DE102014006399A1

DE102014006399A1 - Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken

Info

Publication number: DE102014006399A1
Application number: DE102014006399.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Führer
Original assignee: Individual
Current assignee: Magdeburger Industriearmatur-Manufaktur De GmbH
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2014-11-06
Also published as: US20180149274A1; US10385979B2; CA2815600A1; US20140326913A1; DE202014010791U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, wie sie insbesondere in der chemischen, insbesondere der petrochemischen Industrie, zum Absperren und Öffnen von Fluidströme führenden Leitungen verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken weist ein Gehäuse (1) auf, in dem ein Antriebshohlzylinder (4) koaxial und drehbar gelagert angeordnet ist und an welchem eine entlang der koaxialen Achse (2) gerichtete Antriebswelle (3) fest angebracht ist. Im Antriebshohlzylinder (4) ist koaxial ein Abtriebszylinder (5) angeordnet. Der Abtriebszylinder (5) ist gegenüber dem Antriebshohlzylinder (4) axial und radial beweglich gelagert. Am Abtriebszylinder (5) ist entlang der koaxialen Achse (2) entgegengesetzt zur Antriebswelle (3) gerichtet, eine Spindel (6) angebracht, an deren dem Abtriebszylinder (5) abgewandten Ende ein Kegelküken (7) befestigt ist. An der äußeren Umfangsfläche des Abtriebszylinders (5) ist mindestens ein radial nach außen gerichteter Zapfen (8) angeordnet. Die Mantelflächen des Gehäuses (1) sowie des Antriebshohlzylinders (4) weisen jeweils mindestens eine sich über einen radialen Sektor der Mantelflächen erstreckende Führungsbahn (10, 11) auf, mit welchen der Zapfen (8) in der Art je einer Kulissenführung wirkverbunden ist. Dabei ist mindestens die in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders (4) angeordnete Führungsbahn (10) als Durchbruch ausgebildet, durch welchen der Zapfen (8) hindurchgreift. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in einem einfach aufgebauten Getriebe mit wenigen Getriebeteilen, mit dem ein zum zuverlässigen und verschleißarmen Betrieb eines Absperrhahns notwendigen Bewegungsablauf einer Anlüft-, Dreh- und Senkbewegung des Kegelkükens realisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, wie sie insbesondere in der chemischen, insbesondere der petrochemischen Industrie, zum Absperren und Öffnen von Fluidströme führenden Leitungen verwendet werden.
Absperrhähne geben den Durchfluss eines Fluides in einer Rohrleitung frei oder sperren ihn. Die Sperrung oder Freigabe des Durchflusses erfolgt durch eine 90°-Drehung des Sperrelementes. Absperrhähne weisen eine vollständig dichtende Konstruktion auf.
Die Sperrelemente eines Absperrhahns werden Küken genannt. Sie sind als Kugelküken oder Kegelkükens ausgebildet. Kegelküken weisen für Herstellung und Verschlusseigenschaften Vorteile auf und kommen überwiegend in Absperrhähnen für spezielle Einsatzbedingungen in industriellen Anlagen zu Anwendung.
Eine Einstellung auf Zwischenstellungen ist bei Absperrhähnen nicht vorgesehen. Die Betriebszustände von Absperrhähnen beschränken sich im Wesentlichen auf geöffnet oder geschlossen.
Absperrhähne können für alle Nennweiten und Nenndruckstufen eingesetzt werden. Sie weisen einen minimalen Strömungswiederstand auf, da im Allgemeinen keine Strömungsumlenkungen oder -einengungen vorhanden sind und das Durchflussmedium den Absperrhahn wie einen geradlinigen Rohrleitungsteil passiert.
Einen weiteren Vorteil bilden die kurzen Betätigungszeiten, da das Sperrelement nur eine 90°-Drehung vollziehen muss. Auch die lediglich notwendige 90°-Drehung der Betätigungsspindel des Sperrelements in der Stopfbuchsabdichtung ist im Vergleich zu Ventilen und Schiebern hinsichtlich des Leckageverhaltens günstig. Es treten bei der Betätigung des Sperrelementes im Unterschied zu Ventilen und Schiebern keine bzw. nur geringe lineare Hubbewegungen auf, was sich positiv auf die Lebensdauer der Dichtung auswirkt. Außerdem wird das Abdichtverhalten verbessert. Absperrhähne finden daher häufig Anwendung in Rohrleitungssystemen für giftige, brennbare oder anderweitig gefährliche Fluide.
