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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein Ventil, das wenigstens ein translatorisch oder rotativ bewegbares Schließglied aufweist, welches in der Schließstellung des Ventils das Überströmen von Fluiden von einem Ventilgehäuseteil in ein anderes durch eine diese Ventilgehäuseteile eines Ventilgehäuses miteinander verbindende Verbindungsöffnung verhindert, mit einer an dem wenigstens einen Schließglied befestigten Verstellstange, die aus dem Ventilgehäuse dichtend herausgeführt ist und an der wenigstens ein erster Antriebskolben des am Ventilgehäuse angeordneten Antriebs angreift zur Erzeugung der translatorischen Verschiebe- oder Rotationsbewegung des wenigstens einen Schließglieds, mit dem Antrieb, der den wenigstens einen gegen die Kraft wenigstens einer Feder und bei Beaufschlagung mit einem Druckmittel verschieblichen ersten Antriebskolben aufweist, und mit der an dem Antrieb angeordneten Steuereinheit zur Steuerung der translatorischen Verschiebe- oder Rotationsbewegung des wenigstens einen Schließglieds, wobei die Steuereinheit mit wenigstens einem Pilotventil zur Steuerung des Druckmittels und/oder mit wenigstens einem Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung der wenigstens einen Verstellstange ausgestattet ist.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Antrieb zum Schalten eines Ventils der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus den Druckschriften
DE 31 33 273 A1 ,
DE 40 14 474 C1 ,
WO 02/093 058 A1 oder
DE 10 2006 039 493 A1 bekannt. Alle dort offenbarten Antriebe weisen auf ihrer einem Ventilgehäuse des Ventils abgewandten Stirnseite einen Steuerkopf oder eine Steuereinheit auf, die vorzugsweise von einem eigenständigen Gehäuse umschlossen ist.
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Die
DE 31 33 273 A1 offenbart einen sogenannten modular aufgebauten Antrieb für ein Doppelsitzventil, der unterhalb der Hauptverstelleinrichtung zur Erzeugung der Schließ- und vollen Offenstellung der beiden Schließglieder zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Einzelverstelleinrichtungen zur Erzeugung jeweils einer Teiloffenstellung für jedes Schließglied aufweist, wobei die beiden Einzelverstelleinrichtungen zusammen eine eigenständige Einheit bilden. Auf der einem Ventilgehäuse abgewandten Stirnseite der Hauptverstelleinrichtung sind in einem eigenständigen Gehäuse Stellungsmeldeeinrichtungen für das unabhängig angetriebene Schließglied angeordnet. Darüber hinaus gelangt das Druckmittel zur Beaufschlagung der Hauptverstelleinrichtung über einen Anschluss am Gehäuse und nachfolgend auf dem Weg über die Verstellstange in die Hauptverstelleinrichtung.
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Die
DE 40 14 474 C1 beschreibt einen als Steuerkopf bezeichneten Antrieb für ein Tellerventil, wobei sich oberhalb des Steuerkopfes in einer auf letzterem aufsitzenden Kappe im Abstand voneinander übereinander zwei berührungslose Signalgeber befinden, die die Schließ- bzw. Öffnungsstellung des Ventiltellers bei dementsprechend verlagerter Ventiltellerstange anzeigen.
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Aus der
WO 02/093 058 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Schaltbewegung eines Ventils bekannt, das wenigstens eine ein Schließglied tragende, translatorisch bewegte Ventilstange aufweist. Die wenigstens eine Ventilstange ist auf einer Seite eines Ventilgehäuses aus diesem heraus- und in einen druckmittelbeaufschlagten Antrieb hineingeführt, in dem sich eine Hauptverstelleinrichtung zur Erzeugung der Schließ- und vollen Offenstellung des Ventils und, falls es sich bei dem Ventil um ein sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil mit zwei Schließgliedern handelt, zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Einzelverstelleinrichtungen zur Erzeugung jeweils einer Teiloffenstellung für jedes Schließglied befinden kann. Steuerungstechnisch sind die Einzelverstelleinrichtungen derart gegeneinander verriegelt, dass immer nur ein Schließglied eine Sitzreinigungsstellung einnehmen kann. Die Einzelverstelleinrichtungen können dabei neben der Hauptverstelleinrichtung integraler Bestandteil des Antriebs (sog. integraler Antrieb) sein oder sie ergänzen die Hauptverstelleinrichtung, entweder jeweils einzeln oder zusammen, in modularer Bauweise (modular abgebauter Antrieb). Auf der dem Ventilgehäuse abgewandten Stirnseite des Antriebs ist ein Steuerkopf angeordnet, der in einem eigenständigen Gehäuse wenigstens ein Pilotventil zur Steuerung des Druckmittels, des weiteren einen Stellungsmelder, der an der Ventilstange des unabhängig betätigbaren Schließglieds angeschlossen ist und der die die Ventilstangenbewegung abbildende aktuelle Stellung der Ventilstange erfasst und diesbezügliche aktuelle Stellungsmeldungen liefert, sowie Mittel einer Steuerlogik aufnimmt. Bei den Pilotventilen handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetisch betätigbare Hilfsventile.
