DE19926226C2 - Stoßventilanordnung für einen hydraulischen Widder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Stoßheber für Flüssigkeiten, insbesondere einen hydraulischen Widder, der eine unter Gefälle stehende Treibleitung aufweist, worin eine strömende Flüssigkeitssäule umfasst ist. Deren Strömung wird von einem Stoßventil wiederholt unterbrochen, wodurch eine rücklaufende Druckwelle ausgelöst wird. Dadurch wird ein Druckventil gelöst, das dann von der Flüssigkeit auf der Basis der rücklaufenden Druckwelle durchströmt wird. Das Druckventil ist an der Treibleitung bezüglich deren Strömungsrichtung vor dem Stoßventil angeordnet und zweigt aus der Treibleitung in einen Flüssigkeitsspeicher und/oder eine Steigleitung ab. Ein Rückfluß in die Treibleitung wird durch das Druckventil gesperrt.

Hydraulische Widder sind bekannt (vgl. Patentschrift DE 31 49 841 C2; Prospekt "SANO-Widder" der Pfister + Langhanss Handelsgesellschaft mbH, Freiligrathstraße 30, 90482 Nürnberg). Dabei ist das Stoßventil mit seinem Gehäuse über eine Biegung, Umlenkung oder Krümmung am Ende der Treibleitung derart angeschlossen, dass der Ausgang des Stoßventils etwa senkrecht nach unten ragt. Entsprechend verläuft die Führung für den Schließkörper des Stoßventils, wodurch dieser gegen einen Ventilsitz zum Unterbrechen der Flüssigkeitsströmung geführt wird, in einem beträchtlichen Winkel zur Strömungsrichtung der Treibleitung. Dadurch wird zwar vermieden, dass der Schließkörper mit seinem Eigengewicht in seiner Führung bzw. am Ventilsitz einseitig aufliegt und durch die Reibung aufgrund des ständigen Ventilspiels die Führung und den Ventilsitz an einer Stelle gleichsam "ausschleift", was zu starkem Reibungsverschleiß und zu Undichtigkeiten führt. Jedoch mindert die Umlenkung bzw. Biegung vom Ende der Treibleitung in das Stoßventil wegen der damit verbunden höheren Durchflußreibung die Strömungsenergie, welche zur Umsetzung in einen Druckstoß in den Flüssigkeitsspeicher und die Steigleitung zur Verfügung steht. Außerdem unterliegt ebenso die rücklaufende Druckwelle der Änderung bzw. Umlenkung der Strömungsrichtung, was die Druckwelle schwächt und damit zu Energieverlusten führt. Diese müssen durch ein verstärktes Gefälle für die Treibleitung ausgeglichen werden, was zu erhöhten Anforderungen an die Geländehöhenunterschiede für den hydraulischen Widder führt und dessen Anwendungsbereich einschränkt.

Ferner sind hydraulische Widder bzw. Druckstoßpumpen bekannt (DE-PS 236 277, DE-PS 34 679, DE 26 18 533 A1), bei denen die Effizienz und der Wirkungsgrad dadurch erhöht ist, dass das jeweilige Stoßventil mit einer derartigen Ausrichtung angeordnet ist, dass dessen Durchflußrichtung und Strömungsrichtung der Treibleitung miteinander geradlinig, sozusagen "linear" verlaufen. Dadurch sind Flüssigkeits- bzw. Strömungsumlenkungen, welche die Bewegungsenergie der Strömung vermindern würden, weitgehend vermieden.

