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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Gasströmungswächter zum
automatischen Absperren von Gasleitungen beim Auftreten einer unzulässigen Durchflusserhöhung.
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Gasströmungswächter, die
in Rohrleitungen, wie zum Beispiel vor Gasarmaturen, Gasgeräten, bei Hauseinführungen
usw., eingesetzt werden, gibt es in einer Vielzahl von Ausführungen.
Sie dienen dazu, bei einer Erhöhung
des Gasflusses über
einen vorgegebenen Wert, wie es bei Havarien der Fall ist, die Gasleitung
zu verschließen
und damit die Gaszufuhr zu unterbrechen.
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So
ist in der WO 92/01184 A1 ein als Sicherheitsschließvorrichtung
bezeichneter Gasströmungswächter der
eingangs genannten Art beschrieben. Wie aus der 1 ersichtlich ist, besteht das Gehäuse aus
einem Rohrstück,
das an beiden Enden mit einem Gewinde versehen ist. Mit Hilfe dieses
Gewindes wird der Gasströmungswächter während des Verlegens
der Gasleitung an der vorgesehenen Stelle zwischengeschraubt.
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Bei
dieser Lösung
ist es von Nachteil, dass ein nachträglicher Einbau in eine bereits
verlegte Gasleitung nicht mehr möglich
ist.
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Ein
weiterer Gasströmungswächter ist
aus der
DE 298 18
904 U1 bekannt. Bei diesem Gasströmungswächter ist das Gehäuse so ausgeführt, dass es
in eine Rohrleitung eingeführt
werden kann. Mittels eines auf dem rohrförmigen Gehäuse in einer umlaufenden Nut
angeordneten O-Ringes wird die innere Gasdichtheit, die bei geschlossenem
Gasströmungswächter erforderlich
ist, gewährleistet.
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Diese
Ausführung
weist den Nachteil auf, dass eine genaue Lagefixierung innerhalb
der Gasleitung nicht möglich
ist. Insbesondere in der Geschlossenstellung kann es auf Grund des
herrschenden Gasdruckes und der dadurch entstehenden Kraft zu einer
Lageverschiebung des Gasströmungswächters innerhalb
der Gasleitung kommen. Desweiteren werden an den Innendurchmesser
der Gasleitung sehr enge Toleranzforderungen gestellt, um die Gasdichtheit
zwischen dem Gehäuse
und der Gasleitung zu erreichen. Das führt dazu, dass üblicherweise
der Einbau direkt an einem Rohrende nach einer erfolgten zusätzlichen
Bearbeitung des Rohrinnendurchmessers im Einbaubereich erfolgt.
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Eine ähnliche
Ausführung
eines Gasströmungswächters ist
in der
DE 100 43 811
A1 beschrieben. Bei dieser Ausführung, die zur Abdichtung ebenfalls
einen O-Ring besitzt, ist ein Teil des äußeren Durchmessers des Gehäuses maßlich so
festgelegt, dass er mit dem Innendurchmesser der Gasleitung eine
Pressverbindung ergibt.
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Damit
ist es zwar möglich
die Lage des Gasströmungswächters in
der Gasleitung zu fixieren, aber die weiter oben genannten Nachteile,
d.h. hohe Toleranzforderungen und damit eine zusätzliche Bearbeitung des Rohrinnendurchmessers
im Einbaubereich bestehen auch hier.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Gasleitung mit einem
Gasströmungswächter der genannten
Art auszurüsten,
wobei der Gasströmungswächter in
der Gasleitung an einer für
die Sicherheitsfunktion optimalen Stelle platziert und dort lagefixiert
werden soll. Weiterhin soll die innere Abdichtung zwischen dem Gasströmungswächter und dem
Rohrinnendurchmesser der Gasleitung trotz aller vorhandenen fertigungstechnischen
Toleranzen einschließlich
der durch die Verlegung bedingten auftretenden Verformungen gewährleistet
sein.
