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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schließkeil für einen Absperrschieber gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein
solcher Schließkeil
ist aus der GB-A-724 577 bekannt.
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Sie
betrifft insbesondere Trennschieber.
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Ein
Trennschieber ist aus der Schrift EP-A-0 926 410 bekannt.
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Dieser
Schieber weist ein Gehäuse
und einen Schließkeil
auf. Der Schließkeil
umfasst zwei seitliche Führungsgleitschuhe,
die mit in dem Gehäuse
ausgebildeten Längsrillen
zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position
zusammenwirken. Die Führungsgleitschuhe
sind auf der Höhe
des gleichen Schwerpunkts der sich auf der Bewegungsebene des Schließkeils erstreckenden Verschlussfläche angeordnet.
Diese Anordnung führt zu
einem Gleichgewicht des Schließkeils
unter der Kraft, die von der Flüssigkeit
ausgeübt
wird, wenn der Schieber sich in der geschlossenen Position befindet,
d.h. in dem statischen Fall.
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Allerdings
ist der Schließkeil
dieses Schiebers während
seiner Bewegung zwischen seiner offenen und geschlossenen Position
einem Kippmoment ausgesetzt. Das Kippmoment wird durch das Druck-
und Geschwindigkeitsfeld erzeugt, das durch das Fließen der
Flüssigkeit,
welche auf das Innenhütchen
trifft, erzeugt wird. Dieses Kippmoment bewirkt die Verschiebung
des Schließkeils
aus der senkrechten Ebene heraus in Bewegungsrichtung der Flüssigkeit.
Folglich wird eine von dem Schließkeil getragene Dichtlippe
bezüglich
der Dichtflächen
des Gehäuses
verschoben, was der Dichtheit des Schiebers im geschlossenen Zustand
schadet.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, dem genannten Nachteil abzuhelfen
und einen Absperrschieber vorzuschlagen, der eine gute Dichtheit
sicherstellt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Absperrschieber
anzugeben, der eine lange Lebensdauer der Führungselemente aufweist.
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Hierzu
hat die Erfindung einen Schließkeil der
zuvor genannten Art zum Gegenstand, der durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.
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Gemäß weiteren
Ausführungen
des Schließkeils,
weist dieser die Merkmale der abhängigen Ansprüche 2 bis
12 auf.
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Die
Erfindung hat außerdem
einen Absperrschieber mit den Merkmalen des Anspruchs 13 zum Gegenstand.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden bei der Lektüre der nachfolgenden,
allein beispielhaft gegebenen Beschreibung, die unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen erstellt ist, in welchen:
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1 eine
Seitenansicht des Gehäuses
eines erfindungsgemäßen Absperrschiebers
ist;
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2 eine
Schnittansicht des Schiebers entlang der Linie II-II der 1 ist,
wobei sich der Schließkeil
in seiner offenen Position befindet;
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3 eine
analoge Ansicht zu der Ansicht der 2 ist, wobei
sich der Schließkeil
in seiner geschlossenen Position befindet;
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4 eine
schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Schließkeils ist; und
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die 5 und 6 Schnittansichten
eines Schließkeils
entlang den Linien V-V und VI-VI der 4 sind.
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In
den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Absperrschieber
dargestellt, der mit der allgemeinen Bezugszahl 2 bezeichnet
ist.
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Dieser
Absperrschieber 2 ist dafür bestimmt, in eine Flüssigkeitsversorgungsleitung
(nicht dargestellt), beispielsweise eine Wasserleitung, eingebaut zu
werden, um im Bedarfsfall den Flüssigkeitsfluss
zu stoppen.
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Der
Absperrschieber 2 weist ein Schiebergehäuse 4 und eine in
Translation bewegliche Verschlussvorrichtung 6 auf, die
nachfolgend als Schließkeil
bezeichnet ist.
