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Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung zur Absperrung oder Regelung einer Strömung eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines Fluids, mit einem Hauptströmungskanal und einem in einem Abschnitt des Hauptströmungskanals angeordneten Absperrkörper.
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Vorrichtungen zur Absperrung oder zur Regelung von Strömungen fließfähiger Medien, insbesondere von Fluiden, wie beispielsweise Flüssigkeiten, Gase oder Suspensionen, sind bekannt und kommen in sehr vielen unterschiedlichen Ausbildungsformen in sehr vielen Anwendungsgebieten zur Verwendung. Zumeist wird dabei die Strömung, die in einem Strömungskanal geleitet wird, durch einen Absperrkörper abgesperrt, indem der Absperrkörper den Strömungskanal vollständig verschließt. Durch ein teilweises Einbringen des Absperrkörpers in den Strömungskanal oder ein teilweises Öffnen einer Öffnung des Absperrkörpers kann der Durchfluss des fließfähigen Mediums reduziert werden und somit eine Regelung der Strömung erfolgen. Eine häufig verwendete Bauform einer Absperreinrichtung ist beispielsweise ein Kugelhahn. Ein Kugelhahn weist einen kugelförmigen Absperrkörper mit einer durchgehenden Öffnung auf. Der Absperrkörper ist in einem Strömungskanal angeordnet und je nach Stellung der Öffnung zum Strömungskanal ist der Strömungskanal teilweise oder vollständig abgesperrt oder vollständig freigegeben. Die Stellung des Absperrkörpers kann beispielsweise mit einem Handhebel verändert werden. Auch eine automatisierte Steuerung einer Absperrvorrichtung ist möglich, indem die Stellung des Absperrkörpers in dem Strömungskanal beispielsweise über einen Elektromotor verändert wird. Kritisch bei einer solchen Art der Ventilsteuerung kann sein, dass eine relativ hohe Energie aufgewendet werden muss, um die Stellung des Absperrkörpers zu verändern. Des Weiteren benötigt eine Steuerung zum Öffnen und Schließen des Ventils eine permanente Stromversorgung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine energieeffiziente Regelung einer Strömung eines fließfähigen Mediums ermöglicht ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Absperrvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer Absperrvorrichtung zur Absperrung oder Regelung einer Strömung eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines Fluids, mit einem Hauptströmungskanal, mit einem in einem Abschnitt des Hauptströmungskanals angeordneten Absperrkörper und mit einem Absperrkörperantrieb ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass der Hauptströmungskanal einen abzweigenden Nebenkanal aufweist, dass der Absperrkörperantrieb steuertechnisch mit dem Absperrkörper verbunden ist und dass der Absperrkörperantrieb zumindest abschnittsweise in dem abzweigenden Nebenkanal zur Aufnahme von Strömungsenergie aus der Strömung des fließfähigen Mediums angeordnet ist.
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Bei dem fließfähigen Medium kann es sich um Flüssigkeiten, Gase Suspensionen oder Ähnliches handeln. Bevorzugt wird die Erfindung für Flüssigkeiten verwendet. Bei dem Absperrkörper kann es sich beispielsweise um den kugelförmigen Absperrkörper eines Kugelhahns handeln. Hierbei kann es sich um ein Standardbauteil handeln, welches somit kostengünstig erhältlich ist. Generell können Ventile und Absperrvorrichtungen jeglicher Art, wie beispielsweise Magnetventile, Klappenventile, Absperrschieber von dem Absperrkörperantrieb angetrieben werden. Der Absperrkörper kann zumindest abschnittsweise in dem Hauptströmungskanal angeordnet sein, so dass durch Drehung des Absperrkörpers ein Öffnen und Schließen des Hauptströmungskanals ermöglicht ist. In