DE3024559C2 - Stellvorrichtung für ein Absperrventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für ein Absperrventil, die eine an eine Steuerleitung angeschlossene Druckkammer sowie ein das Absperrventil steuerndes Antriebselement aufweist, das durch Zufuhr eines Steuermediums beaufschlagbar und durch ein elastisches Element wieder rückstellbar ist.

Bei herkömmlichen pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Stellvorrichtungen wird einer von einem beweglichen Steuerkolben begrenzten Druckkammer in einem Zylinder ein Steuermedium zugeführt. Dadurch wird der Steuerkolben gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegt. Mit dem Steuerkolben ist das Absperrorgan, beispielsweise ein Ventilschieber, bewegungsübertragend verbunden. Beim Betrieb der Stellvorrichtung muß sichergestellt werden, daß die Rückstellfeder durch den Druck auf den Steuerkolben bis zur Extremstellung des Steuerkolbens zusammengedrückt werden kann und beispielsweise der Ventilschieber dadurch dann ganz geöffnet ist. Daher wird der Steuerdruck in der Regel weit höher als erforderlich gewählt zumal auch mehrere Ventile mit unterschiedlichem Druckbedarf aus nur einer Steuerleitung gespeist sein können. Als Folge davon wird in der Druckkammer ein unnütz hoher Druck aufgebaut, der nicht mehr nur zur Überwindung der Rückstellfederkraft dient sondern auch auf Anschläge, beispielsweise den Anschlag des Ventilschiebers in dessen Offenstellung, wirkt. Der Steuerleitung wird durch den Aufbau eines zu hohen Drucks auch mehr Steuermedium, normalerweise

ίο verdichtete, gereinigte und dehydrierte Steuerluft, als notwendig entnommen. Da die Steuerluft beim Rückstellvorgang aus der Stellvorrichtung und aus dem geschlossenen System mit dem Steuermedium abgelassen wird, geht dem Drucksystem relativ viel Steuerluft verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stellvorrichtung zu schaffen, die weniger Steuermedium verbraucht und daher preisgünstiger betrieben werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß

2« eine zweite Druckkammer, weiche der ersten Druckkammer vorgeschaltet ist, weiterhin ein die zweite Druckkammer begrenzendes zweites Antriebselement das ebenfalls durch das elastische Element rücksteUbar und h entgegengesetzter Richtung zum Antriebselement beaufschlagbar ist und welches eine kleinere Antriebsfläche als das erste Antriebselemcnt aufweist, ferner ein Anschlag, welcher den Hubweg des ersten Antriebselementes in Richtung zum zweiten Antriebselement begrenzt und schließlich ein Ventil, welches nach Anlage des ersten Antriebselementes am Anschlag durch das zweite Antriebselement zum Absperren der Steuerleitung betätigbar ist Auf diese Weise wird erreicht daß dann, wenn der Steuerkolben seine vorgesehene Extremstellung, beispielsweise die Offenstellung eines Ventilschiebers, erreicht hat, keine weitere Steuerluft bis zum vollständigen Druckausgleich mit der Steuerleitung nachströmen kann. Hierdurch läßt sich der Bedarf des Steuermediums erheblich reduzieren, wobei die Ersparnis sogar 50% des üblichen Bedarfs erreichen kann. Wenn von ein und derselben Quelle aus verschiedene Vorrichtungen aus gesteuert werden sollen, die unterschiedliche Ansprechdrücke benötigen, so richtet sich der in der Quelle erzeugte Druck des Steuermediums in der Praxis nach der Vorrichtung, die den höchsten Ansprechdruck benötigt. Die einen niedrigeren Ansprechdruck benötigenden Vorrichtungen werden daher übermäßig belastet. Der sich ergebende Luftverbrauch kann erheblich herabgesetzt werden, wenn erfindungsgemäß die Luftzufuhr in die Stellvorrichtung abgesperrt wird, wenn die Stellvorrichtung die vorgesehene Hubbewegung durchgeführt hat. Dabei wird die Stellzeit gegenüber einer herkömmlichen Stellvorrichtung nicht verlängert.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung ist die dem zweiten Antriebselement gegenüberliegende Wand der zweiten Druckkammer mit einer Öffnung versehen, über welche die zweite Druckkammer mit der Steuerleitung in Verbindung steht und die den Ventilsitz des Ventils bildet, dessen Absperrorgan bei Zunahme des Druckes in der zweiten Druckkammer von der Zuführseite des Steuermediums an den Ventilsitz zur Anlage bringbar ist.

