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Leitungsanschlussventil für ein Druckfluid mit einem einschraubbaren Stutzen einerseits und mit einer Ventilbuchse , die in einem Innenraum ein federbelastet schließendes Ventil, in einem abgedichteten Gewinde eingeschraubt, enthält und dies mit einem Außengewinde für einen abgehenden Anschluss mit einem Dichtring versehen ist.
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Ein derartiges Leitungsanschlussventil ist aus dem Normblatt DIN ISO 15171-2 bekannt, die in Bild 1 eine Außenansicht und in 2 eine für einen Anschluss geeignete Kupplungsmuffe zeigt, die beispielsweise für den Anschluss eines Manometers geeignet ist.
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Derartige Leitungsanschlussventile sind vielfältig im hydraulischen und pneumatischen Steuer- und/oder Regelvorrichtungen enthalten, z.B. in Turbinen, Landmaschinen, Fluggerätesteuerungen oder Motorsteuerungen. Sie sind im Betrieb hohen Belastungen durch sehr unterschiedliche Temperaturen und hohe und stark schwankende Druckbelastungen ausgesetzt. Dies führt zu einer Verminderung der Dichtigkeit durch Anlagerung von Partikeln, wie Flugrost, Abriebspäne, sowie insbesondere durch Vibrationsbelastungen und Druckwellen im Fluid. Eine Undichtigkeit ist zum einen mit einem Fluidverlust als auch durch Veränderung der Steuer- und/oder Regelfähigkeit des Systems nur sehr begrenzt tolerierbar. Die Ventile werden deshalb häufig durch Messung des Drucks, ggf. dessen Abfalls, überprüft, was bei Unterschreiten der Toleranzgrenze ein Ventilaustausch erfordert, der sehr aufwändig ist, insbesondere bei Hochdruckpneumatik, wie in Windturbinen üblich, weil eine zeitaufwändige Entlüftung der Anlagen und anschließend eine Wiederaufladung erfolgen muss.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu beheben und eine erhöhte Sicherheit zu gewährleisten.
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Die Lösung besteht darin, dass das vorbekannte primäre Leitungsanschlussventil mit einem sekundären Leitungsanschlussventil in Serie geschaltet ist, wobei das erstgenannte von einem Kupplungsmantel vollständig abgedichtet umschlossen ist und das zweitgenannte in einem am Kupplungsmantel endseitig angeformten Anschlussstutzen abgedichtet zentral angeordnet ist und wobei zentrisch zwischen dem Kupplungsmantel und dem primären Ventil ein Koppelzapfen beidendig abgedichtet eingefügt ist, der längs einen Fluidkanal enthält, und mit dem einenends das primäre Ventil der schließenden Feder öffnend entgegenwirkend zu betätigen ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Somit besteht die vorteilhafte Verwendungsart darin, dass bei einer Leckage eines bereits vorhandenen Ventils einer Fluidanlage ohne weitere Entleerungsmaßnahme eine Abhilfe durch Lösen der Anschlussmuffe und Aufschrauben der Kupplung mit dem Sekundärventil die Dichtigkeit wiederhergestellt ist und die Anschlussmuffe dort wieder aufgeschraubt wird.
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Der Koppelzapfen weist vorteilhaft einen Zentrierkonus auf, der eine passende Zentriersenke im Kupplungsmantel entspricht. Der Koppelzapfen erstreckt sich von dem Zentrierkonus aus so weit in das Primärventil durch eine Zapfendichtung hindurch, dass er dessen Dichtkegel dann öffnet, wenn der Kupplungsmantel fest angezogen ist, wobei also nur das Sekundärventil in Funktion ist. Die Dichtfunktion entspricht also der mit dem ursprünglichen Ventil.
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Zusätzlich ergibt sich die neue Möglichkeit, beide Ventile in den Abdichtungszustand zu bringen, wenn die Manteldichtung nur so weit losgedreht wird, bis der Dichtkegel das Primärventil in die Schließstellung gedrückt hat. Es ist dadurch eine erhöhte Sicherheit gegen eine Leckage gegeben, da beide Ventile in Serie geschaltet geschlossen sind, wenn kein Messfühler oder ähnliches angeschlossen ist. Wenn nur ein Ventil versagt hält das andere weiter dicht. Diese Redundanz lässt sich zudem leicht überprüfen, wenn der Druck überwacht und wechselweise jeweils nur eines der beiden Ventile durch Lockern des Kupplungsmantels bei angezogener Anschlussmuffe geöffnet wird und jeweils das andere geschlossen wird. So ergibt sich bei Ermittlung eines Druckabfalls, ob eines der Ventile eine Leckage aufweist und erforderlichen Falls zumindest das Sekundärventil bei dessen Fehlverhalten ausgetauscht werden muss.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigen 1 bis 3 im Maßstab 3:1 bezogen auf die Normgröße nach DIN ISO 15171-2. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf eine solche Ausführung beschränkt.
