EP3469155B1

EP3469155B1 - Absperrorgan und hydrant mit einem derartigen absperrorgan

Info

Publication number: EP3469155B1
Application number: EP16751480.1A
Authority: EP
Inventors: Sascha WENGER
Original assignee: Von Roll Infratec Investment AG
Current assignee: Von Roll Infratec Investment AG
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: WO2017211414A1; CA3021775A1; US10787798B2; US20190226184A1; UA123553C2; RU2721794C1; EP3469155A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Absperrorgan und einen Hydranten. Hydranten sind mit einem Wasserverteilungssystem verbunden und stellen eine Armatur zur Entnahme von Wasser dar, um somit der Feuerwehr als auch öffentlichen und privaten Nutzern die Wasserentnahme aus dem Wasserverteilungssystem zu ermöglichen. Der Netzdruck im Wasserverteilungssystem beträgt typischerweise ca. 6 - 9 bar. Hydranten umfassen ein Steigrohr mit einem Innenraum und einer Aussenseite, wobei das Wasserverteilungssystem üblicherweise über ein bodenseitiges Einlaufrohr mit dem Innenraum verbunden ist. Die Wasserentnahme erfolgt über seitliche Anschlüsse aus dem Innenraum.
Zum Öffnen und Schliessen von Hydranten sind Absperrorgane bekannt, welche im Bereich oder nahe des Einlaufrohres angeordnet sein können. Absperrorgane sind z.B. Hydrantenhauptventile, die einen axial verstellbaren Hauptventilkörper umfassen, welcher mit einer Dichtfläche des Hydranten abdichtend abschliessen kann. Alternativ kann der Hauptventilkörper mit einem aus dem Hydranten entnehmbaren Hauptventilsitz abdichtend abschliessen. Der Hauptventilkörper ist ein Abdichtelement, welches in einer Schliessstellung mit der Dichtfläche des Hydranten abdichtet und in einer Offenstellung eine Verbindung zwischen dem bodenseitigen Einlaufrohr und dem Innenraum des Steigrohrs freigibt. Das Absperrorgan umfasst ferner eine mit dem Hauptventilkörper verbundene Ventilstange, über welche der Hauptventilkörper von der Schliessstellung in die Offenstellung und umgekehrt überführbar ist. Die Ventilstange ist meist axial im Steigrohr des Hydranten angeordnet und kann manuell verstellt werden. Hierbei wird eine manuelle Umdrehung mittels eines Betätigungselements, z.B. ein Spindeltrieb, in eine axiale Verstellung überführt, über welche die Ventilstange und somit der Hauptventilkörper axial herauf und herunter geführt werden.
Ein Problem im Stand der Technik besteht darin, dass beim Schliessen des Hydranten Druckstösse auftreten. Die Intensität eines Druckstosses steigt hierbei mit zunehmend raschem Schliessen des Absperrorgans an. Durch die Druckstossproblematik kommt es häufig zu Rohrbrüchen im Wasserverteilungssystem, welches schwerwiegende Folgen nach sich zieht. Neben dem Problem des hohen Wasserverlustes im Wasserverteilungssystem und des abnehmenden Wasserdrucks, treten nämlich zudem Probleme hinsichtlich einer Trinkwasserverschmutzung sowie Schäden an Gelände oder Strassen auf. Hohe Druckstösse können ebenso ein Platzen von z.B. einem Feuerwehr-Löschschlauch zur Folge haben. Durch die Druckstösse besteht auch die Gefahr, dass Wasser aus dem Schlauch zurück in das Wasserverteilungssystem gedrückt werden kann, wodurch Schmutzwasser und/oder Löschschaum ins Trinkwasser gelangen können.
Zur Lösung des Problems ist es im Stand der Technik bekannt, dass das Absperrorgan des Hydranten langsam geschlossen werden soll. Hierzu wird im Stand der Technik vorgeschlagen, beim Schliessen des Hydranten besonders die letzte Umdrehung zum Schliessen des Absperrorgan langsam vorzunehmen, da die grösste Veränderung in der Wassermenge dann auftritt, wenn das Ventil fast geschlossen ist. Ein Problem dieser Lösung besteht allerdings darin, dass diese Massnahme z.B. bei einem dringenden Löscheinsatz in Vergessenheit geraten kann oder aber z.B. durch unzureichende Instruktionen des Bedieners gar nicht erst bekannt war. Die Druckschrift US 2,980,125 A zeigt ein Absperrorgan.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Absperrorgan vorzuschlagen, welches auch beim schnellen Schliessen keine hohen Druckstösse verursacht. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hydranten mit einem solchen Absperrorgan vorzuschlagen.