Nachteilig wirken folgende Tatsachen: Die zuverlässige Sperrfunktion von Absperrhähnen kann durch Verschmutzungen eingeschränkt sein. Absperrhähne können den Fluidstrom nicht kontrolliert steuern. Weiterhin ist ihr Platzbedarf in einer Rohrleitung vergleichsweise groß. Beim Schließen des Absperrhahnes verbleibt ein Fluidrest in der Bohrung des Schließelementes.
Die Betätigung von Absperrhähnen, wie sie Gegenstand der Erfindung sind, erfolgt regelmäßig über elektrische, pneumatische oder hydraulische Antriebe, mit denen das Kegelküken als Schließelement über eine Spindel aus der geschlossenen in die offene Position oder umgekehrt gedreht wird. Dabei wird ein Drehwinkel von 90° realisiert.
Da die Zuverlässigkeit der Sperrfunktion weitgehend abhängig ist von der exakten Passung des Schließelementes in seinem Sitz, sind durch die enge Passung des Kegelkükens in den Sitz zunächst erhebliche Kräfte zur Drehung des Kegelkükens aufzubringen. Dies ist einerseits deshalb nachteilig, weil sowohl die jeweiligen Antriebsaggregate elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Art an sich als auch die kraftübertragende Spindel entsprechend des großen notwendigen Drehmomentes ausgelegt werden müssen, was zu erhöhtem Material- und Fertigungsaufwand wie auch zu erhöhtem Raumbedarf führt.
Andererseits führt eine mit einem starken Drehmoment in einer engen Passung ausgeführte Drehbewegung des Kegelkükens in seinem Sitz regelmäßig zu einem erhöhten Verschleiß der Kegelküken- und der Sitzoberflächen, was wiederum einen erhöhten Wartungs- und Reparaturaufwand sowie Gefahren einer Leckage nach sich zieht.
Zahlreichen Lösungsvorschlägen des Standes der Technik zielen auf eine Beseitigung dieser Nachteile.
So wird zum Beispiel in der britischen Druckschrift GB 461 653 A eine Lösung vorgeschlagen, bei der das Kegelküken während seiner 90°-Drehung leicht aus seinem Sitz herausgehoben wird. Bei dieser Erfindung wird daher in das Betätigungselement eine Schraubenmutter integriert, die als Schraubkappe einen Teil der Betätigungsspindel bildet und mit der genannten Spindel mittels einer Lost-Motion-Kupplung gekoppelt ist. Auf diese Weise bewirkt eine Drehung der Betätigungsspindel in die Öffnungsrichtung, dass das Kegelküken sich aus seinem Sitz heraushebt, bevor es in die geöffnete Position gedreht wird. Umgekehrt bewirkt eine Drehung der Betätigungsspindel in die Schließrichtung, dass das Kegelküken nach der Rückkehr in die geschlossene Position wieder in seinen Sitz abgesenkt wird. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Anordnung der Lost-Motion-Kupplung einen nicht unerheblichen zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand darstellt.
Auch in der britischen Druckschrift GB 595 700 A wird eine Anordnung vorgeschlagen, die das Problem von einerseits notwendigem hohen Dichtungsdruck im kegeligen Kükensitz und andererseits gewünschtem geringem Betätigungsmoment während der Kükendrehung lösen soll. Zunächst wird ein Kegelkükenhahn zur Verfügung gestellt, dessen genaue Kegelflächenpaarung in Verbindung mit starken axialen Endlagerfedern am Spindelende die gewünschte Dichtwirkung im geschlossenen Zustand des Kükenhahns gewährleistet. Zur Druckentlastung bei der Drehbewegung weist der besagte Kegelkükenhahn zusätzliche Einrichtungen auf, die den Federdruck während der Drehbewegung aufheben. Dies verhindert den Verschleiß der konischen Oberflächen von Sitz und Kegelküken. Im Moment des beginnenden Öffnens wird das besagte Endlager der Betätigungsspindel komplett entlastet, so dass das Kegelküken ohne unnötige Reibung gedreht werden kann.