- 1 zeigt einen Axialschnitt der Leitungsanschluss-Ventilanordnung.
- 2 zeigt den Querschnitt einer Ausführung des Kupplungsmantels, der aus einem 6-Kantstahl hergestellt ist, sodass er mit einem Drehmomentschlüssel definiert angezogen und eingestellt werden kann.
- 3 zeigt einen Querschnitt des Koppelzapfens, der im Kupplungsmantel zentriert kraftschlüssig und abgedichtet gehalten ist und anderenends abgedichtet in das Primärventil hineinragt und auf den Dichtkegel öffnend/schließend einstellt.
- 4. zeigt eine Variante eines Sicherheits-Leitungsanschlussventils bei dem formal gesehen der Kupplungsmantel zweiteilig ausgebildet ist, wobei eines der Teile eine Ventilbuchse gleichartig zu der des Primärventils ist. Der restliche Kupplungsmantel ist demgemäß verkürzt und vereinfacht und nur mit Dichtungsnuten und zwei Innengewinden versehen.
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Die anliegende Bezugszeichenliste gibt eine Übersicht über die verschiedenen Konstruktionskomponenten durch Ziffern und deren Detailausgestaltungen oder Zusatzkomponenten durch ergänzende Buchstaben.
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1 zeigt im Bild von unten nach oben das Primärventil PV, das Kupplungsteil, der im wesentlichen aus Kupplungsmantel 7 und dem Koppelzapfen 9 besteht, und dem Sekundärventil SV. Das sogenannte Primärventil PV ist in bekannter Weise mit einem Einschraubstutzen 1 in einem sogenannten Akkumulatorbereich AB einer Fluidsteuer/-regelvorrichtung eingesetzt, auf der er mit einer Stutzendichtung 2 durch Anziehen des Schraubkopfes 4K festgelegt ist. Durch den Stutzen 1 führt eine zentrale Bohrung mit einem ersten Absatz auf dem eine Schließfeder 3A abgestützt ist, die andererseits einen Dichtkegel 6A das Ventil schließend beaufschlagt. Der Aufnahmebereich der Schließfeder ist nach oben hin erweitert und mit einem Innengewinde versehen in dem ein Ventilkörper 5 eingeschraubt ist, sodass dort ein Gewindespalt 5S gebildet ist, der obenendig mit einer Gewindedichtung 5D, wie einem O-Ring, abgeschlossen ist.
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Der Ventilkörper 5A enthält eine mehrfach gestufte Zentralbohrung mit einem Kegelsitz 5K in dem der Dichtkegel 6A öffnend/bzw. schließend einzuführen ist, der unterseitig mit einem Dichtring versehen ist, der im geschlossen Zustand des Dichtkegels 6A eine zusätzliche sichere Abdichtung erbringt.
Die beiden Ventile PV, SV sind überwiegend von dem Kupplungsmantel 7 eingehüllt, der in 2. deutlich im Axialschnitt dargestellt ist. Er weist eine axiale Bohrung auf, die zu beiden Enden hin mehrfach gestuft erweitert ist und nahe den Enden jeweils ein Innengewinde 71, 7G enthält, in die das Primärventil PV bzw. das Sekundärventil SV jeweils mit einem passenden Außengewinde eingeschraubt sind. Die beiden Gewindebereiche sind jeweils zum Ende hin mit einem Dichtring, insbesondere der Manteldichtung 8, abgedichtet.
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Im oberen Teil des Kupplungsmantels 7 ist ein gleichartiges Ventilaggregat wie das zuvor beschriebene Primärventil eingesetzt, bestehend aus einer Schließfeder 3B, dem Ventilkörper 5B, einem Dichtkegel 6B und den zugehörigen drei Dichtringen, die das Sekundärventil SV bilden. Es werden also Wiederholteile verwendet, somit die Fertigung und Bevorratung vereinfacht. Der Unterschied in der Darstellung der beiden Ventil PV,SV besteht darin, dass das Primärventil PV geöffnet und das andere geschlossen gezeichnet sind.
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Im innersten Bereich des Kupplungsmantels ist der Koppelzapfen 9 mit einem Zentrierkonus 7Z und einer Zapfendichtung 9D2 oberseitig und mit einer weiteren Zapfendichtung 9D1 im Ventilkörper 5 gehalten, wobei er endseitig auf dem Dichtkegel 6A kraftschlüssig steht.
