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Die
Erfindung betrifft ein Durchflusssperrventil zum Öffnen und
Schliessen einer Fluidverbindung zwischen einem ersten und einem
zweiten Raum, insbesondere der Sperrfluidkammer einer Sperrfluid
beaufschlagten Gleitringdichtungsanordnung und einem Raum ausserhalb
der Sperrfluidkammer, gemäss
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei
doppeltwirkenden Gleitringdichtungsanordnungen ist zwischen einem
Paar Gleitringdichtungen eine Sperrfluidkammer eingeschlossen, in
die ein Sperrfluid, zumeist eine gegenüber dem abzudichtenden Medium
inerte Flüssigkeit,
eingeführt werden
kann. Der Druck des Sperrfluids kann auf einen geeignet höheren Wert
als der des abzudichtenden Mediums eingestellt werden. Das System
schafft eine erhöhte
Sicherheit gegen Leckageaustritte an die Umgebung, und ferner kann
das Sperrfluid eine Kühlwirkung
auf die Gleitringdichtungen ausüben. Deartige
doppeltwirkende Gleitringdichtungsanordnungen sind bekannt; es kann
z. B. auf Burgmann, Lexikon der Gleitringdichtung, Selbstverlag,
1988, S. 51, 224 verwiesen werden. Es existieren Sperrfluidsysteme
mit und ohne Zirkulation des Sperrfluids zwischen der Sperrfluidkammer
und externen Sperrfluid-Versorgungsaggregaten.
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Die
Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, auf die
Anwendung bei Sperrfluidsystemen ohne Zirkulation gerichtet, bei
denen ein Nachfüllen
an Sperrfluid in der Sperrfluidkammer in erster Linie zum Ausgleich
von Verlusten dient. Sie bezieht sich hierbei insbesondere auf eine Überwachung
der Temperatur des Sperrfluids in der Sperrfluidkammer, um bei Überschreiten
bestimmter Temperaturgrenzwerte rechtzeitig temperaturverringernde Gegenmassnahmen
einzuleiten.
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Im
Hinblick auf diese Zielsetzung kann zwischen der Sperrfluidkammer
einer Sperrfluid beaufschlagten Gleitringdichtungsanordnung und
einem Raum ausserhalb der Sperrfluidkammer ein Fluiddurchflusssperrventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen sein. Dieses Ventil
vermag aufgrund seiner besonderen baulichen Gestaltung eine Sperrfluid-Durchlasspassage
bei Überschreiten einer
bestimmten Temperatur des Sperrfluids zu öffnen, so dass das überhitzte
Sperrfluid aus der Kammer nach aussen strömen kann und geeignete Massnahmen
getroffen werden können,
z. B. durch Einführung
von Austauschfluid von einer Fremdquelle in die Kammer, damit die
Temperatur in der Kammer wieder auf einem Wert unterhalb der bestimmten
Temperatur zurückgeführt wird
und damit eine Kühlwirkung auf
die Gleitringdichtungen weiterhin gewährleistet ist. Wenn dies erreicht
ist, schliesst das erfindungsgemässe
Ventil automatisch die Durchlasspassage und wird in der Sperrfluidkammer
der Normalbetriebszustand wieder eingenommen.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
dass das Durchflusssperrventil ausserdem eine Entlüftungsfunktion
auf die damit versehene Gerätschaft
ausüben
kann. Die dazu vorgesehenen Mittel sind im Unteranspruch 6 aufgeführt, auf
den insofern verwiesen werden kann. Schliesslich wird bevorzugt,
dass sowohl das Schliesselement als auch Widerlagerelement Formteile
aus einem PEEK Kunststoffmaterial darstellen, das sich aufgrund
seiner guten mechanischen und thermischen Eigenschaften für die besagten
Bauteile besonders eignet und den Vorteil hat, dass einer unerwünschte Ablagerung
von Fremdpartikeln an den Formteilen, z. B. metallischer Abrieb
etc. ein wirksamer Widerstand entgegengesetzt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
perspektivischer längsgeschnittener Ansicht
ein Durchflusssperrventil gemäss
einer Ausführungsform
der Erfindung,
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2 in
perspektivischer Ansicht ein Schliesselement des Durchflusssperrventiles
nach der Erfindung, und
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3 in
einer vergrösserten
perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht ein Detail des Durchflusssperrventiles
nach der Erfindung.