^M Um ein gutes Anliegen des Ventilkegels an seinem Ventilsitz auch bei geringen Druckunterschieden zu erreichen, ist vorteilhafterweise das Absperrorgan auf der Zuführseite des Steuermediums durch eine im

Vergleich zum elastischen Element schwache Druckfeder im Schließsinne beaufschlagt

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die beiden Druckkammern in zwei releskopartig gegeneinander verstellbaren Teilen eines Zylinders angeordnet Hierdurch ist eine Voreinstellung des elastischen Elementes möglich, so daß sich dessen Rückstellkraft ändert. Entsprechend der eingestellten Rückstellkraft wird der Steuerkolben früher oder später bewegt, so daß auch der Anschlag früher oder später erreicht wird. Dies bedeutet, daß auch die Membran entsprechend früher oder später bewegt wird, um das Ventil zum Absperren der Steuerleitung zu schließen.

Die Erfindung wird nachstehend näher beschrieben anhand einer Zeichnung, welche die erfindungsgemäß ausgebildete Stellvorrichtung schematisch im Schnitt zeigt.

Die Abbildung zeigt eine Stellvorrichtung, die zur Steuerung eines in einem Ventilgehäuse 1 angeordneten (nicht gezeigten) Absperrorgan dient Die Stellvorrichtung 2 besitzt einen Zylinder 20, dessen Enden durch einen Boden 21 bzw. einen Deckel 22 verschlossen sind. Im Zylinder 20 befindet sich ein Steuerkolben 23, der auf seinem Außenumfang einen Dichtring 230 trägt. Mit dem Steuerkolben 23 verbunden ist eine Kolbenstange 24, die durch eine Dichtung 25 durch den Deckel 22 des Zylinders 20 geführt ist. Die Kolbenstange 24 wird in einer Hülse 4 geführt, über die die Stellvorrichtung 2 mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist. Die Kolbenstange 24 ihrerseits ist mit dem nichtgezeigten Absperrorgan im Ventilgehäuse 1 verbunden. Zwischen dem Steuarkolben 23 und dem Deckel 22 befindet sich ein erster Druckraum 28.

Der Stellvorrichtung 2 ist eine Drucktastvorrichtung 6 zugeordnet. Diese weist eine zweite Druckkammer 60 auf, die auf der einen Seite durch den Boden 21 des Zylinders 20 und auf der anderen Seite durch eine Membran 61 begrenzt wird. Die Membran 61 ist zwischen zwei Ringen 62 und 63 eingespannt, die ihrerseits am Zylinder 20 befestigt sind. Die Membran 61 befindet sich zwischen zwei Federtellern 64 und 65, wobei der dem Steuerkolben 23 zugewandte Federteller zur Abstützung einer den Steuerkolben 23 beaufschlagenden Rückstellfeder 27 dient. Am anderen Federteller 65 stützt sich ein Ventilkegel 70 eines Sperrventiles 7 mit einem zentrischen Ansatz 700 ab, der sich durch eine öffnung 71 am Boden 21 erstreckt. Die der Druckkammer 60 abgewandte, die öffnung 71 umgebende Fläche bildet einen Sitz für den Ventilkegel 70, der auf seiner der Druckkammer 60 abgewandten Seite durch eine Druckfeder 72 beaufschlagt ist. Diese Druckfeder 72 befindet sich in bezug auf den Ventilkegel 70 auf der Zuführseite des Steuermediums in einer dritten Druckkammer 73, die an eine Steuerleitung 3 angeschlossen ist, die durch eine (nichtgezeigte) Umschaltvorrichtung freigebbar oder entleerbar ist.

