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Die Erfindung betrifft einen Gaszähler mit integriertem Gasabsperrventil, bestehend aus einem einen Gaseinlass und einen Gasauslass umfassenden Gehäuse, in welchem eine Vorrichtung zur Erfassung des Gasstroms, ein Zählwerk, ggf. ein Druckminderer sowie ein in einem Gasströmungspfad zwischen dem Einlass und dem Auslass platziertes Gasabsperrventil angeordnet sind.
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Gaszähler sind Messgeräte zur Erfassung der pro Zeiteinheit durchgesetzten Gasmenge. Das Einsatzgebiet der Gaszähler beschränkt sich dabei nicht nur auf die häusliche oder industrielle Gasversorgung, sondern auch zur exakten Mengenbestimmung bei labortechnischen Untersuchungen. Für spezielle Anwendungsfälle sind die Gaszähler mit Schnittstellen oder potentialfreien Kontakten ausgerüstet, die eine Fernabfrage von Zählerständen oder eine Weiterverarbeitung des gemessenen Verbrauchs ermöglicht.
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Aus der
DE 69735283 T2 ist hierzu ein modularer Gaszähler vorbekannt, welcher eine Basiszählereinheit, einen Zusatzbaustein, ein Gasschließventil, eine Gasdurchflussmessanordnung sowie eine erste Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung von Steuerdaten von oder zum Ventilsteuerungssystem aufweist. Die Basiszählereinheit ist dabei derart beschaffen, dass sie operativ mit dem Zusatzbaustein kombiniert werden kann, um dadurch die Funktionen des Zählers zu erweitern. Der Zusatzbaustein umfasst ein Bausteinsteuerungssystem, welches derart eingerichtet ist, dass es die Funktionalität steuern kann. Das Bausteinsteuerungssystem weist eine zweite Kommunikationsschnittstelle auf, über die Kommunikationssignale zur Steuerung der Basiszählereinheit übermittelt werden. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der Zusatzbaustein so angeordnet ist, dass er einen Schließ-Volumenindex errechnet, der an die Basiszählereinheit übermittelt wird, welche diesen Wert mit dem laufenden Volumenindexwert vergleicht und dabei so angeordnet ist, dass diese zur Unterbrechung der Gaszufuhr das Schließventil betätigt, sobald der laufende Volumenindexwert den Schließ-Volumenindexwert erreicht oder überschreitet.
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Die
DE 101 293 00 A1 offenbart einen Massendurchfluss-Detektor, insbesondere Gaszähler, sowie ein Verfahren zum Datenaustausch. Der Gaszähler umfasst einen Massendurchfluss-Detektor, eine Steuerung und eine Anzeige. Der Weiteren kann der Gaszähler mit einem Kartenleser und einem Ventil ausgestattet sein. Der Massendurchfluss-Detektor basiert auf einem Sensorelement, welches zusammen mit einer digitalen und analogen Auswertung auf einem Halbleiterbaustein integriert ist. Da der Massendurchfluss und nicht die Flussgeschwindigkeit bzw. das Volumen des konsumierten Gases gemessen wird, ergibt sich ein vom Druck unabhängiger Wert, der im Wesentlichen durch den Brennwert des Gases bestimmt wird.
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Aus der
WO 2001098735 A1 ist ein Gaszähler und ein Verfahren zum Ermitteln einer konsumierten Gasmenge bekannt. Der Gaszähler ist gekennzeichnet durch einen Massenflussdetektor zum Messen des Massenflusses eines durch einen Hauptkanal fließenden Gases und außerdem mit Mitteln zum Integrieren des Massenflusses über die Zeit.
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Der
DE 4007279 C2 ist eine Anschlussvorrichtung für Einstutzen-Gastzähler zu entnehmen. Die Anschlussvorrichtung umfasst ein Absperrventil, einen Druckregler und ein Überdrucksicherungsventil, welche in einer Zuführleitung angeschlossen sind. An die Zufuhrleitung ist ein Anschlussstück mit drei Stutzen angeschlossen, von denen ein erster Stutzen zum Anschluss des Gaszählers, ein zweiter zum Anschluss des Verbrauchers und der dritte Anschluss mit einem Gasabsperrhahn versehen ist, dessen Sperrglied mittels eines drehbaren Zapfens in eine Sperr- und Offenstellung verstellbar ist. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der Drehzapfen mit einer durchgehenden Bohrung versehen ist, welche axial im Drehzapfen verläuft und welche mit einem herausnehmbaren oder zu öffnenden Verschluss gasdicht verschlossen ist.
