DE102023127639A1

DE102023127639A1 - Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung

Info

Publication number: DE102023127639A1
Application number: DE102023127639.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Buheitel; Christian Saunus
Original assignee: Gealan Formteile GmbH
Current assignee: Gealan Formteile GmbH
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2023-10-10
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung aufweisend: ein Sperrventil (100), eine Fluidsystemkomponente (200) und ein fluidführendes Gehäuse (300), wobei das fluidführende Gehäuse dazu eingerichtet ist das Sperrventil (100) und die Fluidsystemkomponente (200) aufzunehmen, und wobei die Fluidsystemkomponente (200) demontierbar mit dem Gehäuse (300) verbunden ist, und wobei das Sperrventil (100) ein Steuerelement (110), ein Führungselement (130), ein Dichtelement (140) und ein Federelement (150) aufweist, wobei das Führungselement (130) im Gehäuse (300) mindestens in axialer Richtung fixiert ist und das Steuerelement (110) relativ zum Führungselement (130) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist, wobei bei demontierter Fluidsystemkomponente (200) eine Federkraft (FF) des Federelements (150) das Steuerelement (110) in der geschlossenen Stellung hält und das Dichtelement (140) gegen einen Dichtsitz (135) presst, wodurch ein Fluidstrom durch das Sperrventil (100) unterbunden wird, und dass bei montierter Fluidsystemkomponente (200) das Steuerelement (110) gegen die Federkraft (FF) des Federelements (150) aus der geschlossenen Stellung verschoben wird, wodurch ein Fluidstrom durch das Sperrventil (100) freigegeben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Absperren von Fluidverbindungen zu einer Fluidsystemkomponente.
Vorrichtungen zum Absperren einer Fluidverbindung sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, beispielsweise in Form von manuell betätigten Absperrhähnen oder Rückschlagventilen. Eine weit verbreitete Form einer Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung sind Kugelhähne, wie sie beispielsweise in Heizungsanlagen eingesetzt werden. Für den Installateur ist es besonders hilfreich vor einer Fluidsystemkomponente, welche beispielsweise ein Entlüftungsventil oder ein Drucksensor sein kann, einen Absperrhahn zu installieren. Dadurch kann vor dem Austausch der Fluidsystemkomponente das Fluid abgesperrt werden und ein ungewollter Austritt des Fluids aus der Anlage vermieden werden. Nach der Wartung oder dem Ersetzen der Fluidsystemkomponente erfolgt der Wiederholverbau der Fluidsystemkomponente und der Installateur öffnet im Anschluss den Absperrhahn erneut, um die Funktion der Fluidsystemkomponente zu gewährleisten. Hierbei besteht die Gefahr, dass das erneute Öffnen des Absperrhahns vergessen wird und die Funktion der Fluidsystemkomponente unbemerkt wirkungslos bleibt. Insbesondere durch den Fachkräftemangel besteht ein erhöhtes Risiko, dass aufgrund von Zeitdruck des Fachhandwerkers oder durch die Bearbeitung eines nicht fachmännisch ausgebildeten Heimwerkers das erneute Öffnen des Absperrhahns nach dem Wiederhol Verbau vergessen wird. Insbesondere in Heizungsanlagen besteht die Fluidsystemkomponente beispielsweise aus der Gruppe von Temperatursensoren, Sicherheitstemperaturbegrenzern, Drucksensoren, Manometern, Entlüftungsventilen, Überdruckventilen, Ausdehnungsgefäßen oder ähnlichen Komponenten. Wird das erneute Öffnen des Absperrhahns in der Einbausituation, in der die Fluidsystemkomponente ein Überdruckventil ist, vergessen, besteht ein hohes Sicherheitsrisiko für die Anlage, da im Fall einer kritischen Erhöhung des Innendrucks in der Anlage, aus welchem Grund auch immer, die Funktion des Überdruckventils bei abgesperrter Fluidverbindung nicht ausgeführt werden kann.
Weiterhin sind Anwendungen denkbar, in denen die Fluidsystemkomponente im direkten Durchfluss der Anlage integriert ist, wobei die Fluidsystemkomponente beispielsweise aus der Gruppe von Umwälzpumpen, Volumenstromsensoren, Mehrwegeventilen oder anderen Komponenten bestehen kann.
