-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die automatische Betätigung eines Ventilkopfes eines Absperrventils nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs und ein automatisch antreibbares Absperrventil.
-
Nahezu alle Häuser in den entwickelten Ländern verfügen über einen Hauswasseranschluss. Dieser kann über ein Hauptabsperrventil - meist in einem Hausanschlussraum gelegen - abgestellt werden, um Reparaturen an Wasserleitungen oder den Austausch von Wasserzählern zu ermöglichen sowie den bestimmungswidrigen Austritt von Wasser infolge eines Defektes zu verhindern.
-
Von Ausnahmen bei Industrieanlagen abgesehen werden diese Hauptabsperrventile manuell über ein Handrad betätigt.
-
Im Zuge der Automatisierung von Häusern und hier insbesondere dem Schutz vor bestimmungswidrigem Austritt von Wasser soll die Wasserzufuhr elektrisch durch Steuersignale unterbrochen werden können. Da es bisher noch keine für den Einsatz in Häusern vorgesehenen elektrisch betreibbaren Absperrventile gibt, werden heute in der Regel zusätzliche elektrisch betreibbare Absperrventile - als Magnetventile oder motorgesteuerte Kugelhähne in die Wasserzufuhr installiert. Die dafür notwendige Unterbrechung der Wasserversorgung sowie die Notwendigkeit, den Einbau durch eine Fachkraft des Installationshandwerkes durchführen zu lassen, setzen der Verbreitung derartiger Lösungen enge Grenzen.
-
Die hier beschrieben Vorrichtung nutzt den bereits im Haus verbauten Absperrhahn und ergänzt ihn durch eine Motorsteuerung. Damit entfällt die kostenintensive Installation eines zusätzlichen Absperrventils.
-
Absperrarmaturen werden heute typischer Weise durch sogenannte Schrägsitzventile realisiert, meist gleich in Verbindung mit einem sogenannten gesetzlich vorgeschriebenen Rückflussverhinderer. Bei einem Schrägsitzventil wird das Wasser durch eine schräg im Rohr sitzende runde definiere Öffnung geschickt. Die schräge Anordnung ist strömungstechnisch sinnvoll. Über dieser Öffnung wird - verbunden mit einer Spindel - eine Gummidichtung bewegt, die im Schließfall auf die Öffnung gedrückt wird und im öffnenden Fall von der Öffnung wegbewegt wird. Diese Spindel ist aus der Armatur herausgeführt und wird direkt von einem Handrad aus bedient. Die Umwandlung der Drehbewegung in eine lineare Bewegung erfolgt durch ein Gewinde, das sowohl auf der Spindelachse als auch im Gehäuse der Armatur angebracht ist.
-
In der technischen Realisierung bestehen die Schrägsitzventile aus dem genormten Ventilkörper mit der ebenfalls genormten Aufnahme für den Ventil-Kopf. Der Ventilkopf besteht aus der Gummidichtung, der Spindel, dem mit der Spindel verbundenen Gehäuseteil sowie dem Handrad. Moderne Lösungen fügen dem Ventilkopf noch eine Selbstschmierung bei, um die Leichtgängigkeit auch nach vielen Jahren im Einsatz zu gewährleisten.
-
Da die Ventilköpfe außerhalb des Ventilkörpers nicht genormt sind, existiert hier eine Vielzahl von Varianten, die sich durch ihre mechanische Dimensionierung und auch durch die Bewegung der Spindelachse unterscheiden. Es gibt Ventilköpfe, bei denen das Öffnen/Schließen des Ventils zu einer sich hebenden/senkenden Spindelachse führt. Andere Realisierungen halten die Spindelachse und damit das Handrad unabhängig vom Öffnungsgrad des Ventils in der gleichen Position.
-
Die
DE 10 2017 117 904 A1 beschreibt einen Ventilkörper für ein Schrägsitzventil mit einem als Handantrieb ausgebildeten Antrieb.
-
In der
DE 44 123 75 A1 wird ein Absperrventil offenbart, bei dem die Hubbewegung des Ventilkörpers durch einen Stellmotor gesteuert wird. Das hier offenbarte Schrägsitzventil ist derart ausgebildet, dass der Strömungskanal von einem im Bereich des Anschlussstutzens runden in einen etwa im Bereich des Ventilkörpers, also jenseits des Ventilsitzes liegenden ringförmigen Querschnitt übergeht, um dann in einen etwa U-förmigen Querschnitt einzulaufen, der schließlich wieder in einen kreisrunden Querschnitt übergeht. Dieser durch die U-förmig im Strömungskanal angeordnete innerhalb des V-Profiles liegende Freiraum wird zur räumlichen Integration des Stelltriebes, insbesondere des Stellmotors in das Ventilgehäuse genutzt. Die Installation eines solchen Absperrventils ist technisch aufwendig und erfordert Fachkenntnisse und den Einsatz einer Fachkraft des Installationshandwerkes.
