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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Entnahme eines flüssigen Mediums
aus einem Behälter, einer Leitung oder dgl., an welche ein Ventilgehäuse mit seiner
Zufluß seite anschließbar ist und mit seiner Abflußseite unter atmosphärischem Druck
steht, wobei die Menge des ausfließenden Mediums über einen einen Strömungskanal
des Ventilgehäuses wahlweise verengenden oder erweiternden Ventilkörper regulierbar
ist, der von einem Drehelement manuell betätigbar ist.
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Derartige durch offenkundige Vorbenutzung bekanntgewordene Ventile
werden beispielsweise zur Entnahme von Trinkwasserproben aus einem Wasserversorgungsnetz
eingesetzt. Dabei fließt in stationärem Zustand permanent ein etwa bleistiftdicker
Flüssigkeitsstrahl aus der Leitung, dem in regelmäßigen Zeitabständen Proben entnommen
und diese sodann physikalisch, chemisch und bakteriologisch untersucht werden.
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Hierzu werden bislang Nadelventile, Schieber oder Hähne eingesetzt,
durch welche der Flüssigkeitsstrom mehreren Umlenkungen ausgesetzt ist, die zum
Teil im Zick-Zack-Kurs durch das Ventilgehäuse führen. Dadurch können Nester von
Schmutzpartikeln
entstehen, die beim plötzlichen Lösen und Fortspülen
in den Probeentnahmestrom das Untersuchungsergebnis verfälschen. Für eine gründliche
Reinigung muß vor dieses Ventil ein Absperrorgan geschaltet werden. Nach einer gründlichen
Reinigung der sogenannten toten Ecken und Winkel dieses Ventils muß es erneut angeschraubt
und sodann auf einen stationären Probeentnahmestrom eingestellt werden. Zum Lösen
und Wiederanschrauben derartiger Ventile sind in aller Regel Sachkunde und ein oder
mehrere Werkzeuge in Form eines Schraubenschlüssels oder dgl.
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erforderlich. Kennzeichnend für die vorbekannten Ventile ist, daß
deren Ventilkörper fest mit einer Spindel verbunden ist, die von außen mittels eines
Handrades, eines T-Stückes oder dgl. manuell betätigbar ist.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, in welchem der
Flüssigkeits-Entnahmestrom nur geringe Umlenkungen erfährt, das sich neben einem
einfachen Aufbau durch einen Selbstreinigungseffekt auszeichnet sowie ohne Werkzeug
auseinandernehmbar und wieder zusammensetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventilgehäuse aus zwei lösbaren, miteinander
verbundenen Teilen besteht, von denen das eine Teil der Zuflußseite ortsfest zugeordnet,
hingegen das andere Teil dazu drehbar als Drehelement
mit Abfluß
seite ausgebildet ist, wobei in einem von beiden Teilen gemeinsam begrenzten und
durch ihre Relativbewegung zueinander veränderbaren Hohlraum ein loser Ventilkörper
angeordnet ist. Durch diese von den bisher bekannten Ventilen in ihrem Funktions-
und Aufbauprinzip völlig abweichenden Anordnung wird eine Entnahmeeinrichtung geschaffen,
in der ein Teil des bisher ortsfesten Ventilgehäuses drehbeweglich angeordnet und
dadurch die bisherige Ventil spindel mit Dichtungspackungen, Schraubnippeln und
Handrad ersetzt wird. Da der nunmehr lose Ventilkörper von praktisch allen Seiten
dem Flüssigkeitsstrom ausgesetzt ist, und dieser nur unwesentliche Umlenkungen erfährt,
können keine "toten" Ecken und Winkel unter Bildung von Schmutz- und/oder Bakteriennestern
entstehen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Strömungskanäle beider Teile ganz
oder teilweise zueinander koaxial angeordnet sind. Zwar kann die Zuflußleitung zum
Ventil sowie deren Abflußleitung eine von der Längsachse durch das Ventilgehäuse
abweichende Form aufweisen, wodurch dann eine nur teilweise zueinander koaxiale
Anordnung besteht. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine vollständig koaxiale Anordnung
von Zuflußleitung, Gehäuse und Abflußleitung, so, wie sie in den noch zu erläuternden
Beispielen dargestellt ist.
