DE8502069U1 - Absperrarmatur - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Absperrarmatur mit einem Gehäuse, einem Absperrorgan im Gehäuse, das durch eine Verstellung um annähernd 90 von der Offen- in die Schließstellung und umgekehrt verstellbar ist, einer mit dem Absperrorgan verbundenen Schaltwelle und einem Betätigungsorgan außerhalb des Gehäuses, das über ein Untersetzungsgetriebe mit der Schaltwelle gekoppelt ist.

Derartige Absperrarmaturen sind in den unterschiedlichsten Abmessungen in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, beispielsweise als Kugel- oder Kükenhähne, Klappen usw. Ihnen allen ist gemeinsam, daß

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt Deutsche Bank AO Hamburg, Nr. Ο5/2Θ4Θ7 (BLZ 2O07OOO0) · Postscheck Hamburg 2842-2Ο3 Dresdner Bank AO Hamburg-, Nr,.9336Ο35 (BLZ 20080000)

das Absperrorgan um eine Achse drehbar im Armaturengehäuse gelagert ist und zwischen der Offen- und Schließstellung einen Weg von annähernd 90 zurücklegt.

Zur Betätigung der Absperrorgane über die Schaltwelle ist insbesondere bei größeren Armaturen ein erhebliches Drehmoment aufzubringen. Aus dieäem Grunde ist ein Un= tersetzungsgetriebe zwischen dem Betätigungsorgan und der Schaltwelle angeordnet. Das Betätigungsorgan kann wahlweise ein Handrad oder ein elektrischer oder druckmitte lbetätigter Stellantrieb sein. Für die Verstellung von der Offen- in die Schließstellung und umgekehrt ist daher eine erhebliche Anzahl von Umdrehungen der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes notwendig, bis das Absperrorgan z.B. in die Schließstellung gelangt. Vor allem bei Verwendung von Handrädern wird oft eine große Anzahl von Umdrehungen vorgesehen, etwa 100 bis 200, um eine Absperrarmatur zu schalten. Ein derartiger Betatigungsvorgang erfordert mithin eine nicht unerhebliche Zeitspanne. Im Notfall sind jedoch derart lange Betätigungszeiten höchst unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Absperrarmatur dahingehend zu verbessern, daß der Schließvorgang für das Absperrorgan beschleunigt erfolgen kann.

I ■ ·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, CaR in der Triebverbindung zwischen Betätigungsorgan und Absperrorgan eine trennbare Kupplung angeordnet ist, die von einer Schaltvorrichtung betätigbar ist, die ihrerseits ein außerhalb des Gehäuses angeordnetes Schaltorgan aufweist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß daii zu schaltende Medium auf das Absperrorgan ein Drehmoment in Schließrichtung ausübt, wenn sich das Absperrorgan aus der Offenstellung um einen gewissen Betrag in Schließstellung bewegt hat. Diese Erscheinung ist bei allen bekannten Absperrorganen, wie Kugeln, Küken und Klappen zu beobachten. Wird daher die Kupplung in dem Augenblick getrennt, in dem ein ausreichendes Drehmoment am Absperrorgan ansteht, kann diese selbst für eine rasche Verstellung in die Schließstellung sorgen.

In den üblichen Absperrarmaturen kann der vom Medium herrührende Schließeffekt nicht ausgenutzt werden, weil in der Triebverbindung zwischen Betätigungsorgan und Absperrorgan eine Selbsthemmung vorhanden ist, die durch die Mediumskräfte am Schaltorgan normalerweise nicht überwunden werden kann. Die Selbsthemmung rührt etwa vom Untersetzungsgetriebe her. Ist das Unter-

• ik · * * ·

Setzungsgetriebe mit einem sehr hohen Wirkungsgrad ausgelegt, kann u.U. erforderlich sein, eine Selbsthemmung durch bremsende Mittel herbeizuführen, um unwillkürliche Betätigungen des Absperrorgans zu vermeiden.