Strömungsrichtung vor dem Absperrkörper ist eine Abzweigung von dem Hauptströmungskanal in einen Nebenkanal angeordnet. Vorzugsweise verläuft der Nebenkanal nach einem von dem Hauptströmungskanal wegführenden Kanalabschnitt parallel zum Hauptströmungskanal. Vorzugsweise ist der Absperrkörperantrieb in dem parallel zum Hauptkanal verlaufenden Abschnitt des Nebenkanals angeordnet. Dabei kann beispielsweise der Absperrkörperantrieb in dem Nebenkanal benachbart zu dem Absperrkörper in dem Hauptströmungskanal angeordnet sein. Dabei ist der Absperrkörperantrieb steuertechnisch, beispielsweise über eine Verbindungswelle, mit dem Absperrkörper verbunden. Beispielsweise kann der Absperrkörperantrieb als eine Fluidenergiemaschine, die Energie aus der Strömung des fließfähigen Mediums im Nebenkanal aufnimmt, ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Absperrkörperantrieb um eine Turbine oder ein Schaufelrad mit einer parallel zum Hauptströmungskanal verlaufenden Rotationsebene handeln. Eine Strömung im Nebenkanal versetzt den Absperrkörperantrieb beispielsweise in Rotation, die durch die Verbindungswelle auf den Absperrkörper übertragen wird. Durch die Rotation kann der Absperrkörper durch seine Öffnung den Hauptströmungskanal abwechselnd freigeben und wieder absperren. Die Energie, die für die Rotation des Absperrkörpers benötigt wird, wird durch den Absperrkörperantrieb aus der Strömungsenergie des fließfähigen Mediums im Nebenkanal gewonnen. Somit ist ein energieeffizienter Antrieb und somit auch eine energieeffiziente Steuerung des Absperrkörpers gegeben. Durch die hohe Energieeffizienz ist die Absperrvorrichtung insbesondere zur Anwendung in Bereichen geeignet, in denen eine anderweitige Energieversorgung problematisch ist. Ein Anwendungsgebiet können beispielsweise Schleusen, insbesondere Schiffsschleusen, sein, bei denen große Volumenströme durch Ventile großer Dimensionen abgesperrt bzw. geregelt werden. Die Dimensionierung der verwendeten Absperrkörper ist für die Funktion der Absperrvorrichtung nicht entscheidend. Durch die hohe Energieeffizienz der Absperrvorrichtung ist auch bei Absperrkörpern großer Dimension der Betrieb mit minimalem Energieaufwand gegeben. Bei der Regelung von stark mit Fremdkörpern beladenen Medien können Filter in Fließrichtung vor dem Absperrkörperantrieb montiert sein, um ein Verdrecken des Absperrkörperantriebs zu verhindern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Absperrvorrichtung weist der abzweigende Nebenkanal mindestens eine Rückführung in den Hauptströmungskanal auf. Durch die Rückführung des Nebenkanals in den Hauptströmungskanal ist der Nebenkanal wie ein Bypass ausgebildet. Der Bypass leitet dabei einen Anteil des Volumenstroms des fließfähigen Mediums an dem im Hauptströmungskanal angeordneten Absperrkörper vorbei. Durch die Rückführung des Nebenkanals in den Hauptkanal entsteht, insbesondere bei einem schnell fließenden Strom, ein Sogeffekt in dem Nebenkanal, wodurch die Effizienz des Absperrkörperantriebs weiter erhöht wird. Durch die Strömungsenergie des am Absperrkörper vorbeigeleiteten Volumenstroms wird der Absperrkörperantrieb angetrieben. Durch die Rückführung in den Hauptströmungskanal gibt es keine Volumenverluste des fließfähigen Mediums, so dass ein Kreislaufprozess problemlos ermöglicht ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Absperrkörperantrieb über mindestens ein Getriebe mit dem Absperrkörper verbunden. Vorzugsweise ist dabei ein Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb gewählt, bei dem die Antriebsdrehzahl größer ist als die Abtriebsdrehzahl. Durch dieses Übersetzungsverhältnis ist bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des Absperrkörperantriebes eine geringe Rotationsgeschwindigkeit