DE102012014515A1 - Arrangement for driving stopcock using cone plug, has driven cylinder, which is connected to upper end of spindle in rotationally fixed manner, which carries tapered plug at lower end - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, wie sie insbesondere in der chemischen und petrochemischen Industrie zum Absperren und Öffnen von Fluidströmen führenden Leitungen verwendet werden.The invention relates to an arrangement for driving a stopcock with conical poppets, as used in particular in the chemical and petrochemical industry for shutting off and opening fluid streams leading lines.
Solche Absperrhähne stellen sich dar als eine Armatur, die den Durchfluss eines Fluides in einer Rohrleitung ganz freigibt oder ganz sperrt. Ein Absperrhahn wird durch eine 90°-Drehung des Schließelementes betätigt. Die Konstruktion von Absperrhähnen ist vollständig dicht – das gilt sowohl für die angeschlossene Rohrleitung als auch für die Spindel der Betätigung des Absperrhahns.Such shut-off valves present themselves as a fitting which completely releases or completely blocks the passage of a fluid in a pipeline. A stopcock is actuated by a 90 ° rotation of the closing element. The construction of shut-off valves is completely leakproof - this applies both to the connected piping and to the spindle for operating the stopcock.
Als Schließelemente eines Absperrhahns finden sogenannte Küken Verwendung. Diese Küken können in der Ausführung eines Kugelkükens oder eines Kegelkükens vorhanden sein. Die Ausführung als Kegelküken besitzt verschiedene Vorteile hinsichtlich der Herstellung und der Verschlusseigenschaften und hat sich bei den Absperrhähnen für spezielle Einsatzbedingungen in industriellen Anlagen durchgesetzt.As closing elements of a stopcock find so-called chicks use. These chicks may be in the design of a ball plug or a cone plug. The design as a plug has various advantages in terms of production and sealing characteristics and has become established in the shut-off valves for special operating conditions in industrial plants.
Anders als bei Ventilen, bei denen der Durchfluss des strömenden Fluides je nach Bedarf stufenlos eingestellt werden kann, ist die Einstellung auf Zwischenstellungen bei Absperrhähnen nicht vorgesehen. Absperrhähne kennen regelmäßig nur zwei Zustände – geöffnet oder geschlossen.Unlike valves, where the flow of the flowing fluid can be infinitely adjusted as needed, it is not intended to set intermediate positions for shut-off valves. Stopcocks regularly only know two states - open or closed.
In der Sanitär- und Heizungstechnik verwendet man für Wasser meist Ventile, auch wenn sie oft als Hahn bzw. Wasserhahn bezeichnet werden. Für Gas sind Absperrhähne vorgeschrieben. Absperrhähne sind für kleinste bis große Nennweiten und Nenndruckstufen geeignet. Sie haben den Vorteil eines minimalen Strömungswiederstands, da in der Regel keine Strömungsumlenkungen oder -einziehungen auftreten und das Medium die Armatur wie ein gerades Stück Rohrleitung passiert.In the sanitary and heating engineering usually used for water valves, even if they are often referred to as tap or faucet. For gas shut-off valves are mandatory. Shut-off valves are suitable for smallest to large nominal sizes and nominal pressure levels. They have the advantage of minimal flow resistance, since there are usually no flow deflections or recesses and the medium passes the fitting like a straight piece of piping.
Des Weiteren können die kurzen Betätigungszeiten einen Vorteil darstellen, da das Absperrelement mit Hilfe der Betätigungsspindel nur eine 90°-Drehung vollziehen muss. Die 90°-Drehung der Betätigungsspindel in der Stopfbuchsabdichtung ist im Vergleich zu Ventilen und Schiebern hinsichtlich des Leckageverhaltens ebenfalls vorteilhaft. Im Gegensatz zu Ventilen und Schiebern sind keine bzw. nur geringe lineare Hubbewegungen durch die Stopfbuchse zur Betätigung erforderlich, was die Lebensdauer und das Abdichtverhalten günstig beeinflusst. Die Absperrhähne eignen sich daher gut für giftige, brennbare oder andere gefährliche Fluide.Furthermore, the short operating times can be an advantage, since the shut-off with the help of the actuating spindle must perform only a 90 ° rotation. The 90 ° rotation of the actuating spindle in the stuffing box seal is also advantageous in terms of leakage behavior compared to valves and slides. In contrast to valves and slides, no or only little linear lifting movements are required by the stuffing box for the actuation, which has a favorable effect on the service life and the sealing behavior. The stopcocks are therefore well suited for toxic, flammable or other dangerous fluids.
