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Überdrucksicherung Die Erfindung betrifft eine Überdrucksicherung,
bei welcher der Schließdruck auf einen Verschlußkörper über ein Kniehebelgelenk
übertragen wird, das sich an einem durch den Schließdruck belasteten und beweglich
geführten Widerlager abstützt und in der Schließstellung schwach geknickt ist und
bei überschreitung des einzuhaltenden Leitungsdruckes durch ein an ihm anliegendes
Glied zum Ausknicken nach der Gegenseite veranlaßt wird.
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Bei einer bekannten Überdrucksicherung dieser Art besteht dieses Glied
aus einem Stößel, der durch eine Membran verstellbar ist, die eine unter dem Leitungsdruck
stehende Membrankammer begrenzt. Überschreitet der Leitungsdruck eine bestimmte
Grenze, dann verschiebt die Membran den Stößel, der dann seinerseits das schwach
geknickte Kniehebelgelenk nach der Gegenseite ausknickt. Das hat die Wirkung, daß
der Verschlußkörper durch den Leitungsdruck plötzlich in -die Offenstellung verschoben
wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Überdrucksicherung
der eingangs beschriebenen Gattung bei welcher der Verschlußkörper bei überschreitung
des einzuhaltenden Leitungsdruckes infolge Ausknickens des Kniehebelgelenkes plötzlich
geöffnet wird, so auszugestalten, daß keine Membrankammer mehr erforderlich ist.
Die Anordnung einer Membrankammer hat nämlich den Nachteil, daß sich ihr Anschluß
an die unter Druck stehende Leitung leicht verstopft, wenn das unter dem Leitungsdruck
stehende Medium Fremdstoffe enthält, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn dieses
Medium von Bohrschlamm gebildet wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kniehebelgelenk
infolge der anfänglichen Öffnungsbewegung des während dieser Bewegung die Druckleitung
immer noch abschließenden Verschlußkörpers durch das am Kniehebelgelenk anliegende
Glied zum Ausknicken durch den Totpunkt hindurch veranlaßt wird.
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Es ist auch bereits eine Überdrucksicherung bekannt, bei welcher der
Schließdruck auf einen Verschlußkörper durch ein Kniehebelgelenk übertragen wird,
das in der Schließstellung schwach geknickt ist. Dabei wird das Kniehebelgelenk
infolge der anfänglichen Öffnungsbewegung des Verschlußkörpers jedoch nicht zum
Ausknicken nach der Gegenseite veranlaßt, sondern, im Gegenteil, in derselben Richtung
stärker geknickt, in der es in der Schließstellung bereits schwach geknickt ist.
Dabei tritt keine schlagartige Entlastung des Leitungsdruckes ein, wie es bei einer
Überdrucksicherung der eingangs erwähnten Art der Fall ist. Vielmehr sinkt der zum
Öffnen der Überdrucksicherung erforderliche Druck von einem Höchstwert fortschreitend
stetig ab. Die Zeichnungen zeigen in F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführung
der Erfindung, wobei sich die Glieder in Betriebsstellung befinden und den Verschlußkörper
in Verschlußstellung halten, F i g. 2 ähnlich wie in F i g. 1 einen Längsschnitt,
wobei durch Bewegung des Verschlußkörpers in die Öffnungsstellung die Glieder abgewinkelt
worden sind.
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F l g. 3 eine Draufsicht, wobei sich die Glieder in derselben
Stellung wie in F i g. 1 befinden, F i g. 4 einen Längsschnitt des Oberteils; wobei
sich die Glieder in derselben Stellung wie in F i g. 2 befinden, aber der Hebel
auf das obere Glied wirkt, um die Glieder in Betriebsstellung zu bringen, F i g.
5 einen Schnitt,. ähnlich wie F i g. 4, wobei der Hebel in eine Lage verschwenkt
ist, in der er die Glieder in Betriebsstellung zurückbewegt hat, F i g. 6 eine perspektivische
Darstellung der überdrucksicherung mit den Gliedern und dem Hebel in der Stellung
nach F i g. 1. Das Oberteil ist dabei teilweise abgebrochen.