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Des Weiteren ist aus der
DE 3806261 C2 eine Vorrichtung zur Sicherung gegen unberechtigte Gasentnahme aus unter Druck stehenden Gasleitungen bekannt, von denen der Gasmengenzähler abgebaut ist. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass ein in die Gasleitung eingeschobener Pfropfen mit zumindest einem gummielastischem Hohlzylinder oder Ring vorgesehen ist, der an den Wandungen der Gasleitung dichtend anliegt, dem Pfropfen einen festklemmenden Sitz verleiht und dabei derart ausgestaltet ist, dass er nur mit einem Spezialwerkzeug entfernbar ist.
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Aus der
DE 1773954 A ist ein trockener Gaszähler bekannt, der eine Vielzahl von Messkammern und ein einziges Ventil umfasst. Dieses Ventil verhindert stets einen direkten Gasdurchfluss zwischen einem Einlass und einem Auslass. Es durchläuft einen Arbeitszyklus, in dessen Verlauf jede einzelne der Kammern des Gaszählers für einen bestimmten Zeitabschnitt jeweils über eine speziell ihr zugeordnete Durchlassöffnung an einem Einlass und für einen weiteren Zeitabschnitt an einen Auslass angeschlossenen sowie für die restliche Zeit des Arbeitszyklus zum Einlass, zum Auslass und zu sämtlichen anderen Kammerdurchlässen hin abgedichtet ist. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass das Ventil einen Ventilschieber aufweist, der für die Ausführung einer schwingenden Bewegung gleichzeitig rotatorischer und translatorischer Art in ein und derselben Ebene führt.
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Den aus dem Stand der Technik vorbekannten Gaszählern haftet der Nachteil an, dass einerseits die als separate Bauteile vorliegenden Absperrventile dem Gaszähler vorgeschaltet sind und damit auch durch unberechtigte Dritte bedient werden können. Dies hat in der Vergangenheit oftmals dazu geführt, dass Konsumenten unter Umgehung des Gaszählers Leitungsabschnitte ersetzt und damit in den Genuss kostenloser und damit rechtwidriger Gasversorgung gekommen sind. Bei Lösungen von Gaszählern mit integrierten Absperrventilen sind andererseits hohe Druckverluste zu verzeichnen, da diese Absperrventile zwar funktionell aber nicht strömungstechnisch optimiert sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Gaszähler mit integriertem Gasabsperrventil vorzuschlagen, welcher einen geringen Druckverlust aufweist und der manipulationssicher ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung durch die Merkmale in den Unteransprüchen angegeben sind.
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Nach der Konzeption der Erfindung besteht der Gaszähler mit integriertem Gasabsperrventil aus einem einen Gaseinlass und einen Gasauslass umfassenden Gehäuse, in welchem eine Vorrichtung zur Erfassung des Gasstroms, ein Zählwerk, ggf. ein Druckminderer sowie ein in einem Gasströmungspfad zwischen dem Einlass und dem Auslass platziertes Gasabsperrventil angeordnet sind. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass das Gasabsperrventil als elektrisch betriebenes Ventil mit kugelförmigen oder zylinderförmigen Dichtkörper ausgebildet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gasabsperrventil eine Ventileinheit (V) mit einem Ventilkörper und dem Dichtkörper, eine Antriebseinheit (A) und eine Anschlusseinheit, wobei die Einheiten (V, A, S) modular miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind.
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Der Ventilkörper weist erfindungsgemäß eine Nut auf, worin der Dichtkörper durch zwei Achsen gelagert ist, wobei nur ein Dichtungselement zur Abdichtung des Dichtkörpers gegenüber dem Ventilkörper vorgesehen ist.
