DE8317565U1 - Strömungsgesteuerte Schließvorrichtung für Flüssigkeitsleitungen - Google Patents

Description

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Strömungsgesteuerte Schließvorrichtung für Flüssigkeitsleitungen

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.

Schließvorrichtungen der genannten Art, vielfach auch als Rückschlagklappen bezeichnet, sind mit Verschlußklappen ausgerüstet, die durch Strömungsdruck einer strömenden

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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 versuclit, 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-Strö-

J^q mung 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 erzeu-*

I^ gen, 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 ursprüngliehen Richtung die Klappe nicht aus dem Sitz herausgedrückt wird, sondern auch gegen größeren Druck darin verklemmt bleibt.

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). Letztere ist gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 vorliegender Anmeldung ausgebildet.

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

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dabei auftretenden Torsionskräfte bedingen entweder eine übermäßig kräftige Ausbildung der Welle, oder führen gerade infolge der der Schließbewegung entgegenwirkenden Dämpfungskräfte zum Bruch der Welle.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückschlagklappe mit öldämpfung 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.

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

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Ϊ Möglichkeit geschaffen, daß die Abdämpfung der Klappenbewegüng unmittelbar am Hebelarm erfolgt, der die Klappe hält. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß an der Kläppenwelle Torsionsbeanspruchungen stark gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind. Weiter ergibt sich der Vorteil, daß eine drehschlüssige Verbindung zwischen der Klappenwelle tind dem Hebelarm entfällt. Dies ergibt eine beträchtliche Vereinfachung und damit Verringerung an Fertigungsaufwand. Weiterhin entfallen

10 ^aie Herausführung der Klappenwelle an einer Seite der Gehäusewand und die bisher ebenfalls notwendig drehschlüssige Verbindung mit einem Hebelarm oder Brems-

t nocken.

Eine Ausgestaltung sieht vor, daß die Mittelachse von !■ Dämpfungszylinder und Stößel im spitzen Winkel zur

Strömungsrichtung bzw. im stumpfen Winkel zur Klappe j in Abschlußstellung angeordnet sind, da hier eine besonders leicht beherrschbare Kräfteverteilung möglich ist. In dieser Position ergibt sich einerseits ein

günstiges Hebelärm-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.

Weitere Merkmale der Unteransprüche und mit diesen er-

: zielte Vorteile der srfindungsgemäßen Schließvorrichtung

j werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung ge-

30 zeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. f Die Figur zeigt eine Schließvorrichtung mit öldämpfung

im Schnitt entlang einer Ebene, welche mit den Mittelachsen der Dämpfungsvorrichtung, des die Klappe aufnehmenden Hebelarms und des Rückschlagklappengehätises zusammen fällt.

In der Figur ist eine strömungsgesteuerte Schließvor-

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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 2¹. 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 eigentli-

-LO ehe 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

;<5 um eine quer zur Strömungsrichtung 3 außerhalb der Projektion des Strömungsweges 10 das Gehäuse 1 durchsetzenden Klappenwelle 11 verschwenkt werden.

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 öffnungsstellung wird die Ventilklappe 6 durch den Strömungsdruck der mit großer Geschwindigkeit durch dio Schließvorrichtung hindurchströmenden Flüssigkeit gehalten.

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

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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 Däinpfungszylinder 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 X₁ mit der Mittelachse X- des Gehäuses 1 den spitzen Winkel a*. Konstruktiv erreicht wird dies durch die Schrägstellung des Wandstückes 17, wobei eine mit diesem zusammenfallende Ebene mit der Mittelachse X₂ des Gehäuses 1 einen Winkel Cx₄ von annähernd 60°,bzw. mit einer zur Mittelachse X₂ senkrechten Ebene einen Winkel α, 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 verbundene Kolbenstange 20, eine an dieser als Ruckstellorgan angeordnete Feder 22 und ein die Stößelbewegung in axialer Richtung übertragendes übertragungsglied Dieses ist in der Bohrung 21 mit der Dichtung 24 in axialer Richtung freibeweglich geführt.

