DE69009458T2 - Sperisches kückenventil und kombination mit einem antrieb dafür. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein sphärisches Kükenventil jener Art, bei welcher das Kugelelement mit zwei axial verschiebbaren Hülsen versehen ist, und ein solches Ventil in Kombination mit einem Antrieb. Eine derartige Ventilanordnung ist besonders, aber nicht ausschließlich, für Untersee-Gas und Ölpipelines geeignet.
• In der Norwegischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 159.553, wird ein sphärisches Kükenventil mit einem dazugehörigen Antrieb beschrieben, das insbesondere zur Verwendung in Pipelinesystemen gedacht ist, die Gas und/oder Öl in großen Meerestiefen befördern.
• Bei dem bekannten sphärischen Kükenventil ist ein Kugelelement mit zwei axial verschiebbaren Hülsen versehen, die in der offenen Position des Ventils nach außen für den dichten Eingriff mit Sitzen verschiebbar sind, die in dem umgebenden Ventilgehäuse vorgesehen sind, so daß ein Strömungsdurchgang durch das Ventil entsteht. Dies umfaßt ferner eine hohle Antriebsachse zur Drehbewegung des Kugelelements zwischen seiner offenen und geschlossenen Position und eine Antriebsspindel durch die hohle Antriebsachse, welche die axiale Verschiebung der Hülsen bewirkt.
• Das Kugelelement in dem bekannten Ventil ist in zwei Kugelteile unterteilt, die lösbar miteinander verbunden sind. Zur Betätigung des Ventils zwischen der offenen und geschlossenen Position beschreibt die veröffentlichte Patentanmeldung eine hydraulische Lösung beziehungsweise eine mechanische Lösung, wobei letztere auf einer verhältnismäßig komplizierten Anordnung von Getrieben und Zahnstangen beruht.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des obengenannten bekannten sphärischen Kükenventils und hat insbesondere eine vereinfachte Konstruktion zur Aufgabe, deren Anreiz in kleineren Ventilen als jenen liegt, die im Zentrum des Interesses der obengenannten veröffentlichten Anmeldung stehen. Somit kann die vorliegende Erfindung bei Installierungen über Wasser interessanter sein als bei Installierungen unter Wasser. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gibt es auch keine Anforderungen, daß das Kugelelement des Ventils zur leichteren Demontage in zwei Teile unterteilt sein soll, wie bei der früher bekannten Konstruktion, auf die zuvor Bezug genommen wurde.
• Ventile jener Art, die hierin betrachtet wird, erfordern einen Antrieb für einen einfachen, präzisen und zuverlässigen Betrieb, um eine zufriedenstellende Funktion erfüllen zu können. Eine bevorzugte Form eines Antriebs für diesen Zweck wird ebenso offenbart.
• Wie der Antrieb für das sphärische Kükenventil nach der Norwegischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 159.553, umfaßt der vorliegende Antrieb eine hohle abtreibende Antriebsachse und eine abtreibende Antriebsspindel, die sich durch die hohle Antriebsachse erstreckt, wodurch zwei verschiedene Betriebsbewegungen ermöglicht werden, wenn die Antriebsachse beziehungsweise die Antriebswelle gedreht werden.
• Kurz gesagt, das sphärische Kükenventil dieser Erfindung schafft einen besonders einfachen und vorteilhaften Mechanismus, der die Verschiebung der Hülsen in dem Kugelelement bewirkt, während der bevorzugte Antrieb ein besonderes Verriegelungssystem umfaßt, das besonders für das sphärische Kükenventil geeignet ist.
• In den Ansprüchen finden sich genauere Aussagen sowohl in bezug auf das erfindungsgemäße sphärische Kükenventil als auch seine Kombination mit dem Antrieb, einschließlich seiner neuartigen und spezifischen Merkmale.
• Die hierin beschriebenen Strukturen sind imstande, einen wertvollen Beitrag zur Vereinfachung der Ventilsysteme zum Beispiel in der Ölindustrie, auf Bohrinseln und dergleichen zu schaffen. Die verhältnismäßig einfachen Strukturen bringen nicht nur eine Kosteneinsparung mit sich, sondern tragen gleichzeitig auch zu einem höheren Maß an Sicherheit bei Ölinstallierungen sowohl an Land als auch in Gewässern bei.
• Ein besonderer Vorteil der hierin beschriebenen Strukturen besteht darin, daß das Öffnen und Schließen des sphärischen Kükenventils nur durch eine einfache Drehbewegung einer Antriebsachse zum Beispiel durch Betätigung eines Handrades erfolgen kann.
• In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform, die in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert, in welchen:
• Fig. 1 einen Axialschnitt eines sphärischen Kükenventils mit einem Antrieb auf der Basis von erfindungsgemäßen Konstruktionen zeigt, wobei das Ventil in seiner offenen Position dargestellt ist,
• Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1 zeigt, aber mit dem Ventil in seiner geschlossenen Position,
• Fig. 3 einen Schnitt entlang der Achse des Strömungsdurchganges und normal zu dem Schnitt von Fig. 1 zeigt, d.h. im rechten Winkel zu der Drehachse des Kugelelements und mit dem Ventil in seiner offenen Position,
• Fig. 4A den Antrieb für das Ventil etwas vergrößert und in einer Schnittansicht wie in Fig. 1 zeigt,
• Fig. 4B den Antrieb von Fig. 4A von oben gesehen teilweise zeigt,
• Fig. 4C und 4D die zusammenwirkenden Nockenelemente zur Bewegung der beiden Hülsen, die in dem Kugelelement in dem Ventil gemäß der Figuren 1 - 3 integriert sind, schematisch zeigen,
