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Die Erfindung betrifft eine Absperrarmatur, insbesondere aus Kunststoff, für Rohrleitungen, mit einem Rohrstück, dessen Wandung einen Durchflussraum umgibt und von einer Spaltartigen Öffnung durchsetzt ist, mit quer zur Durchflussrichtung orientierten Führungen, die in der spaltartigen Öffnung münden und eine Bewegungsbahn für ein plattenartiges Absperrorgan definieren, mit einem plattenartigen Absperrorgan, welches durch die spaltartige Öffnung entlang der Führungen in den Durchflussraum einbringbar ist und einen in Strömungsrichtung vorn liegenden ersten Rohrabschnitt von einem in Strömungsrichtung hinten liegenden zweiten Rohrabschnitt durchflussverhindernd zu trennen in der Lage ist, mit zumindest einer Absperrdichtung, die an einer quer zur Durchflussrichtung ausgerichteten Sperrfläche des Absperrorgans anliegt und den ersten Rohrabschnitt gegen den zweiten Rohrabschnitt abdichtet, mit einer Aufnahmetasche, die in einer Ebene mit der spaltartigen Öffnung und unterhalb einer Sohle des Durchflussraumes angeordnet ist und in welcher das Absperrorgan in einer Geschlossenstellung einsitzt.
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Gattungsgemäße Absperrarmaturen werden landläufig auch häufig als Schieber oder Plattenschieber bezeichnet und dienen dazu, den Durchfluss von Fluiden durch Rohrleitungen zu unterbrechen. Das Absperrorgan in Form einer Platte wird durch eine Öffnung in der Rohrwandung in den Durchflussraum hineingeschoben, wobei in der Regel dies über einen Spindeltrieb erfolgt. Da der Durchflussraum in der Regel einen runden Querschnitt hat, der Schieber – sprich das Absperrorgan – Prinzip bedingt jedoch keine runde Querschnittskontur aufweisen kann, gibt es unterhalb der spaltartigen Öffnung der Rohrwandung einen Totraum, der hier auch als Aufnahmetasche bezeichnet wird. In diesen taucht das Absperrorgan mit seinem dem Spindelabtrieb abgewandten Ende ein, um den Querschnitt des Durchflussraumes vollständig durchsetzen zu können. Elastomerdichtungen sind im Übergang zwischen Rohrwandung und Absperrorgan angeordnet, um die fertigungs- und funktionsbedingten Spalte zwischen Schieber und Rohrinnenraum abzudichten, um den Durchfluss im Idealfall vollständig zu verhindern, wenn sich das Absperrorgan in Geschlossenstellung befindet.
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Der Fokus der Erfindung liegt insbesondere auf einer Absperrarmatur, deren wesentliche Teile aus Kunststoff hergestellt sind, insbesondere mit einem aus Kunststoff hergestellten Absperrorgan. Kunststoff als Material ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft, da es in höchstem Maße korrosionsbeständig ist. Darüber hinaus ist das Material in der Regel wesentlich leichter als entsprechende Metall-Armaturen. Kunststoffarmaturen lassen sich darüber hinaus vergleichsweise einfach auch in kleineren Serien fertigen und ermöglichen deshalb an individuelle Erfordernisse im Rohrleitungsbau angepasste Lösungen.
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Bei der Konstruktion von Kunststoffarmaturen sind jedoch werkstoffbedingt eine ganze Reihe vollkommen anderer Anforderungen zu stellen als bei der Konstruktion von Metallarmaturen. Der Werkstoff Kunststoff ist im Gegensatz zu üblicherweise verwendetem Metall vergleichsweise weich, bedarf spezieller konstruktiver Lösungen bei höheren Rohrinnendrücken, wobei insbesondere das sogenannte Fließverhalten des Kunststoffes unter dauerhafter Lastaufnahme ein konstruktives Problem darstellt.