Die
iJberdrucksicherung besteht aus einem Gehäuse 10, durch das ein Durchflußkanal 11
führt. Eingang 12 und Ausgang 13 des Kanals stehen angenähert rechtwinklig zueinander.
Ein Sitz 14 wird im Durchflußkanal zwischen Ein- und Ausgang durch die Innenwand
eines ringförmigen Dichtungsringes 15 aus Gummi od. dgl. gebildet. Im Gehäuse ist
ein Verschlußkörper 16 zwischen der nach F i g. 1 gezeigten Stellung, in der der
Verschlußkörper sich innerhalb des Dichtungsringes befindet und dadurch den Kanal
abschließt, und der nach F i g. 2 gezeigten Stellung beweglich. In der Stellung
nach F i g. 2 befindet sich der Verschlußkörper oberhalb des Dichtungsringes, wodurch
der Kanal geöffnet ist.
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Wie man aus F i g. 1 ersehen kann, übt die Flüssigkeit im Eingang
auf die Unterseite 17 des Verschlußkörpers einen Druck aus und versucht, den Verschlußkörper
in Öffnungsrichtung zu bewegen. Sobald nun der Verschlußkörper aus dem Sitz bewegt
wird, tritt ein plötzlicher Druckabfall in dieser Flüssigkeit auf. Man kann auch
aus F i g. 2 ersehen, daß der Druck der entspannten Flüssigkeit im Kanal auf den
Verschlußkörper 17 wirkt und ihn in Öffnungsrichtung drückt. Der Verschlußkörper
wird dadurch in öffnungslage gehalten.
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Das Gehäuse 10 besteht aus einem Mittelstück 18, in das die mit einem
Innengewinde versehenen öffnungen 19 und 20, die den Ein- und Ausgang bilden, eingearbeitet
sind, einer Kappe 21, die wie bei 21 a mit dem Mittelstück verschraubt
oder auf andere Weise verbunden ist und aus einer Gewindemuffe 22, die in die Öffnung
19 des Mittelstückes hineingeschraubt ist und den Eingang 12 bildet.
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Der auswechselbare Dichtungsring 15 sitzt zwischen einem Spannring
23, der mit der inneren Schulter am Mittelstück anliegt, und dem Innenende der Gewindemuffe.
Ein ringförmiger Wulst 24 an diesem rohrförmigen Teil dehnt die Unterseite des Dichtungsringes,
der durch die Flüssigkeit im Eingang zusammengepreßt wird, und bewirkt während der
Bewegung des Verschlußkörpers die Abdichtung mit dem Ring.
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Der Verschlußkörper sitzt am unteren Ende eines Schaftes 25, der sich
durch gleichachsige Öffnungen durch das Mittelstück und das Gehäuse erstreckt und
in einer Laufbuchse 26, die in der Kappe sitzt, gleitend geführt wird. Am unteren
Ende dieser Laufbuchse befindet sich ein ringförmiger Flansch, der zwischen der
Unterseite der Kappe und der Oberseite des Mittelstücks sitzt. Ein Ring 27 aus Gummi
od. dgl. ist in das Mittelstück eingepaßt und umschließt den Schaft 25 unterhalb
der Laufbuchse 26. Bei Bewegung des Verschlußkörpers 16 in Öffnungsrichtung
nach F i g. 1 nimmt dieser Ring den Stoß des Verschlußkörpers auf und dämpft ihn.
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Wie aus den Zeichnungen und obiger Beschreibung ersichtlich ist, können
der Dichtungsring 15 und der Sprengring 23 nach Entfernung der Gewindemuffe 22 ohne
weiteres ausgewechselt werden. Die Laufbuchse 26 und die Gummihülse 27 können nach
Abtrennung der Kappe vom Mittelstück leicht ausgewechselt werden.
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Der Oberteil des Schaftes 25 ragt aus der Öffnung der Kappe heraus
und ist durch einen Gelenkstift 30 mit dem unteren Glied 29 drehbar verbunden. Das
einfach ausgeführte Glied 28 ist am unteren Ende durch einen Gelenkstift 31 mit
dem zweiteilig ausgeführten unteren Glied 29 und am oberen Ende durch einen Gelenkstift
33, der mit einem Stift 34 an dem oberen Glied befestigt ist, mit dem gabelförmigen
Ende des Armes 32 drehbar verbunden.