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Wie 3 im Axialschnitt verdeutlicht, weist der Koppelzapfen 9 einen Fluidkanal 9F in Form einer Bohrung auf, der durch eine querliegende Zapfenfurche 9Q zugänglich ist und somit beide Ventile PV, SV durchflussmäßig seriell verbindet.
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Das im Bild obere Ende des Kupplungsmantels 7, dass das Sekundärventil SV umgibt, bildet mit einem Außengewinde 7A einen Anschlussstutzen 7S analog zum Außengewinde 4A zu der Ventilbuchse 4 des Primärventils PV.
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Der Anschlussstutzen 7S entspricht dem Normalanschluss, Bild 2 DIN ISO 15171-2, wo eine Anschlussmuffe mit Innengewinde, das zum Außengewinde 7A passt, dargestellt ist. Zudem hat sie einen Betätigungsdorn, der im festgezogenen Zustand der Muffe den Dichtkegel 6B des Sekundärventils SV öffnet und einen Durchgang des Fluids in einen Mess-/Füllbereich MB freigibt.
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4 zeigt eine Variante des Sicherheits-Leitungsanschlussventils, die aus zwei gleichartigen in Serie geschalteten Ventilen besteht in dem das Sekundärventil SVK zusammen mit einer Ventilbuchse 4B dem Primärventil PV entspricht. Zur Verbindung der beiden Ventile PV, SVK ist ein entsprechender Kupplungsmantel 7K zwischen diesen verschraubt; es ist somit kürzer und im Inneren einfacher gestaltet als der der vorbeschriebenen Ausführung. Auch Koppelzapfen 9K ist entsprechend kürzer und mit einem passenden Dichtungsteller ausgebildet, sodass darauf die zweite Dichtung 9D3 eine Auflage hat. Die Lagerhaltung und Fertigung der neuartigen Teile ist dadurch vereinfacht. Details sind aus den 5 und 6 ersichtlich.
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Der Einbau eines seriell betriebenen Leitungsanschlussventils hat insbesonders große Vorteile, wenn ein pneumatisches Hochdruckventil z.B. an einer Windenergieanlage zur Regelung eingesetzt ist, wobei trockener Stickstoff mit bis zu 180 bar Druck beherrscht werden muss. Bei einer Leckage eines einfachen Ventils in einer konventionellen Anlage bringt bisher eine üblich durchzuführender Ventilaustausch mit der Stilllegung der Regelstrecke durch die vollständige Entleerung der Pneumatikanlage sowie einer nach dem Austausch erforderlichen Wiederbefüllung einen erheblichen Zeit-, Energie- und Gasverlust mit sich.
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Eine Störungsbehebung durch den erfindungsgemäßen Ansatz eines Vorschaltventils, nämlich des Sekundärventils, also der Sicherheitskombination zweier Ventile erspart die genannte Mühe und Zeit sowie Gas und Energie; die Anlage kann ohne Unterbrechung betrieben werden. Sowohl eine Nachrüstung als auch eine Standardausrüstung mit dem Sekundärventil erbringen die Vorteile. Die Verwendung von trockenem Stickstoff oder anderem Inertgas als Fluid in der Regel- oder Steueranlage verhindert Korrosion und Eisbildung auch unter extremen Wetter- oder anderen ungünstigen Umweltbedingungen. Die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Anlage ist dadurch gegenüber dem Einsatz von Druckluft oder hydroskopischer Bremsflüssigkeit erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- PV
- Primärventil
- 1
- Einschraubstutzen
- 2
- Stutzendichtring
- 3A,3B
- Schließfeder
- 4
- Ventilbuchse
- 4A
- Außengewinde
- 4K
- Schraubkopf an PV
- 5A,5B
- Ventilkörper
- 5D
- Gewindedichtung
- 5K
- Kegelsitz
- 5S
- Gewindespalt PV-5
- 6A,6B
- Dichtkegel
- SV
- Sekundärventil
- 7
- Kupplungsmantel
- 7A
- Außengewinde
- 7G
- Innengewinde 7-SV
- 71
- Innengewinde 7-PV
- 7S
- Anschlussstutzen
- 7Z
- Zentrierkonus
- 8
- Manteldichtung
- 9
- Koppelzapfen
- 9D1
- Zapfendichtung 9-PV,5
- 9D2
- Zapfendichtung 9-7
- 9F
- Fluidkanal in 9
- 9Q
- Zapfenfurche quer
- AB
- Akkumulatorbereich
- MB
- Mess-/Füllbereich
- SVK
- Sekundärventil Kurzführung
- 9K
- Koppelzapfen Kurzführung
- 7K
- Kupplungsmantel Kurzführung
- 4B
- Ventilbuchse Sekundärventil kurz
- 9D3
- Dichtung Koppelzapfen zu 4B
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN ISO 15171-2 [0002, 0010]