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Das
Schiebergehäuse 4 ist
einstückig
mit der Versorgungsleitung für
eine Flüssigkeit
ausgebildet, die mit Hilfe eines Eingangsanschlusses 8 und
eines Ausgangsanschlusses 10 gemäß einer Fließrichtung L fließt. Die beiden Anschlüsse 8, 10 sind
koaxial bezüglich
einer zentralen Achse X-X für
den Fluss der Flüssigkeit
angeordnet und definieren einen kreisförmigen Fließquerschnitt S (2)
mit einem Durchmesser d e. Im montierten Zustand des Absperrschiebers 2 erstreckt
sich die Achse X-X horizontal.
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Das
Schiebergehäuse 4 umfasst
außerdem eine
Aufnahme 12 für
den Schließkeil 6,
welche zwischen den beiden Anschlüssen 8, 10 angeordnet
ist. Die Aufnahme 12 weist in ihrem oberen Bereich eine Öffnung 14 zum
Einführen
und Bedienen des Schließkeils 6 auf.
Nachfolgend bedeutet der Ausdruck „nahe liegend" eine Stelle, die
nahe dieser Öffnung 14 liegt,
wohingegen der Ausdruck „entfernt" für Stellen
verwendet wird, die versetzt oder beabstandet von dieser Öffnung 14 in
der zu der Achse X-X hin gerichteten Richtung liegen.
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Der
Schließkeil 6 ist
in der Aufnahme 12 derart angeordnet, dass er zwischen
einer offenen Position, in welcher die Flüssigkeit ohne Hindernis von dem
Eingangsanschluss 8 zu dem Ausgangsanschluss 10 fließen kann,
und einer geschlossenen Position, die in 3 dargestellt
ist, und in welcher die Flüssigkeit
in dem Eingangsanschluss 8 zurückgehalten wird, gleiten kann.
Der Schließkeil 6 kann
in Translation entlang einer vertikalen Bewegungsrichtung D in einer
Bewegungsebene C-C gleiten, wobei sich die Ebene senkrecht zu der
Fließrichtung
X-X der Flüssigkeit
erstreckt.
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Der
Schieber 2 weist außerdem
Antriebsvorrichtungen 16 für den Schließkeil 6 zwischen
seiner offenen und geschlossenen Position auf. Diese Antriebsvorrichtungen 16 umfassen
eine mit Gewinde versehene Stange 18 auf, die sich radial
zu der Achse X-X in der Ebene C-C gemäß einer vertikalen Achse T-T
erstreckt. Nachfolgend werden die Ausdrücke „mittlere(r)" und „seitlich" in Bezug zu dieser
Achse T-T benutzt.
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Die
Stange 18 weist ein nahe liegendes Bedienende auf, das
von dem Gehäuse 4 aus
vorspringt, sowie ein entferntes Ende, das sich in der Nähe des Fließquerschnitts
S erstreckt, ohne sich mit ihm zu überlappen. Die Stange 18 ist
in Drehung beweglich, aber axial bezüglich des Gehäuses 4 fixiert und
mit äußeren Drehantriebsvorrichtungen
(nicht dargestellt) verbunden.
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Die
Antriebsvorrichtungen 16 für den Schließkeil 6 weisen
außerdem
einen Block 19 im T-Profil auf, der an dem Schließkeil 6 befestigt
ist, wobei in dem Block ein Gewinde ausgebildet ist, in dessen Innerem
die mit Gewinde versehene Stange 18 verschraubt ist.
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Wie
außerdem
in den 3 und 4 dargestellt, springen zwei
Haltewinkel 20A, 20B an dem nahe liegenden Ende
des Keils parallel zu der Achse T-T vor und sind zu dieser hin gekrümmt. Sie bilden
eine komplementär
zu dem mit Gewinde versehenen Block 19 für dessen
Aufnahme ausgebildete Aufnahmevorrichtung.
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Die
Aufnahme 12 für
das Gehäuse
definiert einen Dichtungssitz 22 für den Schließkeil 6.
Dieser Dichtungssitz 22 umfasst eine mittlere, entfernte
Auflagefläche 24,
zwei seitliche entfernte Auflageflächen 26, 28 und
zwei seitliche nahe liegende Auflageflächen 30, 32,
von denen eine in 2 zu sehen ist.