Ein Kegelkükenhahn von der beschriebenen Art weist als Entlastungsmechanismus eine auf einen Entlastungsnocken wirkende Schnecken- oder Schrägverzahnung auf, die durch ihre axiale Komponente den Enddruck an den Bewegungszustand anpasst. Auch dieser Lösungsvorschlag ist mit einem nicht unerheblichen zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand verbunden. Der aktuelle Stand der industriell eingesetzten Technik zum zuverlässigen und schonenden Antrieb von Kegelkükenhähnen wird durch den sogenannten Wedgetorque Operator des Unternehmens PACIFIC VALVE repräsentiert [s. PacificValvesWedgeplugBrochureCV-408.pdf].
Das Antriebskonzept eines solchen metallisch dichtenden Kegelkükenhahns besteht ebenfalls darin,

1. das Kegelküken vom Sitz anzulüften,
2. das Kegelküken um 90° zu drehen und
3. das Kegelküken in den Sitz abzusenken, um wieder Dichtheit der Armatur herzustellen.

Diese technisch sehr anspruchsvolle Aufgabe wird durch ein Getriebe, den oben bereits genannten sogenannten Wedgetorque oder Lifttorque Operator, realisiert. Während an der Betätigungsspindel des Kegelkükenhahns lediglich wie bei einem normalen Schieber ein Drehantrieb wirkt, sorgt ein darunter geschaltetes Getriebe für die Anlüft-, Dreh- und Senkbewegung der Betätigungsspindel mit dem Kegelküken. Die interne Kinematik dieses Getriebes ist komplex, woraus sich wiederum der Nachteil hoher zusätzlicher Fertigungs-, Montage und Wartungsaufwendungen ergibt.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken zu entwickeln, mit der der zum zuverlässigen und verschleißarmen Betrieb des Absperrhahns notwendige Bewegungsablauf für die Anlüft-, Dreh- und Senkbewegung der Betätigungsspindel mit dem Kegelküken auf einfache und aufwandsarme Weise erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit den Mitteln des Hauptanspruches, wobei weitere nachgeordnete Ansprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beinhalten.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken weist ein Gehäuse auf, in dem ein Antriebshohlzylinder koaxial und drehbar gelagert angeordnet ist und an welchem eine entlang der koaxialen Achse gerichtete Antriebswelle fest angebracht ist. Im Antriebshohlzylinder ist koaxial ein Abtriebszylinder angeordnet. Der Abtriebszylinder ist gegenüber dem Antriebshohlzylinder axial und radial beweglich gelagert. Am Abtriebszylinder ist entlang der koaxialen Achse entgegengesetzt zur Antriebswelle gerichtet, eine Spindel fest angebracht, an deren dem Abtriebszylinder abgewandten Ende ein Kegelküken befestigt ist. An der äußeren Umfangsfläche des Abtriebszylinders ist mindestens ein radial nach außen gerichteter Zapfen angeordnet. Die Mantelflächen des Gehäuses sowie des Antriebshohlzylinders weisen jeweils mindestens eine sich über einen radialen Sektor der Mantelflächen erstreckende Führungsbahn auf, mit welchen der Zapfen in der Art je einer Kulissenführung wirkverbunden ist. Dabei ist mindestens die in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders angeordnete Führungsbahn als Durchbruch ausgebildet, durch welchen der Zapfen hindurchgreift.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in einem wie vorstehend beschrieben einfach aufgebauten Getriebe mit wenigen Getriebeteilen, mit dem der zum zuverlässigen und verschleißarmen Betrieb des Absperrhahns notwendigen Bewegungsablauf einer Anlüft-, Dreh- und Senkbewegung des Kegelkükens realisiert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an der äußeren Umfangsfläche des Abtriebszylinders zwei radial entgegengesetzt nach außen gerichtete Zapfen angeordnet, wobei die Mantelflächen des Gehäuses sowie des Antriebshohlzylinders jeweils zwei sich über radial entgegengesetzt gerichtete Sektoren der Mantelflächen erstreckende Führungsbahnen aufweisen, mit welchen die Zapfen in der Art von insgesamt vier Kulissenführungen wirkverbunden sind.
Bevorzugt sind auch die Führungsbahnen in der Mantelfläche des Gehäuses als Durchbrüche ausgebildet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Zapfen eine um die Längsachse des Zapfens drehbare Rolle angeordnet und so positioniert, dass sie in der als Durchbruch ausgebildeten Führungsbahn in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders in der Art eines Kulissensteines bewegbar ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf einem Zapfen in Richtung der Längsachse des Zapfens beabstandet zueinander zwei um die Längsachse des Zapfens drehbare Rollen angeordnet und so positioniert, dass eine der Rollen in der als Durchbruch ausgebildeten Führungsbahn in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders und die andere Rolle in der als Durchbruch ausgebildeten Führungsbahn in der Mantelfläche des Gehäuses jeweils in der Art eines Kulissensteines bewegbar ist.
