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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Kugelhahnanordnung zur Verwendung in einer
Rohrleitung oder Rohrleitungsarmatur mit einem Einlass und einem
Auslass, enthaltend eine Kugel, die mit einem Durchgangskanal versehen
ist, ein Betätigungselement zum
Drehen der Kugel um eine Drehachse zwischen einer Betriebsstellung,
bei der eine Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass hergestellt
wird und einer Schließstellung,
insbesondere Prüf- und/oder
Wartungsstellung, bei der die Verbindung zwischen dem Einlass und
dem Auslass unterbrochen wird.
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Eine
solche Kugelhahnanordnung kann zum Beispiel zur hydraulischen Absicherung
von Trinkwassererwärmern
verwendet werden. In Trinkwassererwärmern wird Wasser erwärmt. Dabei
dehnt sich das Wasser aus. Über
eine Sicherheitsgruppe mit einer Ventilanordnung kann das Wasser
zur Vermeidung von Überdruck
abfließen.
Eine solche Ventilanordnung weist einen Rückflussverhinderer auf. Mit dem
Rückflussverhinderer
wird vermieden, dass erwärmtes
Trinkwasser zurück
in die Trinkwasserversorgung fließen kann. Verschiedene Vorschriften
machen es erforderlich, dass der Rückflussverhinderer in regelmäßigen Abständen gewartet,
zum Beispiel gereinigt, und geprüft
wird. Zu diesem Zweck ist vor und hinter dem Rückflussverhinderer eine Absperrung
vorgesehen. Wenn die Absperrungen geschlossen werden, kann der Rückflussverhinderer
ausgebaut und gewartet oder ersetzt werden. Zum Prüfen des
Rückflussverhinderers
wird nur die Absperrung stromaufwärts von dem Rückflussverhinderer
geschlossen. Dann kann an einem Prüfanschluss stromaufwärts von dem
Rückflussverhinderer
ermittelt werden, ob der Rückflussverhinderer
dicht ist. Vorzugsweise ist eine Wartung möglich, ohne dass die gesamte
Sicherheitsgruppe aus der Installation entfernt werden muss.
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Stand der Technik
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Unter
der Bezeichnung Syrobloc der Anmelderin ist eine solche Sicherheitsgruppe
bekannt. Es ist weiterhin bekannt, Rückflussverhinderer in der Kugel
eines Kugelhahns anzuordnen, der als Absperrung verwendet wird.
Nachteilig bei den bekannten Anordnungen ist es jedoch, dass der
Griff, mit dem der Kugelhahn betätigt
wird, in bestimmten Einbaulagen nur schwer zugänglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei welcher der Kugelhahn in jeder Einbaulage leicht
betätigbar ist.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, Druckschläge beim Schließen des
Kugelhahns zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass das Betätigungselement über einen
Ratschenmechanismus mit der Kugel verbunden ist, welcher eine Drehung
der Kugel nur in einer Richtung erlaubt. Der Ratschenmechanismus
erlaubt die schrittweise Betätigung
des Kugelhahns. Das Betätigungselement,
als ein Griff, Bügel
oder dergleichen braucht nur um einen kleinen Winkel bewegt werden. Es
kann ohne Kraftübertragung
zurück
in seine vorherige Lage bewegt werden. Die Kugel kann dann erneut
um einen weiteren kleinen Winkel bewegt werden. Der Ratschenmechanismus
erlaubt so die Drehung der Kugel um große Winkel bei kleinen Bewegungen
des Betätigungselements.
Das hat zwei Vorteile: das Betätigungselement
kann auch in Einbaulagen mit wenig Raum angeordnet werden. Weiterhin wird
der Kugelhahn durch die schrittweise Betätigung langsamer geschlossen.
Dadurch werden Druckschläge
vermieden, die bei schnellem Schließen auftreten und das Material
belasten.