Auch in anderen Bereichen der Technik besteht das Problem, dass Fluidsystemkomponenten regelmäßig getauscht werden müssen. Bei Einbausituationen ohne Absperrhahn vor der Fluidsystemkomponente führt der bei Demontage der Fluidsystemkomponente entstehende Austritt des Fluids zu einem erhöhten Aufwand für den Installateur. In speziellen Fällen besteht ein Sicherheitsrisiko für den Installateur, insbesondere durch Verbrühungsgefahr bei der Wartung von nicht abgekühlten Anlagen, beispielsweise Heizungsanlagen oder der Kühlkreislauf von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Beim Einsatz von chemisch aggressiven Medien besteht zusätzlich die Gefahr von Verätzungen durch den ungewollten Austritt des Fluids.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung zur Verfügung zu stellen, welche die bekannten Probleme des Standes der Technik überwindet und insbesondere einen ungewollten Fluidaustritt bei der Demontage von Anbauteilen, wie beispielsweise Fluidsystemkomponenten, verhindert. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung zur Verfügung zu stellen, die eine dauerhafte Funktion einer Fluidsystemkomponente auch nach einem Wiederhol Verbau der Fluidsystemkomponente, unabhängig von der Qualifikation des Installateurs, sicherstellt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Danach weist eine Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung ein Sperrventil, eine Fluidsystemkomponente und ein fluidführendes Gehäuse auf, wobei das fluidführende Gehäuse dazu eingerichtet ist das Sperrventil und die Fluidsystemkomponente aufzunehmen. Das Sperrventil weist ein Steuerelement, ein Führungselement, ein Dichtelement und ein Federelement auf, wobei das Steuerelement im Führungselement gelagert ist. Das Steuerelement lässt sich zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung bewegen, wobei sich das Steuerelement bei montierter Fluidsystemkomponente in der offenen Stellung und bei demontierter Fluidsystemkomponente in der geschlossenen Stellung befindet. Während der Montage der Fluidsystemkomponente arbeitet die auf die Fluidsystemkomponente ausgeübte Montagekraft gegen die Federkraft des Federelements und verursacht dadurch eine Verschiebung des Steuerelements in die offene Stellung, was zu einem offenen Zustand des Sperrventils führt. Durch die Fixierung der Fluidsystemkomponente im fluidführenden Gehäuse bleibt das Sperrventil im offenen Zustand, solange sich die Fluidsystemkomponente im montierten Zustand befindet. In der offenen Stellung des Steuerelements, beziehungsweise dem offenen Zustand des Sperrventils, besteht eine Fluidverbindung vom Sperrventil zur Fluidsystemkomponente, wodurch der Fluidkontakt zur Fluidsystemkomponente sichergestellt ist. Im offenen Zustand des Sperrventils entsteht die Fluidverbindung zur Fluidsystemkomponente durch einen Freiraum zwischen dem Dichtelement und einem Dichtsitz am Führungselement, weiterhin wird die Fluidverbindung zur Fluidsystemkomponente durch Öffnungen im Steuerelement und im Führungselement ermöglicht. Durch die Demontage der Fluidsystemkomponente wird das Federelement entspannt und verschiebt dadurch das Steuerelement in die geschlossene Stellung, wobei durch die Federkraft des Federelements das Dichtelement gegen einen Dichtsitz gepresst wird, um einen Fluidstrom durch das Sperrventil zu unterbinden und somit ein geschlossener Zustand des Sperrventils erreicht wird.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der offene beziehungsweise geschlossene Zustand des Sperrventils durch die Montage beziehungsweise Demontage der Fluidsystemkomponente selbsttätig erreicht wird und somit keine zusätzliche Betätigung eines Ventils durch den Installateur notwendig ist. Dadurch wird ein ungewollter Fluidaustritt aus dem fluidführenden Gehäuse durch die Demontage der Fluidsystemkomponente vermieden und weiterhin wird sichergestellt, dass nach der Montage der Fluidsystemkomponente eine Fluidverbindung zur Fluidsystemkomponente besteht. Wird beispielsweise für die Fluidsystemkomponente ein Temperatursensor eingesetzt ist somit sichergestellt, dass die Temperatur des Fluids auch am Temperatursensor anliegt. Wird in einem weiteren Anwendungsfall für die Fluidsystemkomponente beispielsweise ein Drucksensor eingesetzt, ist somit sichergestellt, dass das Druckniveau des Fluids auch am Drucksensor anliegt.