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Die Antriebseinheit umfasst ein Getriebe, welches nach der Verbindung der Ventileinheit mit der Antriebseinheit als Moduleinheit im Ventilkörper integriert. Das Getriebe ist hierbei als Stirnradgetriebe, Schneckenradgetriebe oder ähnliches Getriebe ausgebildet. Die Module sind durch einfache, vorzugsweise formschlüssige, Verbindungen miteinander verbindbar und auch ebenfalls voneinander lösbar. Diese erfindungsgemäße modulare Bauweise in wählbare Anschlüsse, Ventil- und Antriebseinheit oder Module, die aus mehr als zwei Modulen gebildet sind, ermöglicht die Ventile an Markt- und Kundenbedürfnisse sowie neue Spezifikationen kosteneffizient anzupassen. Insbesondere macht die modulare Bauweise eine Variationsvielfalt an Ventilsystemen möglich, die aus einem oder mehreren dieselben und unterschiedliche Modulen, wie Ventileinheit/Antriebseinheit Modul, oder Ventileinheit/Anschlussstück, nach den Anforderungen steckbauweise montiert werden können. Ebenfalls führt diese erfindungsgemäße Bauweise zum einfachen und schnellen Austausch der Schnittstellen und Antriebseinheit, was die Zeit- und Kostenaufwand bei Wartungsarbeiten wesentlich reduziert und die Reparaturfreundlichkeit erhöht. Als mögliche Änderungsgründe zählen Änderung der Energieversorgung, die normative Einstufung der Applikation und eine darauf angepasste Aktorwahl, sowie unterschiedliche Dichtheitsanforderungen. Denkbar wäre eine Anpassung des Ventilkörpers für unterschiedlichen Volumenströme und Druckabfälle durch unterschiedliche Kugeldurchmesser und Größen des Innenraums von Ventilgehäusen. Durch den einfachen Wechsel des Anschlusses ist die Montage an jede beliebige Schnittstelle möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Ventils sind die formschlüssigen Verbindungen als gegenwirkende Rastelemente ausgebildet, die beim Verschließen ineinander greifen und dadurch eine formschlüssige Verbindung bilden. Damit erfolgt ein Aufsetzen eines Moduls bzw. das Verschließen des Moduls durch eine Translationsbewegung eines Moduls auf das andere Modul. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn ein Modul von oben auf ein anderes Modul, z. B. das Ventilgehäuse lediglich aufgesteckt oder aufgeclipst wird. Dies ermöglicht ein automatisches Verschließen beider Module.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die formschlüssige Verbindung der Module mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehrere Rastelementpaare, da mehrere Rastelementpaare eine Mehrfachsicherung ermöglichen und somit zum sicheren Verschließen der Module beitragen. Unter Rastelementpaare sind zwei Rastelemente zu verstehen, die gegenseitig einen Formschluss bewirken. Es ist allerdings denkbar, auch unter Umständen eine Vielzahl von Rastelemente unter Rastelementpaare zu verstehen, die aufgrund ihrer ähnlichen Ausgestaltung und gleichen Wirkungsweise lediglich als ein Rastelementpaar angesehen werden.
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Eine andere Möglichkeit der formschlüssigen Verbindung der Module bietet ein Bajonettverschluss, in dem die Verbindung über eine Steck-Dreh-Bewegung erfolgt. Die beiden zu verbindenden Teile werden durch ein Ineinanderstecken und ein entgegengesetztes Drehen verbunden und so auch wieder getrennt. Auch eine Kombination von Rast- und Bajonett Verbindungen ist denkbar.
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Erfindungsgemäß weist das Getriebe der Antriebseinheit ein Kupplungsstück auf, das zur Betätigung des Dichtkörpers durch eine seitliche Öffnung des Ventilkörpers in zwei in dem Dichtkörper ausgebildeten Nuten eingeführt wird. Dadurch kann die Lagerstellung, d. h. Offen- und Schließstellung, des Dichtkörpers durch die Antriebseinheit gesteuert werden. Die Offenstellung des Dichtkörpers ist gegeben, wenn der Eingang mit dem Ausgang des Ventils in der Strömungsrichtung durch die in dem Dichtkörper ausgebildete Durchgangsbohrung miteinander verbunden und in einer Schließstellung über den Dichtkörper voneinander getrennt ist. Um den Dichtkörper aus der Offenstellung in die Schließstellung verdrehen zu können, ist der Dichtkörper um eine im Wesentlichen zur Stromrichtung orthogonalen Achse drehbar gelagert und mit einem Kupplungsstück der Antriebseinheit zur Betätigung des Dichtkörpers verbunden.
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Erfindungsgemäß wird das Kupplungsstück vorzugsweise durch ein Schneckenradgetriebe der Antriebseinheit elektromechanisch betrieben. Die Antriebseinheit umfasst einen Schalter und eine Schaltnocke, die derart ausgebildet ist, dass mit dem Schalter die offene und geschlossene Position des Dichtkörpers erkannt wird ein Überlaufen über 90 Grad wird gleichzeitig dadurch verhindert, dass das Kupplungsstück am Ventilgehäuse bis zum Anschlag fährt. Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Schaltnocke ist sehr vorteilhaft, da sie zur Reduzierung der Anzahl der Schalter zur Realisierung der Positionserkennung von zwei, wie aus dem Stand der Technik vorbekannt ist, auf einen führt. Der Schalter besitzt hierbei ein Stift wobei es beim Eindrücken des Stiftes zum Schaltvorgang kommt. Das Kopplungsstück ist drehbar gelagert und mit dem Dichtkörper verbunden. Weiterhin besitzt das Kopplungsstück eine Schaltnocke, welche für den Stift des Schalters als Rampe fungiert und diesen in beiden Endstellungen eindrückt. Das Kupplungsstück besitzt hierbei zwei Schaltnocken die derart gestaltet sind, dass der Stift des Schalters sowohl in der offenen als auch in der geschlossenen Position durch die Schaltnocke am Kupplungsstück eingedrückt wird und ein Signal ausgibt. Durch diese Ausgestaltung des Kupplungsstücks mit der zusätzlichen Information der Drehrichtung des Dichtkörpers kann genau bestimmt werden, ob sich der Dichtkörper in der offenen oder geschlossenen Position befindet.
