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Die Erfindung betrifft eine Stellarmatur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stellarmaturen umfassen eine Ventilstange, die regelmäßig mittels einer Dichtanordnung in der Art einer Stopfbuchspackung gegenüber dem Ventilgehäuse abgedichtet werden. Eine Dichtanordnung umfasst ein Dichtelement – auch Packung genannt – und ein Druckstück, mit der das Dichtelement axial zusammengepresst wird, wobei das Dichtelement mehrere Komponenten umfassen kann. Durch die axiale Pressung entsteht auch eine radiale Pressung des Dichtelements auf die Ventilstange und auf das Ventilgehäuse. Dadurch kann ein Dichtspalt auf ein den Betriebsbedingungen angepasstes Minimum eingestellt werden.
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Diese Dichtanordnung hat den Nachteil, dass die Packung über die Zeit an Dichtigkeit verliert.
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Es ist daher erwünscht, ein entsprechendes Undichtwerden zu detektieren. Dazu ist aus der
DE 43 26 343 A1 eine Spezialstopfbuchse bekannt, wobei bei Auftreten der Packungsleckage ein kolbenförmiger Indikator durch austretende Flüssigkeit gegen einen Schalter geführt wird.
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Dies hat zum einen den Nachteil, dass der Kolben gegenüber der Ventilstange sehr reibungsbehaftet gelagert werden muss, zum anderen erst eine Leckage vorliegen muss, damit eine entsprechende Undichtigkeit detektiert werden kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stellarmatur umfassend eine Dichtanordnung, bei der eine Warnung bei nachlassender Dichtigkeit der Stopfbuchspackung frühzeitig und reibungsarm vorgenommen werden kann, anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung.
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In bekannter Weise umfasst eine Stellarmatur eine Ventilstange, die über eine Dichtanordnung gegenüber dem Stellarmaturgehäuse abgedichtet ist. Die Dichtanordnung umfasst eine Packung, die zwischen einem Gegenlager am Stellarmaturgehäuse und einem axial beweglich zum Stellarmaturgehäuse gelagerten Druckstück aufgenommen ist. Auf das Druckstück wird eine sich gegen ein Stützlager abstützende Anpresskraft auf die Packung übertragen. Diese Kraft kann beispielsweise durch eine sich gegen das Stützlager abstützende Feder oder durch Verschrauben des Druckstücks erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Gegenlager und dem Stützlager eine elektronische Kraftmesseinrichtung angeordnet.
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Da bei Nachlassen der Dichtigkeit der Packung diese an axialer Spannung verliert, reduziert sich die auf die Packung aufgebrachte Vorspannung und damit die wirkende Anpresskraft. Aufgrund der reduzierten Anpresskraft, die durch die Kraftmesseinrichtung erfasst wird, kann auf den entsprechenden Verschleiß der Packung geschlossen werden.
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Das Stellarmaturgehäuse kann einen Deckel zur Aufnahme der Packung mit der Ventilstange und ein Grundgehäuse, in dem sich der Ventilsitz und die fluidischen Anschlüsse befinden, umfassen. Deckel und Grundgehäuse sind dann dichtend verbunden. Es ist ebenfalls möglich, dass das Stellarmaturgehäuse einstückig ausgebildet ist, so dass die Aufnahme der Packung, die fluidischen Anschlüsse und der Ventilsitz (Ventilsitzaufnahme) in einem einstückigen Gehäuse untergebracht sind. Das Ventil und seine fluidischen Anschlüsse können für Gase oder Flüssigkeiten ausgelegt sein.
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Die Druckkraft wird insbesondere von einer Feder auf das Druckstück ausgeübt, die sich gegen ein Vorspannelement abstützt. Das Vorspannelement ist vorzugsweise über Einstellelemente in seinem Abstand zum Gegenlager einstellbar, wodurch eine entsprechende Anpresskraft einstellbar ist. Die Einstellelemente bilden in dieser Ausgestaltung das Stützlager.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die elektronische Kraftmesseinrichtung zwischen dem Einstellelement und dem Druckstück angeordnet sein, um die auf die Packung wirkende Kraft zu erfassen.
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Auch kann die elektronische Kraftmesseinrichtung zwischen dem Vorspannelement und dem Druckstück angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass sich die Kraftmesseinrichtung im abgedichteten Bereich der Stellarmatur befindet. Dadurch werden Anforderungen ans Packaging der Kraftmesseinrichtung reduziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen Vorspannelement und Druckstück eine Feder vorgesehen. In vorteilhafter Weise kann die Kraftmesseinrichtung im Übergang von der Feder zum Druckstück vorgesehen sein. Alternativ kann die Kraftmesseinrichtung zwischen dem Vorspannelement und der Feder vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass die Kraftmesseinrichtung in einer relativ bewegungsfreien Einbaulage angebracht sein kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Kraftmesseinrichtung in das Druckstück integriert sein. Diese Integration kann dadurch erfolgen, dass eine Kraftmesseinrichtung zwischen einem einstellelementseitigen Druckstückelement und einem packungsseitigen Druckstückelement angeordnet ist. Insbesondere bilden die Druckstückelemente und die Kraftmesseinrichtung eine Baugruppe.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung können zwei elektronische Druckmesseinrichtungen vorgesehen sein, wobei die erste Druckmesseinrichtung zwischen Einstellelement und Packung und die zweite Druckmesseinrichtung zwischen Packung und Gegenlager angeordnet ist.