Die Rollen sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie in die als Durchbrüche ausgebildeten Führungsbahnen entlang einer Längsseite besagter Durchbrüche rollbar einbringbar sind. Die wird beispielsweise dadurch realisiert, dass der äußere Durchmesser der Rollen gegenüber der Breite besagter Durchbrüche ein Untermass aufweist.
Ebenfalls bevorzugt ist der Antriebshohlzylinder mittels Wälzlagern drehbar im Gehäuse gelagert.
Zweckmäßig besteht das Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil. Das Gehäuseoberteil weist einen Gehäusedeckel mit einem Durchbruch für den Durchgriff der Antriebswelle und das Gehäuseunterteil einen Gehäusedeckel mit einem Durchbruch für den Durchgriff der Spindel auf.
Mit der Anwendung der beanspruchten Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken können sehr große Aufwandseinsparungen bei der Herstellung und bei der Wartung von Antrieben für Absperrhähne mit Kegelküken erreicht werden, in dem auf aufwendige Getriebekonstruktionen verzichtet werden kann und dennoch ein sehr verschleiß- und wartungsarmer Betrieb von Absperrhähnen mit Kegelküken erreicht wird.
Ebenso vorteilhaft ist der im Gegensatz zu den Lösungen des Standes der Technik deutlich geringere Raumbedarf der beanspruchten Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, der wesentlich geringere Abmessungen der Antriebe gestattet.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
1: eine Schnittdarstellung einer Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken,
2: eine 3D-Darstellung einer Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken,
3: eine 3D-Darstellung einer Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, in der die Mantelfläche des Gehäuses nicht dargestellt ist,
4: eine teilweise geschnittene 3D-Darstellung einer Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken und
5: eine schematische Darstellung der Bewegung des Zapfens in Abhängigkeit der Verdrehung des Antriebszylinders gegenüber dem Gehäuse.
1 zeigt eine Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken. Diese weist ein Gehäuse 1, bestehend aus einem Gehäuseoberteil 1.1 und einem Gehäuseunterteil 1.2 auf. Gehäuseoberteil 1.1 weist einen oberen Gehäusedeckel 1.3 und Gehäuseunterteil 1.2 einen unteren Gehäusedeckel 1.4 auf. Durch das Gehäuse 1 verläuft eine Achse 2. Das Gehäuse 1 der Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken ist fest mit dem nicht dargestellten Armaturengehäuse des Absperrhahns verbunden. Im Gehäuse 1 ist koaxial zur Achse 2 ein Antriebshohlzylinder 4 angeordnet, an dem eine Antriebswelle 3 fest angebracht ist. Die Antriebswelle 3 ist durch einen Durchbruch im oberen Gehäusedeckel 1.3. nach außen geführt. Der Antriebshohlzylinder 4 ist koaxial zur Achse 2 im Gehäuse 1 angeordnet und drehbar um die Achse 2 gelagert. Ein Abtriebszylinder 5 ist ebenfalls koaxial zur Achse 2 im Antriebshohlzylinder 4 angeordnet. Dieser Abtriebszylinder 5 ist axial beweglich entlang der Achse 2 und drehbar um die Achse 2 im Antriebshohlzylinder 4 gelagert.
Am Abtriebszylinder 5 ist entgegengesetzt zur Antriebswelle 3 eine Spindel 6 fest angebracht, an deren dem Abtriebszylinder 5 abgewandten Ende ein Kegelküken 7 starr befestigt ist.
Für den Durchgriff der Antriebswelle 3 bzw. der Spindel 6 weisen der obere Gehäusedeckel 1.3 und der untere Gehäusedeckel 1.4 jeweils einen Durchbruch auf. Der Abtriebszylinder 5 trägt an seiner äußeren Umfangsfläche zwei radial entgegengesetzt nach außen gerichtete Zapfen 8 mit drehbaren Rollen 9.1 und 9.2. Die Zapfen 8 stehen orthogonal auf der Achse 2. Jeder Zapfen 8 trägt zwei drehbare Rollen 9.1 und 9.2, die sich im geringen Abstand voneinander unabhängig auf ihrem jeweiligen Zapfen 8 drehen können. Die drehbaren Rollen 9.1 und 9.2 sind auf den Zapfen 8 so angeordnet, dass sie auf Längsseiten von Führungsbahnen 10 und 11 abrollen können, die als Durchbrüche in den Mantelflächen von Antriebshohlzylinder 4 und Gehäuse 1 vorhanden sind und durch die die Zapfen 8 hindurch- bzw. eingreifen. Die Führungsbahnen 10 und 11 erstrecken sich jeweils über radiale Sektoren der Mantelflächen von Gehäuse 1 und Antriebshohlzylinder 4.