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Druckschriftlich belegt sind Absperrarmaturen aus Kunststoff in der
DE 10 2009 041 054 B4 und
DE 10 2012 013 151 B3 . Zudem ist aus
DE 34 23 563 A1 ein Schieber bekannt, welcher zwei gegeneinander wirkende Absperrorgane enthält, die jeweils eine Stelleinrichtung zum bewegen des jeweiligen Absperrorgans aufweisen. Ähnliches ist auch in
US 4,531,539 A offenbart.
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Ein allgemein bekanntes Problem bei gattungsgemäßen Absperrarmaturen bildet die sogenannte Aufnahmetasche, in welche das Absperrorgan in Geschlossenstellung eintaucht. Diese ist fluiddurchspült, so dass sich dort je nach geführtem Fluid über kurz oder lang Partikel ansammeln, die zu Inkrustationen führen. Vor dem Hintergrund der Materialwahl Kunststoff bildet dies ein besonderes Problem. Wo metallene Absperrorgane gegenüber solchen Inkrustationen vergleichsweise unempfindlich sind, stellt sich die Situation bei Kunststoffabsperrorganen anders dar. Hier können schon geringe Ablagerungen zu Beschädigungen des Absperrorganes führen, die die Dichtigkeit massiv beeinflussen.
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Die
DE 10 2012 013 151 B3 versucht das Problem zu umgehen, indem die Form der am Schieber anliegenden Absperrdichtungen derart geschickt gewählt ist, dass der Totraum – sprich die Aufnahmetasche – durch das in der Rohrleitung geführte Fluid freigespült wird. Darüber hinaus trifft das Absperrorgan mit seiner zur Sohle des Durchflussraumes weisenden Stirnseite auf eine Dichtung auf, die elastisch ist. Die Verformung dieser letztgenannten Dichtung beim Schließen des Absperrorgans erleichtert das Ablösen von Schmutzpartikeln und schützt den Schieber in gewissem Maße vor Beschädigungen, da sich die Dichtung um Schmutzpartikel herumlegen kann und diese sich nicht in das vergleichsweise härtere Kunststoffmaterial hinsetzen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Absperrarmatur gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei welcher das Absperrorgan möglichst weitgehend vor Beschädigungen durch Schmutzpartikel und Ablagerungen geschützt ist, insbesondere bei Absperrarmaturen mit Absperrorganen aus Kunststoff.
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Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung von einer Absperrarmatur mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere dessen kennzeichnenden Merkmalen, wonach das Absperrorgan in ein Absperrelement und ein Anschlagelement zweigeteilt ist, wobei das Anschlagelement in Offen- und Geschlossenstellung in der Aufnahmetasche einsitzt und lediglich das Absperrelement in die durchflussverhindernde Geschlossenstellung verbringbar ist, das Anschlagelement innerhalb der Aufnahmetasche entlang der Bewegungsbahn des Absperrorgans beweglich gelagert ist.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Anschlagelement in der Aufnahmetasche einsitzt und so den Totraum, in welchem sich üblicherweise Schmutz ablagert, füllt. Auf diese Weise wird eine Schmutzablagerung im Wesentlichen vermieden. Um eine vollständige Sperrwirkung zu erreichen, ist das Anschlagelement innerhalb der Aufnahmetasche jedoch entlang der Bewegungsbahn des Absperrorgans beweglich gelagert. Trifft also das Absperrelement beim Schließen der Armatur auf das Anschlagelement, wird dieses in die Aufnahmetasche hineinverdrängt, so dass das Absperrelement folgen kann und seinerseits so weit in die Aufnahmetasche eintaucht, dass eine den Fluiddurchfluss sicher verhindernde Geschlossenstellung erreichbar ist.
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Beim Öffnen der Armatur kann das Anschlagelement aufgrund der beweglichen Lagerung wieder in seine Ursprungsposition zurückkehren und den Totraum – sprich die Aufnahmetasche – gegenüber dem Durchflussraum verschließen und Ablagerungen vermeiden.