des Absperrkörpers gegeben. Das Übersetzungsverhältnis kann dabei im Hinblick auf die gewünschte Öffnungszeitspanne, also die Zeitspanne in der der Absperrkörper die Hauptströmungsleitung frei gibt, gewählt werden. Eine geringere Rotationsfrequenz des Absperrkörpers resultiert in einer längeren Öffnungszeitspanne. Beispielsweise kann das Getriebe als ein Schaltgetriebe ausgebildet sein, bei dem zwischen verschiedenen Übersetzungsverhältnissen gewählt werden kann. Das Getriebe kann darüber hinaus der Steuerung der Drehrichtung des Absperrkörpers dienen. Beispielsweise kann durch das Getriebe ein Umschalten zwischen einer links- und einer rechtsdrehenden Bewegung des Absperrkörpers ermöglicht sein. Alternativ kann ein Wechsel der Drehrichtung des Absperrkörpers durch eine gezielte Ansteuerung eines rechtsdrehenden oder eines linksdrehenden Absperrkörperantriebs erfolgen, wobei beide Absperrkörperantriebe in dem Nebenkanal angeordnet sein können. Ebenfalls kann die Steuerung der Rotationsrichtung des Absperrkörperantriebs auch durch eine gezielte Leitung der Strömung auf einen Absperrkörperantrieb erfolgen. Dazu kann beispielsweise bei einem Absperrkörperantrieb mit einer horizontalen Rotationsebene die Strömung in Strömungsrichtung von links oder rechts, über entsprechende Strömungsleitelemente, auf den Absperrkörper geleitet werden. Die Strömungsleitelemente können dabei beispielsweise als Zuleitungskanäle ausgebildet sein. Diese Zuleitungskanäle können beispielsweise jeweils Absperreinrichtungen aufweisen, durch die eine Absperrung des linken oder des rechten Zuleitungskanals ermöglicht ist. Beispielsweise hat eine Absperrung des linken Kanals eine Leitung der Strömung auf den rechten Bereich des Absperrkörpers und somit eine rechtsdrehende Bewegung des Absperrkörperantriebs zur Folge. Ein Absperrkörperantrieb kann hierbei beispielsweise durch ein Schaufelrad mit lamellenartigen Schaufeln gegeben sein, das eine Rotation in beide Drehrichtungen erlaubt. Insbesondere kann das Umschalten zwischen einer linksdrehenden und einer rechtsdrehenden Rotationsrichtung bei der Verwendung von Magnetventilsystemen oder Klappenventilsystemen vorteilhaft sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Absperrkörperantrieb als eine Kraftmaschine, insbesondere als eine Fluidenergiemaschine, ausgebildet. Bei einer Fluidenergiemaschine handelt es sich um eine Maschine, mit der dem fließfähigen Medium Strömungsenergie entzogen wird, die in mechanische Energie umgesetzt wird. Beispielsweise wird die Strömungsenergie des fließfähigen Mediums in Rotationsenergie umgesetzt. Als Fluidenergiemaschinen können beispielsweise Turbinen, Wasserräder, Schaufelräder oder Ähnliche eingesetzt werden. Vorzugsweise weisen die Fluidenergiemaschinen dabei eine parallel zum Hauptströmungskanal verlaufende Rotationsebene auf. Beispielsweise können der Absperrkörperantrieb und der Absperrkörper parallele Rotationsebenen aufweisen, wodurch eine leichte Übertragung der Rotationsbewegung des Absperrkörperantriebs auf den Absperrkörper, beispielsweise über eine Welle, gegeben ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Absperrkörperantrieb als mindestens eine Turbine ausgebildet. Durch die Verwendung einer Turbine als Absperrkörperantrieb kann ein besonders hoher Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Strömungsenergie in mechanische Energie gegeben sein. Dabei kann eine Anordnung der Turbine mit einer zur Strömungsrichtung horizontalen oder vertikalen Rotationsebene gegeben sein. Bei einer zur Strömungsrichtung vertikalen Rotationsebene der Turbine kann die Rotationsbewegung der Turbine beispielsweise über ein Getriebe, insbesondere ein Kegelradgetriebe, auf den Absperrkörper übertragen werden.
