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Die
Erfindung betrifft ein Stellgerät mit einem Stellantrieb
und einem dadurch betätigten Ventil.
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Der
Stellantrieb, der auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik, Nukleartechnik,
Petrochemie oder dergleichen, beispielsweise als pneumatischer Antrieb
ausgebildet sein kann, hat eine Antriebstange, die bei der Ausführung
eines Hubstellantriebs translatorisch verlagert wird. Die Stellstange
erstreckt sich hin zu dem Ventil und hält an deren ventilseitigen Ende
ein Ventilglied, das zum Belegen oder Freigeben eines Ventilsitzes
am Durchgang einer Fluidleitung gestellt wird.
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Viele
Stellgerättypen unterliegen äußerst strengen
Sicherheitsvorschriften. Beispielsweise müssen Notabschaltventile
bei Sicherstellung einer äußerst hohen Wahrscheinlichkeit
im Störfall einer Anlage eine Notstellung einnehmen, in
der das Ventilglied den Ventilsatz vollständig freigibt
oder dicht belegt.
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Ein
gattungsgemäßes Stellgerät ist aus der
US 6,905,108 B2 bekannt,
bei dem ein pneumatischer Hubstellantrieb mit einem Wegbegrenzer
ausgestattet ist, der sicherstellen soll, daß die Antriebsstange
insbesondere bei pneumatischer Vollbetätigung des Hubstellantriebs
nicht über einen maximal zulässigen Stellweg hinaus
bewegt wird. Der Wegbegrenzer ist durch zwei Platten mit aufeinanderzu
weisender schalenförmiger Innenwand verwirklicht, an der
eine Verzahnung zum Eingriff mit einer dazu entsprechenden Gegenverzahnung
frei zugänglich an der Außenseite der Antriebsstange
ausgebildet ist. Durch manuelles Lösen zweier die Platten
miteinander verbindenden und fest an der Antriebsstange haltenden
Schrauben kann die Position des Wegbegrenzers relativ zu einer Anschlagsaußenwand
des Antriebsgehäuses verändert werden, wodurch
der maximale Verfahrweg der Antriebsstange eingestellt werden kann.
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Es
stellte sich bei der bekannten Stellgerätausführung
heraus, daß große Montageschwierigkeiten bestehen,
wenn die Antriebsstange des Stellantriebs samt Ventilglied in das
Ventilgehäuse eingesetzt werden soll. Zudem erwies sich
die frei zugängliche außenseitige Anordnung des
Wegbegrenzers an der Antriebsstange insofern als potentielle Fehlfunktionsquelle,
als im Betrieb, insbesondere im Störfall, der Anlage Gegenstände
zwischen dem Wegbegrenzer und der Anschlagswand des Antriebsgehäuse
geraten können, wodurch eine ungewollte Veränderung
des maximalen Stellweges einhergehen kann. Allerdings erwies sich
als Hauptnachteil der bekannten Stellgerätausführung
die sehr aufwendige Montagearbeit, wenn das Stellgerät durch
Austausch des Stellantriebs ohne Beeinträchtigung des Ventilaufbaus
umgerüstet werden soll.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik
zu überwinden, insbesondere ein Stellgerät bereitzustellen,
das bei Gewährleistung einer einfachen und schnellen Montage
sowie Umrüstbarkeit des Stellgeräts eine ausgesprochen sichere
Wegbrenzungsfunktion bereitstellt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach sind die Antriebsstange und die Ventilstange voneinander
baulich entkoppelbar. Außerdem weist erfindungsgemäß der
Mechanismus zum Einstellen des maximalen Stellwegs des Stellantriebs
einen mechanischen Verbinder zum Koppeln der Antriebsstange und
Ventilstange, welche Verbinder zum Einstellen eines axialen Einstellabstandes
zwischen Antriebsstange und der Ventilstange ausgelegt ist. Mit
der erfindungsgemäßen Maßnahme der Entkoppelung
der Antriebsstange von der Ventilstange wird zum einen die Umrüstbarkeit
sowie auch die Montage des Stellgeräts deutlich vereinfacht.