Bei der aus DE 26 18 533 A1 bekannten Druckstoßpumpe ist das Stoß- bzw. Schlagventil mit einem in Axialrichtung beweglich gehaltenen Ventilkörper versehen, der mit einer Stange starr verbunden ist und durch diese in der Mitte der Ventilgehäuseöffnung gehalten wird. Diese Stange ist axial verschiebbar gelagert und weist einen Anschlagring auf, gegen den eine Druckfeder anliegt. Allerdings wird aufgrund des Eigengewichts des Ventilkörpers am Stangenende auf die Stange ein ständiges Kraftmoment derart ausgeübt, dass die Stange in ihrer Achsialführung einseitig auf einen Führungsabschnitt aufliegt. Dort wird die Führung einseitig übermäßig belastet, was ebenfalls zu dem bereits obengenannten "Ausschleifen" der Stangen- und Ventilkörperführung führt. In weiterer Folge ergeben sich die genannten Undichtigkeiten. Dieser unerwünschte Effekt kommt vor allem dadurch zustande, dass in DE 26 18 533 A1 als Material für den Ventilkörper Metall, insbesondere Bronze, angegeben wird. Also hat der Ventilkörper ein höheres Gewicht als das ihn umspülende Wasser, was zu dem nachteiligen, die Ventil- und Stangenführung schädigenden Kraftmoment führt.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der gattungsgemäßen Druckstoßpumpe bzw. einem Stoßheber ("hydraulischer Widder") den Wirkungsgrad zu erhöhen, indem vermieden wird, dass der Ventil- bzw. Schließkörper des Stoßventils durch sein Eigengewicht übermäßig auf einen bestimmten Abschnitt der Ventilführung gedrückt und so die Ventilführung den Ventilsitz ungleichmäßig und unsymmetrisch ausschleift. Mit anderen Worten, der Wirkungsgrad ist über eine Verbesserung der Ventil-Dichtigkeit zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird der im Patentanspruch 1 angegebene Stoßheber vorgeschlagen, bei dem der Schließkörper mit einem spezifischen Gewicht hergestellt oder ausgebildet ist, das dem der Flüssigkeit entspricht oder gleicht. Im Falle der Anwendung in der Wasserversorgung wäre das spezifische Gewicht von Wasser als Referenz vorgegeben. Sind erfindungsgemäß die spezifischen Gewichte des Ventilschließkörpers und der diesen umströmenden bzw. durchfließenden Flüssigkeit annähernd gleich, kommt es zu einer "schwebenden Lagerung" des Schließkörpers im Gehäuse des Stoßventils. Die Schwer- und Auftriebskräfte heben sich gegenseitig auf. Der Schließkörper kann so das Ventilspiel gleichsam schwerelos vollziehen, wobei er an den gesamten Umfang der Ventilführung und des Ventilsitzes gleichmäßig verteilt in Anlage kommt. Unsymmetrischer Abrieb, Verschleiß und unsymmetrische Verformungen des Ventilsitzes und der Ventilführung sind vermieden. Indem der Betrag der Auftriebskraft, den die strömende Flüssigkeitssäule auf den Schließkörper ausübt, gleich dessen entgegengesetzter Gewichtskraft ist, ist eine reibungslose Lagerung und Führung des Schließkörpers in der Flucht der Strömungsrichtung der Treibleitung möglich. Mit dieser besonderen Ausbildung wird der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Stoßhebers bzw. Widders sowie dessen technische Zuverlässigkeit und Sicherheit weiter erhöht.

Um eine Dichte für den Schließkörper zu erreichen, die im Bereich der umströmenden Flüssigkeit, insbesondere von Wasser liegt, wird nach einer erfindungsgemäßen Ausbildung Polyamid als Herstellungsmaterial für den Schließkörper verwendet. Dieses Material eignet sich grundsätzlich auch für den Schließkörper des Druckventils zur Steigleitung.

Entsprechendes kann auch zusätzlich oder alternativ für das Druckventil des Stoßhebers gelten.

Die Durchflußreibung des Treibwassers durch die Treibleitung wird erfindungsgemäß minimiert. Durch die lineare bzw. geradlinige Anordnung von Treibleitungsquerschnitt und Durchlaßquerschnitt des Stoßventils in einer gemeinsamen Flucht hintereinander können im Inneren störende Kanten, Ausbuchtungen, Krümmungen, Umlenkungen usw., die sich auf die Strömungsgeschwindigkeit bremsend auswirken würden, vermieden werden. Da mit der Erfindung die Durchflußreibung und damit das Bremsen der strömenden Flüssigkeitssäule in der Treibleitung und im Stoßventil gegenüber dem Stand der Technik erheblich verkleinert ist, ist gleichzeitig die Effektivität, der Wirkungsgrad und die Effizienz der entsprechenden Stoßheber- bzw. Widderanlage erheblich vergrößert.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Durchlaßquerschnitt des Stoßventils und ein daran angrenzender oder benachbarter Strömungsquerschnitt der Treibleitung zueinander parallel und/oder deckungsgleich bzw. kongruent liegen. Dadurch ist die Notwendigkeit einer Richtungsänderung für die Strömung der Treibflüssigkeit vermieden.