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Erfindungsgemäß weist der Dichtkörper zwei diametral zueinander angeordnete, im Querschnitt kreisförmige Achsstummel auf, der auf den Nuten gegenüberliegenden Seiten ausgebildet und in eine Aussparung in der Innenwand des Ventilkörpers einführbar ist. Die Aussparung ist vorteilhaft als Nut oder Rinne ausgebildet, wobei ihre Gestaltung an der Form bzw. Gestaltung und Lage des Achsstummels des Dichtkörpers so abgestimmt ist, dass der Achsstummel stabil in ihr drehbar gelagert ist. Der Dichtkörper und die Achsstummel sind vorzugsweise symmetrisch im Bezug zur vertikalen Achse des Dichtkörpers angeordnet, wodurch eine stabile Lagerstellung des Dichtkörpers gegeben ist. Diese stabile Lagerung des Dichtkörpers und durch das Minimieren bzw. der Wegfall der Bewegungen des Dichtkörpers aufgrund des Gasflusses ermöglicht eine Reduzierung der Anzahl der Dichtungselemente von zwei Dichtungselementen auf einen, d. h. sie ermöglicht den Wegfall der zweiten Dichtung, die in der Gasflussrichtung nach dem Dichtkörper angeordnet ist. Dieser Aufbau mit nur einer Dichtelement-Variante sorgt für geringe innere Reibung und somit für geringen Energiebedarf sowie auch für signifikante Kostenreduktion.
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Abweichend von der im Bezug zur orthogonalen Achse des Dichtkörpers symmetrischen Anordnung der Achsstummel können diese Achsstummel auch exzentrisch zur orthogonalen Achse des Dichtkörpers angeordnet sein. Dadurch wird die Lippendichtung im offenen Ventilzustand entspannt, was wiederum zu einer geringeren notwendigen Antriebsleistung aufgrund der reduzierten Reibung führt. Dies kann insbesondere bei Batteriebetrieb von Vorteil sein.
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Bevorzugt ist das Dichtelement als eine Lippendichtung ausgeführt. Diese Form des Dichtelementes reduziert die Anpresskraft bei gleichzeitiger Verbesserung der Robustheit gegenüber Toleranzschwankungen und Bauteilfehlern. Ebenfalls bietet sie aufgrund ihrer geometrisch definierten Flexibilität eine hohe Langzeitstabilität und führt zu einem optimalen Toleranzausgleich. Dies alles ergibt ein geringes Lastmoment, geringere Energiereserven beim Antrieb und eine folglich längere Laufzeit bei Batteriebetrieb. Durch den geringen Energiebedarf und der effizienten und kompakten Bauweise ist es möglich, das Ventil auch direkt im Gasraum zu betreiben.
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Bevorzugt sind der Ventilkörper und/oder der Dichtkörper aus Kunststoff gefertigt, wodurch das erfindungsgemäße Ventil auch innerhalb einer explosionsgefährdeten Atmosphäre eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst die Antriebseinheit (A) des Gasabsperrventils (V, A, S) ferner einen Motor, wobei der Motor und der Schalter mit einem Flachleiter verbunden sind. Der Flachleiter durchstößt die Außenwand des Gehäuses des Gaszählers im Bereich eines Durchdringungselementes, wobei die Außenwand mittels einer am Flachleiter integrierten fluiddichten Durchführung gedichtet ist. Der Flachleiter kann aber auch an eine beliebige andere gasdichte Durchführung für elektrische Leiter angeschlagen sein. Der Flachleiter kann elektronische Bauelemente, wie z. B. Dioden, aufweisenden wodurch Schutzmaßnahmen getroffen werden, welche die Ausbildung eines zündfähigen Funkens verhindern.