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In einer Ausführung der Erfindung weist die Absperrvorrichtung mindestens ein Arretierungselement zur Arretierung des Absperrkörperantriebs auf. Durch das Arretierungselement ist ein Abbremsen und Blockieren des Absperrkörperantriebs und somit eine Steuerung des Absperrkörpers ermöglicht. Durch Lösen des Arretierungselementes wird der Absperrkörperantrieb durch die Strömung in dem Nebenkanal in Bewegung versetzt und diese Bewegung wird auf den Absperrkörper im Hauptströmungskanal übertragen. Zum Lösen des Arretierungselements kann die Absperrvorrichtung ein Betätigungselement aufweisen. Beispielsweise kann durch das Betätigungselement ein Impuls auf die Arretierungseinrichtung übertragen werden, der die Arretierungseinrichtung blockiert oder freigibt. Hierbei ist nur ein minimaler beispielsweise elektrischer oder mechanischer Impuls notwendig, der nur einen minimalen Energieaufwand benötigt. Bei einer Blockierung des Absperrkörperantriebs wird entsprechend auch der Absperrkörper in seiner derzeitigen Stellung festgehalten. Somit kann der Absperrkörper beispielsweise in einer Stellung arretiert werden, in der der Hauptströmungskanal freigegeben ist oder in einer Stellung, in der der Hauptströmungskanal vollständig oder auch nur teilweise abgesperrt ist. Das Arretierungselement kann dabei beispielsweise als ein Bremssystem an der Welle der Fluidenergiemaschine ausgebildet sein. Des Weiteren kann das Arretierungselement eine Verbindung zu einer Steuereinheit aufweisen, über die eine automatische Steuerung der Arretierung oder Dearretierung gegeben sein kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Absperrkörperantrieb mindestens ein Dichtungselement zur Abdichtung des Nebenkanals auf. Die, vorzugsweise mehreren, Dichtungselemente des Absperrkörperantriebes können, beispielsweise bei einem als Schaufelrad ausgebildeten Absperrkörperantrieb, als Gummidichtungen an den äußeren Enden der Schaufeln oder bei einem als Turbine ausgebildeten Absperrkörperantrieb als Gummidichtungen an den Enden der Turbinenschaufeln ausgebildet sein. Bei einer Arretierung des Absperrkörperantriebes haben zumindest ein Teil der Schaufeln des Absperrkörperantriebs Kontakt zu der Innenwandung des den Absperrkörperantrieb umgebenden Antriebgehäuses. Durch die an den Enden der Schaufeln angeordneten Gummidichtungen sind die Schaufeln des Absperrkörperantriebs gegen die Innenwandung des Antriebsgehäuses abgedichtet, wodurch eine Abdichtung des Nebenkanals gegeben ist. Bei der Arretierung des Absperrkörperantriebs ist somit der Nebenkanal durch den Absperrkörperantrieb abgesperrt, die Strömung des fließfähigen Mediums durch den Nebenkanal kommt zum Erliegen.
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In einer alternativen Ausführung der Erfindung weist der Nebenkanal zumindest eine Absperreinrichtung auf. Eine Absperreinrichtung des Nebenkanals kann beispielsweise als ein Ventil oder auch als ein Absperrschieber ausgebildet sein. Durch die Absperreinrichtung kann der Nebenkanal vollständig abgesperrt sein, so dass die Strömung des fließfähigen Mediums durch den Nebenkanal vollständig zum Erliegen kommt. Befindet sich gleichzeitig der Absperrkörper in einer absperrenden Stellung im Hauptströmungskanal, so kommt die Strömung des fließfähigen Mediums in beiden Kanälen zum Erliegen. Die Absperreinrichtung des Nebenkanals erfüllt somit ebenfalls die Funktion eines Arretierungselementes des Absperrkörperantriebs. Da die Strömung des fließfähigen Mediums zum Erliegen kommt, wird auch die Bewegung des Absperrkörperantriebs und somit auch die Bewegung des Absperrkörpers gestoppt. Auf ein Arretierungselement zum Abbremsen und Festhalten des Absperrkörperantriebs kann in dieser Ausführungsform verzichtet werden. Die Absperreinrichtung kann sowohl manuell, beispielsweise über ein Betätigungselement, als auch automatisch steuerbar sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Absperrkörper zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildet. Bei dem Absperrkörper kann es sich beispielsweise um den Absperrkörper eines Kugelhahns handeln. Bei einem Kugelhahn handelt es sich um eine standardmäßige Absperrvorrichtung, die häufig zur Absperrung von Rohrleitungen Verwendung findet. Bei einem Kugelhahn ist der kugelförmige Absperrkörper mit einem Hebel verbunden, mit dem der Absperrkörper zwischen geöffnetem und absperrendem Zustand bewegt werden kann. In der beanspruchten Absperrvorrichtung kann beispielsweise nur der kugelförmige Absperrkörper selbst Verwendung finden. Dadurch, dass es sich bei dem Absperrkörper um ein Standardbauteil handelt, ist eine kostengünstige Beschaffung ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Absperrvorrichtung mindestens eine Energiespeichereinrichtung auf und der Absperrkörperantrieb weist mindestens eine energieübertragende Verbindung zu der Energiespeichereinrichtung auf. Neben der Energie, die zum Antrieb des Absperrkörpers im Hauptströmungskanal benötigt wird, kann ein Teil der Energie, die der Absperrkörperantrieb aus der Strömungsenergie des fließfähigen Mediums im Nebenkanal umsetzt in einer Energiespeichereinrichtung gespeichert werden. Dabei kann die Energie in der Energiespeichereinrichtung beispielsweise in Form von mechanischer Energie oder elektrischer Energie gespeichert werden. Zur Speicherung der Energie in Form von mechanischer Energie kann die Energiespeichereinrichtung beispielsweise einen Federmechanismus aufweisen. Die gespeicherte Energie kann beispielsweise zur Betätigung des Arretierungssystems und/oder anderer Einrichtungen der Absperrvorrichtung, insbesondere der Absperreinrichtungen des Nebenkanals, bereitgestellt werden. Durch die Speicherung und Nutzung der Strömungsenergie durch den Nebenkanal ist ein energieeffizienter Betrieb der gesamten Absperrvorrichtung sichergestellt, da der Anteil der ungenutzten Energie minimiert wird. Die rein mechanische Speicherung der Energie ist besonders bei der Regelung von Volumenströmen hochentzündlicher oder explosiver Medien vorteilhaft, da auf elektrische Elemente, die Funken verursachen können, verzichtet werden kann.
