig ausgebildet.
Es ist aber ebenso denkbar, das Verbindungselement 24 und
das Gehäuse 4 unter
Weglassen des Einsatzes 14 einteilig auszubilden. Der Steg 24 erstreckt
sich in radialer Richtung über
eine Distanz, welche etwas größer als
der Radius des Innenquerschnitts des Gehäuses 4 ist. Auf diese
Weise kann ein Stift 26 an dem Steg 24 im Bereich
der Achse 12 des Gehäuses 4 gelagert
werden. Zu diesem Zweck ist in den Steg 24 im Bereich der
Achse 12 des Gehäuses 4 eine
Bohrung 28 vorgesehen, welche der Stift 26 durchgreift.
Es ist auch möglich,
dass der Stift 26 und der Steg 24 an den Abschnitten,
an denen sie zusammenwirken, aufeinander angepasste Gewinde (nicht
dargestellt) aufweisen. Auf diese Weise kann die Stellung des Stifts 26 relativ
zu dem Steg 24 in Richtung der Achse 12 des Gehäuses 4 auch
durch eine Schraubbewegung verändert
werden. Damit lässt
sich insbesondere eine stufenlose Verstellung des Stifts 26 relativ
zu dem Steg 24 gewährleisten.
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Der
Stift 26 ist derart an dem Steg 24 gelagert, dass
er sich in etwa entlang der Achse 12 des Gehäuses 4 erstreckt.
Am stromaufwärtigen
Ende weist der Stift 26 eine radiale Bohrung 30 auf,
welche von einem Spannstift 32 durchgriffen wird. Der Spannstift 32 dient
als Begrenzungselement und definiert damit den extremalen Abstand
des Absperrkörpers 22 von
dem Ventilsitz, nämlich
dann, wenn der Absperrkörper 22 an
dem Spannstift 32 im Anschlag ist. Statt des Spannstifts 32 kann
das Begrenzungselement auch in der Form eines Passstifts (nicht
gezeigt) ausgebildet sein, wobei in diesem Fall dann an dem Stift 26 entsprechend
ausgebildete Passbohrungen (nicht gezeigt) vorzusehen sind, welche
der Passstift durchgreifen kann. Etwa am mittleren Abschnitt des
Stifts 26 ist eine ringförmig umlaufende Wulst 34 angeordnet,
welche als Widerlager für
den Spannungsmechanismus 36 des Strömungswächters 2 fungiert,
wobei der Spannungsmechanismus 36 in diesem Beispiel eine
Schraubenfeder aufweist, welche den Stift 26 zwischen dem
Spannstift 32 und der Wulst 34 umgreift. Die Wulst 34 ist
in diesem Beispiel etwas stromabwärts von der von dem Dichtelement 20 des
Ventilsitzes gebildeten Dichtebene angeordnet, so dass, selbst wenn
die Schraubenfeder 36 in der Schließstellung des Strömungswächters 2 maximal
komprimiert ist, die Federkonstante über den gesamten Weg des Absperrkörpers 22 von
der extremalen Offenstellung bis zur Schließstellung weitgehend konstant
ist. Zwischen der Schraubenfeder 36 und dem Spannstift 32 ist
ein in etwa paraboloid ausgebildeter Absperrkörper 22 beweglich
gelagert.
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Die äußeren Seitenflächen 38 des
Absperrkörpers 22 sind
für die
Anlage mit dem Dichtelement 20 vorgesehen, wodurch die
Schließstellung
des Strömungswächters 2 definiert
wird. Der Absperrkörper 22 kann
einen Positionsanzeiger (nicht dargestellt) aufweisen, welcher durch
ein weiteres in entsprechender Position an dem Gehäuse angeordnetes
Sichtfenster (nicht dargestellt) einsehbar ist.
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An
dem jenseits der Wulst 34 stromabwärtigen Ende des Stifts 26 sind
in diesem Beispiel drei ringförmig
umlaufende Vertiefungen 40 als Teil eines Rastmechanismus
vorgesehen, welche schräge
Seitenwände
aufweisen. Die Vertiefungen 40 haben im diesen Beispiel
einen weitgehend konstanten Abstand voneinander. Allerdings ist
es ebenso denkbar, beispielsweise den Abstand der ersten Vertiefung von
der zweiten Vertiefung von dem Abstand der zweiten Vertiefung zu
der dritten Vertiefung abweichend zu wählen, wenn dies zweckmäßig ist.