Insbesondere bei einer sicherheitsrelevanten Funktion der Fluidsystemkomponente, beispielsweise bei einem Überdruckventil oder Sicherheitstemperaturbegrenzer, ist die Fluidverbindung zwischen fluidführendem Gehäuse und der Fluidsystemkomponente von höchster Wichtigkeit um Schäden an der Anlage und/ oder Verletzungsgefahr von Personen zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das Sperrventil auf sehr geringem Bauraum in das fluidführende Gehäuse integriert werden kann. Ein im Stand der Technik notwendiger Bauraum um einen Absperrhahn herum, um dem Installateur die Zugänglichkeit zu dem manuell zu betätigenden Absperrhahn zu ermöglichen, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung nicht notwendig. Somit wird mittels der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass der Bauraum in unmittelbarer Nähe um das Sperrventil für weitere Funktionen der Anlage genutzt werden kann und somit eine kompaktere Bauform der gesamten Anlage ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung ist dazu geeignet eine Fluidsystemkomponente einzusetzen, welche in einer Sackgassenposition in einer Anlage integriert ist, beispielsweise ein Temperatursensor oder Drucksensor.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung dazu geeignet eine Fluidsystemkomponente einzusetzen, welche im Durchfluss einer Anlage integriert ist, beispielsweise eine Umwälzpumpe oder ein Volumenstromsensor. Somit durchströmt das Fluid in der Anlage das Sperrventil und die Fluidsystemkomponente. Insbesondere in einer derartigen Anwendung wird bevorzugt eine Ausführungsform der Erfindung eingesetzt, in der das Steuerelement, das Führungselement und/ oder das fluidführende Gehäuse strömungsoptimiert ausgeführt sind.
Eine weitere Anwendung, in der eine Strömungsoptimierung des Steuerelements und des Führungselements bevorzugt eingesetzt wird, ist der Einsatz eines Entlüftungsventils als Fluidsystemkomponente. In dieser Anwendung steigen gegebenenfalls im Fluid enthaltene Luftblasen in Einbaulage nach oben in Richtung der Fluidsystemkomponente, wobei die geometrische Gestaltung insbesondere des Steuerelements, des Führungselements und des fluidführenden Gehäuses so gewählt wird, dass ein durchgehendes Aufsteigen der Luftblasen bis zur Fluidsystemkomponente, beziehungsweise dem Entlüftungsventil, ermöglicht wird und die Luftblasen über das Entlüftungsventil entweichen können.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist das Dichtelement in seinem Querschnitt als C-Profil ausgeführt und wird im geschlossenen Zustand des Sperrventils im Wesentlichen in axialer Richtung gegen den Dichtsitz gepresst. Durch den C-Querschnitt des Dichtelements ist im Vergleich zu herkömmlichen Dichtungen, wie beispielsweise einem O-Ring, eine geringere Federkraft des Federelements ausreichend, um eine abdichtende Wirkung zum Absperren der Fluidverbindung zu erreichen. Dadurch kann das Federelement mit einer geringeren Federvorspannkraft im Sperrventil verbaut werden. Aufgrund der geringeren Federkraft wird auch die Montagekraft der Fluidsystemkomponente reduziert, mit welcher das Steuerelement während der Montage der Fluidsystemkomponente in die offene Stellung verschoben wird, was zu einem vereinfachten Montageprozess der Fluidsystemkomponente führt.
Um die notwendige Federkraft zum Absperren der Fluidverbindung im geschlossenen Zustand des Sperrventils zu reduzieren, wird in einer speziellen Ausführungsform das Dichtelement zumindest teilweise in radialer Richtung gegen den Dichtsitz gepresst. Durch einen konisch ausgeführten Dichtsitz entstehen durch die Federkraft des Federelements höhere Verpressungskräfte auf das Dichtelement im Vergleich zu einem Dichtsitz, auf dem das Dichtelement in vollständig axialer Richtung gepresst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Steuerelement und Dichtelement einstückig miteinander verbunden. Eine derartige Ausführungsform eignet sich besonders für die Herstellung aus Kunststoff mittels Spritzgussverfahren. Hierbei werden Dichtelement und Steuerelement aus unterschiedlichen Kunststoffarten im Mehrkomponentenspritzgussverfahren hergestellt, wobei das Steuerelement in einem Hartkomponentenmaterial und das Dichtelement in einem Weichkomponentenmaterial ausgeführt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Materialkombination so gewählt, dass sich das Material des Steuerelements mit dem Material des Dichtelements stoffschlüssig miteinander verbindet, um eine Verliersicherung des Dichtelements sicherzustellen. Ergänzend zu dieser Ausführungsform sei erwähnt, dass auch Ausführungen mit einer einstückigen Kombination aus Dichtelement und Führungselement denkbar sind.