Wie an sich bekannt, ist das Stoßventil mit dem Schließkörper ausgeführt, der zum Absperren eines Durchlaßquerschnitts des Stoßventils in dessen jeweiligen Gehäuse gegen den üblichen Ventilsitz geführt ist. Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung verlaufen die Verstellführung und/oder eine Körperachse des Stoßventilschließkörpers einerseits und die Strömungsrichtung der Treibleitung andererseits längs einer gemeinsamen Geraden. Auch dies fördert die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeitssäule und vermeidet Durchflußreibung und Verluste an Strömungsenergie. Dem dient auch eine Ausbildung der Erfindung, nach der die Grundebene des Ventilsitzes bzw. der Durchlaßquerschnitt des Stoßventils sich im rechten Winkel zur Strömungsrichtung der Treibleitung erstrecken. Zweckmäßig ist eine längliche und/oder rundliche, insbesondere kegelige Grundform für den Schließkörper. Dabei ist nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung die Längsrichtung des Schließkörpers mit der Strömungsrichtung in der Treibleitung so ausgerichtet, dass beide längs einer gemeinsamen Geraden verlaufen.

Um ab Erreichen eines bestimmten Energieniveaus in der strömenden Flüssigkeitssäule das plötzliche Absperren der Treibleitung realisieren zu können, ist der Einsatz an sich bekannter Schnellschlußventile vorteilhaft. Diese können konkret mit dem Schließkörper realisiert sein, der zum Absperren des Durchlaßquerschnitts gegen die Stellkraft eines Federelements gegen einen dichtenden Ventilsitz mittels der strömenden Flüssigkeitssäule verstellbar ist. Dabei ergibt sich auf der Basis der Erfindung eine vorteilhafte Ausbildung dahingehend, dass die Richtung der Stellkraft und/oder die Richtung einer Symmetrieachse des Federelements einerseits und die Strömungsrichtung der Treibleitung andererseits längs einer gemeinsamen Geraden verlaufen. Damit ist dem Entstehen von störenden Kanten, Ausbuchtungen, Krümmungen, Umlenkungen und sonstigen, energieraubende Strömungsturbulenzen erzeugenden Elementen im Strömungsweg vorgebeugt. Die Reibungswiderstände an den Leitungsinnenwänden und -durchlässen des Stoßventils sind weiter minimiert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in jeweils schematischer, teilweise axial geschnittener Längsansicht in

Fig. 1 die Ventilanordnung mit Stoßventil, Druckventil, Steigleitungsanschluß und Treibleitungsendabschnitt,

Fig. 2 in verkleinerter Darstellung die Ansicht nach Fig. 1 mit an ihren Endabschnitt anschließender, weiterer Treibleitung.

Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Ventilanordnung für den hydraulischen Widder aus einem konkret als Schnellschlußventil ausgeführten Stoßventil 1, an dessen Öffungsflansch 2 das Flanschende 3 eines Treibleitungsendabschnitts 4 angeschlossen ist. Über dessen entgegengesetztes, zweites Flanschende 5 kann eine längere Treibleitung 6 (siehe Fig. 2) mit einem eigenen Flansch 7 angeschlossen sein. In der Strömungsrichtung 8, beispielsweise einer strömenden Wassersäule innerhalb des Treibleitungsendabschnitts 4 gesehen, ist vor dem Stoßventil 1 ein Verzweigungsglied 9 in den Treibleitungsendabschnitt 4 eingefügt. Dieses führt im rechten Winkel zur Strömungsrichtung 8 zu einem Anschlußflansch 10 für den Ventilsitz 11 eines beispielsweise als Rückschlagventil ausgeführten Druckventils 12. Dieses bildet ein hydraulisch gesteuertes Absperrorgan für einen Luftkessel 13, der einem federnden Ausgleich dient und einen von seiner seitlichen Wandung auskragenden Steigwasseranschluß 14 besitzt. Wie an sich bei hydraulischen Widdern bekannt, verhindert das Druckventil 12, dass einmal vom Treibleitungsendabschnitt 4 in den Kessel und zum Steigwasseranschluß gedrücktes Wasser wieder in den Treibleitungsendabschnitt 4 zurückgelangen kann. Im weiteren wird wegen der Funktionsweise der Elemente 11-14 auf den Stand der Technik verwiesen.

Gemäß Fig. 1 ist innerhalb des Gehäuses 15 des Stoßventils 1 ein Schließkörper 16 vorzugsweise aus Polyamid in und entgegen der Strömungsrichtung 8 verschiebbar geführt. Er besitzt eine längliche Form, dessen dem Öffnungsflansch 2 des Stoßventils 1 zugewandtes Ende kegelig zur Anlage an einem komplementären Ventilsitz 17 erweitert ist. In der gezeichneten Stellung ist das Stoßventil geöffnet, das heißt das Kegelende 18 des Schließkörpers 16 weist einen Abstand vom Ventilsitz 17 auf, und durch den dazwischen gebildeten Ringspalt 19 kann Treibwasser hindurchgelangen zum Ausgang 20 des Stoßventils 1 an seinem dem Öffnungsflansch 2 entgegengesetzten Ende. Der Ringspalt 19 wird mittels einer Druckfeder 21 freigehalten, welche gegen mittige Stirnwandungselemente 22 des Ausgangs 20 ortsfest abgestützt ist. Das entgegengesetzte Ende der Druckfeder 21 drückt gegen eine Ringschulter 23 des Schließkörpers 16, welche den Schließkörperschaft 24 in radialer Erweiterung fest umgibt. Ferner wird die schraubenartige Druckfeder 21 von dem dem Ausgang 20 nächstliegenden Ende des Schließkörperschaftes 24 beweglich durchsetzt.

