Gasströmungswächter Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Gasströmungswächter zum automatischen Absperren von nachgeordneten Gasleitungen, mit einem Schließkörper, welcher durch eine Feder gegen die Gasströmung bis zu einem Grenzwert offen gehalten wird und der bei Überschreitung dieses Grenzwertes gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Stand der Technik Gasströmungswächter sind in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Sie werden in Gasleitungen, zum Beispiel vor Gasarmaturen, Gasgeräten usw., eingebaut. Sie sind für einen vorgebbaren Nenndurchfluss ausgelegt. Bei einem oberhalb dieses Nenndurchflusses liegenden Schließdurchfluss, wie es beispielsweise bei Rohrleitungsbrüchen, Manipulationen oder unzulässig hohen Leckagen der Fall ist, wird der Schließkörper in die Dichtstellung bewegt und die nachfolgende Gasleitung abgesperrt.

Eine solche Vorrichtung zum Absperren einer Rohrleitung ist beispielhaft aus der DE 10 2004 024 525 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung befindet sich in einem Gehäuse eine in Offenstellung außerhalb des Strömungsprofils liegende als Absperrorgan dienende schwenkbare Scheibe, deren ebenfalls außerhalb des Strömungsprofils liegende Schwenkachse in jedem Fall stromabwärts angeordnet ist.

Allen diesen Ausführungen ist es gemeinsam, dass sie auf einen definierten Schließdurchfluss, d.h. den Gasdurchfluss, bei dem der Gasströmungswächter schließt, justiert werden. Auf Grund der Sicherheitsanforderungen sind für die sich durch Herstellungstoleranzen ergebenden Abweichungen enge Grenzen gesetzt. Das bedeutet, dass der Wert des Schließdurchflusses nur für die bei der vorgenommenen Justierung vorhandene Einbaulage des Gasströmungswächters zutrifft, weil in die Justierung das Eigengewicht des Ventiltellers und eventueller weiterer mit ihm kombinierter Einzelteile eingeht. So haben die Gasströmungswächter in der Einbaulage vertikal nach oben einen höheren Schließdurchfluss als bei einem horizontalen Einbau. Somit müssen für die unterschiedlichen Einbaulagen unterschiedliche Varianten zur Verfügung stehen. Das hat wiederum einen erhöhten Fertigungs- und Lageraufwand zur Folge. Ein Gasströmungswächter, der mit einer einheitlichen Justierung für unterschiedliche Einbaulagen auskommt, ist beispielsweise aus der DE 10 2005 009 438 A1 bekannt. Dieser Gasströmungswächter ist so ausgeführt, dass die von einem Ventilsitz, einem dem Ventilsitz zugeordneten Schließkörper und einer Führung für den Schließkörper gebildete Ventilachse gegenüber der Gehäuseachse geneigt ist. Durch die geneigte Anordnung der Achse des aus Ventilsitz, Führung und Schließkörper bestehenden Ventils zur Achse des Gehäuses, in dem sich das Ventil befindet, ergeben sich mehrere Einbaulagen, in denen der Einfluss des Eigengewichtes der beweglichen Teile auf die Federkraft identisch ist, so dass sich in allen diesen Einbaulagen der gleiche Schließdurchfluss ergibt.

Von Nachteil ist bei dieser Lösung, dass das Gehäuse neben Gaseingang und Gasausgang eine zusätzliche Öffnung aufweist, die gasdicht und vor allen Dingen möglichst manipulationssicher verschlossen werden muss. Auch der Aufbau an sich ist sehr aufwendig in der Herstellung. Desweiteren muss bei einer Installation in horizontaler Lage darauf geachtet werden, dass die geneigte Ventilachse eine vorgeschriebene Lage einnimmt, damit der justierte Schließdurchfluss eingehalten wird. Das ist, insbesondere wenn das Gehäuse in eine Rohrleitung eingeschraubt werden muss, oft mit Schwierigkeiten verbunden. Ein weiterer Gasströmungswächter, der mit einer einheitlichen Justierung bei unterschiedlichen Einbaulagen eingesetzt werden kann, ist in der DE 10 2006 028 466 A1 beschrieben. Hier wird der Ventilsitz des Ventilkörpers durch ein elasti- sches Dichtelement gebildet, an dem der Absperrkörper in der Schließstellung anliegt. Durch diese Maßnahme wird der Absperrkörper leichter, so dass sich die gewichtsbedingten Einflüsse, die sich aus der Einbaulage ergeben, minimiert werden.