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Die
DE 10 2006 039 493 A1 offenbart ein doppeltdichtendes Ventil mit einer sog. integrierten Antriebseinheit, die die beiden unabhängig voneinander verschiebbaren Schließglieder aus einer Schließstellung in eine volle Offenstellung und jedes Schließglied darüber hinaus wahlweise in eine Teiloffenstellung verbringen kann, wobei die Teiloffenstellungen in der vorstehend beschriebenen Weise gegeneinander verriegelt sind. Eine auf der einem Ventilgehäuse abgewandten Stirnseite der Antriebseinheit angeordnete Steuereinheit ist derart ausgestaltet, dass in ihr die Stellung beider Schließglieder, getrennt voneinander, erfasst werden kann. Zu diesem Zweck sind die als Hohlstange ausgebildete Verstellstange des ersten und die in dieser angeordnete Verstellstange des zweiten Schließglieds bis in die Steuereinheit hineingeführt, wo deren jeweilige Lage über mehrere zugeordnete Sensoren erfasst wird. Über die Anordnung von Pilotventilen zur Steuerung des die Druckmittelräume beaufschlagenden Druckmittels werden in der Druckschrift keine Angaben gemacht, jedoch ist zu vermuten, dass diesbezügliche Pilotventile, beispielsweise ausgebildet als elektromagnetisch betätigbare Hilfsventile, in der Steuereinheit Aufnahme finden, falls das Druckmittel für die anzusteuernden Druckmittelräume nicht jeweils aus der Umgebung an das Ventil herangeführt und von einer extern angeordneten Steuerung gesteuert wird.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 35 01 739 C1 eine Anordnung zur Steuerung von Druckmittel für einen Antrieb eines Ventils bekannt, die ein eigenständiges Gehäuse aufweist, welches auf der einem Ventilgehäuse abgewandten Stirnseite des nicht näher beschriebenen Antriebs angeordnet ist. In dem Gehäuse ist neben einer angedeuteten Stellungsmeldeeinrichtung für die Ventilstange ein Verteilerstück vorgesehen, welches die notwendige Druckmittelverteilung für Standard- und Sonderfunktionen eines Ventils steuern kann, wenn dem Verteilerstück an seinen diversen Anschlüssen geeignete Hilfsventile (Pilotventile) zugeordnet sind.
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In der
DE 196 42 181 A1 ist ein Steuerkopf für Armaturen mit pneumatischem Antrieb für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie offenbart, der in gleicher Position wie in den vorstehend genannten Dokumenten an dem Antrieb angeordnet ist und in seinem eigenständigen Gehäuse Mittel zum Anschließen und Verteilen von pneumatischen Leitungen, ein Magnetventil oder mehrere Magnetventile, ggf. Sensoren zur Überwachung der Stellung der Armatur und Bestandteile einer Steuerschaltung aufnimmt. Dabei handelt es sich bei den in Rede stehenden Armaturen um Rohrleitungsschalter im weitesten Sinne, deren Schließglieder eine Schwenk- oder Hubbewegung ausführen.
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Eine hinsichtlich der Schließglied- und Sitzkonfiguration grundlegende Ausführungsform eines sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventils (zwei Sitzteller) und der daraus resultierenden Bewegungskinematik für den Antrieb ist aus der
EP 1 529 176 B1 bekannt (Doppelsitzventil erster Art). Ein Doppelsitzventil zweiter Art mit einem als Schieberkolben ausgebildeten, unabhängig angetriebenen ersten Schließglied und einem als Sitzteller ausgebildeten, abhängig angetriebenen zweiten Schließglied beschreibt die
DE 196 08 792 C2 .
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Allen vorstehend kurz umrissenen Antrieben in Verbindung mit einem Ventil und einer Steuereinheit oder Steuerkopf, die den derzeitigen Stand der Technik der Antriebe für Ventile der Prozesstechnik, insbesondere auf dem Gebiet der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, der Chemie, Pharmazie und Biotechnologie, beschreiben, ist gemeinsam, dass sich die Bauhöhe oder Baulänge über alle diese Komponenten mindestens aus einer Addition dieser aneinandergereihten Komponenten ergibt. Im Regelfall ist die sich ergebende Gesamtlänge noch größer, da zwischen Ventilgehäuse und Antrieb pflichtgemäß ein sog. Laternengehäuse mit Drainagefunktion anzuordnen ist, damit es bei Leckagen am Ventilgehäuse und/oder am Antrieb nicht zu einer Kontamination oder Vermischung zwischen feindlichen Fluiden, dem Druckmittel im Antrieb und einem Produkt im Ventilgehäuse, kommen kann.