Gemäß Fig. 1 können sich in Strömungsrichtung 8 der Innenquerschnitt des Ventilgehäuses 15 und der Innenquerschnitt des Treibleitungsendabschnitts 4 weitgehend decken, so dass von daher der Wasserdurchfluß nur einem Minimum an Behinderung und Reibung ausgesetzt ist. Die symmetrische Längsachse 25 sowohl des Schließkörperschaftes 24 als auch der Druckfeder 21 verlaufen deckungsgleich mit der Strömungsrichtung 8 und parallel zur Innenwandung des Ventilgehäuses 15. Die Kraftrichtung der Druckfeder 21 auf die Ringschulter 23 ist der Strömungsrichtung 8 entgegengerichtet, wodurch das Kegelende 18 des Schließkörpers 16 vom Ventilsitz 17 weggedrückt wird. Das über dem Ringspalt 19 den Schließkörper 16 umströmende Wasser kann dabei den Schließkörper 16 in einem schwebenden Zustand innerhalb des Ventilgehäuses 15 halten, wenn der Schließkörper etwa das gleiche spezifische Gewicht wie das strömende Wasser aufweist. Dadurch wird eine ungleichmäßige Abnutzung des Ventilsitzes an beispielsweise einem unteren oder einem oberen Umfangsabschnitt vermieden. Zusätzlich kann noch eine in Strömungsrichtung 8 ausgerichtete Ventilführung 26 angeordnet sein, innerhalb welcher der Schließkörper 16 mit seinem länglichen Schaft 24 gleitend geführt ist. Erreicht die innerhalb des Ventilgehäuses 15 strömende Wassersäule eine derartige Bewegungs- bzw. Strömungsenergie, dass die Druckfeder 21 das Kegelende 18 nicht mehr zur Aufrechterhaltung des Ringspalts 19 vom Ventilsitz 11 entfernt halten kann, wird an letzteres das Kegelende 18 schlagartig mit dichtender Wirkung angedrückt. Aufgrund der Geradlinigkeit des Durchflusses vom Treibleitungsendabschnitt 4 über das Ventilgehäuse 15 bis zum Ausgang 20 lässt sich die vom Gefälle der Treibleitung im Gelände herrührende potentielle Energie mit einem Minimum an Verlusten in Bewegungs- bzw. Strömungsenergie für die Wassersäule im Bereich des Öffnungsflansches 2 und des Schließkörpers 16 umsetzen. Beim schlagartigen schließen des Stoßventils 1, wenn die Druckfeder 21 der Strömungskraft nicht mehr standhält, wandelt sich die relative hohe Bewegungsenergie in eine entsprechend starke, rücklaufende Druckwelle um, welche über das Verzweigungsglied 9 das Druckventil 12 zum Öffnen ansteuert. Dadurch kann Treibwasser bis zum Steigwasseranschluß 14 gefördert werden. Kann aufgrund der resultierenden Druckentlastung über das Druckventil 12 die Druckfeder 21 den Schließkörper 16 des Stoßventils 1 wieder vom Ventilsitz 17 wegdrücken, wird ein neues Arbeitsspiel gemäß obigen Ausführungen eingeleitet.

In Fig. 2 ist die vorteilhafte Wirkungsweise der geradlinigen Anordnung der Treibleitung 6, ihres Endabschnitts 4 und des Stoßventils 1 mit seinem Schließkörper 16 veranschaulicht: Da keine Umlenkungen vom Treibleitungsendabschnitt 4 zum Stoßventil 1 stattfinden und so die strömende Treibwassersäule darin einem Minimum an Durchflußwiderstand und Strömungsreibung ausgesetzt ist, kann der erfindungsgemäße Hydraulikwidder mit einem relativ geringen Gefälle arbeiten, wie es durch den spitzen Winkel 27 zwischen der Treibleitung 6 und der Horizontalen 28 symbolisiert ist.