• Fig. 5A und 5B den Antrieb von oben bzw. im Teilquerschnitt, entsprechend der offenen Position des Ventils, zeigen,
• Fig. 6A und 6B auf eine den Figuren 5A und 5B entsprechende Weise den Antrieb in einem Zustand zeigen, welcher der offenen Position des Ventils entspricht, wobei aber die Hülsen von ihren Sitzen in dem Ventilgehäuse in das Kugelelement zurückgezogen sind,
• Fig. 7A und 7B in einer entsprechenden Weise einen Zustand zeigen, in welchem die Drehung des Kugelelements aus der offenen in die geschlossene Position soeben eingeleitet ist, und
• Fig. 8A und 8B in einer entsprechenden Weise den Antrieb in einem Zustand zeigen, der dem vollständig geschlossenen Ventil entspricht.
• Das sphärische Kükenventil von Fig. 1 - 3 hat ein Ventilgehäuse 76, das durch Flansche, wie zum Beispiel bei 80 dargestellt, an einem Pipelinesystem befestigt werden kann. Ein Kugelelement in dem Ventilgehäuse hat zwei Hauptteile 83 und 85, die auf ähnliche Weise wie die entsprechenden Hauptteile des Kugelelements in dem Ventil, das in der obengenannten Veröffentlichung der Norwegischen Patentanmeldung beschrieben wurde, verbunden werden können. Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, ist der obere Kugelteil 85 mit schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen 96 für das Zusammenwirken mit komplementären Teilen des unteren Kugelteils 83 versehen. In Verbindung mit den letztgenannten Teilen sind Bohrungen 90 dargestellt, die den Zugang zu Bolzen 91 ermöglichen, die zur Befestigung eines Auflagers 81 für den unteren Kugelteil an dem Ventilgehäuse 76 dienen.
• Das untere Ende einer Antriebsspindel 69 ist durch einen Ring 82 in einer Scheibe 92 angelenkt und mit Muttern 93 befestigt.
• An der oberen Seite des Kugelelements ist ein Lager 87 mit einem Abstandsring 86 in dem oberen Kugelteil 85 vorgesehen, das sich nach oben in Form einer Antriebsachse in den Antrieb erstreckt, der an der Oberseite des Ventils selbst montiert ist, d.h. auf einer starken Abdeckung 28, die an einen oberen Flansch des Ventilgehäuses 76 angeschraubt ist. Die Antriebsachse 32 ist in der Abdeckung 28 gelagert.
• In der geschlossenen Position des Ventils, wie in Fig. 2 dargestellt, bildet eine sphärische Dichtungsplatte oder fläche 97 an jeder Seite des Kugelteils 85 eine Dichtung gegen einen Ventilsitz 79 an jeder Seite des Ventilgehäuses.
• In Fig. 1 sind zwei verschiebbare Hülsen 66A und 66B in ihrer vollständig äußeren Position (die oberen Hälften der Hülsen) bzw. in ihrer zurückgezogenen Position (die unteren Hälften der Hülsen) dargestellt. Diese Hülsen gleiten auf einem Trägerelement 74 nach außen, das einen inneren Teil des Kugelelements bildet und einen Stab 75 zum Ausrücken der Antriebsspindet 69 durch den Strömungsdurchgang des Ventils aufweist. Wie besonders in Fig. 3 dargestellt, weist dieser Stab 75 eine Stromlinienform auf, um den Durchfluß so wenig wie möglich zu beeinflussen, wenn das Ventil geöffnet ist. Außerdem zeigt Fig. 3 auch die Hülsen 66A und 66B in ihren vollständig auswärts liegenden Positionen, wobei die Dichtung, wie bei 84 dargestellt, gegen einen Sitz 88 in dem Ventilgehäuse 76 liegt. Während der vollständige Strömungsdurchgang in Fig. 1 und 3 mit 73 bezeichnet ist, ist eine Hälfte des Strömungsquerschnittsbereichs auf der Höhe des Stabes 75 in Fig. 2 mit 73A bezeichnet.
• Das bisher beschriebene sphärische Kükenventil entspricht weitgehend jenem, das in der obengenannten Veröffentlichung der Patentanmeldung dargestellt ist, mit Ausnahme des Durchgangs der Antriebsspindel 69 nach unten zu dem Boden des Ventilgehäuses 76.
• Die besondere Struktur zur Erzielung der Verschiebungsbewegung der Hülsen 66A und 66B durch Umsetzung der Drehbewegung der Antriebsspindel in die Translationsbewegung der Hülsen wird nun eingehender beschrieben. An der Antriebsspindel 69 sind zwei scheibenförmige Nockenelemente in Form von sogenannten Verbindungsscheiben 68A und 68B befestigt, die an jeder Seite der Hülsen, d.h. oberhalb bzw. unterhalb dieser liegen. Wie in den Figuren 4C und 4D deutlicher dargestellt, sind diese Scheiben 68A und 68B mit Ausnehmungen für das Zusammenwirken mit Stiften 67A bzw. 67B versehen, wie an der Oberseite bzw. an der Unterseite der Hülse 66A in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Stifte gleiten während der Drehung der Scheiben 68A und 68B in den Ausnehmungen, wobei diese Ausnehmungen mit unterschiedlichem radialen Abstand zu der Achse der Spindel 69 verlaufen und dadurch die Verschiebung der Hülsen nach außen oder nach innen in bezug auf die Achse, abhängig von der Drehrichtung, bewirken.
• Die Verbindungsscheibe 68A in Fig. 4C weist zwei gekrümmte Ausnehmungen 70A und 70B auf, die sich mit zunehmenden Abstand von der Antriebsspindel 69 erstrecken. Insbesondere weisen diese Ausnehmungen die Form von Bögen eines Kreises auf, dessen Mitte außerhalb der Achse der Antriebsspindel 69, nämlich bei 72 wie in bezug auf die Ausnehmung 70A dargestellt, liegt. In der Drehposition, die in Fig. 4C dargestellt, sind die Hülsen 66A und 66b maximal nach außen verschoben, was bedeutet, daß die Stiftelemente 67A und 67B in dem äußersten Teil der Ausnehmungen 70A und 70B angeordnet sind. In dieser Position liegt die Krümmungsmitte 72 auf einer Linie, die mit der Axialebene durch die Hülsen 66A und 66B übereinstimmt, was den wesentlichen Vorteil mit sich bringt, daß die Kräfte, die axial auf diese Hülsen wirken, nicht imstande sind, irgendein Moment auszuüben, das die Scheibe 68A aus der in Fig. 4C dargestellten Position drehen könnte.
