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Strömungsgesteuerte Schließvorrichtung für Fldssigkeits-
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leitungen Die Erfindung betrifft eine strömungsgesteuerte Schließvorrichtung
für Flüssigkeitsleitungen, - mit einem zwei Anschlußstutzen aufweisenden Gehäuse,
- mit einer quer zur Strömungsrichtung das Gehäuse durchsetzenden Klappenwelle,
die verbunden ist, - im Inneren des Gehäuses mit einer Rückschlagklappe, - und mit
einer wenigstens den letzten Abschnitt der Klappenschließbewegung dämpfenden Vorrichtung,
- wobei diese Dämpfungsvorrichtung wenigstens während der Schließbewegung der Klappenwelle
mit einer exzentrisch zur Wellenachse liegenden und mit dieser verbundenen Mitnahmevorrichtung
in Kontakt ist, die auf einen Stößel der Dämpfungsvorrichtung drückt, - und mit
der Klappenwelle ein exzentrisch verbundenes Anschlagelement verbunden ist, das
während des letzten Abschnittes der Klappenschließbewegung den freien Kopf eines
einseitig frei gelagerten Stößels kontaktiert, wobei der Stößel Teil einer aus Stoßdämpfer,
Zylinderstange und Stößel bestehenden Dämpfungsvorrichtung ist.
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Schließvorrichtungen der genannten Art, vielfach auch als Rückschlagklappen
bezeichnet, sind mit Verschlußklappen ausgerüstet, die durch Strömungsdruck einer
strömenden
Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, ständig gegen ein
drehmomenterzeugendes, an der Klappenwelle angreifendes Rückstellorgan offen gehalten
werden. Eine solche Vorrichtung, welche die Verschlußklappe in Schließstellung zu
drücken versucht, wird vielfach durch einen gewichtsbelasteten Arm konstruktiv verwirklicht.
Beim Zusammenbruch der Strömung, beispielsweise durch Pumpenausfall oder Rückstau,
fällt die Verschlußklappe mit großer Geschwindigkeit und Wucht zu, insbesondere
wenn die-Strömung nicht nur stoppt, sondern sich sogar in eine Gegenströmung umwandelt.
Die dabei auftretenden Kräfte, insbesondere der Flüssigkeitsschlag einer momentan
in Druck umgewandelten kinetischen Energie langer Flüssigkeitssäulen, kann Druckwellen
mit so hohen Druckspitzen erzeugen, daß sie zur Zerstörung der Schließvorrichtung
und/ oder dessen Gehäuses führen. In weniger folgenschweren Fällen können solche
Kräfte auch zum Verklemmen der Verschlußklappen im Sitz führen, was zur Folge hat,
daß beim Wiedereinsetzen der Strömung in der ursprünglichen Richtung die Klappe
nicht aus dem Sitz herausgedrückt wird, sondern auch gegen größeren Druck darin
verklemmt bleibt.
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Es ist bekannt, zur Abhilfe solcher Schwierigkeiten Rückschlagklappen
mit Dämpfungsvorrichtungen zu versehen, die die Klappenschließbewegung wenigstens
im letzten Abschnitt so weitgehend dämpfen, daß ein Aufsetzen der Klappe auf ihren
Sitz mit wesentlich verringerter Geschwindigkeit erfolgt (DE-GM 83 04 197).
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Letztere ist gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 vorliegender Anmeldung
ausgebildet.
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Bei den erwähnten, beim Verschlußvorgang der Ventilklappe auftretenden
extremen Strömungszuständen wirkt infolge erheblicher Geschwindigkeit, mit der ein
Flüssigkeitsstau auf die Klappe einwirkt, ein gegebenenfalls extrem hohes Drehmoment
auf die Klappenwelle. Die
dabei auftretenden Torsionskräfte bedingen
entweder eine übermäßig kräftige Ausbildung der Welle, oder führen gerade infolge
der der Schließbewegung entgegenwirkenden Dämpfungskräfte zum Bruch der Welle.
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Eine derart kräftige Ausbildung der Welle und der an ihr befestigten
Hebelarme für Klappe und Dämpfungsvorrichtung bedingen einen nachteilig hohen Aufwand
dieser Bauteile und zusätzlich entsprechende Dichtungsprobleme am Durchtritt der
Welle durch das Gehäuse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückschlagklappe mit
Cldämpfung anzugeben, welche die aufgezeigten Nachteile auch in extremen Belastungsfällen
praktisch völlig vermeidet, und mit gegenüber dem Stand der Technik verringertem
Aufwand eine einwandfreie Funktion über lange Standzeiten gewährleistet, und bei
der insbesondere eine Zerstörung der Welle bzw. der drehmomentschlüssig mit ihr
verbundenen Hebel ausgeschlossen sind.