Claims (11)

1. Stoßheber für Flüssigkeiten, insbesondere hydraulischer Widder, mit einer unter Gefälle stehenden Treibleitung (4, 6) für eine strömende Flüssigkeitssäule, deren Strömung von einem Stoßventil (1) wiederholt unterbrechbar ist, wobei mittels einer dadurch ausgelösten, rücklaufenden Druckwelle ein Druckventil (12) lösbar ist, das in Strömungsrichtung (8) vor dem Stoßventil (1) aus der Treibleitung (4, 6) in einen Luft- und/oder Flüssigkeitsspeicher (13) und/oder eine Steigleitung (14) abzweigt und einen Rückfluß daraus in die Treibleitung (4, 6) sperrt, und mit einer Anordnung des Stoßventils (1) derart, daß dessen Durchflußrichtung und die Strömungsrichtung (8) der Treibleitung (4, 6) längs einer gemeinsamen Geraden (25) verlaufen, wobei das Stoß- und das Druckventil (1, 12) jeweils mit einem Schließkörper (16) ausgeführt sind, der zum Absperren eines Durchlaßquerschnitts (20) des Stoß- und Druckventils (1, 12) in dessen Gehäuse (15) gegen einen Ventilsitz (17) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Schließkörper (16) des Stoßventils (1) mit einem spezifischen Gewicht ausgebildet ist, das dem der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, entspricht.

2. Stoßheber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaßquerschnitt (2) des Stoßventils (1) und ein daran angrenzender oder benachbarter Strömungsquerschnitt (3) der Treibleitung (4, 6) zueinander parallel und/oder deckungsgleich beziehungsweise kongruent liegen.

3. Stoßheber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (8) der Treibleitung (4, 6) gesehen deren Querschnitt und der Querschnitt eines Gehäuses (15) und/oder Durchlasses (20) des Stoßventils (1) ganz oder teilweise deckungsgleich liegen.

4. Stoßheber nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stoßventil (1) mit einem Schließkörper (16) ausgeführt ist, der zum Absperren eines Durchlaßquerschnitts (20) des Stoßventils (1) in dessen jeweiligen Gehäuse (15) gegen einen Ventilsitz (17) verstellbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellführung (26) und/oder eine Körper- oder Symmetrieachse des Stoßventil-Schließkörpers (16) einerseits und die Strömungsrichtung (8) der Treibleitung (4, 6) andererseits längs einer gemeinsamen Geraden (25) verlaufen.

5. Stoßheber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellführung (26) und/oder eine Symmetrieachse des Stoßventil- Schließkörpers (16) und/oder die Gerade (25) parallel zu einer Innenwandung des Stoßventil-Gehäuses (15) oder zu dessen Strömungsdurchlaß verlaufen.

6. Stoßheber nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stoßventil (1) mit einem Schließkörper (16) ausgeführt ist, der zum Absperren eines Durchlaßquerschnitts (20) des Stoßventils (1) in dessen jeweiligen Gehäuse (15) gegen einen Ventilsitz (17) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundebene des Ventilsitzes (17) beziehungsweise der Durchlaßquerschnitt (20) des Stoßventils (1) sich im rechten Winkel zur Strömungsrichtung (8) der Treibleitung (4, 6) erstrecken.

7. Stoßheber nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Stoßventil (1) mit einem Schließkörper (16) ausgeführt ist, der zum Absperren eines Durchlaßquerschnitts (20) des Stoßventils (1) in dessen Gehäuse (15) gegen einen Ventilsitz (17) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (16) eine längliche und/oder rundliche, insbesondere kegelige (18) Form aufweist, wobei die Längsrichtung des Schließkörpers (16) und die Strömungsrichtung (8) in der Treibleitung (4, 6) längs einer gemeinsamen Geraden (25) verlaufen.

8. Stoßheber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrichtung des Schließkörpers (16) beziehungsweise die Gerade (25) parallel zu einer Innenwandung des Stoßventil-Gehäuses (15) verläuft.

9. Stoßheber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoßventil (1) als selbsttätiges Schnellschlußventil ausgeführt ist.

10. Stoßheber nach Anspruch 9, wobei das Stoß- beziehungsweise Schnellschlußventil (1) mit einem Schließkörper ausgeführt ist, der zum Absperren eines Durchlaßquerschnitts (20) des Stoßventils (1) in dessen Gehäuse (15) gegen die Stellkraft eines Federelements (21) gegen einen Ventilsitz (17) mittels der Flüssigkeitsströmung der Treibleitung (4, 6) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Stellkraft oder einer Symmetrieachse des Federelements (21) und die Strömungsrichtung (8) der Treibleitung (4, 6) längs einer gemeinsamen Geraden (25) verlaufen.

11. Stoßheber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (16) Polyamid als Herstellungsmaterial aufweist.