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In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist die Absperrvorrichtung mindestens ein Strömungsleitelement zur Leitung der Strömung in den Nebenkanal auf. Durch ein Strömungsleitelement ist die Leitung der Strömung in den Nebenkanal unterstützt. Hierzu kann das Strömungsleitelement beispielsweise als ein Leitblech ausgebildet sein, das in den Hauptströmungskanal hineinragt. Die Weite, um die das Strömungsleitelement in den Hauptströmungskanal hineinragt, beeinflusst die Größe des Anteils des Volumenstroms des fließfähigen Mediums, der in den Nebenkanal geleitet wird.
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In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist das Strömungsleitelement steuerbar ausgebildet. Zur Steuerung des Strömungsleitelementes kann dieses beispielsweise linear verfahrbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Strömungsleitelement in Form eines Strömungsleitbleches parallel zum ersten abzweigenden Abschnitt des Nebenkanals angeordnet sein. Beim Lösen der Arretierungseinrichtung wird der Absperrkörperantrieb durch die Strömung des fließfähigen Mediums durch den Nebenkanal in Bewegung versetzt. Um möglichst viel Strömungsenergie durch den Absperrkörperantrieb in Rotationsenergie umsetzen zu können, soll ein großer Anteil des Volumenstroms des fließfähigen Mediums in den Nebenkanal geleitet werden. Um dies zu erreichen ist das Strömungsleitelement weit in den Hauptströmungskanal hineinragend ausgefahren. Ist der Absperrkörper in eine Stellung gebracht, in der der Hauptströmungskanal vollständig freigegeben ist, ist das Strömungsleitelement vollständig eingefahren, um Verwirbelungen oder ähnliche Störungen der Strömung durch den Hauptströmungskanal zu verhindern. Das Verfahren des Strömungsleitelements kann beispielsweise über Linearmotoren oder eine hydraulische Steuerung erfolgen. Die Steuerung des Strömungsleitelements kann dabei sowohl elektronisch als auch manuell ermöglicht sein. Beispielsweise kann dabei die Steuerung des Leitelementes zur Bewegung des Getriebes und/oder des Absperrkörpers synchronisiert sein, so dass das Leitelement automatisch je nach Stellung des Absperrkörpers in den Hauptströmungskanal hineingefahren oder herausgefahren werden kann. Die gegebenenfalls zur Steuerung des Strömungsleitelementes benötigte Energie kann beispielsweise von der Energiespeichereinrichtung bereit gestellt sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Absperrkörperantrieb zumindest eine Entlüftungseinrichtung zugeordnet. Vorzugsweise sind dabei eine oder mehrere Entlüftungseinrichtungen als Entlüftungsventile ausgebildet, die in der den Absperrkörperantrieb umgebenden Wandung des Antriebsgehäuses angeordnet sind. Durch die Entlüftung des fluiden Mediums, die vorzugsweise bei der Regelung von Volumenströmen von Flüssigkeiten durchgeführt wird, ist ein effizienter Betrieb des Absperrkörperantriebs gewährleistet. Vorzugsweise weist die Wandung des Antriebsgehäuses ein Entlüftungselement in Fließrichtung vor dem Absperrkörperantrieb und ein Entlüftungselement in Fließrichtung hinter dem Absperrkörperantrieb auf. Durch diese Anordnung zweier Entlüftungselemente ist eine Entlüftung des fließfähigen Mediums bei Strömung durch den Nebenkanal in beide Richtungen ermöglicht.