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Durch die Verwendung zweier Druckmesseinrichtungen beidseitig der Packung kann eine Aussage getroffen werden, welcher Spannungsverlauf innerhalb einzelner Packungselemente vorliegt. Auch kann eine Aussage getroffen werden, ab welcher Vorspannung des ersten Packungselements die Abstützkraft des letzten Packungselements gegen Null geht. Durch den Spannungsverlauf innerhalb der Packung kann auf eine ungleichmäßige Kraftverteilung geschlossen werden, was wiederum Rückschlüsse auf eine ungleichmäßige Reibung und ungleichmäßigen Verschleiß zulässt.
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Die Kraftmesseinrichtung kann in dieser Ausgestaltung besonders vorteilhaft als Kraftmessring ausgebildet sein. Ein Kraftmessring ist eine ringförmige Druckmessdose, die derart dimensioniert ist, dass ihr Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Ventilstange ist.
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Die elektronische Kraftmesseinrichtung kann als Druckmessdose ausgebildet sein, ein DMS-Element umfassen oder ein Piezo-Element oder eine magnetische, kapazitive, induktive oder resistive Lageänderungserfassung umfassen.
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Die elektronische Druckmesseinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass sie kabellos mit Energie zu versorgen ist und/oder die Messwerte kabellos übertragen kann.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können bei der Einrichtung zur Kraftübertragung zwischen Druckstück und dem Vorspannelement Ausgleichselemente vorgesehen sein. Dadurch können bei ungleichmäßiger Kraftbeaufschlagung durch die Ausgleichselemente, die korrespondierende Vertiefungen oder Erhöhungen aufweisen, eine Vorspannung und eine Verkippung des Druckstücks vermieden werden. Dadurch wird eine gute Auswertbarkeit der Relativbewegung erreicht und eine zuverlässige Verschleißanzeige kann gewährleistet werden.
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Die Ausgleichselemente sind insbesondere so ausgestaltet, dass sich eine Ausgleichselemente-Paarung ergibt, die sich in je einer Anlagefläche berühren. Die Ausgleichselemente einer Paarung können in ihrem Anlagebereich eine konvexe und/oder konkave Passform aufweisen. Die andere Anlagefläche ist so ausgestaltet, dass sie eine zur konvexen oder konkaven Anlagefläche korrespondierende Anlagefläche aufweist, so dass eine Winkeleinstellung der Ausgleichselemente bei gleichmäßiger Auflagefläche ermöglicht wird. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Paarung aus einer konkaven und einer konvexen Anlagefläche oder einer konkaven und einer kegelstumpfförmigen Anlagefläche erwiesen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 ausschnittsweise eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Stellarmatur;
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2 eine Detailschnittansicht eines erfindungsgemäßen mechanischen Anzeigeelements;
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3 eine Detailschnittansicht eines erfindungsgemäßen Anzeigeelements umfassend einen Schalter, und
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4 eine Detailschnittansicht eines erfindungsgemäßen Anzeigeelements umfassend einen Sensor.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Stellarmatur 10, die eine Ventilstange 12 und ein Stellarmaturgehäuse 14 aufweist, insbesondere einen Stellarmaturgehäusedeckel.
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Die Ventilstange 12 ist mittels einer Dichtanordnung, die eine Packung 16 umfasst, gegenüber dem Ventilgehäuse 14 abgedichtet. Die Packung 16 ist in axialer Richtung zwischen einem Gegenlager 18 und einem Druckstück 20 angeordnet. Das Druckstück 20 ist axial verschiebbar gegenüber dem Ventilgehäuse 14 gelagert, wobei das Gegenlager 18 im Ventilgehäuse 14 fest angeordnet ist oder einen Teil des Ventilgehäuses 14 bildet. Durch das Druckstück 20 kann die Packung 16 komprimiert werden, wodurch die Dichtwirkung der Packung 16 erreicht wird. Die Anpresskraft zur Komprimierung der Packung 16 wird von der Feder 22 bereitgestellt, die über ein Vorspannelement 24 vorgespannt wird. Durch die Einstellschrauben 26 kann über das Übertragerelement 28 der Abstand des Vorspannelements 24 zum Gegenlager 18 eingestellt werden, wodurch eine Vorspannkraft eingestellt wird, die auf das Druckstück 20 wirkt.