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Die Aufgabe wird gemäß Erfindung bei einer Schließvorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst, wobei die Dämpfungsvorrichtung an der Außenseite
des Gehäuses exzentrisch zur Klappenwelle angeordnet ist, daß der Stoßdämpfer derart
fest am Gehäuse angeordnet ist, daß seine Mittelachse und die Mittelachse des die
Klappe aufnehmenden Hebelarms gemeinsam in einer zur Klappenwelle senkrechten Ebene
liegen, und daß der Stößel die Wand des Gehäuses quer zur Klappenwelle durchdringt
und daß ein vom Hebelarm abstehendes Anschlagelement in Kontakt mit dem freien,
in das Innere des Gehäuses hineinragenden Ende des Stößels tritt.
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Mit der erfindungsgemäßen Positionierung der Dämpfungsvorrichtung
bzw. des zugehörigen Stoßdämpfers an der Außenseite des Gehäuses sowie mit dem die
Gehäusewand durchdringenden Stößel wird in überraschender Weise die
Möglichkeit
geschaffen, daß die Abdämpfung der Klappenbewegung unmittelbar am Hebelarm erfolgt,
der die Klappe hält. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß an der Klappenwelle
Torsionsbeanspruchungen stark gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind. Weiter
ergibt sich der Vorteil, daß eine drehschlüssige Verbindung zwischen der Klappenwelle
und dem Hebelarm entfällt.
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Dies ergibt eine beträchtliche Vereinfachung und damit Verringerung
an Fertigungsaufwand. Weiterhin entfallen die Herausführung der Klappenwelle an
einer Seite der Gehäusewand und die bisher ebenfalls notwendig drehschlüssige Verbindung
mit einem Hebelarm oder Bremsnocken.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, daß die Mittelachse von Dämpfungszylinder
und Stößel im spitzen Winkel zur Strömungsrichtung bzw. im stumpfen Winkel zur Klappe
in Abschlußstellung angeordnet sind, da hier eine besonders leicht beherrschbare
Kräfteverteilung möglich ist. In dieser Position ergibt sich einerseits ein günstiges
Hebelarm-Verhältnis beim Wirksamwerden der Dämpfungsvorrichtung und andererseits
eine kompakte Bauweise. Diese kompakte Bauweise zeichnet sich insbesondere dadurch
aus, daß der Dämpfungszylinder nicht über die seitliche Projektion des Gehäuses
hinausragt.
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Weitere Merkmale der Unteransprüche und mit diesen erzielte Vorteile
der erfindungsgemäßen Schließvorrichtung werden nachfolgend anhand eines in der
Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine Schließvorrichtung mit bldämpfung im Schnitt
entlang einer Ebene, welche mit den Mittelachsen der Dämpfungsvorrichtung, des die
Klappe aufnehmenden Hebelarms und des Rückschlagklappengehäuses zusammen fällt.
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In der Figur ist eine strömungsgesteuerte Schließvor-
richtung
mit Rückschlagklappe für Flüssigkeitsleitungen gezeigt. Diese Vorrichtung besitzt
ein Gehäuse 1, das zwei Anschlußstutzen 2, 2' aufweist. Die Fließrichtung der Strömung
entspricht dem Pfeil 3 vom Anschlußstutzen 2 zum Anschlußstutzen 2'. Schließvorrichtungen
dieser Art werden vielfach in Pumpenleitungen für Wasser, ebenso wie für andere
Flüssigkeiten verwendet. In der Praxis vorkommende Durchmesser liegen etwa zwischen
100 mm und 1200 mm. Im Innenraum 4 des Gehäuses 1.ist das eigentliche Absperrorgan
5 in Form einer Ventilklappe 6 angeordnet. Diese steht in Verschlußstellung quer
zur Strömungsrichtung 3 und liegt am Dichtsitz 7 an. Die Ventilklappe 6 ist über
einen Gelenkzapfen 8 mit dem Hebelarm 9 (Mittelachse X3) gelenkig verbunden; sie
kann mit diesem um eine quer zur Strömungsrichtung 3 außerhalb der Projektion des
Strömungsweges 10 das Gehäuse 1 durchsetzenden Klappenwelle 11 verschwenkt werden.
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Bei Beaufschlagung der geschlossenen Ventilklappe 6 durch ein strömendes
Medium, z. B. Wasser, hebt sich die Ventilklappe 6 vom Dichtsitz 7 ab und erreicht
schließlich bei der weiteren Schwenkbewegung gemäß dem Richtungspfeil 12 die volle
öffnungslage, wobei sie am Anschlag 14 anliegt. Hierbei kommt die Ventilklappe 6
in einer durch den Flansch 15 verschlossenen Ausbuchtung 16 des Gehäuses 1 zur Ruhelage
(gestrichelt dargestellt). Die Schließbewegung erfolgt in Gegenrichtung entsprechend
dem Richtungspfeil 13. In der Offnungsstellung wird die Ventilklappe 6 durch den
Strömungsdruck der mit großer Geschwindigkeit durch die Schließvorrichtung hindurchströmenden
Flüssigkeit gehalten.