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Große Bauabmessungen erfordern in Prozessanlagen mit einer Vielzahl von Ventilen entsprechende Bauräume, deren Bereitstellung entsprechende Kosten verursacht oder die in vielen Fällen nicht zur Verfügung stehen. Daher wurde bislang versucht, die Komponenten Laterne, Antrieb und Steuereinheit zumindest in Richtung ihrer notwendigen Aneinanderreihung, d. h. in der axialen Erstreckungsrichtung des Antriebs, jeweils kompakt und raumsparend auszubilden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit für ein Ventil der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, dass ihre Anordnung am Antrieb sich auf dessen Bauhöhe, gemessen in seiner axialen Erstreckungsrichtung, nicht auswirkt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe wird durch eine Steuereinheit für ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuereinheit gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe besteht der erfinderische Grundgedanke darin, die gesamte Steuereinheit, und zwar mit einer vom jeweiligen Anwendungsfall abhängigen Minimal- bis zu einer Maximalausstattung mit Komponenten der vorstehend erwähnten Art, von ihrer bisher eingenommenen Position auf einer dem Ventilgehäuse abgewandten Stirnseite des Antriebs in einen weniger abmessungskritischen Bereich des Antriebs zu verlagern, ohne dass die Steuereinheit dabei auf die Bauhöhe des Antriebs Einfluss nimmt. Dieser Bereich befindet sich zum Einen im axialen Erstreckungsbereich des Antriebs und zum Anderen im radial außenseitigen Teil desselben. Dabei wird ein Raumbereich genutzt, der bislang ungenutzt blieb, und es ergeben sich darüber hinaus kürzere Zufuhr- und Verteilungswege für das Druckmittel von einem Druckmittelanschluss über das wenigstens eine Pilotventil (Hilfsventil zur Steuerung des Druckmittels) bis in den wenigstens einen nunmehr unmittelbar benachbarten Druckmittelraum.
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Der vorstehend umrissene erfinderische Grundgedanke ist auf jedwedes Ventil anwendbar, unabhängig davon, ob es wenigstens ein translatorisch oder rotativ bewegbares Schließglied aufweist. Die Steuereinheit ist für diese Ventile dazu geeignet, von einer Minimal- bis zu einer Vollausstattung Hilfsventile zur Steuerung des Druckmittels (erste Steuerungsmittel) und Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung (zweite Steuerungsmittel) aufzunehmen. Darüber hinaus ist der erfinderische Grundgedanke anwendbar auf Ventile, die in der Steuereinheit ausschließlich zweite und keine ersten Steuerungsmittel besitzen und bei denen das Druckmittel in einer externen Steuereinheit gesteuert wird sowie weiterhin auf Ventile, die nur erste und keine zweite Steuerungsmittel aufweisen.
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So ist die erfinderische Steuereinheit auf einen Antrieb eines Absperrventils anwendbar, das ein einziges translatorisch bewegbares Schließglied aufweist, welches in der Schließstellung des Ventils das Überströmen von Fluiden von einem Ventilgehäuseteil in ein anderes durch eine diese Ventilgehäuseteile eines Ventilgehäuses miteinander verbindende Verbindungsöffnung verhindert. Sie ist auch auf einen Antrieb anwendbar, der ein als Doppeldichtventil ausgebildetes Absperrventil betätigt, bei dem ein einziges Schließglied zwei axial beabstandete Sitzdichtungen aufweist, die mit einer jeweils zugeordneten oder einer gemeinsamen Sitzfläche zusammenwirken.
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Sie ist auch auf einen Antrieb eines Doppelsitzventils anwendbar, das zwei seriell angeordnete, relativ zueinander bewegbare Schließglieder aufweist, die in der Schließstellung des Doppelsitzventils das Überströmen von Fluiden von einem Ventilgehäuseteil in ein anderes verhindern, die sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung einen Leckagehohlraum begrenzen, der mit der Umgebung des Doppelsitzventils verbunden ist, wobei in der Schließstellung das erste Schließglied mit einer ersten Sitzfläche zusammenwirkt, die in einer die Ventilgehäuseteile miteinander verbindenden Verbindungsöffnung vorgesehen ist, und wobei das erste Schließglied im Zuge seiner Öffnungsbewegung am einer zweiten Sitzfläche zugeordneten zweiten Schließglied dichtend zur Anlage kommt und letzteres bei der weiteren Öffnungsbewegung gleichfalls in die Offenstellung überführt wird.
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Die erfinderischen Lösungsmerkmale der Steuereinheit sind auch auf einen Antrieb eines sitzreinigungsfähige Doppelsitzventils anwendbar, das in seinem grundsätzlichen Aufbau wie das vorstehend kurz umrissene Doppelsitzventil ausgestaltet ist und bei dem darüber hinaus die beiden Schließglieder mittels des Antriebs unabhängig voneinander und wahlweise durch einen zugeordneten Teilhub jeweils spaltweit in eine Sitzreinigungsstellung zwecks Spülung ihrer Sitzflächen überführbar sind.