-
Die
EP 3 070 380 A1 offenbart einen Ventilantrieb mit einer über einen Motor antreibbaren Antriebswelle. Bei dieser Lösung werden die Antriebskräfte des Motors über zahlreiche Zahnräder und Wellen auf die Antriebswelle übertragen. Die Vorrichtung weist einen sehr umfangreichen konstruktiven Aufbau auf und ist nicht auf alle gängigen Absperrventile nachrüstbar.
-
Die
DE 20 2006 018 756 U1 beschreibt ein elektromotorisch angetriebenes Ventil, bei welchem eine Schaltung zumindest einen Wechselschalter umfasst, mittels welchem der Gleichstrom-Elektromotor in einer ersten Schaltposition in Serienschaltung mit einem Kondensator an die Stromversorgungseinrichtung angeschlossen ist, und mittels welchem der Elektromotor in einer zweiten Schaltposition parallel zum Kondensator und abgekoppelt von der Stromversorgungseinrichtung geschaltet ist.
-
Die
DE10 2011 055 759 B4 betrifft ein Wasser- und/oder Gasschutzsystem für ein Gebäude, wobei eine Auswerte und Steuereinheit vorgesehen ist, der wenigstens eine Sensoreinheit zugeordnet ist, die Wasser und/oder Erdgas detektieren kann, wobei der Auswerte und Steuereinheit wenigstens eine motorisch angetriebene Stellvorrichtung zugeordnet ist, die zur mechanischen Kopplung mit einer im oder am Gebäude vorhandenen Absperrventil für Wasser oder Erdgas vorgesehen ist. Dabei weist die Stellvorrichtung einen Spindelantrieb auf, wobei eine in Achslagern gelagerte Spindelachse durch den Antrieb angetrieben wird, auf welcher ein Spindelläufer in Zwangsführung läuft, wobei am Spindelläufer Eingriffsfortsätze als Mitnehmer ausgebildet sind. Der Antriebsmotor ist hier über ein Getriebe mit dem Ventil gekoppelt, was die Ausgestaltung mechanisch aufwendiger macht.
-
Die
DE 91 016 33 U1 betrifft eine elektromotorische Betätigungsvorrichtung für Absperrventile, welche vornehmlich im Sanitärbereich eingesetzt wird. Dabei besteht die Betätigungsvorrichtung aus einer gekapselten E-Motor-Getriebe-Einheit, deren Antriebswelle koaxial zur Ventilwelle verläuft. Das Gehäuse der E-Motor-Getriebe-Einheit ist an eine Kupplungshülse angeflanscht, die wiederum drehfest auf den Mehrkant des Ventilgehäuses aufsteckbar ist. Die relative Stellung der Ventilwelle wird dabei mittels eines, zwischen E-Motor-Getriebe-Einheit und Kupplung befindlichen, Potentiometers erfasst.
-
In der
DE 93 00 197 U1 wird ein von manueller auf selbstständige Betriebsweise umrüstbares Absperrventil, insbesondere Kugelventil, offenbart. Für die selbstständige Betriebsweise ist dabei ein pneumatischer Antrieb vorgesehen.
-
Aus der
DE 51 12 75 C ist ein selbsttätiger Antrieb für Absperrventile bekannt, mit dem durch eine motorisch getriebene Welle, deren Drehbewegung durch ein Getriebe auf die nur axial verschiebbare Ventilspindel übertragen wird. Die Bewegungsübertragung der Welle auf das Ventil erfolgt dabei über eine Nutentrommel, deren Steuernut zum Ventil so gestaltet ist, dass dieselbe bei Drehung der Welle die axial bewegliche Ventilspindel auf wechselweises Schließen und Öffnen des Ventils bewegt. Auch diese Ausführungsform ist nicht ohne weiteres für gängige Absperrarmaturen nachrüstbar.