• Wenn der Antrieb die Antriebsspindel 69 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 4C und 4D dreht, ergeben die Ausnehmungen 70A und 70B eine Rückzugbewegung der Hülsen, so daß diese ungefahr in die vollständig zurückgezogene Position gelangen, wie in Fig. 4D dargestellt, wobei sich die Stiftelemente in dem innersten Teil der Ausnehmungen befinden. Es versteht sich, daß das Ausmaß der Verschiebung dem Unterschied im radialen Abstand von der Achse der Antriebsspindel zu dem effektiven Weg des Stiftelements in den entsprechenden Ausnehmungen entspricht, d.h. einer (gekrümmten) Mittellinie der Ausnehmung. Wie besonders in Fig. 4D dargestellt, kann der Stift 67A auf der Hülse 66A mit einem Gleitstück 71 versehen sein, das zwei zylindrische Oberflächen aufweist, die der inneren bzw. äußeren Wandfläche der Ausnehmung 70A entsprechen.
• Aus dem Vorhergesagten geht auch hervor, daß die beiden Ausnehmungen 70A und 70B in den Verbindungsscheiben, zum Beispiel in Scheibe 68A, einen Winkelabstand von 180º in bezug zueinander um die Achse der Antriebsspindel 69 aufweisen. Der effektive Drehwinkel, den die Ausnehmungen in bezug auf die Gleitbewegungen der darin befindlichen Stiftelemente darstellen, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 70º bis 80º, wobei 75º der bevorzugteste Winkel ist. Die Wahl des Winkelbereichs hängt mit der Gesamtwinkelbewegung zusammen, die vorteilhaft für den vollständigen Ventilbetrieb aus der offenen in die geschlossenen Position oder umgekehrt verwendet werden kann. Dieser Gesamtwinkelbereich kann in der Praxis besonders geeignet etwa 180º betragen. Von diesem Gesamtwinkelbereich werden 90º zur Drehung des eigentlichen Kugelelements zwischen seiner offenen und geschlossenen Position verwendet. Bis zu einem gewissen Maße stehen diese Winkelverhältnisse mit der Konstruktion des Antriebs in Zusammenhang, der das Ventil zwischen den verschiedenen Sequenzen bewegen soll, einschließlich der beschriebenen Verschiebung der Hülsen. Der Winkelbereich, auf den hier für die Ausnehmungen in den Verbindungsscheiben Bezug genommen wird, ist in Fig. 4D bei 61 dargestellt.
• Diese Anordnung von zusammenwirkenden Nockenelementen, wie genauer mit Bezugnahme auf Fig. 4C und 4D erklärt wird, ist einfach und zuverlässig, da jede Hülse eine ausgewogenen Kraftanwendung erfährt, wenn sie in bezug auf das Kugelelement nach außen geschoben bzw. zurückgezogen wird, wenn dieses in der Position feststeht, die dem offenen Ventil entspricht. Die Nockenanordnung führt zu einer reinen Translationsbewegung der Hülsen, so daß es normalerweise nicht notwendig ist, besondere Mittel vorzusehen, die gewährleisten, daß diese während der Verschiebung nicht gedreht werden.
• Es wird nun neuerlich auf Fig. 1 Bezug genommen, worin ein Anschlagelement mit einer doppelseitigen Wirkung an dem oberen Teil des oberen Kugelteils 85 befestigt ist. Dieses Anschlagelement weist die Form einer Scheibe 78 auf mit einem ausgeschnittenen Abschnitt, so daß Anschläge gebildet werden, die mit einem feststehenden Anschlagelement 77 im Inneren des Gehäuses 76 zusammenwirken. Diese Anordnung von Anschlägen auf eine an sich bekannte Weise, gewährleistet ein definitives Anhalten der Drehung des Kugelelements in seinen jeweiligen Winkelstellungen, die dem geschlossenen Ventil oder dem geöffneten Ventil entsprechen. In der letzteren Position ist es besonders wichtig, daß der Winkel exakt bestimmt wird, da die Hülsen 66A und 66B bei der Verschiebung nach außen so exakt wie möglich in ihre Sitze 88 gelangen müssen (Fig. 3).
• Die grundlegenden Teile des Antriebs werden nun zunächst mit Bezugnahme auf Fig. 1 und insbesondere Fig. 4A und 4B beschrieben. Die Triebkraft, die auf den Antrieb ausgeübt wird, wird in Form einer einfachen Drehung einer Antriebsachse 17 erzeugt, die zum Beispiel ein Handrad 16 sein kann (das teilweise in Fig. 4A dargestellt ist). Natürlich kommen viele Alternativen zur Drehung der Antriebsachse 17, zum Beispiel ein Hydromotor oder dergleichen, in Betracht. Die Ausgangsbewegung von dem Antrieb, zum Beispiel zur Betätigung eines sphärischen Kükenventils wie oben beschrieben, erfolgt durch die hohle Antriebsachse 32 wie bereits beschrieben, und eine obere Antriebsspindel 12, die drehfest mit der zuvor beschriebenen oder unteren Antriebsspindel 69 durch eine Kupplung 95 gekuppelt ist, die insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist. In Verbindung mit dieser Kupplung weist die Antriebsspindel 69 einen oberen Ring oder eine Scheibe 94 auf. Bei der Demontage des Antriebs und möglicherweise des oberen Kugelelements 85 von dem Ventil, wie auch in der Norwegischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 159.553, beschrieben, wird die Kupplung bei 95 zwischen den beiden Teilen der kompletten Antriebsspindel gelöst.
• Die verschiedenen Mechanismen des Antriebs sind in einem Gehäuse 1 enthalten, das durch Schrauben 24 oder auf andere Weise an der Ventilabdeckung 28 befestigt ist. An dieser Abdeckung ist auch ein feststehender Kontroll oder Verriegelungsring 2 befestigt, der in dem Verriegelungssystem, das durch den Antrieb gebildet wird, wichtige Funktionen besitzt.
