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Die Erfindung betrifft ein Schaltventil mit einem Ventilsitz und einem Ventilteller, der in eine Schließposition, in der der Ventilteller an dem Ventilsitz anliegt, und einem in einer Führung geführten Zapfen, der mit dem Ventilteller verbunden ist, wobei der Zapfen in der Führung bewegt wird, wenn der Ventilteller aus der Schließposition in die Durchlassposition oder umgekehrt gebracht wird, wobei an dem Zapfen und/oder der Führung wenigstens ein Reibungselement angeordnet ist, das eine Reibung zwischen dem Zapfen und der Führung erhöht.
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Derartige Schaltventile sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Sie werden als Über- oder Unterdruckventile verwendet und können gewichtsbelastet oder federbelastet ausgebildet sein oder als Membranventile vorliegen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere auch pilotgesteuerte Ventile als Schaltventile verstanden.
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Derartige Sicherheitsventile werden beispielsweise auf Tanks oder Pipelines angeordnet, um beispielsweise ein Bersten des jeweiligen Behälters zu verhindern, wenn der Druck im Innern des Behälters einen bestimmten voreingestellten Ansprechdruck des jeweiligen Schaltventils übersteigt. Der Ventilteller weist dabei eine erste Seite auf, die dem Innern des jeweiligen Behälters zugewandt ist und in der Regel nach unten zeigt. Gegenüberliegend, also nach oben deutend, liegt eine zweite Seite, die herkömmlicherweise mit dem Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Die Druckdifferenz zwischen den beiden Drücken, die auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Ventiltellers vorherrschen, ist ausschlaggebend dafür, ob das Ventil öffnet. Nimmt der Druck im Innern des Behälters zu und übersteigt den Umgebungsdruck um einen vorbestimmten Wert, der der Ansprechdruck des Ventils ist, öffnet das Ventil automatisch, ohne das Aktuatoren oder Schalter verwendet werden müssen. Dadurch wird es möglich, dass beispielsweise ein Gas oder sonstiges Material aus dem Behälter durch das Ventil entweichen kann. Ist der Druck im Behälter wieder unter den kritischen Wert gefallen, schließt das Schaltventil automatisch. Dies kann auch pilotgesteuert erfolgen, wobei das Öffnen und/oder Schließen des Schaltventils durch die Druckdifferenz innerhalb und außerhalb des durch das Schaltventil verschlossenen Behälters ausgelöst wird.
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Zur Führung des Ventiltellers beim Öffnen und Schließen ist an einer Seite des Ventiltellers ein Zapfen angeordnet, der beispielsweise in Form einer Metallstange ausgebildet sein kann. Diese Stange ist in einer Führung, die beispielsweise rohrförmig vorliegen kann, geführt. Wird nun der Ventilteller angehoben oder abgesenkt, also in die Durchlassposition oder die Schließposition gebracht, bewegt sich auch der Zapfen in der Führung.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei bestimmten Anlagenkonfigurationen, wie beispielsweise langen durchgesteckten Rohren in Tanks, Probleme auftreten können. Wird der Ventilteller in diesen Fällen in die Durchlassposition oder die Schließposition gebracht, können Schwingungen auftreten, die sich auf die mit dem Ventil verbundenen Bauteile, beispielsweise den Tank oder die Pipeline fortsetzen. Die Schwingungen sind anlagenbedingt und entstehen während des Betriebs. Die Schwingungen können dabei so stark werden, dass Beschädigungen an diesem sicherheitsrelevanten Bauteilen vorkommen können.
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Aus der
DE 24 35 911 A1 ist daher ein Schaltventil bekannt, das über eine Führung verfügt, in der ein Spindelabschnitt des Ventilkörpers gleitend geführt ist. In der Außenseite dieses Spindelabschnittes befindet sich eine Ringnut, in der ein O-Dichtring angeordnet ist. Dieser wird von dem unter Druck stehenden Medium nach radial außen gedrückt, so dass es zu einer Dämpfung der Bewegung des Ventiltellers kommt.
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Auch aus der
DE 10 2011 101 187 A1 ist ein gedämpft bewegbarer Zapfen in einer Führung bekannt. Dabei handelt es sich jedoch um den Zapfen eines Druckminderers.
