30. Juli 2008

Vorrichtung zum Sperren des Durchflusses von fluiden Medien in Rohrleitungen, Schläuchen oder dergleichen, insbesondere Rückschlagventil

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sperren des Durchflusses von fluiden Medien in Rohrleitungen, Schläuchen oder dergleichen, insbesondere ein Rückschlagventil, mit einem Gehäuse, das einen Durchflusskanal für das Medium aufweist, wobei der durchströmte Querschnitt des Durchflusskanals durch ein Absperrmittel, insbesondere ein Ventilteller oder dergleichen, verschließbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art sind aus der Praxis in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise als Rückschlagventile. Zum Verschließen und/oder Begrenzen des Durchflusses des Mediums in der Rohrleitung dient in diesem Fall in der Regel ein Ventilteller, der durch eine Feder gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Ab einem bestimmten Druck in der Rohrleitung vor dem Ventil wird der Ventilteller durch das Medium gegen die Feder gedrückt und geöffnet. Fällt der Druck in der Rohrleitung unter einen bestimmten Grenzwert, wird der Ventilteller durch die Feder wieder gegen den Sitz gedrückt und die Rohrleitung abgesperrt. Auch diese Weise kann ein ungewollter Rückfluss des Mediums verhindert werden.

Vorrichtungen der in Rede stehenden Art sind beispielsweise aus der DE 10 2004 006 632 A1 und DE 10 2005 059 318 A1 der Anmelderin bekannt. Die dort beschriebenen Rückschlagventile sind hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus vergleichbar, befassen sich aber im übrigen mit einer sehr speziellen Aufgabe, nämlich der Vermeidung von Rückständen im Bereich des Ventils. Diese Aufgabe spielt im vorliegenden Fall keine Rolle.

Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen weiterzuentwickeln.

Eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Es ist demnach vorgesehen, dass dem Absperrmittel eine Dämpfungseinrichtung zum kontrollierten Schließen des Absperrmittels zugeordnet ist.

Weiterbildungen der Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen derselben ergeben sich auch den Unteransprüchen sowie der Beschreibung im übrigen und der Zeichnung.

Mit Hilfe der Dämpfungseinrichtung ist es möglich, das Schließen des Ventiltellers zu kontrollieren. In der Praxis kommt es immer wieder zu einem plötzlichen, schnellen Schließen des Ventils in Verbindung mit hoher Lärmentwicklung durch das Aufschlagen des Ventiltellers auf den Ventilsitz. Durch die Dämpfungseinrichtung kann dieses Phänomen zumindest kompensiert, vorzugsweise aber vermieden werden. Die Ursache für das blitzartige Schließen des Ventils kann auch ein sogenannter Wasserschlag in der Rohrleitung sein. Als Wasserschlag bezeichnet man einen Druckstoß in der medienführenden Rohrleitung, der z.B. durch das plötzliche Schließen eines anderen Ventils hervorgerufen werden kann. Ein solcher Wasserschlag kann zu einer Beschädigung der Rohrleitung und/oder des Ventils führen, ist jedoch mindestens wegen der damit einhergehenden Lärmentwicklung unangenehm.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Absperrmittel als Ventilteller ausgebildet ist, der von einer Ventilfeder entgegen der Förderrichtung des Mediums gegen einen Ventilsitz gepresst wird, wobei die Dämpfungseinrichtung entgegen der Federkraft der Ventilfeder wirkt und den Ventilteller beim Verschließen des Durchflusskanals dämpft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung einen in einen Zylinder geführten Kolben aufweist, dessen Bewegung durch das im Durchflusskanal befindliche Medium beim Schließen des Durchflusskanals mittels des Ventiltellers dämpfbar ist. Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass nicht ein separates Dämpfungsmedium zum Einsatz kommt, sondern dass zu diesem Zweck das ohnehin in der Leitung befindliche Medium genutzt wird.

Vorzugsweise ist der Ventilteller mit dem Kolben gekoppelt, wodurch der Kolben synchron mit dem Ventilteller beim öffnen und Schließen desselben im feststehend im Gehäuse angeordneten Zylinder hin- und herbewegbar ist.