Die zuvor genannte Aufgabe wird durch ein Absperrorgan gemäss dem unabhängigen Anspruch 1 sowie einen Hydranten gemäss dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Hierdurch wird durch eine einfache Lösung ein Absperrorgan geschaffen, bei welchem, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher ein Bediener das Absperrorgan über das Betätigungselement schliesst, der Hauptventilkörper des Absperrorgans mit einer hiervon nahezu entkoppelten Geschwindigkeit den Hydranten abdichtet. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Hauptventilkörper beim Schliessen mit der Dichtfläche des Hydranten in abdichtende Anlage gelangt, ist hierbei durch die Dämpfwirkung des Dämpfungssystems, insbesondere ab einer Stellung kurz vor der Schliessstellung, verlangsamt, wodurch Druckstösse stark reduziert werden. In der Offenstellung wird der Hauptventilkörper in Relation zur Ventilstange ein Stück weit vorgeschoben. Beim Überführen des Hauptventilkörpers in die Schliessstellung (Aufwärtsbewegung) folgt der Hauptventilkörper dieser Aufwärtsbewegung mit einer verminderten Geschwindigkeit, d.h. gedämpft, nach. Mit dieser reduzierten Geschwindigkeit wird letztendlich das Absperrorgan geschlossen, wobei diese Geschwindigkeit derart einstellbar (reduzierbar) ist, dass hohe Druckstösse verhindert werden. Das Dämpfungssystem ist zwischen dem Hauptventilkörper und dem unteren Ende der Ventilstange angeordnet oder ist zwischen dem Betätigungselement, z.B. ein Spindeltrieb, und dem oberen Ende der Ventilstange angeordnet. Das Dämpfungssystem kann alternativ in einem Abschnitt von der Ventilstange zwischengesetzt sein. Ferner alternativ kann das Dämpfungssystem im Betätigungselement selber zwischengesetzt sein. Das Betätigungselement kann an einem Ende mit der Ventilstange gekoppelt sein und dazu eingerichtet sein, ein an einem weiteren Ende des Betätigungselements angelegtes Drehmoment in eine axiale Bewegung der Ventilstange umzusetzen. Das Betätigungselement kann eine Spindellagerung, eine Spindel und eine Spindelmutter enthalten.
Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen:
Es treten im Hydranten keine Druckstösse auf - und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Hydrant geschlossen wird.
Der Hauptventilkörper wird beim Schliessen mit einer von der manuellen Bedienung nahezu entkoppelten Geschwindigkeit in die Dichtfläche des Hydranten eingefahren. Somit wird das Absperrorgan auch beim schnellen manuellen Schliessen nur verzögert nachgeführt und wird hierdurch ein langsames Absperren bzw. Schliessen des Hydranten gewährleistet.
Der Aufbau des erfindungsgemässen Absperrorgans ist besonders einfach gehalten. Hierdurch werden Wartungsarbeiten auf ein Minimum gehalten und können somit insgesamt die Kosten gering gehalten werden.
Das Dämpfungssystem kann nachträglich installiert werden. Hierzu muss das Dämpfungssystem lediglich zwischen dem unteren Ende der Ventilstange und dem Hauptventilkörper oder zwischen dem Betätigungselement und dem oberen Ende der Ventilstange nachträglich zwischengesetzt werden. Alternativ kann das Dämpfungssystem in einem Abschnitt von der Ventilstange nachträglich zwischengesetzt werden. Weiter alternativ kann das Dämpfungssystem im Betätigungselement selber nachträglich zwischengesetzt werden. Hierdurch ist eine einfache Erweiterung ermöglicht.
Das Dämpfungssystem arbeitet mit dem Druckunterschied des Wassers im Einlaufrohr und im Steigrohr. In der Offenstellung des Absperrorgans übersteigt die Spannkraft einer Druckfeder des Dämpfungssystems die Differenz der Kräfte in entgegengesetzter Richtung, wobei die Kraftdifferenz durch den jeweiligen Druckunterschied zwischen der Unterseite und der Oberseite des Hauptventilkörpers erzeugt wird. Diese Druckfeder beaufschlagt einen Kolbenabschnitt des Hauptventilkörpers, der in einem Zylinderraum beweglich angeordnet ist. Somit wird der Kolbenabschnitt des Hauptventilkörpers in der Offenstellung mittels der Spannkraft von der Druckfeder ein Stück weit aus dem Zylinderraum des Dämpfungssystems axial herausgefahren.
Beim Schliessen des Hydranten, mit zunehmender Annäherung des Hauptventilkörpers an die Dichtfläche des Hydranten, nimmt die Differenz der Kräfte, welche jeweils an die Unterseite und an die Oberseite des Hauptventilkörpers angelegt werden, stetig zu. Diese Kraftdifferenz überwiegt der Spannkraft der Druckfeder im Dämpfungssystem, sodass diese wieder gestaucht wird. Somit wird der Kolbenabschnitt des Hauptventilkörpers wieder in den Zylinderraum des Dämpfungssystems eingefahren. Allerdings wird diese Bewegung gedämpft ausgeführt. Hierzu muss nämlich ein Fluid im Zylinderraum durch ein Reduzierelement fliessen, wobei das Reduzierelement die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides reduziert, mit der Folge, dass der Rückfluss des Fluides aus dem Zylinderraum in einen dafür vorgesehenen Fluidspeicher verlangsamt bzw. gedämpft wird. Dies hat zur Folge, dass der Hauptventilkörper nur langsam einfährt und somit nur langsam die Schliessstellung annimmt. Indem der Hauptventilkörper nur sehr langsam in die Dichtfläche des Hydranten einfährt, werden somit vorteilhafterweise Druckstösse reduziert.
Das Reduzierelement gestattet die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher das Fluid vom Zylinderraum in den Fluidspeicher überführt wird. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit vorteilhafterweise eingestellt werden. Resultierend hieraus kann die Geschwindigkeit eingestellt werden, mit welcher der Hauptventilkörper in die Schliessstellung überführt werden soll.
Das Reduzierelement kann einen Stift umfassen, welcher ein Stück weit in eine Rückflussleitung eingesetzt ist, sodass der durchströmbare Querschnittsbereich der Rückflussleitung reduziert ist. Das Fluid muss durch einen somit gebildeten Ringraum zwischen der Aussenfläche des Stifts und der Innenfläche der Rückflussleitung in axialer Richtung entlang des Stifts strömen. Der Ringraum bzw. durchströmbare Querschnittsbereich der Rückflussleitung kann durch entsprechende Wahl des Aussendurchmessers von dem Stift und/oder des Innendurchmessers der Rückflussleitung eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Länge der Strecke eingestellt werden, entlang welcher das Fluid durch den Ringraum strömt. Hierzu kann der Stift gewindemässig tiefer in die Rückflussleitung eingefahren werden oder herausgefahren werden. Je tiefer der Stift in die Rückflussleitung eingefahren wird, desto stärker wird der Rückfluss des Fluides von dem Zylinderraum in den Fluidspeicher gehemmt, mit der Folge, dass der Hauptventilkörper mit reduzierter Geschwindigkeit in die Schliessstellung überführt wird.