• Die Antriebsachse 17 ist mit einer Schneckenspindel versehen, die mit einem Schneckenrad 7 in Eingriff steht, das seinerseits an ein Kegel oder Antriebsrad 4 geschraubt ist, das eine zentrale Komponente in dem Antrieb darstellt. Bei 11 ist die Antriebsspindel 12 mit dem Antriebsrad 4 und dadurch mit dem Schneckenrad 7 verkeilt, so daß die Antriebsspindel 12, das Antriebsrad 4, das Schneckenrad 7 und die Schneckenspindel oder Antriebsachse 17 und dadurch das Handrad 16 drehend und fest miteinander verbunden sind. Die hohle Antriebsachse 32 ist jedoch nur während gewisser Betriebssequenzen drehend mit dem Antriebsrad 4 verbunden.
• Wie bereits erwähnt, ist die Antriebsachse 32 unter anderem in der Abdeckung 28 durch ein Lager 25 angelenkt und an ihrem oberen Teil mit einem Vorsprung 5 versehen, der verschiedenartig mit dem Antriebsrad 4 zusammenwirkt. Der Vorsprung 5 ist durch eine Befestigungsmutter 15 an der hohlen Antriebsachse 32 befestigt.
• Zur Anzeige der Sequenzen, die an der Betätigung von zum Beispiel einem Ventil durch diesen Antrieb beteiligt sind, ist an der Oberseite des Antriebsgehäuses 1, das einen Deckel 8 aufweist, eine Anzeigescheibe 9 vorgesehen, die an dem oberen Ende der Antriebsspindel 12 befestigt ist, die in dem Deckel 8 ein Auflager 10 besitzt. Unmittelbar unterhalb des Auflagers 10 in Fig. 4A ist eine Ankermutter 13 für das Antriebsrad 4 der Antriebsspindel 12 dargestellt.
• In Fig. 4B, welche die Oberseite des Antriebs von oben gesehen zeigt, geben Hinweispfeile bei 29 und 31 auf der Anzeigescheibe 9 die GESCHLOSSENE Position bzw. die OFFENE Position des zugehörigen Ventils an. Diese Anzeigen können in bezug auf eine Anzeigemarkierung 26 an der Oberseite des Deckels 8 beobachtet werden. Eine zusätzliche Markierung 30 auf der Anzeigescheibe 9 dient dazu, die Position anzuzeigen, die dem offenen Ventil mit den in das Kugelelement zurückgezogenen Hülsen entspricht (Fig. 1 untere Hälfte der Hülsen und Fig. 4D). Die Drehrichtung der Anzeigescheibe 9 und somit der Antriebsspindel 12 ist daher entgegen dem Uhrzeigersinn, um das Ventil von seiner offenen in seine geschlossene Position zu bringen, die der Drehrichtung der Verbindungsscheiben in Fig. 4C und 4D entspricht. Fig. 4B zeigt auch ein Lager 27 für die Antriebsachse-Schneckenspindel 17 an dem Handrad 16.
• Wie zuvor erklärt, ist es wichtig, daß die Winkelstellung des Kugelelements und somit der Hohlachse 32 mit ihrem zugehörigen Vorsprung 5 fixiert werden kann, wenn sich das Ventil in seiner offenen Position befindet, mit einer Möglichkeit fiir die obengenannten Verschiebung der Hülsen in dem Kugelelement. Die Befestigung oder Verriegelung der beschriebenen Teile in dieser Winkelstellung erfolgt durch Verriegelungselemente in der Form von zwei Rollen 3, die diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind, wie zum Beispiel in Fig. 5A dargestellt. Diese Rollen 3 sind durch Ausnehmungen 55 in ihrer Bewegung in die Umfangsrichtung eingeschränkt (siehe Fig. 7A), die in dem aufrechten zylindrischen Teil des Verriegelungsringes ausgebildet sind, der sich um und außerhalb des Vorsprungs 5 erstreckt. In diesem Vorsprung sind Ausnehmungen 53 vorgesehen, die radial nach außen verbreitert sind und Abmessungen aufweisen, die zum Einpressen der Rollen 3 angelegt sind. Dieses Pressen, das zu dem gewünschten Verriegelungs oder Sperreffekt führt, wird durch einen Nockenführungsweg 33 ermöglicht, der an dem Innenumfang eines unteren Teils des Antriebsrades 4 ausgebildet ist. Wie aus Fig. 5A hervorgeht, erstreckt sich die Führungsnocke 33 über einen bestimmten Winkelbereich dieses Innenumfangs mit einem ausreichendem Abstand, so daß die obengenannte Verriegelung während der gesamten erforderlichen Drehbewegung der Antriebsspindel 69 in bezug zu der Antriebsachse 32 effektiv wird, um die Hülsen 66A und 66B aus ihrer vollständig zurückgezogenen in ihre vollständig ausgefahrene Position oder umgekehrt zu bringen. (Die Drehrichtung in den Figuren 5A-8A ist jener in den Figuren 4B-4C-4D entgegengesetzt). Bei Drehung des Antriebsrades 4 im Uhrzeigersinn aus der Stellung in Fig. 5A zu jener in Fig. 6A hält somit die Führungsnocke 33 ständig die Rolle 3 in der Verriegelungsausnehmung 53 in dem Vorsprung 5, so daß ein sicherer Verriegelungseffekt während der gesamten Verschiebung der Hülsen hergestellt ist. Die Verriegelungsrolle, die diametral entgegengesetzt zu der dargestellten Rolle 3 angeordnet ist, wird entsprechend und symmetrisch durch eine ähnliche Führungsnocke beeinflußt, die in Fig. 5A bei 33A dargestellt ist. Zwischen den Führungsnocken 33 und 33A weist der Innenumfang des Antriebsrades 4 einen stärkeren Rücksprung oder radial verbreiterte Nockenteile 22 und 22A auf, wodurch ein Hinauspressen der Rollen 3 aus ihrer Verriegelung mit dem Vorsprung 5 in den Ausnehmungen 53 möglich wird. Genau dies tritt in der in Fig. 6A dargestellten Situation bei anhaltender Drehung des Antriebsrades im Uhrzeigersinn ein, wobei die Rolle 3 radial nach außen gegen den Nockenteil 22A bewegt wird, der zu diesem Zeitpunkt beginnt, sich in die Winkelstellung der Rolle 3 zu bewegen. Eine geneigte Kante 44 am Ende der Nockenfläche 22A in Verbindung mit der geneigten Position der Kante der Ausnehmung 53 (Fig. 5A) sind wesentliche Details für die Bewegung der Rolle 3 in die Verriegelungsposition und aus dieser hinaus.