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Der Oberteil der Kappe 21 ist als Joch ausgebildet. Innerhalb dieses
Joches liegt der Bewegungsraum für die Glieder, die sich zwischen der Betriebsstellung
in F i g. 1 und der abgewinkelten Stellung in F i g. 2 bewegen können. Außerdem
befinden sich in diesem Joch noch ein Teil des Armes 32, der mit dem oberen Glied
28 verbunden ist, und weiter unten beschriebene Teile.
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Wenn die Glieder 28 und 29 unter einem festen Winkel zueinander gehalten
werden, wie es die F i g. 1 und 5 zeigen, bilden sie eine schubübertragende Verbindung
zwischen dem Arm 32 und dem Verschlußkörper 16. Obwohl die drehbare Verbindung der
Glieder mit dem Verschlußkörper in der dargestellten Ausführung unmittelbar ausgeführt
ist, ist es doch klar, daß eine solche Verbindung durch geeignete Mittel, die eine
Bewegung zwischen dem Verschlußkörper und den Gliedern übertragen, auch mittelbar
ausgeführt werden kann.
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Das Mittelteil des erwähnten Armes 32 ist durch die Gelenkstifte 35
drehbar im Joch der Kappe gelagert. Das gabelförmige Ende des Armes ist drehbar
mit dem oberen Glied verbunden. Das dem gabelförmigen Ende des Armes entgegengesetzte
Ende ist drehbar durch einen Stift 37 mit einer Querleiste 36 verbunden. Durch Zapfen
41 an der Querleiste 36 und ähnlichen Teilen an einer anderen, auf der anderen Gehäuseseite
liegenden Querleiste 38, werden schraubenförmige Druckfedern 40 an den entsprechenden
Enden gehalten. Die Querleiste 38 ist mit einer Schraube 42 am Gehäuse festgemacht.
Das innenliegende Ende der Schraube ist am Gehäuse befestigt, und eine Mutter am
außenliegenden Ende drückt gegen die Außenseite der Leiste 38. Die Druckfedern drücken
die Querleiste 36 nach rechts und bewirken dadurch um den Stift 35 eine Drehbewegung
des Armes 32 entgegen dem Uhrzeigersinn. Durch Verstellung der Schraubenmutter 43
kann die auf den Arm drückende Kraft entsprechend eingestellt werden.
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Die Verschwenkung des Armes 32 entgegen dem Uhrzeigersinn wird durch
einen Bolzen 44 begrenzt, dessen inneres Ende in die Kappe 21 geschraubt ist. Das
äußere Ende dieses Bolzens hat einen Kopf 45,
der über die Bohrung des Armes,
durch die der Bolzen geführt wird, hinausragt. Der Arm besitzt auch einen von der
Innenseite abstehenden Teil 45 a, der in der Verschlußstellung
des Verschlußkörpers am unteren Glied 29 anliegt. Durch diesen Teil werden die Glieder
in der aus F i g. 1 ersichtlichen Stellung gehalten, in der die Achse des Stiftes
31, der die Glieder verbindet, auf der rechten Seite der gedachten, durch die Achsen
der Stifte 30 und 33, die die Glieder mit dem Verschlußkörper und dem Arm 32 verbinden,
gehenden Geraden liegt.
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Die Glieder bilden, wie schon früher erwähnt wurde, eine schubübertragende
Verbindung zwischen dem Arm 32 und dem Verschlußkörper 16. Der Verschlußkörper wird
dadurch so lange auf einer Schulter am Gehäuse in Verschlußstellung gehalten, bis
der Druck der zu überwachenden Flüssigkeit auf einen vorher eingestellten Wert ansteigt.
Der Verschlußkörper bleibt also so lange in Verschlußstellung, bis die Kraft, die
durch die Flüssigkeit auf die Fläche 17 ausgeübt wird, die Gegenkraft der Schraubenfedern
40 überwiegt, die auf das obere Ende des Gliedes durch die Achse des Stiftes
33 wirken.