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Mit
Bezug auf 1 umfasst das Durchflusssperrventil
nach der Erfindung ein im wesentliches rohrförmiges Gehäuse 1, das von einer
Bohrung 2 durchsetzt ist, die eine Durchlasspassage für ein Fluid
von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende des Gehäuses 1 vorsieht.
Wie dargestellt, kann die Bohrung 2 im Durchmesser mehrfach
abgestuft sein. An einem in 1 rechtsseitigen
Bereich kann das Gehäuse 1 zu
einem rohrförmigen
Ansatz 3 mit verringertem Aussendurchmesser abgestuft sein,
auf dem ein Schraubgewinde 4 vorgesehen ist, mittels dem
das Ventil in einer Wandung, z. B. einer Sperrfluidkammer (nicht
gezeigt), montiert werden kann.
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An
einem zwischenliegenden Bereich 5 des Gehäuses 1 hat
die Bohrung 2 einen vergrösserten Durchmesser zur Aufnahme
eines kolbenförmigen Schliesselementes 6,
einer Vorspannfeder 7 und eines Widerlagerelementes 8.
Das Schliesselement 6 ist in 2 mit weiteren
Details gezeigt und umfasst insbesondere einen bei 9 angedeuteten
Dichtungsbereich und einen der Vorspannfeder 7 zugewandten Kolbenführungsbereich 10.
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Obschon
der Dichtungsbereich 9 in anderer Weise ausgebildet sein
könnte,
umfasst er bei der vorliegenden Ausführungsform ein O-Ringdichtungselement,
das in einer Ringnut des Schliesselementes 6 einliegt und
mit einer ringförmigen
Ventilsitzfläche 11 zusammenwirken
kann, die an einem zum Dichtungsbereich 9 des Schliesselementes 6 ausgerichteten
Bereich der Gehäusebohrung 2 vorgesehen
ist. Im Kolbenfüh rungsbereich 10 kann
ein weiteres Dichtungselement 12, vorzugsweise in Gestalt
eines O-Ringes vorgesehen sein, welches mit einem zwischenliegenden,
zylindrischen Führungsbereich 14 der
Gehäusebohrung 2 zusammenwirken
kann, um das Schliesselement 6 dagegen abzudichten und gleichzeitig
axial beweglich zu führen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist das Schliesselement 6 von
einer Druckentlastungsbohrung 15 durchsetzt, die sich von
einem axialen Ende des Schliesselementes 6 bis zu dessen
gegenüberliegenden
axialen Ende erstreckt, so dass ein an einem Ende anstehendes Fluid
zum anderen Ende des Schliesselementes strömen kann und so die Position
des Schliesselementes 6 nicht vom Druck des Fluids beeinflusst
wird. Vorzugsweise ist die Druckentlastungsbohrung 15 als
Drosselbohrung ausgebildet, um den Durchfluss an Fluid auf eine
geeignet geringe Duchsatzmenge zu begrenzen. Für eine geeignete Drosselwirkung
kann die Druckentlastungsbohrung 15 z. B. einen Durchmesser
von 1 bis 2 mm haben.
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Die
Vorspannfeder 7, bei der es sich vorzugsweise um eine konische
Spiralfeder handelt, ist mit ihrem einen axialen Ende am Schliesselement 6 und
mit dem anderen axialen Ende am Widerlagerelement 8 abgestützt. Die
Vorspannfeder 7 übt
auf das Schliesselement 6 und das Widerlagerelement 8 eine gleiche
Vorspannkraft aus. Die Vorspannkraft auf das Schliesselement 6 bewirkt,
dass dessen Dichtungsbereich 9 mit der Ventilsitzfläche 11 der
Gehäusebohrung 2 in
einer dichtenden Eingriffnahme gehalten wird und dadurch ein Durchtritt
von Fluid längs
des äusseren
Umfangs des Schliesselementes 6 unterbunden ist.