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Im Bereich der Gehäusewand zwischen Anschlußstutzen 2 und Flansch
15 ist ein schräg verlaufendes Wandstück 17 angeordnet. Dieses dient als Basis zur
Anbringung und Befestigung einer Dämpfungsvorrichtung 18. Es handelt
sich
dabei um eine Hydraulik-Kolben/Zylinder-Einheit mit Stoßdämpfer-Charakteristik.
Die Dämpfungsvorrichtung 18 umfaßt im wesentlichen den Dämpfungszylinder 19 und
den Stößel 20. Die Positionierung des Stoßdämpfers 18 ist gemäß Erfindung so gewählt,
daß die Mittelachse X1 von Dämpfungszylinder 19 und Stößel 20 und die Mittelachse
X3 des die Klappe aufnehmenden Hebelarms gemeinsam in einer zur Klappenwelle 11
senkrechten Ebene liegen. In der dargestellten Figur ist dies gleichzeitig die Schnittebene.
Außerdem bildet die Mittelachse X mit der Mittelachse X2 des Gehäuses 1 den spitzen
Winkel a1. Konstruktiv erreicht wird dies durch die Schrägstellung des Wandstückes
17, wobei eine mit diesem zusammenfallende Ebene mit der Mittelachse X2 des 0 Gehäuses
1 einen Winkel a4 von annähernd 600,bzw. mit einer zur Mittelachse X2 senkrechten
Ebene einen Winkel 0 a3 bildet, dessen Maß annähernd 30 beträgt. Die Dämpfungsvorrichtung
18 ist mit (nicht gezeigten) Befestigungselementen in einer dem Fachmann geläufigen
Art auf dem Wandstück 17 befestigt. In diesem befindet sich eine Bohrung 21, welche
vom Stößel 20 durchdrungen wird. Der Stößel 20 umfaßt in der gezeigten Ausführung
die mit dem Hydraulikkolben der Dämpfungsvorrichtung 18 verbundene Kolbenstange
20, eine an dieser als Rückstellorgan angeordnete Feder 22 und ein die Stößelbewegung
in axialer Richtung übertragendes Ubertragungsglied 23.
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Dieses ist in der Bohrung 21 mit der Dichtung 24 in axialer Richtung
freibeweglich geführt.
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Die Dämpfungsvorrichtung 18 ist über deren Stößel 20 bzw. das damit
zusammenwirkende Ubertragungsglied 23 in direktem, unmittelbarem Kontakt mit dem
Hebelarm 9 der Ventilklappe 6. Dabei wird eine direkte Kraftübertragung zwischen
der Dämpfungsvorrichtung 18 und dem Hebelarm 9 bewirkt, und folglich eine Dämpfung
zumindest in der letzten Phase der Klappenschließbewegung erreicht, ohne daß die
Klappenwelle 11 übermäßig auf Torsion bean-
sprucht wird.
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Wesentlich für die günstige Ausgestaltung und Anordnung der miteinander
hierbei zusammenwirkenden Bauteile ist eine konstruktive Ausgestaltung, bei der
an den Hebelarm 9 ein zur Klappenwelle 11 exzentrisches Anschlagelement 25 in Form
eines Nockens 25' angeformt ist.
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Dieses Anschlagelement 25 wirkt unmittelbar mit dem freien Ende 26
des Obertragungsgliedes 23 und über dieses mit dem Stößel 20 der Dämfpungsvorrichtung
18 zusammen.
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Dabei ist das freie Ende 26 in Form einer Kugelkalotte ausgebildet,
so daß zwischen dieser und dem Anschlagglied 25 eine Punktberührung gegeben ist.
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Wie die Darstellung deutlich zeigt, ergibt sich durch die Ausgestaltung,
insbesondere durch die Anordnung der Dämpfungsvorrichtung 18 unmittelbar auf dem
schrägen Wandstück 17, sowie durch den direkten Kontakt zwischen Stößel 20 bzw.
Ubertragungsglied 23 mit dem Hebelarm 9 der Ventilklappe 6, eine gedrungene und
dabei funktionell äußerst robuste, gegen Überlastung unempfindliche, lange Zeit
wartungslos verfügbare Anordnung. Für das beim Übertragungsglied 23 in der Bohrung
21 sich ergebende Dichtungsproblem ist eine Ausbildung entsprechend dem Merkmal
von Unteranspruch 5 von erheblichem Vorteil, wonach das Übertragungsglied 23 in
Ruhestellung bei geöffneter Klappe 6 mit einem flanschartig verbreiterten Kopf 30
von außen an der Bohrung 21 des Gehäuses 1 bzw. des kndstücks 17 dichtend anliegt.
