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Die Erfindung betrifft ein Schließventil mit einem Ventilkörper der bei Überschreiten eines festgelegten Fluiddrucks von einer Schließstellung gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelements in eine Offenstellung bewegbar ist, wobei der Ventilkörper in der Schließstellung an einem, eine Ventilöffnung umgrenzenden Ventilsitz dicht anliegt und den Durchfluss durch den ihm zugeordneten Leitungsabschnitt versperrt.
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Um in dem Gasbrenner eines Wassererhitzers auf eine permanente Zündflamme verzichten zu können, ist es bereits bekannt, eine wasserführende Fluidführung mit einem zuströmseitigen Leitungsabschnitt zu verwenden, der sich in zwei abströmseitige Leitungsabschnitte aufteilt (vgl.
EP 1 196 721 B1 ). Während in einem ersten Leitungsabschnitt die Turbine eines zur elektrischen Spannungserzeugung bestimmten Turbinengenerators integriert ist, ist in dem zweiten, als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt ein Schließventil der eingangs erwähnten Art vorgesehen. Dieses auch als By-Pass-Ventil dienende Schließventil ist bei Überschreiten eines festgelegten Fluiddrucks von einer Schließstellung gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelements in eine Offenstellung bewegbar. Da das Schließventil bei einem festgelegten Fluiddruck öffnet und den turbinenfreien By-Pass freigibt, wird sichergestellt, dass über die im ersten Leitungsabschnitt vorgesehene Turbine stets nur eine Fluidleistung (l/min) fließt, die sich zur Erzeugung der erforderlichen Spannung als zweckmäßig erwiesen hat, und dass der im ersten Leitungsabschnitt anliegende Druck im Wesentlichen konstant bleibt.
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In dem oben erwähnten Anwendungsbeispiel werden an das in dieser Fluidführung vorgesehene Schließventil erhöhte Anforderungen hinsichtlich Wartungsfreiheit und im Hinblick auf eine exakte sowie gleichzeitig störungsfreie Funktion gestellt.
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Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, ein Schließventil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das diesen Ansprüchen genügen kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Schließventil der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass das Schließventil als Einsetzpatrone ausgebildet ist und dazu ein Patronengehäuse aufweist, das in dem zugeordneten Leitungsabschnitt einsetzbar ist, dass der Ventilkörper einen am Ventilsitz anliegenden und/oder den maximalen Außendurchmesser des Ventilkörpers bestimmenden Ventilkörper-Teilbereich hat, der zylindrisch ausgebildet ist, und dass zwischen diesem Ventilkörper-Teilbereich und dem Innenumfang des Patronengehäuses in Offenstellung des Schließventils ein Ringspalt vorgesehen ist, dessen lichte Ringspalt-Öffnungsfläche kleiner als die lichte Öffnungsfläche der Ventilöffnung ist.
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Das erfindungsgemäße Schließventil weist einen Ventilkörper auf, der bei Überschreiten eines festgelegen Fluiddrucks von einer Schließstellung gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelements in eine Offenstellung bewegbar ist. Der Ventilkörper des erfindungsgemäßen Schließventils liegt in Schließstellung an einem eine Ventilöffnung umgrenzenden Ventilsitz dicht an und versperrt den Durchfluss durch den ihm zugeordneten Leitungsabschnitt. Um den mit der Montage und der fortlaufenden Wartung verbundenen Aufwand möglichst klein zu halten, ist das Schließventil als Einsetzpatrone ausgebildet, die ein in den zugeordneten Leitungsabschnitt einsetzbares Patronengehäuse hat. Der Ventilkörper des Schließventils weist einen am Ventilsitz anliegenden und/oder den maximalen Außendurchmesser des Ventilkörpers bestimmenden Ventilkörper-Teilbereich auf, der zylindrisch ausgestaltet ist. Zwischen diesem zylindrischen Ventilkörper-Teilbereich und dem Innenumfang des Patronengehäuses ist in Offenstellung des Schließventils ein Ringspalt vorgesehen, dessen lichte Ringspalt-Öffnungsfläche kleiner als die lichte Öffnungsfläche der vom Ventilsitz umgrenzten Ventilöffnung ist. Durch diese spezielle Ausgestaltung des Schließventils wird ein gleichbleibender Druck im ventilfreien ersten Leitungsabschnitt der Ventilführung und somit ein funktionsgerechter und störungsfreier Betrieb des Schließventils, der zugeordneten Fluidführung und der in diese Fluidführung eventuell noch zusätzlich integrierten Bauteile begünstigt.