Der Ring 62 verkleinert die durch Druck beaufschlagbare Fläche der Drucktastvorrichtung 6 gegenüber der durch Druck beaufschlagbaren Fläche des Steuerkolbens 23, was wesentlich ist, wie die nachstehende Funktionsbeschreibung zeigen wird.

Die beiden Druckkammern 28 und 60 sind über eine Verbindungsleitung 66 miteinander verbunden.

In der gezeigten Stellung ist die Stellvorrichtung 2 über die Steuerleitung 3 nicht mit Druck beaufschlagt, der Steuerkolben 23 ist dabei in seiner unteren Extremstellung bei geschlossenem Absperrorgan. Der Steuerkolben 23 soll nun das Absperrorgan öffnen und dabei in seine andere Extremctellung gebracht werden. Dazu wird durch eine nicht dargestellte Steuereinheit die Steuerleitung 3 vor der Stellvorrichtung 2 geöffnet so daß das Steuermedium durch das offene Sperrventil 7

s in die Druckkammer 60 einströmt Das Einströmen des Steuermediums soll im ersten Fall so langsam erfolgen, daß ein Druckausgleich zwischen der zweiten Druckkammer 60 und der Druckkammer 28 über die Verbindungsleitung 60 praktisch immer gegeben ist und

ίο somit der Steuerkolben 23 sowie die Membran 61 mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind. Die Druckklüfte wirken somit auf beiden Seiten der Rückstellfeder 27 und drücken diese zusammen. Da die druckbeaufschlagte Fläche des Steuerkolbens 23 größer ist als die Fläche der Membran 61, ist die Kraft, die auf die Rückstellfeder 27 vom Steuerkolben 23 aus wirkt, größer als die Kraft die auf die Rückstellfeder 27 von der Membran 61 aus wirkt Der Steuerkolben 23 bewegt sich dabei nach oben, und die Membran 62 weicht ebenfalls nach oben aus und hält das Sperrventil 7 weiter in seiner Offenstellung. Erst wenn das Absperrorgan geöffnet ist und gegen einen nicht gezeichneten Anschlag im Ventilgehäuse 1 fährt, wird der Steuerkolben 23 in seiner Bewegung nach oben angehalten. Erst jetzt wird bei einem noch etwas ansteigenden Druck in der Druckkammer 60 die Membran 61 nach unten bewegt, da der Steuerkolben 23 in seiner Stellung bereits festliegt Dabei drückt die Druckfeder 72 den Ventilkegel 70 auf den an der öffnung 71 angeordneten Sitz und

JO sperrt die Steuerleitung 3. Ein weiterer Druckanstieg in den Druckkammern 60 und 28 ist damit verhindert.

Wenn nun in der Steuerleitung 3 der Druck des Steuermediums abfällt, z. B. durch Umschalten einer nichtgezeigten Umschaltvorrichtung, so daß die Steuer-

Ji leitung entleert wird, so sinkt der Druck in der Kammer 73. Der Druck der Druckfeder 72 ist so schwach, daß sich das Sperrventil 7 öffnet und sich die Druckkammern 60 und 28 durch die sich jetzt entspannende Rückstellfeder 27 entleeren.

Im zweiten Fall soll das Steuermedium über die Steuerleitung 3 so schnell einströmen, daß in der Druckkammer 60 gegenüber der Druckkammer 28 ein relativ hoher Druck herrscht und dadurch die Membran 61 nach unten bewegt wird. Dabei schließt das

4·ί Sperrventil 7. Nach dem nun über die Verbindungsleitung 66 erfolgenden Druckausgleich zwischen den Druckkammern 60 und 28 öffnet sich das Sperrventil 7 wieder, so daß weiterhin das Steuermedium der Stellvorrichtung 2 zugeführt wird. Das Sperrventil 7

ίο wird daher, bis der Steuerkolben 23 seine obere Extremstellung erreicht hat, mehrmals öffnen und schließen.