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Aus der
DE 39 12 969 A1 ist ein federbelastetes Sicherheitsventil bekannt, bei der eine hydraulische Dämpfung des Ventiltellers vorgenommen wird. Diese wird durch das ausströmende Medium hervorgerufen, das beim Ausströmen eine plötzliche Querschnittserweiterung erfährt. Die
DE 32 10 768 A1 hingegen beschreibt ein Schaltventil, bei dem Dämpfungselemente durch federbelastete Druckelemente nach radial innen auf einen Zapfen des Ventiltellers gedrückt werden, wodurch die Bewegung durch die entstehende Reibung gedämpft wird.
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Aus der
DE 26 54 077 B1 ist ein anderer Weg bekannt, die Bewegung des Ventiltellers zu dämpfen. Hier wird ein Widerlager relativ zum Zapfen verkantet, indem es einseitig mit Druck beaufschlagt wird, der durch eine Einstellschraube hervorgerufen werden kann. Dadurch wird eine Dämpfungswirkung erreicht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltventil vorzuschlagen, das diese Nachteile vermeidet.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Schaltventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem folglich an dem Zapfen und/oder der Führung wenigstens ein Reibungselement angeordnet ist, das eine Reibung zwischen dem Zapfen und der Führung erhöht. Dadurch wird verhindert, dass es durch die strömenden Medien in der Anlage zu einer Schwingungsanregung des Ventiltellers kommt und sich diese verstärkt, wodurch der Ventilteller in Schwingungen versetzt würde. Dies wird durch das Reibungselement sicher verhindert. Das Schaltventil zeichnet sich dadurch aus, dass das wenigstens eine Reibungselement an dem Zapfen angeordnet ist und über einen Umfang des Zapfens hinausragt, wobei das Reibungselement eine Kontur eines abgerundeten Polygons, insbesondere eines abgerundeten Dreiecks aufweist, und/oder dadurch, dass das wenigstens eine Reibungselement wenigstens einen Bürstenbereich aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine Reibungselement lösbar an dem Zapfen oder der Führung angeordnet. Dadurch wird eine leichte Austauschbarkeit gewährleistet.
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Das Reibungselement kann beispielsweise in Längsrichtung an dem Zapfen oder der Führung angeschraubt sein. Die Längsrichtung entspricht dabei der Richtung, in der der Zapfen in der Führung bewegt wird, wenn der Ventilteller die Position wechselt. Vorzugsweise liegt der Zapfen in Form einer Stange vor, an deren einem Ende sich ein Gewinde, das ein Innen- oder Außengewinde sein kann, vorliegt. Dieses Gewinde kann mit einem korrespondierenden Gewinde eines Befestigungselementes, beispielsweise einer Zylinderkopfschraube, der Reibungselemente zusammenwirken, so dass die beiden Bauteile einfach miteinander verbindbar und voneinander lösbar sind.
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Natürlich kann eine entsprechende Vorrichtung mit Innen- und Außengewinde auch an der Führung angeordnet sein, so dass ein entsprechendes Gewinde am Reibungselement mit dem korrespondierenden Gewinde an der Führung zusammenwirkt und das Reibungselement an der Führung befestigt wird.
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Erfindungsgemäß ist das Reibungselement an dem Zapfen angeordnet und ragt über den Umfang des Zapfens hinaus. Dadurch wird erreicht, dass das Reibungselement mit der Innenwandung der Führung in Kontakt kommt und auf diese Weise Reibung erzeugt. Das Reibungselement besteht vorteilhafterweise aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, wie beispielsweise Teflon (Polytetra-fluorethylen PTFE) oder Perfluorethylenpropylen (fluorinated ethylene propylene FEP). Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise verflüssigte Gase in dem Behälter aufbewahrt werden, auf dem das Schaltventil angeordnet ist. Dies kann beispielsweise flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium sein. Das Reibungselement kann dabei vollständig oder nur teilweise aus dem jeweiligen Kunststoff bestehen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Reibungselement auch aus Leder, Gummi oder einem anderen flexiblen und/oder elastischen Material bestehen.