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Damit die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung der Steuereinheit in allen vorgenannten Anwendungsfällen eine allein durch antriebsspezifische Bauteile bestimmte größte äußere Abmessung des Antriebs nicht notwendigerweise vergrößert und damit die gewünschte Reduzierung der Bauhöhe des Antriebs in Verbindung mit der Steuereinheit nicht zu Lasten dieser radialen Abmessungen des Antriebs geht, sieht ein Vorschlag vor, dass die Steuereinheit innerhalb der größten äußeren radialen Abmessung des Antriebs positioniert ist, wobei sich diese Abmessung allein aus den antriebsspezifischen Bauteilen des Antriebs generiert. Unter antriebsspezifische Bauteile sollen solche verstanden werden, die die Kinematik des Antriebs mechanisch definieren, also nicht die vorgenannten ersten und zweiten Steuerungsmittel, die bislang im Regelfall in der separaten Steuereinheit zusammengefasst sind.
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Eine verbesserte Ausnutzung des durch die erfindungsgemäßen Lösungsmerkmale in Anspruch genommenen Bauraumes des Antriebs ist gemäß einem weiteren Vorschlag dann gegeben, wenn die Steuereinheit ringförmig ausgebildet ist. Eine optimale Ausnutzung des vorstehend erwähnten Bauraumes ergibt sich, wenn die ringförmige Steuereinheit, wie dies gleichfalls vorgesehen ist, in sich geschlossen ausgeführt ist. In diesem Falle steht für die Steuereinheit der gesamte radiale außenseitige Bereich des Antriebs zur Verfügung, wobei dadurch gleichzeitig auch die Möglichkeit gegeben ist, die Bauteile der Steuereinheit und jene des Antriebs auf möglichst kurzem Wege in der notwendigen Weise einander zuzuordnen, zu verbinden und/oder miteinander kommunizieren zu lassen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorgeschlagenen Anordnung ergibt sich, wenn die Steuereinheit auf der dem Ventilgehäuse zugewandten Seite des ersten Antriebskolbens angeordnet und dort mit einem Gehäuse des Antriebs form- und oder kraftschlüssig verbunden ist, wobei das Gehäuse andererseits mit dem ersten Antriebskolben einen mit einem ersten Druckmittel beaufschlagbaren ersten Druckmittelraum bildet. Damit bleibt die ringförmige Steuereinheit innerhalb der größten äußeren radialen Abmessungen des ersten Arbeitskolbens, der im Regelfall den durchmessergrößten Antriebskolben darstellt, wenn weitere Antriebskolben der Einzelverstelleinrichtungen vorzusehen sind. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse des Antriebs und der Steuereinheit ist vorzugsweise form- und kraftschlüssig ausgeführt, indem beispielsweise zum Einen eine eindeutige und formschlüssige Zuordnung zwischen Gehäuse und Steuereinheit vorgesehen ist und zum Anderen letztere mit dem Gehäuse zusätzlich verschraubt ist.
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Durch die vorstehend vorgeschlagene form- und/oder kraftschlüssige Anbindung der Steuereinheit an das Gehäuse des Antriebs steht ein Bauraum innerhalb der ringförmigen Steuereinheit zur Verfügung, in dem bei Bedarf ein zweiter und ein dritter Antriebskolben des Antriebs auf der dem Ventilgehäuse zugewandten Seite des ersten Antriebskolbens angeordnet sind und dort jeweils einen zweiten und einen dritten wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckmittelraum bilden.
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Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass der erste Antriebskolben zur Unterstützung der Kraft der wenigstens einen Feder mit seiner rückwärtigen Kolbenseite einen wahlweise mit einem vierten Druckmittel beaufschlagbaren vierten Druckmittelraum begrenzt. Diese Ausführungsvariante macht es möglich, eine Zusatzkraft auf den ersten Antriebskolben und damit auf das mit ihm in fester Verbindung stehende Schließglied aufzubringen.
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Die Erfindung schlägt im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform vor, dass das Ventilgehäuse mit dem Antrieb über ein Laternengehäuse verbunden ist. wobei diese Lösung für alle vorgenannten Ventiltypen deshalb vorteilhaft ist, weil dadurch der druckmittelbeaufschlagte Antrieb vom produktbeaufschlagten Ventilgehäuse durch das eine Drainagefunktion aufweisende Laternengehäuse eine sichere Trennung erfährt.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit zeigt besonders ausgeprägte Vorteile, wenn sie auf den Antrieb eines sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventils Anwendung findet, da sie in diesem Falle eine maximale Ausstattung hinsichtlich der Anzahl der erforderlichen Pilotventile und der wünschenswerten Rückmeldungen aufweisen muss und kann. Die Druckmittelwege, von der Zufuhr des Druckmittels bis in jeden der maximal vier Druckmittelräume, drei für den Öffnungshub und für die beiden Teilhübe sowie einen für die Zusatzbelastung, sind in nicht zu überbietender Weise kurz, und die Schließ- und die Offenstellung sowie die beiden Sitzreinigungsstellungen des Doppelsitzventils können innerhalb des Antriebs detektiert werden und sind nicht, wie bislang im Stand der Technik üblich, an den Verstellstangen der beiden Schließglieder auf der dem Ventilgehäuse abgewandten Seite des Antriebs und im Abstand von diesem abzugreifen.
