DE102009041799A1

DE102009041799A1 - Schaltventil und Sicherheitssystem und Armatur

Info

Publication number: DE102009041799A1
Application number: DE102009041799A
Authority: DE
Inventors: Klemens Strauss; Richard Tauber; Bertram Amrhein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-02-24
Also published as: EA201001166A2; EA201001166A3

Abstract

Offenbart ist ein Schaltventil mit einem Ventilschieber, der zum Steuern des Schaltventils über einen Aktuator betätigbar ist. Der Aktuator weist ein Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit auf, dessen Volumen sich in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur bzw. in Abhängigkeit einer sich der Umgebungstemperatur anpassenden Temperatur des Mediums ändert. Ab einer bestimmten Temperatur des Mediums wird das Ventilelement durch dieses geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Sicherheitssystem bzw. eine Armatur.
In dem Datenblatt RD 22340 der Anmelderin ist ein derartiges Schaltventil offenbart. Dieses weist ein Ventilgehäuse mit einem Ventilkörper auf, der mit einer Betätigungsvorrichtung bzw. einem Aktuator aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung schaltbar ist. Die Betätigungsvorrichtung greift hierbei etwa koaxial zum Ventilkörper mit einem Schaltstößel an diesem an. Der Schaltstößel ist manuell über einen Handhebel, mechanisch über einen Rollenstößel oder fluidisch über eine Druckkraft betätigbar.
Bei einem derartigen Schaltventil kann es nötig sein, dass dieses bei hohen Temperaturen – die durch einen Brand verursacht sein können – automatisch betätigt wird, um beispielsweise einen Verbraucher zu einem Tank zu entlasten. Hierzu kann eine temperaturabhängige Betätigungsvorrichtung wie in der Druckschrift DE 199 63 499 A1 vorgesehen sein.
In der Druckschrift DE 199 63 499 A1 ist ein Schaltventil mit einer temperaturabhängigen Betätigungsvorrichtung gezeigt. Diese hat ein Formgedächtniselement, dessen Volumen bei einer Temperaturerhöhung verkleinert wird, wodurch ein Ventilschieber eines Wegeventils oder ein Ventilkörper eines Sitzventils betätigt werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass ein derartiges Formgedächtniselement nur eine geringe Schaltkraft und einen niedrigen Schalthub aufweist. Des Weiteren wird der Ventilkörper bzw. der Ventilschieber schon bei geringen Temperaturänderungen durch das Formgedächtniselement betätigt, wodurch eine vorbestimmte Temperaturschwelle, bei der das Schaltventil geschaltet werden soll, nicht einstellbar ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Schaltventil bzw. ein Sicherheitssystem für z. B. eine Armatur zu schaffen, das bei einer bestimmten Temperatur automatisch schaltet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß hat ein Schaltventil einen Ventilkörper, der zum Steuern des Ölflusses über einen Aktuatorschaltbar ist. Der Aktuator weist eine Flüssigkeit auf, dessen Volumen sich in Abhängigkeit einer Temperatur ändert. Bei einer vorbestimmten Temperatur wird das Ventilelement über die Flüssigkeit geschaltet.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass es sich bei der Flüssigkeit um ein äußerst kostengünstiges Medium handeln kann, wie es beispielsweise bei üblichen Temperaturreglern von Heizungsanlagen eingesetzt ist. Die Flüssigkeit weist bei Temperaturänderungen eine höhere Volumenänderung als ein eingangs erläutertes Formgedächtniselement des Stands der Technik auf, was zu einem größeren Schalthub und einer größeren Schaltkraft des Aktuators führt. Man erzielt mit der erfindungsgemäßen Lösung also eine große Schaltkraft und einen großen Schalthub bei geringem vorrichtungstechnischen Aufwand.
Vorteilhafterweise wird eine Flüssigkeit eingesetzt, die sich bei einer Temperaturerhöhung ausdehnt, wodurch der Ventilkörper beispielsweise mit einer Druckkraft in Schaltrichtung beaufschlagbar ist.
Um die Druckkraft der Flüssigkeit einfach auf den Ventilkörper zu übertragen, hat der Aktuator einen mit der Flüssigkeit befüllten Balg, insbesondere einen Metallbalg.
Mit Vorteil stützt sich der Balg an einem Aktuatorgehäuse ab und betätigt bei einer bestimmten Ausdehnung über einen Schaltstößel den Ventilkörper. Diese Anordnung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine hohe Robustheit aus.
Vorzugsweise ist der Balg über ein Verbindungsrohr mit einem Temperaturfühler in Flüssigkeitsverbindung, wodurch vom Schaltventil entfernt auftretende Temperaturänderungen erfasst werden können. Der Temperaturfühler kann dann beispielsweise in brandgefährdete Bereiche eingebracht werden, wodurch eine Beschädigung des Schaltventils, das außerhalb dieser brandgefährdeten Bereiche angeordnet ist, vermieden wird.
Der Schaltstößel ist entgegen der Wirkrichtung des Balgs mit einer einstellbaren Federkraft einer Rückführfeder beaufschlagt. Die Temperatur zum Schalten des Ventilkörpers ist vorzugsweise über die Längsverstellung des Schaltstößels durch das Verdrehen des Gehäuseendabschnittes im Gewinde bestimmt.
