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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungswächter zum automatischen Absperren
einer von einem Medium durchströmbaren
Leitung mit einem Gehäuse,
das einen Ventilsitz aufweist, mit einem Absperrkörper, der
im Gehäuse
relativ zum Ventilsitz bewegbar ist, mit einem Stützelement,
das im Gehäuse
angeordnet ist und das einen Anlageteil, der an einer Innenseite
des Gehäuses
zur Anlage kommt, einen Zentralteil, der zum beweglichen Halten
des Absperrkörpers
dient, und ein Verbindungsmittel aufweist, das den Anlageteil mit
dem Zentralteil verbindet.
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Mit
dem Begriff Leitung ist im erfindungsgemäßen Sinne jegliches Element
einer beliebigen Form und aus einem beliebigen Material gemeint, durch
das ein Medium, insbesondere ein Fluid, beispielsweise ein Gas,
hindurchgeleitet werden kann. Ein solches Element kann beispielsweise
ein Rohr bzw. eine Rohrleitung oder ein Bestandteil eines Rohres
bzw. einer Rohrleitung sein. Mit einem solchen Element kann auch
eine Armatur oder ein durchströmbares
Gerät oder
ein Bestandteil davon gemeint sein.
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Strömungswächter, die
in von einem Medium, insbesondere einem Fluid, beispielsweise einem Gas,
durchströmten
Leitungen, insbesondere in Rohren oder den damit verbundenen Armaturen
und Geräten,
eingesetzt werden, sind in einer Vielzahl von Ausführungen
bekannt. Sie dienen dazu, bei einer unzulässigen Durchflusserhöhung des
Mediums über
einen vorgegebenen Wert die Zufuhr des Mediums zu unterbrechen.
Dieses tritt insbesondere dann auf, wenn aufgrund von Beschädigungen
des Leitungssystems der Fluss des Mediums über Gebühr ansteigt. Bei normalen konstanten
Höchstflussmengen,
beispielsweise aufgrund eines unter Volllast betriebenen Gasverbrauchers,
wird hingegen der Strömungswächter nicht
ausgelöst.
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Ein
in eine Leitung einführbarer,
Einsatz für einen
Strömungswächter ist
beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 201 16 899 U1 bekannt.
Hierbei ist ein Absperrkörper
mit einem Führungsstift
haltend verbunden, wobei der Absperrkörper relativ zu einem Stützelement,
an dem ein Ventilsitz ausgebildet ist, bewegbar ist. Wird der Strömungswächter bei
einer unzulässigen
Durchflusserhöhung
ausgelöst,
so bewegt sich der Absperrkörper in
Strömungsrichtung
entgegen einer Federkraft auf den Ventilsitz zu, bis der Absperrkörper mit
dem Ventilsitz abdichtend verbunden ist und dadurch die Leitung
absperrt.
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Bei
dem Stand der Technik weist das Stützelement einen Ringkörper auf,
dessen äußere Umfangsfläche an der
innenseitigen Umfangsfläche
des Gehäuses
des Strömungswächters bzw.
des für
die Aufnahme des Strömungswächters vorgesehenen Leitungsabschnitts
zur Anlage kommt. Vom Ringkörper
laufen mehrere, in der Regel mindestens drei, Stützstreben zum Mittelpunkt,
wo sie mit einer axialen Aufnahme für den Führungsstift, der auch als Ventilschaft
bezeichnet wird, fest verbunden sind. Im Querschnitt, also in einem
Schnitt quer zur Längsachse
des Stützelements
und quer zur Strömungsrichtung,
ragen der Ringkörper,
die sternförmig
angeordneten Stützstreben
und die Ventilschaftaufnahme in den Strömungsweg. Die Folge ist ein
relativ hoher Druckverlust von mindestens 0,5 mbar bei Nennvolumenstrom.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungswächter zu
schaffen, der eine Reduzierung des Druckverlusts ermöglicht.
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Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird bei einem Strömungswächter der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Gehäuse
mindestens eine innenseitige Ausnehmung aufweist, die den Anlageteil
zumindest teilweise aufnimmt.
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Indem
der Anlageteil von der innenseitigen Ausnehmung in der Gehäusewandung
aufgenommen wird, wird der Anlageteil aus der Strömung genommen
und damit der angeströmte
Querschnitt des Stützelements
deutlich reduziert. Dies führt
wiederum zu einer deutlichen Verringerung des Druckverlustes von
durchaus 30% und mehr.