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Dabei sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, dass das Schließventil in einem von zumindest zwei abströmseitigen Leitungsabschnitten einer Fluidführung vorgesehen ist, dass die zumindest zwei abströmseitigen Leitungsabschnitte mit einem gemeinsamen zuströmseitigen Leitungsabschnitt der Fluidführung verbunden sind und dass der dem Schließventil zugeordnete Leitungsabschnitt als By-Pass dient. Während bei dieser Ausführungsform in wenigstens einem ersten, als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt das als By-Pass-Ventil bestimmte Schließventil vorgesehen ist, das bei Überschreiten eines festgelegten Fluiddrucks von einer Schließstellung gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelements in eine Offenstellung bewegbar ist, wird durch einen zweiten ventilfreien Leitungsabschnitt ein beständiger Fluidstrom hindurchgeführt. In diesen zweiten Leitungsabschnitt kann beispielsweise die Turbine eines zur elektrischen Spannungserzeugung bestimmten Turbinengenerators integriert sein. Bei dieser speziellen Ausgestaltung wird ein gleichbleibender Druck im ventilfreien ersten Leitungsabschnitt der Ventilführung und somit ein funktionsgerechter und störungsfreier Betrieb der Fluidführung und eines in die Fluidführung integrierten Turbinengenerators begünstigt.
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Um unerwünschte Schwingungen des Ventilkörpers während einer Druckveränderung in der Fluidführung zu vermeiden und um den Druck im ventilfreien Leitungsabschnitt der Fluidführung möglichst konstant zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der Ventilkörper auf seiner Zuströmseite und seiner Abströmseite jeweils einen Führungsstab trägt und wenn jeder Führungsstab in einer zugeordneten Führungsöffnung am Patronengehäuse verschieblich geführt ist. Bei dieser Ausführungsform wird der im Patronengehäuse verschieblich geführte Ventilkörper beidseits derart sicher geführt, dass ein unerwünschtes Aufschwingen des Ventilkörpers während eventueller Druckveränderungen vermieden wird.
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Konstante Druckverhältnisse im ventilfreien Leitungsabschnitt der erfindungsgemäßen Fluidführung werden noch begünstigt, wenn der zylindrische Ventilkörper-Abschnitt flansch- oder tellerförmig ausgestaltet ist. Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der sich die Rückstellkraft besonders gut auf dem Ventilkörper aufbringen lässt, vor, dass das Rückstellelement sich an der abströmseitigen Stirnfläche des Ventilkörper-Abschnitts abstützt.
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Eine besonders einfache und vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass das Rückstellelement als Rückstellfeder ausgebildet ist. Möglich ist aber auch, dass statt eines federelastischen Rückstellelements beispielsweise zumindest ein gummielastisches Rückstellelement verwendet wird.
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Um die Strömungsverhältnisse im Schließventil so zu gestalten, dass auch bei zunehmender Öffnung des Schließventils ein konstanter Druck im ventilfreien Leitungsabschnitt der Fluidführung sichergestellt ist, ist es zweckmäßig, wenn der zuströmseitige Außenumfangsrand des zylindrischen Ventilkörpers scharfkantig ausgebildet ist. Dabei wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der zuströmseitige Außenumfangsrand des Ventilkörperabschnitts einen Kantenradius kleiner 0,2 mm, vorzugsweise kleiner/gleich 0,10 mm und insbesondere kleiner/gleich 0,05 mm aufweist.
