Gasströmungswächter mit einem bistabilen Verhalten

Prof. L. Zentner
 

Um den Ein- und Auslass von Medien in Rohrleitungen, insbesondere Gasrohrleitungen, zu kontrollieren sowie diese zu überwachen werden Schließmechanismen, insbesondere Gasströmungswächter, eingesetzt. Infolge kritischer Durchflüsse sperrt ein Gasströmungswächter die Gasleitung selbsttätig ab, damit ein unkontrolliertes Ausströmen nach Beschädigungen oder Manipulationen an der Gasanlage verhindert wird.

Die bislang eingesetzten federbelasteten Gasströmungswächter öffnen nach einem Druckausgleich (z. B. vergrößerte Abnahmemenge) die Gasrohrleitung selbsttätig, obwohl der Schaden an der Rohrleitung noch nicht vollständig behoben ist. Daher besteht die Notwendigkeit nach einer neuartigen Lösung, die ein dauerhaftes Verschließen gewährleistet. Durch einen neuartigen Schließmechanismus, bei dem im Vergleich zur herkömmlichen Lösung keine Stiftführung des Verschlusskörpers und keine Feder erforderlich sind, wird nicht nur ein sicheres sondern ein dauerhaftes Verschließen realisiert. Das neuartige Ventil besteht aus einem Verschlusskörper, der an drei elastischen Aufhängungselementen im Sockel befestigt ist. Die elastische vorgespannte Aufhängung schafft eine Voraussetzung für ein Durchschlag-Verhalten, d. h. ein sprunghaftes Wechseln zwischen zwei stabilen Gleichgewichtslagen so, dass das Ventil entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen ist. Da die Zwischenstellungen nicht auftreten können, ist für einen Schaltvorgang nur ein Druckimpuls notwendig.

Nach dem beschriebenen Prinzip soll ein Prototyp für einen Gasströmungswächter aufgebaut und getestet werden, der die Anforderungen nach DVGW-VP 305-1 erfüllt. Das vorteilhafte Verhalten mit einem mechanischen Durchschlag-Effekt hat neben den genannten positiven Eigenschaften auch unangenehme Nebenwirkungen, sogenanntes Verkippen des Verschlusskörpers während des Durchschlag-Verhaltens. Dadurch wird das funktionssichere Verschließen des Gasströmungswächters unter Umständen durch Verkanten des Verschlusskörpers verhindert. Durch die geschickte Auslegung der mechanischen Systemparameter soll ein funktionsfähiger Prototyp entstehen, der ohne oder mit bzw. trotz Verkippen des Verschlusskörpers ein dichtes Verschließen der Rohrleitung gewährleistet. Die Erfüllung des Entwicklungsziels für die angestrebte Ventillösung ergibt sich aus einer Kombination dieser nachfolgend aufgeführten Lösungsansätze:

• Geometrie, Anordnung und Anzahl der Aufhängungselemente
• Definierte Asymmetrie des Systems
• Material der Aufhängungselemente
• Geometrie des Verschlusskörpers und des Ventilsitzes

AZ Gastechnik GmbH

08/2013 - 07/2015

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)