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Zur Steuerung von Prozessventilen werden häufig pneumatische Stellantriebe (Stellgeräte) eingesetzt, in denen eine auf ein Stellglied, zum Beispiel auf einen Schließkörper eines Regelventils, wirkende Membran mit Hilfe eines gasförmigen Mediums, für das in dieser Anmeldung der allgemeine Begriff „Luft” verwendet wird, mit Druck beaufschlagt und somit ausgelenkt wird. Die Beaufschlagung der Membran mit einem variablen Druck kann einseitig erfolgen, wobei die Membran auf der anderen Seite mit einer Feder belastet ist, oder sie kann zweiseitig erfolgen, wobei unterschiedliche Drücke auf beiden Seiten der Membran eine Antriebskraft erzeugen. Die Regelung der Drücke erfolgt durch einen elektropneumatischen Stellungsregler, in welchem ein elektrisch ansteuerbares Ventil unter Druck stehende Zuluft je nach Ansteuerung über zwei Abluftanschlüsse auf die beiden Membranseiten in dem Stellantrieb verteilt.
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Aus der
EP 1 632 679 B1 ist ein elektropneumatischer Stellungsregler bekannt, der mit einer pneumatischen Schnittstelle zum rohrlosen Anschluss an einen pneumatischen Antrieb versehen ist, die einen Zuluftanschluss und zwei Abluftanschlüsse aufweist. Eine derartige Schnittstelle zwischen Stellgerät und Stellungsregler ist in der
Richtlinie VDI/VDE 3847 festgelegt. Der Anbau des Stellungsreglers erfolgt beispielsweise von vorn an einer senkrechten, mit Luftkanälen und Befestigungsgewinden sowie einem Kodierstift versehenen Fläche an der Laterne eines Hubantriebs. Über die Luftkanäle erfolgt sowohl die Zuführung der Zuluft als auch die Verbindung mit einfach oder doppeltwirkenden Antrieben. Dadurch ist der Austausch des Stellungsreglers ohne Demontage vorhandener Zuluft- oder Steuerluftleitungen möglich. Die Schnittstelle ist somit zu einem rohrlosen Anschluss des Stellungsreglers an das Stellgerät geeignet. Wird der Stellungsregler zu seinem Austausch von dem Stellgerät abgenommen, liegen die Luftkanäle an der pneumatischen Schnittstelle des Stellgeräts offen. Zum einen kann Zuluft aus dem Zuluftkanal entweichen, zum anderen verändert sich der Druck in den Arbeitskammern des Antriebs auf Umgebungsdruck. Dies kann in nachteiliger Weise zu einer Verstellung des Stellgeräts führen. Das Entweichen von Zuluft könnte beispielsweise verhindert werden, indem ein in der Zuluftleitung befindliches Zuluftventil geschlossen wird. Derartige Zuluftventile sind in prozesstechnischen Anlagen üblicherweise entfernt angeordnet, da sie gleichzeitig für die Abschaltung einer ganzen Gruppe von Stellgeräten dienen. Wenn ein Verschieben des Antriebs bei der Demontage des Stellungsreglers zu einer unzulässigen Störung des Prozesses führen würde, kann der Antrieb in manchen Fällen mit zusätzlichen Hilfsmitteln, zum Beispiel Klötzen, verblockt werden, während der Stellungsregler gewechselt wird. Ein Austausch des Stellungsreglers wäre jedoch häufig mit einem Anhalten des Prozesses, welcher in der prozesstechnischen Anlage abläuft, verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einem elektropneumatischen Stellungsregler und mit einem pneumatischen Antrieb zu schaffen, bei welcher der Austausch des elektropneumatischen Stellungsreglers vergleichweise einfach durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Anordnung mit einem elektropneumatischen Stellungsregler und mit einem pneumatischen Antrieb der eingangs beschriebenen Art eine Absperreinrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen, in Anspruch 7 eine Absperreinrichtung für eine derartige Anordnung beschrieben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass Luftkanäle zwischen elektropneumatischem Antrieb und Stellungsregler bei Bedarf, das heißt beispielsweise zum Austausch des Stellungsreglers, unmittelbar vor Ort verriegelt werden können. Muss beispielsweise nur der Zuluftanschluss zur Vermeidung eines Entweichens von Zuluft bei der Demontage des Stellungsreglers gesperrt werden, so wird im Zuluftkanal in der Absperreinrichtung ein Absperrventil vorgesehen. Damit ist in vorteilhafter Weise kein Betätigen eines eventuell entfernt befindlichen, für eine ganze Gruppe von Stellgeräten vorgesehenen Zuluftventils mehr nötig.