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Die fluiddichte Durchführung für Flachleiter ist durch eine Öffnung des Durchdringungselement geführt, welches zumindest an einem Öffnungsende eine Ausnehmung oder Ausformung aufweist, und aus zwei Profilträgern mit jeweils einem Rastelemente aufweisenden ersten Flansch und einem von diesem abgewinkelten zweiten Flansch besteht, wobei im Montageendzustand die jeweils ersten Flansche der Profilträger sich symmetrisch zueinander in Richtung der Längsachse des Flachleiters erstrecken und dabei beidseitig mit Flächenkontakt den Flachleiter sandwichartig einschließen, zur Ausbildung eines ersten Fixpunktes die Rastelemente der jeweils ersten Flansche sich unmittelbar am ersten Öffnungsende v-förmig mit in Richtung zur Öffnung weisender V-Öffnung aufspannen und einrasten, zur Ausbildung einer Anschlagfläche die jeweils zweiten Flansche der Profilträger sich seitlich über das zweite Öffnungsende hinaus flügelartig erstrecken, und eine fluiddichte Vergussmasse vorgesehen ist, die den im Bereich der Ausnehmung oder Ausformung platzierten Fixpunkt überdeckend platziert ist. An den Innenflächen der zweiten Flansche können zusätzlich Klebefolien angebracht werden oder auch Patronen welche bei der Montage zerplatzen und den Kleb- und Dichtstoff freigeben. Hierbei kann gleichzeitig auch eine Dichtwirkung erzielt werden die bei besonderen Anwendungen die zusätzliche Vergussmasse und Ausformung erspart und die Montage zusätzlich erleichtert.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Gaszähler oder das Gasabsperrventil einen Funkempfänger oder einen Funkempfänger und einen Funksender auf, die eine berührungslose Funkkommunikation und in Verbindung mit einem innerhalb des Gaszählers platzierten Funkempfänger und/oder Funksender ermöglichen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die elektronischen Bauelemente für den Funkempfänger und/oder den Funksender direkt auf dem Flachleiter angeordnet oder in diesem integriert.
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Zur autarken Betriebsführung des Gaszählers weist das Gasabsperrventil eine interne Stromversorgung in Gestalt einer Batterie oder eines Akkumulators auf.
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Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines Gaszählers,
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2.1: eine Explosionsdarstellung des modular aufgebauten Ventils,
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2.2 eine perspektivische Ansicht der Antriebseinheit,
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3.1: eine perspektivische Darstellung des Ventilkörpers gemäß 1,
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3.2: einen Querschnitt des Ventilkörpers gemäß 1
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3.3: eine perspektivische Darstellung der Gehäusekappe
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4.1: eine perspektivische Darstellung des Kupplungsstücks und des Schalters,
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4.2: eine perspektivische Darstellung der zusammengebauten Antriebseinheit gemäß 1,
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5.1: eine perspektivische Darstellung des Dichtungselements sowie
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5.2: einen Querschnitt des Dichtungselements.
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Der 1 ist eine schematische Darstellung eines Gaszählers 15 mit integriertem Gasabsperrventil zu entnehmen. Der Gaszähler 15, besteht aus einem Gehäuse 16 mit einem Gaseinlass 17 und einem Gasauslass 18. Innerhalb des Gehäuses 16 des Gaszählers 15 sind eine nicht dargestellte Vorrichtung zur Erfassung des Gasstroms, ein Zählwerk 19 sowie ein in einem Gasströmungspfad zwischen dem Gaseinlass 17 und dem Gasauslass 18 platziertes Gasabsperrventil (V, A, S) angeordnet. Erfindungsgemäß ist das Gasabsperrventil (V, A, S) dabei als elektrisch betriebenes Ventil mit kugelförmigen oder zylinderförmigen Dichtkörper ausgebildet.
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In 2.1 ist eine erste Variante der modularen Bauweise des Gasabsperrventils illustriert, wobei 2.2 eine perspektivische Ansicht der Antriebseinheit A zeigt. Die Module und ihre Einzelteile sind deutlichkeitshalber getrennt voreinander dargestellt. In 2.1 sind folgende drei Module dargestellt: eine mit „A” gekennzeichnete Antriebseinheit, eine mit „V” gekennzeichnete Ventileinheit” und eine mit „S” gekennzeichnete Anschlusseinheit, nachstehend auch als Anschlüssstück gekennzeichnet. Alle Module weisen Formschlussverbindungen zur Verbindung des Moduls mit zumindest einem anderen Modul auf, die entweder als gegeneinander wirkende Rastelemente und/oder als Bajonettverschlüsse ausgebildet sind.