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Die
mittlere entfernt liegende Auflagefläche 24 ist gegenüber dem
entfernt liegenden Ende der mit Gewinde versehenen Stange 18 angeordnet.
Sie weist eine Teilzylinderform mit X-X-Achse auf, deren Durchmesser
identisch ist mit dem Durchmesser d e des Fließquerschnitts S der Anschüsse 8, 10.
Entlang der Achse T-T gesehen, weist sie eine kreisförmige Form
mit etwas größerem Durchmesser d t als der
Durchmesser der mit Gewinde versehenen Stange 18 auf. Jede
der beiden seitlichen entfernt liegenden Auflageflächen 26, 28 schließt sich
tangential an die mittlere entfernt liegende Auflagefläche 24 in
der Ebene C-C beidseits der Achse T-T an. Die beiden seitlichen
entfernt liegenden Auflageflächen 26, 28 sind über ihre
gesamte Länge
gerade ausgebildet. Sie bilden einen Winkel α mit einer Ebene P-P, die sich
senkrecht zu der Achse T-T erstreckt. Dieser Winkel α ist kleiner
als 30°,
insbesondere kleiner als 20° und
vorzugsweise kleiner als 10°.
Dank dieser geringen Neigung ist der Druck, der auf den Bereich der
Dichtlippe des Schließkeils 6 ausgeübt wird,
der den Flächen 24, 25, 28 entspricht,
für eine
gegebene Anwendungskraft groß.
Außerdem
ist die Dichtlippe geringen Scherkräften ausgesetzt.
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Wenn
außerdem
die Neigung größer als
0° ist,
wird verhindert, dass sich Verschmutzungen, die eventuell von der
Flüssigkeit
eingetragen werden, absetzen können.
Der Dichtungssitz 22 ist somit selbst reinigend ausgebildet.
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Gesehen
entlang der Achse X-X, weist der entfernt liegende Bereich des Dichtungssitzes 22 praktisch
die Form eines Pfeils mit abgerundeter Spitze auf.
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Die
beiden nahe liegenden Auflageflächen 30, 32 erstrecken
sich beidseits der Ebene C-C und weisen eine allgemeine Hufeisenform
auf. Sie sind bezüglich
der Ebene C-C um einen Winkel β geneigt (siehe 1).
Der Winkel β kann
zwischen 10° und 35° liegen.
Jede der beiden nahe liegenden Auflageflächen 30, 32 umgibt
den Fließquerschnitt
S auf der nahe liegenden Seite. Wie in 1 illustriert,
sind die entfernt liegenden Enden der beiden nahe liegenden Auflageflächen 30, 32 mit
den seitlichen nahe liegenden Enden der seitlichen entfernt liegenden
Auflageflächen 26, 28 durch
zwei Ansätze 34, 36 verbunden.
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Außerdem weist
der Absperrschieber 2 Führungsvorrichtungen 38 für den Schließkeil 6 in
der Aufnahme 12 auf.
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Die
Führungsvorrichtungen 38 umfassen Führungsrillen 40, 42,
die sich praktisch in der Ebene C-C und parallel zu der Achse T-T
erstrecken, und zwar von den seitlichen nahe liegenden Enden der seitlichen
entfernt liegenden Auflageflächen 26, 28 bis
zu der Öffnung 14 der
Aufnahme.
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Der
Schließkeil 6 weist
eine Verschlussplatte auf, die im Wesentlichen aus einem Kern 44 aus
steifem Material, beispielsweise aus Gusseisen, und einer Beschichtung 48 aus
elastischem Kunststoffmaterial, beispielsweise aus Gummi oder aus
Elastomermaterial, besteht.
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Die
Beschichtung 48 umgibt den Kern 44 vollständig und
stellt einen Schutz vor dessen Korrosion sicher.
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Der
Schließkeil 6 weist
eine Abdeckung 52 auf, welche eine Absperrfläche A begrenzt.