In Ausführungsformen in denen Steuerelement und Dichtelement nicht einstückig verbunden sind, kann eine Verliersicherung des Dichtelements auf dem Steuerelement durch eine kraftschlüssige und/ oder formschlüssige Verbindung erreicht werden.
Bevorzugt wird die Federkraft, welche das Dichtelement im geschlossenen Zustand des Sperrventils gegen den Dichtsitz presst, durch wenigstens ein Federelement aufgebaut, wobei das Federelement aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Druck-, Zug-, oder Torsionsfederelemente, insbesondere Elastomere, elastische Bänder, elastische Kissen, Spiralfedern, Blattfedern, Tellerfedern, elastische Hebelarme, sämtlich aus Kunststoff oder Metall bestehend, Luftfederelemente sowie Kombinationen hieraus enthält. Die Auswahl der Art des Federelements ist spezifisch für den jeweiligen Anwendungsfall.
In einer besonderen Ausführungsform ist das Federelement einstückig mit dem Führungselement und/ oder dem Steuerelement verbunden, wobei das Federelement und das Führungselement aus unterschiedlichen Materialien ausgeführt sind. Für derartige Ausführungsformen kommt besonders die Metalleinlegetechnik im Kunststoffspritzgussverfahren zum Einsatz, wobei das Federelement aus Metall gefertigt ist und das Führungselement aus Kunststoff gefertigt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Federelement, das Führungselement und/ oder das Steuerelement einstückig miteinander verbunden, wobei das Federelement, das Führungselement und/ oder das Steuerelement aus dem identischen Material in einem einstufigen Herstellprozess gefertigt sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung.
In einer speziellen Ausführungsform ist das Steuerelement gelenkig im Führungselement des Sperrventils gelagert. In dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Steuerelement als Klappe ausgeführt, welche durch die Montagekraft der Fluidsystemkomponente in die offene Stellung gedreht wird. Das Federelement wird in dieser Ausführungsform bevorzugt als Torsionsfederelement ausgeführt. Es sei jedoch erwähnt, dass derartige Ausführungen mit einem Druck- oder Zugfederelement denkbar sind. Vorteilhaft an der Ausführungsform eines gelenkig gelagerten Steuerelements ist eine direktere Fluidverbindung zur Fluidsystemkomponente im Vergleich zu Ausführungsformen mit einem translatorisch geführtem Steuerelement. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass eine gelenkige Lagerung aufgrund von Schmutzpartikeln im Fluid weniger zum Blockieren neigt als dies bei einer translatorischen Lagerung der Fall ist.
In einer weiteren Ausführung kann das Gehäuse zumindest teilweise transparent ausgeführt sein. Hierdurch ist von außen erkennbar, ob sich das Steuerelement in der offenen oder geschlossenen Stellung befindet. Um die visuelle Prüfung für den Installateur zu vereinfachen können entsprechende Markierungen am Gehäuse und/ oder Steuerelement angebracht sein. Somit kann der Installateur prüfen, ob sich das Sperrventil nach Montage der Fluidsystemkomponente im offenen Zustand befindet.