• Wenn die beschriebene Verriegelung bei anhaltender Drehung im Uhrzeigersinn aus der in Fig. 6A dargestellten Position gelöst wird, wirkt ein Trägerelement 6 in dem Antriebsrad 4 mit einem Trägerelement 43 zusammen, das an dem Vorsprung 5 befestigt ist, so daß dieser Vorsprung und somit die hohle Antriebsachse 32 und das gesamte Kugelelement in dem sphärischen Kükenventil aus der offenen Position in die geschlossene Position gedreht werden. Insbesondere weist das Trägerelement 6 eine Eingriffsfläche 41 auf, und das Trägerelement 43 hat eine entsprechende Eingriffsfläche 42, wobei diese Flächen in Fig. 6A in Kontakt miteinander dargestellt sind.
• Nach einer bestimmten weiteren Drehung in die Position in Fig. 7A ist ersichtlich, daß die Verriegelungsrolle 3 aus ihrer Ausnehmung 53 in dem Vorsprung 5 herausgelangt ist, so daß letzterer imstande ist, die Drehung wie erwähnt zu beginnen. Somit ist in Fig. 7A der Umfang der äußeren Fläche 43 des Vorsprungs 5 für das Passieren der Rolle 3 frei.
• Die gemeinsame Drehbewegung wird durch die Trägerelemente 6 und 43 in die in Fig. 8A dargestellte Endposition fortgesetzt, die dem geschlossenen Ventil in Fig. 2 entspricht. Wie in Fig. 8A dargestellt, wird diese Position des Ventils durch die Markierungen 58 und 59 angezeigt. Somit ist das Ventil in dieser Position geschlossen, und die Hülsen in dem Kugelelement sind zurückgezogen. Die entsprechenden Markierungen in Fig. 7A zeigen den Beginn der Drehbewegung des Kugelelements aus der offenen in die geschlossene Position, wobei die Hülsen soeben zurückgezogen wurden. Der Vollständigkeit wegen wird ferner auf Fig. 5A und 6A Bezug genommen, in welchen die Markierungen 58 und 59 auch die relative Winkelstellung der Antriebsspindel 12 und somit der Spindel 69 zu Beginn bzw. bei Beendigung der Bewegung der Hülsen aus ihrer ausgefahrenen in ihre zurückgezogene Position zeigen.
• Die zuvor beschriebenen Trägermittel 6 und 43 mit Anschlagflächen 41 bzw. 42 dienen ausschließlich zum Drehen der Antriebsachse 32 in eine erste Richtung aus einer ersten bestimmten Winkelstellung, wie in Fig. 6A dargestellt, in eine zweite bestimmte Winkelstellung, wie in Fig. 8A dargestellt. Zur Drehung in die entgegengesetzte Richtung aus der Position von Fig. 8A in die Position von Fig. 6A besitzt der Antrieb ein weiteres Trägerelement, dessen Hauptelemente ein nockenbetätigtes Trägerstück 19 und eine entsprechende Trägerausnehmung 18 sind, die an der Innenseite oder der Unterseite des Antriebsrades 4 ausgebildet ist. Ein Kranz 36 an dem Vorsprung 5 weist eine Vertiefung 35 für das Trägerstück 19 auf, so daß dieses dreh fest an den Vorsprung 5 und somit an die Antriebsachse 32 gekoppelt ist. An der Oberseite des Verriegelungsringes 2 ist eine Nockenführung mit einer Führungsnocke 21 ausgebildet, die jenen Teil der Drehbewegung abdeckt, in dem das Trägerstück nicht mit der Ausnehmung 18 in Eingriff stehen soll, wobei eine geneigte Fläche 37 auf dieser Führungsnocke (Fig. 6B) im wesentlichen zu demselben Zeitpunkt das Trägerstück 19 in die Ausnehmung 18 bringt, zu dem auch das erste Trägerelement mit den Eingriffsflächen 41 und 42 aktiv wird. Daher steht das zweite Trägerelement mit dem Trägerstück 19 und der Ausnehmung 18 während im wesentlichen der gesamten Drehbewegung aus der Position von Fig. 6A über jene in Fig. 7A in die Endposition oder die Position des geschlossenen Ventils, die in Fig. 8A dargestellt ist, in Eingriff. Dann ist das zweite Trägerelement für seinen Einsatz durch Drehung des Antriebsrades 4 und des Kugelelements in die von der Position des geschlossenen Elements entgegengesetzte Richtung in die Position des offenen Elements bereit. Während dieser Rückdrehung wirkt die Eingriffsfläche 62 in der Ausnehmung 18 gegen das Trägerstück 19, das seinerseits durch die Eingriffskante 64 in dem Kranz 36 auf dem Vorsprung 5 die Drehbewegung von dem Antriebsrad 4 auf die Antriebsachse 32 und somit auf das Kugelelement überträgt.
• Die entgegengesetzte Bewegung aus der geschlossenen Position des Ventils in die offene Position umfaßt Sequenzen in entgegengesetzter Reihenfolge und Richtung zu den zuvor beschriebenen. Bei der abschließenden Drehung des Handrades 16 kann diese gegen einen mechanischen Anschlag bewegt werden, wenn die Hülsen vollständig gegen ihre Dichtungssitze in dem Ventilgehäuse ausgefahren sind.
• Der hierin beschriebene mechanische Antrieb ermöglicht, daß durch nur eine Betätigungs- oder Bewegungsform des Handrades über ein eingebautes Verriegelungssystem alle notwendigen Schritte durchgeführt werden können, die erforderlich sind, um ein Schließen oder Öffnen eines sphärischen Kükenventils oder dergleichen zu bewirken. Die Konstruktion ist in Verbindung mit sphärischen Kükenventilen mit verschiebbaren Hülsen von besonderem Interesse, bei welchen die Ventilbedienung in Sequenzen und mit einer Verriegelung erfolgt, um das Ventil in einigen der Sequenzen in korrekten Positionen zu sichern. Somit können alle diese notwendigen Schritte präzise und in einer richtigen Reihenfolge durch nur ein einziges Betätigungs- oder Bewegungsmuster durchgeführt werden, das zum Beispiel durch Drehung eines Handrades um eine Anzahl von Umdrehungen von einem Endanschlag zu einem anderen Endanschlag ausgeführt werden kann.