Um eine Beschädigung einer Sitzfläche des Ventilkörpers durch große Schaltkräfte des Aktuators zu vermeiden, ist zwischen dem Schaltstößel und dem Ventilkörper eine Schaltfeder angeordnet. Weiterhin ermöglicht die Schaltfeder ein Hinbewegen des Schaltstößels auch nach einer Betätigung des Ventilkörpers.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Ventilkörper und dem Aktuator eine Rastvorrichtung angeordnet, über die ab einem bestimmten Schalthub des Aktuators der Ventilkörper verrastet wird. Dies dient als zusätzliche Sicherheitsfunktion, damit das Schaltventil nach dem Schalten in einer sicheren Schaltstellung verbleibt.
Die Rastvorrichtung ist vorrichtungstechnisch einfach mit einem zwischen dem Schaltstößel und dem Ventilkörper angeordneten Raststößel mit einer umlaufenden Nut ausgebildet, wobei der Raststößel von einem in Richtung des Raststößels federbelasteten Rastelement umgriffen ist. Dieses stützt sich an einer Außenmantelfläche des Raststößels mit einem Rastabschnitt ab, der bei dem bestimmten Schalthub in die Nut einrastet.
Der Raststößel wird von einer Federkraft einer sich an dem Ventilkörper abstützenden Feder in Richtung des Aktuators beaufschlagt, wodurch ein ständiges Anliegend des Raststößels an dem Schaltstößel des Aktuators möglich ist.
Das Rastelement ist vorzugsweise entrastbar, um beispielsweise nach einem Funktionstest des Schaltventils dieses wieder in einen schaltbaren Zustand zu bringen.
Erfindungsgemäß weißt ein Sicherheitssystem zum Steuern eines Gas- oder Prozessstroms ein erfindungsgemäßes Schaltventil auf, womit beispielsweise in einem Brandfall der Gas- oder Prozessstrom abgeschaltet werden kann.
Vorzugsweise ist der Ventilkörper gegenüber einer Druckmittelbeaufschlagung an wenigstens einem Arbeitsanschluss und/oder einem Versorgungsanschluss und/oder einem Tankanschluss druckausgeglichen. Dies bedeutet, dass auch bei einem hohen Druck in dem entsprechenden Anschluss auf den Ventilschieber wirkende hydrostatische Kräfte in beide Längsrichtungen etwa gleich sind. Hierdurch kann der Ventilkörper z. B. alleine durch die Federkraft einer Schließfeder dichtend auf seinem Ventilsitz gehalten werden. Um den Ventilkörper zu betätigen ist lediglich die Federkraft dieser Schließfeder zu überwinden. Weitestgehend druckausgeglichene Schaltventile sind an sich aus der DE 19 833 744 C1 der Anmelderin bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltventil erlaubt der druckausgeglichene Ventilkolben das Schalten von hohen Drücken, zudem die präzise Einstellung des Schaltpunktes sowie das Schalten mit einem thermischen Aktuator, der ggf. auch nur eine geringe Schaltkraft aufbringt.
Vorzugsweise ist über das Schaltventil ein Zylinder zum Steuern des Gas- oder Prozessstroms betätigbar.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung ein Schaltventil mit einem Aktuator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
2 in einer schematischen Darstellung das Schaltventil mit dem Aktuator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 in einem vereinfachten Schaltplan ein Sicherheitssystem – mit dem erfindungsgemäßen Schaltventil und Aktuator – gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
4 in einem vereinfachten Schaltplan ein Sicherheitssystem – mit dem erfindungsgemäßen Schaltventil und Aktuator – gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
5 in einem vereinfachten Schaltplan eine weitere Variante eines Sicherheitssystems mit dem erfindungsgemäßen Schaltventil und Aktuator 2.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Schaltventil 1 mit einem Aktuator 2 bzw. einer Betätigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem Schaltventil 1 handelt es sich um ein hydraulisches direktgesteuertes Wegesitzventil, das beispielsweise in dem eingangs aufgeführten Datenblatt RD 22340 der Anmelderin offenbart ist. Im Folgenden werden der Einfachheit halber nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente des Schaltventils 1 beschrieben und für weiterführende Informationen bezüglich dem Aufbau und der Funktionsweise auf das vorstehend genannte Datenblatt verwiesen.
Bei dem Schaltventil 1 handelt es sich um ein 3/2-Wegesitzventil mit einem Ventilgehäuse 4, das von einer Ventilbohrung 6 durchsetzt ist. In Radialrichtung ist die Ventilbohrung 6 mit einem mit einem Pumpenanschluss P verbundenen Zulaufraum 8 und mit einem mit einem Tankanschluss T verbundenen Tankraum 10 erweitert. Etwa mittig zwischen dem Pumpenanschluss P und dem Tankanschluss T ist ein Arbeitsanschluss A in das Ventilgehäuse 1 eingebracht, der in der Ventilbohrung 6 mündet.