Wenn das geschieht, beginnt der Verschlußkörper sich
nach oben zu bewegen, und die durch die Glieder 28 und 29 gebildete schubübertragende
Verbindung bewegt die Glieder und den Stift 33 auch nach oben. Dadurch wird der
Arm 32 im Uhrzeigersinn gegen die Federkraft verschwenkt und bewirkt, daß das am
Arm befindliche Teil 45 a die Glieder unter ständigem Druck auf nach innen
oder nach links bewegt. Die Glieder werden daher gleichzeitig mit der Bewegung des
Verschlußkörpers in Öffnungsrichtung nach links in eine Stellung bewegt, in der
die Achse des die Glieder verbindenden Stiftes 31 auf die erwähnte Gerade durch
die Achsen der Stifte 33 und 30 zu liegen kommt. Während dieser nach oben
gerichteten Anfangsbewegung bleibt die Abdichtung des Verschlußkörpers mit der Sitzfläche
14 bestehen. Die im Verschlußeingang 12 befindliche Flüssigkeit wird daher nicht
entspannt, und die auf die Unterseite des Verschlußkörpers wirkende Kraft bewegt
den Verschlußkörper weiter nach oben.
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Wenn nun die Glieder in die vorher erwähnte Stellung kommen, in der
die Achse des dazwischenliegenden Stiftes 31 auf die gedachte, durch die Achsen
der Stifte 30 und 33 gehende Gerade zu liegen kommt, und weiter in Richtung auf
die abgewinkelte Stellung zu, in der die Achse dieses Drehgelenks auf der linken
Seite der gedachten Geraden liegt, bewegt werden, können die Glieder nach weiterer
Bewegung in Öffnungsrichtung keinen Schub mehr vom Arm auf den Verschlußkörper übertragen.
Die Glieder werden deshalb rasch in die abgewinkelte Stellung, wie sie in F i g.
2 und 4 gezeigt wird, bewegt. Der Verschlußkörper wird aus dem Sitz gehoben und
sehr schnell aufwärts bewegt. Wie man aus der F i g. 2 ersehen kann, dauert diese
Öffnungsbewegung des Verschlußkörpersund dasAbwinkeln der Glieder solange, bis der
Verschlußkörper an den Dämpfungsring 27 anstößt.
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Der Abstand zwischen den Achsen der Stifte 33 und 35 ist, wie aus
den Zeichnungen zu ersehen ist, beträchtlich kleiner als der Abstand zwischen den
Achsen der Stifte 35 und 37. Da die entgegen der Aufwärtsbewegung des Verschlußkörpers
wirkende Kraft der Feder ein Vielfaches der durch den Leitungsdruck erzeugten Kraft
ist, dessen Betrag durch das umgekehrte Verhältnis dieser Abstände gegeben ist,
kann der Verschlußkörper durch eine vergleichsweise kleine Schraubenfeder gegen
hohe Drücke geschlossen werden. Es ist auch ersichtlich, daß der Stift 31 nur um
eine kurze Strecke von der Betriebsstellung in F i g. 2 in die Stellung, in der
seine Achse auf die gedachte Gerade durch die Achsen der Stifte 30 und 33 zu liegen
kommt, bewegt werden muß. Daher ist die Strecke sehr klein, die der Verschlußkörper
aufwärts zurücklegen muß, bevor die Glieder keine Gegenkraft mehr auf den Verschlußkörper
ausüben. Die Größe dieser Bewegungen der Glieder kann durch den mit einem Gewinde
versehenen Bolzen 44 eingestellt werden.
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Wenn die Glieder auf eine später beschriebene Weise von der umgeklappten
Stellung der F i g. 2 in die Betriebsstellung der F i g. 1 gebracht werden, bewegen
sie sich durch eine Stellung, in der die auf der linken Seite der gedachten Geraden
liegende Achse des Stiftes 31 den gleichen Abstand von der Geraden hat, wie die
auf der rechten Seite der Geraden liegende Achse des Stiftes 31 in der Stellung
nach F i g. 1. Wenn der Stift nun von dieser Stellung in die gestreckte Stellung
der Glieder weiterbewegt wird, bewegt sich der Verschlußkörper im Dichtungsring
15 von einer F i g. 1 entsprechenden Stellung abwärts in die Verschlußrichtung.
Die Glieder brauchen deshalb die Kraft der Druckfeder 40 nicht zu überwinden.