Claims (17)

1. Sphärisches Kükenventil mit einem Kugelelement (83, 85), das mit zwei axial verschiebbaren Hülsen (66) versehen ist, die in der offenen Position des Ventils nach außen für den dichten Eingriff mit Sitzen (88) verschiebbar sind, die in dem umgebenden Ventilgehäuse (76) vorgesehen sind, sodaß sie einen Strömungsdurchgang (73) durch das Ventil bilden, sowie mit einer hohlen Antriebsachse (32) zur Drehbewegung des Kugelelements zwischen seiner offenen und geschlossenen Position, und einer Antriebsspindel (69) durch die hohle Antriebsachse, welche die axiale Verschiebung der Hülsen (66) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bevorzugte scheibenförmige ersten Nockenelemente (68A, 68B) an jeder Seite der Hülsen (66) an der Antriebsspindel (69) zur gemeinsam Drehung mit letzterer vorgesehen sind, und daß die Hülsen mit entsprechenden und zusammenwirkenden zweiten Nockenelementen (67A, 67B) zur axialen Verschiebung bei Drehung der Antriebsspindel (69) in bezug auf das Kugelelement (83, 85) versehen sind. (Fig. 1, 2, 4C und 4D).

2. Sphärisches Kükenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Nockenelemente von zwei Verbindungsscheiben (68, 68A, 68B) gebildet sind, die mit Rillen (70A, 70B) versehen sind, welche sich in Ebenen normal zu der Achse der Antriebsspindel (69) erstrecken, und daß die zweiten Nockenelemente die Form von Stiftelementen (67A, 67B) aufweisen, die in diese Rillen ragen, so daß sie imstande sind, darin zu gleiten, wenn die Antriebsspindel gedreht wird. (Fig. 1, 4C und 4D).

