DE102015101724A1

DE102015101724A1 - Absperrorgan mit einem beweglichen Dichtelement

Info

Publication number: DE102015101724A1
Application number: DE102015101724.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Detmers; Heribert Herold; Robert Weihs; Elmar Mentzel
Original assignee: VAG Armaturen GmbH
Current assignee: VAG GmbH
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2016-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan mit einem innerhalb eines Gehäuses (1) beweglich geführten und mittels eines Antriebs (26) zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung bewegbaren Absperrelement (2), mindestens einem beweglichen Dichtelement (21) zur Abdichtung des Absperrelements (2) gegenüber dem Gehäuse (1) und einem Druckmittelwandler (40), der einen durch ein erstes Druckfluid ansteuerbaren ersten Druckraum (39) und einen zweiten Druckraum (41) zur Beaufschlagung des mindestens einen beweglichen Dichtelements (21) mit einem zweiten Druckfluid für das Andrücken des beweglichen Dichtelements (21) an das Absperrelement (2) enthält. Um eine erhöhte Sicherheit und verbesserte Abdichtung zu ermöglichen, ist dem ersten Druckraum (39) oder dem zweiten Druckraum (41) des Druckmittelwandlers (40) ein mit Druckfluid versorgter Druckmittelspeicher (36) zugeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan mit mindestens einem beweglichen Dichtelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Absperrorgan ist aus der DE 29 37 435 A1 bekannt. Dieses enthält ein in einem Gehäuse drehbar gelagertes Küken, das gegen das Gehäuse durch eine ringförmige Dichtung abgeschlossen ist. Die ringförmige Dichtung wird durch einen im Gehäuse verschiebbar geführten und durch ein Hydraulikfluid beaufschlagten Kolben gegen die Außenfläche des Kükens gedrückt. Zur Erzeugung eines Anpressdrucks ist in dem Gehäuse ein Differentialkolben angeordnet, durch den der Druck des durch eine Rohrleitung strömenden Durchflussmediums verstärkt und über das Hydraulikfluid als Arbeitsmedium auf die der Dichtung abgewandte Seite des ringförmigen Kolbens wirkt. Die Energie des durch die Rohrleitung strömenden Durchflussmediums wird in eine hydraulische Energie zum Andrücken der Dichtung umgewandelt. Um eine Dichtheit des Systems zu erreichen, wirkt das Hydraulikfluid jedoch nicht unmittelbar auf den Kolben, sondern über einen endlosen Schlauch, der sich einerseits gegen den Kolben und andrerseits gegen einen Arbeitskolben des Differentialkolbens abstützt. Diese Konstruktion ist jedoch relativ aufwändig und erfordert spezielle Abdichtmaßnahmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Absperrorgan der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine erhöhte Sicherheit und verbesserte Abdichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Absperrorgan mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Absperrorgan enthält ein innerhalb eines Gehäuses beweglich geführtes und mittels eines Antriebs zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung bewegbares Absperrelement, mindestens ein bewegliches Dichtelement zur Abdichtung des Absperrelements gegenüber dem Gehäuse und einen Druckmittelwandler, der einen durch ein erstes Druckfluid ansteuerbaren ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum zur Beaufschlagung des mindestens einen beweglichen Dichtelements mit einem zweiten Druckfluid für das Andrücken des beweglichen Dichtelements an das Absperrelement enthält. Dem ersten Druckraum oder dem zweiten Druckraum des Druckmittelwandlers ist mit Druckfluid versorgter Druckmittelspeicher zugeordnet. In dem Druckmittelspeicher kann ein Druckfluid unter Druck gespeichert und in dem Druckmittelwandler in einen Steuerdruck zum Anpressen des Dichtelements umgewandelt werden. Über den Druckmittelspeicher steht an dem Druckmittelwandler auch dann ein für eine gute Anpressung des Dichtelements erforderlicher Druck zur Verfügung, wenn der Systemdruck nicht ausreicht.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung kann der Druckmittelspeicher durch den Antrieb des Absperrelements mit Druckfluid versorgt werden. Dadurch kann die Energie des zur Verstellung des Absperrelements verwendeten Antriebs auf effiziente Weise genutzt werden, um das bewegliche Dichtelement in der Schließstellung an das Absperrelement anzudrücken. Der Druckmittelspeicher kann aber auch durch eine gesonderte Pumpe oder ein anderes Aggregat mit Druckfluid versorgt werden.