Das erfindungsgemässe Absperrorgan wird anhand von beispielhaften Ausführungsformen und entsprechenden Zeichnungen, die den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen, näher erläutert. Dabei zeigen:

Figuren 1a,b:: eine Schnittansicht von einem Abschnitt eines Absperrorgans von einem Hydranten in einer ersten, geschlossenen Ventilstellung und eine Vergrösserung hiervon;
Figuren 2a,b:: eine Schnittansicht von dem Abschnitt des Absperrorgans in einer zweiten, teilweise offenen Ventilstellung und eine Vergrösserung hiervon;
Figuren 3a,b:: eine Schnittansicht von dem Abschnitt des Absperrorgans in einer dritten, vollständig offenen Ventilstellung und eine Vergrösserung hiervon;
Figuren 4a,b:: eine Schnittansicht von dem Abschnitt des Absperrorgans in einer vierten, beinahe geschlossenen Ventilstellung und eine Vergrösserung hiervon; und
Figuren 5a-d:: jeweils eine Vergrösserungsansicht des Dämpfungssystems in unterschiedlichen Stellungen des Absperrorgans gemäss den Figuren 1a bis 4b.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Absperrorgans und des Hydranten im Detail beschrieben. Die Figuren zeigen jeweils eine Schnittansicht eines Hydranten 100 in unterschiedlichen Ventilstellungen nebst jeweiligen Vergrösserungen hiervon. Der Hydrant 100 umfasst ein Absperrorgan 102, welches eine Ventilstange 104 und einen Hauptventilkörper 106 umfasst, welcher in Figuren 1a,b mit einer Dichtfläche 108 des Hydranten 100 in abdichtende Anlage gebracht ist. Das Absperrorgan 102 umfasst ferner ein Dämpfungssystem 110, welches in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform zwischen der Ventilstange 104 und dem Hauptventilkörper 106 zwischengesetzt ist. Mit anderen Worten, ist der Hauptventilkörper 106 über das Dämpfungssystem 110 axial bewegbar mit der Ventilstange 104 gekoppelt. Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, kann das Dämpfungssystem zwischen dem Betätigungselement, z.B. einem Spindeltrieb, und dem oberen Ende der Ventilstange 104 angeordnet sein oder in einem Abschnitt von der Ventilstange zwischengesetzt sein. Weiter alternativ kann das Dämpfungssystem im Betätigungselement selber zwischengesetzt sein. Das Betätigungselement kann dazu in der Lage sein, ein an einem Ende des Betätigungselements angelegtes Drehmoment in eine axiale Bewegung der Ventilstange umzusetzen. Hierzu kann das Betätigungselement eine Spindellagerung, eine Spindel und eine Spindelmutter enthalten. Die jeweiligen Vergrösserungsansichten der Figuren, d.h. Figuren 1b, 2b, 3b und 4b, zeigen das Dämpfungssystem 110 im grösseren Detail. Der Hydrant 100 hat eine hier vertikal angeordnete Hydrantenachse A-A. Die Hydrantenachse A-A kann auch von der Vertikalen abweichend angeordnet sein (nicht gezeigt).
Das Dämpfungssystem 110 ist als federbelastetes Dämpfungssystem ausgebildet, welches ein Zurückfahren bzw. Einfahren eines Kolbenabschnitts 114 des Hauptventilkörpers 106 in Richtung des Dämpfungssystems 110 mit reduzierter bzw. gedämpfter Bewegung gestattet. Hierzu umfasst das Dämpfungssystem 110 eine Druckfeder 112, welche wenigstens zwischen dem Dämpfungssystem 110 und dem Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 vorgespannt eingesetzt ist. Im unbelasteten Zustand legt die Druckfeder 112 eine Druckkraft zwischen dem Dämpfungssystem 110 und dem Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 an. Hierdurch wird eine Druckkraft an den Hauptventilkörper 106 zum Herauszwängen bzw. Ausfahren des Kolbenabschnitts 114 angelegt. Sobald eine Kraft in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Druckkraft von der Druckfeder 112 überwiegt, wird der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 eingefahren, wie im Folgenden detailliert erläutert.
Der Hauptventilkörper 106 umfasst einen oberen Kolbenabschnitt 114. Der Kolbenabschnitt 114 ist in der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ein vom Hauptventilkörper 106 separates Bauteil, welches über ein Befestigungselement 116, bspw. eine Stiftverbindung 116, mit der Oberseite des Hauptventilkörpers 106 verbunden ist. Obwohl nicht gezeigt, kann der Kolbenabschnitt 114 einstückig mit dem Hauptventilkörper 106 ausgebildet sein. Der Kolbenabschnitt 114 ist in der gezeigten Ausführungsform in einen Zylinderraum 118 des Dämpfungssystems 110 axial bewegbar eingesetzt. Zur Abdichtung des Zylinderraums 118 gegenüber der Aussenseite ist eine erste Ringdichtung 120 vorgesehen, welche vorzugsweise in eine Ringnut des Kolbenabschnitts 114 eingesetzt ist.