Detaillierte Beschreibung
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren. Es zeigt:

1a schematische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform
1b schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
1c schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform im geschlossenen Zustand des Sperrventils und demontierter Fluidsystemkomponente
2 schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
3 schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
4 schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
5a schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
5b schematische Schnittansicht einer fünften Ausführungsform im geschlossenen Zustand des Sperrventils und demontierter Fluidsystemkomponente
6 schematische Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
7a schematische Schnittansicht einer siebten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils und montierter Fluidsystemkomponente
7b schematische Explosionsansicht einer siebten Ausführungsform
8 schematische Schnittansicht einer neunten Ausführungsform in einer Zwischenstellung zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand des Sperrventils inklusive Fluidsystemkomponente

Die nachfolgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und dient insbesondere der Erläuterung der wesentlichen Merkmale der Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele. Im Rahmen der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele sind gleiche Komponenten oder Komponenten mit entsprechenden Funktionen durch jeweils gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei 1a eine schematische Explosionsansicht, 1b eine schematische Schnittansicht im offenen Zustand des Sperrventils und 1c eine schematische Schnittansicht im geschlossenen Zustand des Sperrventils der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt. 1a dient ergänzend zu den folgenden Schnittansichten dem besseren Verständnis anhand der dreidimensionalen Explosionsansicht. In 1b ist erkennbar, dass das Führungselement (130) im fluidführenden Gehäuse (300) über ein Verbindungselement (190) in axialer Richtung fixiert ist. Das Steuerelement (110) ist im Führungselement (130) entlang der translatorischen Achse (A) axial verschiebbar in der Lagerstelle (137) gelagert. Im offenen Zustand des Sperrventils (100) ergibt sich ein Freiraum zwischen dem Dichtelement (140) und dem Dichtsitz (135) um eine Fluidverbindung zur Fluidsystemkomponente (200) zu ermöglichen, wobei das Fluid (F) durch die Öffnungen (131; 132) im Führungselement (130) und durch die Öffnungen (111; 112) im Steuerelement (110) zur Fluidsystemkomponente (200) strömt. Das Federelement ist dabei zwischen der Kontaktfläche (133) am Führungselement (130) und der Kontaktfläche (115) am Steuerelement (110) gelagert. Das Federelement (150) ist derart auszulegen, dass im geschlossenen Zustand des Sperrventils (100) eine ausreichend hohe Federvorspannung erreicht wird, um mit der daraus resultierenden Federkraft (F_F) die Abdichtung der Fluidverbindung am Dichtsitz (135) zu ermöglichen. Gleichzeitig ist die Federsteifigkeit des Federelements (150) so gering zu wählen, dass die Montagekraft der Fluidsystemkomponente (200), welche gegen die Federkraft (F_F) arbeitet, die anwendungsspezifische Vorgabe nicht übersteigt. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Federsteifigkeit des Federelements (150) so gewählt, dass die resultierende Federkraft (F_F) im offenen Zustand des Sperrventils (100) mit Handkraft zu überwinden ist. Für die Befestigung der Fluidsystemkomponente (200) im fluidführenden Gehäuse (300) ist eine lösbare Verbindung zu wählen, mittels Formschluss und/ oder Kraftschluss.
Zudem ist in 1 zu erkennen, dass das Steuerelement (110) zweiteilig aus dem Steuerelement Unterteil (113) und dem Steuerelement Oberteil (114) ausgeführt ist, um den Zusammenbau des Sperrventils aus einzeln gefertigten Komponenten zu ermöglichen. Schließlich sei erwähnt, dass in weiteren Ausführungsformen der Erfindung einteilige Steuerelemente (110) zum Einsatz kommen können. Dies ist beispielsweise durch additive Fertigung des Sperrventils (100) möglich, wobei die gesamte Baugruppe im zusammengebauten Zustand des Sperrventils (100) in einer additiven Fertigung, beispielsweise mittels 3D-Druck, hergestellt wird und der Montageaufwand des Zusammenbaus des Sperrventils (100) entfällt. Eine weitere Möglichkeit der einteiligen Ausführung des Steuerelements (110) ist die Ausführung des zumindest unteren Steuerelements (113) als Weichkomponente, welche durch die Lagerstelle (137) gedrückt wird. Mittels Thermoformen besteht zudem in einer Ausführung aus Kunststoff eine weitere Möglichkeit zur einteiligen Ausführung des Steuerelements. Hierbei findet zunächst der Zusammenbau des Sperrventils (100) statt, wobei die Pilzkopfgeometrie des unteren Steuerelements (113) erst durch den Prozess des Thermoformens gebildet wird.
1c zeigt den geschlossenen Zustand des Sperrventils (100), wobei erkennbar ist, dass das Dichtelement (140) gegen den Dichtsitz (135) gepresst wird. Das Dichtelement (140) liegt außerhalb der Öffnungen (131; 132) und verhindert so den Fluidstrom durch die Öffnungen (131; 132). Weiterhin ist in 1c zu erkennen, dass das Fluid (F) im geschlossenen Zustand des Sperrventils (100) nur innerhalb des Führungselements (130) bis zum Dichtsitz (135) anliegt.
