DE102019127890B3

DE102019127890B3 - Armatur mit Ausblassicherung

Info

Publication number: DE102019127890B3
Application number: DE102019127890.2A
Authority: DE
Inventors: Eugen Leno
Original assignee: Adams GmbH
Current assignee: Adams De GmbH
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2039-10-17
Also published as: WO2021073793A8; WO2021074334A1; WO2021073793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Armatur zum Absperren und Regeln von Stoffströmen mit einem Gehäuse (1) und einer Klappenscheibe (2), die von einem außerhalb des Gehäuse (1) liegenden Antrieb über eine Klappenwelle (3) betätigbar ist, wobei die Klappenwelle (3) an der dem Antrieb gegenüberliegenden Deckelseite axial drehbar gelagert ist und an dem deckelseitigen Ende der Klappenwelle (3) eine Ausblassicherung vorgesehen ist, um eine Bewegung der Klappenwelle (3) axial in Richtung des Antriebs der Klappenwelle (3) einzuschränken. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ausblassicherung für solche Armaturen zur Verfügung zu stellen, die besonders verschleißfest ist und deren Verschleiß nur unwesentlich durch die Anzahl der Schaltvorgänge beeinflusst wird. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Ausblassicherung einen Stützring (5) und einen in mindestens zwei Ringsegmente (6.1) geteilten Verbindungsring (6) aufweist, wobei die Ringsegmente (6.1) an ihrer Innenseite jeweils mindestens einen Passvorsprung (6b) aufweisen und die Ringsegmente (6.1) mittels der Passvorsprünge (6b) und mittels mit den Vorsprüngen korrespondierenden Passvertiefungen (3b) in der Klappenwelle (3) sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung formschlüssig mit der Klappenwelle verbunden sind und wobei der Stützring (2) und der Verbindungsring (3) auf ihren einander zugewandten Ringflächen korrespondierende, in Umfangsrichtung wirkend Formschlusselemente (5a, 6a) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Armatur zum Absperren und/oder Regeln von Stoffströmen für den Einsatz in Druckbereichen über 50 bar mit einem Gehäuse und einer Klappenscheibe, die von einem außerhalb des Gehäuses liegenden Antrieb über eine Klappenwelle betätigbar ist, wobei die Klappenwelle an der dem Antrieb gegenüberliegenden Deckelseite um eine Drehachse drehbar gelagert ist und an der deckelseitigen Lagerung eine Ausblassicherung vorgesehen ist, um Bewegungen der Klappenwelle in axialer Richtung zu begrenzen.
Armaturen dieser Art sind bekannt. Lange Zeit wurden Armaturen in den Druckbereichen über 50 bar mit Ausblassicherung außerhalb des Gehäuses eingesetzt. Durch die lager- und/oder antriebsseitigen Druckdifferenzen zwischen Betriebs- und Umgebungsdruck besteht die Gefahr, dass die Klappenwelle aus der Armatur „herausgeblasen“ wird. Die Klappenwelle kann bei einem solchen Störfall enorme Geschwindigkeiten erreichen und stellt somit eine Gefahr dar. Daher ist man dazu übergangen, die Klappenwelle durch eine Ausblasssicherung im Gehäuse der Armatur festzulegen. Aufgrund des sehr hohen Betriebsdruck und der damit einhergehenden hohen Druckdifferenzen unterliegen die Klappenwelle und die sich mit ihr bewegenden Teile einem hohen Verschleiß.
Die Druckschrift US 3 260 496 A offenbart eine mit dem Gehäuse verbundene Schraube, die in ein axial verlaufendes Gewinde in die Klappenwelle eingeschraubt ist. Durch diese Schraubverbindung wird eine axiale Bewegung der Klappenwelle verhindert und die Schraube dreht sich bei Betätigung im Gewinde. Hierbei wird das Gewinde aber bei jedem Schaltvorgang belastet und verschleißt dementsprechend, sodass ein Austausch der Klappenwelle notwendig wird oder zumindest ein neues Gewinde in der Klappenwelle hergestellt werden muss.
Eine weitere bekannte Ausführungsform einer Ausblassicherung sieht einen Stützring vor. Dieser Stützring wird mittels eines durch die Klappenwelle geführten Stifts an der Klappenwelle fixiert. Auf diese Weise dreht sich der Stützring bei der Betätigung der Klappenwelle mit. Der Stift ist hierbei sowohl in axialer Richtung der Klappenwelle als auch in Umfangsrichtung der Klappenwelle durchgehend belastet. Hierdurch verschleißt der Stift relativ schnell, sodass die Funktion der Ausblassicherung somit nicht mehr gegeben ist.
Die Druckschrift DE 10 2015 118 699 A1 beschreibt eine Wartungsöffnung mit einem selbstdichtenden Deckelverschluss, über welche auch die Wartung der Klappenwelle durchgeführt werden kann.