Dies wäre der Fall, wenn die Bewegung des Verschlußkörpers in Verschlußrichtung
durch den Verschlußsitz 14 begrenzt wäre.
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Wie schon früher erwähnt wurde, kann die überdrucksicherung auf eine
Seite geneigt sein (in den Zeichnungen nach links), so daß die Glieder 28 und 29
dazu neigen, unter ihrem Gewicht von der Betriebsstellung in die abgewinkelte Stellung
zu fallen. Wie noch weiterhin erwähnt wurde, kann sogar im Falle, daß die Überdrucksicherung.
gerade steht und der Druck im Eingang unter einen vorher eingestellten Wert fällt,
die in der Verschlußstellung nach F i g. 1 auf die Unterseite des Verschlußkörpers
wirkende Kraft zu gering sein, um den Verschlußkörper in Arbeitsstellung zu halten.
Wie man aus F i g. 1 ersehen kann, bedeutet das, daß die Glieder dazu neigen, sich
durchzustrecken und eine Stellung zu erreichen, in der die Achse des Stiftes 31
auf der erwähnten gedachten Geraden liegt. Wenn dieser Zustand eintreten würde,
so würden die Glieder nicht mit Sicherheit eine schubübertragende Verbindung zwischen
dem Verschlußkörper und dem Arm bilden, die den Verschlußkörper so lange geschlossen
hält, bis der Druck im Eingang auf einen vorher eingestellten Wert ansteigt.
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Wie schon früher beschrieben, werden die Verbindungsglieder erfindungsgemäß
durch eine Drehfeder 46, deren Innenende mit dem Stift 33 verbunden ist und mit
dem Glied 28 mitbewegt wird, und deren äußeres Ende an einem Hebel 47 befestigt
ist, der um erwähnten Stift drehbar ist, in Betriebsstellung nach F i g. 1 ohne
Rücksicht auf eine etwaige Neigung der Überdrucksicherung oder einem Zurückgehen
des Druckes der Flüssigkeit im Eingang 12 gehalten. Außerdem wird die Feder noch
verdreht oder gespannt, so daß sie eine Vorspannung bekommt, die die Feder in die
Stellung nach F i g. 1 zu bewegen sucht. Der Hebel 47 drückt dabei gegen einen Anschlag
48 am Joch. Durch die Vorspannung.der Feder 46 und dadurch, daß die Feder von der
Innenseite aus entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht ist, wird der Hebel 47 im Uhrzeigersinn
in eine feste Lage gegen den Anschlag gedrückt. Das obenliegende Glied
28
wird dabei entgegen dem Uhrzeigersinn gedrückt, wodurch das Anliegen der
Glieder 29 an dem Teil 45a des Armes bewirkt wird.
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Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, wird bei der Bewegung der Glieder
von der Betriebsstellung in die abgewinkelte Stellung das innenliegende Ende der
Drehfeder 46 in Uhrzeigerrichtung geschwenkt, so daß die Feder weiter gespannt wird.
Die Federkraft, die die Glieder in Betriebsstellung zu drücken sucht, steigt also
bei der Bewegung in die abgewinkelte Stellung.
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In einer Überdrucksicherung, in der diese Feder besonders zur selbsttätigen
Rückführung der Glieder nach einem vorher eingestellten Abfall des Leitungsdruckes
ausgenützt wird, muß die Federgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig gemacht werden.
Selbst wenn die durch die Feder erzeugte und auf die Glieder wirkende Drehkraft
bei der Bewegung in die umgeklappte Stellung ansteigt und bei der Bewegung in Betriebsstellung
abnimmt, wird die durch die Glieder auf den Verschlußkörper übertragene Kraft abnehmen,
wenn der Verschlußkörper sich in Öffnungsrichtung bewegt, und zunehmen, wenn er
sich in Verschlußrichtung bewegt. Auf diese Weise wird der Verschlußkörper
mit
nur wenig oder gar keiner Drosselwirkung geöffnet und geschlossen.