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In vorteilhafter Weise behält der Antrieb bei Demontage des Stellungsreglers seine letzte Stellung bei, wenn in allen Luftkanälen der Absperreinrichtung Absperrventile angeordnet sind, so dass vor Demontage des Stellungsreglers alle Luftkanäle gesperrt werden können. Ein Austausch des Stellungsreglers ist dann nicht mehr mit einer kostenintensiven Unterbrechung eines Prozesses verbunden, der auf einer prozesstechnischen Anlage abläuft, in welcher die Anordnung verbaut ist. In vorteilhafter Weise ist zudem keinerlei Verblockung des Antriebs mit zusätzlichen Hilfsmitteln mehr nötig.
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Eine besonders einfache Bedienbarkeit der Absperreinrichtung wird erreicht, wenn die Absperrventile gemeinsam durch eine einzige Betätigungsvorrichtung einstellbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Absperrventile als Kugelventile mit einer gemeinsamen Drehachse ausgeführt. Derartige Absperrventile zeichnen sich durch einen besonders geringen Strömungswiderstand im geöffneten Zustand aus, da die Luftströmung geradlinig durch den Luftkanal geführt ist und allenfalls geringe Verwirbelungen auftreten.
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Die Kugelventile können in vorteilhafter Weise jeweils mit einer Dichtung versehen sein, die durch eine Feder gegen die Schaltkugel, die einen kugelförmigen Schließkörper darstellt, angedrückt wird. Tritt an der Dichtfläche ein Verschleiß auf, so wird die Dichtung durch die Feder nachgeschoben und es wird somit zuverlässig verhindert, dass über die Betriebsdauer der Absperreinrichtung im Dichtbereich ein Spalt entsteht, der zu Leckströmungen führen könnte. Zudem führt eine derartige Ausführung zu geringeren Anforderungen bezüglich der Fertigungstoleranzen und somit zu geringeren Herstellungskosten der Absperreinrichtung.
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Wenn die dritte und vierte Schnittstelle, die an der Absperreinrichtung angeordnet sind, konform zu der Richtlinie VDI/VDE 3847 ausgeführt und zueinander parallel angeordnet sind, kann die Absperreinrichtung in vorteilhafter Weise einerseits an eine entsprechende Schnittstelle eines Antriebs angeschraubt werden und stellt andererseits an ihrer gegenüberliegenden Seite exakt diese Schnittstelle wieder zur Verfügung, so dass der Stellungsregler auf dieser montiert werden kann. Somit wird in vorteilhafter Weise eine „Sandwich„-Bauweise der Anordnung erhalten, bei welcher sich die Absperreinrichtung zwischen dem pneumatischen Antrieb und dem elektropneumatischen Stellungsregler, die jeweils zur Richtlinie VDI/VDE 3847 konforme Schnittstellen aufweisen, befindet.
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Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Anordnung mit einem elektropneumatischen Stellungsregler, einer Absperreinrichtung und einem pneumatischen Antrieb,
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2 eine perspektivische Ansicht einer Absperreinrichtung,
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3 eine weitere perspektivische Ansicht einer Absperreinrichtung,
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4 ein Schnittbild einer Absperreinrichtung,
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5 einen Anbau eines Adapters für Schubantriebe,
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6 eine perspektivische Ansicht eines Adapters für Schubantriebe,
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7 einen Anbau mit Adapter für Schwenkantriebe und
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8 eine perspektivische Ansicht eines Adapters für Schwenkantriebe.
