DE102013109570B4

DE102013109570B4 - Gasabschaltventil

Info

Publication number: DE102013109570B4
Application number: DE102013109570.4A
Authority: DE
Inventors: Sten Währisch; Jörg Gassmann; Sebastian Fraulob
Original assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2017-07-20
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: DE102013109570A1; CN104421480A; IN2014KO00890A; ES2628089T3; US20150060711A1; MX2014010507A; BR102014021573A2; RU2014135454A; JP2015062015A; KR102195270B1; RU2658033C2; JP6463043B2; MX354115B; PL2843277T3; KR20150026995A; US9784382B2; EP2843277A1; CN104421480B; EP2843277B1

Abstract

Gasabschaltventil für den Einbau in Gaszähler, aufweisend einen bezüglich seines Ventilsitzes in Längsrichtung beweglichen Ventilteller (5), welcher auf einer im Ventilgehäuse in Längsrichtung geführten Stellstange (18) sitzt und einer gekoppelten Lineareinheit, welche über ein Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) von einem Elektromotor beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass: a) der Ventilsitz eine Lippendichtung (6) aufweist, b) als Elektromotor ein Gleichstromkleinmotor (11) ausgebildet ist, c) das Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) seitlich neben der Lineareinheit angeordnet ist, d) die Lineareinheit als ein Zahnstangengetriebe oder ein Gleitschraubengetriebe, bestehend aus einem Stellmutterelement (17, 17’) und einer Stellstange (18, 18’) ausgebildet ist, welche in einer Platine (3) des Ventilgehäuses (1, 3, 4, 10) integriert sind, e) dass eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung im Gleitschraubengetriebe (18, 17) oder im Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) oder im Ventilteller (5) angeordnet ist, f) dass der Gleichstromkleinmotor (11) sowohl nach Erreichen des voreingestellten Hubs der Stellstange (18) für die Öffnungsstellung als auch nach Erreichen des voreingestellten Hubs der Stellstange (18) für die Schließstellung bis zu seinem Abschalten im Leerlauf läuft, wobei die Stellstange (18) des Gleitschraubengetriebes (18, 17) außer Eingriff mit dem Stellmutterelement (17) fährt und diese beim Schließ- und Öffnungsvorgang dann freidrehend im Leerlauf ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Gasabschaltventil für den Einbau in einen Gaszähler der häuslichen oder industriellen Gasversorgung nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Gaszähler enthalten üblicherweise neben zwei sich wechselweise füllenden elastische Messkammern mit ihren Steuerungssystemen ein Zählwerk und sind immer häufiger mit Komponenten für eine Fernabfrage des Zählerstandes sowie für eine Fernabschaltung des Gasflusses ausgerüstet. Eine Fernabschaltung ist beispielsweise notwendig für Vorausbezahlsysteme oder das Außerbetriebsetzen des Gaszählers vom Gasversorger aus der Ferne unabhängig vom Verbraucher. Hierzu dient ein von einem Aktor betätigbares Absperrventil. Im Interesse einer möglichst kompakten Bauweise, Verringerung von Arbeitsgeräuschen und Erhöhung der Manipulierungssicherheit ist es erstrebenswert, das Abschaltventil mitsamt seiner Stromversorgung im Inneren des Gaszählers unterzubringen. Daraus ergeben sich die Anforderungen an geringe Abmessungen auch des Abschaltventils, an eine hohe Betriebssicherheit, Gasdichtheit des elektrischen Aktors und eine möglichst langjährige Wartungsfreiheit, worunter auch eine langlebige batteriegestützte Betriebsweise fällt. Letztere erfordert insbesondere einen möglichst geringen Energieverbrauch beim Stellen des Abschaltventils. Dabei dürfen auch keine Funken entstehen die eventuell in das Abschaltventil eingedrungenes Gas im Inneren entzünden könnten.
Gegenüber Aktoren auf der Grundlage von Hubmagnetantrieben haben sich am Markt aufgrund einer verbesserten Manipulationssicherheit solche auf der Grundlage von Elektromotoren durchgesetzt, welche gegen mutwillige Schläge Vibrationen und anderweitige Manipulationen unempfindlicher sind.