-
Alle vorbekannten Lösungen sind entweder konstruktiv sehr aufwendig und/oder nicht ohne weiteres auf alle gängigen Absperrventile nachrüstbar. Ein flexibler Einsatz an eine Vielzahl von bekannten Schrägsitzventilen ist derzeit bei keiner der Lösungen realisierbar.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für die automatische Betätigung eines Ventilkopfes eines Absperrventils und ein automatisch antreibbares Absperrventil zur Verfügung zu stellen, welches einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und ohne größeren Aufwand an gängigen und bereits verbauten Absperrventilen installiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung für die automatische Betätigung eines Ventilkopfes eines Absperrventils mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs und durch ein automatisch antreibbares Absperrventil mit den Merkmalen des neunten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung für die elektromotorische Betätigung einer Ventilspindel eines mit einem Ventilkopf versehenen Absperrventils gelöst, wobei die Vorrichtung einen Elektromotor mit einer Antriebswelle und ein den Elektromotor zumindest bereichsweise umgebendes Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse mittels einer Befestigungsstruktur an dem Ventilkopf des Absperrventils, befestigt ist oder insbesondere lösbar befestigbar ist und die Antriebswelle des Elektromotors direkt oder über ein Kupplungselement mit der Ventilspindel gekoppelt ist und der Elektromotor axial beweglich und drehfest im Gehäuse aufgenommen ist, derart, dass der Elektromotor in Abhängigkeit einer axialen Stellbewegung der Ventilspindel im Gehäuse axial verschiebbar ist.
-
Der Elektromotor ist dabei vorzugsweise als Motorblock ausgebildet, wobei bevorzugt in einem Motorgehäuse des Elektromotors ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe angeordnet ist, dessen Antriebswelle mit der Ventilspindel gekoppelt bzw. koppelbar ist.
-
Ist die Antriebswelle des Elektromotors über ein Kupplungselement mit der Ventilspindel gekoppelt, so ist das Kupplungselement bevorzugt starr und formschlüssig sowohl mit der Antriebswelle des Elektromotors, als auch mit der Ventilspindel verbunden.
-
Vorzugsweise ist an der ventilseitigen Stirnseite des Elektromotors eine Montageplatte angeordnet, welche über erste Formelemente mit korrespondierenden sich axial erstreckenden zweiten Formelementen des Gehäuses in Eingriff steht.
-
Die Montageplatte ist vorzugsweise starr und formschlüssig mit dem Motorgehäuse des Elektromotors verbunden. Dies kann durch Verschrauben oder Verschweißen oder andere geeignete, dem Fachmann bekannten Methoden erfolgt sein.
-
Die ersten Formelemente der Montageplatte sind dabei bevorzugt in Form von wenigstens zwei radial nach außen weisenden Vorsprüngen ausgebildet. Es ist denkbar, dass mehr als zwei radial nach außen weisende Vorsprünge ausgebildet sind, welche dann jedoch axialsymmetrisch über den Querschnitt der Montageplatte verteilt angeordnet sind.
-
Auch die zweiten Formelemente des Gehäuses sind vorzugsweise axialsymmetrisch über den Querschnitt des Gehäuses verteilt angeordnet.
-
Die nach außen weisenden Vorsprünge der Montageplatte greifen vorzugsweise in zweite Formelemente in Form von korrespondierenden Führungsnuten im Gehäuse ein. Ebenfalls denkbar ist, dass die an der Montageplatte angeordneten ersten Formelemente Führungsnuten sind, in welche wiederum die am Gehäuse angeordneten zweiten Formelemente, welche dann als Vorsprünge ausgebildet wären, eingreifen. Weiterhin ist denkbar, dass radial nach außen weisende Vorsprünge direkt am Motorblock des Elektromotors ausgebildet sind und in entsprechende Führungsnuten im Gehäuse eingreifen.
-
Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt bevorzugt im geschlossenen Zustand, ist jedoch auch im geöffneten des Ventils möglich.
-
Bevorzugt weist das Gehäuse wenigstens zwei gegenüberliegend angeordnete Aussparungen auf, in welche die Befestigungsstruktur eingreift.
-
Bei der Befestigungsstruktur handelt es sich vorzugsweise um eine Klemmvorrichtung.
-
Bevorzugt ist das Absperrventil ein Schrägsitzventil.
-
Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein automatisch antreibbares Absperrventil aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
Die spezielle Realisierung des elektromechanischen Antriebs, insbesondere die Dimensionierung der vorhandenen Bauelemente, ermöglicht einen flexiblen Einsatz an allen derzeit bekannten Schrägsitzventilen aber auch in anderen Ventilen mit einer Ventilspindel.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine Schnittzeichnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Ventilkopf eines Absperrventils entlang der Hauptachse;
- 2 eine Seitansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Ventilgehäuse eines Absperrventils;
- 4 eine schematische Darstellung des Motorblocks mit Montageplatte und Kupplungselement der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5 eine schematische Ansicht der Klemmvorrichtung in Verbindung mit dem Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
1 zeigt eine Schnittzeichnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Ventilkopf 1 eines Absperrventils entlang der Hauptachse L. Der Ventilkopf 1 ist an einem Rohr 8 angeordnet und weist eine Ventilspindel 1a und ein Unterteil 1b auf.