Trotz einer Gewichtsminimierung ergibt sich bei den unterschiedlichen Einbaulagen durch das unterschiedlich wirkende Eigengewicht der sich beim Schließvorgang bewegenden Teile sowie der unterschiedlichen Reibungsverhältnisse eine Schwankung des Wertes für den Schließdurchfluss, der in die zugestandenen Ab- weichungen für die Herstellungstoleranzen eingeht, und somit dafür nicht mehr zur Verfügung steht, so dass herstellungsseitig erhöhte Aufwendungen nötig sind, um innerhalb der maximal zulässigen Abweichungen zu bleiben.

Besonders problematisch erweist sich die Einhaltung der zulässigen Abweichun- gen des Schließwertes, wenn es sich um Gasströmungswächter mit sehr kleiner Druckdifferenz handelt, wie sie insbesondere in der Hausinstallation gefordert werden, weil hier die Federkraft besonders gering sein muss, das Eigengewicht des Ventiltellers also einen größeren Anteil hat. Auch für Gasströmungswächter, die eine Dämpfungsfunktion aufweisen, um ein Schließen bei kurzzeitigen Strömungsspitzen im dem Gasströmungswächter nachgeschalteten Leitungssystem zu verhindern, ist diese Lösung nicht geeignet. Für die Erreichung der Dämpfungsfunktion sind zusätzliche bauliche Aufwendungen erforderlich, die auch ein höheres Gewicht zur Folge haben.

Desweiteren ist die Lage des elastischen Dichtelements als Ventilsitz für eine optimale strömungstechnische Gestaltung von Nachteil, da sie zu einer Erhöhung des Druckverlustes führen kann. In der DE 10 2007 008 285 A1 ist ein lageunabhängiger Strömungswächter und eine entsprechende Verbindungsanordnung beschrieben. Bei dieser Lösung ist ein Mittel zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des im Strömungskanal strömenden Mediums vorgesehen. Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit wird die auf den Absperrkörper wirkende Kraft so verstärkt, dass das Gewicht des Absperrkörpers im Vergleich dazu klein ist. Auch hier erfolgt, wenn auch nur relativ, nur eine Gewichtsminimierung. Desweiteren treten durch die zusätzliche Engstelle strömungstechnische Probleme, insbesondere ein höherer Druckverlust, auf, was zu den bereits weiter oben beschriebenen Nachteilen führt. Aus der DE 20 2009 010 613 U1 ist desweiteren ein Gasströmungswächter bekannt, mit einem gasdichten Gehäuse, das im Inneren einen Ventilsitz für einen axial beweglichen Schließkörper aufweist der durch Federkraft gegen die Durchströmrichtung in Offenstellung gehalten ist, das Spiel dieser Lagerung in Offenstellung größer ist und sich bei Beginn der Schließbewegung kontinuierlich ver- engt.

Bei dieser Ausführung ergeben sich als mögliche Einbaulagen des Gehäuses des Gasströmungswächters nur der horizontale Einbau und der vertikale Einbau mit Strömungsrichtung nach oben.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Gasströmungswächter der genannten Art zu entwickeln, bei dem der Schließdurchfluss unab- hängig von der Einbaulage den gleichen Wert besitzt. Desweiteren soll er eine Dämpfungsfunktion aufweisen, um ein Schließen bei kurzzeitigen Strömungsspitzen zu vermeiden. Aufbau und Herstellung sollen möglichst einfach sein.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, dass bei einem Gasströ- mungswächter mit einem Schließkörper, welcher durch eine Feder gegen die Gasströmung bis zu einem Grenzwert offen gehalten wird und der bei Überschreitung dieses Grenzwertes gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, der Schließ- körper drehbar in Richtung auf den Ventilsitz gelagert ist und sich der Schwerpunkt dieses drehbar gelagerten Schließkörpers auf dieser Drehachse befindet.