In die Ventilbohrung 6 sind zwei Sitzelemente 11, 12 eingebracht. Zwischen diesen ist ein erstes Abstandselement 13 angeordnet. Das in der 1 rechte Sitzelement 12 ist über ein weiteres Abstandselement 14 und eine in die Ventilbohrung 6 eingeschraubte Verschlussschraube 15 und das linke Sitzelement 11 über ein weiteres Abstandselement 16, über eine Buchse 17 und einen Ventildeckel 18 fixiert. Zwischen den beiden Sitzelementen 11 und 12 ist etwa im Bereich des Arbeitsanschlusses A ein Ventilkörper 20 angeordnet. Dieser weist zwei voneinander abweisende etwa kugelförmig ausgebildete Sitzflächen 22, 24 auf, wobei der Ventilkörper 20 in der in 1 gezeigten Grundstellung mit seiner linken Sitzfläche 24 an einem Ventilsitz des linken Sitzelements 11 anliegt. In einer Schaltstellung würde der Ventilkörper mit der Sitzfläche 22 an einem Ventilsitz des rechten Sitzelements 12 anliegen. In der gezeigten Grundstellung ist der Pumpenanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A in Druckmittelverbindung. In der Schaltstellung ist die Verbindung des Arbeitsanschlusses A zum Pumpenanschluss P abgesperrt und die Druckmittelverbindung vom Arbeitsanschluss A zum Tankanschluss T geöffnet.
Der Ventilkörper 20 wird von einem in der Verschlussschraube 15 gleitend geführten Ventilstößel 26 in Richtung der in 1 gezeigten Grundstellung vorgespannt. Als Vorspannkraft dient die Federkraft einer sich in der Verschlussschraube 15 abstützenden und den Ventilstößel 26 mit der Federkraft beaufschlagenden Feder 28. Der Ventilstößel 26 begrenzt dabei einen die Feder 28 aufnehmenden Federraum 30 in der Verschlussschraube 15, der mit dem Pumpenanschluss P in Druckmittelverbindung steht.
In Richtung der Schaltstellung kann der Ventilkörper 20 von einem in der 1 linken Buchse 17 geführten Ventilstößel 32 betätigt werden. Diese hat einen von dem Ventilkörper 20 wegweisenden radial zurückgestuften Endabschnitt 34, an dessen Stirnfläche eine Ventilkugel 36 anliegt. Diese ist in einem buchsenförmigen von dem Endabschnitt 34 des Ventilstößels 32 durchsetzen Aufnahmeteil 38 angeordnet, das in eine Bohrung der Buchse 17 eingebracht ist.
Durch die radiale Zurückstufung des Endabschnitts 34 ist am Ventilstößel 32 eine Ringfläche 40 ausgebildet. Der Endabschnitt 34 begrenzt zusammen mit der Ringfläche 40 und der Buchse 17 einen über zwei Dichtelemente abgedichteten Ringraum 42, der über eine in der Buchse 17 ausgebildete Radialbohrung, einen in der Ventilbohrung 6 ausgebildeten Zwischenraum und einem in dem Ventilgehäuse 4 eingebrachten Verbindungskanal 44 mit dem Zulaufraum 8 in Druckmittelverbindung steht. Über den mit dem Pumpenanschluss P in Druckmittelverbindung stehenden Ringraum 42 und den Federraum 30 ist der Ventilschieber mit dem Ventilkörper 20 etwa druckausgeglichen, wodurch auf den Ventilschieber wirkende hydraulische Kräfte in beide Längsrichtungen etwa gleich sind. Hierdurch ist der Ventilkörper 20 in der in 1 gezeigten unbetätigten Stellung alleine durch die Federkraft der Feder 28 dichtend auf seinem Ventilsitz gehalten. Um den Ventilkörper 20 zu betätigen ist lediglich die Federkraft der Feder 28 zu überwinden.
Insbesondere der Ventilkörper 20, die Ventilstößel 26, 32 und die Sitzelemente 12, 14 sind aus einem metallischen Material, um hohen Betriebsdrücken standzuhalten. Das Schaltventil 1 wird beispielsweise bei Betriebsdrücken bis etwa 630 bar eingesetzt.
Auf der vom Endabschnitt 34 des Ventilstößels 32 abweisenden Seite der Ventilkugel 36 liegt ein Betätigungsstößel 46 an, der gleitend in dem Ventildeckel 18 gelagert ist und aus diesem in der 1 nach links auskragt. Der Betätigungsstößel 46 ist etwa koaxial zu den Ventilstößeln 26, 32 angeordnet.
Der Betätigungsstößel 46 taucht mit einem vom Ventildeckel 18 auskragenden Endabschnitt 48 in ein mehrteiliges Gehäuse des Aktuators ein. Das Gehäuse des Aktuators 2 hat einen etwa topfförmigen Gehäuseendabschnitt 50, der an den Ventildeckel 18 fixiert ist und axial eine Durchgangsbohrung aufweist, in die der Endabschnitt 48 des Betätigungsstößels 46 des Schaltventils 1 eingetaucht ist. Auf den Gehäuseendabschnitt 50 ist ein etwa hohlzylindrischer Gehäusemittelabschnitt 52 über ein Gewinde 53 aufgeschraubt, in dessen vom Gehäuseendabschnitt 50 abweisenden Endabschnitt ein ebenfalls etwa hohlzylindrischer Gehäuseendabschnitt 54 eingeschraubt ist.