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Um unerwünschte Leckageströme im Ringraum zwischen dem Außenumfang des Patronengehäuses einerseits und dem Innenumfang des das Schließventil aufnehmenden Leitungsabschnitts zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der zuströmseitige Umfangsrand des Patronengehäuses zumindest eine Ringdichtung aufweist oder als solche ausgebildet ist.
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Um das als Einsetzpatrone ausgebildete Schließventil sicher und fest in der erfindunsgemäßen Fluidführung montieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn ein zuströmseitiger Einsetzabschnitt des als By-Pass dienenden Leitungsabschnitts als Patronenaufnahme ausgebildet ist.
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Dabei sieht eine bevorzugte Weiterbildung gemäß der Erfindung vor, dass im Bereich der Patronenaufnahme innenumfangsseitig eine umlaufende Rastnut vorgesehen ist, die bei eingesetzter Einsetzpatrone von dem freien Dichtungsrand der Ringdichtung hintergriffen ist. Bei dieser Ausführungsform wird das als Einsetzpatrone ausgebildete Schließventil in die Patronenaufnahme des zugeordneten Leitungsabschnitts eingeschoben, bis der freie Dichtungsrand der am zuströmseitigen Umfangsrand des Patronengehäuses vorgesehenen Ringdichtung die umlaufende Rastnut im Bereich der Patronenaufnahme hintergreift.
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Damit das Rückstellelement den Ventilkörper in Schließstellung des Schließventils dicht und fest gegen den Ventilsitz pressen kann, ohne dass in diesem Bereich unerwünschte und zu Druckänderungen führende Leckageströme befürchtet werden müssten, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Ventilkegel und dem Ventilsitz in der Schließstellung des Schließventils zumindest eine, den Ventilsitz umlaufend abdichtende Ringdichtung vorgesehen ist.
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In einem bevorzugten Anwendungsbeispiel besteht des Weiteren auch die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung für die Komponenten eines Wassererhitzers zu schaffen, der von einer wasserführenden Fluidführung durchzogen ist. Bei dieser Vorrichtung besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, dass die Fluidführung gemäß zumindest einem der oben stehenden Merkmale ausgebildet ist und zumindest zwei abströmseitige Leitungsabschnitte hat, von denen in wenigstens einem ersten Leitungsabschnitt eine Turbine eines Turbinengenerators integriert ist und von denen in mindestens einem zweiten, als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt das oben beschriebe By-Pass-Ventil vorgesehen ist.
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Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren sowie der Figurenbeschreibung. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles noch näher beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine Fluidführung mit einem zuströmseitigen Leitungsabschnitt, der mit zumindest zwei abströmseitigen Leitungsabschnitten verbunden ist, wobei in einem als By-Pass dienenden abströmseitigen und hier aufgeschnitten dargestellten Leitungsabschnitt ein Schließventil vorgesehen ist, das einen Ventilkörper hat, wobei dieses Schließventil hier in seiner Schließstellung gezeigt ist,
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2 die Fluidführung aus 1 mit dem hier in seiner Offenstellung befindlichen und in den als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt eingesetzten Schließventil,
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3 das Schließventil der in den 1 und 2 gezeigten Fluidführung in einem Längsschnitt, wobei das Schließventil in der auch in 1 gezeigten Schließstellung dargestellt ist, und
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4 das hier ebenfalls längsgeschnittene Schließventil aus 3 mit dem sich hier in der Offenstellung des Schließventils befindenden Ventilkörper.