Der Druckmittelwandler kann als einfacher Druckwandler ausgebildet sein, bei dem der Druck des ersten Druckfluids in einen Druck des zweiten Druckfluids gleicher Höhe umgewandelt wird. Der Druckmittelwandler kann aber auch als Druckverstärker mit unterschiedlichen Kolbenflächen ausgeführt sein. Dadurch kann der auf die bewegbaren Dichtelemente wirkende Druck verstärkt werden.
Der zweite Druckraum des Druckmittelwandlers ist zweckmäßigerweise über eine Zuleitung mit einem Schaltventil verbunden, durch das eine zu mindestens einer Druckkammer im Gehäuse führende Leitung zum Andrücken des mindestens einen Dichtelements an das Absperrelement entweder mit der Zuleitung oder einer Rückleitung verbindbar ist. In die Zuleitung mündet eine mit einem Filter und einem Rückschlagventil versehene Versorgungsleitung, die von einer an das Absperrorgan angeschlossenen Rohrleitung abzweigt.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung enthält der Antrieb einen Hydrozylinder, durch den die erste Druckkammer des Druckmittelwandlers bei der Bewegung des Absperrelements in die Schließstellung über eine Steuereinrichtung mit einem Hydraulikfluid als erstes Druckfluid versorgt wird. Die Versorgung des Hydrozylinders mit Hydraulikfluid kann über ein dem Hydrozylinder zugeordnetes Versorgungsaggregat erfolgen, das einen Motor und eine durch den Motor angetriebene Pumpe enthält.
In einer weiteren vorteilhaften Weise ist der Hydrozylinder über eine hydraulische Steuereinrichtung mit dem Druckmittelspeicher zu dessen Versorgung mit Hydraulikfluid verbunden. Über die hydraulische Steuereinrichtung kann sowohl die Ansteuerung des Hydrozylinders zur Bewegung des Absperrelements in die Öffnungsstellung als auch die Befüllung des Hydrospeichers bei der Bewegung des Absperrelements in die Schließstellung gesteuert werden.
In weiterer vorteilhafter Weise kann der Antrieb ein Fallgewicht und/oder eine Rückstellfeder zur Bewegung des Absperrelements in die Schließstellung enthalten. Dadurch kann der Hydrospeicher auch dann befüllt und das mindestens eine Dichtelement angedrückt werden, wenn das Absperrelement z.B. bei Ausfall des hydraulischen Antriebs mechanisch geöffnet und durch das Fallgewicht oder die Rückstellfeder wieder in die Schließstellung gedrückt wird.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung kann das bewegliche Dichtelement als ein im Gehäuse verschiebbarer Dichtsitz zur Anlage an einer Dichtung am Absperrelement ausgebildet sein. Die Dichtung kann aber auch an dem beweglichen Dichtelement angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Absperrorgan als Kugelschieber mit einem kugelförmigen Absperrkörper und zwei diametral gegenüberliegenden, gegeneinander beweglichen Dichtelementen zur Anlage an ringförmigen Dichtungen an der Außenseite des Absperrkörpers ausgeführt sein. Das Absperrorgan kann aber auch andere Gestaltungen aufweisen.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 ein Kugelschieberventil mit verstellbaren Dichtelementen in einem Längsschnitt und
2 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des in 1 gezeigten Kugelschieberventils.
In 1 ist ein hier als Kugelschieberventil ausgebildetes Absperrorgan mit einem Gehäuse 1 und einem im Gehäuse 1 beweglich angeordneten Absperrelement 2 gezeigt. Das Gehäuse 1 enthält einen im Querschnitt kreisrunden Durchgangskanal 3, durch den Wasser oder ein anderes Medium von einer Einlassöffnung 4 zu einer Auslassöffnung 5 des Gehäuses 1 strömen kann. Das Gehäuse 1 besteht bei der gezeigten Ausführung aus einem zylindrischen Mittelteil 6 und zwei identisch ausgebildeten Flanschteilen 7, von denen jeweils eines an jedem Ende des Mittelteils 6 angeschraubt ist.