Ein vom Ventildeckel 18 wegweisender Abschnitt des Gehäusemittelabschnitts 52 ist in Radialrichtung leicht erweitert, wodurch der Übergang zwischen dem erweiterten und einem nicht erweiterten Bereich eine Stufe 56 ausgebildet ist, an der eine in den Gehäusemittelabschnitt 52 eingesetzte Führungsplatte 58 fest anliegt. Die Führungsplatte 58 hat eine Führungsbohrung 60 in der ein Schaltstößel 62 des Aktuators 2 zum Betätigen des Ventilkörpers 20 gleitend geführt ist.
Der Schaltstößel 62 liegt mit einem in der 1 von dem Ventildeckel 18 wegweisenden T-förmigen Endabschnitt 64 an einer Innenbodenfläche 66 einer topfförmigen Aktuatorhülse 68 etwa an. Diese wird von einem mit Flüssigkeit befüllten Metallbalg 70 umgriffen, der sich an einem mit dem Gehäuseendabschnitt 54 fest verbundenen Gehäusedeckel 72 abstützt und an die Aktuatorhülse 68 über einen von dieser radial wegkragenden Anlagebund 74 angreift.
Der Schaltstößel 62 ist von einer Rückführfeder 76 umgriffen, die sich an der Führungsplatte 58 abstützt und den Schaltstößel 62 über den T-förmigen Endabschnitt 64 mit einer Federkraft gegen die Innenbodenfläche 66 der Aktuatorhülse 68 vorspannt.
Zwischen einer dem Ventildeckel 18 zuweisenden Stirnfläche des Schaltstößels 62 und einer von dem Ventildeckel 18 wegweisenden Stirnfläche des Endabschnitts 48 des Betätigungsstößels 46 ist eine Schaltfeder 78 angeordnet.
Die Flüssigkeit in dem Metallbalg ist über ein Verbindungsrohr 80 mit einem länglichen Temperaturfühler 82 einer Tauchhülse 84 in Flüssigkeitsverbindung. Der Temperaturfühler 82 bildet einen die Flüssigkeit aufnehmenden Innenraum 86 aus. Die Tauchhülse 84 umschließt den Temperaturfühler 82 vollständig und weist an ihrem in 1 linken Endabschnitt ein Verschlusselement 88 auf, durch das das Verbindungsrohr 80 hindurch geführt ist. Dieses mündet dann im Innenraum 86 des Temperaturfühlers 82.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Schaltventils 1 mit dem Aktuator 2 erläutert.
Das Volumen der Flüssigkeit in dem Metallbalg 70, in dem Verbindungsrohr 80 und in dem Temperaturfühler 82 ist temperaturabhängig, wobei bei einem Temperaturanstieg sich das Volumen der Flüssigkeit vergrößert. Steigt die Temperatur insbesondere in der Umgebung des Temperaturfühlers 82 an, so vergrößert sich das Volumen der Flüssigkeit, wodurch der Metallbalg 70, der über das Verbindungsrohr 80 mit dem Temperaturfühler 82 in Flüssigkeitsverbindung steht, sich im Wesentlichen in Längsrichtung hin zum Schaltventil 1 vergrößert.
Durch die Volumenvergrößerung des Metallbalgs 70 des Aktuators 2 wird der Schaltstößel 62 über die Aktuatorhülse 68 von dem Metallbalg 70 entgegen der Federkraft der Rückführfeder 76 in Richtung des Betätigungsstößels 46 bewegt, wodurch die Schaltfeder 78 komprimiert wird. Ab einem bestimmten Schalthub des Schaltstößels 62 und somit ab einer bestimmten Temperaturschwelle der Flüssigkeit ist die über die Schaltfeder 78 auf den Betätigungsstößel 46 übertragene Schaltkraft derart groß, dass der Betätigungsstößel 46 den Ventilkörper 20 über die Ventilkugel 36 und den Ventilstößel 32 in Richtung der Schaltstellung bewegt, bis die in der 1 rechte Sitzfläche des Ventilkörpers 20 am Ventilsitz des zweiten Sitzelements 14 anliegt. Hierdurch wird die Druckmittelverbindung zwischen dem Pumpenanschluss P und dem Arbeitsanschluss A zugesteuert und die Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Tankanschluss T aufgesteuert. Mit dem Aktuator 2 wird somit eine Druckmittelverbindung geöffnet bzw. aufgesteuert.
Sinkt die Temperatur der Flüssigkeit des Aktuators 2 wieder unterhalb der vorbestimmten Temperaturschwelle, so wird der Schaltstößel 62 durch die Rückführfeder 76 wieder in Richtung weg vom Ventilkörper 20 bewegt, wodurch dieser über die Feder 28 und den Ventilstößel 26 in die Grundstellung geschaltet wird.