Zum anderen stellte sich überraschenderweise heraus, daß diese
Maßnahme kombiniert mit der Einstellbarkeit des axialen
Einstellabstandes eine einfache und sichere Möglichkeit
bietet, die maximal zulässige Länge des Stellwegs
des Stellantriebs bei einer ortsfesten Anschlagsstelle für
den Wegbegrenzer variabel festzulegen. Je größer
der Einstellabstand zwischen der Antriebsstange und der Ventilstange
ist, desto größer ist die axiale Länge
der Gesamtanordnung aus Antriebsstange und Ventilstange, folglich
desto kürzer ist der maximale Verfahrweg. Durch die Erfindung
ist es möglich, einen Anschlag zur Bildung der Stellwegbegrenzungsfunktion
nicht mehr notwendigerweise an einer kritischen, freiliegenden Außenseite
des Stellantriebsgehäuse und der Antriebsstange anzuordnen,
sondern beispielsweise innerhalb des Stellantriebs selbst, welcher
Bereich von äußeren Einflüssen weitestgehend geschützt
ist. Die Erfindung trennt also strukturell die Anschlagsfunktion
und die Einstellbarkeit des maximalen Stellwegs, wobei weiterhin
eine einfache Bedienbarkeit wegen der Zugriffsmöglichkeit
außen auf den Einstellabstand gewährleistet ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Einstellabstand
stufenlos veränderbar.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verbinder mit der Antriebsstange
unbeweglich und insbesondere lösbar befestigt und mit der
Ventilstange derart beweglich und insbesondere lösbar verbunden,
daß die Ventilstange in der Längsrichtung relativ zum
Verbinder unter Beibehaltung der Verbindung zur Ventilstange verlagerbar
ist. Somit stellt der Verbinder eine ortsfeste Verbindung der Antriebsstange bereit,
während eine längs der Ventilstange verlagerbare
Kopplungsstelle die Justierbarkeit des Einstellabstands zuläßt.
Vorzugsweise ist die unbewegliche Verbindung zwischen dem Verbinder
und der Antriebsstange durch einen Formschluß gebildet. Der
Formschluß kann beispielsweise durch einen Vorsprung realisiert
sein, der in eine dazu formkomplementäre Nut eingreifen
kann. Vorzugsweise ist die Nut in der Antriebsstange ausgebildet,
während der Vorsprung an dem Verbinder geformt ist.
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Alternativ
kann der Verbinder mit der Antriebsstange und mit der Ventilstange
derart beweglich und insbesondere lösbar verbunden sein,
daß die Ventilstange und die Antriebsstange in deren Längsrichtung
relativ zum Verbinder unter Beibehaltung der jeweiligen Verbindung
verlagerbar ist. Dies bedeutet, daß der Einstellabstand
zwischen der Ventilstange und der Antriebsstange durch die Verlagerung
der Verbindungsstelle des Verbinders sowohl längs der Antriebsstange
als auch längs der Ventilstange vergrößert
oder verkleinert werden kann. Eine möglichst einfache,
bewegliche Verbindung kann mittels eines Gewinde- oder Verzahnungseingriffs
realisiert sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Verbinder
frei einer Wegbegrenzungsfunktion. Die Funktion des Wegbegrenzers
und des Verbinders zum Einstellen des maximalen Verfahrwegs ist
strukturell getrennt. Der Wegbegrenzer kann vorteilhafterweise innerhalb
des Gehäuses des Stellantriebs ausgebildet sein.
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Beispielsweise
kann der Wegbegrenzer mittels eines ortfesten Abschnitts an der
Antriebstange, insbesondere durch das stellantriebseitige freie
Ende der Antriebsstange, gebildet sein. Vorzugsweise kommt der ortsfeste
Abschnitt mit einer innerhalb des Gehäuses des Stellantriebs
befindlichen Komponente, insbesondere mit einer Innenwand des Gehäuses,
in Anschlag, um den maximalen Verfahrweg zu begrenzen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Verbinder
durch wenigstens zwei abnehmbare Schalen, vorzugsweise zwei Halbschalen, gebildet.