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Das ortsfeste Teil des Ventilgehäuses ist an beiden Enden mit Außengewinden
versehen, wobei an dem mit dem Drehelement verbindbaren Ende eine Dichtung angeordnet
-ist. Der Schraubnippel zwischen
beiden Gewindeenden weist zur
Erleichterung der Erstmontage an die Zufluß leitung die Konfiguration eines Außensechskantes
zum Angriff eines Schraubenschlüssels auf.
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Das ohne Werkzeug betätigbare Drehelement besteht aus einer zylindrischen
Hülse mit ergonomisch günstigem Außenmantel und einem zylindrischen Innenmantel,
der zwei glatte Zylinderflächen und eine dazwischen befindliche Innengewindefläche
aufweist, über welche dieses Drehelement mit dem zugekehrten Gewindeende des ortsfesten
Schraubnippels drehbar gekuppelt ist. Dadurch dient die Innengewindefläche nicht
nur als Kupplung beider Gehäuseteile, sondern auch als Verstellelement zur wahlweisen
Vergrößerungaler Verkleinerung des Hohlraumes, der den losen Ventilkörper umgibt.
Dadurch wiederum kann die Menge des Flüssigkeitsstromes variiert werden. Damit in
diesen Flüssigkeitsstrom keine die Analyse verfälschende Luft von außen eindringen
kann, besteht die Dichtung aus einer zwischen dem Außensechskant und dem Gewindeende
auf einem kreisrunden Rohrteil des Schraubnippels befindlichen Kreisringnut und
einem darin eingelegten 0-Ring, der von einer der glatten Zylinderflächen des Innenmantels
des Drehelementes übergriffen ist und sich mit dieser in luftdichter Anlage befindet.
Zugleich erhöht diese Dichtung die Friktion zwischen dem Schraubnippel und dem Drehelement,
so daß eine selbsttätige und damit ungewollte Verstellung unter Wirkung der dynamischen
Kräfte
des Flüssigkeitsstromes verhir,dert wird.
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Um den Flüssigkeitsstrom mit möglichst geringen Turbulenzen und mit
tunlichst nur geringen Abweichungen zur Hauptströmungsachse durch das Ventilgehäuse
leiten zu können, ist der Strömungskanal des Schraubnippels an seinem dem losen
Ventilkörper zugewandten Ende mit einer sich konisch erweiternden Fläche versehen,
die mit der nächstgelegenen Fläche des Ventilkörpers eine ringförmige Durchströmöffnung
für das Medium bildet. Der lose Ventilkörper ist in einer Zylinderfläche des Drehelementes
und/oder in der sich konisch erweiternden Fläche des Schraubnippels zentriert, damit
eine einmal eingestellte Durchströmmenge des zu entnehmenden Mediums nicht durch
Flattereffekte des losen Ventilkörpers diskontinuierlich verändert werden kann.
Zwar ist im Sinne der Erfindung unter einem losen Ventilkörper stets ein solcher
zu verstehen, der lediglich formschlüssig zwischen dem Schraubnippel und dem Drehelement
angeordnet ist. Grundsätzlich steht jedoch dem neuen Anordnungsprinzip eine kraft-
und/oder formschlüssige Verbindung des Ventilkörpers, beispielsweise über ein Schraubgewinde,
mit dem Drehelement nicht im Wege.
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Da jedoch in einem solchen Fall zum Lösen des Ventilkörpers von dem
Drehelement ein Werkzeug erforderlich werden kann, ist eine solche Ausführungsform
als verschlechterte Nachbildung gegenüber einer losen Ventilkörperanordnung im Sinne
der Erfindung zu betrachten.
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Zum Aufbau einer Überdruckkammer, aus der ein
gleichmäßiger
Abfluß gewährleistet wird, ist der Hohlraum um den losen Ventilkörper zwischen den
zentrierenden Flächen kreisringförmig erweitert.
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Nach einer ersten Ausführungsalternative ist der lose Ventilkörper
einteilig aus einem Kreiszylinder und einem Kreisringkegel zusammengesetzt.