Durch Veränderung der Einschraubtiefe des Gehäusemittelabschnitts 52 in den Gehäuseendabschnitt 50 ist die Position des Schaltstößels 62 und somit die kritische Temperatur bzw. die Temperaturschwelle einstellbar, bei der der Ventilkörpers 20 über den Schaltstößel 62 und dem Metallbalg 70 geschaltet wird.
Die Volumenausdehnung des Metallbalgs 70 wiederum ist abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit. Je höher die Temperatur der Flüssigkeit, desto größer ist die Volumenausdehnung des Metallbalgs 70 in axiale Richtung. Ab einer bestimmten axialen Ausdehnung wird der Ventilkörper 20 über den Schaltstößel 62 betätigt.
Durch die Tauchhülse 84 mit dem Temperaturfühler 82 ist es möglich das Schaltventil 1 in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur zu betätigen, die im Bereich des Temperaturfühlers 82 vorherrscht und somit in einem sehr großen Abstand zum Schaltventil 1.
Die Tauchhülse 84 mit dem Verbindungsrohr 80 ist von einem üblichen Temperaturregler bekannt, der beispielsweise in der EP 1 096 354 gezeigt ist. Dieser dient zur Temperaturregelung und -begrenzung von beispielsweise Heizungs- und Trinkwasseranlagen.
Die Schaltfeder 78 dient dazu, dass der Metallbalg 70 sich in Richtung des Schaltventils 1 ausdehnen kann, ohne dass der Betätigungsstößel 46 über den Schaltstößel 62 betätigt wird. Die Schaltfeder 78 dient zum Schutz des Schaltventils 1 vor zu hohen Schaltkräften des Aktuators 2.
Alternativ zum druckausgeglichenen 3/2-Wege-Sitzventil kann ein druckausgeglichenes 2/2-Wege-Sitzventil oder ein 4/2-Wege-Sitzventil, je nach Ausführung des hydraulischen Systemschaltplans, eingesetzt werden. Unter anderem können alle in dem bereits genannten Datenblatt RD 22340 beschriebenen Ventile, insbesondere die 3/2-Wege-Sitzventile mit den Schaltsymbolen U und C, mit der vorangehend beschriebenen Ansteuerung mittels des thermischen Aktuators 2 versehen werden.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung das Schaltventil 1 zusammen mit dem Aktuator 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Rastvorrichtung 90 als Sicherheitssystem vorgesehen. Diese dient dazu, den Ventilkörper 20 in der Schaltstellung zu arretieren.
Die Rastvorrichtung 90 ist mit einem Rastgehäuse 92 zwischen dem Ventildeckel 18 des Schaltventils 1 und dem Gehäuseendabschnitt 50 des Aktuators 2 angeordnet, wobei der Gehäuseendabschnitt 50 mit einem Gewindevorsprung 94 in einer Gewindebohrung des Rastgehäuses 92 eingeschraubt ist. In dem Rastgehäuse 92 ist etwa koaxial zum Schaltstößel 62 und zum Betätigungsstößel 46 eine Durchgangsbohrung 95 eingebracht, in der ein Raststößel 96 axial verschiebbar geführt ist. Dieser hat einen etwas größeren Durchmesser als der Schaltstößel 62 und als der Betätigungsstößel 46. Der Raststößel 96 kragt in das Gehäuse des Aktuators 2 zwischen der Führungsplatte 58 und dem Gehäuseendabschnitt 50 aus und liegt mit seiner zum Schaltstößel 62 weisenden Stirnfläche an dessen Stirnfläche etwa an. Zwischen dem Betätigungsstößel 46 und dem Raststößel 96 ist eine Feder 98 angeordnet. Etwa senkrecht zur Durchgangsbohrung 95 ist in das Rastgehäuse 92 eine Sacklochbohrung 100 eingebracht, die die Durchgangsbohrung 95 schneidet und deren Längsache in etwa in einer Ebene mit der Längsachse der Durchgangsbohrung 95 liegt.
In der Sacklochbohrung 100 ist ein Rastelement 102 axial verschiebbar gelagert. Diese hat eine Durchgangsbohrung 104, durch die der Raststößel 96 hindurchgeführt ist. Das Rastelement 102 wird über eine Feder 106, die sich an einem Bohrungsgrund der Sacklochbohrung 100 abstützt, über eine zu diesem Bohrungsgrund weisende Stirnfläche 108 mit einer Federkraft in Richtung des Raststößel 96 beaufschlagt. Der Raststößel 96 hat eine Umfangsnut 110 bzw. Nut, deren axiale Länge größer oder gleich der Durchgangsbohrung 104 des Rastelements 102 ist.
In der Grundstellung des Schaltventils 1 liegt das Rastelement 102 zumindest mit einem Abschnitt der Durchgangsbohrung 104 an einer Außenmantelfläche 112 des Raststößels 96 in der 2 rechts von der Umfangsnut 110 etwa an. Die Umfangsnut 110 ist derart positioniert, dass bei dem Schalthub des Raststößels 96, bei dem dieser über den Schaltstößel 62 den Ventilkörper 20 in die Schaltstellung steuert, diese vollständig im Bereich der Durchgangsbohrung 104 des Rastelements 102 angeordnet wird. Die Feder 106verschiebt das Rastelement 102 dann mit einer Federkraft nach oben in der 2, wodurch dieses in die Umfangsnut 110 eintaucht. Die Verschiebung in Längsrichtung des Raststößels 96 ist hierdurch blockiert. Durch die Blockierung des Raststößels 96 ist über die Feder 98, die Ventilkugel 36, den Ventilstößel 32 der Ventilkörper 20 ebenfalls in seiner Schaltstellung verrastet bzw. blockiert.