Stand der Technik
Aus der EP 0836 701 B1 und ihrer entsprechenden Übersetzung in DE 696 01 506 T2 ist ein Gasabschaltventil bekannt, das innerhalb eines Gaszählers direkt an dessen Gaszufuhranschluss angeordnet ist, und welches der vorliegenden Erfindung als nächstkommend betrachtet werden kann. Besagtes Gasabschaltventil besitzt ein in Bezug auf den Ventilsitz in Längsrichtung bewegliches Ventilelement, wobei das Ventilelement mit einem Ventilschaft verbunden ist, der entsprechend der Längsrichtung ausgerichtet ist, wobei mindestens ein Teil des Ventilschafts ein Außengewinde aufweist und mit einem Teil zusammenwirkt, das diesen Teil des Ventilschafts umgibt und eine Mutter bildet, wobei der Ventilschaft somit eine schraubenförmige Bewegung ausführt. Das Ventilelement selbst ist auf dem Ventilschaft angebracht, welcher von einem Schrittmotor in Drehung versetzt wird und die Drehung über eine mechanische Antriebseinrichtung überträgt. Hierzu trägt der Ventilschaft einen Zahnkranz, der auf den Schaft zwischen dem Ventilelement und dem die Mutter bildenden Teil gesteckt ist und mit einem vom Schrittmotor um eine zweite, in Bezug auf den Ventilschaft parallele Achse in Drehung versetzten Motorritzel zusammenwirkt.
Weitere vom Anmelder in Betracht gezogene Gasabschaltventile für Gaszähler sind beispielsweise offenbart in den Patentdokumenten EP 0836 702 B1 ( DE 696 01 428 T2 ), EP 0 987 477 A2 , EP 1 482 224 A1 , EP 1 601 084 B1 ( DE 60 2005 001 579 T2 ), DE 197 16 377 A1 und DE 10 2011 110 379 A1 .
Darlegung des Wesens der Erfindung
Zu lösendes technisches Problem
Die bekannten Gasabschaltventile sind hinsichtlich ihrer Abmessungen, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbesserungswürdig. So bedürfen die mittels eines Schrittmotors gestellten Ventile einer aufwendigen und damit teuren Ansteuerelektronik. Mit Schrittmotoren sind unter einer Schrittvorgabe zwar definierte Stellwege realisierbar und diese schließen konstruktionsbedingt eine Funkenbildung aus, aber sie sind relativ groß und teurer als z. B. in ihrer Leistung vergleichbare Gleichstrommotoren. Bei Verwendung von an sich preiswerten Miniatur-Gleichstrommotoren mit vordefinierter Laufzeitansteuerung ergibt sich das Problem, dass die Gleichstrommotoren ihren Arbeitspunkt in Abhängigkeit der Last verändern, und somit die tatsächliche Öffnungs-/Schließzeit des Ventils sich während des Betriebes, beispielsweise verursacht durch Gasdruckschwankungen, verändert. Um ein vollständiges Öffnen/Schließen sicherzustellen, müssen die Gleichstrommotoren deshalb deutlich länger bestromt werden als es eigentlich notwendig ist, wobei der Ventilteller hart bis in den Anschlag des Ventilsitzes fährt. Während der Anschlagszeit ist der Energieverbrauch hoch, was die Batterie zur Stromversorgung unnötig belastet und die Motorlebensdauer aufgrund des maximalen Stromflusses über die Bürsten verringert.
Ein weiterer Nachteil bekannter Gasabschaltventile besteht darin, dass diese annähernd flache Ventilteller besitzen. Im geöffneten Zustand strömt folglich das Gas senkrecht gegen den Ventilteller und wird dort seitlich abgelenkt. Dadurch entstehen unnötige Verwirbelungen, insbesondere, wenn die Ventilgehäuse möglichst klein sein sollen, und der Strömungswiderstand des Ventils ist nicht optimal. Ventilteller mit flachen Dichtungen müssen außerdem mit hoher Kraft gegen den Ventilsitz gepresst werden, um eine Gasdichtheit zu erreichen und diese bei sich ändernden Umgebungsbedingungen, wie Temperatur und Gasdruck, längere Zeit zu erhalten. Zum Erzeugen der hohen Dichtkraft sind deshalb Motoren mit entsprechend großer Leistung notwendig.
Die aufwändigen Konstruktionen nach CN 201 723 731 U oder CN 102 818 062 A , die mit Ratschengang und Exzentertrieben arbeiten, müssen zum Überwinden der beiden Totpunkte in der Ventilstangenendlage erhebliche Drehmomente überwinden. Die Motoren sind daher entsprechen groß zu dimensionieren und ziehen einen unerwünscht hohen Strom, was zu Lasten der Batterieladung geht.
Das Stellventil für Gaszähler nach CN 202 646 861 U besitzt einen flachen Ventilteller, einen (Getriebe-)Motor und einen Schneckentrieb. Eine mechanische Drehmomentbegrenzung des Elektromotors ist nicht vorhanden.
