DE19716377A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit

• - einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz aufweist,
• - einem im Ventilgehäuse geführten Ventilelement, das bezüglich des Ventilsitzes zwischen einer Öffnungs- und ei­ ner Schließstellung hin- und herbewegbar ist,
• - und einem Antrieb für das Ventilelement.

Derartige Ventile dienen zum Absperren von Leitungen z. B. von Gasleitungen in einem Gaszähler. Bei bekannten Ven­ tilen der eingangs genannten Art weist das Ventilelement ei­ nen Ventilschaft und einen Ventilkegel oder -teller auf. Das Ventilelement wird zum Öffnen und Schließen des Ventils ent­ lang der Ventilachse hin- und herbewegt. In der Schließstel­ lung wird der Ventilkegel oder -teller gegen den Ventilsitz gedrückt.

Die WO 94/23230 beschreibt einen Antrieb für ein Ventil­ element, der auf einer Magnetspule basiert und am Ventil­ schaft angreift. Die Kräfte, die bei diesem Ventil in der Schließstellung den Ventilkegel oder -teller gegen den Ven­ tilsitz drücken, sind auf die durch die Magnetspule über­ tragbaren Kräfte begrenzt. Das Ventil kann z. B. durch plötz­ liche Druckstöße geöffnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs­ gemäße Ventil bei einfacher Konstruktion in seiner Funkti­ onsweise zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das gattungsgemäße Ventil dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb ein Kniehebelgetriebe mit einem Kniehe­ bel und einem Antriebselement aufweist;
daß der Kniehebel einen ersten und einen zweiten Hebel mit jeweils einem ersten und einem zweiten Endabschnitt auf­ weist, wobei
der erste Endabschnitt des ersten Hebels drehbar mit dem Ventilgehäuse verbunden ist;
der zweite Endabschnitt des ersten Hebels und der erste Endabschnitt des zweiten Hebels an einem Gelenk­ punkt drehbar miteinander verbunden sind; und wobei
der zweite Endabschnitt des zweiten Hebels drehbar mit dem Ventilelement verbunden ist;
daß das Antriebselement am Gelenkpunkt der beiden Hebel angreift; und
daß ein die Schließstellung des Ventilelements definie­ render erster Anschlag für den Kniehebel vorgesehen ist, der jenseits der gestreckten Totpunktlage des Kniehebels liegt.

Drückt das Antriebselement bei abgewinkeltem Kniehebel auf dessen Gelenkpunkt, so verschiebt sich das Ventilele­ ment, und der Ventilkegel oder -teller bewegt sich in Rich­ tung auf den Ventilsitz. Die das Ventilelement gegen den Ventilsitz pressende Kraft zeigt im Bereich der gestreckten Totpunktlage des Kniehebels einen starken Anstieg. Dies ge­ währleistet ein sicheres Schließen auch gegen Drücke, die in Öffnungsrichtung des Ventils einwirken und höher sind, als bei bisher bekannten Systemen.

Beim Öffnungsvorgang kann ferner ein am Ventilsitz fest­ haftender Ventilkegel oder -teller mit der an diesem Punkt wirkenden großen Kraft sicher geöffnet werden.

Die Geschwindigkeit, mit der das Ventilelement durch das Antriebselement bewegt wird, nimmt von der Öffnungs- zur Schließstellung ab. Kurz vor der Schließstellung ist die Ge­ schwindigkeit des Ventilelements nahezu Null. Der Schließ­ vorgang ist somit gedämpft. Durch das Schließen des Ventils ausgelöste Druckstöße im Leitungssystem werden dadurch weit­ gehend vermieden.