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In 1 und 2 ist eine Fluidführung 1 dargestellt, die beispielsweise einen Bestandteil einer ansonsten nicht weiter gezeigten Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung für Komponenten eines Wassererhitzers sein kann. Die hier wasserführende Fluidführung 1 weist einen zuströmseitigen Leitungsabschnitt 2 auf, der mit zumindest zwei abströmseitigen Leitungsabschnitten 3, 4 verbunden ist. Während in wenigstens einem ersten, als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt ein auch als By-Pass-Ventil dienendes Schließventil 5 mit einem Ventilkörper 6 vorgesehen ist, der bei Überschreiten eines festgelegten Fluiddrucks von der in 1 gezeigten Schließstellung gegen die Rückstellkraft eines Rückstellelements 7 in eine in 2 dargestellte Offenstellung bewegbar ist, wird durch den zweiten, ventilfreien Leitungsabschnitt 4 ein beständiger Fluidstrom hindurchgeführt. In diesem zweiten Leitungsabschnitt 4 kann beispielsweise die Turbine eines zur elektrischen Spannungserzeugung bestimmten Turbinengenerators integriert sein.
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Der Ventilkörper 6 des Schließventils 5 liegt in dessen Schließstellung an einem, eine Ventilöffnung 8 umgrenzenden Ventilsitz dicht an und versperrt den Durchfluss durch den ihm zugeordneten, als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt 3. Um den mit der Montage und der fortlaufenden Wartung der Fluidführung 1 verbundene Aufwand möglichst klein zu halten, ist das Schließventil 5 als Einsetzpatrone ausgebildet, die ein in den Leitungsabschnitt 3 einsetzbares Patronengehäuse hat. Der Ventilkörper 6 des Schließventils 5 weist einen am Ventilsitz anliegenden und hier auch den maximalen Außendurchmesser des Ventilkörpers 6 bestimmenden Ventilkörper-Teilbereich 9 auf, der zylindrisch ausgestaltet ist. Zwischen diesem zylindrischen Ventilkörper-Teilbereich 9 und dem Innenumfang des Patronengehäuses ist in Offenstellung des Schließventils 5 ein Ringspalt 10 vorgesehen, dessen lichte Ringspalt-Öffnungsfläche kleiner als die lichte Öffnungsfläche der vom Ventilsitz umgrenzten Ventilöffnung 8 ist. Durch diese spezielle Ausgestaltung der Fluidführung 1 und ihres Schließventils 5 wird ein gleichbleibender Druck im ventilfreien Leitungsabschnitt 4 der Fluidführung und somit ein funktionsgerechter und störungsfreier Betrieb der Fluidführung 1 sowie ihrer Bestandteile und beispielsweise eines in die Fluidführung 1 integrierten Turbinengenerators begünstigt.
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In den Längsschnitten des Schließventils 5 gemäß den 3 und 4 ist erkennbar, dass der Ventilkörper 6 auf seiner Zuströmseite und seiner Abströmseite jeweils einen Führungsstab 11, 12 trägt, wobei jeder dieser Führungsstege 11, 12 in einer zugeordneten Führungsöffnung 13, 14 am Patronengehäuse verschieblich geführt ist. Da der Ventilkörper 6 somit beidseits geführt ist, wird ein Verkanten oder ein Aufschwingen des Ventilkörpers 6 während einer Schiebebewegung im Patronengehäuse verhindert. Das Patronengehäuse ist hier zweiteilig ausgebildet und weist ein zuströmseitiges sowie ein abströmseitiges Gehäuseteil 15, 16 auf, die miteinander vorzugsweise lösbar verrastbar oder dergleichen verbindbar sind. An der Stirnseite des zuströmseitigen Gehäuseteiles 15 ist die als Ventil-Einlass dienende Ventilöffnung 8 vorgesehen, in welcher eine zentrale Führungshülse 17 mit der Führungsöffnung 13 angeordnet ist. Diese zentrale Führungshülse 17 ist über radiale Verbindungsstege 18 mit dem Gehäuseteil 15 verbunden. In ähnlicher Weise weist auch das abströmseitige Gehäuseteil 16 eine stirnseitige Auslauföffnung 19 auf, in der mittig eine Führungshülse 20 mit der Führungsöffnung 14 vorgesehen ist. Auch diese Führungshülse 20 ist über radiale Verbindungsstege 21 mit abströmseitigen Gehäuseteil 16 vorzugsweise einstückig verbunden.