Die Sacklochbohrung 100 des Rastgehäuses 92 ist durch einen Gehäusedeckel 113 verschlossen, wobei das Rastelement 102 diesen mit einem Betätigungsvorsprung 114 durchsetzt. Über diesen kann die Verrastung des Raststößels 96 gelöst werden. Hierfür wird das Rastelement 102 entgegen der Federkraft der Feder 106 durch den Betätigungsvorsprung 114 bewegt. Die Endrastposition des Ventilelements 102 wird erreicht, wenn ein an der Stirnfläche 108 ausgebildeter Vorsprung 116 des Rastelements 102 mit einer Stirnfläche etwa an einer in die Bodenfläche der Sacklochbohrung 100 eingebrachten Grundfläche einer Aussparung 118 anliegt. In dieser Position des Rastelements 102 ist eine Verschiebung des Raststößels 96 durch die Durchgangsbohrung 104 des Rastelelements 102 ermöglicht.
Durch die Rastvorrichtung 90 ist der Ventilkörper 20 in der Schaltstellung arretiert und gegenüber einem unbeabsichtigten Öffnen nach dem Auslösen der Rastvorrichtung 90 gesichert. Zum Lösen der Arretierung und somit zum Zurücksetzen der Rastvorrichtung 90 wird diese dann manuell über den Betätigungsvorsprung 114 betätigt.
Durch das erfindungsgemäße Schaltventil 1 mit dem Aktuator 2 aus 1 und 2 ist ein temperaturabhängiges Schalten beispielsweise bei einer Schalttemperatur von etwa 100°C ermöglicht. Zum Schalten ist keine zusätzliche elektrische Energie notwendig. Das Schaltventil 1 kann durch das Verbindungsrohr 80 aus 1 außerhalb eines temperaturbelasteten Bereichs angeordnet werden, wodurch das hydraulische Schaltventil 1 und ein Druckmittel bzw. ein hydraulisches Medium thermisch nicht be- oder überlastet werden.
Der Aktuator 2 ist neben dem Schalten von hydraulischen Schaltventilen 1 aus 1 und 2 auch für pneumatische Schaltventile einsetzbar.
3 zeigt in einem vereinfachten hydraulischen Schaltplan ein Sicherheitssystem 116 zur Abschaltung eines Gas- oder Prozessstroms gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Gas- oder Prozessstrom handelt es sich beispielsweise um einen Erdöl- oder Erdgasstrom, der über eine Fontänenarmatur 118 aus einem Bohrloch austritt. Diese ist beispielsweise in einem Brandfall automatisch von dem Sicherheitssystem 116 verschließbar, das vorzugsweise in einem Steuerblock an der Fontänenarmatur 118 angeordnet ist.
Das Sicherheitssystem 116 weist das Schaltventil 1 mit dem Aktuator 2 und der Rastvorrichtung 90 und einen hydraulischen Zylinder 120 auf. In Abwandlung zum in 2 dargestellten Schaltventil 1, welches dem Schaltsymbol U aus RD 22340 entspricht, entspricht das in der 3 dargestellte Schaltventil 1 dem Schaltsymbol C. Der hydraulische Zylinder 120 ist einfachwirkend mit einer Federrückstellung über eine Feder 122 ausgebildet. Ein Kolben 124 mit einer Kolbenstange 126 trennt einen Zylinderraum 128 von einem von der Kolbenstange 126 durchsetzten Ringraum 130. An den Zylinderraum 128 ist eine Druckleitung 132 angeschlossen, von der eine Verbindungsleitung 134 abzweigt, die mit dem Anschluss P des Schaltventils 1 verbunden ist.
An die Druckleitung 132 ist beispielsweise ein (nicht gezeigtes) Wegeventil zum Öffnen und Sperren einer Druckmittelverbindung zu einer (nicht gezeigten) hydraulischen Pumpe angeschlossen, womit bei zugeschalteter Pumpe ein Arbeitsdruck im Zylinderraum 128 aufgebaut werden kann, der bei abgeschalteter Pumpe im Wesentlichen erhalten bleibt. Mit dem Arbeitsdruck wird der Kolben 124 mit der Kolbenstange 126 in der 3 nach rechts verschoben. Diese greift an die in der 3 schematisch dargestellte Fontänenarmatur 118 an und öffnet über die Fontänenarmatur 118 den Gas- oder Prozessstrom. In dieser Verschieberichtung wird der Kolben 124 entgegen der Federkraft der Feder 122 verschoben, die sich im Ringraum 130 abstützt und den Kolben 124 entgegen dem Arbeitsdruck mit einer Federkraft beaufschlagt.