Die Druckschrift DE 15 50 380 A offenbart eine Klappenscheibe, welche beidseitig ein kugelförmiges Lager aufweist.
Die Druckschrift EP 0 000 098 A1 offenbart eine Dichtungsbuchse, welche auch zur Fixierung der Klappenwellen dient. Eine solche rein kraftschlüssige Verbindung ist allerdings unzureichend bei hohen Betriebsdrücken.
Die Druckschrift EP 0 949 426 A1 offenbart zwei an einer Antriebswelle gelagerte Elemente, wobei die Antriebswelle mittels zweier korrespondierender Ringe unterschiedlichen Durchmessers gelagert ist.
Es hat sich herausgestellt, dass herkömmliche Ausblassicherungen sowohl relativ schnell als auch recht unterschiedlich, also schlecht voraussagbar, verschleißen. Dies ist auf die unterschiedlichen Belastungen durch den Betriebsdruck und die Anzahl der Schaltvorgänge zurückzuführen. Daher lassen sich auch kaum sinnvolle Wartungsintervalle bestimmen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ausblassicherungen für Armaturen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die besonders verschleißfest ist und deren Verschleiß nur unwesentlich durch die Anzahl der Schaltvorgänge beeinflusst wird. Zudem ist es wünschenswert, dass die Klappenwelle leicht installierbar und leicht zu warten ist, was bedeutet, dass die Ausblassicherung, möglichst leicht zu installieren und zu deinstallieren ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Armatur der eingangs genannten Art vor, dass die Ausblassicherung einen Stützring und einen in mindestens zwei Ringsegmente geteilten Verbindungsring aufweist, wobei die Ringsegmente an ihrer Innenseite jeweils mindestens einen Passvorsprung aufweisen und die Ringsegmente mittels der Passvorsprünge und mittels mit den Passvorsprüngen korrespondierenden Passvertiefungen in der Klappenwelle sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung formschlüssig mit der Klappenwelle verbunden sind und wobei der Stützring und der Verbindungsring auf ihren einander zugewandten Ringflächen korrespondierende, in Umfangsrichtung wirkende Formschlusselemente aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Ausblassicherung sind die einzelnen Elemente der Ausblassicherung durch die jeweiligen Formschlüsse an der Klappenwelle in Umfangsrichtung festgelegt. Hierbei ist die Kraftübertragung im Gegensatz zu bekannten Ausblassicherungen gleichmäßiger und verteilt sich über eine größere Fläche. Insbesondere die axiale Kraftübertragung von der Klappenwelle auf den Verbindungsring wird durch den Verbindungsring gleichmäßig aufgefangen, weil dieser in den Passvertiefungen der Klappenwelle liegt und somit von der Welle auf den gesamten Umfang gestützt wird. Zudem ist Montage und Demontage der Ausblassicherung einfacher.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Passvorsprünge und Passvertiefungen als korrespondierende Zweikante ausgebildet sind. Eine solche Ausgestaltung eignet sich besonders gut für die Kraftübertragung. Mittels der Zweikante werden die Kräfte besonders gleichmäßig übertragen. Gleichzeitig handelt es sich hierbei um eine besonders einfach zu realisierende Ausführungsform des Formschlusses.
Ebenso ist es besonders vorteilhaft, wenn die jeweiligen Formschlusselemente am Stützring und am Verbindungsring als korrespondierende Zweikante ausgebildet sind. Somit lassen sich die beiden Ringe besonders einfach zusammenfügen, wobei gleichzeitig ein hoch effektiver Formschluss erreicht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Passvorsprünge symmetrisch über den Umfang des Verbindungsrings verteilt sind. Hierdurch wird die Kraftübertragung gleichmäßig verteilt, was zu einer erhöhten Lebensdauer der Ausblassicherung führt.