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Die erfindungsgemäß angeordnete Steuereinheit schafft auf konstruktiv überraschend einfache Weise die Möglichkeit, dass die Steuereinheit sämtliche Anschlüsse und Kanäle zur Steuerung des Druckmittels für das wenigstens eine Pilotventil, sämtliche Anschlüsse, elektrische Leitungen und Signalleitungen des wenigstens einen Mittels zur Stellungserfassung oder Wegmessung und sämtliche Mittel einer Steuerlogik aufnimmt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausführungsformen einer Steuereinheit für ein Ventil realisiert ist, werden in der Zeichnung die erfindungsgemäßen Merkmale an zwei beispielhaft ausgewählten unterschiedlichen Ventilen, nämlich einem Absperrventil und einem sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventil mit zwei als Sitzteller ausgebildeten Schließgliedern dargestellt und nachfolgend nach Aufbau und Funktion beschrieben.
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Es zeigen
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1 im Meridianschnitt ein als Absperrventil ausgebildetes Ventil in seiner Schließstellung mit einer Steuereinheit gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem entsprechend angepassten Antrieb;
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2 einen Querschnitt durch die Steuereinheit in Verbindung mit einem Antrieb für ein sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil entsprechend einem in 1 mit A-B gekennzeichneten Schnittverlauf und
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3 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuereinheit entsprechend einer Ausstattung gemäß 2, wobei die Steuereinheit zur Darstellung ihrer Einbettungslage in den Antrieb einerseits von einem ersten Antriebskolben und andererseits von einem Laternengehäuse berandet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Absperrventil 110
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Ein als Absperrventil 110 ausgebildetes Ventil 100 (1; Anmerkung: nicht alle nachfolgend in der Beschreibung genannten Bauteile sind in der Zeichnung mit einem Bezugszeichen versehen) besteht im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 2 mit einem ersten und einem zweiten Ventilgehäuseteil 2a bzw. 2b, einem translatorisch bewegbaren Schließglieder 4, das als Sitzteller, wie dargestellt, oder als Schieberkolben ausgebildet sein kann und in der Schließstellung des Absperrventils 110 das Überströmen von Fluiden von dem einen Ventilgehäuseteil 2a, 2b in den anderen 2b, 2a durch eine diese Ventilgehäuseteile 2a, 2b miteinander verbindende Verbindungsöffnung 2c verhindert. Das Schließglied 4 wirkt mit seiner Sitzdichtung 12 mit einer im zweiten Ventilgehäuseteil 2b unmittelbar oder mittelbar ausgebildeten Sitzfläche 2d zusammen, wobei im Ausführungsbeispiel die Sitzfläche 2d an einem Sitzring 8 angeordnet ist, der radial innenseits die Verbindungsöffnung 2c ausbildet. Der erste Ventilgehäuseteil 2a ist an seiner dem Sitzring 8 gegenüberliegenden Seite mit einem Gehäusedeckel 14 mittels eines sogenannten Spannrings 10 verschlossen.
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An dem Schließglied 4 ist eine Verstellstange 4a befestigt, die konzentrisch innerhalb einer am Schließglied 4 angeformten Hohlstange 4b angeordnet Die Hohlstange 4b ist als sog. Druckausgleichkolben ausgebildet, dessen Außendurchmesser annähernd dem Außendurchmesser des von der Sitzdichtung 12 umschlossenen Querschnitts entspricht. Die Hohlstange 4b ist aus dem zweiten Ventilgehäuseteil 2b über eine dort angeordnete Stangendichtung dichtend herausgeführt, durchdringt anschließend ein Laternengehäuse 6, das an seinem dem zweiten Ventilgehäuseteil 2b abgewandten Ende mit einem Gehäuse 52 eines Antriebs 50 fest, vorzugsweise form- und kraftschlüssig, beispielsweise mittels Verschraubung, verbunden ist und endet im Bereich des antriebsseitigen Endes des Laternengehäuses 6. Die Ventilstange 4a ist im axialen Erstreckungsbereich des Laternengehäuses 6 mit einer Kolbenstange 56 fest verbunden, die an ihrem anderen Ende in fester Verbindung an einem ersten Antriebskolben 54 angreift. Die feste Verbindung zwischen dem Laternengehäuse 6 und dem zweiten Ventilgehäuseteil 2b stellt beispielsweise ein weiterer Spannring 10 her.