2 zeigt schematisch den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung im offenen Zustand des Sperrventils, wobei in dieser Ausführungsform der Erfindung eine erste Leitfläche (116) des Steuerelements (110), eine zweite Leitfläche (117) des Steuerelements (110), eine Leitfläche (136) des Führungselements (130) und eine Leitfläche (301) des fluidführenden Gehäuses (300) in der Strömungsrichtung vom Sperrventil (100) in Richtung zur Fluidsystemkomponente (200) strömungsoptimiert sind. Dies wird insbesondere durch Rundungen an den Leitflächen (116; 117; 136; 301) erreicht, wobei die Rundungen keine konstanten Radien aufweisen müssen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Leitflächen (116; 117; 136; 301) jeweils einen krümmungsstetigen Verlauf auf, um Verwirbelungen in der Strömung des Fluids (F) zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren. Die Leitfläche (301) des fluidführenden Gehäuses (300) leitet die Strömung des Fluids F in das Sperrventil (100), die erste Leitfläche (116) des Steuerelements (110) leitet die Strömung zunächst um das Dichtelement (140), die Leitfläche (136) des Führungselements (130) leitet die Strömung in Richtung der Öffnungen (131; 132) und die zweite Leitfläche (117) des Steuerelements (110) leitet die Strömung in Richtung der Öffnungen (111; 112), wobei die Öffnungen (111; 112) schließlich den Fluidstrom zur Fluidsystemkomponente (200) ermöglichen. Insbesondere für die beschriebene Ausführungsform gemäß 2 ist es sinnvoll die Anzahl und/ oder Größe der Öffnungen (111; 112; 131; 132) zu maximieren.
Diese strömungsoptimierte Ausführungsform ist insbesondere für Anwendungen bevorzugt, bei welchen die Fluidsystemkomponente (200) vollständig durchströmt wird, beispielsweise wenn die Fluidsystemkomponente (200) eine Umwälzpumpe oder ein Volumenstromsensor ist. Für derartige Anwendungsfälle sei angemerkt, dass es sinnvoll ist, zwei Sperrventile (100) in der Anlage zu verbauen, wobei das erste Sperrventil (100) vor der Fluidsystemkomponente (200) und das zweite Sperrventil (100) hinter der Fluidsystemkomponente (200) verbaut wird. Dadurch wird bei der Demontage der Fluidsystemkomponente (200) an beiden Rohrenden der Anlage, also die Schnittstelle am vorderen Ende und am hinteren Ende der Fluidsystemkomponente (200), ein ungewollter Fluidaustritt verhindert und der Montageaufwand für den Installateur reduziert.
Die strömungsoptimierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin für Anwendungen geeignet in denen die Fluidsystemkomponente (200) beispielsweise als Entlüftungsventil ausgeführt ist. In dieser Anwendung ist es besonders wichtig, dass in der Anlage gegebenenfalls auftretende Luftblasen durch das Sperrventil (100) hindurch bis zur Fluidsystemkomponente (200), respektive dem Entlüftungsventil, aufsteigen können und somit die Luftblasen über das Entlüftungsventil aus der Anlage entweichen können.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform im offenen Zustand des Sperrventils inklusive montierter Fluidsystemkomponente (200). Die in 3 gezeigte Vorrichtung ist der ersten Ausführungsform gemäß 1 grundsätzlich ähnlich, jedoch ist der Querschnitt des Dichtelements (140) als C-Profil ausgeführt. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform der Erfindung ist, dass das Dichtelement (140) mit C-Profil mit einer geringeren Kraft gegen den Dichtsitz (135) gepresst werden kann um eine Abdichtung am Dichtsitz (135) zu erzielen, verglichen zu anderen Dichtelementen (140), beispielsweise einem O-Ring mit kreisrundem Querschnitt oder einer Flachdichtung mit rechteckförmigem Querschnitt.
Somit kann das Federelement (150) in dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geringerer Federkraft (F_F) ausgelegt werden, was im Allgemeinen die im Sperrventil (100) wirkenden Kräfte reduziert und eine Herstellung der Komponenten des Sperrventils (100) aus kostengünstigen Materialien, beispielsweise Kunststoff, ermöglicht.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung im offenen Zustand des Sperrventils. Diese Ausführungsform der Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung zeigt einen Dichtsitz (135) welcher konisch ausgeführt ist und dadurch das Dichtelement (140) sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung verpresst wird. Abhängig vom Konuswinkel des Dichtsitzes (135) kann das Verhältnis aus axialem und radialem Anteil der Dichtungsverpressung gesteuert werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, dass der konisch ausgeführte Dichtsitz (135) das Fluid (F) im offenen Zustand des Sperrventils (100) in Richtung der Öffnungen (131; 132) leitet. Somit ist eine bevorzugte Ausführung eine Kombination aus der vierten Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 und der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß 2, welche insbesondere strömungsoptimiert ausgeführt ist.