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Gemäß einer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters ist
die Ausnehmung eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut. Eine solche
Nut ist auf einfache Weise herstellbar und bildet ein geeignetes
Mittel, um den Anlageteil gegenüber dem
Strömungskanal
zurückzusetzen.
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Vorzugsweise
ist die Ausnehmung so tief, dass sie den Anlageteil vollständig aufnimmt.
Dabei entspricht die Tiefe der Ausnehmung vorzugsweise der Stärke des
Anlageteils, also seiner Dicke. Auf diese Weise ragen nur noch das
Verbindungsmittel und das Zentralteil in den Strömungsweg, was den Druckverlust
weiter reduziert.
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Gemäß noch einer
weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters ist das Stützelement
in radialer Richtung komprimierbar. Insbesondere ist dabei der Anlageteil
in radialer Richtung komprimierbar. Auf diese Weise kann der Gesamtquerschnitt
des Stützelements
beim Einsetzen desselben in die dafür vorgesehene innenseitige Ausnehmung
im Gehäuse
vorübergehend
reduziert werden, was das Einsetzen deutlich vereinfacht. Sobald
der Anlageteil während
des Einsetzvorgangs im Bereich der innenseitigen Ausnehmung ist,
erweitert sich der Gesamtquerschnitt des Stützelements wieder, vorzugsweise
so weit, dass der Anlageteil vollständig von der Ausnehmung aufgenommen
wird. Vorteilhafterweise ist der Gesamtquerschnitt des Stützelements
so gewählt,
dass er im Ruhezustand, also im entspannten Zustand, größer als
im eingebauten Zustand ist, so dass eine Klemmverbindung zwischen
Stützelement
und Ausnehmung in der Gehäusewandung
entsteht, die die Stabilität
erhöht.
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Gemäß wiederum
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters ist der Anlageteil ein
Ringkörper.
Vorzugsweise weist der Ringkörper
in Umfangsrichtung eine Unterbrechung auf. Ein solcher Ringkörper, insbesondere
mit einer Unterbrechung, ist auf einfache Weise in radialer Richtung
komprimierbar und bietet außerdem eine
relativ große
Anlagefläche
für die
Anlage in der innenseitigen Ausnehmung im Gehäuse. Letzteres führt wiederum
zu einer weiteren Erhöhung
der Stabilität
der Verbindung.
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Um
zu verhindern, dass ein Teil des Mediums zwischen der Gehäusewandung
und dem Stützelement
hindurchströmt, anstatt
vollständig
durch das Stützelement
zu strömen,
ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters zwischen der radialen
Außenseite des
Anlageteils und der Ausnehmung eine Dichtung, insbesondere ein Dichtring,
vorgesehen. Da der Anlageteil ohnehin schon erfindungsgemäß gegenüber der
Strömung
zurückgesetzt
ist, ist abhängig
von der Strömung
und dem Strömungsmedium
bereits eine relativ geringe Dichtwirkung ausreichend. Eine solche
Dichtwirkung kann beispielsweise schon dadurch erzielt werden, dass
die Außenseite
des Anlageteils mit der Ausnehmung in der Gehäusewandung verklebt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters weist das Verbindungsmittel
mindestens eine Strebe auf. Es ist auch denkbar, dass mehrere Streben
vorgesehen sind, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn bei relativ
großen
Rohrquerschnitten relativ schwere und relativ große Absperrkörper im
Strömungsweg
stabil gelagert werden müssen.
Eine Minimierung des Strömungswiderstands
und damit eine Reduzierung des Druckverlustes auf ein Minimum wird
erreicht, wenn das Verbindungsmittel nur eine einzige Strebe aufweist,
die den Zentralteil mit dem Anlageteil verbindet.
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Um
eine optimale Anströmung
nicht nur des Stützelements,
sondern auch des stromabwärts
angeordneten Absperrkörpers
zu erhalten, ist der Zentralteil vorzugsweise koaxial zur Längsmittelachse des
Gehäuses
angeordnet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters ist
der Zentralteil mit einem Ventilschaft verbunden, also einer Welle,
die den Absperrkörper
trägt,
wobei vorzugsweise der Absperrkörper auf
dem Ventilschaft entlang der Längsmittelachse
des Gehäuses
bewegbar ist. Ein solcher Aufbau mit einem Zentralteil und einem
Ventilschaft bietet eine optimale Anströmung und einen minimalen Strömungswiderstand,
was sich auch positiv auf die Minimierung des Druckverlusts auswirkt.