Die abnehmbaren Schalen umgreifen die Ventil- und die Antriebsstange,
um letztere miteinander zu koppeln. Vorzugsweise haben die Schalen eine
Innenverzahnung, insbesondere ein Innengewinde, das mit einer Außenverzahnung,
insbesondere einem Außengewinde, zumindest an der Ventilstange,
vorzugsweise an beiden Stangen, in Eingriff bringbar sind. Mittels
der Verzahnungen kann die Verbindungsstelle zwischen der Ventilstange
und der Antriebsstange längs letzterer verschoben eingestellt werden.
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Vorzugsweise
ist der Verbinder außenseitig wenigstens teilweise flach
ausgeführt, so daß dem Verbinder mit Gewindeeingriff
eine Drehbetätigungskraft insbesondere mit Hilfe eines
Schraubenschlüssels mitteilbar ist, um den axialen Einstellabstand zwischen
der Ventilstange und der Antriebsstange verändern zu können.
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Alternativ
kann der Verbinder eine Hülse aufweisen, die insbesondere
mit einem Innengewinde versehen ist. Die Hülse umgibt im
montierten Zustand sowohl die Antriebsstange als auch die Ventilstange.
Auf diese Weise können die Ventilstange und die Antriebsstange
teleskopartig in die Hülse ein- und ausgefahren werden.
Außerdem umfaßt der Verbinder jeweils eine Feststellmutter
an der Ventilstange und an der Antriebsstange, um ein selbständiges Verlagern
der Hülse relativ zur Ventilstange und zur Antriebsstange
zu vermeiden. Vorzugsweise sind die Feststellmuttern mit gegensinnigen
Gewinden versehen. Dabei können insbesondere die ventilstangenseitige
Feststellmutter und die Hülse eine gleichsinniges Gewinde
aufweisen, das mit einem entsprechenden Außengewinde der
Ventilstange in Eingriff kommen kann. Die antriebsstangenseitige
Feststellmutter kann ein dazu gegensinniges Gewinde aufweisen, das
mit einem entsprechenden Außengewinde der Antriebsstange
in Eingriff kommen kann.
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Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines
maximalem Verlagerungswegs einer Antriebsstange eines Stellantriebs eines
Stellgeräts zum Betätigen eines Ventils mit einer
Ventilstange und einem daran befestigten Ventilglied. Erfindungsgemäß werden
die Antriebsstange und die Feststellstange aus zwei separaten Stangenteilen
gefertigt, wobei ein festlegbarer Einstellabstand zwischen der Antriebsstange
und der Ventilstange zum Einstellen des maximalen Verlagerwegs der Antriebsstange
verändert werden kann.
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Vorzugsweise
ist das Verfahren entsprechend der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stellgeräts
ausgeführt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Eigenschaften werden durch die folgende Beschreibung
bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden
Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Stellgeräts
in einer ersten Ausführung;
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2 eine
Detailansicht des Bereichs D gemäß 1;
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3 eine
Seitenteilansicht eines Abschnitts des in 2 gezeigten
Teilbereichs;
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4 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen
Stellgeräts;
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5 eine
Detailansicht gemäß dem Abschnitt B nach 4.
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In
den 1 bis 3 ist das erfindungsgemäße
Stellgerät in einer ersten Ausführung allgemein mit
der Bezugziffer 1 versehen. Als Hauptbestandteile umfaßt
das Stellgerät 1 einen pneumatischen Hubstellantrieb 3,
ein Ventil 5 und einen den pneumatischen Hubstellantriebs 3 an
dem Ventil 5 abstützenden Träger 7 umfaßt.
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Der
pneumatische Hubstellantrieb 3 umfaßt zwei im
Querschnitt U-förmige Gehäusehälften 11, 13,
die miteinander randseitig dichtend verschraubt sind. Zwischen verschraubten
Randflanschen ist eine Trennmembran 15 angeordnet, die
den Innenraum des pneumatischen Hubstellantriebs 3 in zwei gegeneinanderabgedichtete
Kammern 17, 21 unterteilt. Die Trennmembran 15 ist
mit einer mittig angeordneten Versteifungsplatte 23 fest
verbunden, an der die Antriebsstange 25 befestigt ist.
Die Antriebsstange 25 erstreckt sich durch einen Durchgang 27 in der
unteren Gehäusehälfte 13 hindurch aus
dem pneumatischen Hubstellantrieb 3 heraus in den Bereich
des Trägers 7. Der Durchgang 27 ist mittels
einer Abdichthülse gebildet, in der eine Aussparung zum
Aufnehmen eines Dichtrings angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine
dynamische Abdichtung für die translatorisch bewegende
Stellstange 25 gegenüber dem Gehäuse
des pneumatischen Hubstellantriebs 3 gewährleistet.