Die Absperrfläche
A ist als freie Fläche
des Schließkeils 6 definiert,
welche mit der Flüssigkeit
unter Druck in Berührung
kommt, wenn sich der Schließkeil
in seiner geschlossenen Position befindet, die in der Bewegungsebene
C-C angeordnet ist. Der Schwerpunkt dieser Absperrfläche ist
mit G bezeichnet. In seiner geschlossenen Position sperrt der Schließkeil 6 die
Flüssigkeit
an der Absperrfläche
A ab. In dem vorliegenden Beispiel liegt der Schwerpunkt G nahe der
Achse X-X, wenn sich der Schließkeil 6 in
seiner geschlossenen Position befindet. Die Absperrfläche A weist
eine Höhe H auf, gemessen entlang der
Bewegungsachse T-T.
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Die
Abdeckung 52 besteht aus einem zentralen, zylindrischen
Hohlrohr 54 und zwei Flügeln 56, 58.
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Das
zentrale Rohr 54 ist im montierten Zustand koaxial zu der
Achse T-T der mit Gewinde versehenen Stange 18 angeordnet.
Der Innendurchmesser d i des zentralen Rohrs ist größer als
der Außendurchmesser
der mit Gewinde versehenen Stange 18, so dass das Rohr 54 die
Stange 18 aufnehmen kann. Der Außendurchmesser des zentralen Rohrs 54 entspricht
dem Durchmesser d t der
mittleren entfernt liegenden Auflagefläche 24 entlang der Achse
T-T gesehen. Das entfernt liegende Ende 60 des zentralen
Rohrs 54 weist ein kreisbogenförmiges Profil mit einem Durchmesser d e auf,
und zwar entlang der Achse X-X gesehen.
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Die
beiden Flügel 56, 58 sind
vollwandige Bereiche, die sich beidseits der Achse T-T entlang der
Bewegungsebene C-C erstrecken. Der entfernt liegende Bereich jedes
Flügels 56, 58 weist
eine gerade Kante 62, 64 auf, die sich in der
Seitenansicht tangential an den Kreisbogen des entfernt liegenden Endes 60 des
zentralen Rohrs 54 anschließt. Die Kanten 62, 64 weisen
eine komplementäre
Form zu den seitlichen entfernt liegenden Auflageflächen 26, 28 des
Gehäuses 4 auf.
Jede Kante 62, 64 ist gemäß dem Winkel α gegenüber der
Ebene P-P geneigt. Außerdem
erstrecken sich die beiden geraden Kanten 62, 64 von
dem Kreisbogen aus über
die gesamte Breite der Abdeckung 52, gemessen in der Bewegungsebene
C-C senkrecht zu der Bewegungsachse T-T.
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Wie
in den 4 und 5 dargestellt, weist der Schließkeil 6 außerdem zwei
Dichtrippen 66, 68 in Hufeisenform auf, die komplementär zu den nahe
liegenden Auflageflächen 30, 32 des
Gehäuses 4 ausgebildet
sind. Die Dichtrippen 66, 68 springen von der
Fläche
der Abdeckung 52 senkrecht zu der Bewegungsebene C-C beidseits
von dieser Ebene vor. Der nahe liegende Bereich 70 der
Dichtrippen 66, 68 weist eine halbzylindrische
hohle Form auf. Sie ist an jedem entfernt liegenden Ende von einem geraden
Rippenbereich 72, 74, der sich bis zu dem seitlichen
Ende der Kante 62, 64 jedes Flügels 56, 58 erstreckt,
verlängert.
An dieser Stelle bildet die Rippe 66, 68 eine
abgestumpfte Spitze 76, die mit strichpunktierter Linie
in 6 dargestellt ist, entsprechend den Ansätzen 34, 36 des
Gehäuses.