Ventiltellerkonstuktionen nach EP 0 836 701 B1 und EP 0 836 702 B1 sind zudem konstruktiv ausgesprochen aufwendig und verlangen aus Gründen der Sicherheit und Funktionalität nach einer genauen Ansteuerung, um einen einwandfreien Ventilsitz des Dichtkörpers zu erreichen.
In der DE 102 48 616 A1 ist ein Proportionalventil für einen Gaszähler beschrieben, welches durch einen Linearantrieb angetrieben wird und welcher insbesondere als Schrittmotor ausgebildet ist. Diese Lösung ist konstruktiv aufwändig und nicht für den Betrieb im Inneren von Gasgeräten in explosiver Umgebung geeignet.
In der EP 2 239 174 B1 ist ein Bistabilventil mit elektronischer Betätigung für zwei Schaltzustände zur Verwendung in Feststellbremseinrichtungen von Fahrzeugen beschrieben, wo ein selbsthemmender Mutter-Spindel-Trieb dafür sorgt, dass der zuletzt eingestellte Ventilzustand nicht durch von außen wirkende Schwingungs- oder Stoßbelastungen verändert werden kann.
Aus der DE 10 2011 110 379 A1 ist ein Gaszähler mit einem integrierten Gasabsperrventil bekannt, bei dem ein Kugelventil als Absperreinrichtung dient. Durch das Kugelventil wird zwar im Gaszähler ein geringer Druckverlust erreicht, allerdings benötigt dieses Gasabsperrventil zu seiner Betätigung einen hohen Kraftaufwand, was dauerhaft einen unnötig hohen Energiebedarf bewirkt.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher, ausgehend vom bekannten Stand der Technik, Aufgabe der Erfindung, ein Gasabschaltventil mit einer elektrischer Motorbetätigung zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist, einfach aufgebaut ist und sich in Gaszähler üblicher Bauweise gut integrieren lässt. Das Gasabschaltventil zum Einbau in Gaszähler soll als Aktor einen Kleinmotor aufweisen und insgesamt so miniaturisiert sein, dass es auch in einen sehr begrenzten Bauraum kleiner Gaszähler als bisher passt. Die elektrische Leistung beim Erreichen der Ventilendlagen soll mit einfachen mechanischen Mitteln begrenzt werden und somit elektrische Energie eingespart werden, was die Lebensdauer batteriebetriebener sogenannter „Smart Meter“ erhöht. Das Ventil soll einen möglichst geringen Strömungswiderstand besitzen und somit den Druckabfall über den Gaszähler weiter verringern. Ferner soll das Dichtsystem mit einer solchen Dichtung ausgestattet werden, welche den Gasdruck nutzt, um eine zuverlässige Dichtheit auch ohne hohe elektromotorische Anpresskraft zu gewährleisten. Die Dichtung soll eine möglichst lange Lebensdauer besitzen. Letztlich soll das Gasabschaltventil eine möglichst einfache, leicht montierbare und somit kostengünstige Konstruktion aus nur wenigen Bauteilen aufweisen.
Offenbarung der technischen Lösung
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei die vom Anspruch 1 abhängigen weiteren Unteransprüche verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen angeben. Das erfindungsgemäße Gasabschaltventil für den Einbau in Gaszähler weist einen bezüglich seines Ventilsitzes in Längsrichtung beweglichen Ventilteller auf, welcher auf einer im Ventilgehäuse in Längsrichtung geführten Stellstange sitzt. Dieser Ventilteller ist über die Stellstange mit einer Lineareinheit gekoppelt, welche wiederum über ein Untersetzungsgetriebe von einem Elektromotor beaufschlagt ist. Im Ventilsitz ist eine Lippendichtung 6 angeordnet. Als Antrieb des neuartigen Gasabschaltventils ist ein Gleichstromkleinmotor 11 in einem separaten Gehäusekammer 10 angeordnet, der über das seitlich neben der Lineareinheit angeordnete Untersetzungsgetriebe 13, 14, 15, 15’, 16, die Lineareinheit antreibt. Als Lineareinheit kann wahlweise ein Zahnstangengetriebe oder ein Gleitschraubengetriebe, bestehend aus einem Stellmutterelement 17, 17’ und einer Stellstange 18, 18’ angeordnet sein, welche in einer Platine 3 des Ventilgehäuses 1, 3, 4, 10 integriert angeordnet und ausgebildet sind.