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Der
Strömungswächter, insbesondere
das Stützelement,
können
auf besonders einfache Weise hergestellt werden, indem vorzugsweise
der Anlageteil, das Verbindungsmittel und/oder der Zentralteil einstückig ausgeführt sind,
also ein einzelnes Bauteil bilden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters bestehen das Stützelement,
insbesondere der Anlageteil, das Verbindungsmittel und/oder der
Zentralteil, zumindest teilweise aus Kunststoff oder Metall, insbesondere Blech
oder Stahl, vorzugsweise Federstahl. Diese Materialien sind einerseits
besonders flexibel, was der Komprimierbarkeit des Stützelements
beim Einsetzen in das Gehäuse
zugute kommt, und sind andererseits auch einfach zu bearbeiten,
insbesondere zu formen.
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Vorzugsweise
ist bei dem erfindungsgemäßen Strömungswächter das
Stützelement
aus einem gebogenen Materialstreifen, insbesondere einem Kunststoff-
oder Metallstreifen, vorzugsweise einem Blechstreifen, hergestellt.
Solche Materialstreifen lassen sich ohne großen Aufwand herstellen und
bearbeiten, insbesondere zu der gewünschten Form des endgültigen Stützelements
verbiegen. Dabei kann das Stützelement
auch einen im Querschnitt im wesentlichen spiralförmigen Verlauf
haben.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strömungswächters weisen die der Strömung ausgesetzten
Abschnitte des Stützelements,
insbesondere das Verbindungsmittel und/oder der Zentralteil, ein
strömungsgünstiges Profil
auf. Dabei können
für eine
optimale Anströmung
und damit Minimierung der Druckverluste die der Strömungsrichtung
entgegenweisenden und/oder die in Strömungsrichtung weisenden Kanten
der der Strömung
ausgesetzten Abschnitte abgerundet oder spitz zulaufend sein. Speziell
die abgerundeten oder spitz zulaufenden Kanten führen zu einer deutlichen Reduzierung
von unerwünschten
Verwirbelungen im Bereich des Stützelements
und Absperrkörpers.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Strömungswächter ist
gemäß noch einer
weiteren Ausgestaltung das Gehäuse
ein Abschnitt einer Rohrleitung und damit von vorne herein Bestandteil
der Rohrleitung. Es ist aber auch denkbar, dass das Gehäuse an eine
Rohrleitung anschließbar,
insbesondere mit der Rohrleitung verschraubbar, verschweißbar oder
verlötbar,
ist. Letzteres ermöglicht
das nachträgliche
Anbringen eines Strömungswächters an
bestehende Rohrleitungssysteme.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den
erfindungsgemäßen Strömungswächter auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits
auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits
auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
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1a) eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Strömungswächters in
Offenstellung,
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1b) eine Schnittansicht des Strömungswächters aus 1a) in Schließstellung,
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2a) eine Schnittansicht des Stützelements
des Strömungswächters aus 1a),
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2b) eine perspektivische Ansicht des Stützelements
des Strömungswächters aus 1a),
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3a) eine Schnittansicht eines Strömungswächtereinsatzes
des Strömungswächters aus 1a), und
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3b) eine perspektivische Ansicht eines Strömungswächtereinsatzes
des Strömungswächters aus 1a).
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In
den 1a) und b) ist ein Strömungswächter 1 zum
automatischen Absperren einer von einem Medium durchströmbaren Leitung
dargestellt, wobei der Strömungswächter 1 ein
Gehäuse 2 mit
einem Ventilsitz 3 aufweist, welches Gehäuse 2 durch Verschrauben
mit der von einem Medium durchströmbaren Leitung verbindbar ist.
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Im
Gehäuse 2 weist
der Strömungswächter 1 einen
Absperrkörper 4 auf,
der im Gehäuse 2 relativ zum
Ventilsitz 3 bewegbar ist.
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Ferner
ist ein Stützelement 5 vorgesehen, dass
im Gehäuse 2 angeordnet
ist und das einen Anlageteil 6, der an einer Innenseite 7 des
Gehäuses 2 zur
Anlage kommt, einen Zentralteil 8, der zum beweglichen
Halten des Absperrkörpers 4 dient,
und ein Verbindungsmittel 9 aufweist, das den Anlageteil 6 mit
dem Zentralteil 8 verbindet.
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Das
Gehäuse 2 weist
eine innenseitige Ausnehmung 10 in Form einer in Umfangsrichtung
umlaufenden Nut auf, die den Anlageteil 6, der hier die Form
eines Ringkörpers 11 hat,
vollständig
aufnimmt. Auf diese Weise ragt der Ringkörper 11 nicht in den Strömungsweg.