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Erfindungsgemäß wird das
Problem dadurch gelöst,
dass das Gehäuse
des Gasströmungswächters in
einem in die Gasleitung einführbaren
rohrförmigen
Schubstück
befestigt ist, das auf seinem äußeren Umfang
einen einseitigen abgesetzten Bereich aufweist, der teilweise mit
einem Gewinde versehen ist. An seinem Ende besitzt der abgesetzte
Bereich eine Aufnahmekontur für
ein Anschlusselement zum Einleiten einer Drehbewegung mittels eines
an sich bekannten Antriebselementes. Auf dem abgesetzten Bereich
ist ein aus einem dehnfähigem
Material bestehender rohrförmiger
Dehnring angeordnet. Mittels des Gewindes ist das Schubstück mit einem
Klemmring verschraubbar. Der Klemmring weist auf seiner dem Dehnring
abgewandten Seite ein oder mehrere in radialer Richtung federelastische
Elemente auf, deren Außendurchmesser
geringfügig
größer als
der Innendurchmesser der Gasleitung ist. Die federelastischen Elemente
verhindern einerseits ein Verdrehen des Klemmringes, lassen jedoch
andererseits eine Längsbewegung
des Klemmringes in zumindest einer Richtung, der Einführungsrichtung
des Gasströmungswächters in
die Gasleitung, zu. Durch die Verschraubung des Schubstückes mit
dem Klemmring ist der einerseits an einer den abgesetzten Bereich
begrenzenden Schulter und andererseits am Klemmring anliegende Dehnring
unter Auftreten einer Durchmesservergrößerung verformbar.
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Damit
wurde eine Lösung
gefunden, mit der die bisherigen Nachteile des Standes der Technik
beseitigt wurden. So muss sich der Einbauort des Gasströmungswächters nicht
mehr direkt an einem Rohrende befinden und der Einbau ist auch nachträglich möglich. Desweiteren
ist keine Bearbeitung des Innendurchmessers der Gasleitung erforderlich.
Trotzdem erfolgt eine Lagefixierung am Einbauort.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den anderen
Patentansprüchen hervor.
Der Aufbau des Gasströmungswächters kann beispielsweise
vereinfacht werden, indem das Gehäuse und das Schubstück einstückig ausgeführt sind.
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Desweiteren
kann die Einschraubtiefe des Schubstückes in den Klemmring begrenzt
sein, um die mögliche
Aufweitung des Dehnringes zu begrenzen.
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Um
die Fertigung zu optimieren können
die federelastischen Elemente durch Stege gebildet werden, die dadurch
entstehen, dass der Klemmring auf seiner dem Dehnring abgewandten
Seite mehrfach radial geschlitzt ist. Um den gewünschten Außendurchmesser zu erhalten,
sind die Stege trichterförmig
aufgebogen. Zusätzlich
können
ein oder mehrere Stege entgegen der Aufschraubrichtung des Klemmringes
auf das Schubstück
tangential aufgebogen sein, damit die Verdrehsicherheit des Klemmringes
erhöht
wird.
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Damit
die Sicherheit der Abdichtung zur Innenwand der Gasleitung erhöht wird,
kann der Dehnring eine umlaufende äußere Nut aufweisen, in der ein
elastisches Dichtelement angeordnet ist. Weiterhin kann die Schulter
des Schubstückes
oder das ihr zugewandte stirnseitige Ende des Dehnringes mit einer
Schneidkante versehen sein. Oder aber statt einer Schneidkante weist
die Schulter des Schubstückes
eine umlaufende stirnseitige Nut auf, in der ein elastisches Dichtelement
gelagert ist, wobei der Dehnring mit seinem stirnseitigen Ende an
diesem elastischen Dichtelement anliegt.
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Desweiteren
erweist es sich als besonders günstig,
wenn zur Erhöhung
der Haltekraft zwischen dem Dehnring und der inneren Wandung der
Gasleitung der Dehnring eine umlaufende äußere Nut besitzt, in der ein
geschlitzter metallischen Pressring angeordnet ist.
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Zur
Erzielung einer gleichmäßigen Aufweitung
des Dehnringes erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der
Dehnring auf seiner dem Klemmring zugewandten Seite eine Einführungskontur
für den
Klemmring aufweist, und sich der Klemmring in Richtung des Dehnringes
konisch verjüngt.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen Gasströmungswächter in
geschnittener Darstellung,
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2 einen Gasströmungswächter in
geschnittener Darstellung nach der Lagefixierung in einer Gasleitung,
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3 einen Schnitt A-A des
Gasströmungswächters aus 2.
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Das
in der 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters ist
vom Aufbau und der Funktion her für die Einführung in das in Durchflussrichtung
des Gasstromes gesehene ausgangsseitige Ende einer Gasleitung 14 ausgelegt.