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Im erfindungsgemäßen Antrieb 50 bilden der erste Antriebskolben 54 und das diesem zugewandte Ende des Gehäuses 52 zwischen sich einen ersten Druckmittelraum 58 aus, der radial außenseits von einem Gehäuse-Deckelteil 53 begrenzt ist. Der Gehäuse-Deckelteil 53 überspannt auch raumbildend den ersten Antriebskolben 54, der gleichzeitig radial außenseits im Gehäuse-Deckelteil 53 abgedichtet geführt ist, und zwischen dem ersten Antriebskolben 54 und dem Gehäuse-Deckelteil 53 ist ein vierter Druckmittelraum 60 gebildet. Eine nicht dargestellte Feder 64, vorzugsweise einer Schraubenfeder, stützt sich einerseits an der dem ersten Druckmittelraum 58 abgewandten Seite des Gehäuses 52 und andererseits an der Kolbenstange 56 oder an der mit dieser in fester Verbindung stehenden Verstellstange 4a ab. In der dargestellten Schließstellung des Absperrventils 110 und in jeder anderen Teiloffenstellung bis hin zu einer vollen Offenstellung (Öffnungshub H) werden die Ventilstange 4a und damit das Schließglied 4 stets in Richtung zur Sitzfläche 2d mit der jeweiligen Vorspannkraft Feder 64 beaufschlagt.
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Auf der dem Antriebskolben 54 abgewandten Stirnseite des Gehäuses 52 ist erfindungsgemäß im axialen Erstreckungsbereich des Antriebs 50 eine Steuereinheit 70 angeordnet, die einen radial außenseitigen Teil desselben bildet. Diese Steuereinheit 70 ist vorzugsweise innerhalb der größten radialen Abmessung des Antriebs 50 positioniert, wobei sich diese Abmessung allein aus den antriebsspezifischen Bauteilen, d. h. den seine Kinematik mechanisch definierenden Bauteilen, generiert. Im Ausführungsbeispiel bestimmt sich diese größte radiale Abmessung aus dem äußeren Durchmesser des Gehäuse-Deckelteils 53, in dem der erste Antriebskolben 54 unmittelbar axial verschieblich und abgedichtet geführt ist. Die Steuereinheit 70 ist vorzugsweise ringförmig und in sich geschlossen ausgeführt, und sie ist mit dem Gehäuse 52 vorzugsweise form- und kraftschlüssig mittels Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben, fest verbunden. Die Steuereinheit 70 ist somit einerseits unter den beschriebenen radialen Abmessungsbedingungen mit dem Gehäuse 52 fest verbunden, und sie umschließt andererseits das dem Ventilgehäuse 2 abgewandte Ende des Laternengehäuses 6.
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Im radial außenseitigen Bereich des ersten Antriebskolbens 54 sind in diametraler Anordnung eine Hohlstange 54a und eine Stange 54b fest angeordnet (1 bis 3), die jeweils andererseits durch das Gehäuse 52 verschieblich und abgedichtet (nicht im Detail dargestellt) hindurchgreifen und anschließend in Grundlochbohrungen in der ringförmigen Steuereinheit 70 mit radialem Spiel eingreifen. Die Hohlstange 54a greift vollständig durch den ersten Antriebskolben 54 hindurch, sodass dem vierten Druckmittelraum 60 über den innenseits in der Hohlstange 54a ausgebildeten Kanal ein viertes Druckmittel D4 zugeführt werden kann. Eine diesbezügliche Zufuhr von viertem Druckmittel D4 ist dann erwünscht, wenn das Schließglied 4 in seiner Schließstellung mit einer Zusatzkraft zusätzlich zur in der Schließstellung wirkenden Vorspannkraft der Feder 64 auf die Sitzfläche 2d gedrückt werden soll.
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Die Öffnungsbewegung des Absperrventils 110 wird aus der dargestellten Schließstellung eingeleitet und die volle Offenstellung H wird erreicht, wenn dem ersten Druckmittelraum 58 ein erstes Druckmittel D1 über einen nicht dargestellten und bezeichneten Weg zugeführt wird, wobei die Zufuhr eines Druckmittels D für alle Druckmittelräume des Antriebs 50 über einen Druckmittelanschluss 94 erfolgt. Die Stange 54b ist dazu bestimmt, mit ihrem dem ersten Antriebskolben 54 abgewandten Ende dessen jeweilige Stellung zwischen der Schließ- und der vollen Offenstellung H abzubilden. Ein erstes Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung 90.1 kann derart in der Steuereinheit 70 positioniert sein, dass dieses Stellungsmeldungen vom Ende der Stange 54b liefert. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 70 im Regelfall mindestens ein erstes Pilotventil 80.1 zur Steuerung des Druckmittels D1 aufnehmen, falls nicht eine externe Steuerung für das Druckmittel vorgesehen ist. Hinsichtlich einer diesbezüglichen Anordnung wird auf die 2 und 3 und die zugeordnete Beschreibung verwiesen. Die Steuereinheit 70 kann auch radial außenseits und damit für einen Betrachter leicht sichtbar wenigstens einen Leuchtmelder 70a aufweisen (1, 2), der in unterschiedlichsten geometrischen Erscheinungsformen ausgeprägt sein kann (kreisförmig oder begrenzt streifenförmig und dabei axial oder peripheral verlaufend oder streifenförmig peripheral umlaufend) und Schalt- und/oder andere Betriebszustände des Absperrventils 110 optisch anzeigt.