Das Absperrelement 2 weist einen kugelförmigen Absperrkörper 8 bzw. ein Kugelküken mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung 9 auf. Der kugelförmige Absperrkörper 8 ist innerhalb des Gehäuse 1 über einen Lagerzapfen 10 und einen diametral gegenüberliegenden Antriebzapfen 11 um eine zur Mittelachse 12 des Durchgangskanals 3 des Gehäuses 1 senkrechte Achse 13 drehbar gelagert. Hierzu sind der Lagerzapfen 10 und der Antriebszapfen 11 über Lagerbuchsen 14 bzw. 15 in zwei gegenüberliegenden, senkrecht zur Mittelachse 12 des Durchgangskanals 3 verlaufenden Bohrungen 16 und 17 des Mittelteils 6 drehbar geführt. Der Lagerzapfen 10 wird durch einen am Mittelteil 6 des Gehäuses 1 befestigten Deckel 18 abgedeckt. Zur Befestigung eines Antriebs ist an dem Mittelteil des Gehäuse 1 außerdem ein den Antriebszapfen 11 umgebendes ringförmiges Befestigungselement 19 angeordnet.
In dem kugelförmigen Absperrkörper 8 sind zwei ringförmig umlaufende Dichtungen 20 zur Anlage an zwei als Dichtsitze ausgebildeten, beweglichen Dichtelementen 21 im Gehäuse 1 vorgesehen. Die beiden Dichtungen 20 sind in entsprechende Nuten 22 an der Außenseite des Absperrkörpers 8 eingesetzt und werden jeweils durch einen Stützring 23 fixiert. Die beiden beweglichen Dichtelemente 21 sind als ringförmige Dichtsitze ausgebildet, die innerhalb der beiden Flanschteile 7 des Gehäuses 1 verschiebbar geführt sind. Zwischen den beiden Dichtelementen 21 und den jeweiligen Flanschteilen 7 ist eine mit Druckfluid beaufschlagbare Druckkammer 24 zum Andrücken der Dichtelemente 21 an die Dichtungen 20 vorgesehen. Über Bohrungen 25 in den beiden Flanschteilen 7 des Gehäuses 1 können die Druckkammern 24 mit Druckfluid versorgt werden.
Durch Drehung des kugelförmigen Absperrkörpers 8 um 90° ist das in 1 schematisch dargestellte Absperrorgan aus einer in 1 gezeigten Schließstellung in eine um 90° gedrehte Öffnungsstellung bewegbar. Die Drehung des Absperrkörpers 8 erfolgt durch einen mit dem Antriebszapfen 11 gekoppelten Antrieb 26, der in 2 schematisch dargestellt ist.
Wie aus 2 hervorgeht, umfasst der Antrieb 26 einen Hydrozylinder 27 mit einer Kolbenstange 28, deren freies Ende über einen Hebel 29 mit dem Antriebszapfen 11 des Absperrorgans verbunden ist. Durch Ausfahren der Kolbenstange 28 kann der Absperrkörper 8 des in 1 gezeigten Absperrelements 2 gedreht und in eine Öffnungsstellung bewegt werden. Auf dem Antriebszapfen 11 sitzt auch ein Fallgewicht 30, durch welches der Absperrkörper 8 des Absperrorgans in die in 1 dargestellte Schließstellung gedrückt wird. Auch über eine Rückstellfeder 31 kann der Absperrkörper 8 des Absperrorgans in die Schließstellung gedrückt werden. Der Antrieb 26 enthält auch ein mit einem Motor 32 und einer Pumpe 33 versehenes Versorgungsaggregat 34, durch das der Hydrozylinder 27 mit Hydraulikfluid versorgt werden kann.