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Die Ventileinheit „V” ist detailliert in der 3.1 dargestellt. Sie umfasst einen Ventilkörper 6 mit einer seitlichen Öffnung, die zwei Aussparungen 6.1 zur Aufnahme eines Betätigungsorgans 8 für einen als Ventilkugel ausgebildeten Dichtkörper 5 aufweist. Rund um die seitliche Öffnung 6.1 des Ventilkörpers 6 ist einen Anschlussadapter in Form eines hervorstehenden Kragens 6.2 einstückig mit dem Ventilkörper 6 ausgebildet. Entlang des Kragens 6.2 sind vier symmetrisch zu einander hervorstehende Rastelemente 6.3 platziert. Der Ventilkörper weist an seinem oberen Ende des Ventileingangs, an seinem äußerem Rand weitere vier Rastelemente 6.4 auf, wobei in 2.1 nur 2 von den 4 Rastelementen zu sehen sind. Zwei weitere Rastelemente 6.5 sind am unteren Ende des Ventilgehäuses angeordnet, wobei nur 1 Rastelement von beiden in 2.1 dargestellt ist. Die Verschlüsse sind symmetrisch zueinander angeordnet, wobei ihre Anordnung und ihre Anzahl erfindungsgemäß variabel sind. Durch diese Anordnung der Verschlüsse und kompakte Bauweise des Ventilkörpers können an den Ventilkörper drei Module (oben, unten und seitlich) angeschlossen werden. Der Ventilkörper ist einstückig mit den Rastelementen ausgebildet.
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Die innere Wand des Ventilkörpers 6 ist in der Querschnittansicht der 3.2 detailliert dargestellt. Sie weist auf der gegenüberliegenden Seite der seitlichen Öffnung mit Aussparungen 6.1 eine senkrecht verlaufende längliche Nut bzw. Rinne 6.6 zur Aufnahme der im Querschnitt kreisförmigen Achsstummel 5.2 (nicht dargestellt) der Ventilkugel 5 auf. Die Achsstummels 5.2 sind so ausgebildet, dass sie in die Aussparung 6.6 einführbar und drehbar gelagert werden können. Die Ventilkugel 5 und die Achsstummel 5.2 sind vorzugsweise symmetrisch im Bezug zur vertikalen Achse der Ventilkugel 5 angeordnet, wodurch eine stabile Lagerstellung der Ventilkugel 5 gegeben ist. Die Anordnung der Achsstummel 5.2 kann aber auch exzentrisch zur orthogonalen Achse der Ventilkugel 5 erfolgen. Die Ventilkugel 5 in 2.1 weist an den Achsstummeln 5.2 zwei symmetrisch zu einander ausgebildeten Nuten 5.1 auf. Die zwei Nuten 5.1 sind nach der Einführung der Ventilkugel 5 in den Ventilkörper 6 über die Aussparungen 6.1 der seitlichen Öffnung zur Aufnahme eines Betätigungsorgans 8 für die Ventilkugel vorgesehen. Zwischen der Ventilkugel 5 und der Gehäusekappe 3, welche Rastelemente 3.1 und Bajonettverschlüsse aufweist, ist ein Dichtungselement 4 vorgesehen, das in der 5 detailliert dargestellt ist. Der Dichtungsring 4 ist gleitend innerhalb des Ventilkörpers 6 auf die Ventilkugel 5 eingepasst und wird durch die formschlüssige Verbindung der Rastelemente 3.1 der Gehäusekappe und der Rastelemente 6.4 des Ventilkörpers 5 zusammengepresst, so dass der Dichtungsring 4 zwischen der Gehäusekappe 3 und der Ventilkugel 5 eingeschlossen ist.
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Der Einbau der gesamten Ventileinheit „V” gestaltet sich denkbar einfach. Zuerst wird die Ventilkugel 5 mit ihrem Achsstummel 5.3 (nicht dargestellt) in die längliche Nut 6.6 des Ventilkörpers 6 eingeführt. Durch die kreisrunde Ausbildung der Achsstummels 5.2 kann die Ventilkugel 5 in ihrer Lage gedreht werden. Die Innenwand des Ventilgehäuses weist in dem Bereich außerdem eine Aussparung auf, deren Form an der Ventilkugel abgestimmt ist, so dass keine unnötige Reibung zwischen der Innenwand des Ventilkörpers und der Oberfläche der Ventilkugel entsteht. Daraufhin wird von oben auf die Ventilkugel den Dichtungsring 4 und folglich die Dichtungskappe 3 derart aufgelegt, so dass ein Verschließen der Rastelemente 3.1, 6.4 durch eine Translationsbewegung erfolgt.
