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Die Erfindung betrifft eine Armatur mit vibrationsunterstützter Betätigung.
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Stand der Technik
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Armaturen sind Bauelemente in der Anlagen- und Rohrleitungstechnik und dienen dort dem Absperren, Steuern, Regeln sowie Sichern. Sie sind nahezu in allen Industrie- und Versorgungszweigen zu finden, wie z.B. der Wasser-, Öl- und Gasversorgung, der Chemie und Petrochemie, der Pharmazie, der Energiewirtschaft, der Biotechnologie und dem Umweltschutz. Die Anwendungsgebiete reichen von Gasen über Trinkwasser bis hin zu Industriearmaturen für hoch aggressive Chemikalien. Armaturen gibt es in unterschiedlichen Grundausführungen, wie z. B. Nadelventile, Kugelhähne, Klappen, Schieber, usw.
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Fast alle Armaturen haben gemeinsam, dass sie für die Betätigung des Absperrorgans eine Spindel bzw. Schaltwelle haben, die durch die Gehäusewandung nach außen geführt wird. Am Ende dieser Spindel bzw. Schaltwelle ist dann das äußere Betätigungselement befestigt. Übliche Arten des Betätigungselements sind Handhebel, Handräder und Antriebe (elektrisch/pneumatisch/hydraulisch).
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Je nach Ausführung und Anwendung sind sehr hohe Betätigungskräfte der Armatur notwendig.
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Die notwendigen Betätigungskräfte sind hauptsächlich abhängig von den Reibkoeffizienten der Reibpartner, der Höhe der Verpressung der Dichtelemente (je höher die Verpressung, desto größer die Dichtheit) sowie dem Mediumdruck.
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Die
DE 85 02 069 U1 offenbart eine „Absperrarmatur“. In der Triebverbindung zwischen Betätigungsorgan und Absperrorgan ist eine trennbare Kupplung angeordnet, die von einer Schaltvorrichtung betätigbar ist, die ihrerseits ein außerhalb des Gehäuses angeordnetes Schaltorgan aufweist. Das zu schaltende Medium übt auf das Absperrorgan ein Drehmoment in Schließrichtung aus, wenn sich das Absperrorgan aus der Offenstellung um einen gewissen Betrag in Schließstellung bewegt hat. Es kann auch vorgesehen werden, eine Freilaufanordnung in der Triebverbindung zwischen Absperrorgan und Betätigungsorgan anzuordnen.
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Hohe Betätigungskräfte bei Armaturen haben beispielsweise den Nachteil, dass eine Spindel bzw. Schaltwelle groß dimensioniert werden muss, die Dichtelemente schnell verschleißen, lange Betätigungshebel oder Getriebe notwendig sind, die Antriebe groß dimensioniert werden müssen (teuer) und bedienerunfreundlich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Antrieb zur Verfügung zu stellen, der eine kostengünstige, verschleißarme und bedienfreundliche Betätigung ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs offenbart. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden weiteren Ansprüche.
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Es wird als Hilfseinheit eine vibrationsunterstützte Betätigung für Armaturen, insbesondere für Kugelhähne, offenbart, die als Bewegungsunterstützung verwendet wird. Dies erfolgt durch das zeitweise Aufbringen eines Vibrationsfelds mit einem Vibrationsmotor auf eine Spindel und/oder ein Schließorgan. Die Vibration der vibrationsunterstützten Betätigung sorgt dafür, dass die zwei Reibpartner sich leicht gegeneinander bewegen können.
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Dies ist insbesondere bei metallisch abgedichteten Kugelhähnen und hohem Systemdruck von Vorteil, da die ganzen Bauteile, die im Betätigungsstrang liegen, kleiner dimensioniert werden können.
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Kugelhähne sind Armaturen mit einer durchbohrten Kugel als Absperrkörper. Die Kugelhähne werden beispielsweise als Absperrhähne eingesetzt. Der Absperrhahn ist eine Armatur, die den Durchfluss eines Fluids in einer Rohrleitung ganz freigibt oder sperrt. Dabei erfolgt ein vollständiges Schließen durch Drehung einer Achse um lediglich 90° eines Schließelementes. Kugelhähne können wegen ihres passgenauen Dichtsitzes bei sehr hohen Drücken eingesetzt werden.