Dadurch, daß ein die Schließstellung des Ventilelements definierender erster Anschlag für den Kniehebel vorgesehen ist, der jenseits der gestreckten Totpunktlage der beiden Hebel liegt, läßt sich das Ventil im geschlossenen Zustand durch keine Druckeinwirkung auf das Ventilelement öffnen. Druckstöße auf den Ventilkegel oder -teller bewirken, daß der Kniehebel stärker gegen den Anschlag gedrückt wird. Das Ventil ist in der Schließstellung verriegelt. Eine Bewegung des Ventilkegels oder -tellers und damit ein teilweises Öff­ nen des Ventils kann nicht bewirkt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Ventilelement über den Kniehebel mittels einer von einem Motor angetriebe­ nen Spindel bzw. einer von einer Magnetspule betätigten Stange betrieben. Auf diese Weise läßt sich das Öffnen und Schließen eines erfindungsgemäßen Ventils von außen steuern und für Steuerungs- und Regelungssysteme automatisieren.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist nicht nur die Schließstellung durch einen Anschlag definiert, sondern auch die Öffnungsstellung. Dabei sind beide Anschläge als Kon­ taktgeber ausgebildet. Dies ermöglicht eine Kontrolle der Öffnungs- und Schließstellung in automatisierten Systemen und somit eine erhöhte Sicherheit für die Automatisierung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Ventilelement unter Zwischenschaltung einer Feder mit einem im Ventilgehäuse geführten Gleitstück verbunden, an dem der zweite Endabschnitt des zweiten Hebels des Kniehebels an­ greift. Beim Schließen des Ventils greift der Ventilkegel oder -teller kurz vor Erreichen der gestreckten Totpunktlage des Kniehebels in den Ventilsitz ein. Wird der Kniehebel durch das Antriebselement zum Erreichen des Anschlags jen­ seits der gestreckten Totpunktlage über den gestreckten Tot­ punkt hinweg bewegt, so ermöglicht die Feder eine weitere Bewegung des Gleitstücks entlang der Ventilachse in Richtung auf den Ventilsitz. Die gesteckte Totpunktlage des Kniehe­ bels kann daher durchschritten und der Anschlag für die Schließstellung erreicht werden.

Ferner werden Teile- und Montagetoleranzen durch den fe­ dernd abgestützten Ventilteller ausgeglichen. Ein Justieren des Schließpunktes ist also überflüssig. Schließlich trägt die Feder zur Dämpfung des Schließvorganges bei.

Der Gelenkpunkt des Kniehebels bewegt sich beim Übergang von der Öffnungs- zur Schließstellung nicht nur auf einer Bahn senkrecht zur Ventilachse. Vielmehr weist seine Bewe­ gung auch Komponenten entlang der Ventilachse auf. Da der erste Hebel drehbar am Ventilgehäuse fixiert ist, bewegt sich der Gelenkpunkt auf einer Kreisbahn, deren Radius durch die Abmessungen des ersten Hebels festgelegt ist. Diese Be­ wegung muß vom Antriebselement mitvollzogen werden. In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Antriebselement daher drehbar mit dem Ventilgehäuse verbunden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Kniehebelgetriebe einen zweiten Kniehebel mit einem zugehö­ rigen zweiten Gelenkpunkt auf. Die beiden Kniehebel sind an gegenüberliegenden Seiten des Ventilelements mit diesem und mit dem Ventilgehäuse verbunden. Das Antriebselement weist in dieser Ausführungsform eine Gabel auf, die an den beiden Gelenkpunkten angreift. Durch diese symmetrische und von au­ ßen an dem Ventilelement bzw. dem Gleitstück angreifende An­ ordnung der Kniehebel wird zum einen eine gleichmäßige, drehmomentenfreie Führung des Ventilelements bzw. des Gleit­ stücks gewährleistet, und zum anderen kann das Ventilelement mit seinem Ventilschaft z. B. zylindersymmetrisch in der Ven­ tilachse ausgebildet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Fi­ guren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1A eine seitliche Schnittansicht eines ersten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventils in der Schließstellung;

Fig. 1B eine Unteransicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 1A in der Schließstellung;

Fig. 1C eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 1A in der Schließstellung;

Fig. 1D eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 1A in der Öffnungsstellung;

Fig. 2A eine Unteransicht eines zweiten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Ventils in der Öffnungsstel­ lung;

Fig. 2B eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 2A in der Öffnungsstellung;

Fig. 2C eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 2A in der Schließstellung;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 2A in der Schließstellung am Anschlag jenseits der gestreckten Totpunktlage.

Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel mit Be­ zug auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1A zeigt ein Ventilgehäuse 1, 2, das einen Ventilsitz 3 aufweist. Ferner ist ein Knie­ hebel mit einem ersten Hebel 4 und einem zweiten Hebel 5 mit jeweils einem ersten Endabschnitt 6, 7 und einem zweiten En­ dabschnitt 8, 9 gezeigt. Der erste Endabschnitt 6 des ersten Hebels 4 ist drehbar mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden. Der zweite Endabschnitt 8 des ersten Hebels 4 und der erste En­ dabschnitt 7 des zweiten Hebels 5 sind an einem Gelenkpunkt 24 (Fig. 1D) miteinander verbunden. Der zweite Endabschnitt 9 des zweiten Hebels 5 ist drehbar mit einem Ventilelement 11 verbunden.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 1A ist ein Tellerventil mit einer ringförmigen Gummiauflage 12 und ei­ ner darüber angeordneten Abdeckung 13 gezeigt. Der Ventil­ schaft greift unter Zwischenschaltung einer Feder 15 in ein mit dem zweiten Endabschnitt 9 des zweiten Hebels 5 verbun­ denes Gleitstück 14 ein.

Der den Kniehebel aufnehmende Teil 2 des Ventilgehäuses besteht aus einem Rahmen 16, mit dem der erste Endabschnitt 6 des ersten Hebels 4 drehbar verbunden ist.

Fig. 1B zeigt eine Ausbildung eines Antriebselements in Form einer von einem Motor 20 angetriebenen Spindel 22 zu­ sammen mit einer Aufhängung 21, mit der der Motor 20 drehbar verbunden ist. Fig. 1B zeigt ferner die im wesentlichen kreisförmige Gestalt des Ventilgehäuses 2 in Form des Rah­ mens 16.

Deutlich zu erkennen in Fig. 1C ist die drehbare Verbin­ dung zwischen dem Motor 20 und der Aufhängung 21.

In der Öffnungsstellung nach Fig. 1D ist der Kniehebel 4, 5 angewinkelt, wodurch das Ventilelement 11 mit seinem Ventilteller nicht am Ventilsitz 3 angreift und den Gas­ durchfluß freigibt. Ferner ist eine durch die Spindel 22 verschiebbare Hülse 23 gezeigt, die mit dem Gelenkpunkt 24 verbunden ist.

Der Gelenkpunkt 24 bewegt sich bei einer Umschaltung des Ventils aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung von einer Stellung in der Nähe der Ventilachse auf einer Kreis­ bahn um den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Endab­ schnitt 6 des ersten Hebels 4 und dem Ventilgehäuse 2, wobei der Radius der Kreisbahn durch die Abmessungen des ersten Hebels 4 festgelegt ist.

In der Öffnungsstellung bilden die beiden Hebel 4, 5 des Kniehebels je einen Winkel von ca. 35° mit der Ventilachse. Bei einer entsprechenden Drehung der Spindel 22 durch den Motor 20 wird die Hülse 23 in Richtung auf die Ventilachse hin getrieben. Dadurch wird der Winkel zwischen dem ersten Hebel und dem zweiten Hebel des Kniehebels in Richtung auf die gestreckte Stellung des Kniehebels vergrößert. Diese Be­ wegung bewirkt einerseits, daß das Gleitstück 14 sich zu­ nächst mit einer relativ hohen Hubgeschwindigkeit entlang der Ventilachse bewegt. Andererseits wirkt auf das Gleit­ stück 14 eine in Richtung auf den Ventilsitz gerichtete Kraft, die in der Nähe der Öffnungsstellung relativ gering ist, wie es sich aus dem Kräfteparallelogramm ergibt.

Nähert sich der Kniehebel seiner gestreckten Totpunktla­ ge, so verringert sich die Hubgeschwindigkeit des Gleit­ stücks 14, und die am Gleitstück 14 angreifende Kraftkompo­ nente erhöht sich stark. Greift der Ventilteller am Ventil­ sitz an, so wird diese Kraft über die Feder 15 auf den Ven­ tilteller übertragen, und dieser wird an den Ventilsitz 3 gepreßt.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Ventils. In Fig. 2A weist das Kniehebelgetriebe einen zweiten Kniehebel 28 mit einem zugehörigen zweiten Ge­ lenkpunkt 29 auf. Die beiden Kniehebel 4, 5, 28 sind an ge­ genüberliegenden Seiten des Ventilelements mit diesem und dem Ventilgehäuse verbunden. Das Antriebselement weist eine Gabel 30 auf, die an den beiden Gelenkpunkten 24, 29 an­ greift. Ferner weist das Antriebselement eine Magnetspule 31 und einen magnetischen Anker 32 auf, der über eine Stange 33 starr mit der Gabel 30 verbunden ist.