Untersuchungen haben ergeben, daß das vom Medium am Absperrorgan entwickelte Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehstellung des Absperrorgans nach Art einer Gauß'schen Kurve verläuft. Dies bedeutet, daß das Drehmoment in der Offenstellung normalerweise Null ist und bei einer Bewegung des Absperrorgans in Schließrichtung zunächst nur schwach zunimmt und erst ab einer bestimmten Winkelstellung einen solchen Wert erreicht, der eine Selbstbetätigung des Absperrorgans durch das Medium garantiert.

Alternativ zur trennbaren Kupplung kann erfindungsgemäß auch vorgesehen werden, eine Frei lauf anordnung in di-^ Triebverbindung zwischen Absperrorgan und Betätigungsorgan anzuordnen. Die Freilaufanordnung wird so ausgeführt, daß der starr mit dem Absperrorgan verbundene Triebverbindungsteil den anderen mit dem Betätigungsorgan verbundenen Triebverbindungsteil überholt, wenn nennenswerte Drehmomente am Verstellorgan angreifen, um dieses in Schließstellung zu verstellen. Es versteht sich, daß die Freilaufanordnung eine Verstellung des

Absperrorgans von der Schließ- in die Offenstellung zulassen muß. Schließlich ist auch möglich, die Freilaufanordnung wahlweise zur Wirkung zu bringen durch ein außerhalb des Absperrarmaturengehäuses angeordnetes Schaltorgan.

Bei der erfindungsgemäßen Absperrarmatur muß gewährleistet sein, daß die an dem Absperrorgan angreifenden 'Schließkräfte ausreichend sind, um ein Schließen zu bewerkstelligen. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß eine Sperrvorrichtung für die Schaltvorrichtung vorgesehen ist, die beim Schließen der Armatur eine Betätigung des Schaltorgans bzw. der Schaltvorrichtung nur zuläßt, wenn das Absperrorgan von der Offenstellung aus einen vergegebenen Drehwinkel in Richtung Schließstellung zurückgelegt hat. Für gegebene Nennweiten und eine bestimmte Ausführungsform des Absperrorgans, z.B. Absperrkugel, lassen sich rechnerisch oder empirisch der Winkel ermitteln, bei dem bei Einern vorgegebenen Druck des Mediums das Drehmoment an der Kugel ausreicht, um diese ohne Betätigung von außen in Schließstellung zu bringen, wenn die Selbsthemmung der Betätigungsvorrichtung aufgehoben ist. Die erwähnte Sperrvorrichtung sorgt dafür, daß eine Betätigung der Kupplung nicht erfolgt, solange der kritische Drehwinkel des Absperrorgans noch nicht erreicht wurde. Gleichzeitig kann eine Anzeige vorgesehen werden,

It·

die einer Bedienungsperson anzeigt, wann der kritische Winkel vorliegt.

In vielen Fällen wird eine Absperrarmatur mit Hilfe eines Handrades betätigt. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Schaltorgan so gelagert ist, daß im Betätigungsfall zwecks Trennens der Kupplung das Handrad gleichzeitig arretiert ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß das Handrad bei ungewollter unvollständiger Trennung der Kupplung durch die Selbstschließkräfte am Absperrorgan angetrieben wird und die Betätigungsperson womöglich gefährdet.

Eine einfache Arretierung des Handrades kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, daß das Schaltorgan eine parallel zur Drehachse des Handrads gelagerte Schaltstange aufweist, die im Betätigungsfall über eine an ihrem freien Ende angeordnete Gabel oder dergleichen sperrend mit dem Handrad zusammenwirkt. Betätigt die Bedienungsperson die Trennkupplung über eine Schaltstange, sorgt diese durch ihren Eingriff mit dem Handrad dafür, daß das Handrad automatisch arretiert ist, wenn die Trennkupplung in Trennstellung gebracht wird.