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Das
Schliesselement 6 kann unter Einwirken einer axialen Kraft
entgegengerichtet zur Vorspannkraft der Vorspannfeder 7 in
eine Stellung bewegt werden, bei der die dichtende Eingriffnahme
aufgehoben ist. Zur Ausübung
der auslösenden
Axialkraft ist im rohrförmigen
Ansatzbereiches 3 des Gehäuses 1 ein Betätigungselement 16 montiert,
das so ausgebildet ist, dass es unter der Einwirkung einer Temperaturänderung
eine axiale Längenänderung
erfährt. Insbesondere
kann es sich bei dem Betäti gungselement
um ein sog. Dehnstoffarbeitselement handeln, bei dem ein eingekapselter
Dehnstoff bei einer Temperaturerhöhung eine Ausdehnung erfährt, die
sich in einer Bewegung eines Arbeitskolbens äussert, der in Eingriff mit
der zugewandten Endfläche
des Schliesselementes 6 steht. Derartige Dehnstoffarbeitselemente
sind dem Fachmann bekannt und brauchen an dieser Stelle nicht näher beschrieben
zu werden. Geeignete Dehnstoffarbeitselemente sind z. B. von der Firma
Behr Thermot-tronik GmbH, Enzstrasse 25, D-70806 Kornwestheim
zu beziehen und im Katalog der Firma näher beschrieben. Das Betätigungselement 16 ist
bei Betrieb dem Fluid in der Sperrfluidkammer einer Gleitringdichtungsanordnung
ausgesetzt.
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Das
Widerlagerelement 8 ist bei der vorliegenden Ausführungsform
kolbenförmig
ausgebildet und umfasst einen der Vorspannfeder 7 zugewandten
zylindrischen Bereich 17 mit vergrössertem Durchmesser und einen
der Vorspannfeder 7 abgewandten zylindrischen Bereich 18 mit
verringertem Durchmesser, wobei zwischen den beiden Bereichen ein
Dichtungsbereich 19, vorzugsweise in Gestalt eines O-Ringdichtungselementes
vorgesehen ist. Der Dichtungsbereich 19 kann in dichtendem
Eingriff mit einer weiteren ringförmigen Ventilsitzfläche 20 am
inneren Umfang der Gehäusebohrung 2 treten,
um unter der Wirkung der Vorspannfeder 7 eine abdichtende
Beziehung zwischen dem Widerlagerelement 8 und der Gehäusebohrung 2 zu
schaffen.
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Das
Widerlagerelement 8 ist in der Gehäusebohrung 2 axial
beweglich angeordnet und kann daher unter einer darauf ausgeübten Axialkraft
entgegengesetzt der Vorspannkraft der Vorspannfeder 7 in eine
axiale Stellung gebracht werden, bei der die dichtende Beziehung
zwischen dem Widerlagerelement 8 und der Gehäusebohrung 2 aufgehoben
ist und eine Fluidströmung
längs des äusseren
Umfangs des Widerlagerelementes 8 ermöglicht wird. Insbesondere kann
dann ein begrenzter Fluidaustausch zwischen den axialen Enden des
Ventiles über
die Druckentlastungsbohrung 15 im Schliesselement 6 und
den Bereich zwischen dem Schliesselement 6 und dem Widerlagerelement 8 und
längs diesem
stattfinden.
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Die
eine Bewegung des Widerlagerelementes 8 verursachende Axialkraft
wird aufgebracht, indem ein stiftförmiges Stützelement 21, das
die Gehäusebohrung 2 diametral
durchsetzt und an dem das Widerlagerelement 8 anliegt,
an einem seiner axialen Enden in eine längliche, vorzugsweise schlüssellochartige
Führungsnut
(nicht gezeigt) in der Umfangswand der Gehäusebohrung 2 eingreift und
am anderen Ende an einem auf den benachbarten Endbereich des Gehäuses 1 drehbar
aufgesetzten Überwurfring 23 gehalten
ist. Die Führungsnut
ist so ausgerichtet, dass das Stützelement 21 je
nach Position seines einen Endes in der Führungsnut eine unterschiedliche
axiale Lage in Bezug auf das Widerlagerelement 8 einnimmt.
Je nach Drehstellung des Überwurfringes 23 von
Hand oder mittels eines Werkzeugs wird daher das Stützelement 21 in
einer ersten Position fixiert, bei der auf das Widerlagerelement 8 keine
Axialkraft ausgeübt
wird, bzw. in einer zweiten Position, bei der das Widerlagerelement 8 aus
der dichtenden Beziehung zur Gehäusebohrung 2 herausbewegt
ist.