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Sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil 140
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Für ein Doppelsitzventil erster Art ist die in den 2 und 3 dargestellte und ausgerüstete Steuereinheit 70 vorgesehen.
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Die Steuereinheit 70 für ein sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil 140 in einer ersten und einer zweiten Ausführungsform in Verbindung mit einem entsprechend angepassten Antrieb 50 zum Schalten desselben ist identisch mit jener für den Antrieb 50 des Absperrventils 110, wie es im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde. Bestehende Unterschiede in der Ausrüstung der Steuereinheit 70, die sich aus der erweiterten Bewegungskinematik des Antriebs 50 für das sitzreinigungsfähige Doppelsitzventil 140 ergeben, sind aus den nachstehend beschriebenen 2 und 3 ersichtlich.
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Die Funktionen der Hohlstange 54a und der Stange 54b sind die gleichen, wie im Antrieb 50 des Absperrventils 110. Zur Steuerung eines sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventils 140 sind wenigstens drei Pilotventile 80.1, 80.2 und 80.3 erforderlich, die in der erfindungsgemäßen Steuereinheit 70, wie in den 2 und 3 gezeigt, problemlos zusammen mit den notwendigen, aber nicht dargestellten Wegen zur jeweiligen Führung und Verteilung des Druckmittels D, D1 bis D4 angeordnet werden können. Dies gilt allerdings nicht, wenn die Steuerung des Druckmittels über eine externe Steuereinheit und die Zuführung desselben in die zugeordneten Druckmittelräume aus der Umgebung des Doppelsitzventils 140 stattfindet. Die Stange 54b ist wiederum dazu bestimmt, mit ihrem dem ersten Antriebskolben 54 abgewandten Ende dessen jeweilige Stellung zwischen der Schließ- und der vollen Offenstellung H abzubilden. Mehr als ein Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung, nämlich ein erste Mittel 90.1 für die Schließ- und volle Offenstellung H eines unabhängig angetriebenen ersten Schließglieds, ein zweites Mittel 90.2 für einen ersten Teilhub T1 des ersten Schließglieds sowie ein drittes Mittel 90.3 für einen zweiten Teilhub T2 eines abhängig angetriebenen zweiten Schließglieds, sind zur Überwachung eines sitzreinigungsfähigen Doppelsitzventils 140 erforderlich, die wiederum problemlos zusammen mit den nicht dargestellten zugeordneten Signalleitungen und Verbindungsmitteln und Mitteln einer Steuerlogik 92 in der erfindungsgemäßen Steuereinheit 70 angeordnet werden können. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Stellungserfassung oder Wegmessung am zweiten Schließglied nicht über Mittel zur Erfassung am ersten Schließglied erfolgt, wie dies im Stand der Technik zur Reduzierung des konstruktiven Aufwands bislang der Regelfall ist, sondern originär und zweckmäßig an einer mit dem zweiten Schließglied fest verbundenen Verstellstange oder einem mit dieser in fester Verbindung stehenden Bauteil, dessen Stellung von dem dritten Mittel 90.3 detektiert werden kann. Darüber hinaus ist bei einer in sich geschlossenen ringförmigen Steuereinheit 70 noch genügend ungenutzter Bauraum vorhanden, um beispielsweise ein NICHT-Element 98 anzuordnen, mit dem im Bedarfsfalle, wenn der erste Antriebskolben 54 nicht angesteuert ist, das vierte Druckmittel D4 wahlweise auf die rückwärtige Seite des Antriebskolbens 54 und damit in den vierten Druckmittelraum 60 zur Unterstützung der Federkraft der ersten Feder 64 geleitet werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen, wie die Anordnung der Bauteile innerhalb der erfindungsgemäßen Steuereinheit 70 in einer Vollausstattung für ein sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil 140 erster Art beispielhaft aussehen kann. Das der Steuereinheit 70 und damit dem Antrieb 50 von außerhalb zugeführte Druckmittel D gelangt über den Druckmitelanschluss 94 und über einen in axialer Richtung verlaufenden Kanal in einen Verteilungskanal 96 (3), von dem aus die Pilotventile 80.1, 80.2 und 80.3 mit Druckmittel D versorgt werden. Das den Öffnungshub H bewirkende erste Pilotventil 80.1 steuert und beaufschlagt einen Kanal mit dem ersten Druckmittel D1, das in den ersten Druckmittelraum 58 gelangt (1). Das die erste Teiloffenstellung T1 für das Doppelsitzventil 140 in der ersten Ausführungsform generierende zweite Pilotventil 80.2 steuert und beaufschlagt einen Kanal mit einem zweiten Druckmittel D2, das in einen zweiten Druckmittelraum gelangt. Das den zweiten Teilhub T2 erzeugende dritte Pilotventil 80.3 steuert und beaufschlagt einen Kanal mit einem dritten Druckmittel D3, das in einen dritten Druckmittelraum austritt. Zur optionalen Beaufschlagung der rückwärtigen Seite des ersten Antriebskolbens 54 zur Erzeugung einer Zusatzkraft auf das sich in seiner Schließstellung befindliche erste Schließglied steuert das zweite Pilotventil 80.2 in Verbindung mit dem NICHT-Element 98 den Innenkanal der Hohlstange 54a an, sodass der vierte Druckmittelraum 60 mit dem vierten Druckmittel D4 beaufschlagt wird (1).