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Vorzugsweise
ist der Drehwinkel des Ratschenmechanismus begrenzt. Das Betätigungselement
kann ein Bügel
sein, der sich zumindest teilweise um die Rohrleitung bzw. die Rohrleitungsarmatur herum
erstreckt. Ein solcher Bügel
ist unabhängig von
der Einbaulage betätigbar,
auch wenn die Rohrleitung zum Beispiel an einer Wand entlang verläuft.
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Der
Ratschenmechanismus kann in der Weise verwirklicht werden, dass
die Kugel über
ein Verbindungselement mit einem Ratschen-Zahnrad verbunden ist,
in welches ein fest mit dem Betätigungselement
verbundener, federbeaufschlagter Hebel eingreift und bei Bewegung
des Betätigungselements
in einer Richtung der Hebel das Zahnrad um einen korrespondierenden
Winkel dreht, während eine
Bewegung des Betätigungselements
in der entgegengesetzten Richtung ohne Drehung des Ratschen-Zahnrads
erfolgt.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kugel über zwei auf der Drehachse
der Kugel angeordnete Verbindungselemente mit zwei gleichlaufenden
Ratschen-Zahnrädern
verbunden und das Betätigungselement
wirkt mit beiden Ratschen-Zahnrädern
zusammen. Die Drehung der Kugel erfolgt dabei um eine Achse senkrecht
zur Fließrichtung
des Rohrs.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Betätigungselement
federbeaufschlagt und ein Anschlag vorgesehen, wobei die Federkraft
das Betätigungselement
in eine durch den Anschlag definierte Endstellung drängt.
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Vorzugsweise
ist die Kugel neben der Betriebsstellung in eine Wartungsstellung
drehbar, bei welcher der Rückflussverhinderer
durch den Stutzen ein- und ausbaubar ist. Der Stutzen kann auf der
dem Betätigungselement
abgewandten Seite angeordnet sein. Die Kugel wird so gedreht, dass
der in dem Durchgang der Kugel mit dem Stutzen fluchtet. Der darin
angeordnete Rückflussverhinderer
kann dann durch den Stutzen entnommen und gereinigt oder ersetzt
werden.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kugel neben der Betriebsstellung
in eine Prüfstellung drehbar,
bei welcher eine Verbindung zwischen dem Auslass und dem Durchgang
besteht und die Eingangsseite des Rückflussverhinderers mit dem
Stutzen verbunden ist. In dieser Stellung liegt nur der Ausgangsdruck,
aber kein Eingangsdruck am Rückflussverhinderers
an. Wenn der Rückflussverhinderer
leckt, fließt
Wasser zurück
durch den Rückflussverhinderer
in den Stutzen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst
die Anordnung einen lösbaren
ersten Stopfen mit größerem Durchmesser zum
Verschließen
des Stutzens und einen lösbaren zweiten
Stopfen zum Verschließen
einer Öffnung
des ersten Stopfens, wobei der Rückflussverhinderer
als Patrone in dem Durchgang ausgebildet ist, deren Außendurchmesser
den Ein- und Ausbau bei Lösen
des ersten Stopfens in der Wartungsstellung ermöglicht. Zum Warten wird der
erste Stopfen gelöst
und der Durchgang so gedreht, dass der Rückflussverhinderer entnommen
werden kann. Zum Prüfen
wird nur der zweite Stopfen mit kleinerem Durchmesser gelöst. Der
Rückflussverhinderer
kann dann zwar geprüft,
aber nicht entnommen werden.
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Vorzugsweise
weist die Kugel eine Kalotte, Delle oder sonstige Abflachung oder
nach innen gerichtete Wölbung
in der Oberfläche
an einer Stelle auf, die in der Prüfstellung an einer auslassseitigen Dichtung
eine Verbindung zwischen dem Durchgang und dem Auslass herstellt.
Durch die Kalotte wird in der Prüfstellung
die Verbindung zwischen dem Auslass und dem Inneren des Durchgangs
hergestellt. In allen anderen Stellen gelangt kein Wasser durch
die Kalotte in den Durchgang.