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In 1a) ist der Normalfall einer gleichmäßigen Strömung dargestellt,
bei der sich der Absperrkörper 4 in
der Offenstellung befindet. Liegt im Rohrleitungssystem eine Undichtigkeit
vor, ändert
sich die Strömungsgeschwindigkeit,
wodurch der Absperrkörper 4 an
den Ventilsitz 3 gedrückt
wird. Die entsprechende Schließstellung
ist in 1 b) dargestellt.
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In
den 2a) und b) ist das Stützelement 5 des
vorangehend beschriebenen Strömungswächters 1 dargestellt.
Bei dem Stützelement 5 ist
der Anlageteil 6 als Ringkörper 11 ausgebildet,
der in Umfangsrichtung eine Unterbrechung 12 aufweist.
Die Unterbrechung 12 erlaubt es auf einfache Weise, den Anlageteil 6 des
Stützelements 5 in
radialer Richtung zu komprimieren, wodurch durch das Einsetzen des Stützelements 5 in
das Gehäuse 2,
insbesondere in die Ausnehmung 10, vereinfacht wird.
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Zum
Einsetzen des Stützelements 5 wird
dieses vom Monteur in radialer Richtung zusammengedrückt, wodurch
sich der Querschnitt deutlich verringern läßt. Sobald sich das Stützelement 5 im
Bereich der Ausnehmung 10 befindet, vergrößert sich
der Querschnitt automatisch in der Weise, dass sich das Stützelement 5 im
Bereich der Ausnehmung 10 im Gehäuse 2 festklemmt.
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Um
die Stabilität
im angeströmten
Zustand zusätzlich
zur Klemmwirkung weiter zu erhöhen,
ist gemäß dem in
den 1a) und b) dargestellten Ausführungsbeispiel
das Stützelement 5 mit
der Ausnehmung 10 verklebt. Durch das Verkleben wird hier gleichzeitig
eine Dichtung 13 geschaffen, die verhindert, dass ein Teil
der Strömung
nicht durch das Stützelement 5 hindurch,
sondern an diesem vorbei zwischen Anlageteil 6 und Ausnehmung 10 verläuft.
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Die 2a) und b) lassen erkennen, dass das Stützelement 5 aus
einem gebogenen Blechstreifen hergestellt ist, dessen erstes Ende
den Zentralteil 8 bildet, der zur Aufnahme des koaxial
zur Längsmittelachse
L verlaufenden Ventilschaftes 15 dient.
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An
den Zentralteil 8 schließt sich einstückig als
Verbindungsmittel 9 eine einzelne Strebe 14 an, die
wiederum mit dem ringförmigen
Anlageteil 6, ebenfalls einstückig, verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist dabei eine Biegung um etwa 90° im
Bereich vorgesehen, der die im wesentlichen gerade Strebe 14 mit
dem Ringkörper 11 verbindet. Es
ist aber auch denkbar, einen insgesamt im wesentlichen spiralförmigen Verlauf
des Stützelements 5 im
Querschnitt vorzusehen. Ein solcher spiralförmiger Stützkörper läßt sich besonders einfach durch Aufrollen
eines Materialstreifens herstellen und ist auch auf einfache Weise
komprimierbar. Der in den 2a) und
b) dargestellte Verlauf ist zwar etwas aufwendiger herzustellen
als ein spiralförmiger
Verlauf, hat aber den Vorteil einer kleineren Anströmfläche.
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Die 3a) und b) zeigen schließlich einen bereits
zu einer Baugruppe vormontierten Strömungswächtereinsatz 16, bei
welchem das Stützelement 5 mit
dem Ventilschaft 15 fest verschraubt ist. Auf dem Ventilschaft 15 ist
der im wesentlichen tellerförmige
Absperrkörper 4 bewegbar
und unter Federvorspannung mittels einer Schraubenfeder 17 angeordnet.
In Umfangsrichtung umlaufend um den Absperrkörper 4 ist ein Dichtring 18 vorgesehen,
der im eingebauten Zustand in Schließstellung mit dem Ventilsitz 3 des
Gehäuses 2 in
Kontakt kommt.
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Die
in den 3a) und b) dargestellte, vormontierte
Einheit wird vollständig
unter Komprimieren des Ringkörpers 11 in
radialer Richtung in den vom Gehäuse 2 gebildeten
Leitungsabschnitt eingeführt
und ist sofort funktionsbereit, wenn das Gehäuse 2 mit dem Rohrleitungssystem
in Fluidverbindung steht.