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Bei einem Verfahren zur Absperrung oder Regelung einer Strömung eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines Fluids, mit einer Absperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass das Arretierungselement des Absperrkörperantriebs gelöst wird, dass der Absperrkörperantrieb durch die Strömung des fließfähigen Mediums in Bewegung versetzt wird, dass die Bewegung des Absperrkörperantriebs über das Getriebe auf den Absperrkörper übertragen wird, dass der Hauptströmungskanal freigegeben wird und wieder abgesperrt wird, bis der Absperrkörperantrieb durch das Arretierungselement wieder arretiert wird. Bei Lösen des Arretierungselementes des Absperrkörperantriebs wird dieser durch die einsetzende Strömung des fließfähigen Mediums im Nebenkanal in Rotation versetzt. Die Arretierung des Absperrkörperantriebs bzw. dessen Dearretierung kann in jeder Stellung des Absperrkörpers erfolgen. Die Bewegung des Absperrkörperantriebs wird über ein Getriebe, vorzugsweise ein Getriebe mit einer höheren Drehzahl an der Antriebsseite als an der Abtriebsseite, auf den Absperrkörper übertragen. So resultiert eine schnelle Drehung des Absperrkörperantriebs in einer langsameren Drehung des Absperrkörpers. Das Getriebe ist dabei vorzugsweise linksdrehend und rechtsdrehend ausgebildet. Bei dem Absperrkörper kann es sich beispielsweise um den kugelförmigen Absperrkörper eines Kugelhahns mit einer Durchflussöffnung handeln. Beginnend bei einer Stellung des Absperrkörpers, die den Hauptströmungskanal vollkommen freigibt, ergibt sich bei jeweils einer Vierteldrehung abwechselnd eine absperrende und eine freigebende Stellung des Absperrkörpers. Durch Arretierung des Absperrkörperantriebs mit dem Arretierungselement wird der Absperrkörper in seiner derzeitigen Stellung festgehalten. Alternativ zur Lösung des Arretierungselements kann auch eine Absperreinrichtung des Nebenkanals geöffnet werden, so dass der Nebenkanal freigegeben wird und der Absperrkörperantrieb in Bewegung versetzt wird. Entsprechend kommt durch Schließen einer Absperreinrichtung des Nebenkanals die Strömung durch den Nebenkanal zum Erliegen und der Absperrkörperantrieb wird gestoppt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird bei durch den Absperrkörper abgesperrtem Hauptströmungskanal ein Großteil des Volumenstroms des fließfähigen Mediums durch das Strömungsleitelement in den Nebenkanal geleitet. Durch die Leitung eines Großteils des Volumenstroms in den Nebenkanal und somit auf das Strömungsleitelement ist die Umsetzung eines größeren Energiebetrages durch den Absperrkörperantrieb ermöglicht. Durch die Bewegung des Absperrkörperantriebs wird der Absperrkörper von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung bewegt. Ist der Hauptströmungskanal durch den Absperrkörper freigegeben, so ist ebenfalls das Strömungsleitelement vollständig aus dem Hauptströmungskanal herausgefahren, um die Strömung des fließfähigen Mediums nicht zu behindern.
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In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens wird bei Bewegung des Absperrkörperantriebs zumindest ein Anteil der umgesetzten Energie in der Energiespeichereinrichtung gespeichert. Von der Energie, die vom Absperrkörperantrieb aus der Strömungsenergie im Nebenkanal umgesetzt wird, wird ein Anteil in einer Energiespeichereinrichtung, beispielsweise in Form von mechanischer oder elektrischer Energie gespeichert. Zur Speicherung der Energie in Form von mechanischer Energie kann beispielsweise ein Federmechanismus zur Verwendung kommen. Ebenfalls ist es möglich, dass durch den Absperrkörperantrieb ein Generator angetrieben wird, der die kinetische Energie des Absperrkörperantriebs in elektrische Energie umsetzt, die dann in einer Batterie oder Ähnlichem gespeichert werden kann. Die gespeicherte Energie kann beispielsweise zum Auslösen des Arretierungselementes, beispielsweise durch ein Betätigungselement, zum Verfahren des Strömungsleitelementes oder auch zur Steuerung der Rotationsausrichtung des Absperrkörperantriebs oder der Absperreinrichtungen verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1: eine geschnittene schematische Darstellung einer Absperrvorrichtung im geschlossenen Zustand,
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2: eine geschnittene schematische Darstellung einer Absperrvorrichtung gemäß 1 im geöffneten Zustand,
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3: eine geschnittene schematische Darstellung eines Absperrkörperantriebs mit Dichtungselementen in einer Draufsicht,
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4: eine geschnittene schematische Darstellung eines Absperrkörperantriebs mit einer Absperreinrichtung in einer Draufsicht.