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In
einer besonders sinnvollen Verwendung wird die Kugelhahnanordnung
in einer Sicherheitsarmatur verwendet.
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Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist
nachstehend unter Bezugnahme auf das beigefügte Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Querschnitt durch eine Kugelhahnanordnung
mit Rückflussverhinderer
in Betriebsstellung parallel zur Durchflussrichtung.
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2 zeigt den Querschnitt aus 1, bei der sich die Kugelhahnanordnung
in Prüfstellung
befindet.
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3 zeigt den Querschnitt aus 1, bei der sich die Kugelhahnanordnung
in Wartungsstellung befindet.
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4 zeigt
ein Detail Y aus 1
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Bügels, mit dem der Kugelhahn
aus 1 bis 3 betätigt wird.
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6 ist
ein Querschnitt durch die Kugelhahnanordnung aus 1 in
Betriebsstellung senkrecht zur Durchflussrichtung.
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7 zeigt
ein Detail "X" aus 6.
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8 zeigt
den Ratschenmechanismus der Kugelhahnanordnung aus 1 im
Detail.
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9 ist
eine Explosionsdarstellung des Ratschenmechanismus der Kugelhahnanordnung aus 1.
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10 zeigt
eine vollständige
Außenansicht der
Kugelhahnanordnung aus 1, bei welcher
der Bügel
in seiner Anschlagsstellung ist.
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11 ist
die Ansicht aus 10 mit dem Bügel nach Betätigung des
Ratschenmechanismus.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht der Kugel der Kugelhahnanordnung aus 1.
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13 ist
eine Unteransicht mit der Federfixierung im Bügel
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1a ist
ein Querschnitt durch eine Kugelhahnanordnung 10 in Betriebsstellung
(s. auch 1b). Die Kugelhahnanordnung 10 ist
in einer Armatur vor einem Sicherheitsventil 12 angeordnet, über das
Wasser aus einem nicht dargestellten Trinkwassererwärmer bei Überdruck
abfließen
kann. Die Kugelhahnanordnung 10 umfasst ein Gehäuse 22 mit
einem Einlass 16 und einem Auslass 18. Der Einlass 16 wird
von einem Einlassstutzen 20 gebildet, der in ein Armaturengehäuse 22 eingesteckt
und mit einer Dichtung 24 abgedichtet ist. Der Einlassstutzen weist
ein Gewinde 26 auf, mit dem die Anordnung 10 an
die Rohrleitung (nicht dargestellt) einer Trinkwasserversorgung
angeschlossen wird. Auslassseitig ist ein Stutzen 28 an
das Gehäuse 22 angeformt.
Der Stutzen 28 weist ein Gewinde 30 auf, mit dem
die Anordnung 10 in die Rohrleitung eines Trinkwassererwärmers (nicht
dargestellt) geschraubt wird. In dem Gehäuse 22 ist ein allgemein
mit 32 bezeichneter Kugelhahn vorgesehen. Das Sicherheitsventil 12 ist stromabwärts von
dem Kugelhahn 32 angeordnet. Ebenfalls stromabwärts ist
ein Stutzen 34 an das Gehäuse 22 angeformt.
Der Stutzen 34 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Stopfen 36 verschlossen.
Hier besteht die Möglichkeit,
nach Entfernen des Stopfens 36 ein Ausdehnungsgefäß üblicher Bauart
anzuschließen. Über einen
Manometeranschluss 38 kann ein Manometer angeschlossen
und der Anlagendruck überprüf werden.
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Der
Kugelhahn 32 weist eine Kugel 40 und ein Betätigungselement
in Form eines Bügels 42 auf. Die
Kugel 40 sitzt in dem Gehäuse 22 unmittelbar hinter
dem Einlassstutzen 20 und ist mit einer Dichtung 44 und
einer Dichtscheibe 46 gegen diesen abgedichtet. Stromabwärts weist
das Gehäuse 22 innen
eine Ringschulter 48 mit einem Dichtring als Dichtung 50 auf.