Dem Antrieb 26 ist eine hydraulische Steuereinrichtung 35 zugeordnet, durch welche die Ansteuerung des Hydrozylinders 27 und die Versorgung eines Hydrospeichers 36 mit einem Hydraulikfluid gesteuert wird. Über die Steuereinrichtung 35 und ein in Förderrichtung von dem Hydrozylinder 27 zum Hydrospeicher 36 öffnendes Rückschlagventil 37 ist der Hydrozylinder 27 mit dem Hydrospeicher 36 verbunden. Die Steuereinrichtung 35 ist derart ausgebildet, dass die Kolbenstange 28 des Hydrozylinders 27 zur Drehung des Absperrelements 2 in die Öffnungsstellung ausgefahren werden kann und der Hydrospeicher 36 beim Einfahren der Kolbenstange 28 mit Hydraulikfluid befüllt und mit Druck beaufschlagt wird. Der Hydrospeicher 36 ist über eine Leitung 38 mit einem ersten Druckraum 39 eines Druckmittelwandlers 40 verbunden.
Von einem zweiten Druckraum 41 des Druckmittelwandlers 40 führt eine Zuleitung 42 zu einem hier als Magnetventil ausgeführten Schaltventil 43, durch das eine zu den beiden Druckkammern 24 im Gehäuse 1 führende Leitung 44 entweder mit der Zuleitung 42 oder mit einer Rückleitung 45 verbindbar ist. In die zwischen dem zweitem Druckraum 41 und dem Schaltventil 43 verlaufende Zuleitung 42 mündet eine Versorgungsleitung 46, die von einer an das Absperrorgan angeschlossenen Rohrleitung 47 abzweigt. In der Versorgungsleitung 46 sind ein Filter 48 und ein in Strömungsrichtung von der Rohrleitung 47 zum zweiten Druckraum 41 öffnendes Rückschlagventil 49 angeordnet. Über die Versorgungsleitung 46 ist der zweite Druckraum 41 des Druckmittelwandlers 40 mit gefiltertem Rohrleitungsmedium gefüllt. Die Rückleitung 45 kann wieder in die Rohrleitung 47 führen.
Durch das Schaltventil 43 kann der im zweiten Druckraum 41 wirkende Druck entweder über die Leitung 44 an die Druckkammern 24 zum Andrücken der Dichtsitze 21 an die Dichtelemente 20 angelegt werden oder das in der Leitung 44 befindliche Rohrleitungsmedium kann über die Rückleitung 45 wieder zurück in die Rohrleitung 47 strömen. Bei der in 2 gezeigten Ausgangsstellung des Schaltventils 43 ist die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum 41 des Druckmittelwandlers 40 und der Leitung 44 gesperrt und die Leitung 44 ist mit der Rückleitung 45 verbunden. Bei der Betätigung des Magnetventils 43 in eine Dichtstellung wird die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum 41 des Druckmittelwandlers 40 und der Leitung 44 hergestellt und die Verbindung zwischen der Leitung 44 und der Rückleitung 45 unterbrochen. Das Schaltventil 43 ist derart mit dem Antrieb 26 gekoppelt, dass das Schaltventil 43 bei einer Bewegung des Absperrelements 2 in die Schließstellung aus der in 2 gezeigten Ausgangsstellung in die Dichtstellung bewegt wird.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des vorstehend beschriebenen Absperrorgans erläutert:
Wenn sich das Magnetventil 43 in der in 2 gezeigten Ausgangsstellung befindet, ist der Bereich zwischen dem zweiten Druckraum 41 des Druckmittelwandlers 40 und dem Magnetventil 43 über die Leitung 46 mit gefiltertem Rohrleitungsmedium gefüllt. Durch Betätigung des Antriebs 26 wird der Bereich zwischen dem Hydrospeicher 36 und dem ersten Druckraum 39 des Druckmittelwandlers 40 mit Hydraulikfluid gefüllt und der Hydrospeicher 36 wird mit Druck beaufschlagt. In dem Hydrospeicher 36 kann Hydraulikfluid unter Druck gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben werden. Wird das Magnetventil 43 bei der Bewegung des Absperrelements 2 in die Schließstellung aus der in 2 gezeigten Ausgangsstellung in die Dichtstellung bewegt, werden die beiden Druckkammern 24 mit Druck beaufschlagt und die Dichtelemente 21 werden gegen den Absperrkörper 8 des Absperrelements gedrückt. Wenn das Absperrelement 2 wieder in eine Öffnungsstellung bewegt wird, wird auch das Magnetventil 43 wieder in die Ausgangsposition verschoben, so dass das in der Leitung 44 befindliche Rohrleitungsmedium über die Rückleitung 45 wieder zurück in die Rohrleitung 47 strömen kann und der Anpressdruck der beweglichen Dichtelemente 21 verringert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2937435 A1 [0002]