Über das Schaltventil 1 ist der Zylinderraum 128 des Zylinders 120 zu einem Tank 136 entlastbar. Der Anschluss P und der Anschluss A des Schaltventils 1 sind jeweils mit dem Tank 136 verbunden.
In der von der Feder 28 vorgespannten Grundposition b des Ventilschiebers des Schaltventils 1 ist der Anschluss P gesperrt und der Anschluss A mit dem Anschluß T verbunden. In der Schaltposition a des Ventilschiebers wird der Anschluss P mit dem Anschluss A verbunden und der Anschluss T gesperrt. Das Schaltventil 1 wird entsprechend der 2 über den Aktuator 2 betätigt.
Im Brandfall bei steigenden Temperaturen betätigt der Aktuator 2 das Schaltventil 1 durch das sich ausdehnende Medium im Temperaturfühler 82, wodurch der Ventilschieber des Schaltventils 1 in die Schaltposition a geschaltet ist. In dieser Schaltposition b wird der Arbeitsdruck im Zylinderraum 128 über die Verbindungsleitung 134 und über das Schaltventil 1 zum Tank 136 abgebaut. Der Kolben 124 wird dann zusammen mit der Kolbenstange 126 durch die Federkraft der Feder 122 in der 3 nach links verschoben, wobei die Kolbenstange 126 über die Fontänenarmatur 118 den Gas- oder Prozessstrom zusteuert, d. h. absperrt. Über die Rastvorrichtung 90 ist der Ventilschieber des Schaltventils 1 nach dem Verschieben in die Schaltposition a gemäß 2 arretiert.
Die Betätigung des Schaltventils 1 durch den Aktuator 2 erfolgt beispielsweise bei einer Temperatur von 100°C.
4 stellt einen hydraulischen Schaltplan das Sicherheitssystem 116 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Der Unterschied zur Ausführungsform aus 3 liegt darin, dass der Ringraum 130 des Zylinders 120 mit dem Schaltventil 1 verbunden ist und die Feder 122 im Zylinderraum 128 angeordnet ist.
Die Kolbenstange 126 wird zum Öffnen der Fontänenarmatur 118 nach links in 4 bewegt. Im Brandfall wird der Arbeitsdruck in dem Ringraum 130 über das Schaltventil 1 entsprechend der Ausführungsform in 3 abgebaut und die Kolbenstange 126 über die Feder 122 nach rechts verschoben, um die Fontänenarmatur 118 zu schließen.
5 stellt einen hydraulischen Schaltplan des Sicherheitssystems 116 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dar. Der Unterschied zur Ausführungsform aus 3 liegt darin, dass das Schaltventil 1 in der Grundstellung b seinen Anschluss P mit seinem Anschluss A verbindet. In der Schaltstellung a stellt das Schaltventil 1 eine Verbindung zwischen A und T her. Das Schaltventil 1 entspricht dem in 1 und 2 dargestellten Schaltventil 1 mit Schaltsymbol U nach RD 22340. Eine in 5 lediglich angedeutete hydraulische Steuerung 140 ist mit dem Anschluss P des Ventils 1 verbunden. Der Verbraucheranschluss A des Ventils 1 ist mit dem kolbenseitigen Zylinderraum 128 des Zylinders 120 verbunden.
Im Normalbetrieb, unterhalb der Schalttemperatur des Ventils 1 und des Aktuators 2 befindet sich das Ventil 1 in der Grundstellung b. Der Zylinder 120 ist über die hydraulische Steuerung 140 ansteuerbar und willkürlich verfahrbar, um z. B. einen Gas- oder Prozessstrom mittels der Armatur 118 zu steuern. Übersteigt die am Temperaturfühler 82 anliegende Temperatur die Schalttemperatur, so schaltet das Ventil 1 in die Schaltstellung a. Damit wird der Zylinderraum 128 zum Tank entlastet und die Armatur 118 durch die Rückzugsbewegung des durch die Feder 122 betätigten Zylinders 120 geschlossen.
Mit dem Sicherheitssystem 116 aus 3, 4, oder 5 ist somit das Abschalten eines Gas- oder Prozessstroms ohne Fremdenergie ermöglicht.
Das Sicherheitssystem 116 kann hydraulisch oder pneumatisch implementiert werden.
Es ist denkbar, als Schaltventil 1 ein 2/2, ein 3/2- oder ein 4/2-Wegeventil einzusetzen.
Offenbart ist ein Schaltventil mit einem Ventilschieber, der zum Steuern des Schaltventils über einen Aktuator betätigbar ist. Der Aktuator weißt ein Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit auf, dessen Volumen sich in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur bzw. in Abhängigkeit einer sich der Umgebungstemperatur anpassenden Temperatur des Mediums ändert. Ab einer bestimmten Temperatur des Mediums wird das Ventil durch dieses geschaltet.