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Gemäß dieser Ausgestaltung umfasst das Druckstück 20 eine erste Druckstückkomponente 20a und eine zweite Druckstückkomponente 20b. Zwischen den beiden Druckstückkomponenten 20a, 20b ist ein Ringkraftmesser 30 angeordnet. Dieser erfasst die von dem Druckstück 20 auf die Packung 16 übertragene Kraft. Die auf das Druckstück 20 wirkende Kraft wird erfindungsgemäß als Indikatorgröße verwendet, um Rückschlüsse auf den Verschleiß der Packung 16 zu ziehen. Unterschreitet die übertragene Kraft einen definierten Schwellwert, kann davon ausgegangen werden, dass die Vorspannung zur Abdichtung der Ventilstangen außerhalb eines gewünschten Bereiches liegt. Die Wirkung kann wiederhergestellt werden, indem die Vorspannung wieder nachgestellt wird. Zusätzlich zur Nachstellung kann anhand der von der Kraftmesseinrichtung 30 aufgenommene Messwert erfolgen.
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Gemäß dieser Ausgestaltung ist an der Kraftmesseinrichtung 30 eine elektrische Leitung 32 vorgesehen, die zur Übertragung der Messwerte und zur Spannungsversorgung des Ringkraftmessers 30 dient.
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Ferner ist 1 zu entnehmen, dass im Übergang der Einstellschrauben 26 zum Übertrageelement 28 Ausgleichselementpaarungen 34, 35 vorgesehen sind, wobei ein erstes Ausgleichselement 34a und ein zweites Ausgleichselement 34b in einer Anlagefläche gegenüber liegen, so dass eine gelenkartige Bewegung ermöglicht ist. Die erste Anlagefläche des Ausgleichselements 34a ist dabei kugelförmig ausgebildet, die mit einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung des zweiten Ausgleichselements 34b zusammenwirkt. Dieselbe Ausgestaltung ist für alle Ausgleichselementpaarungen 34, 35 gewählt, die zwischen den Einstellschrauben 26 und dem Übertrageelement 28 eingebracht sind.
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Darüber hinaus ist im Übergang vom Übertrageelement 28 zum Druckstück 20 eine ebenfalls konvex konkave Anlagenflächenpaarung gegeben.
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Dadurch wird eine gleichmäßige Kraftübertragung auf den Ringkraftmesser 30 ermöglicht, was eine entsprechend präzise Auswertung ermöglicht.
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2 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung einer ausschnittsweise dargestellten Stellarmatur 40 mit einer Ventilstange 42, die über eine Packung 44 gegenüber dem Gehäuse 46 abgedichtet ist. Die Packung 44 wird durch ein Druckstück 48 gegen das Gegenlager 50 komprimiert. Zwischen dem Druckstück 48 und einem Kraftbeaufschlagungsmechanismus 54 der gegen das Stellarmaturgehäuse 44 verschraubt wird, ist ein Ringkraftmesser 52 vorgesehen, die die Kraft, die auf das Druckstück 48 wirkt, erfasst. In dieser Kraftveränderung über die Zeit kann auf den Verschleiß der Packung 44 rückgeschlossen werden. Unterschreitet dieser eine vordefinierte Grenze, kann eine erneute Abdichtung durch eine Nachstellung des Kraftbeaufschlagungsmechanismus 54 erfolgen. Kann eine entsprechende Kraft nicht mehr eingestellt werden, ist die Packung 44 vollständig verschlissen und muss getauscht werden.
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3 zeigt ausschnittsweise eine Stellarmatur 60 ähnlich 1, wobei die Krafteinbringung und Kraftmessung auf eine Packung 62 analog 1 erfolgt. Zusätzlich zu einem ersten Ringkraftsensor 58 ist zwischen der Packung 62 und dem Gegenlager 64 ein weiterer Ringkraftsensor 68 vorgesehen. Durch den Ringkraftsensor 68 kann die zwischen dem Gegenlager 64 und der Packung 62 wirkende Kraft ermittelt werden. Dies erlaubt zusammen mit dem Ringkraftsensor 58 eine Aussage über den Spannungsverlauf innerhalb der Packung 62, wodurch eine präzisere Analyse des Zustands der Packung 62 erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stellarmatur
- 12
- Ventilstange
- 14
- Ventilgehäuse
- 16
- Packung
- 18
- Gegenlager
- 20
- Druckstück
- 20a
- erste Druckstückkomponente
- 20b
- zweite Druckstückkomponente
- 22
- Feder
- 24
- Vorspannelement
- 26
- Einstellschrauben
- 28
- Übertragerelement
- 30
- Ringkraftmesser
- 32
- elektrische Leitung
- 34
- Ausgleichselementpaarung
- 34a
- Ausgleichselement
- 34b
- Ausgleichselement
- 35
- Ausgleichselementpaarung
- 40
- Stellarmatur
- 42
- Ventilstange
- 44
- Packung
- 46
- Gehäuse
- 48
- Druckstück
- 50
- Gegenlager
- 52
- Kraftmesseinrichtung
- 54
- Kraftbeaufschlagungsmechanismus
- 58
- Ringkraftsensor
- 60
- Stellarmatur
- 62
- Packung
- 64
- Gegenlager
- 68
- Ringkraftsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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