Damit wurde eine Lösung gefunden, mit der die weiter oben genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt wurden. Mit dieser Lösung ergeben sich alle möglichen Einbaulagen des Gasströmungswächters.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den anderen Patentansprüchen hervor.

So erweist es sich für eine einfache Herstellung als vorteilhaft, wenn bei einem Gasströmungswächter der genannten Art der Gewichtsausgleich des drehbar gelagerten Schließkörpers durch ein einstückig mit diesem verbundenes Gegengewicht erreicht wird.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Gegengewicht bei Offenstellung des Schließkörpers an einem Grundkörper anschlägt der dazu einen konischen Anschlag aufweist. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung dient zur Realisierung einer Dämpfungsfunktion, die immer dann wünschenswert ist, wenn es im dem Gasströmungswächter nachgeschalteten Leitungssystem zu kurzzeitigen Strömungsspitzen kommen kann, die so weit über dem normalen Verbrauchswert liegen, dass der eingestellte Schließdurchfluss überschritten wird. Als Beispiel seien hier nur Gas- geräte genannt, die durch ein schlagartig öffnendes Magnetventil geschaltet werden. Durch diese Dämpfungsfunktion tritt auch bei einem eingestellten Schließdurchfluss nahe dem Normalverbrauch, wie es aus Sicherheitsgründen wünschenswert ist, kein ungewolltes Schließen des Gasströmungswächters auf. Dazu wird der topfförmig ausgebildete konische Anschlag in Offenstellung von einer im Gegengewicht befindlichen Ausnehmung derart umschlossen, dass ein Raum gebildet wird. Der bei einer Bewegung des Schließkörpers notwendige Vo- lumenausgleich über die durch konischen Anschlag und Innenwandung der Ausnehmung gebildete Drosselstelle führt während des Auftretens einer Strömungsspitze zum verzögerten Beginn einer Schließbewegung des Schließkörpers, so dass dieser nach dem Abklingen der Strömungsspitze durch die Feder wieder in seine Offenstellung gebracht wird.

Um eine montagebedingte Justierung möglichst einfach durchführen zu können, erweist es sich als günstig, wenn die Feder justierbar ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung bezüglich einer einfachen Herstellung ergibt sich, wenn der Ventilsitz, der konische Anschlag und die Aufnahme der justierbaren Feder sich einstückig am Grundkörper befinden.

Damit in einfacher Art und Weise unterschiedliche Nenndurchflüsse eingestellt werden können, erweist sich eine Ausführung als besonders günstig, bei der dem Schließkörper ein Strömungsleitring vorgeschaltet ist, welcher im zylindrischen Gehäuse drehbar ist, wobei sich in den Drehpositionen unterschiedliche Strömungsquerschnitte im Zusammenhang mit dem Schließkörper ergeben. Um vorgegebene Nenndurchflüsse einstellen zu können, erweist es sich dabei als günstig, wenn der Strömungsleitring Rastnasen besitzt, welche in entsprechende Nuten des Grundkörpers ragen.

Eine andere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gasströmungs- Wächters besteht darin, dass zwei symmetrisch zur Drehachse angeordnete Drehflügel den Schließkörper bilden und ihnen zugehörige zwei Ventilsitze vorhanden sind. Dabei wird Günstigerweise ein Drehflügel durch einen Arm einer Drehfeder gegen die Gasströmung offen gehalten und die Lagerung des anderen Armes justierbar gestaltet. Um auch bei dieser Ausführung vorgegebene Nenndurchflüsse einstellen zu können, erweist es sich als günstig, wenn ein Drehflügel in Offenstellung an einem Anschlag anliegt, welcher verschiedene Positionen einnehmen kann. Ausführungsbeispiel

Beispielhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters werden nachstehend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters in schematischer Darstellung in Offenstellung,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters in schematischer Darstellung in Geschlossenstellung,

Fig. 3 eine Ansicht des Grundkörpers im Schnittverlauf C-C aus Fig. 1 ,

Fig. 4 eine Ansicht einer anderen Ausführung eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters in schematischer Darstellung in Offenstellung,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters aus Fig. 4 in schematischer Darstellung in Schließstellung im Schnittverlauf B-B aus Fig. 6,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters aus Fig. 4 in schematischer Darstellung in Schließstellung im Schnittverlauf A-A aus Fig. 5.