Das Medium strömt vorzugsweise durch wenigstens eine Einströmöffnung im Zylinder in den Raum zwischen Zylinder und Kolben, wo es zur Dämpfung der Bewegung des Kolbens und des Ventiltellers beim Schließen eingesetzt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die oder jede Einströmöffnung durch ein oder mehrere Ventile verschließbar sind, wobei das oder jedes Ventil durch eine Feder zum Verschließen der Einströmöffnung belastet ist und durch das einströmende Medium geöffnet wird und wobei das oder jedes Ventil in einer Durchgangsbohrung im Kolben gelagert ist.

Weiterhin ist einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Kolben wenigstens eine Durchströmöffnung aufweist, durch die das in den Raum zwischen Zylinder und Kolben einströmende Medium entweichen kann, wobei das im Raum befindliche Medium zu Dämpfung des Schließens des Ventiltellers dient. Im Prinzip ist vorgesehen, dass das im Raum zwischen Kolben und Zylinder befindliche Medium nur langsam aus diesem Bereich entweichen kann, was jedoch als Voraussetzung für das vollständige Schließen des Ventils erforderlich ist. Soweit es sich bei dem Medium um eine Flüssigkeit handelt, findet dabei allenfalls eine geringe Komprimierung des Mediums statt, so dass ein Dämpfungseffekt entsteht. Bei stark komprimierbaren Medien wie Gasen ist eine entsprechende Anpassung des Größenverhältnisses zwischen Einströmöffnungen und Durchströmöffnungen erforderlich, um einen Dämpfungseffekt zu erzielen.

Im Prinzip kann die Drosselung des aus dem Raum entweichenden Mediums über die Durchflusskanäle erfolgen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass im Ventilteller wenigstens ein Kanal ausgebildet ist zur Rückführung des durch die jeweilige Durchströmöffnung austretenden Mediums beim Schließen des Ventiltellers in den Bereich vor dem Ventilteller, wobei der Querschnitt des oder jedes Kanals durch jeweils eine Drosseleinrichtung einstellbar ist zur Verstellung der Dämpfungseinrichtung. Es

kommen somit spezielle "Drosselkanäle" zum Einsatz, die an die jeweiligen Druckverhältnisse in der Rohrleitung anpassbar sind.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen im übrigen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Rückschlagventil im Querschnitt mit geschlossenem Ventilteller,

Fig. 2 und

Fig. 3 räumliche Darstellungen des Ventils gemäß Fig. 1 in teilweise geschnittener

Darstellung,

Fig. 4 das Ventil gemäß Fig. 1 in geöffneter Stellung,

Fig. 5 und Fig. 6 das Ventil gemäß Fig. 4 in Darstellungen analog zu Fig. 2 und 3.

Die Figuren zeigen ein Rückschlagventil 10, das als Zwischenflansch-Rückschlagventil ausgebildet sein kann, z. B. zum Einbau in eine nicht gezeigte Rohrleitung. Der Verlauf der Rohrleitung wird vorzugsweise etwa horizontal sein, d.h., auch das Rückschlagventil 10 ist entsprechend ausgerichtet, beispielsweise in der in Fig. 1 und 4 gezeigten Lage. Gleichwohl ist das Rückschlagventil 10 auch zum Einbau in im wesentliche vertikale Rohrleitungen geeignet. Das Rückschlagventil 10 kann zudem auch in andere medienführende Leitungen eingebaut werden, beispielsweise Schläuche, Kanäle, etc. Im Hinblick auf die zu transportierenden Medien kommen sowohl gasförmige als auch bevorzugt flüssige Medien in Betracht.

Das Rückschlagventil 10 verfügt über ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Gehäuse 12 in dem ein Durchflusskanal 14 ausgebildet ist, der seitlich durch Wandungen 16 des Gehäuses 12 begrenzt wird. Der Durchflusskanal 14 durchsetzt das Gehäuse 12 von einer Einlassöffnung 18 zu einer Auslassöffnung 20. In dieser Richtung fließt bzw. strömt auch das Medium durch das geöffnete Rückschlagventil 10. Als Besonderheit

besteht die Einlassöffnung 18 aus mehreren Bohrungen, die im Gehäuse 12 konzentrisch zu einer Symmetrieachse 22 des Gehäuses 12 in einer Stirnwand 24 des Gehäuses 12 angeordnet sind.