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Der Kreiszylinder weist an seiner Mantelfläche mehrere Durchtrittsöffnungen
für das flüssige Medium auf. Die Durchtrittsöffnungen sind rechteckig ausgebildet,
zueinander diametral gegenüberliegend angeordnet und zueinander paarweise um 90°
versetzt.
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Die Spitze des Kreisringkegels ragt in das Ende des Schraubnippels
mit der sich konisch erweiternden Fläche hinein. Der Kreiszylinder des Ventilkörpers
ist in einer Zylinderfläche des Drehelementes zentriert, wobei die Durchtrittsöffnungen
den oberen Rand dieser Zylinderfläche zur Sicherstellung eines Durchstromes überragen.
Diese Anordnung zeichnet sich durch eine einfache Ausbildung des Gehäuseinnenraumes
aus, wohingegen der lose Ventilkörper mehreren Fertigungsvorgängen unterworfen werden
muß.
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Nach einer zweiten vorteilhaften Ausführungsalternative ist der lose
Ventilkörper kugelförmig ausgebildet und kann in diesem Fall aus einer hochglanzpolierten
Kugel eines Kugellagers bestehen.
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In diesem Fall 4und in der den kugelförmigen Ventilkörper zentrierenden
Zylinderfläche des Drehelementes Durchtrittsöffnungen angeordnet, die den kreisringförmig
erweiternden Hohlraum um den losen
Ventilkörper mit der Abflußseite
verbinden. Diese Durchtrittsöffnungen können beispielsweise mittels eines Stirnfräsers
in den im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Zentriersitz des kugelförmigen
Ventilkörpers im Drehelement eingebracht werden.
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Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen einfachen, als Massenartikel
erhältlichen Ventilkörper aus, erfordert jedoch eine aufwendigere Fertigung des
Innenraumes des Drehelementes.
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Vorteilhaft ist an dem Drehelement ein Aus auf rohr angeordnet, wobei
die Einzelteile des Ventils aus rostfreiem Stahl hergestellt sind und der 0-Ring
seiner luftdichten Abdichtung aus Gummi oder Kunststoff besteht.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt des neuen Ventils, welches an
die Zuflußseite einer Hauptströmungsleitung angeordnet ist, Fig. 2 die Explosionsansicht
der Einzelteile des Ventils von Fig. 1, Fig. 3 die Ansicht des sich aus einem Kreiszylinder
und einem Kreisringkegel zusammensetzenden losen Ventilkörpers von Fig. 1 und 2,
Fig. 4 die Unteransicht von Fig. 3, Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine zweite
Ausführungsform des neuen Ventils mit einem kugelförmigen Ventilkörper und Fig.
6 eine Schnittansicht entlang der Linie
VI/VI von Fig. 5.
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In Fig. 1 zweigt von einer Hauptleitung 1, die beispielsweise eine
Wasserversorgungsleitung sein kann, eine Abzweigleitung 2 zu dem allgemein mit der
Bezugsziffer 3 bezeichneten neuen Ventil ab.
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Zwischen dem neuen Ventil 3 und der Abzweigleitung 2 ist im dargestellten
Fall noch ein Absperrventil 4 angeordnet, welches jedoch grundsätzlich nicht erforderlich
ist.
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Das neue Ventil 3 besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse
5, einem Ventilkörper 6, einer Dichtung 7 und einem Auslaufrohr 8. Das Ventilgehäuse
5 besteht aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen, von denen das eine ein
Schraubnippel 9 und das andere ein Drehelement 10 ist. Der Schraubnippel 9 ist an
seinem einen Ende 11 mit einem Außengewinde 12 und an seinem anderen Ende 13 mit
einer sich konisch erweiternden Fläche 14 seines Strömungskanals 15 sowie mit einem
weiteren Außengewinde 16 versehen.
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Zwischen den beiden Außengewinden 12, 16 weist der Schraubnippel
9 die Konfiguration eines Außensechskantes 17 auf.
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Der Schraubnippel 9 ist mit seinem Ende 11 ortsfest mit dem Absperrventil
4 verschraubt, kann jedoch ebensogut direkt mit der Abzweigleitung 2 ortsfest verschraubt
sein.