Fig. 7 eine Ansicht des Grundkörpers im Schnittverlauf D-D aus Fig. 6, In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters in Offenstellung gezeigt. Der Gasströmungswächter weist in diesem gezeigten Beispiel ein rohrförmiges Gehäuse 14 auf, das mit einer der dem Fachmann bekannten und deshalb hier nicht weiter dargestellten Möglichkeiten mit einer Gasleitung verbunden ist. In der durch einen Richtungspfeil 2 ge- zeigten Richtung kann Gas durch das Gehäuse 14 hindurchströmen. Im Gehäuse 14 befindet sich ein Grundkörper 5, der die Durchflussöffnung des Gehäuses 14 teilweise verschließt. Die im Grundkörper 5 gebildete außermittig angeordnete Öffnung 17 wird von einem gegen die Strömung gerichteten Stutzen 7 umfasst, der zwei parallel angeordnete Rippen 8 besitzt, die jeweils eine als La- gerstelle für einen Stift dienende Bohrung 10 aufweisen (Fig. 3). Der Stift dient als Drehachse 3 für einen drehbar gelagerten tellerförmigen Schließkörper 1 über den die im Stutzen 7 befindliche Öffnung 17 verschließbar ist. Zum Erzielen der gewünschten Dichtheit bei der Geschlossenstellung des Gasströmungswächters besitzt der Stutzen 7 eine ringförmige Nut für einen als Ventilsitz 13 dienenden O- Ring. Im Schließkörper 1 befindet sich weiterhin eine Überströmöffnung 27, die eine automatische Wiederöffnung nach Beseitigung der Schließursache gewährleistet.

Der Schließkörper 1 ist einstückig mit einem Gegengewicht 4 verbunden, das so angeordnet und ausgelegt ist, dass es sich außerhalb des Strömungsbereiches befindet und als Gewichtsausgleich für den Schließkörper 1 dient, so dass der Schwerpunkt des Schließkörpers 1 in der Drehachse 3 liegt.

Auf der dem Stutzen 7 zugewandten Seite des Schließkörpers 1 liegt eine Feder 6 an, die sich mit ihrem anderen Ende an einer Aufnahme 24 des Grundkörpers 5 abstützt. Über ein Justierelement 29, in diesem Beispiel schraubbar ausgeführt, ist die Feder 6 justierbar.

Auf seiner dem Gegengewicht 4 zugewandten Seite ist auf dem Stutzen 7 ein topfförmiger Anschlag 12 ausgebildet, der die Offenstellung des Schließkörpers 1 begrenzt. Dabei ist die äußere Mantelfläche so ausgeführt, dass sie sich in Richtung des Gegengewichtes 4 konisch verjüngt. Diesem Anschlag 12 ist eine im Gegengewicht 4 befindliche Ausnehmung 30 derart zugeordnet, dass sich in Offenstellung ein nahezu abgeschlossener Raum 31 ergibt. Dabei bilden die äußere Mantelfläche des Anschlages 12 und die Innenwandung der Ausnehmung 30 einen Ringspalt, der bei einer Bewegung des Schließkörpers 1 eine Drosselstelle für den notwendigen Volumenausgleich bildet. Stromauf ist dem Grundkörper 5 ein an der Innenwandung des Gehäuses 1 anliegender drehbarer Strömungsleitring 11 vorgeschaltet, dessen Innenwandung 20 so ausgebildet ist, dass sich bei unterschiedlichen Drehpositionen unterschiedliche Strömungsquerschnitte mit dem Schließkörper 1 ergeben, indem beispielsweise der Abstand zwischen der Innenwandung 20 und der Mittellinie des Gehäuses 1 unterschiedlich ausgeführt ist. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, den Gasströmungswächter an unterschiedliche Leistungsstufen anzupassen.