-
Ein Elektromotor 2 ist als Motorblock ausgebildet, wobei in einem Motorgehäuse des Elektromotors ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Planetengetriebe angeordnet ist, dessen Antriebswelle 3 (Antriebsachse) mit der Ventilspindel 1a gekoppelt ist. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Kopplung von Antriebswelle 3 und Ventilspindel 1a über ein Kupplungselement 6.
-
Der Elektromotor 2 ist von einem Gehäuse 4 umgeben, welches mittels einer Befestigungsstruktur 5 am Unterteil 1b des Ventilkopfes 1 befestigt ist.
-
An der ventilseitigen Stirnseite des Elektromotors 2 ist eine Montageplatte 7 angeordnet und über Verschraubungen starr und formschlüssig mit dem Motorgehäuse des Elektromotors 2 verbunden. Die Montageplatte weist zwei gegenüberliegende, sich radial nach außen erstreckende erste Formelemente 7a (Vorsprünge) auf.
-
Im Gehäuse 4 sind ebenfalls zwei gegenüber liegende, sich axial erstreckende zweite Formelemente in Form von Schlitzen/Führungsnuten ausgebildet. Die ersten Formelemente 7a der Montageplatte 7 greifen in die zweiten Formelemente 4a des Gehäuses 4 ein.
-
Weiterhin weist das Gehäuse 4 zwei sich gegenüberliegend angeordnete Aussparungen 4c auf, in welche die Befestigungsstruktur 5 eingreift. Bei der Befestigungsstruktur 5 handelt es sich um eine Klemmvorrichtung, mittels derer das Gehäuse 4 am Unterteil 1b des Ventilkopfes 1 befestigt ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung werden die Torsionskräfte von der Motorachse 3 über das starre formschlüssige Kupplungselement 6 auf die Ventilspindel 1a übertragen.
-
Ebenso werden die Torsionskräfte vom Motorgehäuse 2 auf die Montageplatte 7 übertragen, in der dargestellten Ausführungsform über eine formschlüssige starre Verschraubung, und von der Montageplatte 7 über die Führungsnuten 4a formschlüssig in Richtung der Rotation aber flexibel in Achsrichtung auf das Gehäuse 4. Vom Gehäuse 4 wiederum werden sie formschlüssig in Richtung der Rotation aber flexibel in Achsrichtung auf die Klemmvorrichtung 5 übertragen, die formschlüssig und starr mit dem Gehäuse 4 und mit dem Unterteil 1b des Ventilkopfes 1 verbunden ist.
-
Da der Ventilkopf 1a bei Torsion axial entlang der Achse L bewegt wird und dieser mit dem Elektromotor 2 gekoppelt ist, wird auch der Elektromotor 2 innerhalb des Gehäuses 4 axial entlang der Achse L bewegt, wobei die ersten Formelemente 7a der Montageplatte 7 die axiale Bewegung in den Führungsnuten 4a des Gehäuses 4 führen.
-
Der Motor selbst sowie die gesamte Mechanik ist streng axialsymmetrisch aufgebaut, so dass die mechanischen Verbindungen lediglich die zum Drehen des Ventils notwendigen Torsionskräfte sowie das Eigengewicht der Mechanik aufnehmen müssen.
-
2 zeigt eine Seitansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Erkennbar sind vor allem das Gehäuse 4 und der darin angeordnete Elektromotor 2. Im Gehäuse 4 verläuft axialsymmetrisch zur Hauptachse L die Führungsnut 4a, in welche das erste Formelement 7a der Montageplatte 7 eingreifen kann. Ebenfalls erkennbar ist die Befestigungsstruktur 5.
-
In 3 ist eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Ventilgehäuse eines Absperrventils dargestellt. Das zweite Formelement 4a erstreckt sich axial entlang des Gehäuses 4. Das erste Formelement 7a steht hier in Eingriff mit dem zweiten Formelement 4a.
-
An der ventilseitigen Stirnseite des Gehäuses 4 befinden sich Aussparungen 4c im Gehäuse 4, in welche die Befestigungsstruktur 5 eingreift. Mittels der Befestigungsstruktur 5 ist das Gehäuse 4 am Ventilkopf 1 lösbar befestigt.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung des Motorblocks des Elektromotors 2 mit Montageplatte 7 und Kupplungselement 6 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Montageplatte 7 ist fest mit dem Elektromotor 2 verbunden und weist zwei sich gegenüberliegende, radial nach außen erstreckende erste Formelemente 7a auf. Fest mit der hier nicht erkennbaren Antriebswelle des Elektromotors 2 ist das Kupplungselement 6 verbunden, welches die Torsionskräfte der Antriebswelle des Elektromotors 2 auf die hier nicht dargestellte Ventilspindel überträgt.