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Die Kugelhähne können mit einer gelagerten Kugel oder mit einer schwimmenden Kugel ausgebildet sein. Die Hilfseinheit bzw. Die vibrationsunterstützte Betätigung ist nicht auf Kugelhähne beschränkt, sondern kann auch bei anderen Arten von Armaturen wie Nadelventilen, Klappen, Schiebern usw. eingesetzt werden.
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Eine Armatur kann auch ausschließlich mit einem Vibrationsfeld der vibrationsunterstützten Betätigung betätigt werden. Dabei wird dann weder eine Spindel noch eine Schaltwelle benötigt, die durch die Gehäusewandung nach außen durchgeführt und abgedichtet werden müsste. Die Vibrationserzeugung erfolgt orientiert in eine Richtung.
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Der Vibrationsmotor kann hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch bzw. mit einem Piezo-Effekt betrieben sein.
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Bei einem metallisch abdichtenden Kugelhahn könnte auch zusätzlich ein Magnetfeld die beiden Reibpartner voneinander abstoßen.
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Die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung durch die vibrationsunterstützte Betätigung hat dabei den Vorteil, dass die Vibrationen Bauteile reinigen und dadurch eine Verschmutzung der Ventilbauteile langsamer vorangeht.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 zeigt einen Vibrationsmotor an einer Schaltwelle im Schnitt,
- 2 zeigt einen Vibrationsmotor an der Kugel im Schnitt,
- 3 3, 4 und 5 stellen ein Verschlusselement in Form einer Kugel dar.
- 3 stellt die Kugel im Längsschnitt dar,
- 4 zeigt das Verschlusselement im Querschnitt,
- 5 ist der Lauf des Antriebsfluids in einer Draufsicht dargestellt und
- 6 stellt ein Nadelventil mit einem Vibrationsmotor im Schnitt dar.
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In 1 ist eine Armatur 100 in der Ausbildung als Kugelhahn 100 dargestellt. Ein Vibrationsmotor 10 ist auf einer Schaltwelle 12 fest angebracht. Die Armatur 100 weist eine Handhabungsvorrichtung 16 auf. Diese Handhabungsvorrichtung 16 ist als Hebelgriff (16) ausgebildet. Ein Betätigungsschalter 14 ist fest auf dem Hebelgriff 16 des Kugelhahns 100 angeordnet, so dass der Betätigungsknopf 18 des Betätigungsschalters 14 mit dem Daumen eines Bedieners gedrückt werden kann.
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Der Betätigungsschalter 14 kann eine Batterie oder einen Akku umfassen, der den Strom für den Vibrationsmotor 10 liefert. Es kann ebenso ein Solarmodul direkt am Betätigungsschalter 14 oder einer anderen Position an der Armatur bzw. dem Kugelhahn 10 angeordnet werden. Es ist ein Verbindungskabel 20 vom Betätigungsschalter 14 bis zum Vibrationsmotor 10 angeordnet.
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Kurz bevor der Bediener den Kugelhahn 100 betätigt, drückt er den Betätigungsknopf 18 des Betätigungsschalters 14. Durch das Betätigen des Betätigungsschalters 14 wird der Vibrationsmotor 10 gestartet. Dieser Vibrationsmotor 10 setzt über die Schaltwelle 12 eine Verschlusseinrichtung 22, in diesem Ausführungsbeispiel eine Kugel 22, unter Vibration. Die Kugel 22 dient als Verschlusselement. Die Schaltwelle 12 ist insbesondere eine Spindel und/oder ein Schließorgan.
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Während die Schaltwelle 12 und die Kugel 22 vibrieren, lässt sich der Kugelhahn 100 leicht betätigen. Ist der Betätigungsvorgang abgeschlossen, lässt der Bediener den Betätigungsknopf 18 wieder los. Die Vibration hört auf.
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Um eine stärkere Vibration auf die Kugel 22 zu erzielen, kann auch auf dem der Schaltwelle 12 gegenüberliegenden Lagerzapfen 24 ein weiterer Vibrationsmotor angebracht werden. Es ist auch möglich, die Vibration nur auf den Lagerzapfen 24 anzulegen.
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Der Vibrationsmotor 10 kann elektrisch, hydraulisch, pneumatisch o.dgl. angetrieben werden.
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2 zeigt einen Kugelhahn 100, bei den die Vibration durch einen Vibrationsmotor 10 als Vibrationserzeuger direkt am Verschlusselement, nämlich der Kugel 22, angeordnet ist.