Ebenso ist es natürlich auch zweckmäßig, wenn die korrespondierenden Formschlusselemente symmetrisch über den Umfang des Stützrings verteilt sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass anliegend an der dem Verbindungsring abgewandten Ringfläche ein Gleitelement angeordnet ist. Der Stützring dreht sich bei Schaltvorgängen mit der Klappenwelle mit. Würde sich der Stützring direkt am Gehäuse der Armatur stützen, würde die Kontaktfläche verhältnismäßig schnell verschleißen, insbesondere bei Armaturen, bei denen häufig Schaltvorgänge ausgeführt werden. Daher ist ein zusätzliches Gleitelement vorgesehen. Die Kontaktflächen am Stützring und am Gleitelement sind so ausgelegt, dass ihr Reibungskoeffizient möglichst gering ist. Da bei erfindungsgemäßen Armaturen in der Regel keine Schmierstoffe eingesetzt werden können, ist bei der Auswahl der Materialien besonders darauf zu achten, dass diese besonders gute Trockenschmiereigenschaften aufweisen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Gleitelement in einzelne Lamellen unterteilt ist. Die Lamellen sind hierbei als Paket in axialer Richtung der Klappenwelle aufeinander gestapelt. Die einzelnen Lamellen weisen jeweils h möglichst geeignete Materialeigenschaften auf, um eine gute Trockenschmierung, auch untereinander, zu herzustellen. Durch diese Maßnahme wird der Verschleiß der Kontaktflächen verringert. Die Relativbewegung der einzelnen Elemente, also der Lamellen und des Stützrings, zueinander ist verhältnismäßig gering. Bei einem einzelnen Gleitelement beträgt der Drehwinkel zwischen Gleitelement und Stützring in der Regel 90° bei einem Schaltvorgang. Dieser Drehwinkel verteilt sich nun auf die einzelnen Elemente. Bei ungleichmäßigen Verschleiß der jeweiligen Kontaktflächen passt sich die Relativbewegung der einzelnen Elemente also dem Reibungskoeffizienten an, sodass im Resultat die Kontaktflächen sehr gleichmäßig verschleißen.
Hinsichtlich der Gleit- und Verschleißeigenschaften hat es sich als besonders geeignet herausgestellt, wenn wenigstens einige der Lamellen Graphitplatten aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1: Einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Armatur in einem Ausführungsbeispiel;
2: 3D-Ansicht einzelner Elemente;
3: 3D-Ansicht der an der Klappenwelle montierten Ausblassicherung;
4: Den Bereich D aus 1;
5: Einen Halbschnitt durch die Ausblassicherung in einem zweiten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Armatur. Das Gehäuse der Armatur ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. In dem Gehäuse 1 befindet sich eine Klappenscheibe 2. Die Klappenscheibe 2 kann über eine Klappenwelle 3 bewegt werden. Die Betätigung der Klappenscheibe 2 erfolgt über einen hier nicht dargestellten Antrieb, der auf der Antriebsseite außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Das Gehäuse verfügt zudem über ein dem Antrieb gegenüberliegenden Deckel 4. Die Klappenwelle 3 ist sowohl antriebsseitig wie auch deckelseitig am Gehäuse 1 drehbar gelagert. Mittels der dargestellten Armatur können Stoffströme in Rohrleitungen bei weit über 50 bar geregelt werden. Durch die hohe Druckdifferenz zwischen dem Rohrleitungssystem und der Umgebung besteht die Gefahr, dass die Klappenwelle 3 aus dem Gehäuse herausgeblasen wird. Erfindungsgemäß ist deshalb einer Ausblassicherung vorgesehen.
Zur Konstruktion der Ausblassicherung sind im Wesentlichen ein Stützring 5 und ein Verbindungsring 6 vorgesehen, die anhand der 2 näher beschrieben werden. 2 zeigt links den Stützring 5, der als einteiliger Vollring ausgebildet ist. Der Stützring 5 weist zwei Formschlusselemente 5a auf. Rechts ist in 2 ein Verbindungsring 6 dargestellt, der sich aus zwei Ringsegmenten 6.1 zusammensetzt. Jeder der Ringsegmente weist ein Formschlusselement 6a auf. Die Formschlusselemente 6a des Verbindungsrings 6 korrespondieren mit den Formschlusselementen 5a des Stützrings 5. Zudem befindet sich an der Innenseite der Ringsegmente 6.1 jeweils ein Passvorsprung 6b.
3 zeigt die an der Klappenwelle 3 festgelegten Ringsegmente 61 des Verbindungsrings 6 und den mit dem Verbindungsring 6 in Umfangsrichtung formschlüssig verbundenen Stützring 5. Die Festlegung wird mittels der Passvorsprünge 6b an den Ringsegmenten 6.1 und korrespondierenden, in 2 verdeckten Passvertiefungen an der Klappenwelle 3 erreicht. Somit sind der Verbindungsring 6 und der Stützring 5 in Umfangsrichtung an der Klappenwelle 3 unbeweglich und drehen sich bei Betätigung der Klappenwelle 3 mit. Über die formschlüssigen Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen, die jeweils über Zweikante ausgeführt sind, und der konzentrischen kreisförmigen Ausbildung der einzelnen Grundelemente (3,5,6) der Ausblassicherung ist die Belastung sehr gleichmäßig, sodass ein nur sehr geringer und gleichzeitig gleichmäßiger Verschleiß resultiert.