Claims

Absperrorgan mit einem innerhalb eines Gehäuses (1) beweglich geführten und mittels eines Antriebs (26) zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung bewegbaren Absperrelement (2), mindestens einem beweglichen Dichtelement (21) zur Abdichtung des Absperrelements (2) gegenüber dem Gehäuse (1) und einem Druckmittelwandler (40), der einen durch ein erstes Druckfluid ansteuerbaren ersten Druckraum (39) und einen zweiten Druckraum (41) zur Beaufschlagung des mindestens einen beweglichen Dichtelements (21) mit einem zweiten Druckfluid für das Andrücken des beweglichen Dichtelements (21) an das Absperrelement (2) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Druckraum (39) oder dem zweiten Druckraum (41) des Druckmittelwandlers (40) ein mit Druckfluid versorgter Druckmittelspeicher (36) zugeordnet ist.
Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelspeicher (36) durch den Antrieb (26) des Absperrelements (2) mit Druckfluid versorgt wird.
Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckraum (41) des Druckmittelwandlers (40) über eine Zuleitung (42) mit mindestens einem Schaltventil (43) verbunden ist, durch das eine zu mindestens einer Druckkammer (24) im Gehäuse (1) führende Leitung (44) zum Andrücken des mindestens einen Dichtelements (21) an das Absperrelement (2) entweder mit der Zuleitung (42) oder einer Rückleitung (45) verbindbar ist.
Absperrorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuleitung (42) eine Versorgungsleitung (46) mündet, die die von einer an das Absperrorgan angeschlossenen Rohrleitung (47) abzweigt.
Absperrorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Versorgungsleitung (46) ein Filter (44) und einem Rückschlagventil (45) angeordnet sind.
Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (26) einen Hydrozylinder (27) enthält, durch den die erste Druckkammer (39) des Druckmittelwandlers (40) bei der Bewegung des Absperrelements (2) in die Schließstellung über eine hydraulische Steuereinrichtung (35) mit einem Hydraulikfluid als erstes Druckfluid versorgt wird.
Absperrorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hydrozylinder (27) ein Versorgungsaggregat (34) zur Versorgung mit Hydraulikfluid zugeordnet ist.
Absperrorgan nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrozylinder (27) über die hydraulische Steuereinrichtung (35) mit dem Druckmittelspeicher (36) zu dessen Versorgung mit Hydraulikfluid verbunden ist.
Absperrorgan nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (35) die Ansteuerung des Hydrozylinders (27) zur Bewegung des Absperrelements (2) in die Öffnungsstellung und die Befüllung des Hydrospeichers (36) bei der Bewegung des Absperrelements (2) in die Schließstellung gesteuert wird.
Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (26) ein Fallgewicht (30) und/oder oder eine Rückstellfeder (31) zur Bewegung des Absperrelements (2) in die Schließstellung enthält.
Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Dichtelement (21) als ein im Gehäuse (1) verschiebbarer Dichtsitz zur Anlage an einer Dichtung (20) am Absperrelement (2) ausgebildet ist.
Absperrorgan nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Dichtelemente (21) als ringförmige Dichtsitze ausgebildet sind.
Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (2) einen kugelförmigen Absperrkörper (8) und zwei diametral gegenüberliegende, gegeneinander bewegliche Dichtelemente (21) zur Anlage an ringförmigen Dichtungen (20) an der Außenseite des Absperrkörpers (8) enthält.