Das Dämpfungssystem 110 umfasst ferner einen Fluidspeicher 122, welcher in der gezeigten Ausführungsform in einem Innenraum der Ventilstange 104 aufgenommen ist. Das Dämpfungssystem 110 enthält ferner einen Leitungskörper 124, in welchem eine Zuflussleitung 126 und eine Rückflussleitung 128 angeordnet sind. Die Zuflussleitung 126 ermöglicht einen Zufluss eines im Fluidspeicher 122 bevorrateten Fluides 130 in den Zylinderraum 118. Hierbei strömt das Fluid 130 über die Zuflussleitung 126 und ein Rückschlagventil 132, welches lediglich den Zufluss des Fluides 130 in den Zylinderraum 118 gestattet, jedoch nicht dessen Rückfluss in umgekehrter Richtung. Dieser Rückfluss ist nur über die Rückflussleitung 128 ermöglicht. Hierzu strömt in der gezeigten Ausführungsform das Fluid 130 vom Zylinderraum 118 über einen ringförmigen Zwischenraum 133, welcher zwischen einer Innenfläche von einem Gehäuseabschnitt des Dämpfungssystems 110 und einer Aussenfläche des Leitungskörpers 124 ausgebildet ist, und dann über einen Durchbruch 134 bzw. eine Bohrung im Leitungskörper 124 (bzw. hierin angeordnet) in die Rückflussleitung 128 und strömt von dort aus weiter über die Rückflussleitung 128 in den Fluidspeicher 122. Der ringförmige Zwischenraum 133 dient gleichzeitig zur Aufnahme von der Druckfeder 112.
Um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides 130 beim Rückfluss zu reduzieren, ist ein Stift 135 wenigstens abschnittsweise entlang der Länge der Rückflussleitung 128 eingesteckt. Der Stift 135 reduziert den Querschnittsbereich der Rückflussleitung 128 auf lediglich einen Ringraum 154 zwischen der Aussenfläche des Stifts 135 und der Innenfläche der Rückflussleitung 128. Aufgrund dieser reduzierten Querschnittsfläche strömt das Fluid 130 mit stark verminderter Strömungsgeschwindigkeit in den Fluidspeicher 122 zurück. Somit kann der Zylinderraum 118 auch beim Anlegen einer starken Kraft an die Unterseite des Hauptventilkörpers 106 nur verzögert entweichen. Da das Fluid 130 inkompressibel ist, wird der Hauptventilkörper 106 folglich nur mit verringerter Geschwindigkeit in das Dämpfungssystem 110 eingefahren (Stossdämpfer-Prinzip). Hierdurch schliesst der Hauptventilkörper 106 vorteilhafterweise nur sehr langsam mit der Dichtfläche 108 des Hydranten 100 ab, und zwar im Wesentlichen unabhängig bzw. nahezu entkoppelt von der Geschwindigkeit, mit welcher die Ventilstange 104 nach oben verfahren wird. Durch diese reduzierte Geschwindigkeit, mit welcher der Hydrant 100 geschlossen wird, werden Druckstösse beim Schliessen des Hydranten 100 eliminiert oder in ihrer Amplitude wesentlich reduziert.
Im Folgenden wird die Abfolge zwischen dem Öffnen und Schliessen des Absperrorgans 102 erläutert. Figuren 1a,b zeigen das Absperrorgan 102 in seiner Schliessstellung. In der Schliessstellung steht der Hauptventilkörper 106 in abdichtender Anlage mit der Dichtfläche 108 des Hydranten 100 und der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 ist vollständig in das Dämpfungssystem 110 eingefahren. Figuren 2a,b zeigen das Absperrorgan 102 im Verlaufe des Öffnens. Genauer gesagt, das Absperrorgan 102 ist in Figuren 2a,b in einer teilweise geöffneten Stellung gezeigt. In dieser Offenstellung strömt das mit Druck beaufschlagte Wasser aus einem Einlaufrohr 136 des Hydranten 100 in ein Steigrohr 138 des Hydranten 100. Im Gegensatz zu der in Figuren 1a,b gezeigten Schliessstellung des Absperrorgans 102, ist die Differenz zwischen der Kraft, welche an die Unterseite des Hauptventilkörpers 106 angelegt wird und der Kraft, welche an die Oberseite des Hauptventilkörpers 106 angelegt wird, reduziert. In dieser Stellung überwiegt die Druckkraft bzw. Rückstellkraft der Druckfeder 112 und zwängt den Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 ein stückweit aus dem Zylinderraum 118 heraus. Durch das Ausfahren des Hauptventilkörpers 106 wird im Zylinderraum 118 ein Unterdruck erzeugt. Durch den Unterdruck wird das Fluid 130 aus dem Fluidspeicher 122 über die Zuflussleitung 126 und das Rückschlagventil 132 in den Zylinderraum 118 angesaugt.
Die Figuren 3a,b zeigen das Absperrorgan 102 in einer vollständig geöffneten Stellung. In dieser Stellung ist der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 vollständig bzw. maximal aus dem Zylinderraum 118 ausgefahren und ist der Zylinderraum 118 maximal mit Fluid gefüllt. Das Fluidniveau im Fluidspeicher 122 ist hingegen gegenüber den vorherigen Stellungen abgesenkt.