Die drehbaren Rollen 9.1 und 9.2 sind in die die Führungsbahnen 10 und 11 bildenden Durchbrüche rollbar einbringbar und besitzen einen äußeren Durchmesser, der gegenüber der Breite der besagten Durchbrüche ein Untermaß aufweist. Die Führungsbahnen 10 und 11 und die Zapfen 8 mit den auf diesen angeordneten drehbaren Rollen 9.1 und 9.2 sind in der Art von insgesamt vier Kulissenführungen wirkverbunden.
2 zeigt besonders deutlich die Rolle 9.1, deren Führungsbahn 11 durch einen Durchbruch in der Mantelfläche des Gehäuses 1 gebildet ist. Dieser Durchbruch besitzt in seiner dem Kegelküken 7 zugewandten Längsseite einen geradlinigen Verlauf, der an seinen beiden Enden jeweils eine kurvige Ausbauchung in Richtung des Kegelkükens 7 besitzt. 2 verdeutlicht weiterhin die Ausbildung der drehbaren Rolle 9.1. als auf dem Zapfen 8 gleitgelagerte Rolle. Dagegen ist die auf der Führungsbahn 10 abrollende Rolle 9.2. als Wälzlager auf dem Zapfen 8 ausgebildet.
Ein Verdrehwinkel α zeigt die mögliche Verdrehung des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1.
3 zeigt eine 3D-Darstellung der Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken 7 ohne die Darstellung der Mantelfläche des Gehäuses 1. Besonders gut zu erkennen ist daher die drehbare Rolle 9.2, die als ein Wälzlager auf dem Zapfen 8 ausgebildet ist. Rolle 9.2. rollt auf der Führungsbahn 10 im Durchbruch der Mantelflächedes Antriebshohlzylinders 4 ab, wenn dieser über die Antriebswelle 3 gedreht wird. Der Antriebshohlzylinder 4 ist dazu mit den Wälzlagern 12 gegenüber dem Gehäuse 1 gelagert. Seine mögliche Verdrehung gegenüber dem Gehäuse 1 wird auch in 3 durch den Verdrehwinkel α veranschaulicht.
4 zeigt eine teilweise geschnittene 3D-Darstellung einer Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken. Aus 4 ist besonders gut die koaxiale Anordnung von Abtriebszylinder 5, Antriebshohlzylinder 4 und Gehäuse 1 zu erkennen. 4 zeigt auch besonders deutlich die Anordnung eines der beiden radial aus dem Abtriebszylinder 5 herausragenden Zapfen 8 und seinen Durchgriff durch den Durchbruch in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders 4 sowie seinen Eingriff in den Durchbruch des Gehäuses 1.
Mit 5 wird schematisch die Bewegung eines Zapfens 8 in Abhängigkeit der Verdrehung des Antriebszylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 beim Öffnen eines Absperrhahns mit Kegelküken vermittels der Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken dargestellt.
5 beinhaltet die Teilfiguren 5a bis 5j, in denen die Bewegungen der Führungsbahnen 10 und 11 sowie der auf dem Zapfen 8 drehbar gelagerten Rollen 9.1 und 9.2 bei unterschiedlichen Verdrehwinkeln α des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 dargestellt sind. Bezugsachse für die Drehung des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 ist die Achse 2.
Die Führungsbahn 10 weist einen orthogonal zur Achse 2 liegenden und zwei in Richtung der Achse 2 gleichgerichtet angeordnete Bereiche auf. Die Führungsbahn 11 weist einen orthogonal zur Achse 2 liegenden Bereich und zwei schräg zur Achse 2 liegende Bereich auf. Die schräg zur Achse 2 liegenden Bereiche bilden einen aufsteigenden und einen absteigenden Bereich.