-
In 5 ist eine schematische Ansicht der Klemmvorrichtung 5 in Verbindung mit dem Gehäuse 4 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Im Gehäuse 4 sind zwei sich gegenüberliegende Aussparungen 4c angeordnet, in welche die Befestigungsstruktur 5 eingreift. Die hier dargestellt Befestigungsstruktur 5 ist eine Klemmvorrichtung, welche mit Hilfe zweier Schrauben 9 drehfest an den Mehrkant eines Ventilkopfes eines Absperrventiles angebracht werden kann.
-
Die erfindungsgemäße Lösung besteht somit im Wesentlichen aus nur vier mechanischen Komponenten:
- 1. Eine Basisklemme. Diese umfasst die bei allen Ventilköpfen zwecks Einbau notwendige Mutternartige Struktur am Fuß des Ventilkopfes.
- 2. Das Gehäuse, welches rohrförmig als Verbindungsrohr mit Führungsnuten ausgefoldet ist. Dies ist das Gehäuse des Antriebes und wird über eine geeignete Struktur mit der Basisklemme verbunden. Diese Verbindung überträgt sowohl die Torsionskräfte des Motors als auch das Gewicht des Antriebes auf den Ventilkörper
- 3. Der Motor selbst ist fest mit einer Montageplatte verbunden. Die Montageplatte verfügt über zwei Erweiterungen, die in den Führungsnuten des Verbindungsrohres je nach Position der Spindel auf- und niederfahren.
- 4. Der Adapter zwischen dem Ende der Ventilspindel und der Spindel des Antriebsmotors ist formschlüssig und starr.
-
Der Motor selbst sowie die gesamte Mechanik ist streng axialsymmetrisch aufgebaut so dass die mechanischen Verbindungen lediglich die zum Drehen des Ventils notwendigen Torsionskräfte sowie das Eigengewicht der Mechanik aufnehmen müssen.
-
Die Torsionskräfte wirken zwischen zwei Teilelementen:
- a) Zwischen Motorachse über den starren formschlüssigen Adapter direkt auf die Ventilspindel
- b) Zwischen Motorgehäuse über die formschlüssige starre Verschraubung auf die Montage platte. Von dort über die Führungsnuten formschlüssig in Richtung der Rotation aber flexibel in Achsrichtung auf das Führungsrohr. Vom Führungsrohr wiederum formschlüssig in Richtung der Rotation aber flexibel in Achsrichtung auf die Basisklemme, die formschlüssig und starr mit dem Gehäuse verbunden ist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen Anbau an alle gängigen Produkte am Markt.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird über eine Steuereinheit betätigt und ermöglicht das automatische Schließen oder Öffnen der Armatur.
-
Beispielsweise eine bei einer Leckage oder einem Rohrbruch, die über entsprechende Sensoren erfasst werden, die mit der Steuereinheit in Verbindung stehen, wird über die Steuereinheit ein entsprechendes Signal zum Schließen des Ventils weitergegeben, wodurch der an die Spannungsversorgung angeschlossene Motor in Schließrichtung rotiert, so dass das Ventil geschlossen wird.
-
Ist die Steuereinheit beispielsweise über eine kabellose Verbindung mit einem Smartphon, einem Tablet oder dergleichen verbunden, kann durch die über dieses Endgerät ausgewählte Funktion, die beispielsweise über eine App zur Verfügung steht, über die Steuereinheit ein Öffnen oder Schließen des Ventils veranlasst werden. Beispielsweise nach Antritt einer Urlaubsreise kann dann noch das Wasser abgestellt werden, wenn dies vergessen wurde.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ventilkopf
- 1a
- Ventilspindel
- 1b
- Unterteil des Ventilkopfes
- 2
- Elektromotor
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Gehäuse
- 4a
- zweite Formelemente
- 4c
- Aussparungen
- 5
- Befestigungsstruktur
- 6
- Kupplungselement
- 7
- Montageplatte
- 7a
- erste Formelemente
- 8
- Rohr
- 9
- Schrauben
- L
- Hauptachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017117904 A1 [0009]
- DE 4412375 A1 [0010]
- EP 3070380 A1 [0011]
- DE 202006018756 U1 [0012]
- DE 102011055759 B4 [0013]
- DE 9101633 U1 [0014]
- DE 9300197 U1 [0015]
- DE 511275 C [0016]