Die erfindungsgemäße Absperrarmatur ist auch für solche

Anwendungsfälle von Vorteil, in denen die Betätigung der Schaltwelle über einen Stellantrieb erfolgt, der z.B. elektromotorisch oder druckmittelbetrieben ist. Auch bei einem derartigen Stellantrieb kann es eine erhebliche Zeit erfordern, bis eine Absperrarmatur in Schließstellung gebracht ist. Auch bei einer derartigen Absperrarmatur können die an dem Absperrorgan angreifenden Selbstschließkräfte zur schnelleren Betätigung ausgenutzt werden. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, daß die Schaltvorrichtung für die trennbare Kupplung durch einen getrennten Stellantrieb oder über den Armatur-Stellantrieb betätigbar ist. Eine Betätigung der erfindungsgemäßen Absperrarmatur verlauft dergestalt, daß automatisch nach einer vorgegebenen Umdrehungszahl an derEingangswelle des Untersetzungsgetriebes die Trennkupplung über den üblichen Armaturstellantrieb unmittelbar oder über einen getrennten Stellantrieb betätigt wird, um die Trennkupplung in Trennstellung zu bringen. Alternativ kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Drehwinkel-Stellungsgeber vorgesehen sein, der eine automatische Betätigung der Schaltvorrichtung bewirkt, wenn sich das Absperrorgan aus der Offenstellung heraus in Richtung Schließstellung um einen vorgegebenen Drehwinkel bewegt hat.

• ι ·

11 11«« «· ·« ·

Wie bereits eingangs erwähnt, lassen herkömmliche Absperrarmaturen bei einem Rohrbruch oder dergleichen eine sofortige Absperrung der Leitung nicht zu. Vielmehr muß der Bewegungsablauf des dem Absperrorgan vorgeschalteten Antriebs abgewartet werden. Rohrbruchseitig kann daher eine erhebliche Menge ungehindert aus der Leitung austreten,, bis für eine vollständige Absperrung gesorgt ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Absperrarmatur ist es möglich, den Schließvorgang der Absperrarmaturen erheblich zu beschleunigen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Absperrarmatur.

Bevor auf die in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten näher eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der beschriebenen Merkmale für sich oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeutung ist.

Die Absperrarmatur 1 nach der Zeichnung ist ein Kugelhahn mit einer Kugel 2 als Absperrorgan. Die Betätigung der Kugel 2 erfo?..gt mit Hilfe eines Handrades 3. Das Handrad 3 ist mit einer Handradwelle 10 versehen, die

in einem Führungsabschnitt 13 des Antriebsgehäuses 6 drehbar gelagert ist. Die Welle 10 ist mit einer Haltebremse 4 beaufschlagt, die im Gehäuse 6 untergebracht ist. Mit der Kugel 2 ist in bekannter Weise eine Schaltwelle 14 in Eingriff, die (was nicht gezeigt ist) dichtend im Hahngehäuse 15 gelagert und aus diesem herausgeführt ist. Die Schaltwelle 14 ist Ausgangswelle eines Planetengetriebes 5, deren Eingangswelle 16 bis zu einer Trennstelle 11 im Gehäuse 6 geführt ist. Die einander zugekehrten Enden der Wellen 10 und 16 haben einen geringen Abstand voneinander. Eine Zahnkupplungshülse 7 ist auf beide Wellenenden aufschiebbar, wie in der rechten Hälfte der Zeichnung dargestellt. In dieser wirkt sie mit den Zahnungen der Wellenenden zusammen, um eine Kupplung zwischen den Wellen 10 und 16 herbeizuführen. Im Öffnungsfalle (linke Darstellung der Zeichnung) befindet sich die Kupplungshülse 7 allein auf der Welle 10.

Mit der Zahnkupplungshülse ist eine Schaltsfcange 8 gekoppelt, die von außen in das Gehäuse 6 hineingeführt ist. Die Schaltstange 8 ist in einem Arm 12 vom Führungsabschnitt 13 verschiebbar gelagert. Eine Griffstange 9 erstreckt sich vom oberen Ende der Schaltstange 8 im rechten Winkel zur Seite. Am oberen Ende der Schaltstange 8 befindet sich eine Gabel 14a, die

.../10

- 10 -

im angehobenen Zustand der Schaltstange 8 mit dem Handrad 3 derart zusammenwirkt, daß es an einer Drehung gehindert ist.