Teilfigur 5a zeigt die Lage der Führungsbahnen 10 und 11 zueinander bei einem Verdrehwinkel α des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 von α = 0°. Die Rollen 9.1. und 9.2. befinden sich jeweils am tiefsten Punkt. Der Absperrhahn mit Kegelküken 7 ist geschlossen und die Mantelfläche des Kegelkükens 7 liegt fest an der Sitzoberfläche an.
Teilfigur 5b zeigt die Lage der Führungsbahnen 10 und 11 zueinander bei einem Verdrehwinkel α des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 von α = 5°. Die Drehung des Antriebshohlzylinders 4 um diesen Verdrehwinkel α = 5° zwingt die Rolle 9.1 dazu, auf dem ansteigenden Teil der Führungsbahn 11 abzurollen und sowohl sich selbst als auch den sie tragenden Zapfen 8 entlang der Führungsbahn 11 zu bewegen. Auf der Führungsbahn 10 rollt dabei Rolle 9.2 ab. Der Abtriebszylinder 5 folgt dabei der Bewegung des Zapfens 8 und hebt sich in Längsrichtung der Achse 2 entsprechend der Führungsbahn 11 an, ohne sich zu drehen. Dabei lüftet er über die Spindel 6 das Kegelküken 7 aus dem Sitz. Die Mantelfläche des Kegelkükens 7 wird von der Sitzoberfläche gelöst.
Wie die Teilfiguren 5c bis 5e zeigen, wird bei weiterem Verdrehen des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 neben der hebenden Bewegung des Zapfens 8 in Längsrichtung der Achse 2 eine drehende Bewegung des Zapfens 8 um die Achse 2 bewirkt. Daher dreht sich auch das über die Spindel 6 fest mit dem Abtriebszylinder 5 verbundene Kegelküken 7, das wie bereits beschrieben schon aus seinem Sitz herausgehoben wurde, aus der geschlossenen in Richtung der geöffneten Stellung.
Wie Teilfigur 5e zeigt, hat die Rolle 9.1 bei einem Verdrehwinkel von α = 13° den höchsten Punkt des aufsteigenden Teils der Führungsbahn 11 erreicht und ihre Bewegung über den Zapfen 8 auf den Abtriebszylinder 5 übertragen. Dieser hat seinerseits über die Spindel 6 das Kegelküken 7 maximal gelüftet.
Wie die Teilfiguren 5f bis 5i zeigen, wird bei weiterer Drehung des Antriebshohlzylinders 4 im Verdrehwinkelbereich 13° < α < 115° der Zapfen 8 nicht weiter in Richtung des Gehäuseoberteils 1.1 bewegt, da durch die Führung der Rollen 9.1 und 9.2 in beiden Führungsbahnen 10 und 11 nur eine Drehung des Zapfens 8 um die Achse 2 möglich ist. Daher wird im genannten Verdrehwinkelbereich des Antriebshohlzylinders 4 nur eine Drehung des Abtriebszylinders 5 und damit auch des Kegelkükens 7 bewirkt. Die Drehung des Kegelkükens 7 erfolgt dabei in gelüfteter Position, so dass das Kegelküken 7 verschleißarm aus der geschlossenen in die geöffnete Stellung geführt wird.
Wie die Darstellung der Teilfiguren 5j zeigt, wird bei weiterer Drehung des Antriebshohlzylinders 4 im Bereich des Verdrehwinkels 115° < α < 130° der Zapfen 8 durch das Abrollen der Rolle 9.1. auf dem absteigenden Teil der Führungsbahn 11 wieder gesenkt. Dadurch senken sich auch der den Zapfen 8 tragende Abtriebszylinder 5 sowie das mit diesem über die Spindel 6 verbundene Kegelküken 7. Die Senkbewegung des Abtriebszylinders 5 in Längsrichtung der Achse 2 erfolgt ohne Drehung um die Achse 2, da die Führungsbahn 10 der Rolle 9.2 im angegebenen Verdrehwinkelbereich nur eine vertikale Bewegung des Zapfens 8 zulässt. Die Senkbewegung des Kegelkükens 7 führt dieses in die geöffnete Stellung gedreht in seinen Sitz. Die Mantelfläche des Kegelkükens 7 legt sich an die Sitzoberfläche an.