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Das Drehelement 10 besteht aus einer zylindrischen Hülse 18 mit ergonomisch
günstigem Außenmantel 19 in Form einer rauhtierten Oberfläche. Der zylindrische
Innenmantel
20 ist mit zwei glatten Zylinderflächen 21, 22 und mit einer dazwischen befindlichen
Innengewindefläche 23 versehen. Die Innengewindefläche 23 wirkt mit dem Außengewinde
16 des Schraubnippels 9 zusammen. Durch diese beiden Gewinde 23, 16 kann das Drehelement
10 relativ zum ortsfesten Schraubnippel 9 in Richtung des Doppelpfeiles 24 verstellt
werden. Durch diese Verstellung wird gleichzeitig ein Hohlraum 25 zwischen diesen
beiden Teilen 9, 10 verändert.
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Dieser Hohlraum 25 wird einerseits von der sich konisch erweiternden
Fläche 14 des Strömungskanals 15, andererseits von der Zylinderfläche 22 des Drehelementes
10 und letztlich von einer zwischen den vorgenannten zentrierenden Flächen sich
kreisringförmig erweiternden Hohlraum 26 begrenzt. In diesen in seiner Größe veränderbaren
Hohlraum 25 ist ein loser Ventilkörper 27 angeordnet. Dieser lose Ventilkörper 27
ist im Beispiel der Fig. 1 bis 4 aus einem Kreiszylinder 28 und einem Kreisringkegel
29 zusammengesetzt. Der Kreiszylinder 28 weist an seinen Mantelflächen insgesamt
vier Durchtrittsöffnungen 30 auf. Diese Durchtrittsöffnungen 30 sind rechteckig
ausgebildet, zueinander diametral gegenüberliegend angeordnet und zueinander paarweise
am 90° versetzt.
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Die Spitze 31 des Kreisringkegels 29 ragt in das Ende 13 des Schraubnippels
9 mit der sich konisch erweiternden Fläche 14 hinein. Der Kreiszylinder 28 des Ventilkörpers
27 ist in der Zylinderfläche 22 des Drehelementes 10 zentriert,
wobei
die Durchtrittsöffnungen 30 den oberen Rand 32 der Zylinderfläche 22 überragen.
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Im dargestellten Fall der Figuren 1, 2 und 5 sind die Strömungskanäle
15, 33, 34 von Schraubnippel 9 und Drehelement 10 vollständig koaxial zur Längsachse
35 angeordnet. Es ist jedoch auch eine Anordnung denkbar, bei der zwar die Strömungskanäle
15 und 33 koaxial, hingegen die Strömungskanäle 34 und die Zuleitung 2 durch entsprechende
Verformungen außerhalb der Längsachse 35 verlaufen.
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Die Dichtung 7 besteht aus einer zwischen dem Außensechskant 17 und
dem Ende 13 auf einem kreisrunden Rohrteil 36 des Schraubnippels 9 befindlichen
Kreisringnut 37 und einem darin eingelegten O-Ring 38, der von der glatten Zylinderfläche
21 des Innenmantels 20 des Drehelementes 10 übergriffen ist und sich mit dieser
in luftdichter Anlage befindet. Durch diese Anordnung wird ein Eindringen von atmosphärischer
Außenluft in den Zwischenraum zwischen dem Schraubnippel 9 und dem Drehelement 10
und damit in die Strömungskanäle 33 und 34 unterbunden, so daß eine hiervon herrührende
Verfälschung der Probenanalyse ausgeschlossen ist. Außerdem wird durch die Friktion
des O-Ringes 38 am Innenmantel 20 des Drehelementes 10 eine unerwünschte Relativbewegung
zum Schraubnippel 9, beispielsweise aufgrund dynamischer Strömungskräfte, unterbunden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsalternative nach den Fig. 5 und 6
ist der lose Ventilkörper 39 kugelförmig ausgebildet. Dieser kugelförmige Ventilkörper
39
wird einerseits von der sich konisch erweiternden Fläche 14
des Strömungskanals 15 am Ende 13 des Schraubnippels 9 und andererseits vom oberen
Rand 32 der Zylinderfläche 22 des Drehelementes 10 zentriert. In der Zylinderfläche
22 des Drehelementes 10 sind Durchtrittsöffnungen 40 eingefräst, die den kreisringförmig
erweiterten Hohlraum 26 um den losen Ventilkörper 39 mit dem Auslaufrohr 8 verbinden.