In der in der Zeichnung dargestellten Stellung der Schaltstange 8 ist die Kupplungshülse 7 eingerückt. Die Kugel 2 wird mit Kilfs des Handrads 2 betätigt. Wegen der nicht unerheblichen Untersetzung des Planetengetriebes 5 ist eine erhebliche Anzahl von Umdrehungen des Handrades notwendig, um die Kugel beispielsweise aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen. In der Zeichnung ist die Kugel 2 in 45°-Stellung zwischen diesen beiden Positionen gezeigt.

Im Notfall wird die Bedienungsperson mit Hilfe des Handrads 3 die Kugel 2 zunächst um einen bestimmten Winkel aus der Offenstellung in Richtung Schließstellung verstellen. Ist der kritische Winkel erreicht, bei dem mit Sicherheit die Kräfte des Mediums ausreichen, um die Kugel 2 vollständig in Schließstellung zu bringen, betätigt die Bedienungsperson die Schaltstange 8, indem sie diese anhebt. Dadurch wird die Kupplungshülse 7 ausgerückt, wodurch auch eine Trennung der Triebverbindung zwischen Handrad und Kugel aufgehoben ist. Die Gabel 14a arretiert das Handrad 3. Die an der Kugel 2 angreifenden Kräfte

.../11

- 11 -

brauchen daher lediglich die Wellen 14 und 16 sowie das Planetengetriebe 5 zu betätigen. Die hierfür erforderlichen Kräfte sind jedoch so gering, daß sie ohne weiteres überwunden werden können. Würde ein anderes Getriebe als das Planetengetriebe verwendet, beispielsweise ein Schnecken- oder Stirnradgetriebe, ist es zweckmäßig, die Kupplung zwischen diesem Getriebe und der Schaltwelle anzuordnen, damit die erhebliche Selbsthemmung dieser Getriebe dem Schnellschließen der Kugel nicht entgegenwirkt.

.../12

Claims (6)

- 12 Ansprüche

1. Absperrarmatur mit einem Gehäuse, einem Absperrorgan im Gehäuse, das durch eine Verstellung um annähernd 90° von der Offen- in die Schließstellung und umgekehrt verstellbar ist, einer mit dem Absperrorgan verbundenen Schaltwelle und einem Betätigungsorgan außerhalb des Gehäuses, das über ein Untersetzungsgetriebe mit der Schaltwelle gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Triebverbindung zwischen Betätigungsorgan (3) und Absperrorgan

(2) eine trennbare Kupplung (7) angeordnet ist, die von einer Schaltvorrichtung (8) betätigbar ist, die ihrerseits ein außerhalb des Gehäuses (15) angeordnetes Schaltorgan (9) aufweist.

2. Absperrarmatur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sperrvorrichtung für die Schaltvorrichtung, die bei einem Schließen der Armatur eine Betätigung des Schaltorgans bzw. der Schaltvorrichtung nur zuläßt, wenn das Absperrorgan von der Offenstellung aus einen vorgegebenen Drehwinkel in Richtung Schließstellung zurückgelegt hat.

3. Absperrarmatur nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Betätigungsorgan ein Handrad ist, dadurch gekenn-

.../13

- 13 -

zeichnet, daß das Schaltorgan (8, 9, 14a) so gelagert ist, daß im Betätigungsfall zwecks Trennens der Kupplung (7) das Handrad (3) gleichzeitig arretiert ist.

4. Absperrarmatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan eine parallel zur Drehachse (10) des Handrads (3) gelagerte Schaltstange (8) aufweist, die im Betätigungsfall über eine an ihrem freien Ende angeordnete Gabel (14a) oder dergleichen sperrend mit dem Handrad (3) zusammenwirkt.

5. Absperrarmatur nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Betätigungsorgan ein Stellantrieb ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung für die trennbare Kupplung durch einen getrennten Stellantrieb oder über den Armatur-Stellantrieb betätigbar ist.

6. Absperrarmatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwinkel-Stellungsgeber vorgesehen ist, der eisie automatische Betätigung der Schaltvorrichtung bewirkt, wenn sich das Absperrorgan aus der Offenstellung heraus in Richtung Schließstellung um einen vorgegebenen Betrag bewegt hat«

.../14