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht den Bau ungewöhnlich kleiner, strömungsgünstiger, manipulationssicherer, wartungsarmer, montagefreundlicher und kostengünstiger Gasabschaltventile zum Einbau sowohl in Gaszähler bisher üblicher Größe, als auch in neuartige, erheblich kleiner bauende Gaszähler sowohl für Fernabschaltungs- als auch für Vorbezahlsysteme. Die Verwendung von Gleichstromkleinmotoren (Weitgehend miniaturisierter Elektrokleinstmotoren) mit erheblich niedrigerer Leistungsaufnahme als bisher in Kombination mit einer mechanischen Leistungsaufnahmebegrenzung / Drehmomentbegrenzung in mindestens einer Ventiltellerendlage ermöglicht zudem sowohl bei der Betätigung als auch bei beim Schalten des Ventils einen stark reduzierten Energieverbrauch, wodurch ein eingebauter Stromspeicher erst nach vielen Jahren regeneriert oder ersetzt werden muss. Indem die Gleichstromkleinmotoren lediglich einer Festeinschaltzeit-Steuerung bedürfen, reduziert sich die Ansteuerungselektronik auf ein Minimum. Als weiterer Vorteil wird die Explosionssicherheit (mögliche Funkenbildung im elektrischen Teil des Elektromotors) durch die sehr niedrigen fließenden Ströme verbessert. Diese neuartige Bauweise ermöglicht es den elektrischen Teil vollständig mit Isoliermaterialien einzugießen bzw. gegen die gasführenden Teile vollständig in einfacher Weise abzudichten. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass ich diese Gasabschaltventile auch aufgrund ihrer Kompaktbauweise weitgehend automatisiert direkt in einer einzigen Aufspannung weitgehend automatisch herstellen lassen, wodurch ein weiterer Kostenvorteil entsteht. Durch die Verwendung von speziellen Lippendichtungen und den gewölbten strömungsoptimierten Ventilteller verbessert sich sowohl das Abdichtverhalten im geschlossenen Zustand als auch das Strömungsverhalten des durchströmenden Gases im geöffneten Zustand.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 5 näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine äußere Gesamtansicht in 3D-Darstellung eines Ventils,
2 einen 3D-Schnitt durch das Ventil in einer ersten Ausführungsvariante in geschlossener Ventilstellung,
3 einen 3D-Schnitt durch das Ventil in der ersten Ausführungsvariante in geöffneter Ventilstellung,
4 einen 3D-Schnitt durch das Ventil in einer zweiten Ausführungsvariante
5 einen 3D-Schnitt durch das Ventil in einer dritten Ausführungsvariante.
In 1 ist das Äußere eines erfindungsgemäßen Gasabschaltventils in einer 3D-Darstellung und in Offenstellung des Ventils zu sehen. Das zylindrische Kunststoffgehäuse des Gasabschaltventils setzt sich im Wesentlichen von oben nach unten aus einem Gehäuseoberteil 1 mit einem Gaseinlass 2, einer Platine 3 und einem Gehäuseunterteil 4 zusammen. Ein gewölbter und strömungsoptimierter Ventilteller 5 dichtet den Gaseinlass 2 des Ventils gegenüber einer im Gehäuseoberteil 1 eingespannten Lippendichtung 6 ab. Die Platine 3 ist bezüglich des Gehäuseoberteils 1 auf Abstand befestigt, wodurch ein seitlicher Gasauslass 7 ausgebildet ist. Den Abstand realisieren an die Platine 3 angeformte Abstandhalter 8, durch welche Verbindungsschrauben 9 zum Zusammenhalt des Gehäuses hindurchgehen und eine peripherisch an die Platine 3 vertikal angeformte kleine, separate Gehäusekammer 10, welche einen Gleichstromkleinmotor 11 verdrehfest aufnimmt. Aus der Gehäusekammer 10 sind oben die elektrischen Anschlüsse 12 für den Gleichstromkleinmotors 11 herausgeführt. Nach unten schließt das Gehäuseunterteil 4 die Gehäusekammer 10 ab. Auf Grund der separaten Gehäusekammer 10 kann der Elektrokleinstmotor voll gekapselt ausgeführt und so vergossen werden (nicht zeichnerisch dargestellt), dass die geforderte Explosionssicherheit über die gesamte Einsatzzeit eines solchen Ventils zuverlässig gewährleistet werden kann.