Die Figuren 4a,b veranschaulichen den Übergang zwischen der in Figuren 3a,b gezeigten Offenstellung und der in Figuren 1a,b gezeigten Schliessstellung des Absperrorgans 102. In den Figuren 4a,b ist das Absperrorgan 102 noch nicht vollständig geschlossen. In dieser Stellung strömt Wasser unter hohem Druck und mit besonders hoher Geschwindigkeit aus dem Einlaufrohr 136 in das Steigrohr 138. Gegenüber den in Figuren 2a,b und 3a,b gezeigten Stellungen des Hauptventilkörpers 106 ist der Druck, welcher die Unterseite des Hauptventilkörpers 106 beaufschlagt, sehr viel höher als der Druck, welcher die Oberseite des Hauptventilkörpers 106 beaufschlagt. Mit anderen Worten, die Differenz zwischen der Kraft, welche an die Unterseite des Hauptventilkörpers 106 angelegt ist, und der Kraft, welche an die Oberseite des Hauptventilkörpers 106 angelegt ist, ist sehr viel grösser gegenüber der Kraftdifferenz in den in Figuren 2a,b und 3a,b gezeigten Stellungen des Hauptventilkörpers 106. Hierdurch wird die Druckfeder 112 gestaucht und der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 fährt wieder in den Zylinderraum 118 ein.
Wie zuvor erläutert, strömt hierbei das im Zylinderraum 118 befindliche Fluid 130 mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit über die Rückflussleitung 128 in den Fluidspeicher 122 zurück. Durch die zuvor erläuterte Dämpfung schliesst der Hauptventilkörper 106 mit reduzierter Geschwindigkeit mit der Dichtfläche 108 des Hydranten 100 ab. Somit werden vorteilhafterweise Druckstösse vermieden oder zumindest in ihrer Amplitude stark reduziert. Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass der Hauptventilkörper 106 mit einer Geschwindigkeit einfährt bzw. abdichtet, welche unabhängig von der axialen Aufwärtsbewegung der Ventilstange 104 ist. Mit anderen Worten, schliesst das Absperrorgan 102 auch dann mit reduzierter Geschwindigkeit ab, wenn das Absperrorgan 102 mit einer Geschwindigkeit geschlossen wird, welche ohne das zwischengesetzte Dämpfungssystem 110 einen Druckstoss mit sehr hoher Amplitude hervorgerufen hätte.
Zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit, mit welcher das Fluid 130 in die Fluidkammer 122 strömt, kann die Länge verändert werden, mit welcher der Stift 135 in die Rückflussleitung 128 einfährt. Hierzu ist in der gezeigten Ausführungsform ein Stiftkopf 140 von dem Stift 135 an seinem Umfang mit einem Aussengewinde versehen, welches mit einem Innengewinde eines Verlängerungsabschnitts 142 von der Rückflussleitung 128 gewindemässig in Eingriff steht. Der Stiftkopf 140 ist mit einem Schlitz versehen, in welchen die Spitze von einem Schraubendreher (nicht gezeigt) eingesteckt werden kann. Durch ein Umdrehen des Schraubendrehers kann somit der Stift 135 weiter in die Rückflussleitung 128 eingefahren oder ausgefahren werden.
Die Rückflussleitung 128 und der Verlängerungsabschnitt 142 von der Rückflussleitung 128 sind durch eine zweite Ringdichtung 144 fluiddicht voneinander abgedichtet. Somit strömt kein Fluid 130 von der Rückflussleitung 128 in den Verlängerungsabschnitt 142. Der Verlängerungsabschnitt 142 ist fluiddicht abgedichtet. Es ist bevorzugt eine ringförmige Führung 146 vorgesehen, welche ebenso gewindemässig mit dem Innengewinde von dem Verlängerungsabschnitt 142 in Eingriff steht. Hierzu ist ein Aussenumfang der ringförmigen Führung 146 mit einem Aussengewinde versehen. Die ringförmige Führung 146 enthält eine axiale Bohrung, durch welche der Stift 135 spielfrei durchgesteckt ist. Hierdurch wird der Stift 135 zuverlässig axial geführt. Die ringförmige Führung 146 kann so weit in den Verlängerungsabschnitt 142 eingeschraubt werden, bis die ringförmige Führung 146 mit der zweiten Ringdichtung 144 in Anlage gelangt. Alternativ kann die ringförmige Führung 146 von der zweiten Ringdichtung 144 beabstandet sein. Ferner ist eine dritte Ringdichtung 148 vorgesehen, welche ein direktes Austreten des Fluides aus dem ringförmigen Zwischenraum 133 über einen allfällig vorhandenen Spalt zwischen einem Abschnitt von einem Gehäuse 156 des Dämpfungssystems 110 und dem Aussenumfang des Leitungskörpers 124 verhindert. Beim Ein- und Ausfahren des Kolbenabschnitts 114 des Hauptventilkörpers 106 gleitet somit der Aussenumfang des Leitungskörpers 124 in abdichtender Weise ein Stück weit entlang der dritten Ringdichtung 148.
Der Fluidspeicher 122 ist vorzugsweise durch eine Kappe 150 abgeschlossen, welche den Fluidspeicher 122 über eine vierte Ringdichtung 152 fluiddicht abdichtet. Obwohl nicht gezeigt, kann die Kappe 150 z.B. mittels Schweissen dichtend an einer den Fluidspeicher 122 einschliessenden Fluidspeicherwand 158 befestigt sein; zudem kann eine Belüftung/Entlüftung vorgesehen sein, über welche ein Druckausgleich in einem bevorzugt über dem Fluid 130 vorhandenen Luftraum im Fluidspeicher 122 und der Aussenumgebung hergestellt werden kann.
In der Offenstellung des Absperrorgans 102 ist die Druckdifferenz zwischen dem Druck, welcher auf die Unterseite des Hauptventilkörpers 106 einwirkt (ein Druck seitens des Einlaufrohrs), und dem Druck, welcher auf die Oberseite des Hauptventilkörpers 106 einwirkt (ein Druck seitens des Steigrohrs), reduziert. Durch die hierdurch einhergehende Reduktion von der Differenz der Kräfte, welche jeweils an die Unterseite und Oberseite des Hauptventilkörpers 106 angelegt sind, kann sich die Druckfeder 112 des Dämpfungssystems 110 entspannen und somit den Hauptventilkörper 106 in Relation zur Ventilstange 104 weiter nach unten vorschieben bzw. drücken.