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Wie
aus 6 hervorgeht, ist jede Rippe 66, 68 von
einer Ebene H-H begrenzt, welche um den Winkel β in der Ebene C-C geneigt ist,
und welche diese Ebene über
das entfernt liegende Ende 60 des zentralen Rohrs 54 hinaus
schneidet. Die Höhe
jeder Rippe 66, 68, bezüglich der Ebene C-C gemessen, verringert
sich somit von ihrem nahe liegenden Ende bis zu ihrem entfernt liegenden
Ende.
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Die
Kante jeder Rippe 66, 68, das entfernt liegende
Ende 60 des zentralen Rohrs 54 und die entfernt
liegende Kante 62, 64 jedes Flügels 56, 58 sind
von einem Wulst der die Dichtungslippe 80 bildenden Beschichtung 48 gebildet.
Diese Dichtungslippe 80 weist eine komplementäre Form
zu der Fläche
des Dichtungssitzes 22 der Aufnahme 12 des Gehäuses 4 auf.
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Der
Schließkeil 6 weist
außerdem
zwei Führungsansätze 82, 84 auf,
welche einen Teil der Führungsvorrichtungen 38 des
Schließkeils 6 bilden.
Diese Ansätze
sind dafür
geeignet, in den Rillen 40, 42 zu gleiten. Jeder
Führungsansatz 82, 84 ist
von einem seitlichen Vorsprung des beschichteten Kerns 44 gebildet,
der von einem Gleitschuh 88, 90 bedeckt ist, der
beispielsweise aus steifem Kunststoffmaterial mit hoher Abriebfestigkeit
wie Polyamid besteht. Die Gleitschuhe 88, 90 sind
durch Überformen
des Beschichtungsmaterials 48 an den Vorsprüngen des Kerns 44 befestigt.
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Die
Führungsansätze 82, 84 erstrecken
sich entlang der Bewegungsrichtung D. Jeder der Ansätze 82, 84 weist
ein nahe liegendes Ende 94, 96 und ein entfernt
liegendes Ende 98, 100 auf. Das entfernt liegende
Ende 98, 100 jedes Führungsansatzes 82, 84 ist
mit einem Abstand d p von dem entfernt liegenden Ende 60 des
zentralen Rohrs 54 angeordnet, und zwar gemessen entlang
der Bewegungsachse T-T.
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Während der
Bewegung des Schließkeils 6 in
seine verschlossene Position übt
die Flüssigkeit eine
dynamische Kraft F dyn auf
den Schließkeil
aus, welche in die Fließrichtung
der Flüssigkeit L gerichtet ist.
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Die
entfernt liegenden Enden 98, 100 der Führungsansätze 82, 84 sind
derart angeordnet, dass der Anwendungspunkt der Resultante dieser dynamischen
Kraft F dyn zumindest
unmittelbar vor dem vollständigen
Schließen
auf der nahe liegenden Seite der entfernt liegenden Enden 98, 100 angeordnet
ist.
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Das
Verhältnis
dp/H zwischen
den Größen d p und H ist kleiner als 0,34 gewählt, insbesondere
kleiner als 0,3 und vorzugsweise kleiner als 0,25.
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Je
kleiner dieses Verhältnis
ist, desto größer ist
das von F dyn ausgeübte Kippmoment
in dem Augenblick des Schließens
des Schiebers.
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Der
Absperrschieber wird auf folgende Weise zusammengebaut.
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Das
Gehäuse 4 und
der Kern 44 des Schließkeils 6 werden
aus Gusseisen hergestellt. Die Beschichtung 48 aus Elastomermaterial
wird über den
Kern 44 übergeformt.
Dann werden die Gleitschuhe 88, 90 auf die Vorsprünge des
Kerns 44 des Schließkeils 6 aufgesteckt
und an den Vorsprüngen befestigt.
Dann wird der mit Gewinde versehene Block 19 zwischen die
Haltewinkel 20A, 20B eingesteckt und die mit Gewinde
versehene Stange 18 wird in dem Gewinde verschraubt. Der
Schließkeil 6 und
die mit Gewinde versehene Stange 18 werden durch die Öffnung 14 in
das Gehäuse 4 eingebracht. Dann
wird die Stange 18 mit dem Gehäuse 4 und den Drehantriebsvorrichtungen
verbunden.