Mit dieser Bewegung ist die verschleißarme Öffnung des Absperrhahns mit Kegelküken 7 abgeschlossen. Eine analog zum beschriebenen Ablauf in Gegenrichtung ausgeführte Verdrehung des Antriebshohlzylinders 4 gegenüber dem Gehäuse 1 führt auf verschleissarme Weise zum Schließen des Absperrhahns mit Kegelküken 7.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1.1: Gehäuseoberteil
1.2: Gehäuseunterteil
1.3: Gehäusedeckel
1.4: Gehäusedeckel
2: Achse
3: Antriebswelle
4: Antriebshohlzylinder
5: Abtriebszylinder
6: Spindel
7: Kegelküken
8: Zapfen
9.1: Rolle
9.2: Rolle
10: Führungsbahn
11: Führungsbahn
12: Wälzlager
α: Verdrehwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 461653 A [0012]
GB 595700 A [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

PacificValvesWedgeplugBrochureCV-408.pdf [0014]

Claims

Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, mit einem Gehäuse (1), in dem ein Antriebshohlzylinder (4) koaxial und drehbar gelagert angeordnet ist, an welchem eine entlang der koaxialen Achse (2) gerichtete Antriebswelle (3) fest angebracht ist, einem ebenfalls koaxial im Antriebshohlzylinder (4) angeordneten und gegenüber diesem axial und radial beweglich gelagerten Abtriebszylinder (5), an dem entlang der koaxialen Achse (2) entgegengesetzt zur Antriebswelle (3) gerichtet, eine Spindel (6) fest angebracht ist, an deren dem Abtriebszylinder (5) abgewandten Ende ein Kegelküken (7) befestigt ist, wobei an der äußeren Umfangsfläche des Abtriebszylinder (5) mindestens ein radial nach außen gerichteter Zapfen (8) angeordnet ist, die Mantelflächen des Gehäuses (1) sowie des Antriebshohlzylinders (4) jeweils mindestens eine sich über einen radialen Sektor der Mantelflächen erstreckende Führungsbahn (10 und 11) aufweist, mit welchen der Zapfen (8) in der Art je einer Kulissenführung wirkverbunden ist, wobei mindestens die in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders (4) angeordnete Führungsbahn (10) als Durchbruch ausgebildet ist, durch welchen der Zapfen (8) hindurchgreift.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Umfangsfläche des Abtriebszylinders (5) zwei radial entgegengesetzt nach außen gerichtete Zapfen (8) angeordnet sind und die Mantelflächen des Gehäuses (1) sowie des Antriebshohlzylinders (4) jeweils zwei sich über radial entgegengesetzt gerichtete Sektoren der Mantelflächen erstreckende Führungsbahnen (10 und 11) aufweisen, mit welchen die Zapfen (8) in der Art von insgesamt vier Kulissenführungen wirkverbunden sind.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Führungsbahn (11) in der Mantelfläche des Gehäuses (1) als Durchbruch ausgebildet ist.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zapfen (8) eine um die Längsachse des Zapfens (8) drehbare Rolle (9.2) angeordnet und so positioniert ist, dass sie in der als Durchbruch ausgebildeten Führungsbahn (10) in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders (4) in der Art eines Kulissensteines bewegbar ist.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zapfen (8) in Richtung der Längsachse des Zapfens (8) beabstandet zueinander zwei um die Längsachse des Zapfens (8) drehbare Rollen (9.1 und 9.2) angeordnet und so positioniert sind, dass eine der Rollen (9.2) in der als Durchbruch ausgebildeten Führungsbahn (10) in der Mantelfläche des Antriebshohlzylinders (4) und die andere Rolle (9.1) in der als Durchbruch ausgebildeten Führungsbahn (11) in der Mantelfläche des Gehäuses (1) jeweils in der Art eines Kulissensteines bewegbar ist.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (9.1 und 9.2) so ausgebildet sind, dass sie in die als Durchbrüche ausgebildeten Führungsbahnen (10 und 11) entlang einer Längsseite besagter Durchbrüche (10 und 11) rollbar einbringbar sind.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Durchmesser der Rollen (9.1 und 9.2) gegenüber der Breite besagter Durchbrüche (10 und 11) ein Untermaß aufweist.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebshohlzylinder (4) mittels Wälzlagern (12) drehbar im Gehäuse (1) gelagert ist.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus einem Gehäuseoberteil (1.1) und einem Gehäuseunterteil (1.2) besteht.
Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (1.1) einen Gehäusedeckel (1.3) mit einem Durchbruch für den Durchgriff der Antriebswelle (3) und das Gehäuseunterteil (1.2) einen Gehäusedeckel (1.4) mit einem Durchbruch für den Durchgriff der Spindel (6) aufweist.