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In 1 ist die Absperrvorrichtung mit einem Hauptströmungskanal 1, einem Nebenkanal 2, einem Absperrkörper 3, einem Absperrkörperantrieb 4 und einem zwischen dem Absperrkörperantrieb 4 und dem Absperrkörper 3 angeordneten Getriebe 5 dargestellt. Von dem Hauptströmungskanal 1 zweigt ein Nebenkanal 2 ab. In dem ersten Abschnitt des Nebenkanals 2 führt dieser vom Hauptströmungskanal 1 weg und geht dann in einen parallel zum Hauptströmungskanal 1 verlaufenden Abschnitt über. In dem Hauptströmungskanal 1 ist ein kugelförmiger Absperrkörper 3 angeordnet, der eine Öffnung 6 aufweist, durch die das durch den Hauptströmungskanal 1 fließende fließfähige Medium bei entsprechender Stellung des Absperrkörpers 3 hindurchtreten kann. Die Darstellung zeigt den den Hauptströmungskanal 1 absperrenden Zustand des Absperrkörpers 3. Durch eine 90° Drehung kann der Absperrkörper 3 vom absperrenden in den geöffneten Zustand gebracht werden. Bei dem kugelförmigen Absperrkörper 3 kann es sich um einen Standardabsperrkörper aus einem Kugelhahn handeln. Der Absperrkörper 3 ist mit einem standardmäßigen Absperrkörpergehäuse 7 eines Kugelhahns umgeben. In dem parallel zum Hauptströmungskanal 1 verlaufenden Abschnitt des Nebenkanals 2 ist der Absperrkörperantrieb 4 angeordnet. Bei dem Absperrkörperantrieb 4 handelt es sich in dieser Ausgestaltungsform um ein Schaufelrad. Trifft die Strömung aus dem Nebenkanal 2 auf den Absperrkörperantrieb 4 so wird dieser in Bewegung versetzt. Über eine Antriebswelle 8 ist der Absperrkörperantrieb 4 mit einem Getriebe 5 verbunden. Die Bewegung des Absperrkörperantriebs 4 wird über das Getriebe 5 auf den Absperrkörper 3 übertragen. Dazu ist der Absperrkörper 3 mit einer Steuerungswelle 10 mit dem Getriebe 5 verbunden. Vorzugsweise weist das Getriebe 5 eine höhere Drehzahl an der Antriebsseite als an der Abtriebsseite auf, so dass eine schnelle Rotation des Absperrkörperantriebs 4 in einer langsamen Rotation des Absperrkörpers 3 resultiert. Die Absperrvorrichtung weist ein Arretierungselement 11 auf, das dem Absperrkörperantrieb 4 zugeordnet ist. Das Arretierungselement 11 kann beispielsweise als eine Bremsvorrichtung ausgebildet sein, die den Absperrkörperantrieb 4 abbremst bzw. wieder freigibt. Durch das Arretierungselement 11 kann der Absperrkörperantrieb 4 und somit der Absperrkörper 3 in jeder Position festgehalten werden. Somit ist eine Steuerung des Volumenstroms des fließfähigen Mediums durch den Hauptströmungskanal 1 ermöglicht. Zur Steuerung des Arretierungselementes 11 weist die Absperrvorrichtung ein Betätigungselement 12 auf. Der Absperrkörperantrieb 4 weist Dichtungselemente 14 zur Abdichtung des Absperrkörpers 3 gegen das Antriebsgehäuse 13 auf. Diese Abdichtungselemente 14 können beispielsweise als Gummidichtungen an den äußeren Spitzen der Schaufelradschaufeln 17 ausgebildet sein. Wird nun der Absperrkörperantrieb 4 durch das Arretierungselement 11 arretiert, so ist der Nebenkanal 2 durch die Abdichtung zwischen dem Absperrkörperantrieb 4 und dem Antriebsgehäuse 13 abgedichtet. Um beispielsweise bei geschlossenem Zustand des Absperrkörpers 3 einen möglichst großen Anteil des Volumenflusses in den Nebenkanal 2 zu leiten, weist die Absperrvorrichtung ein Strömungsleitelement 15 auf. Dieses Strömungsleitelement 15 ist, beispielsweise