Statt einer Anordnung eines Anschlages für den Steuerkolben 23 im Ventilgehäuse 1 kann ein solcher Anschlag auch im Zylinder 20 angeordnet werden.

In der gezeigten Ausführung sind in der beschriebenen Weise drei hintereinandergeschaltete Druckkammern 73, 60 und 28 vorgesehen, wobei die Druckkammer 73 und 60 über das Sperrventil 7 und die Druckkammer 60 und 28 über eine Verbindungsleitung 66 miteinander in Verbindung stehen. Es ist allerdings auch möglich, falls dies aus irgendwelchen Gründen zweckdienlich sein sollte, daß in die Druckkammer 60 zwei Leitungen münden. Die eine Leitung ist die

b5 Steuerleitung 3, die durch einen mit der Membran 61 verbundenen Ventilkegel 70 verschließbar ist. Dieser Ventilkegel 70 ist dann nicht durch eine Druckfeder 72 beaufschlagt. In der anderen Leitung ist ein von der

bereits erwähnten, nicht gezeigten Steuervorrichtung aus betätigtes Ventil angeordnet, das eine Entleeröffnung aufweist, über weiche die Druckkammern 60 und 28 entleert werden können.

Anstelle einer Rückstellfeder 27 kann auch ein anderes elastisches Rückstellelemem Anwendung finden.

Um die Vorspannung der Rückstellfeder 27 auf einfache Weise ändern zu können, ist der Zylinder 20 in Teile 200 und 201 unterteilt, die teleskopartig ineinandergreifen und mit Hilfe einer Stellvorrichtung 202. z. B. Schrauben, gegeneinander versiellbar und fixierbar sind. Das Teil 200 nimmt dabei die Druckkammer 28 auf und erstreokt sich mindestens über den Hubbereich des Steuerkolbens 23. Das Teil 201 nimmt die Rückstellfeder 27 oder ein anderes Rückstellelement sowie die Druckkammern 60 und 73 auf

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stellvorrichtung für ein Absperrventil, die eine an eine Steuerleitung angeschlossene Druckkammer sowie ein das Absperrventil steuerndes Antriebselement aufweist, das durch Zufuhr eines Steuermediums zur Druckkammer beaufschlagbar und durch ein elastisches Element rückstellbar ist g e k e η η zeichnet durch eine zweite Druckkammer(60), welche der ersten Druckkammer (28) vorgeschaltet ist, durch ein die zweite Druckkammer (60) begrenzendes zweites Antriebselemeni (61), das ebenfalls durch das elastische Element (27) rückstellbar und in entgegengesetzter Richtung zum ersten Antriebselemente) beaufschlagbar ist und welches eine kleinere Antriebsfläche als das erste Antriebselement (23) aufweist, ferner gekennzeichnet durch einen Anschlag, welcher den Hubweg des ersten Antriebselementes (23) in Richtung zum zweiten Antriebselement {61) begrenzt sowie durch ein Ventil (7), welches nach Anlage des ersten Antriebselementes (23) am Anschlag durch, das zweite Antriebselement (61) zum Absperren der Steuerleitung (3) betätigbar ist

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die dem zweiten Antriebselement (61) gegenüberliegende Wand (21) der zweiten Druckkammer (60) mit einer Öffnung (71) versehen ist über welche die zweite Druckkammer (60) mit der Steuerleitung (3) in Verbindung steht und die den Ventilsitz des Ventils (7) bildet, dessen Absperrorgan (70) bei Zunahme des Druckes in der zweiten Druckkammer (60) von der Zuführseite des Steuermediums an den Ventilsitz zur Anlage bringbar ist

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Absperrorgan (70) auf der Zuführseite des Steuermediums durch eine im Vergleich zum elastischen Element (27) schwache Druckfeder (72) im Schließsinne beaufschlagt ist.

4. Stellvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckkammern (28,60) in zwei teleskopartig gegeneinander verstellbaren Teilen (200, 201) eines Zylinders (20) angeordnet sind.