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Die in 2.1 dargestellte Antriebseinheit „A” weist einen Betätigungsorgan 8, auf, der nachfolgend als Kupplungsstück genannt wird und das derart ausgebildet ist, dass es in die Nuten 5.1 der Ventilkugel 5 durch die seitliche Öffnung 6.1 des Ventilkörpers 6 aufgenommen bzw. integriert werden kann.
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Das Kupplungsstück 8 weist einen innen und zentral ausgebildeten Mitnehmer auf, welcher in das Gegenstück 10 des Getriebes so eingreift, das eine sichere und spielfreie Übertragung des Drehmomentes bei sehr einfacher Montage des Getriebemoduls gewährleistet werden kann. Gleichzeitig weist der Mitnehmer 8.1 einen mittig ausgebildeten zylindrischen Teil auf. Ein Dichtelement 15 ist dabei so zwischen dem Getriebegehäuse und dem mittig ausgebildeten zylindrisch Teil des Mitnehmers 8.1 eingesetzt, dass kein Gasstrom zwischen der Ventileinheit V und der Antriebseinheit A entstehen kann.
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Die Antriebseinheit A umfasst einen Schalter 12 und eine Schaltnocke, die derart ausgebildet ist, dass mit dem Schalter die offene und geschlossene Position der Ventilkugel erkannt wird und ein Überlaufen über 90 Grad verhindert wird.
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Bei Drehung des Kupplungsstücks wird die Ventilkugel 5 zwischen der Offen- und der Schließstellung des Ventils verdreht. Die seitliche Öffnung 6.1 des Ventilkörpers 6 mit einem O-Ring (nicht dargestellt) kann durch die formschlüssige Verbindung zwischen den Rastelementen 6.3 der Ventileinheit „V” und den Rastelementen (nicht dargestellt) der Antriebseinheit „A” mit der Antriebseinheit modular verbunden werden. Durch die formschlüssige Verbindung wird der notwendige Dichtdruck erreicht.
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Die in 2.1 dargestellte Anschlusseinheit „S” umfasst einen Anschlussadapter, der Elemente 3.2 des Bajonettverschlusses, die in 3.3 dargestellt sind, aufweist, die mit den Elementen des Bajonettverschlusses 3.1 der Gehäusekappe 3 der Ventileinheit „V” zusammenwirken können. Bei der Verbindung der Module der Ventileinheit „V” und der Anschlusseinheit „S” wird einen O-Ring zur Abdichtung der Verbindung dazwischen gelegt. Die Anschlusseinheit ist mit einem Ventildeckel 1 verschlossen. Die Gehäusekappe ist in 3.3 an ihrem äußeren Rand mit drei Rastelementen 3.2 zur formschlüssigen Verbindung mit dem Ventilkörper 6 versehen.
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Die 3.1 und 3.2 illustrieren eine perspektivische Darstellung sowie einen Querschnitt der Ventileinheit „V” das. In den aus dem Stand der Technik bekannten Ventilen ist die Ventilkugel auf einer Tragordnung gelagert, die aus zwei Dichtringen besteht, die sich auf der Außenumfangsfläche der Ventilkugel anlegen, einer vor der Ventilkugel und einer hinter der Ventilkugel. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil ist aufgrund der erfindungsgemäßen Lagerung der Ventilkugel 5 nur ein Dichtungselement 4 zur Abdichtung der Ventilkugel 5 erforderlich, nämlich nur das, welches vor der Ventilkugel 5 in Gasflussrichtung angeordnet ist. Die Ventilkugel 5 ist durch das Zusammenwirken der Achsstummel 5.2 und Nut 6.6 im Ventilkörper 6 stabil gelagert.
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In 4.1 ist das Kupplungsstück 8 mit dem Schalter 9 detailliert dargestellt.
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Das Kupplungsstück 8 weist einen innen und zentral ausgebildeten Mitnehmer auf, welcher in das Gegenstück 10 des Getriebes so eingreift, das eine sichere und spielfreie Übertragung des Drehmomentes bei sehr einfacher Montage des Getriebemoduls gewährleistet werden kann. Gleichzeitig weist der Mitnehmer 8.1 einen mittig ausgebildeten zylindrischen Teil auf. Ein Dichtelement 15 ist dabei so zwischen dem Getriebegehäuse und dem mittig ausgebildeten zylindrisch Teil des Mitnehmers 8.1 eingesetzt, dass kein Gasstrom zwischen der Ventileinheit V und der Antriebseinheit A entstehen kann.