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Das neue Ventil wird wie folgt gehandhabt: In der in den Figuren
1 und 5 dargestellten Lage ruht der Ventilkörper 27, 39 unter seiner Schwerkraft
im bzw. auf dem Rand 32 der Zylinderfläche 22. Durch Verdrehen des Drehelementes
10 in Richtung des Doppelpfeiles 41 gelangt die sich konisch erweiternde Fläche
14 des Endes 13 des ortsfesten Schraubnippels 9 in eine unterschiedliche Entfernung
zur nächstgelegenen Fläche des Kegels 29 des losen Ventilkörpers 27 bzw.
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zur Kugelfläche 42 des losen Ventilkörpers 39.
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Dadurch wird an diesen Stellen eine ringförmige Durchströmfläche
43 für das Medium gebildet. Von dort gelangt die Flüssigkeit in den erweiterten
Ringraum 26 des Hohlraumes 25 und von dort gemäß Fig. 1 durch die Durchtrittsöffnungen
30 im Zylinder 28 in das Auslaufrohr 8 oder gemäß Fig. 5 durch die Durchtrittsöffnungen
40 im Drehelement 10 gleichfalls in das Auslaufrohr 8. Da die Durchströmrichtung
im wesentlichen koaxial zur Längsachse 35 erfolgt und eine Umlenkung lediglich an
dem strömungstechnisch günstig ausgebildeten, losen Ventilkörper 27, 39
vonstatten
geht, ist die Bildung von sogenannten "toten" Ecken und Winkeln ausgeschlossen und
ein Selbstreinigungseffekt des gesamten Ventiles 3 bei der gewünschten, konstant
eingestellten, aus dem Auslaufrohr 8 gelangenden Mediummenge sichergestEllt.
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Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung der lose Ventilkörper
27, 39 auch noch andere Formen, z.B. ovale, elliptische oder dgl., aufweisen kann
und darüber hinaus, beispielsweise mittels eines eingelassenen Stiftes,einer angeschweißten
Mutter oder ähnlichem in einer der Zylinderfläche 22 und/oder dem Auslaufrohr 8
ähnlichen Querschnittsfläche zentriert sein kann. Auch bezüglich der Ausbildung
des Drehelementes 10 können Varianten vorgenommen werden. So kann beispielsweise
das Drehelement 10 mit einem eingesetzten, seine Drehung erleichternden Außenhebel
versehen sein. Ein entsprechender Hebel könnte auch die Konfiguration des Außensechskantes
17 des Schraubnippels 9 ersetzen. Wesentlich ist jedoch, daß die Einzelteile 9,
10, 27, 39 des Ventils 3 in etwa koaxial zueinander angeordnet sind.
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"Ventil zur Probeentnahme von flüssigen Medien" Stückliste:
| Hauptleitung 1 Hohlraum 25 26 |
| Abzweigleitung 2 Kreiszylinder 28 |
| Ventil 3 4 Kreisringkegel 29 |
| Ventilgehäuse 5 Durchtrittsöffnun 30 40 43 |
| Ventilkörper 6 27 39 Spitze von 29 31 |
| Dichtung 7 Zylinderfläche Rand von |
| Dichtung 32 |
| Auslaufrohr 8 Längsachse 35 |
| Schraubnippel 9 Rohrteil 36 |
| Drehelement 10 Kreisringnut 37 |
| Ende von 9 11 13 O-Ring 38 |
| Gewinde 12 16 23 Kugelfläche 42 |
| konische Fläche 14 |
| Strömungskanal 15 33 34 |
| Hülse 18 |
| Außenmantel 19 |
| Innenmantel 20 |
| Zylinderfläche 21 22 |
| Doppelpfeil 24 41 |