5 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 5a eine schematische Schnittansicht im offenen Zustand des Sperrventils und 5b eine schematische Schnittansicht im geschlossenen Zustand des Sperrventils zeigt. In 5 ist zu erkennen, dass das Federelement (150) als Tellerfeder ausgeführt ist, wodurch der Bauraum des Sperrventils in axialer Richtung besonders geringgehalten werden kann. 5a verdeutlicht, dass in dieser Ausführungsform das Federelement (150) im maximal gespannten Zustand, also im offenen Zustand des Sperrventils (100), sehr flach ausgeführt ist. Weiterhin sind durch die Ausführung des Federelements (150) als Tellerfeder geringe Verformungen in axialer Richtung ausreichend um eine hohe Federkraft (F_F) des Federelements (150) zu erzielen. Für diese Ausführungsform der Erfindung ist zu beachten, dass bei einem geringen Federweg des Federelements (150) entsprechend geringe Strömungsquerschnitte für den Fluidstrom zur Fluidsystemkomponente (200) entstehen. Insbesondere der Freiraum zwischen Dichtelement (140) und Dichtsitz (135) wird durch einen geringen Federweg des Federelements (150) reduziert. Somit ist die Ausführungsform gemäß 5 besonders für Anwendungen geeignet, für die ein geringer Bauraum in axialer Richtung wichtig ist und gleichzeitig ein geringer Volumenstrom vom Sperrventil (100) zur Fluidsystemkomponente (200) ausreichend ist. Beispielsweise ist beim Einsatz eines Drucksensors für die Fluidsystemkomponente (200) der Volumenstrom durch das geöffnete Sperrventil (100) nicht entscheidend, da in dieser Anwendung nur die Innendruckbelastung durch das Fluid F an der Fluidsystemkomponente (200) anliegen muss.
5b zeigt zum besseren Verständnis und ergänzend zu 5a die geschlossene Stellung des Sperrventils (100), woraus sich in Kombination mit 5a der Federweg des Federelements (150) erkennen lässt.
6 zeigt schematisch den Aufbau einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Sperrventil (100) im offenen Zustand dargestellt ist. Die in 6 gezeigte Vorrichtung ist der fünften Ausführungsform gemäß 5 grundsätzlich ähnlich, jedoch ist das Federelement (150) in dieser Ausführungsform mit dem Steuerelement (110) verbunden. Bevorzugt ist das Steuerelement (110) aus Kunststoff, beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt, und das Federelement (150) aus Metall gefertigt. In dieser Materialkombination ist es sinnvoll das Steuerelement (110) und das Federelement (150) mittels der Metalleinlegetechnik im Spritzgussverfahren herzustellen. Dadurch wird ein reduzierter Montageaufwand für den Zusammenbau des Sperrventils (100) ermöglicht. Schließlich sei erwähnt, dass weitere Ausführungsformen möglich sind, wobei das Federelement (150) mit dem Führungselement (130) verbunden ist.
7 zeigt den schematischen Aufbau einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 7a eine schematische Schnittansicht im offenen Zustand des Sperrventils und 7b eine schematische Explosionsansicht zeigt. In 7 ist zu erkennen, dass das Steuerelement (110) und das Federelement (150) einstückig miteinander verbunden sind, beispielsweise im Rahmen einer Ausführung aus Kunststoff und Herstellung im Spritzgussverfahren. Bei der Herstellung aus Kunststoff sind Materialien zu wählen, welche über die Produktlebensdauer eine geringe Relaxation aufweisen.
In 7b ist zu erkennen, dass das mit dem Steuerelement (110) einstückig verbundene Federelement (150) geschlitzt ausgeführt ist um die Verformbarkeit des Federelements (150) zu verbessern.