Die 2 zeigt einen 3D-Schnitt durch ein Gasabschaltventil nach 1 in einer ersten Ausführung und geschlossener Ventilstellung. Angemerkt sei, dass für diese wie auch die weiteren Figuren gleiche Bauteile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Zu erkennen ist das aus dem Gehäuseoberteil 1, der Platine 3 und dem Gehäuseunterteil 4 zusammengesetzte Gehäuse. Gefügt ist das Gehäuse mittels der Verbindungsschrauben 9, die durch die Abstandshalter 8 der Platine 3 hindurchgeführt sind und die drei Gehäuseteile miteinander verspannen. In der separaten, an die Platine 3 angeformten Gehäusekammer 10 sitzt formschlüssig der Gleichstromkleinmotor 11 mit seinen oberen elektrischen Anschlüssen 12. Die Motorwelle des Gleichstromkleinmotors 11 ragt unten aus der separaten Gehäusekammer 10 heraus und ist bis in das Gehäuseunterteil 4 geführt und trägt endseitig ein Antriebsritzel 13. Die ringförmige Lippendichtung 6 ist in das Gehäuseoberteil 1 eingesetzt und umgrenzt den Gaseinlass 2. Der stromlinienförmige kegelartig optimierte Ventilteller 5 dichtet in der gezeichneten Position den Gaseinlass 2 unter Anlage an der schräg einwärts gerichteten Lippendichtung 6 gegenüber dem Gasauslass 7 gassicher ab. Durch den dauerhaft anstehenden Gasdruck wird die Lippe der Lippendichtung 6 gegen den in Schließstellung feststehenden Ventilteller 5 gedrückt, so dass immer in Schließstellung die Dichtheit dauerhaft abdichtet und kein Gas durchströmen kann.
Im Raum zwischen der Platine 3 und dem Gehäuseunterteil 4 ist ein Untersetzungsgetriebe aus Stirnzahnrädern gelagert, dessen Funktion nunmehr näher beschrieben wird. Das Antriebsritzel 13 arbeitet auf ein im Gehäuseunterteil 4 gelagertes großes Zwischenzahnrad 14, auf dessen Welle fest ein weiteres kleines Zwischenzahnrad 15 sitzt. Diese kleine Zwischenzahnrad 15 treibt seinerseits ein großes Abtriebszahnrad 16 an, welches drehfest auf einem Stellmutterelement 17 sitzt. Das Abtriebszahnrad 16 kann aber auch mit dem Stellmutterelement 17 einteilig sein. Das Stellmutterelement 17 ist sowohl im Gehäuseunterteil 4 gelagert als auch in einem Durchbruch der Platine 3. Es betätigt bei Rotation um seine Achse eine Stellstange 18 nach Art eines Gleitschraubengetriebes (Mutter-Gewindespindel-System). Die Stellstange 18 trägt nämlich am unteren Ende ein mit dem Innengewinde 17a des Stellmutterelements 17 korrespondierendes Außengewinde 18a und wird einerseits im Innengewinde 17a des Stellmutterelements 17 geführt und andererseits verdrehsicher, aber verschieblich, durch eine auf der Platine 3 befestigten Hülse 19. Zwecks Verdrehsicherheit kann die Stellstange 18 beispielsweise im oberen Teil abgeflacht oder eckig an die Innenkontur der Hülse 19 angepasst sein. Die Hülse 19 kann ein separates Teil sein oder einteilig an die Platine 3 angeformt sein. Je nach Drehrichtung des Stellmutterelements 17 fährt die Stellstange 18 entweder nach oben oder nach unten. Der Ventilteller 5 schließt oder öffnet entsprechend das Ventil. Die Stellstange 18 und der Ventilteller 5 können aus zwei getrennten Teilen bestehen oder aber sie sind aus einem einteiligen Kunststoffformteil im Spritzgussverfahren hergestellt. Die weiche Schraubenfeder 26 zwischen der Hülse 19 und dem Ventilteller 5 sorgt für einen sicheres Einfahren der Stellstange 18 in das Stellmutterelement 17 und damit für einen sicheren Lauf des Ventiltellers 5.
Durch die zweckmäßigerweise gewählte Lippendichtung 6 erhöht der Gasinnendruck selbst die Dichtheit des Ventils. Dies erlaubt eine Minimierung der Dichtkraft, welche durch den Antrieb aufgebracht werden muss. In Verbindung mit dem Untersetzungsverhältnis der Motordrehzahl vom Antriebsritzel 13 zu dem Stellmutterelement 17 und damit zur Stellstange 18 erlaubt dies den Einsatz eines besonders kleinen Gleichstromkleinmotors 11 mit einer sehr geringen Leistungsaufnahme. Der Gleichstromkleinmotor 11 ist oben und unten durch eine Vergussmasse 20 abgedichtet. Die Platine 3 ist mit einem Dichtungselement (nicht dargestellt) gegen das Gehäuseunterteil 4 ebenfalls abgedichtet. Außerdem dichtet eine auf der Platine 3 eingespannte Wellendichtung 21 das Stellmutterelement 17 zum Gas führenden Raum 7 ab.