Beim Schliessen des Absperrorgans 102 steigt die o.g. Druckdifferenz und somit die o.g. Kraftdifferenz an und überwiegt der Spannkraft von der Druckfeder 112. Mit anderen Worten, die Druckfeder 112 wird wieder gestaucht. Das Dämpfungssystem 110 gestattet jedoch, dass die Druckfeder 112 gedämpft bzw. mit reduzierter Geschwindigkeit gestaucht wird. Bei der zuvor genannten Ventilverstellung wird das im Zylinderraum 118 des Dämpfungssystems 110 befindliche Fluid 130 mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit wieder in den Fluidspeicher 122 überführt.
Wie in den Figuren 1a bis 4b gezeigt, ist das Dämpfungssystem 110 zwischen dem Hauptventilkörper 106 und der Ventilstange 104 zwischengesetzt. Alternativ kann das Dämpfungssystem 110 in einem Abschnitt von der Ventilstange 104 zwischengesetzt sein. Weiter alternativ kann das Dämpfungssystem 110 zwischen einem Betätigungselement der Ventilstange 104 und der Ventilstange 104 zwischengesetzt sein. Weiter alternativ kann das Dämpfungssystem im Betätigungselement selber zwischengesetzt sein. Wesentlich hierbei ist, dass der Hauptventilkörper 106 mittels des Dämpfungssystems 110 entlang der Hydrantenachse A-A axial gedämpft mit der Ventilstange 104 gekoppelt ist.
Figuren 5a-d zeigen jeweils eine Vergrösserungsansicht des Dämpfungssystems 110 in unterschiedlichen Stellungen des Absperrorgans (siehe Figuren 1a-4b). Hierbei zeigt Figur 5a das Absperrorgan in der Schliessstellung, zeigt Figur 5b das Absperrorgan in einer teilweise geöffneten Stellung, d.h. in einer Übergangsstellung von der Schliessstellung zur Offenstellung, zeigt Figur 5c das Absperrorgan in der Offenstellung, und zeigt Figur 5d das Absperrorgan in der Stellung kurz vor der Schliessstellung. Die Figuren 5a-d zeigen somit Abläufe im Dämpfungssystem 110 in einer Abfolge von der Schliessstellung über die Offenstellung und zurück zu einer Stellung kurz vor dem Schliessen des Absperrorgans.
Das in Figur 5a gezeigte Dämpfungssystem 110 des Absperrorgans in der Schliessstellung ist eine Vergrösserungsansicht des in Figuren 1a,b gezeigten Absperrorgans. In der folgenden Erläuterung wird daher auf Figuren 1a,b Bezug genommen. In dieser Stellung ist der Hauptventilkörper 106 vollständig zurückgezogen und steht mit der Dichtfläche des Hydranten in abdichtender Anlage.
Das in Figur 5b gezeigte Dämpfungssystem 110 des Absperrorgans in der teilweise geöffneten Stellung ist eine Vergrösserungsansicht des in Figuren 2a,b gezeigten Absperrorgans. In der folgenden Erläuterung wird daher auf Figuren 2a,b Bezug genommen. In dieser Stellung wird der Hauptventilkörper 106 von seiner Unterseite als auch seiner Oberseite mit Druck beaufschlagt. Die Druckdifferenz zwischen dem Druck an der Unterseite und dem Druck an der Oberseite nimmt mit zunehmender Abwärtsbewegung des Hauptventilkörper 106 ab. Daher überwiegt die Rückstellkraft der Druckfeder 112, wodurch der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 ein stückweit aus dem Zylinderraum 118 ausgefahren wird, wie in Figur 5b durch einen Pfeil entlang der Ausfahrrichtung X1 angezeigt. Hierdurch entsteht im Zylinderraum 118 ein Unterdruck. Durch diesen Unterdruck wird Fluid 130 aus dem Fluidspeicher angesaugt. Das Fluid 130 strömt hierbei vom Fluidspeicher über die Zuflussleitung 126 und das Rückschlagventil 132 in den Zylinderraum 118. Das Rückschlagventil 132 gestattet lediglich den Zufluss des Fluides 130 in den Zylinderraum 118, jedoch nicht dessen Rückfluss in umgekehrter Richtung. Ein erster Strömungspfad in diese Richtung ist in Figur 5b schematisch mit P1 gekennzeichnet. Das Fluid 130 strömt entlang dieses ersten Strömungspfades P1 im Wesentlichen ungehemmt, wodurch die Abwärtsbewegung des Hauptventilkörper 106 relativ rasch erfolgt. Somit steht beim Öffnen des Hydranten am Auslass hiervon der vollständige Wasserdruck ohne Verzögerung an.
Das in Figur 5c gezeigte Dämpfungssystem 110 des Absperrorgans in der vollständig geöffneten Stellung ist eine Vergrösserungsansicht des in Figuren 3a,b gezeigten Absperrorgans. In dieser Stellung ist der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 maximal aus dem Zylinderraum 118 ausgefahren. Der Zylinderraum 118 ist maximal mit Fluid 130 gefüllt.
