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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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Aus
DE 1 043 739 ist eine Absperreinrichtung mit einer ein Stellstange und eine Antriebsstange und eine Ventilstange verbindenen Verbinder bekannt, über den die Funktionsart der Absperreinrichtung einstellbar ist.
US 4,699,354 offenbart eine Wegbegrenzungsvorrichtung mit einer einstöckigen Ventilantriebsstange.
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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, sondem 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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Bezugszeichenliste
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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