Die Kugel 40 liegt zwischen der Ringschulter 48 und
dem stromabwärtigen
Teil des Einlassstutzens 20.
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Im
Inneren der Kugel 40 ist ein Durchgang 52 vorgesehen.
In dem Durchgang 52 sitzt ein Rückflussverhinderer 54 üblicher
Bauart. Der Rückflussverhinderer 54 ist
patronenförmig
ausgebildet und als ganzes auf noch zu beschreibende Art und Weise aus
dem Durchgang entfernbar. Wie in der in 1a gezeigten
Betriebsstellung gezeigt, sperrt der Rückflussverhinderer die Strömung in
Richtung des Einlasses und öffnet
für Strömung vom
Einlass 16 in Richtung des Auslasses 18. Eine
Ringschulter 56 mit einer Dichtung in der Kugel 40 bildet
den Ventilsitz des Rückflussverhinderers.
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In 1a ist
die Kugelhahnanordung 10 in der Betriebsstellung gezeigt.
Die Kugel 40 wurde mit dem Bügel 42 in noch zu
beschreibender Weise in eine Stellung bewegt, bei der der Durchgang 52 koaxial
mit dem Einlass 16 und dem Auslass 18 verläuft. Eine
Anzeige 60 zeigt dies, wie in 1b dargestellt, an.
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In 2 ist die Kugelhahnanordnung 10 in der
Prüfstellung
dargestellt. Die Anzeige 60 zeigt dies, wie in 2b dargestellt,
an. Die Kugel 40 wurde mit dem Bügel 42 um 90° um eine
Achse bewegt, die senkrecht zur Darstellungsebene verläuft. Der Durchgang 52 verläuft nun
senkrecht zur Durchflussrichtung zwischen Einlass 16 und
Auslass 18. Entsprechend liegt kein Eingangsdruck mehr
innerhalb des Durchgangs 52 an.
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Wie
in Detail „Z" und in 12 dargestellt,
ist in der Kugel eine Kalotte 62 vorgesehen. Die Kalotte 62 ist
so an der Kugel 40 positioniert, dass sie in der in 2 dargestellten Prüfstellung an der Dichtung 50 liegt. Über die
Kalotte 62 wird eine Verbindung zwischen dem Auslass 18 und
dem Durchgang 52 hergestellt. Im Durchgang 52 herrscht
somit in der Prüfstellung
Ausgangsdruck. Der Rückflussverhinderer 54 befindet
sich in der Prüfstellung
in einer Position, bei der Ausgangsdruck entgegen der Öffnungsrichtung
des Rückflussverhinderers
am Rückflussverhinderer
anliegt. Auf der Unterseite des Gehäuse 22 ist ein Stutzen 64 angeformt.
Im Betriebszustand (1) ist der Stutzen 64 mit
einem Stopfen 66 verschlossen. Der Stopfen 66 weist
endseitig eine Öffnung 68 auf.
Die Öffnung 68 ist
im Betriebszustand mit einem weiteren Stopfen 70 geringeren
Durchmessers verschlossen. Im Prüfzustand
wird dieser Stopfen 70 entfernt. Wenn der Rückflussverhinderer leckt,
fließt
in der Prüfstellung
Wasser vom Auslass 18 durch die Kalotte 62 durch
den Rückflussverhinder 54 aus
dem Stutzen 64 heraus. Der Rückflussverhinderer wird durch
die Ringschulter 56 in der Kugel in seiner Position gehalten.
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In 3a und
b ist die Kugelhahnanordnung 10 in einer Wartungsstellung
dargestellt. In der Wartungsstellung wird die Kugel um weitere 180° gegenüber der
Prüfstellung
um eine Achse senkrecht zur Darstellungsebene gedreht. Nun fluchtet
der Durchgang 52 ebenfalls mit dem Stutzen 66.