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In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie in 1 dargestellt, wird eine neue Absperreinrichtung 1 in ”Sandwich”-Bauweise zwischen einer ersten pneumatischen Schnittstelle 2 eines elektropneumatischen Stellungsreglers 3 und einer zweiten pneumatischen Schnittstelle 4 eines pneumatischen Antriebs 5 angeordnet. Dazu ist die Absperreinrichtung mit einer zur ersten Schnittstelle 2 korrespondierenden und mit dieser verbundenen dritten Schnittstelle sowie mit einer zur zweiten Schnittstelle 4 korrespondierenden und mit dieser verbundenen vierten Schnittstelle ausgestattet. Die erste, zweite, dritte und vierte Schnittstelle weisen Anschlussmuster entsprechend der Richtlinie VDI/VDE 3847 auf. Es wäre somit unter Verzicht der Absperreinrichtung und der mit dieser verbundenen Vorteile alternativ möglich, den elektropneumatischen Stellungsregler 3 mit seiner pneumatischen Schnittstelle 2 unmittelbar auf der pneumatischen Schnittstelle 4 des pneumatischen Antriebs 5 zu montieren. Die Absperreinrichtung 1, welche sich in der ”Sandwich”-Bauweise zwischen dem Stellungsregler 3 und dem Antrieb 5 befindet, hat jedoch den Vorteil, dass ein Austausch des Stellungsreglers 3 bei einem Defekt sehr einfach durchgeführt werden kann. Zum Schließen der Luftkanäle, welche zur pneumatischen Schnittstelle 2 des elektropneumatischen Stellungsreglers 3 hinführen, muss nämlich lediglich eine einzige Betätigungsvorrichtung 6 der Absperreinrichtung 1 von einer Stellung „on” in eine Stellung „off” gedreht werden. Damit sind sowohl ein Zuluftkanal, über welchen der Stellungsregler 3 mit beispielsweise Druckluft versorgt wird, als auch jeder der beiden Steuerluftkanäle, welche den Stellungsregler 3 mit den beiden Arbeitskammern des pneumatischen Antriebs im Falle eines doppeltwirkenden Antriebs verbinden, verriegelt. Bei einer Demontage des Stellungsreglers 2 kann daher weder Zuluft noch Luft aus den beiden Arbeitskammern entweichen. In vorteilhafter Weise verharrt somit ein Stellglied, welches durch den pneumatischen Antrieb 5 betätigt wird, in seiner letzten Position. Somit ist häufig auch keine Unterbrechung eines Prozesses, der auf einer in 1 nicht weiter dargestellten prozesstechnischen Anlage abläuft, zum Austausch des Stellungsreglers 3 erforderlich. Wird abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich der Luftkanal für Zuluft mit Hilfe der Absperreinrichtung 1 verriegelt, so kann bereits eine ansonsten erforderliche Verriegelung durch ein eventuell an einer entfernten Stelle angeordnetes Zuluftventil entfallen, so dass schon dies eine erhebliche Vereinfachung darstellt.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht der Absperreinrichtung 1 dargestellt, in welcher die vierte Schnittstelle 20, welche zur Verbindung mit der zweiten Schnittstelle (4 in 1) des pneumatischen Antriebs dient, gut sichtbar ist. An der vierten Schnittstelle 20 enden ein Zuluftkanal 21 sowie zwei Steuerluftkanäle 22 und 23, welche im offenen Zustand der in der Absperreinrichtung 1 befindlichen Absperrventile geradlinig durch die Absperreinrichtung 1 hindurchgeführt sind. Eine Bohrung 24 dient zur Aufnahme eines Kodierstifts entsprechend der Richtlinie VDI/VDE 3847. Zur Befestigung der Absperreinrichtung 1 auf der zweiten Schnittstelle (4 in 1) des pneumatischen Antriebs (5 in 1) dienen zwei Befestigungsschrauben 25 und 26.
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In der perspektivischen Ansicht der Absperreinrichtung 1 gemäß 3 ist die dritte Schnittstelle 30, an welcher der elektropneumatische Stellungsregler (3 in 1) mit der ersten Schnittstelle (2 in 1) angeschlossen werden kann, gut sichtbar. Ein Kodierstift 31 dient zur exakten Positionierung des Stellungsreglers, der eine dazu korrespondierende Bohrung aufweist. In Gewindebohrungen 32 und 33 können zur Montage des Stellungsreglers Befestigungsschrauben, die den Befestigungsschrauben 25 und 26 in 2 entsprechen, eingedreht werden. Die dritte Schnittstelle 30 weist ein zur vierten Schnittstelle (20 in 2) spiegelbildliches Anschlussmuster auf. Aufgrund der Ausgestaltung der dritten und vierten Schnittstelle der Absperreinrichtung 1 ist in vorteilhafter Weise auch eine um 180° gedrehte Montage der Absperreinrichtung 1 bei Bedarf möglich, beispielsweise wenn die Betätigungsvorrichtung 6 ansonsten nur schwer zugänglich wäre.