Der Gasströmungswächter besitzt ein
rohrförmiges
Gehäuse 1,
das günstigerweise
auf Grund der im späteren
Betrieb auftretenden kräftemäßigen Belastungen
in der durch einen Strömungspfeil
dargestellten Durchflussrichtung des Gasstromes in ein Schubstück 2 eingedrückt ist.
Dabei wird die Eindrücktiefe
durch einen im Schubstück 2 befindlichen
Anschlag 3 begrenzt. Um die notwendige Dichtheit zwischen
dem Schubstück 2 und
dem Gehäuse 1 zu
garantieren, weist das Gehäuse 1 in
diesem Fall zwei umlaufende Nuten auf, die als Aufnahme für jeweils
einen O-Ring 4 dienen. Es versteht sich von selbst, dass
Schubstück 2 und
Gehäuse 1 auch
einstückig
ausgeführt
oder anderweitig gasdicht miteinander verbunden sein können.
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Eingangs-
und ausgangsseitig ist das Gehäuse 1 jeweils
mit einer Ausdrehung versehen. In die eingangs- bzw. ausgangsseitige
Ausdrehung ist eine Eingangsführung 5 bzw.
Ausgangsführung 6 eingepresst.
Um die den Strömungsquerschnitt
verringernde Fläche
der beiden Führungen 5/6 möglichst
gering zu halten, sind diese als Blechformteile ausgestaltet, die
drei radiale Stege 7 aufweisen, die gleichmäßig auf
dem Umfang verteilt sind (3).
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Zwischen
den beiden Ausdrehungen besitzt das Gehäuse 1 eine Einschnürung, die
auf ihrer dem Eingang zugewandten Seite als Ventilsitz 8 ausgebildet
ist. Die Eingangsführung 5 ist
mittig mit einer Lagerstelle für
einen Stift 9 versehen, dessen zweite Lagerstelle durch
eine mittig in die Ausgangsführung 6 eingeschraubte
Auflage 10 gebildet wird. In den beiden Lagerstellen wird
der Stift 9 längsbeweg lich
geführt,
auf dem ein Schließkörper 11 beispielsweise mittels
Presspassung befestigt ist. Zum Erzielen der gewünschten Dichtheit bei der Geschlossenstellung des
Gasströmungswächters besitzt
der Schließkörper 11 eine
ringförmige
Aufnahme für
einen als elastisches Dichtelement dienenden O-Ring 12.
Auf der gleichzeitig als Justierelement zur Einstellung des Schließdurchflusses
dienenden Auflage 10 stützt sich
eine Schließfeder 13 ab,
die mit ihrem anderen Ende den Schließkörper 11 in seiner
Offenstellung hält.
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Das
Schubstück 2,
dessen äußerer Durchmesser
so festgelegt ist, dass es in die Gasleitung 14 (2) einführbar ist, weist einseitig
in Abhängigkeit von
der beim Einsetzen in die Gasleitung 14 vorgesehenen Einführungsrichtung,
in diesem Beispiel von der Ausgangsseite der Gasleitung 14,
am vorderen Ende eine Aufnahme 29 für ein Distanzstück 30 auf, durch
das die Lage des Gasströmungswächters in der
Gasleitung 14 bezüglich
einer Querschnittsverringerung, wie beispielsweise bei einem Abzweig o.ä., genau
definiert werden kann. An seinem in Einführungsrichtung hinteren Ende
weist das Schubstück 2 einen
abgesetzten Bereich 15 auf, der in seinem mittleren Teil
mit einem Gewinde 16 versehen ist. An seinem ausgangsseitigen
Ende weist das Schubstück 2 desweiteren
eine Aufnahmekontur für ein
in 2 gestrichelt angedeutetes
Anschlusselement 20 zum Einleiten einer Drehbewegung mittels eines
an sich bekannten Antriebselementes, wie einer nicht dargestellten
da dem Fachmann bekannten biegsamen Welle, auf. Die Aufnahmekontur
besteht aus einem in der Stirnseite befindlichen Querschlitz 21 und
einer rechtwinklig dazu angeordneten Querbohrung 22, deren
Funktion weiter unten näher
erläutert
wird.