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Wie aus den Zeichnungen näher ersichtlich ist, wird die Federkraft
auf den Verschlußkörper durch die Drehverbindungen der Glieder 29 übertragen. Wenn
die Glieder sich von der abgewinkelten Stellung in die Stellung bewegen, in der
ihre Drehgelenkachse auf der bereits mehrfach erwähnten Geraden liegt, steigt die
auf dem Verschlußkörper übertragene Kraft an. Andererseits nimmt die auf den Verschlußkörper
übertragene Federkraft ab, wenn die Glieder sich aus voriger Stellung in die abgewinkelte
Stellung bewegen. Solange diese Zunahme und Abnahme der Kraftübertragung größer
ist als die Abnahme und Zunahme der durch die Feder gelieferten Drehkraft, schließt
sich der Verschlußkörper selbsttätig in beschriebener Weise und öffnet sich stoßfrei
während einer Entspannung.
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Der Hebel 47 besitzt, wie in F i g. 4 und 5 gezeigt ist, eine Fassung
49, in die eine Stange oder ein Griff 50 gesteckt werden kann. Es versteht sich,
daß der Hebel 47 mit def Stange auch aus einem Stück sein kann, falls es wünschenswert
erscheint. Man kann den Hebel jedenfalls mit der Hand aus der Ruhelage nach F i
g. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn so lange schwenken, bis seine Kante 51 das zwischen
dem Stift 33 und 31 liegende Glied 28 berührt. Durch weiteres Verschwenken des so
auf das obere Glied wirkenden Hebels werden die beiden Glieder von der abgewinkelten
Stellung nach F i g. 4 in die betriebsbereite Stellung nach F i g. 5 bewegt.
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Das äußere Ende der Spiralfeder wurde dabei von der Ruhelage nach
F i g. I entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Die Feder wurde dadurch stärker gespannt
und ihre Drehkraft, die den Hebel und die Glieder in die Stellung nach F i g. 1
zurückzubewegen sucht, vergrößert. Wenn die Glieder in Betriebsstellung gebracht
worden sind und der Hebel freigegeben wird, was entweder durch Entfernung der Stange
15 oder durch Loslassen geschehen kann, bewegt die Drehfeder den Hebel selbsttätig
in seine Ruhelage nach F i g. 1 und 2. Dadurch, daß bei der Bewegung der Glieder
in die abgewinkelte Stelle die Feder stärker gespannt wird, verbleibt der Hebel
während einer solchen Bewegung in seiner Ruhelage. Wie schon früher erwähnt wurde,
besteht daher keine Gefahr einer Verletzung des Bedienungspersonals durch Herumschlagen
der Hebel oder Herabfallen der Stangen.
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Aus F i g. 3 und 6 ist ersichtlich, daß das um den Gelenkstift 33
drehbare Ende des Armes 32 gabelförmig ausgebildet ist. Zwischen den Zinken befinden
sich die Glieder 28. Auch der Hebel 47 ist am Ende gabelförmig ausgebildet. Die
Zinken sind drehbar an dem Stift 33 befestigt und, wie es in den F i g. 3 und 6
am besten gezeigt ist, befinden sich die Zinken 52 dazwischen.
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Beide Seiten des Jochs der Kappe sind mit öffnungen 55 versehen, in
denen sich die auf beiden Seiten nach außen stehenden Ansätze 54 des Hebels und
die Drehfedern 46 befinden, die mit den außenliegenden Enden an den Ansätzen befestigt
sind. Die äußeren Enden des Stiftes 33 und des Hebelansatzes 54 sind mit Schlitzen
versehen, in die die Federenden seitlich eingeschoben sind. Wie aus den Zeichnungen
ersichtlich ist, sind die Federenden etwas umgebogen, so daß sie nicht aus den Schlitzen
herausschlüpfen können.
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Diese spezielle Anordnung der Drehfeder ermöglicht nicht nur die größte
Hebekraft, die durch den Hebel 47 auf die Glieder ausgeübt werden kann, um sie wieder
in Betriebsstellung zu bringen, sondern erfordert auch nur eine sehr geringe Federbewegung
bei der Bewegung der Glieder von der abgewinkelten in die Betriebsstellung und beider
Verstellung des Hebels aus der Ruhelage in die zur Bewegung der Glieder von der
abgewinkelten in die Betriebsstellung erforderliche Stellung.