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Das Schnittbild gemäß 4 zeigt den inneren Aufbau der Absperreinrichtung 1. Drei Kugelventile 40, 41 und 42, deren Schaltkugeln bei Betätigung der Betätigungsvorrichtung 6 um eine gemeinsame Drehachse 48 drehbar sind, dienen zur Absperrung der Luftkanäle 21, 22 bzw. 23. Durch den Verlauf der Luftkanäle 21 bis 23 wird in vorteilhafter Weise eine gerade Luftströmung ermöglicht, die allenfalls geringe Wirbel erzeugt. Dadurch besitzen die Luftkanäle 21 bis 23 einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand. Der Aufbau der Dichtungen der Absperrventile 40 bis 42 sind identisch, so dass es genügt, im folgenden lediglich den Dichtungsaufbau des Absperrventils 42 näher zu erläutern. Ein senkrecht zur Drehachse 48 der Betätigungsvorrichtung 6 verschiebbarer Dichteinsatz 43 ist an seiner zur Schaltkugel 44 weisenden Seite mit einer zur Form der Schaltkugel 44 korrespondierenden metallischen Dichtfläche 45 versehen, welche durch eine Feder 46 gegen die Schaltkugel 44 gedrückt wird. Bei Verschleiß der Dichtflächen wird somit der Dichteinsatz 43 nachgeschoben, so dass eine Spaltbildung und damit eine aufgrund von Verschleiß entstehende Undichtigkeit weitgehend vermieden werden kann. Zusätzlich ist die Dichtung mit einer umlaufenden O-Ring-Dichtung 47 versehen. Damit kann eine gute Langzeitstabilität der Absperreinrichtung 1 gewährleistet werden. Zudem werden aufgrund der Konstruktion der Absperreinrichtung 1 Anforderungen an ihre Druckfestigkeit sehr gut erfüllt, wie durch einen Überdruckversuch nachgewiesen werden konnte.
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Wie bereits oben erläutert ist die Absperreinrichtung in einer „Sandwich”-Bauform zwischen dem elektropneumatischen Stellungsregler 3 und dem pneumatischen Antrieb 5 angeordnet. Gegenüber einer Montage des Stellungsreglers an dem Antrieb ohne dazwischen befindlicher Absperreinrichtung ist damit die Schnittstelle zur Anbringung eines Weggebers an dem elektropneumatischen Stellungsregler 3 um einen Abstand verschoben, welcher der Dicke der Absperreinrichtung entspricht. Dieser Abstand kann in einfacher Weise bei einem Schubantrieb durch einen in den 5 und 6 dargestellten Adapter 50 überbrückt werden. Die Höhe des Adapters 50 entspricht der Dicke der Absperreinrichtung in „Sandwich”-Bauform. Mit zwei Schrauben 51 und 52 wird der Adapter 50 an derselben Stelle befestigt, an welcher der Wegaufnehmer des elektropneumatischen Stellungsreglers 3 ohne Verwendung einer Absperreinrichtung angebracht werden würde. An einer Rückseite 53 des Adapters 50 wird der Wegaufnehmer 54 des Stellungsreglers 3 befestigt. Damit ist in besonders einfacher Weise eine Möglichkeit geschaffen, den durch die Zwischenschaltung der Adaptereinrichtung entstandenen Abstand beim Anschluss des Wegaufnehmers 54 auszugleichen.
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Anhand der 7 und 8 soll noch der Höhenausgleich bei einer Anordnung mit einem pneumatischen Schwenkantrieb 70 verdeutlicht werden. Die Position des Schwenkantriebs wird mit Hilfe der Winkellage einer drehbaren Welle 71 ausgegeben. Zur Überbrückung des Abstands dient hier ein Adapter 72, der an seiner dem Schwenkantrieb 70 zugewandten Seite einen Gewindeschaft 73 und an der gegenüberliegenden Seite eine entsprechende Gewindebohrung 74 aufweist. Auch mit dem Adapter 72 lässt sich in sehr einfacher Weise der Abstand zwischen Stellungsregler 3 und Antrieb 70 überbrücken, der durch Zwischenschaltung der Absperreinrichtung 1 entstanden ist. Anhand der in den 5 bis 8 gezeigten Beispiele wird besonders deutlich, dass die Absperreinrichtung 1 in einer „Sandwich”-Bauform mit besonders geringem Aufwand zwischen einem Stellungsregler 3 und einem Antrieb 5 bzw. 70 herkömmlicher Bauart eingefügt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Richtlinie VDI/VDE 3847 [0002]
- Richtlinie VDI/VDE 3847 [0010]
- Richtlinie VDI/VDE 3847 [0022]
- Richtlinie VDI/VDE 3847 [0023]