4 zeigt den Bereich D aus 1 vergrößert. Hier sind die Passvertiefungen 3a an der Klappenwelle 3 zu erkennen. Wenn das Rohrsystem nun mit Druck beaufschlagt wird, wird die Klappenwelle 3 durch die Druckdifferenz axial in Richtung auf den Antrieb gedrückt. Hierbei wird der Stützring 5 gegen ein Gleitelement 7 gedrückt. Das Gleitelement 7 ist in axialer Richtung unbeweglich am Gehäuse 1 festgelegt. Der Stützring 5 seinerseits reibt bei jedem Schaltvorgang am Gleitelement 7. Hierdurch entsteht ein hoher Verschleiß an den Kontaktflächen. Bei Armaturen mit häufigen Schaltvorgängen verstärkt sich dieser Verschleißeffekt noch entsprechend.
Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Gleitelements 7 vor, wie in 5 dargestellt, dass das Gleitelement 7 in mehrere Lamellen 7.1 aufgeteilt ist. Diese Ausführungsform des Gleitelements 7 trägt besonders zur Verschleißfestigkeit bei. Sie kann auch mit anderen bekannten Ausblassicherungen kombiniert werden und trägt auch bei diesen erheblich zur Verschleißfestigkeit bei.
Es wird also ein optimiertes Gleitelement 7 bereitgestellt. Dieses besteht aus einer Kombination von Lamellen 7.1, die in zwei verschiedenen Materialien ausgeführt werden. Die Materialien müssen dabei möglichst gute Gleiteigenschaften haben. Zusätzlich dazu sind Graphitplatten eingebracht, um eine noch bessere Trockenschmierung zu realisieren. Der Vorteil liegt nun darin, dass zwischen den einzelnen Lamellen 7.1 eine Relativbewegung möglich wird, wodurch der Drehwinkel jeder einzelnen Lamelle 7.1 erheblich reduziert wird. Anstelle von einer 90° Bewegung, hat jede Lamelle 7.1 nun einen Drehwinkel von 10° bis 30°. Die Geschwindigkeit der Bewegung wird ebenfalls reduziert. Diese hat einen wesentlichen Einfluss auf das Verschleißverhalten.
Somit ergeben sich aufgrund der verringerten Rotationsgeschwindigkeit, der besseren Gleiteigenschaften und der verringerten Drehwinkel ein geringerer Verschleiß und damiteinhergehend eine erhöhte Lebensdauer sowie eine Reduzierung der Anlagenstillstände wegen einer Wartung oder Reparatur.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Klappenscheibe
3: Klappenwelle
3b: Passvertiefungen
4: Deckel
5: Stützring
5a: Formschlusselement des Stützrings
6: Verbindungsring
6a: Formschlusselement des Verbindungsrings
6b: Passvorsprung des Verbindungsrings
6.1: Ringsegment
7: Gleitelement
7.1: Lamelle

Claims

Armatur zum Absperren und/oder Regeln von Stoffströmen für den Einsatz in Druckbereichen über 50 bar mit einem Gehäuse (1) und einer Klappenscheibe (2), die von einem außerhalb des Gehäuse (1) liegenden Antrieb über eine Klappenwelle (3) betätigbar ist, wobei die Klappenwelle (3) an der dem Antrieb gegenüberliegenden Deckelseite axial drehbar gelagert ist und an dem deckelseitigen Ende der Klappenwelle (3) eine Ausblassicherung vorgesehen ist, um eine Bewegung der Klappenwelle (3) axial in Richtung des Antriebs der Klappenwelle (3) einzuschränken, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblassicherung einen Stützring (5) und einen in mindestens zwei Ringsegmente (6.1) geteilten Verbindungsring (6) aufweist, wobei die Ringsegmente (6.1) an ihrer Innenseite jeweils mindestens einen Passvorsprung (6b) aufweisen und die Ringsegmente (6.1) mittels derPassvorsprünge (6b) und mittels mit den Vorsprüngen (6b) korrespondierenden Passvertiefungen (3b) in der Klappenwelle (3) sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung formschlüssig mit der Klappenwelle (3) verbunden sind und wobei der Stützring (5) und der Verbindungsring (6) auf ihren einander zugewandten Ringflächen korrespondierende, in Umfangsrichtung wirkend Formschlusselemente (5a, 6a) aufweisen.
Armatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passvorsprünge (6b) und Passvertiefungen (3b) als mindestens jeweils zwei korrespondierende Zweikante ausgebildet sind.
Armatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (5a, 6a) als korrespondierende Zweikante ausgebildet sind.
Armatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passvorsprünge (6b) symmetrisch über den Umfang des Verbindungsrings (6) verteilt sind.
Armatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Formschlusselemente (5a) symmetrisch über den Umfang des Stützrings (5) verteilt sind.
Armatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anliegend an der dem Verbindungsring (6) abgewandten Ringfläche des Stützrings (5) ein Gleitelement (7) angeordnet ist.
Armatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (7) in einzelne Lamellen (7.1) unterteilt ist.
Armatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Lamellen (7.1) eine Graphitplatte aufweist.