Mittels der Vertiefungen 40 kann eine bestimmte Position des
Stifts 26 relativ zu dem Steg 24 hergestellt werden,
wodurch wiederum das Maß des
Ausgriffs des stromaufwärtigen
Endes des Stifts 26 über
die Dichtebene hinaus und damit der extremale Abstand des Absperrkörpers 22 von
dem Ventilsitz definiert werden kann. Darüber hinaus weist der Stift 26 einen
Positionsanzeiger 42 auf, welcher durch das Sichtfenster 16 einsehbar
ist.
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1b zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt der 1a.
Der Steg 24 weist in seinem Inneren ein Gegenstück zu den
an dem Steg 24 angeordneten Vertiefungen 40 auf.
In diesem speziellen Beispiel umfasst das Gegenstück eine
Druckfeder 44 und eine auf der Druckfeder 44 gelagerte
Kugel 46. Die Kugel 46 kann durch den von der
Druckfeder 44 ausgeübten
Druck mit einer der Vertiefungen 40 in Eingriff gebracht
werden, wodurch eine Verrastung des eigentlich beweglich an dem
Steg 24 gelagerten Stifts 26 mit dem Steg 24 bewirkt
wird. Mittels einer Einstellschraube 48, auf welcher die
Druckfeder 44 des Rastmechanismus gelagert ist, kann der
Druck, mit welchem die Kugel 46 in die Vertiefung 40 gedrückt wird,
angepasst werden. In dem in 1b gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist die Kugel 46 mit der am weitesten stromabwärtig gelegenen
Vertiefung 40 verrastet. Auf diese Weise ist der Ausgriff
des stromaufwärtigen
Endes des Stifts 26 über
die von dem Dichtelement 20 definierte Dichtebene hinaus
maximiert, so dass der verstellbare Grenzwert des Volumenstroms
des Fluids seinen für
dieses Ausführungsbeispiel
des Strömungswächters 2 höchsten Wert
annimmt. Der Rastmechanismus kann auch auf andere Weise umgesetzt
werden. So ist es möglich, einen
Fixierstift (nicht dargestellt) an dem Steg 24 anzuordnen,
welcher in eine an dem Stift 26 dann statt der Vertiefungen 40 anzuordnenden
Bohrungen (nicht dargestellt) greift. Der Fixierstift sollte vorzugsweise
aus den Bohrungen auch wieder herausziehbar sein, um die hohe Flexibilität der Einstellung
des Strömungswächters 2 auf
verschiedene maximale Volumenströme
sicherzustellen.
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Wie
in 1b weiter gezeigt greift ein Schenkel 50 des
an dem Stift 26 angeordneten Positionsanzeigers 42 in
eine an dem Einsatz 14 angeordnete, axial verlaufende Ausnehmung 52 ein.
An dem Schenkel 50 des Positionsanzeigers 42 sind
in diesem Beispiel drei Positionskerben 54 vorgesehen, welche
je einer der an dem Stift 26 angeordneten Vertiefungen 40 zugeordnet
sind. Die Positionskerben 54 können beispielsweise farblich
oder mittels verschiedener Muster voneinander abweichend gestaltet
sein, um eine visuelle Unterscheidung zu ermöglichen. In dem in 1b dargestellten
Beispiel greift der Schenkel 50 mit seiner gesamten Längserstreckung
in die Ausnehmung 52 ein. Die dem Gehäuse 4 zugewandte Seitenwand
der Ausnehmung 52 ist mit einer Öffnung 56 versehen,
so dass die Positionskerbe 54, welche der mit der Kugel 46 des Rastmechanismus
in Eingriff stehenden Vertiefung 40 entspricht, durch das
Sichtfenster 16 und durch die Öffnung 56 von außen einsehbar
ist. Auf diese Weise kann die Einstellung des Stifts 26 relativ
zu dem Steg 24 und damit auch das Schließverhalten des
Strömungswächters 2 sehr
einfach festgestellt werden.
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2 zeigt
den aus den 1a und 1b bekannten
Strömungswächter 2 mit
einem verstellten Stift 26. In diesem Beispiel greift die
Kugel 46 des Rastmechanismus in die am weitesten stromaufwärtig gelegene
Vertiefung 40 des Stifts 26 ein. Der Stift 26 ist
demnach relativ zu dem Steg 24 in Strömungsrichtung verschoben. Der
extremale Abstand des Absperrkörpers 22 von
dem ein Dichtelement 20 aufweisenden Ventilsitz ist somit
verkürzt.