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Deshalb ist vorgesehen, dass das Anschlagelement und das Absperrelement über Verbindungsstücke miteinander über einen Teilweg in Öffnungsrichtung miteinander bewegungsgekoppelt sind, damit die Öffnungsbewegung des Absperrelementes das Anschlagelement nachzieht.
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Um eine Inkrustation durch Ablagerungen wirksam zu vermeiden ist vorgesehen, dass eine dem Absperrelement zugewandte Stirnfläche des Anschlagelementes in Offenstellung des Absperrelementes ebenengleich mit der Sohle des Durchflussraumes angeordnet ist, insbesondere wenn ein Teilabschnitt der Stirnfläche des Anschlagelementes formkongruent mit der Innenumfangsfläche der Rohrwandung ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist gewährleistet, dass das Anschlagelement gleichsam einen beweglichen Teil der Rohrwandung darstellt und selbst mit seiner dem Absperrelement zugewandten Stirnfläche einen Teil der Sohle des Durchflussraumes bildet. Auf diese Weise ist der Totraum weitestgehend zu eliminieren.
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Wie bereits erwähnt, ist vorgesehen, dass zumindest das Rohrstück und das Absperrorgan aus Kunststoff gebildet sind.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Verbindungsstücke als bewegungsbahnparallele Zugstangen ausgebildet sind, entlang derer das Absperrelement in Geschlossenstellung freigängig bewegbar ist, bei Bewegung in Offenstellung jedoch eine Zugkraft aufbringt, welche das Anschlagelement in die Sohlenebene verbringt.
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Wenn vorgesehen ist, dass das Anschlagelement in Geschlossenstellung des Absperrelementes unterhalb der Absperrdichtung angeordnet ist, insbesondere, wenn auch die Absperrdichtung in Offenstellung des Absperrelementes an einer quer zur Durchflussrichtung ausgerichteten Fläche des Anschlagelementes anliegt, ist gewährleistet, dass die Absperrdichtung im Bereich der Aufnahmetasche durch das Anschlagelement frei von Ablagerungen gehalten ist.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher die einander zugewandten Stirnseiten von Absperrelement und Anschlagelement inkongruent zueinander ausgebildet sind und bei gegenseitiger Anlage wenigstens einen Durchflussspalt ausbildet.
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Die Forminkongruenz der Stirnseiten von Absperrelement und Anschlagelement und der so gebildete Durchflussspalt erhöht die Spülwirkung in den kritischen Bereichen, indem die beim Schließen der Absperrarmatur entstehenden Spalte einen Abschnitt mit sehr hoher Durchflussgeschwindigkeit bilden. Bei geschickter Anordnung der Spalte kann eine optimale Durchspülung zwangsläufig verbleibender Toträume im Übergang zwischen Aufnahmetasche und Führung gewährleistet werden. Sofern Ablagerungen erhalten bleiben, insbesondere im Bereich des Übergangs zur Führung des Absperrorgans, sammeln sich diese in den Durchflussspalten und führen nicht zu einer Beschädigung des Absperrelementes.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem auch weitere Vorteile der Erfindung hervorgehen.
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Es zeigen:
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1 Eine erfindungsgemäße Absperrarmatur in Gesamtansicht,
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2 eine Schnittdarstellung der Absperrarmatur gemäß 1 quer zur Durchflussrichtung,
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3 die Darstellung gemäß 2 in perspektivischer Ansicht mit geschlossenem Absperrorgan,
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4 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Absperrarmatur mit Schnittebene in Durchflussrichtung und geöffnetem Absperrorgan,
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5 die Darstellung gemäß 4 mit geschlossenem Absperrorgan.
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In den Figuren ist eine erfindungsgemäße Absperrarmatur insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen und in 1 in perspektivischer Gesamtansicht dargestellt.