Wird der Gleichstromkleinmotor 11 in offener Ventilstellung mit Gleichstrom bestromt, so treibt das vorbeschriebene Untersetzungsgetriebe die Stellstange 18 und damit den Ventilsteller 5 gegen die Lippendichtung 6. Der Schließweg wird jedoch nicht durch einen Festanschlag begrenzt oder durch Abschalten des Gleichstromkleinmotors 11, sondern erfindungsgemäß rein mechanisch weggesteuert. Den Endhub der Stellstange 18 gibt nämlich das Stellstange-Stellmutterelement-System 18/17 nach Art eines Formgehemmes bzw. einer automatischen Einrück-/Ausrückkupplung vor, indem nach einem vordefinierten Weg, der die sichere Schließstellung des Ventils gewährleistet, das Außengewinde 18a der Stellstange 18 außer Eingriff mit dem Innengewinde 17a des Stellmutterelements 17 gelangt. Ab diesem Moment dreht der Gleichstromkleinmotor 11 das Untersetzungsgetriebe 13, 14, 15, 16, und das Stellmutterelement 17 im Leerlauf, und zwar so lange, bis der Gleichstromkleinmotor 11 abschaltet. Die Dauer des Einschaltintervalls ist dabei so vorgegeben, dass die Stellstange 18 unabhängig von äußeren Einflüssen auf jeden Fall in ihre Endstellung kommt, bevor der Gleichstromkleinmotor 11 abschaltet. Als Sicherheitszuschlag werden in der Regel mehrere Sekunden vorgesehen sein. Dieser belastet aber weder den Gleichstromkleinmotor 11 noch die ihn speisende Stromquelle signifikant.
Soll das Ventil wieder öffnen, wird erneut der Gleichstromkleinmotor bestromt, dieses Mal aber mit umgepolter Stromrichtung. Die Stellstange 18 läuft, vorzugsweise unterstützt von der Federwirkung der Lippendichtung 6 in das Stellmutterelement 17 ein und wird, den Ventilteller 5 mitnehmend, in Richtung des Bodens des Gehäuseunterteils 4 bewegt. Das Stellmutterelement 17 schraubt mit ihrem Innengewinde 17a die Stellstange 18 so lange in die Offenstellung des Ventils, bis das Ende des Außengewindes 18a an der Stellstange 18 erreicht ist. Ab diesem Moment dreht der Gleichstromkleinmotor 11 bis zum Abschaltzeitpunkt wiederum das Untersetzungsgetriebe im Leerlauf. Auch hierbei kann ein zeitlicher Sicherheitszuschlag zum Bestromungsintervall des Gleichstromkleinmotors 11 erfolgen. Bei einem erneuten Schließen des Ventils spindelt das Außengewinde 18a der Stellstange 18 unterstützt durch die Duckfeder 26 wieder in das Innengewinde 17a des Stellmutterelements 17 ein.
Im Beispiel läuft der Gleichstromkleinmotor 11 sowohl nach Erreichen des oberen voreingestellten Hubs der Stellstange 18 als nach Erreichen der unteren voreingestellten Hubs der Stellstange 18 bis zu seinem Abschalten im Leerlauf. Es liegt im Geltungsbereich der Erfindung, wenn der Gleichstromkleinmotor 11 zwar ab dem Zeitraum des Erreichens der exakten Schließstellung der Stellstange 18 bis zu seinem Abschaltzeitpunkt im Leerlauf läuft, aber beim Öffnungsvorgang des Ventils ein geringes zulässiges Längsspiel im Öffnungsweg der Stellstange 18 ausreizt und die Stellstange 18 bis zum Abschaltzeitpunkt betätigt, ohne das diese jedoch am Boden des Gehäuseunterteils 4 anschlägt. Auch in einer solchen Betriebsweise wird der Gleichstromkleinmotor 11 und die Stromquelle entlastet.
In 3 ist dieselbe Ausführung nach 2 nochmals zur besseren Veranschaulichung in geöffneter Ventilstellung dargestellt.