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In den Längsschnitten gemäß den 3 und 4 ist erkennbar, dass der am Ventilkörper 6 vorgesehene Ventilkörper-Teilbereich 9 flanschartig ausgestaltet ist. An der abströmseitigen Stirnfläche dieses flanschförmigen Ventilkörper-Teilbereiches 9 stützt sich das Rückstellelement 7 ab, das hier als Rückstellfeder oder Druckfeder ausgebildet ist. Diese Rückstell- oder Druckfeder 7 ist zwischen dem flanschförmigen Ventilkörper-Teilbereich 9 und dem abströmseitigen Gehäuseteil 16 eingespannt.
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In den 3 und 4 ist angedeutet, dass der zuströmseitige Außenumfangsrand des flanschförmigen Ventilkörper-Teilbereichs 9 scharfkantig ausgebildet ist. Dazu weist der zuströmseitige Außenumfangsrand des Ventilkörper-Teilbereichs 9 einen Kantenradius kleiner 0,1 mm und vorzugsweise kleiner oder gleich 0,05 mm auf.
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Aus einem Vergleich der 1 bis 4 wird deutlich, dass der zuströmseitige Umfangsrand des Patronengehäuses zumindest eine Ringdichtung 22 trägt. Dabei ist der zuströmseitige Einsetzabschnitt des als By-Pass dienenden Leitungsabschnitts 3 als Patronenaufnahme 23 ausgebildet. Im Bereich dieser Patronenaufnahme 23 ist innenumfangsseitig eine umlaufende Rastnut vorgesehen, die bei eingesetzter Einsetzpatrone von dem freien Dichtungsrand 24 der Lippendichtung 22 hintergriffen ist.
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Auf der zur Gehäuseinnenseite liegenden Stirnfläche des zuströmseitigen Gehäuseteiles 15 ist ebenfalls eine Lippendichtung 25 vorgesehen, welche die Ventilöffnung 8 umschließt und in Schließstellung des By-Pass-Ventils 5 den Ventilsitz umlaufend abdichtet. Diese Lippendichtung 25 wird in der in 1 gezeigten Schließstellung des Schließventils 5 von dem flanschförmigen Ventilkörper-Teilbereich 9 beaufschlagt.
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Das im Leitungsabschnitt 3 der Fluidführung 1 vorgesehene By-Pass-Ventil 5 öffnet sich erst bei einem Druck von beispielsweise 400 mbar und gibt den als By-Pass dienenden Leitungsabschnitt frei. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass selbst bei einer geringen Öffnung des Schließventils 5 der ventilfreie Leitungsabschnitt 4 stets von einer ausreichenden Strömungsmenge durchflossen wird, um mit Hilfe des in den Leitungsabschnitt 4 integrierten Turbinengenerators eine ausreichende elektrische Spannung zu erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidführung
- 2
- (zuströmseitiger) Leitungsabschnitt
- 3
- (abströmseitiger) Leitungsabschnitt (mit By-Pass-Ventil)
- 4
- (abströmseitiger ventilfreier) Zuleitungsabschnitt
- 5
- By-Pass- beziehungsweise Schließventil
- 6
- Ventilkörper
- 7
- Rückstellelement
- 8
- Ventilöffnung
- 9
- Ventilkörper-Teilbereich
- 10
- Ringspalt
- 11
- (zuströmseitiger) Führungsstab
- 12
- (abströmseitiger) Führungsstab
- 13
- (zuströmseitige) Führungsöffnung
- 14
- (abströmseitige) Führungsöffnung
- 15
- (zuströmseitiges) Gehäuseteil
- 16
- (abströmseitiges) Gehäuseteil
- 17
- Führungshülse
- 18
- Verbindungsstege
- 19
- Auslauföffnung
- 20
- Führungshülse
- 21
- Verbindungsstege
- 22
- Ringdichtung
- 23
- Patronenaufnahme
- 24
- Dichtungsrand
- 25
- Ringdichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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