Nachteilig wirken folgende Tatsachen: Die zuverlässige Sperrfunktion von Absperrhähnen kann sehr durch Verschmutzungen des Fluides eingeschränkt sein. Absperrhähne können den Fluidstrom nicht kontrollieren bzw. drosseln, außerdem ist ihr Platzbedarf in einer Rohrleitung vergleichsweise groß. Beim Schließen des Absperrhahnes verbleibt ein kleiner Teil des Mediums in der Bohrung des Schließelementes.Disadvantages are the following facts: The reliable blocking function of shut-off valves can be very limited by contamination of the fluid. Shut-off valves can not control or restrict the fluid flow, moreover, their space requirement in a pipeline is comparatively large. When closing the stopcock a small part of the medium remains in the bore of the closing element.
Die Betätigung von Absperrhähnen, wie sie Gegenstand der Erfindung sind, erfolgt regelmäßig über elektrische, pneumatische oder hydraulische Antriebe, mit denen das Kegelküken als Schließelement über eine Spindel aus der geschlossenen in die offene Position oder umgekehrt gedreht wird. Dabei wird ein Drehwinkel von 90° realisiert.The operation of shut-off valves, as they are the subject of the invention, is carried out regularly via electric, pneumatic or hydraulic actuators with which the conical plug is rotated as a closing element via a spindle from the closed to the open position or vice versa. In this case, a rotation angle of 90 ° is realized.
Da die Zuverlässigkeit der Sperrfunktion weitgehend abhängig ist von der exakten Passung des Schließelementes in seinem Sitz, sind durch die enge Passung des Kükens in den Sitz zunächst erhebliche Kräfte zur Drehung der Spindel-Küken-Einheit aufzubringen. Dies ist einerseits deshalb nachteilig, weil sowohl die jeweiligen Antriebsaggregate elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Art an sich als auch die kraftübertragende Spindel entsprechend der großen notwendigen Drehmomente ausgelegt werden müssen, was zu erhöhtem Material- und Fertigungsaufwand wie auch zu erhöhtem Raumbedarf führt.Since the reliability of the locking function is largely dependent on the exact fit of the closing element in his seat, the tight fit of the plug in the seat initially considerable forces to rotate the spindle-chick unit apply. This is on the one hand disadvantageous because both the respective drive units electrical, pneumatic or hydraulic type in itself and the power-transmitting spindle must be designed according to the large necessary torques, which leads to increased material and manufacturing costs as well as increased space requirements.
Andererseits führen die mit starken Drehmomenten in enger Passung ausgeführten Drehbewegungen des Kükens in seinem Kegelsitz regelmäßig zu erhöhtem Verschleiß der Küken- und der Sitzoberflächen, was wiederum erhöhten Wartungs- und Reparaturaufwand sowie Leckagegefahren nach sich zieht.On the other hand, performed with strong torques in close fitting rotational movements of the plug in its conical seat regularly lead to increased wear of the chick and the seat surfaces, which in turn entails increased maintenance and repair costs and leakage hazards.
Es sind daher mit zahlreichen Lösungsvorschlägen des Standes der Technik Anstrengungen unternommen worden, dieser Nachteile Herr zu werden.Efforts have therefore been made with numerous solutions proposed by the prior art to overcome these disadvantages.
So wird zum Beispiel in der britischen Druckschrift
Auf diese Weise bewirkt eine Drehung der Betätigungsspindel mittels des Betätigungshebels, dass das Küken sich aus seinem Sitz abhebt, bevor es in die geöffnete Position gedreht wird. Umgekehrt bewirkt eine Drehung des Betätigungshebels in die Schließrichtung, dass das Küken nach der Rückkehr in die geschlossene Position wieder in seinen Sitz abgesenkt wird.In this way, rotation of the actuating spindle by means of the actuating lever causes the chick to lift off its seat before being rotated to the open position. Conversely, causes a rotation of the actuating lever in the Closing direction that the chick is lowered back into its seat after returning to the closed position.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Anordnung der Lost-Motion-Kupplung einen nicht unerheblichen zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand darstellt.A disadvantage of this solution is that the arrangement of the lost-motion coupling represents a significant additional manufacturing and assembly costs.