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An
der am Übergang
zum abgesetzten Bereich 15 entstehenden Schulter 17 stützt sich
ein auf den abgesetzten Bereich 15 aufgesteckter rohrförmiger Dehnring 18 ab,
der aus einem dehnfähigem
Material, beispielsweise Polyethylen, besteht. Zur Gewährleistung
der notwendigen Gasdichtheit erweist es sich als günstig, wenn
die Schulter 17 eine stirnseitig umlaufende Nut besitzt,
in der ein O-Ring 19 eingesetzt ist. Auf seiner Mantelfläche ist
der Dehnring 18 mit zwei Nuten versehen. Während die
eine Nut zur Aufnahme eines ebenfalls zur Gewährleistung der Gasdichtheit
dienenden O-Ringes 23 dient, ist in der anderen Nut ein
geschlitzter metallischer Pressring 24 gelagert. Dabei
wird der Abstand von O-Ring 23 und Pressring 24 dadurch
bestimmt, dass beim in 2 dargestellten
und weiter unten näher erläuterten
eingebautem Zustand durch den Pressring 24 die Dichtwirkung
des O-Ringes 23 nicht negativ beeinflusst wird.
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Über das
Gewinde 16 ist das Schubstück 2 in einen Klemmring 25 einschraubbar,
der in Richtung des Dehnringes 18 einen sich konisch verjüngenden Teil 27 aufweist,
der beim Einschrauben des Schubstückes 2 unter den Dehnring 18 gleitet,
der dazu einen als Einführungskontur 28 dienenden
Radius besitzt. Auch der konische Bereich 27 ist an seinem
vorderen Ende günstigerweise
abgerundet, damit beim Gleiten unter den Dehnring 18 ein
Einschneiden in denselben vermieden wird. Um die Einschraubtiefe des
Schubstückes 2 zu
begrenzen, sind die Gewindelängen
auf dem Schubstück 2 und
in dem Klemmring 25 so zueinander festgelegt, dass nach
dem Erreichen einer vorgegebenen Einschraubtiefe das Gewinde 16 nicht
mehr im Eingriff und das Schubstück 2 ohne
weiteren Vorschub frei drehbar ist. Damit kann eine Zerstörung beispielsweise
durch zu hohen Kraftaufwand beim Versuch eines weiteren Einschraubens
vermieden werden. Auf seiner dem Dehnring 18 abgewandten
Stirnseite ist der Klemmring 25 mehrfach geschlitzt. Die
dadurch entstandenen in radialer Richtung federnden Stege 26 sind
in radialer Richtung so weit trichterförmig aufgebogen, dass ihr Außendurchmesser
im Ausgangszustand geringfügig
größer als
der größtmögliche Innendurchmesser
der Gasleitung 14 ist. Zusätzlich sind die Stege 26 entgegen
der Aufschraubrichtung des Klemmringes 25 auf das Schubstück 2 tangential
aufgebogen, um die Verdrehsicherheit des Klemmringes 25 zu
erhöhen
(3).
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In
der 2 ist der in 1 gezeigte Gasströmungswächter zum
Zeitpunkt der erfolgten Einführung
und Lagefixierung in der Gasleitung 14 dargestellt. Das
schematisch gezeigte Anschlusselement 20 befindet sich
noch im Eingriff. Das Anschlusselement 20 ist dabei so
ausgeführt,
dass sich unter der Kraft einer Feder 31 befindliche Kugeln 32 teilweise
in der Querbohrung 22 befinden. In dieser Lage steht gleichzeitig
ein im Anschlusselement 20 befindlicher Querstift 33 in
dem Querschlitz 21 im Eingriff.
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Der
Einbau und die Wirkungsweise des in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen
Gasströmungswächters ist
wie folgt:
Der im Ausführungsbeispiel
in 1 dargestellte Gasströmungswächter wird
wie weiter oben beschrieben und in 2 gezeigt, über das
Anschlusselement 20 mit einer nicht dargestellten biegsamen Welle
verbunden. Anschließend
wird der Gasströmungswächter mittels
der biegsamen Welle in die Gasleitung 14 eingeführt. Dabei
ist der Klemmring 25 nur so weit auf das Schubstück 2 aufgeschraubt, dass
noch keine Durchmesservergrößerung des Dehnringes 18 auftritt.