Im Gehäuse 12 ist umlaufend ein Ventilsitz 26 ausgebildet, der durch ein Absperrmittel, nämlich einen Ventilteller 28, abdichtend verschließbar ist. Der Ventilteller 28 ist quer zur Symmetrieachse 22 gerichtet und in dieser Stellung in Längsrichtung der Symmetrieachse 22 hin- und herbewegbar. In üblicher Weise wird der Ventilteller 28 durch einen Ventilschaft 30 gehalten und mittels einer Ventilfeder 32 entgegen der Durchflussrichtung des Mediums gegen den Ventilsitz 26 gedrückt. Die Ventilfeder 32 stützt sich an Haltestegen 34 ab, die im Bereich der Auslassöffnung 20 angeordnet sind und die eine zentrale Bohrung als Führung für den Ventilschaft 30 aufweisen. Die Haltestege 34 sind in Art eines Kreuzes angeordnet und liegen randseitig auf einer innenseitig an den Wandungen 16 angeformten Konsole 36 auf. Zudem sind die Haltestege 34 über Verbindungsmittel 38 mit der gegenüberliegenden Stirnwand 24 lösbar verbunden, beispielsweise verschraubt. Weiterhin sind in den Haltestegen 34 Anschlagmittel 40 angeordnet, die den Hub des Ventiltellers 28 begrenzen.

Die Funktionsweise des Rückschlagventils 10 ist soweit wie im Stand der Technik üblich: Das in der Rohrleitung befindliche Medium strömt in der Durchflussrichtung gegen das

Rückschlagventil 10. Ist der Druck in der Rohrleitung hoch genug, so wird der Ventilteller

28 gegen die Kraft der Ventilfeder 32 in Richtung der Auslassöffnung 20 gedrückt, so dass das Medium am Ventilteller 28 vorbei in den Durchflusskanal 14 strömen kann und das Rückschlagventil 10 im Bereich der Auslassöffnung 20 verlässt. Der Ventilteller 28 wird dabei durch den Ventilschaft 30 geführt. Der maximale Hub des Ventiltellers 28 ergibt sich durch die Anschlagmittel 40. Diese geöffnete Stellung ist in Fig. 4 gezeigt. Sinkt der

Druck des Mediums in der Rohrleitung, so wird der Ventilteller 28 durch die Kraft der

Ventilfeder 32 gegen den Ventilsitz 26"gedrückt, so dass ein Rückfluss des Mediums in den Bereich vor das Rückschlagventil 10 ausgeschlossen ist. Diese geschlossene Stellung ist in Fig. 1 gezeigt.

Eine Besonderheit des gezeigten Rückschlagventils 10 besteht darin, dass dem Ventilteller 28 als Absperrmittel für den Durchflusskanal 14 eine Dämpfungseinrichtung 42 zum kontrollierten Schließen des Ventiltellers 28 zugeordnet ist. Die

Dämpfungseinrichtung 42 dient dazu, ein plötzliches schlagartiges Schließen des Ventiltellers 28 mit einem entsprechenden Aufprall am Ventilsitz 26 zu vermeiden. Der Einsatz der Dämpfungseinrichtung 42 führt dazu, dass der Ventilteller 28 selbst bei einem plötzlichen Druckabfall oder einer anderen Einwirkung nicht schlagartig geschlossen wird, sondern dass dieser Vorgang verlangsamt wird, so dass ein unkontrolliertes Aufschlagen des Ventiltellers 28 auf den Ventilsitz 26 unterbleibt.

Im vorliegenden Fall ist die Dämpfungseinrichtung 42 zum einen dadurch verwirklicht, dass im Bereich der Stirnwand 24 des Gehäuses 12 ein Zylinder 44 ausgebildet ist, der mediendicht mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Zylinder 44 verfügt über eine Zylinder-Mantelwand 46, die sich an das Gehäuse 12 anschließt und die einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Verschlossen wird der Zylinder 44 auf der entgegen der Durchflussrichtung des Mediums gerichteten Seite durch eine entsprechende kreisförmige Zylinder-Stirnwand 48.