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Die Antriebseinheit A umfasst einen Schalter 12 und eine Schaltnocke 10.1, die derart ausgebildet ist, dass mit dem Schalter die offene und geschlossene Position der Ventilkugel erkannt wird und ein Überlaufen über 90 Grad verhindert wird. Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Schaltnocke ist sehr vorteilhaft, da sie zur Reduzierung der Anzahl der Schalter zur Realisierung der Positionserkennung von zwei, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, auf einen führt.
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Der Schalter 12 weist einen Stift 12.1 auf, wobei der Schalter 12 so ausgebildet ist, dass beim Eindrücken des Stiftes 12.1 zum Schaltvorgang kommt. Das Kupplungsstück 8 und das Schneckenrad 10 sind drehbar gelagert und mit der Kugel 5 durch die Mitnehmer 8.1 verbunden (nicht dargestellt). Weiterhin umfasst das Schneckenrad 10 zumindest eine Schaltnocke 10.1 welche für den Stift 12.1 des Schalters 12 als Rampe fungiert und diesen in beiden Endstellungen eindrückt. Vorteilhaft umfasst das Kupplungsstück 8 hierbei zwei Schaltnocken 10.1 die derart gestaltet sind, dass der Stift 12.1 des Schalters 12 sowohl in der offenen als auch in der geschlossenen Position durch die Schaltnocke 10.1 eingedrückt wird und ein Signal ausgibt. Durch diese Ausgestaltung der Schaltnocken 10.1 mit der zusätzlichen Information der Drehrichtung der Ventilkugel 5 kann genau bestimmt werden ob sich die Kugel 5 in der offenen oder geschlossenen Position befindet.
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4.2 stellt eine aus der Getriebekappe 13, dem Schrittmotor 12 mit der Schnecke 11, dem Schalter 9, dem Kupplungsstück und dem Getriebegehäuse 7 zusammengebaute und betriebsbereite Antriebseinheit A dar.
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Die 5.1 und 5.2 zeigen eine perspektivische Darstellung sowie einen Querschnitt des Dichtungselementes 4. Das Dichtungselement 4 ist erfindungsgemäß als Lippendichtung 4.1 ausgebildet. Der innere Durchmesser der Lippendichtung 4.1 entspricht dem Durchmesser der Durchbruchsöffnung der Ventilkugel 5 derart, so dass die Lippe 4.2 der Lippendichtung 4 in die Durchbruchsöffnung passgenau eingesetzt werden kann. Durch diese spezielle Form des Dichtungselements 4 wird die Anpresskraft bei gleichzeitiger Verbesserung der Robustheit gegenüber Toleranzschwankungen und Bauteilfehlern reduziert. Ebenfalls bietet sie aufgrund ihrer geometrisch definierten Flexibilität eine hohe Langzeitstabilität und einen optimalen Toleranzausgleich. Dies alles ergibt ein geringes Lastmoment, geringere Energiereserven beim Antrieb und folglich längere Laufzeit bei Batteriebetrieb.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Antriebseinheit
- V
- Ventileinheit
- S
- Anschlusseinheit
- 1
- Ventildeckel
- 2
- O-Ring
- 3
- Gehäusekappe
- 3.1
- Bajonettverschluss der Gehäusekappe
- 3.2
- Rastelement der Gehäusekappe
- 4
- Dichtungselement
- 4.1
- Lippendichtung
- 4.2
- Lippe
- 5
- Dichtkörper (Ventilkugel)
- 5.1
- Nut des Dichtkörpers
- 5.2
- Achsstummel
- 6
- Ventilkörper
- 6.1
- Seitliche Öffnung
- 6.2
- Seitlicher Anschlussadapter des Ventilkörpers
- 6.3
- Rastelement an dem seitlichen Anschlussadapter
- 6.4
- Rastelement an dem oberen Rand des Ventilkörpers
- 6.5
- Rastelement an dem unteren Rand des Ventilkörpers
- 6.6
- Nut
- 7
- Getriebegehäuse
- 8
- Kupplungsstück
- 8.1
- Mitnehmer
- 9
- Mikroschalter
- 10
- Schneckenrad
- 10.1
- Schaltnocken
- 11
- Schnecke
- 12
- Schrittmotor
- 13
- Getriebekappe
- 14
- Flachleiter
- 15
- Gaszähler
- 16
- Gehäuse
- 17
- Gaseinlass
- 18
- Gasauslass
- 19
- Zählwerk
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69735283 T2 [0003]
- DE 10129300 A1 [0004]
- WO 2001098735 A1 [0005]
- DE 4007279 C2 [0006]
- DE 3806261 C2 [0007]
- DE 1773954 A [0008]