Die wirkenden Kräfte und Hubgeschwindigkeiten der ein­ zelnen Komponenten entsprechen den in Bezug auf Fig. 1 er­ klärten. Auch mit diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden die erfindungsgemäßen Vorteile erreicht.

Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 2A in der Schließstellung im Anschlag jenseits der gestreckten Totpunktlage. Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2B lediglich dadurch, daß der Kniehebel 4, 5 um ca. 1-1,5°, bezogen auf die Ventilachse, über seine gestreckte Totpunktlage hinaus an einem Anschlag 34 zur Anlage gebracht wurde. In dieser Stellung kann das Ventil nicht durch plötzliche Druckstöße geöffnet werden. Jede Krafteinwirkung aus dem Leitungssystem auf den Ventil­ teller bewirkt eine Kraftkomponente, die den Kniehebel wei­ ter über die gestreckte Totpunktlage hinaus auszulenken ver­ sucht. Dies ist jedoch durch den Anschlag 34 verhindert. Da­ her ist das Ventil in dieser Lage verriegelt.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So kann für das Antriebselement außer einer motor­ betriebenen Spindel und einem Magnetspulensystem ein belie­ biger anderer mechanischer oder elektrischer Antrieb verwen­ det werden. Auch kann das Ventilgehäuse eine große Anzahl von geeigneten Formen annehmen. Schließlich sind die Größen­ abmessungen der einzelnen Hebel des bzw. der Kniehebel sowie der Winkel für die Öffnungsstellung frei wählbar.

Claims (8)

1. Ventil mit

• - einem Ventilgehäuse (1, 2), das einen Ventilsitz (3) aufweist,
• - einem im Ventilgehäuse geführten Ventilelement (11), das bezüglich des Ventilsitzes zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung hin- und herbewegbar ist, und
• - einem Antrieb für das Ventilelement,
  

dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb ein Kniehebelgetriebe mit einem Kniehebel und einem Antriebselement aufweist;
daß der Kniehebel einen ersten (4) und einen zweiten (5) Hebel mit jeweils einem ersten (6, 7) und einem zweiten (8, 9) Endabschnitt aufweist, wobei
der erste Endabschnitt (6) des ersten Hebels (4) drehbar mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden ist;
der zweite Endabschnitt (8) des ersten Hebels (4) und der erste Endabschnitt (7) des zweiten Hebels (5) an einem Gelenkpunkt (24) drehbar miteinander verbunden sind; und wobei
der zweite Endabschnitt (9) des zweiten Hebels (5) drehbar mit dem Ventilelement verbunden ist;
daß das Antriebselement am Gelenkpunkt (24) der beiden Hebel angreift; und
daß ein die Schließstellung des Ventilelements (11) definierender erster Anschlag (34) für den Kniehebel vorgesehen ist, der jenseits der gestreckten Totpunktlage des Kniehebels liegt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine von einem Motor (20) getriebene Spindel (22) aufweist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine von einer Magnetspule (31) getriebene und mit dem Gelenkpunkt verbundene Stange (33) aufweist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsstellung des Ventilelements (11) durch einen zweiten Anschlag definiert ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Anschlag als Kontaktgeber ausgebildet sind.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (11) unter Zwischenschaltung einer Feder (15) mit einem im Ventilgehäuse geführten Gleitstück (14) verbunden ist, an dem der zweite Endabschnitt (9) des zweiten Hebels (5) angreift.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement mit dem Ventilgehäuse (1, 2) drehbar verbunden ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kniehebelgetriebe einen zweiten Kniehebel (28) mit einem zugehörigen zweiten Gelenkpunkt (29) aufweist, wobei die beiden Kniehebel (4, 5; 28) an gegenüberliegenden Seiten des Ventilelements (11) mit diesem und mit dem Ventilgehäuse verbunden sind; und daß das Antriebselement eine Gabel (30) aufweist, die an den beiden Gelenkpunkten (24; 29) der Kniehebel angreift.