Im Inneren des Zylinders 44 ist ein Kolben 50 angeordnet, der in Richtung der Symmetrieachse 22 hin- und herbewegbar ist. Der Außendurchmesser des Kolbens 50 entspricht dem Innendurchmesser der Zylinder-Mantelwand 46. Die Gestalt des Kolbens 50 entspricht der Gestalt des Zylinders 44, nämlich mit einer Kolben-Mantelwand 52 und einer Kolben-Stirnwand 54. Im Bezug auf die Symmetrieachse 22 sind Gehäuse 12, Zylinder 44 und Kolben 50 konzentrisch angeordnet. Der Kolben 50 ist wie der Zylinder 44 innen hohl und schließt mediendicht an den Ventilteller 28 an. Zur Abdichtung des Systems sind Dichtungen 56 zwischen der Innenseite der Zylinder-Mantelwand 46 und der Außenseite der Kolben-Mantelwand 52 vorgesehen, beispielsweise in Form eines O- Rings.

In der Zylinder-Stirnwand 48 ist eine zentrale Einströmöffnung 58 vorgesehen, durch die das in der Rohrleitung befindliche Medium in den Raum 76 zwischen Kolben 50 und Zylinder 44 eindringen kann. Die Einströmöffnung 58 wird von einem Ventil 60 innenseitig verschlossen. Das Ventil 60 wird über einen Ventilschaft 62, der sich durch eine zentrische Bohrung in der Kolben-Stirnwand 54 erstreckt, geführt. Zudem wird das Ventil 60 durch eine Ventilfeder 64, die sich an der Außenseite der Kolben-Stirnwand 54 abstößt, gegen die Innenseite der Zylinder-Stirnwand 48 gedrückt, zum Verschließen der Einströmöffnung 58.

Neben der zentralen Bohrung in der Kolben-Stirnwand 54 weist diese Wand auch noch mehrere Durchströmöffnungen 66 auf, die konzentrisch um die Bohrung für den Ventilschaft 62 herum angeordnet sind. Durch die Durchströmöffnungen 66 kann das im Raum 76 zwischen Kolben 50 und Zylinder 44 befindliche Medium in das Innere des Kolbens 50 einströmen. Dieser Raum 68 im Inneren des Kolbens 50 wird begrenzt durch Kolben-Mantelwand 52, Kolben-Stirnwand 54 und den Ventilteller 28. In Raum 68 kann das Medium über die Durchströmöffnungen 66 zuströmen. Durch vorzugsweise einen oder mehrere Kanäle 70 kann das Medium aus dem Raum 68 im Inneren des Kolbens 50 wieder herausgelangen. Die Kanäle sind im vorliegenden Fall im Ventilteller 28 ausgebildet, derart, dass das aus dem Raum 68 austretende Medium wieder in den Bereich der Einlassöffnungen 18 vor dem Ventilteller 28 zurückgeführt wird. Hierzu ist der Kanal 70 mehrfach abgewinkelt ausgebildet. Zudem ist eine Drosseleinrichtung 72. vorgesehen, mit der der Querschnitt des Kanals 70 und damit die Menge des Durchflusses durch diesen Kanal 70 regelbar ist. Im vorliegenden Fall ist die Drosseleinrichtung 72 durch einen Gewindestift 74 gebildet, der in eine entsprechende Gewindebohrung im Ventilteller 28 im Bereich des Kanals 70 hineingedreht werden kann. Je nach Eindrehtiefe des Gewindestifts 74 lässt sich der Durchfluss im Kanal 70 erhöhen oder verringern.