Um die Einstellung von vorgegebenen Strömungsquerschnitten schnell zu ermöglichen, weist der Strömungsleitring 11 in Richtung Grundkörper 5 mehrere Rastnasen 9 auf, die über im Grundkörper 5 befindliche Nuten 32 die jeweilige Drehposition des Strömungsleitrings 1 1 fixieren.

Diese Ausführung ist besonders dazu geeignet aus Kunststoffteilen hergestellt zu werden und zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus.

In der Fig. 1 ist der Gasströmungswächter in seiner Offenstellung beim größten Strömungsquerschnitt gezeigt. Auf Grund des vorhandenen Gewichtsausgleiches von Schließkörper 1 und Gegengewicht 4 wird der Schließkörper 1 unter der Kraft der Feder 6 bis zum Erreichen des justierten Schließdurchflusses gehalten, unabhängig von der Einbaulage. Dabei liegt das Gegengewicht 4 auf dem konischen Anschlag 12 auf.

Beim kurzfristigen Auftreten einer Strömungsspitze, deren Wert über dem Schließdurchfluss liegt kommt es auf Grund der Drosselwirkung des durch die äußere Mantelfläche des Anschlages 12 und die Innenwandung der Ausnehmung 30 gebildeten Ringspaltes nicht zum schlagartigen Schließen des Gasströmungswächters, sondern nur zum Beginn einer verzögerten Schließbewegung. Nach dem Abklingen der Strömungsspitze wird der Schließkörper 1 durch die Feder 6 wieder in seine Offenstellung gebracht. Wird jedoch der Schließdurchfluss über einen längeren Zeitraum überschritten, wie es bei einem Rohrleitungsbruch der Fall ist, so nimmt der Gasströmungswächter die Geschlossenstellung ein, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist. Nach dem Beseitigen der Schließursache erfolgt über die Überströmöffnung 27 ein Druckausgleich und der Gasströmungswächter öffnet wieder.

Eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung eines erfindungsgemäßen Gasströmungswächters in Offenstellung ist in den Fig. 4 bis 7 dargestellt. Ein Grundkörper 5 ist mittels eines Dichtringes 28 gasdicht im Gehäuse 14 angeordnet. Mittig weist der Grundkörper 5 einen stromauf gerichteten Aufsatz 25 auf, der als Drehachse 3 für zwei symmetrisch angeordnete Drehflügel 15 dient, denen auf dem Grundkörper 5 befindliche Ventilsitze 13 zugeordnet sind. Beide Drehflügel 15 bilden gemeinsam den Schließkörper. Über eine Dichtung 16 ist ein gas- dichter Verschluss der vom Grundkörper 5 gebildeten Abströmkanäle 26 gewährleistet.

Auf dem Aufsatz 25 ist desweiteren eine Drehfeder 18 gelagert. Ein Arm der Drehfeder 18 wird justierbar in einer auf dem Grundkörper 5 befindlichen Lage- rung 19 gehalten, während durch den anderen Arm der Drehfeder 18 über eine Federaufnahme 21 ein Drehflügel 15 gegen die Strömung offen gehalten wird.

Um auch bei dieser Ausführung die Einstellung von vorgegebenen Strömungsquerschnitten zu ermöglichen, weist der Grundkörper 5 an zugeordneten Stellen ausgeformte Hülsen 23 für einen einsteckbaren Anschlag 22 auf, der die jeweilige maximale Offenstellung der Drehflügel 15 definiert.

Im Grundkörper 5 befindet sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Überströmöffnung 27, um nach dem Beseitigen einer Schließursache einen Druckausgleich zu erreichen, damit der Gasströmungswächter wieder öffnet. Aufstellung der Bezugszeichen

Schließkörper 29 Justierelement Richtungspfeil 30 Ausnehmung Drehachse 31 Raum

Gegengewicht 32 Nut

Grundkörper

Feder

Stutzen

Rippe

Rastnase

Bohrung

Strömungsleitring

Konischer Anschlag

Ventilsitz

Gehäuse

Drehflügel

Dichtung

Öffnung

Drehfeder

Lagerung

Innenwandung

Federaufnahme

Anschlag

Hülse

Aufnahme

Aufsatz

Abströmkanal

Überströmöffnung

Dichtring