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Während des
Betriebs, wenn sich der Schließkeil 6 in
seiner offenen Position befindet, kann die Flüssigkeit ungehindert durch
das Gehäuse
fließen.
Wenn der Flüssigkeitsfluss
abgesperrt werden soll, beispielsweise im Falle eines Bruchs der
stromabwärts
von dem Schieber 2 angeordneten Leitung, wird die mit Gewinde
versehene Stange 18 in Drehung derart angetrieben, dass
sich der Schließkeil 6 zu
seiner geschlossenen Position hin entlang der Richtung D bewegt.
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Ab
dem Augenblick, wo der Schließkeil 6 den Fließquerschnitt
S überlappt, übt die Flüssigkeit
die dynamische Kippkraft Fdyn,
die in unterstromige Richtung gerichtet ist, auf den Schließkeil 6 aus.
Diese Kraft spannt zunächst
den Schließkeil 6 in
die Richtung eines Kippens aus der Bewegungsebene C-C um den mit
Gewinde versehenen Block 20 vor. Während der Fortsetzung der Bewegung
bewegt sich der Anwendungspunkt der Resultante der dynamischen Kraft Fdyn von dem entfernt liegenden
Ende 60 zu der Mitte des Schließkeils 6 hin. Wenn
der Anwendungspunkt der Resultante der dynamischen Kraft Fdyn die Höhe der entfernt liegenden Enden 98, 100 der
Führungsansätze 82, 84 überschreitet,
kippt der Schließkeil 6 um
eine Achse B-B. Diese Achse B-B ist von den Bereichen der Führungsansätze 82, 84 in
Auflage auf den Führungsrillen 40, 42 definiert. Ab
diesem Moment werden die Führungsansätze 82, 84 über ihre
gesamte Höhe
auf die Führungsrillen
gedrückt.
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Folglich
erstreckt sich der Schließkeil 6 parallel
zu der Ebene C-C, so dass das Aufbringen des entfernt liegenden
Endes des Schließkeils 6 senkrecht
zu der Dichtfläche
erfolgt. So stellt der Absperrschieber eine gute Dichtheit sicher.
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Dank
der Tatsache, dass sich die entfernt liegenden Enden 98, 100 der
Führungsansätze 82, 84 in
geringem Abstand von dem entfernt liegenden Ende 60 des
zentralen Rohrs 54 und somit von dem entfernt liegenden
Ende des Schließkeils 6 befinden, gemessen
in der Richtung D, wird der Schließkeil 6 in der Nähe seines
entfernt liegenden Endes in einem großen Abstand von der Kippachse
gehalten. So ist bei einem gegebenen Druck der Flüssigkeit
die auf das untere Ende der Gleitschuhe ausgeübte Kraft gering. Folglich
ist die Verschiebung der Dichtlippe 80 bezüglich des
Dichtungssitzes 22 gering, was zu einer guten Dichtheit
des Abspenschiebers 2 für
eine gegebene Auflagekraft des Schließkeils 6 auf dem Dichtungssitz 22 führt.
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Außerdem ist
die auf die Gleitschuhe 88, 90 ausgeübte Kraft
gering, was zu deren geringem Verschleiß führt.
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Unter
der Voraussetzung, dass die Verschiebung des Schließkeils aus
der Ebene C-C heraus begrenzt ist, sind außerdem die Antriebskräfte der
mit Gewinde versehenen Stange 18 gering. Die Drehantriebsvorrichtungen
für die
Stange (Motoruntersetzungsgetriebe) können eine geringe nominale
Kraft aufweisen und wirtschaftlich sein.
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In
einer Variante weist der Schließkeil
seitliche Führungsrillen
anstatt der Führungsansätze auf. In
diesem Fall weist das Schiebergehäuse entsprechende Führungsansätze auf
und die Rillen des Schließkeils
wirken mit diesen Ansätzen
zusammen.