Der Durchmesser des Durchgangs und des Stutzens ist jedoch durchgehend
groß genug,
so dass die Patrone mit dem Rückflussverhinderer 54 bei
entferntem Stopfen 66 herausgeschraubt und entnommen werden
kann. Der Rückflussverhinderer 54 kann
dann ersetzt, gereinigt oder auf andere Weise gewartet werden. Man erkennt,
dass sich die Kalotte 62 in der Kugel 40 nun im
Bereich der Dichtscheibe 72 befindet. Das Wasser kann nicht
vom Einlass 16 in den Durchgang 52 fließen.
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Die
Dichtung der Kugel 40 gegenüber dem Stutzen 64 ist
in 4 im Detail „Y" (s.1)
dargestellt. Die Dichtung wird von einem Dichtring 74 gebildet,
der zwischen einer Ringnut 76 auf der Innenseite des Stopfens 66 und
einem Ringeinsatz 78 sitzt. Eine durch die Ringnut 76 entstehende „Nase" 80 hält den Dichtring 74 in
seiner Lage.
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In 5 und 6 ist
die Lage des Bügels 42 gezeigt.
Der Bügel 42 ist
gekrümmt
und erstreckt sich entlang eines Winkelabschnitts von 180° um das in
diesem Bereich rohrförmige
Gehäuse 22 herum. Der
Bügel 42 ist
um eine Achse 82 herum beweglich. Die Achse 82 verläuft senkrecht
zur Strömungsrichtung,
die in 6 senkrecht zur Darstellungsebene verläuft. Man
erkennt, dass der Bügel 42 von
beiden Seiten – also
von rechts und von links in 6 – gleichermaßen gut
zugänglich
ist. Die Bewegung des Bügels
kann jedoch lediglich um einen begrenzten Winkel erfolgen.
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In
der Kugel 40 des Kugelhahns 32 sind zwei gegenüberliegende,
seitliche Nuten 84 (s.12) vorgesehen.
Die Nuten befinden sich in Bereichen, die jeweils um 90° versetzt
zur Durchgangsöffnung des
Durchgangs 52 in der Kugel angeordnet sind. In die Nuten 84 greift
beidseitig eine zur Bewegungsachse der Kugel koaxiale Spindel 86.
Die Spindel 86 ist drehbar in Gehäusestutzen 88 des
Gehäuses 22 gelagert
und mit Dichtungen 90 und 92 gegen dieses abgedichtet.
Dies ist in 7 im Detail „X" dargestellt. Jede Spindel 86 weist
an der dem der Kugel 40 abgewandten Ende einen Vierkant 94 auf.
Dies ist besonders in 8 und 9 gut zu
erkennen. Der Gehäusestutzen 88 weist
oberhalb des der Spindel 86 eine Ausnehmung 96 auf
(9). In der Ausnehmung 96 wird das Ende 104 einer
Feder 98 fixiert. Auf den Vierkant 94 ist ein
Ratschen-Zahnrad 100 aufgesteckt, das für diesen Zweck eine korrespondierende Öffnung 102 aufweist.
Unterhalb der Öffnung 102 ist
in einem mit dem Zahnrad verbundenen Bügel 42 eine Ausnehmung 128 (13) vorgesehen,
in der das andere Ende 106 der Feder 98 fixiert wird.
Die Feder 98 bringt so das Zahnrad 100 immer wieder
in seine ursprüngliche
Lage.