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3 stellt die Kugel 22' dar. Es sind die Schnittrichtungen A - A sowie B - B für die beiden Darstellungen in 4 und 5 aufgezeigt. Innerhalb der Kugel 22' als Verschlusselement läuft eine kleine Kugel entlang eines ringförmigen Kanals und erzeugt somit aufgrund der Unwucht eine richtungsorientierte Vibration.
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4 zeigt einen ersten Anschluss 26 für das Antriebsfluid sowie einen zweiten Anschluss 28 für das Antriebsfluid.
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5 stellt den Lauf des Antriebsfluids zur Bewegung einer kleinen Kugel 30 innerhalb der Kugel 22'. Die Kugel 22' weist einen Ringkanal 32 auf, der in Drehrichtung der Kugel 22' angeordnet ist und in den eine kleine Kugel 30 eingeführt wurde. Wird über den in 4 dargestellten ersten Anschluss 26 ein Antriebsfluid eingeblasen, so ergibt sich eine Strömung, die sich in dieser Darstellung der 5 im Uhrzeigersinn, dargestellt durch den Pfeil, bewegt. Das Antriebsfluid wird über den zweiten Anschluss 28 aus 4 wieder in eine Pumpe bzw. einen Kompressor zurückgeführt, so dass ein ständiger Kreislauf des Antriebsmediums gegeben ist. Die kleine Kugel 30 wird durch die Ringströmung entlang des Ringkanals 32 bewegt und setzt somit die große Kugel 22' unter Vibration.
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Dadurch, dass sich die kleine Kugel 32 im Uhrzeigersinn bewegt, bewegt sich die große Kugel 22' ebenfalls im Uhrzeigersinn. Durch ein Einblasen des Antriebsfluids über den zweiten Anschluss 28 wird eine Strömung in die andere Richtung, also entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt, weshalb sich dann auch die große Kugel 22' in die andere Richtung dreht. Die Pumpe für das Antriebsmediums, z.B. eines Schlauches, wird an die große Kugel 22' angeschlossen, so dass die Bewegung der großen Kugel 22' nicht durch diese Anschlüsse verhindert wird. Eine plane Abdichtung der Zu- und Abfuhr des Antriebsmediums wäre ebenfalls denkbar, wobei hier ein Bauteil eine Nut als 90° Kreisbogen aufweisen sollte und die andere Seite nur eine Bohrung.
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Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass keine Schaltwelle durch die Gehäusewandung der Armatur bzw. des Kugelhahns 100 nach außen notwendig ist. Ein bewegtes Betätigungsorgan durch die Gehäusewandung hindurch muss abgedichtet werden und unterliegt dem Verschleiß. Die beiden Leitungen für das Antriebsmedium (Zu- und Ablauf) können einfach abgedichtet oder fest an das Gehäuse angeschweißt werden. Damit hat dieses Ausführungsbeispiel keine Dichtelemente an der Schaltwelle 12, die eine Leckage verursachen könnten.
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6 stellt eine Armatur 101 in der Ausbildung als ein Nadelventil 101 mit einem Vibrationsmotor 10 dar. Der Vibrationsmotor 10 wird angebracht, um das Betätigungsmoment zu reduzieren. Der Vibrationsmotor 10 kann beispielsweise an eine Handhabungsvorrichtung 34, die als Handrad 34 ausgebildet ist, angeordnet werden. Die Reibung an einer Dichtung 40 und an einem Spindelgewinde 38 soll reduziert werden.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vibrationsmotor
- 12
- Schaltwelle
- 14
- Betätigungsschalter
- 16
- Handhabungsvorrichtung Hebelgriff
- 18
- Betätigungsknopf
- 20
- Verbindungskabel
- 22
- Verschlusseinrichtung (Kugel)
- 22'
- Verschlusseinrichtung (große Kugel)
- 24
- Lagerzapfen
- 26
- erster Anschluss
- 28
- zweiter Anschluss
- 30
- kleine Kugel
- 32
- Ringkanal
- 34
- Handhabungsvorrichtung Handrad
- 36
- Spindel
- 38
- Spindelgewinde
- 40
- Dichtung
- 42
- Verschlusseinrichtung (Ventilkegel)
- 44
- Ventilsitz
- 100
- Armatur (Kugelhahn)
- 101
- Armatur (Nadelventil)
- A - A
- Schnittrichtung
- B - B
- Schnittrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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