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Die Absperrarmatur 10 umfasst zunächst ein Rohrstück 11 mit einer Rohrwandung 12, die einen Durchflussraum 13 umgibt.
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Das Rohrstück 11 läuft an seinen axialen Enden in jeweils einem Ringbund 14 aus, auf welchem ein Losflansch 15 zur jeweiligen Kopplung mit Rohrleitungen angeordnet ist. Die Oberseite der Absperrarmatur 10 wird von einem Dom 16 gebildet, innerhalb dessen die wesentlichen Elemente der Absperrmechanik angeordnet sind. Eine Domkappe 17 verschließt den Dom 16 und trägt ein Handrad 18 zur Bedienung der Absperrmechanik. Auf der dem Dom 16 abgewandten Unterseite trägt das Rohrstück 11 eine hier im Ausführungsbeispiel zu Montage- und Wartungszwecken demontierbare Basis 19.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die Absperrarmatur 10, der Durchflussraum 13 erstreckt sich in die Papierebene hinein. Dargestellt ist in dieser Schnittansicht zunächst das insgesamt mit 20 bezifferte Absperrorgan, bei welchem es sich um einen plattenartigen Schieber handelt. Das Absperrorgan 20 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst ein Absperrelement 21 sowie ein Anschlagelement 22. Dargestellt ist hier die Offenstellung der Absperrarmatur 10. Das Rohrstück 11 bildet in seiner Wandung 12 eine spaltartige Öffnung 24 aus, die oberhalb der Sohle 23 des Durchflussraumes 13 angeordnet ist. Das in Offenstellung im Wesentlichen innerhalb des Doms 16 befindliche Absperrelement 21 wird durch diese spaltartige Öffnung 24 über eine mit dem Handrad 18 verbundene Spindel 25 in den Durchflussraum 13 durchflussverhindernd in Schließrichtung S eingeschoben. Das Anschlagelement 22 hingegen sitzt innerhalb einer von der Rohrwandung 12 gebildeten Aufnahmetasche 26 ein, wobei die dem Absperrelement 21 zugewandte Stirnseite des Anschlagelementes 22 ebenengleich mit der Sohle 23 des Durchflussraumes 13 angeordnet ist.
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Die Aufnahmetasche 26 erstreckt sich bis in die Basis 19 hinein, so dass in Offenstellung der Absperrarmatur 10 bzw. des Absperrelementes 21 unterhalb des Anschlagelementes 22 ein Ausweichraum 27 gebildet ist.
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Im Bereich der spaltartigen Öffnung 24 ist in Durchflussrichtung vor und hinter dem Absperrelement 21 in das Rohrstück 11 eine Innenumfangsnut 28 eingearbeitet, in welche jeweils ein ringförmiges Dichtungspaket als Sperrdichtung 29 eingelegt ist. Zudem ist das Anschlagelement 22 gegenüber der die Aufnahmetasche 26 bildenden Wand über eine umlaufende Ringdichtung 30 abgedichtet, so dass ein Fluideintritt in den Ausweichraum 27 weitestgehend vermieden ist.
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Schließlich sieht eine alternative Ausführungsform vor, dass im Ausweichraum 27 ein geschlossenzelliger Elastomer angeordnet ist, der in Offenstellung der Absperrarmatur 10 den Ausweichraum 27 ausfüllt und das Eindringen von Partikeln verhindert. Beim Schließen komprimiert das Anschlagelement 22 den Elastomer.
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2 zeigt, dass die dem Absperrelement 21 zugewandte Stirnfläche des Anschlagelementes 22 in einem Teilbereich formkongruent zur Innenwandung des Rohrabschnittes 11 ausgebildet ist, hier als einen Teilkreisabschnitt ausbildet. Beidseitig an den Teilkreisabschnitt schließen sich zur Sohle 23 des Durchflussraumes 13 hin geneigte Flächenabschnitte an.