Die Dämpfungsvorrichtung 18 ist über deren Stößel 20 bzw. das damit zusammenwirkende übertragungsglied 23 in direktem, unmittelbarem Kontakt ir.it dem Hebelarm 9 der Ventilklappe 6. Dabei wird eine direkte Kraftübertragung zwischen der Dämpfungsvorrichtung 18 und dem Hebelarm bewirkt, und folglich eine Dämpfung zumindest in der letzten Phase der Klappenschließbewegung erreicht, ohne daß die Klappenwelle 11 übermäßig auf Torsion bean-

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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 exzentrische« Anschlagelement 25 in Form eines Noci-ens 25" angeformt ist. Dieses Anschlagelement 25 wirkt unmittelbar mit dem freien Ende 26 des Übertragungsgliedes 23 und über' dieses ^mit öem Stößel 20 der Dämfpungsvorrichtung 18 zusammen. Dabei ist das freie Ende 26 in Form einer Kugelkalotte ausgebildet, so daß zwischen dieser und dem Anschlagglied 25 eine Punktberührung gegeben ist.

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. übertragungsglied 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 Endstücks 17 dichtend anliegt.

Die Funktion der erfindungsgemäß ausgebildeten Schließvorrichtung mit öldämpfung ist folgende: Bei unterbrochener Strömung, bei Strömungsumkehr oder Rückstau liegt die Ventilklappe 6 in der mit ausge2ogenen Linien dargestellten Stellung am Dichtsitz 7 an. Diese Stellung kann durch eine in der Figur nicht gezeigtes, bekanntes Rückstellelement unterstützt oder

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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. 5

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 1 b 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.

Wie in der Beschreibungseinieitung erläutert wurde, können dabei oftmals äußerst heftige Klappenschließt Regungen auftreten, welche ungedämpft zur Ausbildung heftiger Flüssigkeitsschläge mit extrem hohen L/ruck spitz en 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

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mit einer den letzten Abschnitt der Klappenschließbewegung dämpfenden Vorrichtung gemäß Erfindung versehen« Mit deren Hilfe kommt bei einer Stellung der V'sntilklappe 6 von beispielsweise 30° Öffnung gegenüber dem _B Ventilsitz 7 das Anschlagglied 25 am Hebelarm 9 mit dem übertragungsglied 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 1e> in an sich bekannter Weise durch Einstellen der Dämpfungsschraube 26 eingestellt werden.

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 Mangel und technischen Grenzen vollständig überwindet. Somit stellt die Erfindung eine ideale Lösung der eingangs gestellten Aufgabe dar.

Claims (5)

1. 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 tiuf exnen 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,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßdämpfer (19) derart fest am Gehäuse (1) angeordnet ist, daß seine Mittelachse (X₁) und die Mittelachse (X₃) des die Klappe (6) aufnehmenden Hebelarms (9) gemeinsam in einer zur Klappenwelle (11) senkrechten Ebene liegen, und daß der Stößel (20, 23) die Wand (17) des Gehäuses (1) quer zur Klappenwelle (11) durchdringt, und daß ein vom Hebelarm abstehendes Anschlagelement in Kontakt mit dem freien,in das Innere des Gehäuses (1) hineinragenden Ende (26) des Stößels (23) tritt.

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2. Schließvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (X₁) des Stoßdämpfers (19) und Stößel (20, 23) im spitzen Winkel (α.,) zur Strömungsrichtung (3) bzw. im stumpfen Winkel (α.,) zur Klappe (6) in Abschlußstellung zueinander angeordnet ist.

3. Schließvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Hebelarm (9) als ein zur Klappenwelle (11) exentrisches Anschlagelement (25) ein Nocken geformt ist.

4. Schließvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlagelement (25) und dem Stößel (20) ein in einer Bohrung (21) der Gehäusewand (17) abdichtend geführtes, in axialer Richtung frei bewegliches übertragungsglied (23) angeordnet ist.

5. Schließvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragungsglied (23) in Ruhestellung bei geöffneter Klappe (6) mit einem flanschartig verbreitertem Kopf (30) von außen an der Bohrung (21) des Gehäusewandteiles (17) dichtend anliegt.