Die soweit beschriebene Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Beim öffnen des Ventiltellers 28 wird durch die Kopplung des Ventiltellers 28 mit dem Kolben 50 dieser in gleicher Weise bewegt, so dass sich der Raum 76 zwischen Zylinder 44 und Kolben 50 vergrößert. Gleichzeitig wird durch den in der Rohrleitung herrschenden Druck das Ventil 60 gegen den Druck der Ventilfeder 64 geöffnet, wodurch die Einströmöffnung 58 freigegeben wird. Damit kann das Medium nicht nur am Ventilteller 28 vorbei durch das Ventil hindurchströmen, sondern auch in den Raum 76 zwischen Kolben 50 und Zylinder 44. Sobald sich der Druck in der Rohrleitung durch das öffnen des Ventiltellers 28 wieder verringert, wird das Ventil 60 durch die Ventilfeder 64 wieder zum Verschließen der Einströmöffnung 58 gegen die Innenseite der Zylinder-Stirnwand 48 gedrückt. Beim Schließen des Ventiltellers 28, also dem Vorgang, bei dem sich der Ventilteller 28 durch den Druck der Ventilfeder 32 gegen den Ventilsitz 26 bewegt, wird der mit dem Ventilteller gekoppelte Kolben 50 mitbewegt, so dass sich zwangsläufig der

Raum 76 zwischen Zylinder 44 und Kolben 50 verkleinert. Dabei wird das in diesem Raum 76 befindliche Medium durch die Durchströmöffnungen 66 in den Raum 68 im Inneren des Kolbens 50 bewegt. Von dort gelangt es über den Kanal 70 in den Bereich der Einlassöffnungen 18 vor den Ventilteller 28. Die Größe bzw. der Durchmesser des Kanals 70 ist nun so gewählt, dass das in der Dämpfungseinrichtung 42 befindliche Medium nur langsam herausgedrückt bzw. herausbewegt werden kann. Dies führt zu einem verlangsamten Schließen des Ventiltellers 28 und damit zu einer Dämpfung dieses Schließvorgangs.

Durch Betätigung der Drosseleinrichtung 72 kann die Dämpfungseinrichtung 42 an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden, also beispielsweise an die Beschaffenheit des Mediums bzw. an die in der Rohrleitung üblicherweise herrschenden Drücke.

Fig. 1 zeigt ein Rückschlagventil 10 mit geschlossenem Ventilteller 28 wohingegen Fig. 4 das Rückschlagventil 10 mit geöffnetem Ventilteller 28 zeigt. In beiden Zeichnungen ist das Ventil 60 jeweils in geschlossener Stellung gezeigt. Die Bewegung des Ventils 60 erfolgt aber im Prinzip in gleicher Weise wie die des Ventiltellers 28.

Im vorliegenden Fall ist nur ein einziger Kanal 70 vorgesehen. Es ist aber auch denkbar, dass mehrere Kanäle 70 vorgesehen sind, die jeweils eine Drosseleinrichtung 72 aufweisen oder die mittels einer gemeinsamen Drosseleinrichtung 72 einstellbar sind.

Der Gewindestift ist zudem derart angeordnet, dass er auf einfache Weise erreichbar ist, nämlich über die Auslassöffnung 20 bzw. den Durchflusskanal 14.

30. Juli 2008

Bezugszeichenliste

10 Rückschlagventil 54 Kolben-Stirnwand

11 55

12 Gehäuse 56 Dichtung

13 57

14 Durchflusskanal 58 Einströmöffnung

15 59

16 Wandung 60 Ventil

17 61

18 Einlassöffnung 62 Ventilschaft

19 63

20 Auslassöffnung 64 Ventilfeder

21 65

22 Symmetrieachse 66 Durchströmöffnung

23 67

24 Stirnwand 68 Raum

25 69

26 Ventilsitz 70 Kanal

27 71

28 Ventilteller 72 Drosseleinrichtung

29 73

30 Ventilschaft 74 Gewindestift

31 75

32 Ventilfeder 76 Raum

33

34 Haltesteg

35

36 Konsole

37

38 Verbindungsmittel

39

40 Anschlagmittel

41

42 Dämpfungseinrichtung

43

44 Zylinder

45

46 Zylinder-Mantelwand

47

48 Zylinder-Stirnwand

49

50 Kolben

51

52 Kolben-Mantelwand

53