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Die dem Anschlagelement 22 zugewandte Stirnseite des Absperrelementes 21 ist hingegen in ihrem zentralen Abschnitt mit einem etwa konvexen Vorsprung versehen, der dazu geeignet ist, in den teilkreisartig konkaven Abschnitt des Anschlagelementes 22 einzutauchen.
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An der dem Durchflussraum 13 abgewandten Oberseite trägt das Absperrelement 21 einen ersten Anker 31, das Anschlagelement 22 trägt auf seiner dem Durchflussraum 13 abgewandten Unterseite einen zweiten Anker 32. Beidseitig des Durchflussraumes 13, parallel zur Bewegungsbahn des Absperrorgans 20 ausgerichtet und neben dem Absperrorgan – bestehend aus Absperrelement 21 und Anschlagelement 22 – sind Verbindungsmittel in Form von Zugstangen 33 angeordnet. Jede Zugstange 33 ist gleitbeweglich in einer Bohrung 34 des Rohrstücks 11 gelagert.
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Jede Zugstange ist mit dem ersten Anker 31 einerseits und dem zweiten Anker 32 andererseits wie folgt teilbewegungsgekoppelt:
Der erste Anker 31 umfasst für jede Zugstange 33 je eine erste Gleitöffnung 35, die jeweils von einer der Zugstangen 33 durchsetzt ist. Der zweite Zuganker 32, welcher dem Anschlagelement 22 zugeordnet ist, ist mit jeder der Zugstangen 33 fest verbunden. Die zwei Enden einer jeden Zugstange 33 tragen auf der dem Durchflussraum 13 abgewandten Seite des ersten Ankers 31 Stoppelemente 37. Diese sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf Seiten des ersten Ankers als Muttern 38 dargestellt.
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Das Absperrelement 21 und das Anschlagelement 22 sind entlang einer gemeinsamen Bewegungsbahn – die der Bewegungsbahn des Absperrorgans 20 entspricht – zueinander relativ beweglich an den Zugstangen 33 gehalten.
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Das Absperrorgan 20 wird durch Drehen des Handrades 18 und der daran angeordneten Spindel 25 in Geschlossenstellung bewegt. Diese ist in den 3 und 5 dargestellt. Zunächst bewegt sich lediglich das Absperrelement 21 entlang seiner Bewegungsbahn in Schließrichtung S. Die Zugstangen 33 bewegen sich zunächst nicht innerhalb ihrer Bohrungen 34, da ihre Stoppelemente 37 in Form der dargestellten Muttern 38 in Schließrichtung S oberhalb des ersten Ankers 31 angeordnet sind, so dass der Anker 31 keinerlei Wirkung auf die Stoppelemente 37 entfalten kann. Vielmehr gleiten die Zugstangen 33 von der Bewegung in Schließrichtung S unbeeinflusst durch die ersten Gleitöffnungen 35 des ersten Ankers 31. Das Absperrelement 21 verringert auf seinem Schließweg den Rohrquerschnitt und trifft schließlich auf das Anschlagelement 22 auf. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, sind die einander zugewandten Stirnseiten von Anschlagelement 22 und Absperrelement 21 forminkongruent und bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel 3 Durchflussspalte 40. Die Durchflussspalte 40 sind in den Bereichen gebildet, in welchen sich während des üblicherweise freigegebenen Durchflusses Ablagerungen bilden würden und/oder Schmutzpartikel sich ansammeln. Die beim Schließen des Absperrorgans 20 sich kontinuierlich verringernden Querschnitte erhöhen die Durchflussgeschwindigkeit, die schließlich ihr Maximum im Bereich der Durchflussspalte 40 entwickelt. Hierdurch wird in den von Ablagerungen betroffenen Bereichen eine sehr gute Spülwirkung erzielt.