8 zeigt eine schematische Schnittansicht einer achten Ausführungsform in einer Zwischenstellung zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand des Sperrventils, wobei sich die Ausführung gemäß 8 durch ein gelenkig gelagertes Steuerelement (110) von den vorhergehenden Ausführungsformen unterscheidet. Das Federelement (150) ist als Torsionsfederelement ausgeführt, welche ein Drehmoment auf das Steuerelement (110) um die Achse R verursacht. Das Steuerelement (110) ist in dieser Ausführungsform als Klappe ausgeführt und ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform einstückig mit dem Dichtelement (140) verbunden. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht eine direkte Fluidverbindung vom Führungselement (130) zur Fluidsystemkomponente (200) im offenen Zustand des Sperrventils (100). Öffnungen im Steuerelement (110) zum Ermöglichen eines Fluidstroms sind somit nicht notwendig.
Im Rahmen der detaillierten Beschreibung der anliegenden Figuren sind durchweg Anordnungen beschrieben, in denen das Dichtelement (140) auf dem Steuerelement (110) angeordnet ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei der Ausführung der Erfindung gleichermaßen Anordnungen zum Einsatz kommen können, in denen das Dichtelement (140) am Führungselement (130) angeordnet ist.
Die in den Figuren gezeigten Federelemente (150) sind jeweils als Druckfederelement ausgeführt. Schließlich sei noch erwähnt, dass neben den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auch Ausführungen der Erfindung mit Zugfederelementen eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

100: Sperrventil
110: Steuerelement
111; 112: Öffnungen für eine Fluidverbindung
113: Steuerelement Unterteil
114: Steuerelement Oberteil
115: Kontaktfläche zum Federelement
116: erste Leitfläche des Steuerelements
117: zweite Leitfläche des Steuerelements
130: Führungselement
131; 132: Öffnungen für eine Fluidverbindung
133: Kontaktfläche zum Federelement
134: Dichtungsnut
135: Dichtsitz
136: Leitfläche des Führungselements
137: Lagerstelle des Führungselements
140: Dichtelement
150: Federelement
180: Dichtung Führungselement
190: Verbindungselement
200: Fluidsystemkomponente
210: Dichtung Fluidsystemkomponente
210: Dichtung Fluidsystemkomponente
300: fluidführendes Gehäuse
301: Leitfläche des fluidführenden Gehäuses
FF: Federkraft
F: Fluid
R: Rotationsachse
A: Translationsachse

Claims

Vorrichtung zum Absperren einer Fluidverbindung aufweisend: ein Sperrventil (100), eine Fluidsystemkomponente (200) und ein fluidführendes Gehäuse (300), wobei das fluidführende Gehäuse dazu eingerichtet ist das Sperrventil (100) und die Fluidsystemkomponente (200) aufzunehmen, und wobei die Fluidsystemkomponente (200) demontierbar mit dem Gehäuse (300) verbunden ist, und wobei das Sperrventil (100) ein Steuerelement (110), ein Führungselement (130), ein Dichtelement (140) und ein Federelement (150) aufweist, wobei das Führungselement (130) im Gehäuse (300) mindestens in axialer Richtung fixiert ist und das Steuerelement (110) relativ zum Führungselement (130) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei demontierter Fluidsystemkomponente (200) eine Federkraft (F_F) des Federelements (150) das Steuerelement (110) in der geschlossenen Stellung hält und das Dichtelement (140) gegen einen Dichtsitz (135) presst, wodurch ein Fluidstrom durch das Sperrventil (100) unterbunden wird, und dass bei montierter Fluidsystemkomponente (200) das Steuerelement (110) gegen die Federkraft (F_F) des Federelements (150) aus der geschlossenen Stellung verschoben wird, wodurch ein Fluidstrom durch das Sperrventil (100) freigegeben wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (110), das Führungselement (130) und/oder das Gehäuse (300) (200) strömungsoptimiert ausgeführt sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (140) im Wesentlichen in axialer Richtung gegen den Dichtsitz (135) gepresst wird und wobei der Querschnitt des Dichtelements (140) als C-Profil ausgeführt ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (140) in zumindest teilweise radialer Richtung gegen den Dichtsitz (135) gepresst wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (140), Steuerelement (110) und/ oder Führungselement (130) einstückig miteinander verbunden sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (150) mit dem Steuerelement (110) und/oder dem Führungselement (130) fest verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (150), Steuerelement (110) und/oder Führungselement (130) einstückig miteinander verbunden sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (110) im Führungselement (130) um eine Rotationsachse (R) gelenkig gelagert ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (300) zur visuellen Kontrolle der Position des Steuerelements (110) zumindest in Teilbereichen transparent ist.