3. Sphärisches Kükenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verbindungsscheiben (68A, 68B) mit zwei gekrümmten, vorzugsweise bogenkreisförmigen Rillen (70A, 70B) versehen ist, die in einem Winkel von 180º zueinander um die Achse der Antriebsspindel angeordnet sind, und jede mit dem Stiftelement (67A, 71, 67B) auf den entsprechenden Hülsen (66A, 66B) zusammenwirkt. (Fig. 4C und 4D).

4. Sphärisches Kükenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rillen (70A, 70B) als ein kreisförmiger Bogen mit einem Zentrum (72) ausgebildet ist, der, wenn die Hülsen ihre vollständig auswärts liegende Position einnehmen, in einer Ebene liegt, die durch die Achse der Antriebsspindel und die gemeinsame Achse der Hülsen (66A, 66B) definiert wird. (Fig. 4C).

5. Sphärisches Kükenventil nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede der Rillen (70A, 70B) über einen effektiven Winkelbereich von 70º-80º, vorzugsweise etwa 75º, um die Achse der Antriebsspindel erstreckt. (Fig. 4C und 4D).

6. Sphärisches Kükenventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stiftelement aus einem runden Stift (67A) besteht, der radial von der Hülse (66A) angrenzend an deren inneres Ende vorragt, sowie aus einem Gleitstück (71), das schwenkbar an dem Stift (67A) befestigt ist und Gleitflächen aufweist, die in Übereinstimmung mit den zusammenwirkenden Flächen in der zugehörigen Rille (70A) geformt sind. (Fig. 4D).