Figur 5d zeigt das Dämpfungssystem 110 des Absperrorgans in einer Stellung, in welcher der Hauptventilkörper 106 kurz vor der Schliessstellung ist. Diese Figur ist eine Vergrösserungsansicht des in Figuren 4a,b gezeigten Absperrorgans. In der folgenden Erläuterung wird daher auf Figuren 4a,b Bezug genommen. In der gezeigten Stellung des Hauptventilkörpers 106 steigt die zuvor genannte Druckdifferenz mit zunehmender Aufwärtsbewegung des Hauptventilkörpers 106 beim Schliessen des Hydranten an. Die hierdurch entstehende Kraft überwiegt der Druckkraft von der Druckfeder 112. Hierdurch wird der Hauptventilkörper 106 nach oben bewegt, wie durch einen Pfeil entlang der Einfahrrichtung X2 gezeigt, und wird die Druckfeder 112 zusammengedrückt.
Damit sich der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 im Zylinderraum 118 nach oben bewegen kann, muss das im Zylinderraum 118 befindliche Fluid 130 ausgestossen werden. Hierzu ist ein zweiter Strömungspfad P2 vorgesehen, welcher vom ersten Strömungspfad P1 getrennt ist. Das Fluid 130 strömt über den zweiten Strömungspfad P2 vom Zylinderraum 118 aus wieder in den Fluidspeicher zurück. Hierbei strömt das Fluid über den ringförmigen Zwischenraum 133, welcher zwischen einer Innenfläche von einem Gehäuseabschnitt des Dämpfungssystems 110 und einer Aussenfläche des Leitungskörpers 124 ausgebildet ist. Dieser ringförmige Zwischenraum 133 dient vorteilhafterweise gleichzeitig zur Aufnahme von der Druckfeder 112. Vom ringförmigen Zwischenraum 133 aus strömt das Fluid 130 dann über den Durchbruch 134 in die Rückflussleitung 128. Das Fluid 130 strömt durch die Rückflussleitung 128 aufwärtsgerichtet in den Fluidspeicher. Das Fluid 130 kann nur über den zweiten Strömungspfad P2 in den Fluidspeicher strömen, da das Rückschlagventil 132 einen Rückfluss über den ersten Strömungspfad P1 sperrt.
In die Rückflussleitung 128 ist wenigstens abschnittsweise der Stift 135 eingesteckt. Hierbei sind der Aussendurchmesser von dem Stift 135 und der Innendurchmesser von der Rückflussleitung 128 in Relation zueinander derart bemessen, dass zwischen dem Stift 135 und der Rückflussleitung 128 der vorbestimmte Ringraum 154 bzw. durchströmbare Querschnittsbereich eingestellt ist. Das Fluid 130 muss sich somit durch diesen Ringraum 154 in axialer Richtung entlang des Stifts 134 zwängen. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 130 herabgesetzt, mit der Folge, dass das Fluid 130 nur langsam aus dem Zylinderraum 118 ausströmen kann. Somit wird der Kolbenabschnitt 114 des Hauptventilkörpers 106 nur langsam bzw. gedämpft in den Zylinderraum 118 eingefahren. Hieraus resultiert, dass der Hauptventilkörper 106 kurz vor der Schliessstellung des Hydranten nur langsam bzw. gedämpft nach oben bewegt wird, wodurch Druckstösse vermieden oder zumindest stark gedämpft werden.
Wie zuvor beschrieben, kann die Geschwindigkeit eingestellt werden, mit welcher sich der Hauptventilkörper 106 nach oben bewegt. Hierzu kann der in der Rückflussleitung 128 ausgebildete Ringraum 154 durch entsprechende Wahl des Aussendurchmessers von dem Stift 135 und/oder des Innendurchmessers der Rückflussleitung 128 eingestellt werden. In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist die Strecke einstellbar, mit welcher der Stift 135 in die Rückflussleitung 128 einfährt. Somit kann die Strecke eingestellt werden, entlang welcher sich das Fluid 130 durch den Ringraum 154 zwängen muss. Mit zunehmender Länge der Strecke des Ringraums 154 wird der Rückfluss des Fluides 130 aus dem Zylinderraum 118 in den Fluidspeicher verzögert. Zum Einstellen der Strecke des Ringraums 154 ist der Stift 135 gewindemässig verstellbar. Details hierzu sind in dieser Beschreibung in Bezug auf Figuren 1a-4d beschrieben. Somit kann vorteilhafterweise die Geschwindigkeit eingestellt werden, mit welcher der Hydrant vollständig schliesst, und dies im Wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Bediener den Hydranten schliesst. Somit werden Druckstösse eliminiert oder zumindest in ihrer Amplitude stark gedämpft.

Gleiche Bezugszeichen weisen auf die gleichen oder entsprechenden Merkmale des erfindungsgemässen Absperrorgans und Hydranten hin, wenngleich nicht in jedem Fall und in Bezug auf jede Figur nicht im Detail darauf hingewiesen wird.