Beim Einführen
passen sich die federnden Stege 26 an den Innendurchmesser der
Gasleitung 14 an und gleiten an der Wandung entlang. Die
Einführbewegung
wird fortgesetzt, bis das Distanzstück 30 an der als Einbauort
vorgesehenen Querschnittsverringerung 34 anschlägt. Zur
Erleichterung der Längsbewegung
und des damit verbundenen Gleitens der Stege 26 kann über die
biegsame Welle eine Drehbewegung entgegen der Einschraubrichtung
des Schubstückes 2 eingeleitet
werden. Ein Abschrauben des Klemmringes 25 wird durch die
Kugeln 32 bzw. den Querstift 33 verhindert.
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Nach
dem Erreichen des Einbauortes wird mittels der biegsamen Welle das
Schubstück 2 in Einschraubrichtung
gedreht. Dabei pressen sich die Enden der tangential gebogenen Stege 26 an
bzw. in die Wandung der Gasleitung 14, so dass sich das Schubstück 2 in
den Klemmring 25 hineinschraubt. Der konische Bereich 27 gleitet
unter den Dehnring 18 und führt zu einer Aufweitung desselben.
Dadurch werden der O-Ring 23 zur erforderlichen Abdichtung und
der Pressring 24 zur Lagefixierung an die innere Wandung
gepresst. Da es sich bei der dargestellten Gasleitung 14 um
eine solche aus Kunststoff handelt, führt die Lagefixierung im Gegensatz
zu metallischen Leitungen ebenfalls zu einer sichtbaren Verformung. Nach
der erfolgten Lagefixierung des Gasströmungswächters wird das Anschlusselement 20 unter Überwindung
der durch die Feder 31 auf die Kugeln 32 aufgebrachten
Rastkraft aus der Aufnahmekontur des Schubstückes 2 herausgezogen
und mit der biegsamen Welle aus der Gasleitung 14 entfernt.
Damit ist der Einbau in die Gasleitung 14 beendet.
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Der
Gasströmungswächter befindet
sich im Normalfall in der in 2 dargestellten
Stellung. Dabei wird der Schließkörper 11 unter
der Einwirkung der gegen die Strömung
wirkenden Schließfeder 13 in
Offenstellung gehalten. Tritt auf Grund einer Beschädigung der
nachgeordneten Gasleitung 14 oder eines nachgeordneten
schadhaften Verbrauchers ein über
dem Schließdurchfluss
liegender Gasverbrauch auf, so wird durch die Erhöhung der
Strömung
die Kraft der Schließfeder 13 überwunden,
und der Schließkörper 11 nimmt
die Schließstellung
ein. Die Gaszufuhr ist unterbrochen.
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Es
versteht sich dass das erläuterte
Ausführungsbeispiel
auch variiert werden kann. So kann die Ausführung des Gasströmungswächters in
der Art erfolgen, dass er nicht, wie dargestellt von der Ausgangsseite,
sondern von der Eingangsseite der Gasleitung 14 eingeführt werden
kann. Auch kann der Klemmring 25 so ausgeführt sein,
dass er keinen unter den Dehnring 18 gleitenden konischen
Teil 27 besitzt, sondern mit seiner Stirnseite derart gegen
den Dehnring 18 gepresst wird, dass sich in axialer Richtung
der Einbauraum verkleinert, was ebenfalls eine Durchmesservergrößerung des
Dehnringes 18 zur Folge hat. Weiterhin ist ein Distanzstück 30 dann nicht
notwendig, wenn als Einbauort nur eine bestimmte Entfernung von
der Stelle der Einführung vorgesehen
ist. Dieser Abstand kann dann an der biegsamen Welle markiert werden.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Schubstück
- 3
- Anschlag
- 4
- O-Ring
- 5
- Eingangsführung
- 6
- Ausgangsführung
- 7
- Steg
- 8
- Ventilsitz
- 9
- Stift
- 10
- Auflage
- 11
- Schließkörper
- 12
- O-Ring
- 13
- Schließfeder
- 14
- Gasleitung
- 15
- Bereich
- 16
- Gewinde
- 17
- Schulter
- 18
- Dehnring
- 19
- O-Ring
- 20
- Anschlusselement
- 21
- Querschlitz
- 22
- Querbohrung
- 23
- O-Ring
- 24
- Pressring
- 25
- Klemmring
- 26
- Steg
- 27
- Teil
- 28
- Einführungskontur
- 29
- Aufnahme
- 30
- Distanzstück
- 31
- Feder
- 32
- Kugel
- 33
- Querstift
- 34
- Querschnittsverringerung