7. Sphärisches Kükenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler Stab (75) zur diametralen Verlängerung der Antriebsspindel (69) durch den Strömungsdurchgang (73, 73A) des Kugelelements einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist. (Fig. 3).

8. Sphärisches Kükenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachse (32) des Kugelelements (85) mit einem doppeltwirkenden Anschlagelement (78) versehen ist, das zum Zusammenwirken mit einem feststehenden Anschlagelement (77) in dem Ventilgehäuse (76) ausgebildet ist, für eine gut definierte Begrenzung der Drehbewegung des Kugelelements in die offene beziehungsweise geschlossene Position des Ventils. (Fig. 1).

9. Kombination eines sphärischen Kükenventils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und eines Antriebs, wobei der Antrieb eine hohle abtreibende Antriebsachse (32) und eine abtreibende Antriebsspindel (12) umfaßt, die sich durch die hohle Antriebsachse erstreckt, wodurch zwei verschiedene Betriebsbewegungen ermöglicht werden, wenn die Antriebsachse (32) beziehungsweise die Antriebswelle (12) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehbewegung, die auf eine Antriebsachse (17) zum Beispiel durch ein Handrad (16), einen Hydromotor oder dergleichen, ausgeübt wird, auf ein Antriebsrad (4) übertragen wird, dessen Achse mit einer gemeinsamen Achse für die hohle Antriebsachse (32) und die Antriebsspindel (12) übereinstimmt und das drehfest mit der Antriebsspindel gekoppelt ist, daß das Antriebsrad (4) und die Antriebsachse zusammenwirkende erste Trägermittel (6, 43) aufweisen zum Drehen der Antriebsachse in eine erste Richtung aus einer ersten bestimmten Winkelstellung, die zum Beispiel einem offenen Ventil entspricht, in eine zweite bestimmte Winkelstellung, und daß das Antriebsrad (4) und die Antriebsachse (32) ferner zusammenwirkende zweite Trägermittel (18, 19) aufweisen zum Drehen der Antriebsachse in eine entgegengesetzte Richtung aus der zweiten bestimmten Winkelstellung, die zum Beispiel einem geschlossenen Ventil entspricht, in die erste bestimmte Winkelstellung. (Fig. 1, 4A).

10. Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Arretierungsmittel (2, 3, 33, 53) aufweist, das zur Befestigung der Antriebsachse (32) in der ersten bestimmten Winkelstellung während der Drehung der Antriebsspindel (12) in bezug auf die Antriebsachse (32) angelegt ist. (Fig. 1, 4A, 5A, 5B).

11. Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest zwei radial und nach außen offene Arretierungsrillen (53) am inneren Ende der Antriebsachse (32) umfaßt, sowie ein Arretierungselement (3), das in jede der Arretierungsrillen (53) gepreßt werden kann und gegen die Drehung um die Achse der Antriebsachse durch einen feststehenden Arretierungsring (2) gesichert wird, sowie eine radial nach innen weisende Führungsnocke (33) auf dem Antriebsrad, welche die Arretierungselement (3) in eine Arretierungsposition in die Arretierungsrillen (53) preßt, um die Antriebsachse (32) in der ersten bestimmten Winkelstellung zu befestigen. (Fig. 5A, 5B).

12. Kombination nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungselemente aus Rollen (3) bestehen.

13. Kombination nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungselemente (3) symmetrisch um die Achse der Antriebsachse verteilt sind.

14. Kombination nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Trägermittel (6, 43) nur für den Betrieb in die erste Drehrichtung ausgelegt ist und ein Trägerelement (6) auf dem Antriebsrad (4) und ein weiteres Trägerelement (43), das mit der Antriebsachse (32) verbunden ist und zumindest teilweise in der Bewegungsstrecke des Trägerelements (6) auf dem Antriebsrad liegt, umfaßt. (Fig. 5A).

15. Kombination nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Trägermittel einen nockenangetriebenen Trägerteil (19), der drehend mit der Antriebsachse (32) verbunden ist, sowie eine Trägerrille (18), die in dem Antriebsrad (4) zum Zusammenwirken mit dem Trägerteil (19) ausgebildet ist, und eine feststehende Nockenfläche (37) zum Bewegen des Trägerteiles aufweist (Fig. 5B und 6B).

16. Kombination nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche (37) an einer Endfläche des Arretierungsringes (2) ausgebildet ist. (Fig. 5B).

17. Kombination nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an dem inneren Ende der Antriebsachse (32) ein Vorsprung (5) vorgesehen ist und daß die Arretierungsrillen (53), das zweite Trägerelement (43) und der nockenangetriebene Trägerteil (19) auf dem Vorsprung (5) vorgesehen sind, wobei der Vorsprung teilweise von dem Antriebsrad (4) eingeschlossen ist. (Fig. 4A).