In einer weiteren Ausführung nach 4 erfolgt eine Drehmomentbegrenzung des Gleichstromkleinmotors 11 nicht stellwegabhängig, sondern stellkraftabhängig. In dem gezeigten Beispiel begrenzt ein Reibgehemme innerhalb des mehrstufigen Untersetzungsgetriebes die Stellkraft und damit das maximale Drehmoment des Gleichstromkleinmotors 11 bis zum Abschaltzeitpunkt des Gleichstromkleinmotors 11. In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist hierzu das kleine Zahnrad 15’ geschlitzt und sitzt mit Eigenfederkraft oder durch die Kraft einer hier radial auf das kleine Zahnrad 15’ wirkenden Reibgehemmefeder 22 auf seiner Welle, die auch zugleich die Welle des großen Zwischenzahnrads 14 ist. Presst nun in der Endstellung die Stellstange 18 den Ventilteller 5 ausreichend kräftig gegen die Lippendichtung 6, so blockieren das Stellmutterelement 17 mit seinem Abtriebszahnrad 16 und damit auch das kleine geschlitzte Zahnrad 15’, wodurch der bestromte Gleichstromstellmotor 11 das Ritzel 13 und das große Zwischenzahnrad 14 gegen die radiale Reibkraft zwischen dem kleinen geschlitzten Zahnrad 15’ und dessen Welle freilaufend dreht. Der Arbeitspunkt des Gleichstromkleinmotors 11 und damit dessen Stromverbrauch verschiebt sich in Folge lediglich bis zum Überwinden der Reibkraft und nicht bis hin zum Blockierpunkt des Gleichstromkleinmotors 11. Hierdurch wird verhindert, dass ein maximaler Strom über die Motorbürsten des Gleichstromkleinmotors 11 fließt und ein Bürstenfeuer verursacht. Dasselbe geschieht, wenn im Öffnungsfall die Stellstange 18 bis zum Anschlag auf dem Grunde des Gehäuseunterteils 4 fährt.
Es liegt im durchschnittlichen Können eines Fachmanns, anstelle des konkret beschriebenen Reibgehemmes eine andere Ausführung vorzusehen oder/und das Reibgehemme an einer anderen geeigneten Stelle des Untersetzungsgetriebes vorzusehen. So kann durchaus auch das Stellmutterelement 17 als Welle des Untersetzungsgetriebes aufgefasst werden, auf welche ein z. B. geschlitztes Abtriebsrad (nicht gezeichnet) gespannt ist.
Ferner kann das kleine Zwischenzahnrad 15 abweichend auch mit einem axial wirkenden Reibgehemme ausgerüstet sein, indem es auf seiner Welle axial gegen das große Zwischenzahnrad 14 mittels einer Reibgehemmefeder 22’ gepresst wird. Erst nach dem Überwinden der axialen Reibungskraft wird die Reibgehemmeverbindung zwischen dem großen Zwischenzahnrad 14 und dem kleinen Zwischenzahnrad 15 aufgehoben.
Noch eine weitere Ausführung der Erfindung zeigt die 5. Sie beruht auf der Anwendung eines Keilschubgetriebes zur mechanischen Leistungsbegrenzung des Gleichstromkleinmotors 11. Der stromlinienförmig geformte Ventilteller 5 ist im Beispiel mit der Stellstange 18’ drehfest verbunden. Sie können aus einem einzigen Kunststoff-Spritzgussteil bestehen. Der Ventilteller 5 und die Stellstange 18’ können aber auch separate Bauteile sein. Im Innern des Ventiltellers 5 sitzt ein konisch nach oben verjüngender Kunststoff-Gewindekeil 23 auf der Stellstange 18’. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungen tragen jedoch die Stellstange 18’ selbst kein Außengewinde und das Stellmutterelement 17’ kein Innengewinde. Das Stellmutterelement 17’ ist jedoch an seinem Oberteil mit dem aufgesetzten Gewindekeil 23 drehfest verbunden, so dass es gewissermaßen ein Außengewinde trägt. Quer zur Stellstange 18’ ist ein federbelasteter, längsverschieblicher Mitnehmer 24 in den unteren flachen Teil des Ventiltellers 5 eingeschoben, dessen Stirnseite gegen die Gewindegänge des Gewindekeils 23 arbeitet. Rotiert bei geöffnetem Gaseinlass 2 und Bestromung des Gleichstromkleinmotors 11 das Stellmutterelement 17’, getrieben vom Untersetzungsgetriebe, so rotiert mit ihm auch der Gewindekeil 23. Dadurch schraubt sich die verdrehgesicherte Einheit aus Stellstange 18’ und Ventilteller 5 bis zur Abdichtung des Gaseinlasses 2 an der Lippendichtung 6 über die Gewindegänge des Gewindekeils 23 nach oben, wobei die Druckfeder 25 des Mitnehmers 24 dafür sorgt, dass der Mitnehmer 24 stets in Kontakt mit den Gewindegängen des Gewindekeils 23 steht. Die weiche Schraubenfeder 26 zwischen dem unteren Ende der Stellstange 18’ und dem Gewindekeil 23 sorgt für einen sicheren Lauf des Ventiltellers 5. In der geschlossenen Entstellung des Ventils läuft der Mitnehmer 24 auf eine ebene, senkrecht zur Stellstange 18 verlaufende Fläche 23a des Kunststoff-Gewindekeils 23, wodurch es wiederum nicht zum Blockieren des Gleichstromkleinmotors 11 kommen kann. Gleiches vollzieht sich in Richtung der Ventilöffnung, wobei der Mitnehmer 24 zuletzt auf der ebenen, senkrecht zur Stellstange 18 verlaufenden Fläche 23b des Kunststoff-Gewindekeils 23 läuft.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuseoberteil