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Ähnlich wie
bei Knarren in Drehmomentschlüsseln
ist ein Mitnehmer 108 vorgesehen. Der Mitnehmer 108 ist
gegen die Wirkung einer Feder 110 in einer Richtung senkrecht
zur Drehachse des Ratschen-Zahnrades 100 beweglich. Die
Feder 110 und der Mitnehmer 108 sitzen in einem
langgestreckten Hohlraum 112 in dem Bügel 42. Dies ist in
den 6 und 7 zu erkennen. Der Mitnehmer 108 ist in
dem Hohlraum 112 beweglich geführt. Das Zahnrad 100 ist
fest mit der Spindel 86 verbunden. Wenn nun der Bügel 42 in
Umfangsrichtung des Zahnrads 100 bewegt wird, wird auch
der Mitnehmer 108 in Umfangsrichtung bewegt. Aufgrund der
unsymmetrischen Ausbildung der Zähne
des Zahnrads 100 wird bei Bewegung des Mitnehmers 108 in
Richtung des Pfeils 114 in 8 das Zahnrad
ebenfalls bewegt. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung jedoch verbleibt
das Zahnrad 100 in seiner Lage. Zusammen mit dem Zahnrad 100 wird
die fest damit verbundene Spindel 86 und die mit der Spindel 86 verbundene Kugel 40 bewegt.
Mit anderen Worten: Mit der Bewegung des Bügels in einer Richtung wird
die Kugel bewegt und mit Bewegung des Bügels in die entgegengesetzte
Richtung bleibt die Kugel in ihrer Lage. Eine Drehung der Kugel 40 um
einen größeren Winkel kann
somit auch durch mehrfaches Betätigen
des Bügels 42 um
einen kleineren Winkel erfolgen. Der Winkelbereich des Bügels und
damit verbundene Raumbedarf darf also klein sein.
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Zur
Begrenzung des überstrichenen
Winkelbereichs sind Anschläge 116 und 118 (8)
vorgesehen. Dadurch wird erreicht, dass der Winkelbereich einen
Schwellwert nicht überschreitet.
Der Bügel
muss mehrfach hin- und herbewegt werden. Dadurch wird das plötzliche
Schließen
des Kugelhahns und ein dadurch erzeugter Druckschlag vermieden. In 7 ist
dargestellt, wie die Anzeige 60 arbeitet. Die Anzeige 60 wird
von einer Kappe gebildet, die auf den Vierkant 94 aufgesteckt
ist und so fest mit der Spindel 86 und der Kugel 40 verbunden
ist. Wenn die Kugel 40 sich dreht, dreht sich auch die
Anzeige 60 unabhängig
von der jeweiligen Stellung des Bügels 42 (11).
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In
den 1b, 2b und 3b ist
die Anzeige 60 ebenfalls zu sehen. Die Anzeige 60 zeigt die
Positionen „Wartung", „Betrieb" und „Prüfung" für die drei
oben beschriebenen Kugelpositionen an. Auf dem Bügel ist eine Markierung in
Form eines Pfeils 126 vorgesehen. Der Bügel 42 wird durch
die Wirkung der Feder 98 immer in eine Grundposition (11b) zurückbewegt. Die Markierungen
sind mm so angeordnet, dass sie die Stellung der Kugel angeben,
wenn die Markierung 120, 122 bzw. 124 auf
der Anzeige 60 auf die Markierung 126 des Bügels 42 fallt
(1b, 2b und 3b). Die
Kugelstellung ist also auf leichte Weise an der Anzeige 60 ablesbar.
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Die
Spindel, Zahnrad und Anzeige sind auf beiden Seiten der Kugel vorgesehen.
Auch der Manometeranschluss 38 ist beidseitig angeordnet.
Der Kugelhahn und die Armatur kann also von beiden Seiten ohne weiteres
bedient werden.
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Zum
Warten ist keine weitere Absperrung stromabwärts erforderlich, da die Kugel
in dieser Stellung von der Eingangs- und Ausgangsseite abgesperrt
ist.
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Es
versteht sich, dass die Kugelhahnanordnung auch in anderen Anwendungen
verwendet werden kann. Die Verwendung ist nicht auf Sicherheitsgruppen
beschränkt,
hier aber besonders gut geeignet.