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Die
untere Kammer 17 umfaßt einen Anschluß 19,
um sie mit einer nicht näher dargestellten, pneumatischen
Druckquelle zu verbinden. Die obere Kammer 21 beherbergt
mehrere Spiraldruckfedern 22, die unter einer Druckvorspannung
stehen.
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Im
wesentlichen in der Mitte des Trägers 7 endet
die Antriebsstange 25. Das Ende 27 der Antriebsstange 25 ist
mit einer umlaufenden Nut 29 versehen. Fluchtend mit der
Antriebsstange 25 schließt axial eine Ventilstange 31 an,
deren antriebsseitiger Endbereich 33 mit einem Außengewinde 35 versehen
ist.
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Wie
in 1 ersichtlicht ist, erstreckt sich die Ventilstange 31 von
im wesentlichen der Mitte des Trägers 7 hin zu
einem ventilseitigen Ende 39, in das ein Ventilglied 41 fest
eingesetzt ist. Der antriebsstangenseitige Endbereich 33 der
Ventilstange 31 ist lageverstellbar mit der Ventilstange 25 über
einen mechanischen Verbinder 41 gekoppelt, der bei der Ausführung
gemäß den 1 bis 3 durch
zwei Halbschalen 43, 45 gebildet ist, die über
wenigstens eine Schraube 47 zum Verspannen und zum Greifen der
Antriebsstange 25 sowie der Ventilstange 31 aneinander
befestigbar sind.
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Beide
Halbschalen 43, 45 umfassen innenseitig ein Innengewinde,
das steigungsgemäß mit dem Außengewinde 35 der
Ventilstange 31 übereinstimmt.
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Die
Halbschalen 43, 45 weisen an deren antriebsstangenseitigen
Rand eine radial nach innen weisende umlaufende Nase 49,
die formkomplementär zur Nut 29 der Antriebsstange 25 ausgebildet
ist. Durch Eingriff der Nase 49 in die Nut 29 ist
eine ortsfeste Befestigung des Verbinders 41 an der Antriebsstange 25 gewährleistet.
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Das
Ventil 41 belegt in der in 1 gezeigten
Betriebsposition dichtend einen Ventilsitz 51. Die Betriebsposition
entspricht einer Notstellung, nämlich dann, wenn kein pneumatischer
Innendruck in der unteren Kammer 17 herrscht und die vorgespannten Spiraldruckfedern 22 ihre
Federkraft abgeben können, um das Ventil 41 samt
Ventilstange 31 über den Verbinder 41 und
der Antriebsstange 25 in die in 1 gezeigte
Position zu verlagern.
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Damit
bei Druckbeaufschlagung der unteren Kammer 17 die Antriebsstange 25 und
folglich die Ventilstange 31 nicht zu weit aus der in 1 gezeigten
Betriebsposition zurückgezogen werden, ist ein Wegbegrenzer
vorgesehen, der eine maximale Anhebung der Antriebsstange 25 begrenzen
soll. Der Wegbegrenzer wird durch das obere freie Ende 55 der
Antriebsstange 25 gebildet, das in einem anschlagenden
Eingriff mit der Innenseite der oberen Gehäusehälfte 11 kommen
kann, sobald ein zu großer pneumatischer Überdruck
in der unteren Kammer 17 über den Anschluß 19 zugeführt
wird.
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Der
Verbinder 41 hat erfindungsgemäß die Aufgabe,
den maximalen Verfahrweg A der Antriebsstange 25 einzustellen,
indem der Abstand a der zueinander weisenden Enden der Antriebsstange 25 sowie
der Ventilstange 31 verändert wird.