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Erfindungsgemäß weist das Reibungselement die Kontur eines abgerundeten Polygons, insbesondere eines abgerundeten Dreiecks auf. Diese Formen verfügen über „Ecken“, die jedoch stark abgerundet sind. Abgerundete Polygone, insbesondere abgerundete Dreiecke, weisen den Vorteil auf, dass die „Ecken“ bei Bewegen des Reibungselementes in der Führung in die entsprechende Richtung umklappen können, ohne dass es dabei in den Bereichen zwischen den „Ecken“ zu einer Faltenbildung kommt. Derartige Elemente sind aus dem jeweiligen Material leicht und kostengünstig herstellbar. Die Größe der Reibung lässt sich beispielsweise über die Kontur des jeweiligen Reibungselementes, die Dicke oder das Material des Reibungselementes oder die Anzahl der Reibungselemente, die verwendet werden, einstellen.
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Zusätzlich oder alternativ dazu weist das Reibungselement erfindungsgemäß einen Bürstenbereich auf. Dieser kann über den Umfang des Zapfens hinausragen. Auch dieser Bürstenbereich kommt bei einer Bewegung des Zapfens mit der Innenwand der Führung in Kontakt und erzeugt Reibung. Der Bürstenbereich kann dabei über den gesamten Umfang oder nur bereichsweise über den Umfang des Zapfens herausragen. Der Bürstenbereich kann beispielsweise aus einem Metall, beispielsweise aus Messing oder aus Edelstahl, oder aus einem Kunststoff bestehen. Allgemein sind für das Reibungselement Materialien geeignet, die aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Materials selbst, aus dem sie bestehen, und/oder aufgrund der geometrischen Figur, Kontur und Form in der Lage sind, bei einer Bewegung des Zapfens ihre Form so zu ändern, dass sie mit der Innenwandung der Führung in Kontakt kommen, und so Reibung erzeugen.
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In einer konstruktiven besonders einfachen Ausgestaltung ist das wenigstens eine Reibungselement mit einer zentralen Öffnung versehen. Diese kann beispielsweise gestanzt, gebohrt oder geschnitten sein. Durch diese Öffnung kann ein Dorn eines Zusatzelementes gesteckt werden, der beispielsweise über ein Außengewinde verfügt, das mit einem im Zapfen vorhandenen Innengewinde zusammenwirkt. In dieser Ausgestaltung lassen sich unterschiedliche Reibungselemente mit dem gleichen Zusatzelement am Zapfen befestigen, so dass unterschiedliche starke Reibung erzeugt werden kann, ohne das verschiedene Reibungselement oder Zusatzelemente vorgehalten werden müssen.
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Vorzugsweise weist ein in die Kontur des Reibungselementes eingeschriebener Innenkreis einen Durchmesser auf, der einem Außendurchmesser des Zapfens entspricht. Alternativ kann der eingeschriebene Innenkreis einen Durchmesser aufweisen, der dem Durchmesser der Führung entspricht. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn ein um die Kontur umgeschriebener Umkreis einen Durchmesser aufweist, der mindestens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 1,0 mm größer ist als der Durchmesser der Führung. Dabei handelt es sich selbstverständlich um den Innendurchmesser der Führung.
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Vorzugsweise werden mehrere Reibungselemente verwendet, die jeweils über den Umfang des Zapfens hinausragen. Die Reibungselemente können sich in Material, Dicke oder geometrischer Form unterscheiden oder identisch ausgebildet sein.
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Dabei ist die identische Ausbildung der Reibungselemente zu bevorzugen, da auf diese Weise die Anzahl der unterschiedlichen Kunststoffelemente reduziert und damit der Herstellungs- und Lageraufwand gering gehalten werden kann.