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Um nun einen vollständigen Durchfluss zu verhindern, wird das Absperrelement 21 weiter in Schließrichtung S bewegt. Dabei verdrängt das Absperrelement 21 das Anschlagelement 22 des Absperrorgans 20 in Schließrichtung S tiefer in die Aufnahmetasche 26 und insbesondere in den Ausweichraum 27 hinein. Das Absperrelement 21 schiebt sich so vollständig in den Durchflussraum 13 hinein und taucht selbst in die Aufnahmetasche 26 ein. Der zweite Anker 32 des Anschlagelementes 22 zieht nunmehr die Zugstangen 33 mit in Schließrichtung S. Sobald die Ringdichtung 30 vollständig auf der quer zur Durchflussrichtung angeordneten Sperrfläche des Absperrelementes 21 aufliegt, ist der Durchfluss unterbrochen und die Geschlossenstellung erreicht.
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Bei Bewegungsumkehr in Öffnungsrichtung O wird das Absperrelement 21 über die Spindel zunächst in Richtung Dom 16 bzw. Domkappe 17 aus dem Durchflussraum 13 herausgehoben. Zunächst gleiten die Zugstangen 33 durch die ersten Gleitöffnungen 35 hindurch, der erste Anker 31 hat keine Wirkung auf die Zugstangen 33. Das Anschlagelement 22 verbleibt tief einsitzend in der Aufnahmetasche 26 unterhalb der Sohle 23 des Durchflussraumes 13. Es entsteht somit eine Vertiefung, in die während der Öffnungsbewegung möglicherweise Schmutzpartikel eindringen können. Ab einem gewissen Grad des Öffnungszustandes schlägt der erste Anker 31 auf die als Muttern 38 ausgebildeten ersten Stoppelemente 37 der Zugstangen 33 an. Eine fortgesetzte Öffnungsbewegung nimmt nunmehr die Zugstangen 33 in Öffnungsrichtung O mit. Da die Zugstangen 33 am zweiten Anker 32 des Anschlagelementes 22 befestigt sind, wird dieses ebenfalls in Öffnungsrichtung O bewegt und innerhalb der Aufnahmetasche 26 angehoben, bis es mit Abschluss der Öffnungsbewegung wieder sohlengleich in der in den 2 und 4 dargestellten Stellung angeordnet ist. Eventuell in der kurzzeitig vorhandenen Vertiefung gefangene Schmutzpartikel werden beim Anheben des Anschlagelementes in den Durchflussraum 13 zurück befördert und vom Fluidstrom fortgespült.
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Zusammenfassend offenbart die Erfindung, eine vorteilhafte Absperrarmatur 10, bei welcher Ablagerungen, welche die Schließfunktion zu beeinträchtigen in der Lage sind, wirksam vermieden werden. Hierzu dient zunächst das zweigeteilte Absperrorgan 20, dessen Anschlagelement 22 die Aufnahmetasche 26 ebenengleich mit der Sohle 23 des Durchflussraumes füllt. Ferner werden beim Schließen zwischen Anschlagelement 22 und Absperrelement 21 definierte Durchflussspalte geschaffen, die eine hohe Spülwirkung ablagerungsgefährdeter Stellen bewirken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Absperrarmatur
- 11
- Rohrstück
- 12
- Rohrwandung
- 13
- Durchflussraum
- 14
- Ringbund
- 15
- Losflansch
- 16
- Dom
- 17
- Domkappe
- 18
- Handrad
- 19
- Basis
- 20
- Absperrorgan
- 21
- Absperrelement
- 22
- Anschlagelement
- 23
- Sohle
- 24
- spaltartige Öffnung
- 25
- Spindel
- 26
- Aufnahmetasche
- 27
- Ausweichraum
- 28
- Innenumfangsnut
- 29
- Sperrdichtung
- 30
- Ringdichtung
- 31
- erster Anker
- 32
- zweiter Anker
- 33
- Zugstange
- 34
- Bohrung
- 35
- erste Gleitöffnung
- 37
- Stoppelement
- 38
- Mutter
- 40
- Durchflussspalt
- S
- Schließrichtung
- O
- Öffnungsrichtung