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Der
Einstellabstand a kann dadurch verändert werden, daß die
Halbschalen 43, 45 von der Ventilstange 31 gelockert
werden, wobei durch Drehung der Halbschalen 43, 45 ein
Verschieben der Antriebsstange 25 von der Ventilstange 31 weg
oder auf letztere hinzu ermöglicht wird. Eine weitere Möglichkeit
der Einstellung des Einstellabstands a besteht darin, die Halbschalen 43, 45 von
der Ventilstange 31 und der Antriebsstange 27 zu
entfernen, um ein manuelles Bewegen der Antriebsstange 25 relativ
zur aufgrund der Einnahme des Ventilssitzes ortsfesten Ventilstange 31 zu
erwirken.
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In
den 4 und 5 ist eine zweite erfindungsgemäße
Ausführung des Stellgeräts dargestellt, wobei
zur besseren Lesbarkeit der Figurenbeschreibung für identische
oder ähnliche Bauteile die selben Bezugsziffern wie in
den 1 bis 3 verwendet werden, die allerdings
um 100 erhöht sind.
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Das
Stellgerät 101 gemäß den 4 und 5 unterscheidet
sich im wesentlichen von dem Stellgerät nach den 1 bis 3 in
dem Aufbau des Verbinders 141. Der Verbinder 141 hat
eine Hülse 161, die ein Innengewinde aufweist,
welches steigungsgleich zu dem Außengewinde 135 der
Ventilstange 131 ist. Die Hülse 161 hat
im wesentlichen einen gleichbleibenden Innendurchmesser.
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Die
Antriebsstange 125 hat an dem ventilstangenseitigen Endbereich 163 einen
Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als
der Innendurchmesser des Innengewindes der Hülse 161 ist,
damit ein Außengewinde der Antriebsstange 125 nicht
mit dem Innengewinde der Hülse 161 in Konflikt
kommen kann.
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Das
Außengewinde 165 am ventilstangenseitigen Endbereich 163 der
Antriebsstange 125 ist gegensinnig zum Außengewinde 135 der
Ventilstange sowie zum Innengewinde der Hülse 161 ausgelegt.
Zum genauen Festlegen der Position der Hülse 161 und
zum Vermeiden eines selbständigen Verlagerns der Hülse 161 relativ
zur Ventilstange 131 und zur Antriebsstange 125 ist
eine Feststellmutter 176 an der Ventilstange 131 vorgesehen.
Das Außengewinde 135 der Ventilsstange 131,
das Gewinde der Feststellmutter 176 sowie das Innengewinde
der Hülse 161 sind Linksgewinde, während
für das Außengewinde 165 an der Antriebsstange 125 sowie
einem Innengewinde einer Feststellmutter 169 für
das antriebsstangenseitige Festlegen des Verbinders 141 ein
Rechtsgewinde vorgesehen ist.
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Auch
bei der in den 4 und 5 gezeigten
Ausführung kann der maximal Hubweg A durch Einstellen des
in den 4 und 5 angedeuteten Einstellabstands
(nicht näher dargestellt) zwischen den aufeinanderzu weisenden
Enden der Antriebsstange 125 und der Ventilstange 131 eingestellt
werden. Dazu kann eine der Feststellmuttern 167, 169 gelöst
werden, wodurch bei Drehung der Hülse 161 eine
Verlagerung der Hülse und damit der Antriebsstange 125 relativ
zur axial ortsfesten Ventilstange 125 und zur anschlagenden
Innenseite des oberen Gehäusedeckels 11 bewirkt
wird.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung
in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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- 1,
101
- Stellgerät
- 3,
103
- pneumatischer
Hubstellantrieb
- 5,
105
- Ventil
- 7,
107
- Träger
- 11,
13
- Gehäusehälfte
- 15,
115
- Trennmembran
- 17,
117
- untere
Kammer
- 19,
119
- Anschluß
- 21,
121
- obere
Kammer
- 23,
123
- Versteifungsplatte
- 25,
125
- Antriebsstange
- 27,
127
- Durchgang
- 29,
129
- Nut
- 31,
131
- Ventilstange
- 33,
133
- Endbereich
- 35,
135
- Außengewinde
- 39,
139
- ventilseitiges
Ende
- 41,
141
- Verbinder
- 43,
45
- Halbschalen
- 47
- Schraube
- 49
- Nase
- 51,
151
- Ventilsitz
- 55,
155
- oberes
freies Ende
- 161
- Hülse
- 165
- Außengewinde
- 167,
169
- Feststellmutter
- A
- Verfahrweg
- a
- Einstellabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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