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Werden mehrere Reibungselemente verwendet, sind diese vorteilhafterweise direkt nebeneinander, also aufeinander aufliegend angeordnet. Es ist auch möglich, mehrere Reibungselemente an verschiedenen Stellen des Zapfens anzuordnen. Dies weist jedoch den Effekt auf, dass eines oder mehrere der Reibungselemente bei einer Bewegung des Zapfens in der Führung die Führung gegebenenfalls verlassen und dann keine Reibung mehr erzeugen. Der Effekt kann ausgenutzt werden, indem beispielsweise mehrere Reibungselemente so angeordnet werden, dass sie sich in der Schließposition oder der Durchlassposition des Ventiltellers nicht im Innern der Führung befinden und daher nicht zur Erzeugung der Reibung beitragen. Wird der Ventilteller jedoch in die jeweils andere Position bewegt, führt dies durch die damit verbundene Bewegung des Zapfens dazu, dass auch die Reibungselemente in die Führung bewegt werden. Da sich dann mehr Reibungselemente in der Führung befinden, die Reibung erzeugen, nimmt die Reibung zu, so dass gegebenenfalls eine Bewegung des Ventiltellers auf diese Weise verlangsamt werden kann.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Reibungselement für mehrere Ventile unterschiedlicher Größe verwendbar. Dazu müssen lediglich die Durchmesser von Zapfen, Reibungselement und Führung bei unterschiedlich großen Ventilen gleich sein.
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Bevorzugt ist das wenigstens eine Reibungselement an der Führung angeordnet und ragt nach innen in die Führung hinein hervor. Auch hier können unterschiedliche Durchmesser und geometrische Konturen verwendet werden, so dass die Reibung einstellbar ist. Auch die Verwendung wenigstens eines Bürstenbereichs ist möglich, der nach innen in die Führung hineinragt.
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Mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt
- 1 - die schematische Schnittdarstellung durch ein Schaltventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
- 2 - die schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Reibungselement.
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1 zeigt die Schnittdarstellung durch ein Schaltventil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Anschlussteil 2, das an einem Behälter angeschlossen wird, der beispielsweise ein Ende einer Pipeline oder Teil eines Tanks sein kann, wird durch das Ventil verschlossen. Das Schaltventil 1 verfügt über einen Ventilsitz 4, auf dem im in 1 gezeigten Zustand ein Ventilteller 6 aufliegt. In der gezeigten Position befindet sich der Ventilteller 6 in der Schließposition, so dass der Behälter verschlossen ist. Zentral am Ventilteller 6 ist ein Zapfen 8 angeordnet, der in einer Führung 10 geführt ist. Oberhalb eines Ventilgehäuses 12 befindet sich ein herkömmlicher Pilot 14.
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An dem Zapfen 8 ist wenigstens ein Reibungselement 16 angeordnet, das sich in der Führung 10 befindet.
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2 zeigt die Draufsicht auf ein solches Reibungselement 16. Es verfügt über eine zentrale Öffnung 18 durch die es beispielsweise mit einer Schraube am Zapfen 8 angeordnet werden kann. Eine Kontur 20 des Reibungselementes 16 ist als abgerundetes Polygon, in 2 als abgerundetes Dreieck, ausgeführt. Sie verfügt über drei abgerundete Ecken 22.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein erster Abstand d1, der dem Abstand vom Mittelpunkt der zentralen Öffnung 18 bis zur am weitesten von diesem Punkt entfernten Stelle der abgerundeten Ecke 22 entspricht, größer als ein Innendurchmesser der Führung, in der das Reibungselement 16 angeordnet werden soll. Ein zweiter Abstand d2, der dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt der zentralen Öffnung 18 und dem diesem Punkt am nächsten liegenden Punkt der Kontur 20 entspricht, ist dabei vorteilhafterweise genauso groß wie der Außendurchmesser des Zapfens 8. Auf diese Weise können die jeweiligen abgerundeten Ecken 22, die zumindest zum großen Teil, vorteilhafterweise jedoch vollständig die erzeugte Reibung verursachen, sich bei einer wechselnden Bewegungsrichtung des Zapfens 8 in der Führung 10 bewegen und gegebenenfalls „umklappen“, ohne dass es in den dazwischen liegenden Bereichen zu Faltenbildungen kommt.
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Bezugszeichenliste
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- d1
- erster Abstand
- d2
- zweiter Abstand
- 1
- Schaltventil
- 2
- Anschlussteil
- 4
- Ventilsitz
- 6
- Ventilteller
- 8
- Zapfen
- 10
- Führung
- 12
- Ventilgehäuse
- 14
- Pilot
- 16
- Reibungselement
- 18
- zentrale Öffnung
- 20
- Kontur
- 22
- abgerundete Ecke