Dadurch wird der Grenzwert des Volumenstroms, ab dem eine Unterbrechung
des Fluids hervorgerufen wird, auf den in diesem Ausführungsbeispiel
niedrigsten Wert gesenkt. Vorzugsweise ist der Eingriff der Kugel 46 in eine
der Vertiefungen 40 wieder lösbar. Damit lässt sich
der Strömungswächter 2 jederzeit
von neuem an einen anderen maximalen Volumenstrom anpassen.
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Im
Gegensatz zu den 1a und 1b ist in 2 eine
Schließstellung
des Strömungswächters 2 dargestellt.
Mit anderen Worten, der Absperrkörper 22 ist
zumindest abschnittsweise, nämlich
mit seinen äußeren Seitenflächen 38 in
Anlage mit dem Dichtelement 20 des Ventilsitzes, welcher
am Einsatz 14 angeordnet ist, und verhindert damit eine
Strömung
des Fluids durch den Strömungswächter 2. Sinkt
der von dem Fluid auf den Absperrkörper 22 ausgeübte Druck
unter den bestimmten Grenzwert, entspannt sich die Schraubenfeder 36 und
drückt
den Absperrkörper 22 vorzugsweise
bis zum Anschlag in Richtung des als Spannstift 32 ausgebildeten
Begrenzungselements. Ferner ist in diesem Beispiel die am weitesten
stromaufwärts
gelegene Positionskerbe 54 am Positionsanzeiger 42 gegenüber der Öffnung 56 des
Einsatzes 14 angeordnet, so dass die Einstellung des Stifts 26 relativ
zu dem Steg 24 durch das Sichtfenster 16 und durch
die Öffnung 56 des Einsatzes 14 einsehbar
ist.
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3 zeigt
den aus den 1a, 1b und 2 bekannten
Strömungswächter 2 in
einer weiteren Stellung des Stifts 26 und in der Schließstellung des
Absperrkörpers 22.
In diesem Beispiel greift die Kugel 46 des Rastmechanismus
in die mittlere der drei Vertiefungen 40 des Stifts 26 ein.
Dadurch wird der Ausgriff des stromaufwärtigen Endes des Stifts 26 über die
von dem Dichtelement 20 definierte Dichtebene hinaus gegenüber dem
in 2 gezeigten Beispiel vergrößert, liegt aber immer noch
unterhalb des in der 1a gezeigten Ausgriffs. Dementsprechend
wird durch den Eingriff der Kugel 46 des Rastmechanismus
in die mittlere Vertiefung 40 ein Grenzwert des Volumenstroms
definiert, welcher zwischen den aus den Anordnungen der 1a und 2 hervorgehenden
Grenzwerten des Volumenstroms liegt. Konsequenterweise ist durch
die Öffnung 56 des
Einsatzes 14 und durch das Sichtfenster 16 die
zweite Positionskerbe 54 des Positionsanzeigers 42 einsehbar.
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4 zeigt
den aus den vorgeordneten Figuren bekannten Strömungswächter 2 in der extremalen
Offenstellung des Absperrkörpers 22,
also, wenn der Absperrkörper 22 mit
dem Spannstift 32 in Kontakt ist. Zwischen dem Absperrkörper 22 und
der Gehäuseinnenwand
ist ein Spalt 58 offenbart, durch welchen das Fluid strömen kann.
Die Kugel 46 des Rastmechanismus steht in diesem Beispiel
wieder mit der am weitesten stromabwärts gelegenen Vertiefung 40 in
Eingriff.
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Es
ist zusätzlich
oder alternativ zu den in den 1a bis 4 gezeigten
Ausführungsbeispielen möglich, den
extremalen Abstand des Absperrkörpers 22 von
dem Ventilsitz durch eine Verstellmöglichkeit des Begrenzungselements,
in diesem Beispiel ein Spannstift 32, vorzunehmen. Beispielsweise können statt
einer Bohrung 30 am stromaufwärts gelegenen Ende des Stifts 26 mehrere
in Strömungsrichtung
oder gegen die Strömungsrichtung
hintereinander angeordnete Bohrungen (nicht gezeigt) vorgesehen
sein, welche der Spannstift 32 durchgreifen kann. Durch
ein einfaches Umstecken des Spannstifts 32, kann der Weg,
den der Absperrkörper 22 von
der extremalen Offenstellung in die Schließstellung zurückzulegen
hat, damit ebenfalls verändert werden.