2: Gaseinlass
3: Platine
4: Gehäuseunterteil
5: Ventilteller
6: Lippendichtung
7: Gasauslass
8: Abstandhalter
9: Verbindungsschrauben
10: Gehäusekammer
11: Gleichstromkleinmotor
12: elektrische Motoranschlüsse
13: Antriebsritzel
14: großes Zwischenzahnrad
15, 15’: kleines Zwischenzahnrad
16: Abtriebszahnrad
17, 17’: Stellmutterelement
17a: Innengewinde des Stellmutterelements
18, 18’: Stellstange
18a: Außengewinde der Stellstange
19: Hülse
20: Vergussmasse
21: Wellendichtung
22, 22’: Reibgehemmefeder für kleines Zwischenrad 15, 15’
23, 23a, 23b: konische Kunststoff-Gewindekeil
24: Mitnehmer
25: Druckfeder für den Mitnehmer
26: Schraubenfeder für die Stellstange 18, 18’

Claims

Gasabschaltventil für den Einbau in Gaszähler, aufweisend einen bezüglich seines Ventilsitzes in Längsrichtung beweglichen Ventilteller (5), welcher auf einer im Ventilgehäuse in Längsrichtung geführten Stellstange (18) sitzt und einer gekoppelten Lineareinheit, welche über ein Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) von einem Elektromotor beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass: a) der Ventilsitz eine Lippendichtung (6) aufweist, b) als Elektromotor ein Gleichstromkleinmotor (11) ausgebildet ist, c) das Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) seitlich neben der Lineareinheit angeordnet ist, d) die Lineareinheit als ein Zahnstangengetriebe oder ein Gleitschraubengetriebe, bestehend aus einem Stellmutterelement (17, 17’) und einer Stellstange (18, 18’) ausgebildet ist, welche in einer Platine (3) des Ventilgehäuses (1, 3, 4, 10) integriert sind, e) dass eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung im Gleitschraubengetriebe (18, 17) oder im Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) oder im Ventilteller (5) angeordnet ist, f) dass der Gleichstromkleinmotor (11) sowohl nach Erreichen des voreingestellten Hubs der Stellstange (18) für die Öffnungsstellung als auch nach Erreichen des voreingestellten Hubs der Stellstange (18) für die Schließstellung bis zu seinem Abschalten im Leerlauf läuft, wobei die Stellstange (18) des Gleitschraubengetriebes (18, 17) außer Eingriff mit dem Stellmutterelement (17) fährt und diese beim Schließ- und Öffnungsvorgang dann freidrehend im Leerlauf ist.
Gasabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Drehmoment des bestromten Gleichstromkleinmotors (11) begrenzende mechanische Einrichtung stellwegabhängig oder stellkraftabhängig in mindestens der Schließstellung und/oder der Öffnungsstellung des Gasabschaltventils vorgesehen ist.
Gasabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Zahnradwelle des Untersetzungsgetriebes (13, 14, 15, 15’, 16) und ihrem Zahnrad (13, 14, 15, 15’, 16) ein radiales oder axiales Reibgehemme (22, 22’) wirkt.
Gasabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Ventilteller (5) verschieblich geführter Mitnehmer (24) radial gegen einen konischen, mit dem Stellmutterelement (17’) drehfest verbundener Kunststoff-Gewindekeil (23) spannt.
Gasabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (5) bezüglich des Gaseinlasses (2) eine gewölbte stromlinienförmige Gestaltung aufweist.
Gasabschaltventil nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) als ein mehrfach untersetzendes Stirnradgetriebe ausgebildet ist.
Gasabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (3) eine separate Gehäusekammer (10) für den Gleichstromkleinmotor (11) sowie einen seitlichen Gasauslass (7) ausbildet.
Gasabschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmutterelement (17, 17’), vom Untersetzungsgetriebe (13, 14, 15, 15’, 16) beaufschlagt, im Gehäuseunterteil (4) drehend gelagert ist und die Stellstange (18, 18’) einen Verdrehschutz im Bereich der Platine (3), innerhalb welcher sie längsverschieblich gelagert ist, besitzt.
Gasabschaltventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstange (18) am unteren Ende ein mit dem Innengewinde (17a) des Stellmutterelements (17) korrespondierendes Außengewinde (18a) aufweist und einerseits im Innengewinde (17a) des Stellmutterelements (17) geführt wird und andererseits verdrehsicher, aber verschieblich, durch eine auf der Platine (3) befestigte Hülse (19).