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Darauf
hinzuweisen ist, dass an dem dem Überwurfring 23 zugewandten
Ende des Gehäuses 1 ein
Montagering 24 befestigt z. B. angeschraubt sein kann,
der eine sechskantförmige äussere Umfangskonfiguration
haben kann, so dass daran ein Drehwerkzeug angelegt werden kann,
um das Ventil in eine Gewindebohrung in der Wandung einer Sperrfluidkammer
zu montieren.
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Vorzugsweise
stellen sowohl das Schliesselement 6 als auch das Widerlagerelement 8 Formteile aus
einem geeigneten Kunststoffmaterial, vorzugsweise Polyetheretherketon
(PEEK)-Kunststoff dar.
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Das,
wie vorerwähnt
ausgebildete Durchflusssperrventil funktioniert wie folgt:
Wenn
das Durchflusssperrventil in der in 1 gezeigten
Position, bei der zwischen dem Schliesselement 6 und der
Gehäusebohrung 2 eine
dichtende Beziehung vorliegt, mit seinem Betätigungselement 16 dem
Fluid in einer Sperrfluidkammer einer Gleitringdichtungsanordnung
ausgesetzt ist, wird die erwähnte
dichtende Beziehung solange beibehalten, bis die Temperatur des
Fluides einen bestimmten oberen Grenzwert überschreitet und dadurch das
Betätigungselement 16 eine
solche axiale Ausdehnung erfährt,
dass das Schliesselement 6 gegen die Kraft der Vorspannfeder 7 in
die Freigabestellung axial bewegt wird. Infolge davon kann längs des
Dichtungsbereiches 9 des Schliesselementes 6 Fluid
strömen und
in einen Ringkanal 25 im Gehäuse 1 gelangen, während es
durch den nachgeschalteten Dichtungsbereich 10 an einer
fortgesetzten Strömung
längs des
Schliesselementes 6 gehindert ist. Vom Rinkanal 25 gelangt
das Fluid über
eine Verbindungsbohrung 26 zwischen dem Ringkanal 25 und
der Gehäusebohrung 2 nach
aussen. Wenigstens ein Teil des überhitzten
Fluids kann daher aus der Sperrfluidkammer abgeführt und durch ein Fluid mit
geeigneter Temperatur ersetzt werden.
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Bei
diesem Vorgang steht das Widerlagerelement 8 in der dichtenden
Beziehung zur Gehäusebohrung 2,
so dass ein Fluidaustausch längs
des äusseren
Umfanges des Widerlagerelementes 8 nicht stattfinden kann.
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Um
einen solchen Fluidaustausch zu ermöglichen, kann das Widerlagerelement 8 durch
eine Drehung des Überwurfringes 13 in
eine axiale Position gebracht werden, bei der die dichtende Eingriffnahme
zwischen dem Dichtungsbereich 19 und der Ventilsitzfläche 20 aufgehoben
ist und dadurch die Sperrfluidkammer über die Druckentlastungsbohrung 15 im
Schliesselement 6 und den äusseren Umfang des Widerlagerelementes 8 mit
der Gehäusebohrung 2 in
eine fluidaustauschende Verbindung gebracht wird. Diese kann dazu
verwendet werden, um ein Austauschfluid in die Sperrfluidkammer
einzuführen, wenn
sich das Schliesselement 6 in der Schliessposition befindet.
Insbesondere kann damit eine Entlüftungsfunktion zur Entlüftung der
Sperrfluidkammer ausgeübt
werden.
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Wenn
erwünscht,
kann das erfindungsgemässe
Durchflusssperrventil ohne eine derartige Entlüftungsfunktion ausgestattet
sein, wobei in diesem Fall der Überwurfring 23 und
die Mittel zur axialen Bewegung des Widerlagerelementes 8 weggelassen wer den
können.
Es versteht sich ferner, dass die Dichtwirkung der Bereiche 9, 10, 19 anders
als durch O-Ringdichtungselemente, z. B. durch eine konische Ausbildung
der zusammenwirkenden Dichtflächen erhalten
werden kann. Auch ist die Erfindung nicht auf die erwähnten Mittel
zur axialen Bewegung des Widerlagerelementes 8 beschränkt. Schliesslich
ist die Anwendung des Durchflusssperrventiles nach der Erfindung
nicht auf Gleitringdichtungsanordnungen beschränkt, sondern es können damit
auch andere Gerätschaften,
in denen eine ähnliche
Temperaturüberwachungsfunktion
gewünscht
ist, ausgestattet werden.