Bezugszeichenliste

1: Schaltventil
2: Aktuator
4: Ventilgehäuse
6: Ventilbohrung
8: Zulaufraum
10: Tankraum
11: Sitzelement
12: Sitzelement
13: Abstandselement
14: Abstandselement
15: Verschlussschraube
16: Abstandselement
17: Buchse
18: Ventildeckel
20: Ventilkörper
22: Sitzfläche
24: Sitzfläche
26: Ventilstößel
28: Feder
30: Federraum
32: Ventilstößel
34: Endabschnitt
36: Ventilkugel
38: Aufnahmeteil
40: Ringfläche
42: Ringraum
44: Verbindungskanal
46: Betätigungsstößel
48: Endabschnitt
50: Gehäuseendabschnitt
52: Gehäusemittelabschnitt
53: Gewinde
54: Gehäuseendabschnitt
56: Stufe
58: Führungsplatte
60: Führungsbohrung
62: Schaltstößel
64: Endabschnitt
66: Innenbodenfläche
68: Aktuatorhülse
70: Metallbalg
72: Gehäusedeckel
74: Anlageabschnitt
76: Rückführfeder
78: Schaltfeder
80: Verbindungsrohr
82: Temperaturfühler
84: Tauchhülse
86: Innenraum
88: Verschlusselement
90: Rastvorrichtung
92: Rastgehäuse
94: Gewindevorsprung
95: Durchgangsbohrung
96: Raststößel
98: Feder
100: Sacklochbohrung
102: Rastelement
104: Durchgangsbohrung
106: Feder
108: Stirnfläche
110: Umfangsnut
112: Außenmantelfläche
113: Gehäusedeckel
114: Betätigungsvorsprung
116: Sicherheitssystem
118: Fontänenarmatur
120: Zylinder
122: Feder
124: Kolben
126: Kolbenstange
128: Zylinderraum
130: Ringraum
132: Druckleitung
134: Verbindungsleitung
136: Tank
140: Hydraulische Steuerung
P: Pumpenanschluss
T: Tankanschluss
A: Arbeitsanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19963499 A1 [0003, 0004]
- DE 19833744 C1 [0020]
- EP 1096354 [0050]

Claims

Schaltventil mit einem Ventilkörper (20), der zum Steuern des Schaltventils (1) über einen Aktuator (2) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, aufweist, dessen Volumen sich in Abhängigkeit einer Temperatur ändert, und wobei der Ventilkörper (20) bei einer bestimmten Temperatur des Mediums durch dieses betätigt ist.
Schaltventil nach Anspruch 1, wobei sich das Medium bei einer Temperaturerhöhung ausdehnt.
Schaltventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktuator (2) zum Betätigen des Ventilkörpers (20) einen mit dem Medium befüllten Balg (70), insbesondere einen Metallbalg (70), hat.
Schaltventil nach Anspruch 3, wobei der Balg (70) sich an einem Gehäuse (54, 52, 50) des Aktuators (2) abstützt und bei einer bestimmten Ausdehnung über einen Schaltstößel (62) den Ventilkörper (20) betätigt.
Schaltventil nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Balg (70) über eine Verbindungsleitung (80) mit einem Temperaturfühler (82) in Mediumverbindung steht.
Schaltventil nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schaltstößel (62) etwa entgegen der Wirkrichtung des Balgs (70) mit einer Federkraft einer Rückführfeder (76) beaufschlagt ist.
Schaltventil nach Anspruch 4 bis 6, wobei zwischen dem Schaltstößel (62) und dem Ventilkörper (20) eine Schaltfeder (78) angeordnet ist.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei zwischen dem Schaltventil (1) und dem Aktuator (2) eine Rastvorrichtung (90) angeordnet ist, über die ab einem bestimmten Schalthub des Schaltstößels (62) der Ventilkörper (20) verrastet ist.
Schaltventil nach Anspruch 8, wobei die Rastvorrichtung (90) einen zwischen dem Schaltstößel (62) und dem Ventilkörper (20) angeordneten Raststößel (96) mit einer umlaufenden Nut (110) hat, der von einem in Richtung des Raststößels (96) federbelasteteten Rastelement (102) umgriffen ist, wobei dieses sich an einer Außenmantelfläche (112) des Raststößels (96) mit einem Rastabschnitt abstützt, der bei dem bestimmten Schalthub in die Nut (110) einrastet.
Schaltventil nach Anspruch 9, wobei der Raststößel (96) von einer Federkraft einer sich an dem Ventilkörper (20) abstützenden Feder (98) in Richtung des Aktuators (2) beaufschlagt ist.
Schaltventil nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Rastelement (102) entrastbar ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltventil (1) ein hydraulisches direktgesteuertes Wegesitzventil ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (2) ein Temperaturregler ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses bis zu einem maximalen Betriebsdruck eines zu steuernden Druckmittels von etwa 630 bar eingesetzt ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper gegenüber einer Druckmittelbeaufschlagung an wenigstens einem Arbeitsanschluss (A) und/oder einem Versorgungsanschluss (P) und/oder einem Tankanschluss (T) druckausgeglichen ist.
Sicherheitssystem zum Steuern eines Gas- oder Prozessstroms mit einem Schaltventil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Sicherheitssystem nach Anspruch 16, wobei über das Schaltventil (1) ein Zylinder zum Steuern des Gas- oder Prozessstroms betätigbar ist.
Armatur, insbesondere Gasfontänenarmatur, mit einem Sicherheitssystem nach Anspruch 16 oder 17.