Bezugszeichenliste

A-A	Hydrantenachse	136	Einlaufrohr
P1	erster Strömungspfad	138	Steigrohr
P2	zweiter Strömungspfad	140	Stiftkopf
X1	Ausfahrrichtung	142	Verlängerungsabschnitt
X2	Einfahrrichtung	144	zweite Ringdichtung
100	Hydrant	146	ringförmige Führung
102	Absperrorgan	148	dritte Ringdichtung
104	Ventilstange	150	Kappe
106	Hauptventilkörper	152	vierte Ringdichtung
108	Dichtfläche des Hydranten	154	Ringraum
110	Dämpfungssystem	156	Gehäuse von 110
112	Druckfeder	158	Fluidspeicherwand
114	Kolbenabschnitt des Hauptventilkörpers
116	Befestigungsmittel
118	Zylinderraum
120	Ringdichtung
122	Fluidspeicher
124	Leitungskörper
126	Zuflussleitung
128	Rückflussleitung
130	Fluid
132	Rückschlagventil
133	ringförmiger Zwischenraum
134	Durchbruch
135	Stift

Claims

Absperrorgan (102) für einen Hydranten (100) mit einer Hydrantenachse (A-A), wobei das Absperrorgan (102) eine Ventilstange (104), welche im Wesentlichen entlang der Hydrantenachse (A-A) axial bewegbar ist, und einen Hauptventilkörper (106) umfasst, welcher mit einer Dichtfläche (108) des Hydranten (100) in abdichtende Anlage bringbar ist, wobei das Absperrorgan (102) ferner ein Dämpfungssystem (110) umfasst, welches zwischen dem Hauptventilkörper (106) und der Ventilstange (104) oder in einem Abschnitt von der Ventilstange (104) oder zwischen einem Betätigungselement der Ventilstange (104) und der Ventilstange (104) oder im Betätigungselement selber derart zwischengesetzt ist, dass der Hauptventilkörper (106) über das Dämpfungssystem (110) entlang der Hydrantenachse (A-A) axial gedämpft mit der Ventilstange (104) gekoppelt ist, wobei das Dämpfungssystem (110) eine Druckfeder (112) und einen Fluidspeicher (122) umfasst, in welchem ein Fluid (130) bevorratet ist, wobei der Hauptventilkörper (106) einen Kolbenabschnitt (114) umfasst, welcher in einem im Dämpfungssystem (110) umfassten Zylinderraum (118) axial bewegbar aufgenommen ist, wobei das Dämpfungssystem (110) eine Zuflussleitung (126) mit einem Rückschlagventil (132) und eine Rückflussleitung (128) umfasst, wobei die Zuflussleitung (126) und die Rückflussleitung (128) so mit dem Fluidspeicher (122) und mit dem Zylinderraum (118) verbunden sind, dass das im Fluidspeicher (122) bevorratete Fluid (130) über die Zuflussleitung (126) und das Rückschlagventil (132) in den Zylinderraum (118) und über die Rückflussleitung (128) aus dem Zylinderraum (118) in den Fluidspeicher (122) überführbar ist.
Absperrorgan (102) nach Anspruch 1, bei welchem das Rückschlagventil (132) in der Zuflussleitung (126) zwischen dem Fluidspeicher (122) und dem Zylinderraum (118) angeordnet ist.
Absperrorgan (102) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Druckfeder (112) zwischen dem Dämpfungssystem (110) und wenigstens einem Abschnitt des Hauptventilkörpers (106) zwischengesetzt ist und dazu eingerichtet ist, eine Druckkraft zwischen dem Dämpfungssystem (110) und dem Hauptventilkörper (106) zum wenigstens teilweisen Herauszwängen des Kolbenabschnitts (114) aus dem Zylinderraum (118) anzulegen.
Absperrorgan (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine durchströmbare Querschnittsfläche der Rückflussleitung (128) wenigstens abschnittsweise entlang der Rückflussleitung (128) reduzierbar ist.
Absperrorgan (102) nach Anspruch 4, wobei das Dämpfungssystem (110) ein Reduzierelement (135) umfasst, welches wenigstens abschnittsweise derart in die Rückflussleitung (128) eingesetzt ist, dass die durchströmbare Querschnittsfläche der Rückflussleitung (128) in diesem Abschnitt reduzierbar ist.
Absperrorgan (102) nach Anspruch 5, wobei das Reduzierelement einen Stift (135) umfasst, welcher wenigstens abschnittsweise in die Rückflussleitung (128) eingesetzt ist.
Absperrorgan (102) nach Anspruch 6, wobei der Aussendurchmesser von dem Stift (135) und der Innendurchmesser von der Rückflussleitung (128) in Relation zueinander derart bemessen sind, dass zwischen dem Stift (135) und der Rückflussleitung (128) ein vorbestimmter Ringraum (154) eingestellt ist.
Absperrorgan (102) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Stift (135) in Relation zur Rückflussleitung (128) axial verstellbar ist.
Absperrorgan (102) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Stift (135) an wenigstens einem Abschnitt hiervon einen Aussengewindeabschnitt umfasst und die Rückflussleitung (128) an wenigstens einem Abschnitt hiervon einen Innengewindeabschnitt umfasst, wobei der Aussengewindeabschnitt und der Innengewindeabschnitt miteinander gewindemässig in Eingriff stehen.
Absperrorgan (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid (130) ein Öl mit einer vorbestimmten Viskosität umfasst.
Absperrorgan (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement an einem Ende mit der Ventilstange (104) gekoppelt ist, und dazu eingerichtet ist, ein an einem weiteren Ende des Betätigungselements angelegtes Drehmoment in die axiale Bewegung der Ventilstange (104) umzusetzen.
Absperrorgan (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement eine Spindellagerung, eine Spindel und eine Spindelmutter enthält.
Hydrant (100), umfassend ein Steigrohr (138), ein Einlaufrohr (136) und ein Absperrorgan (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Dämpfen oder Eliminieren von Druckstössen im Hydranten (100).
Hydrant (100) nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Dichtfläche (108), wobei das Absperrorgan (102) ausgebildet ist, den Hauptventilkörper (106) in Relation zur Dichtfläche (108) aus zumindest einer Offenstellung in zumindest eine Schliessstellung und umgekehrt zu bewegen, und wobei das Absperrorgan (102) in der Schliessstellung derart ausgebildet ist, dass der Innenraum des Steigrohrs (136) gegenüber dem Einlaufrohr (136) abdichtbar ist.
Hydrant nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Dämpfungselement (110) im Betätigungselement angeordnet ist.