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Die Funktion der erfindungsgemäß ausgebildeten Schließvorrichtung
mit öldämpfung ist folgende: Bei unterbrochener Strömung, bei Strömungsumkehr oder
Rückstau liegt die Ventilklappe 6 in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung
am Dichtsitz 7 an.
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Diese Stellung kann durch eine in der Figur nicht gezeigtes, bekanntes
Rückstellelement unterstützt oder
erzwungen sein, welches gegebenenfalls
als Torsionsfeder ausgebildet und unmittelbar am Hebelarm 9 angreifen kann oder
auch von außerhalb des Gehäuses 1 an der Klappenwelle 11 durch eine Drehmomentsteuerung
wirkt.
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Sobald, beispielsweise durch Ingangsetzen einer Pumpe, das in der
zugehörigen Leitung befindliche Medium zu strömen beginnt, wird die Ventilklappe
6 durch den Strömungsdruck vom Dichtsitz abgehoben und durch die Kraft des strömenden
Mediums in Richtung des Pfeiles 12 in die gestrichelt dargestellte, voll geöffnete
Endlage aufgedrückt. Dabei kommt der Hebelarm 9 am Anschlag 14 zur An- bzw. Ruhelage.
Durch konstruktive Ausbildung einer an sich bekannten Ausbuchtung 16 im Innenraum
4 des Gehäuses 1 ist nun die Ventilklappe 6 soweit herumgeschwenkt daß sie sich
außerhalb der Projektion des Strömungsweges 10 befindet. In dieser Stellung bleibt
die Ventilklappe 6 im Gleichgewichtszustand zwischen einer an ihr wirkenden Rückstellkraft
und dem Fließdruck der Strömung solange stehen, wie die Strömung aufrecht erhalten
bleibt. Sobald jedoch die Strömung unterbrochen wird, bzw. die Tendenz aufweist,
sich in eine Gegenströmung umzukehren, wird die Ventilklappe 6 momentan unter der
Wirkung der Rückstellkraft des mit ihr zusammenwirkenden Rückstellelementes aus
der Ruhestellung entsprechend Richtungspfeil 13 in die Verschlußstellung bewegt
und, im Falle einer Strömungsrichtungsumkehr, von der Rückströmung in die Verschlußstellung
gezwungen.
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Wie in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde, können dabei oftmals
äußerst heftige Klappenschließbewegungen auftreten, welche ungedämpft zur Ausbildung
heftiger Flüssigkeitsschläge mit extrem hohen Druckspitzen führen würden, wobei
die Gefahr einer Zerstörung der Leitung bzw. des Gehäuses der Schließvorrichtung
besteht. Infolgedessen müssen heftige Klappenschließbewegungen gedämpft werden.
Hierfür ist das Rückschlagklappenventil
mit einer den letzten Abschnitt
der Klappenschließbewegung dämpfenden Vorrichtung gemäß Erfindung versehen.
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Mit deren Hilfe kommt bei einer Stellung der Ventilklappe 6 von beispielsweise
300 öffnung gegenüber dem Ventilsitz 7 das Anschlagglied 25 am Hebelarm 9 mit dem
Ubertragungsglied 23 der Dämpfungsvorrichtung 18 in Kontakt. Bei weiterer Schließbewegung
der Ventilklappe 6 versucht das Anschlagglied 25 das Übertragungsglied 23 gegen
die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung 18 bzw. des Stößels 20 und der Feder 22 in
Bewegung zu setzen. Dies geschieht nunmehr unter progressivem Leistungsverzehr gegen
die Wirkung der Dämpfungsvorrichtung, welche dadurch eine schnelle Klappenbewegung
verhindert und deren Schließbewegung progressiv verzögert. Dabei kann die Wirkung
der Dämpfungsvorrichtung 18 in an sich bekannter Weise durch Einstellen der Dämpfungsschraube
26 eingestellt werden.
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Insgesamt ergibt sich mit der Anordnung und Ausgestaltung der Dämpfungsvorrichtung
18 sowie der Ventilklappe 6 und des sie aufnehmenden Hebelarmes 9 eine funktionell
überraschend sichere, konstruktiv äußerst kompakte und mit unkomplizierten Mitteln
aufgebaute Rückschlagklappe, welche die vorgängig beim Stand der Technik aufgezeigten
Mängel und technischen Grenzen vollständig überwindet.
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Somit stellt die Erfindung eine ideale Lösung der eingangs gestellten
Aufgabe dar.