Auch in der britischen Druckschrift
Zunächst wird ein Kegel-Küken-Hahn zur Verfügung gestellt, dessen extrem genaue Kegelflächenpaarung in Verbindung mit starken axialen Endlagerfedern am Spindelende die gewünschte Dichtwirkung im geschlossenen Zustand des Kükenhahns gewährleistet. Zur Druckentlastung bei der Drehbewegung weist der besagte Kükenhahn zusätzliche Einrichtungen auf, die den Federdruck während der Drehbewegung aufheben.First, a cone-chick-tap is provided whose extremely precise conical surface pairing in conjunction with strong axial Endlagerfedern at the spindle end ensures the desired sealing effect in the closed state of the plug cock. To relieve the pressure during the rotational movement of the said plug cock on additional facilities that cancel the spring pressure during the rotational movement.
Dies verhindert den Verschleiß der konischen Oberflächen von Kükensitz und Küken. Im Moment des beginnenden Öffnens wird das besagte Endlager der Betätigungsspindel komplett entlastet, so dass das Küken ohne unnötige Reibung gedreht werden kann.This prevents wear of the conical surfaces of the chick seat and chicks. At the moment of commencement of opening said repository of the actuating spindle is completely relieved, so that the chick can be rotated without unnecessary friction.
Ein Kegel-Küken-Hahn von der beschriebenen Art weist als Entlastungsmechanismus eine auf einen Entlastungsnocken wirkende Schnecken- oder Schrägverzahnung auf, die durch ihre axiale Komponente den Enddruck an den Bewegungszustand anpasst.A cone-and-chick-type tap of the type described has, as a relief mechanism, helical or helical teeth acting on a relief cam, which, by means of its axial component, adapts the final pressure to the state of movement.
Auch dieser Lösungsvorschlag ist mit einem nicht unerheblichen zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand verbunden.This proposed solution is associated with a significant additional manufacturing and assembly costs.
Der aktuelle Stand der industriell eingesetzten Technik zum zuverlässigen und schonenden Antrieb von Kegel-Küken-Hähnen wird durch den sogenannten Wedgetorque Operator des Unternehmens PACIFIC VALVE repräsentiert [s. PacificValvesWedgeplugBrochureCV-408.pdf].The current state of the industrially used technology for the reliable and gentle drive of conical chick taps is represented by the so-called Wedgetorque operator of the company PACIFIC VALVE [s. PacificValvesWedgeplugBrochureCV-408.pdf].
Das Antriebskonzept eines solchen metallisch dichtenden Kegel-Küken-Hahns besteht ebenfalls darin,
- 1. das Küken vom Sitz anzulüften,
- 2. das Küken um 90° zu drehen und
- 3. das Küken in den Sitz abzusenken, um wieder Dichtheit der Armatur herzustellen.
- 1. ventilate the chick from the seat,
- 2. Turn the chick by 90 ° and
- 3. lower the chick into the seat to restore tightness of the fitting.
Diese technisch sehr anspruchsvolle Aufgabe wird durch ein Getriebe, den oben bereits genannten sogenannten Wedgetorque oder Lifttorque Operator, realisiert:
Während an der Betätigungsspindel des Kükenhahns lediglich wie bei einem normalen Schieber ein Drehantrieb wirkt, sorgt ein darunter geschaltetes Getriebe für die Anlüft-, Dreh- und Senkbewegung der Betätigungsspindel mit dem Küken.This technically very demanding task is realized by a transmission, the so-called Wedgetorque or Lifttorque operator already mentioned above:
While on the actuating spindle of the plug cock only acts as a normal slide a rotary drive, provides a gear below it for the lifting, rotating and lowering the actuating spindle with the chick.
Die interne Kinematik dieses Getriebes ist komplex, woraus sich wiederum der Nachteil hoher zusätzlicher Fertigungs-, Montage und Wartungsaufwendungen ergibt.The internal kinematics of this transmission is complex, which in turn has the disadvantage of high additional manufacturing, assembly and maintenance costs.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken zu entwickeln, mit der der zum zuverlässigen und verschleißarmen Betrieb des Absperrhahn notwendige Bewegungsablauf für die Anlüft-, Dreh- und Senkbewegung der Betätigungsspindel mit dem Küken auf einfache und aufwandsarme Weise erzeugt werden kann.It is therefore the object to develop an arrangement for driving a stopcock with conical poppets, with the necessary for reliable and low-wear operation of the stopcock movement for the lifting, rotating and lowering the actuating spindle with the chicks are generated in a simple and low-effort manner can.
Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit den Mitteln des Hauptanspruches, wobei weitere nachgeordnete Ansprüche besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beinhalten.This object of the invention is achieved by the means of the main claim, wherein further subordinate claims include particularly advantageous embodiments of the invention.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe accompanying drawings show in
Im Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken gemäß
Das Gehäuse
Ein Abtriebszylinder
Das Kegelküken
Der Abtriebszylinder
Jeder Zapfen
Diese Kurvenbahnen
Dabei stellen die jeweils quer zur Längsachse der Spindel
Die vorbezeichneten erfindungsgemäß vorhandenen Bestandteile der Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken ermöglichen folgende Funktionsweise:
Das Öffnen oder Schließen des Absperrhahns mit Kegelküken wird ausgelöst durch das Einleiten eines Drehmomentes über die Antriebswelle
The opening or closing of the shut-off cock with conical plug is triggered by the introduction of a torque via the
Auf den durch die Grenzflächen der in den Zylinderwandungen von Antriebshohlzylinder
Da auf den Zapfen
Wie aus
Durch die Kopplung der jeweils den Verläufen der Kurvenbahnen
Da der Abtriebszylinder
Mit Erreichen des Richtungswechsel von der axialen hin zur radialen Bewegung der Zapfen
Die radiale Bewegung der Zapfen
Eine entgegengesetzte Drehbewegung des Antriebshohlzylinders
Nach zum Beispiel der Drehung des Kükens
Durch die Gestaltung der Kurvenbahnen
In
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine beispielhafte Anordnung in beispielhafter Anwendung beschrieben worden. Die Erfindung schließt jedoch alle weiteren Anordnungen mit unterschiedlichen weiteren Bestandteilen ein, bei denen mittels des erfindungsgemäßen Grundgedankens ein verschleißarmer Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken vorgenommen wird.In the embodiment shown, an exemplary arrangement has been described in an exemplary application. However, the invention includes all other arrangements with different further components in which by means of the inventive concept, a low-wear drive a stopcock is made with conical plug.
Mit der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung können sehr große Aufwandseinsparungen zur Herstellung und zum Betrieb von Kükenhahnantrieben erreicht werden, in dem auf aufwendige Getriebekonstruktionen verzichtet werden kann und dennoch ein sehr verschleiß- und wartungsarmer Betrieb von Absperrhähnen mit Kegelküken erreicht wird.With the application of the arrangement according to the invention very large cost savings for the production and operation of plug valve drives can be achieved in which can be dispensed with complex gear structures and yet a very low-wear and low-maintenance operation of shut-off valves with conical chicks is achieved.
Ebenso vorteilhaft zeigt sich der im Gegensatz zu Getriebelösungen deutlich geringere Raumbedarf der erfindungsgemäßen Anordnung zum Antrieb eines Absperrhahns mit Kegelküken, der wesentlich geringere Abmessungen der Antriebe gestattet.Just as advantageous, in contrast to transmission solutions significantly lower space requirements of the arrangement according to the invention for driving a stopcock with conical plug, which allows much smaller dimensions of the drives.
Der Kern der Erfindung ist in der Lösung zu sehen, den notwendigen Hubvorgang des Kükens
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- GehäuseoberteilHousing top
- 22
- GehäuseunterteilHousing bottom
- 33
- Antriebswelledrive shaft
- 44
- AntriebshohlzylinderDrive hollow cylinder
- 55
- Abtriebszylinderdriven cylinder
- 66
- Spindelspindle
- 77
- Kükenchick
- 88th
- Küken-Spindel-EinheitChick spindle unit
- 9.19.1
- Betätigungsrollenactuating rollers
- 9.29.2
- Betätigungsrollenactuating rollers
- 1010
- Kurvenbahncam track
- 1111
- Kurvenbahncam track
- 1212
- Gehäusecasing
- 12.112.1
- Oberer GehäusedeckelUpper housing cover
- 12.212.2
- Unterer GehäusedeckelLower housing cover
- 1313
- Zapfenspigot
- 1414
- Wälzlagerroller bearing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- GB 461653 [0012] GB 461653 [0012]
- GB 595700 [0015] GB 595700 [0015]
Claims (5)
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DE201210014515 DE102012014515A1 (en) | 2012-01-04 | 2012-07-23 | Arrangement for driving stopcock using cone plug, has driven cylinder, which is connected to upper end of spindle in rotationally fixed manner, which carries tapered plug at lower end |
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DE102012000082 | 2012-01-04 | ||
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-
2012
- 2012-07-23 DE DE201210014515 patent/DE102012014515A1/en not_active Withdrawn
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Effective date: 20150203 |