in Form eines Strömungsleitblechs, entlang des abzweigenden Abschnittes des Nebenkanals 2 in den Hauptströmungskanal 1 verfahrbar. Ist der Hauptströmungskanal 1 durch den Absperrkörper 3 abgesperrt, so ist das Strömungsleitelement 15 weit in den Hauptströmungskanal 1 eingefahren, um einen möglichst großen Anteil des Volumenstroms in den Nebenkanal 2 und somit auf den Absperrkörperantrieb 4 zu leiten. Wird der Absperrkörper 3 durch den Absperrkörperantrieb 4 in eine geöffnete Stellung gebracht, so wird das Strömungsleitelement 15 aus dem Hauptströmungskanal 1 herausgefahren, um die Strömung durch den Hauptströmungskanal 1 nicht negativ zu beeinflussen. Zum Verfahren kann das Strömungsleitelement 15 beispielsweise Linearmotoren aufweisen, die in einem Führungsgehäuse 16 untergebracht sind. Ein Anteil der Rotationsenergie des Absperrkörperantriebs 4 kann in einer Energiespeichereinrichtung 18 beispielsweise als elektrische Energie oder als mechanische Energie gespeichert werden.
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In 2 ist eine Absperrvorrichtung gemäß 1 im geöffneten Zustand dargestellt. Die Absperrkörperöffnung 6 ist dem Hauptströmungskanal 1 zugewandt und gibt diesen vollständig frei. Um die Strömung durch den Hauptströmungskanal 1 nicht zu beeinflussen, ist das Strömungsleitelement 15 vollständig aus dem Hauptströmungskanal 1 herausgefahren.
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In 3 ist der Absperrkörperantrieb 4 in einer Draufsicht dargestellt. Die Schaufelradschaufeln 17 des Absperrkörperantriebs 4 weisen Abdichtungselemente 14 auf, so dass die Schaufelradschaufeln 17 gegen das Antriebsgehäuse 13 abgedichtet sind. Ist der Absperrkörperantrieb 4 durch das Arretierungselement 11 arretiert, so ist der Nebenkanal 2 durch die Abdichtung zwischen Absperrkörperantrieb 4 und Antriebsgehäuse 13 abgedichtet. Zur optimalen Umsetzung von Strömungsenergie in Rotationsenergie ist in dem Antriebsgehäuse ein Entlüftungselement 19 in Form eines Entlüftungsventils angeordnet, durch das das fluide Medium entlüftet werden kann. Eine optimale Zuleitung der Strömung des fließfähigen Mediums auf die Schaufelradschaufeln 17 wird durch im Antriebsgehäuse 13 in Fließrichtung vor dem Absperrkörperantrieb 4 angeordnete Strömungsleitelemente 20 erreicht.
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In 4 ist eine alternative Ausführungsform des Absperrkörperantriebs 4 in einer Draufsicht dargestellt. Zur Absperrung des Nebenkanals 2 weist der Nebenkanal 2 ein Absperrelement 21 auf, das beispielsweise als ein Absperrventil ausgebildet sein kann. Das Absperrelement 21 übernimmt die Funktion der Absperrung des Nebenkanals 2. Bei geschlossenem Absperrelement 21 kommt die Strömung des fließfähigen Mediums in dem Nebenkanal 2 zum Erliegen. Somit kommt auch die Rotation des Absperrkörperantriebs 4 zum Stillstand und der Absperrkörper 3 ist in seiner derzeitigen Position festgehalten. Durch die Betätigung des Absperrelementes 21 des Nebenkanals 2 beispielsweise mittels des Betätigungselements 12 wird der Absperrkörperantrieb 4 und somit der Absperrkörper 3 abgebremst und festgehalten. Auf Abdichtungselemente zwischen den Schaufelradschaufeln 17 und dem Antriebsgehäuse 13 und auf ein Arretierungselement kann somit verzichtet werden.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