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Weiterhin bietet die Steuereinheit 70 Raum für die Mittel einer Steuerlogik 92 (2). Die Stellung des ersten Schließglieds wird über die Stange 54b in der Steuereinheit 70 abgebildet. Die an einer Stange befestigten ersten Mittel 90.1 melden den Vollzug der Schließ- und der Offenstellung H. Die an einer weiteren Stange befestigten zweiten Mittel 90.2 melden den Vollzug des ersten Teilhubs T1 (erstes Schließglied). Den Vollzug des zweiten Teilhubs T2 (zweites Schließglieds) melden die dritten Mittel 90.3, die die Stellung des zweiten Schließglieds detektieren. Bei den vorg. Mitteln kann es sich um berührungslos arbeitende Sensoren handeln, die die Änderung eines magnetischen Feldes registrieren, wobei das jeweilige Magnetfeld durch jeweils wenigstens einen an der Stange 54b und/oder an einem mit dem zweiten Schließglied in fester Verbindung stehenden Bauteil befestigten Permanentmagneten erzeugt wird. Zum Schutz der Steuereinheit 70 gegen äußere Einflüsse kann diese mit einem Mantel 70b umhüllt sein, der beispielsweise metallisch ausgeführt ist. Die Leuchtmelder 70a in den verschiedensten vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind beispielsweise entweder hinter transparenten Fenstern im Mantel 70b sichtbar oder sie sind zumindest mit ihrer äußeren Berandung in den Mantel 70b integriert.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit 70 ist auch auf einen Antrieb 70 für ein vorstehend beschriebenes Doppeldichtventil 120 oder ein nicht sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil 130 anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ventil (Hub- oder Drehklappenventil), allgemein
- 110
- Absperrventil
- 120
- Doppeldichtventil
- 130
- Doppelsitzventil
- 140
- sitzreinigungsfähiges Doppelsitzventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 2a
- erster Ventilgehäuseteil
- 2b
- zweiter Ventilgehäuseteil
- 2c
- Verbindungsöffnung
- 2d
- Sitzfläche (radial; konisch; eben und senkrecht zur Längsachse)
- 4
- Schließglied (Sitzteller oder Schieberkolben)
- 4a
- Verstellstange
- 4b
- Hohlstange (Druckausgleichkolben
- 6
- Laternengehäuse
- 8
- Sitzring
- 10
- Spannring
- 12
- Sitzdichtung
- 14
- Gehäusedeckel
- 50
- Antrieb
- 52
- Gehäuse
- 53
- Gehäuse-Deckelteil
- 54
- erster Antriebskolben
- 54a
- Hohlstange
- 54b
- Stange
- 56
- Kolbenstange
- 58
- erster Druckmittelraum
- 60
- vierter Druckmittelraum
- 64
- Feder
- 70
- Steuereinheit
- 70a
- Leuchtmelder
- 70b
- Mantel
- 80.1
- erstes Pilotventil (Haupthub H; D1)
- 80.2
- zweites Pilotventil (erster Teilhub T1; D2; D4))
- 80.3
- drittes Pilotventil (zweiter Teilhub T2; D3)
- 90.1
- erste Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung (Schließglied; Schließstellung, Offenstellung H)
- 90.2
- zweite Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung (erstes Schließglied; erster Teilhub T1)
- 90.3
- dritte Mittel zur Stellungserfassung oder Wegmessung (zweites Schließglied; zweiter Teilhub T2)
- 92
- Mittel einer Steuerlogik
- 94
- Druckmittelanschluss
- 96
- Verteilungskanal
- 98
- NICHT-Element
- D
- Druckmittel (allgemein)
- D1
- erstes Druckmittel (Haupthub, Öffnungshub H)
- D2
- zweites Druckmittel (erster Teilhub T1
- D3
- drittes Druckmittel (zweiter Teilhub T2)
- D4
- viertes Druckmittel (Zusatzbelastung oder Teilhubfunktion)
- H
- Öffnungshub (volle Offenstellung; Haupthub)
- T1
- erster Teilhub (erste Sitzreinigungsstellung)
- T2
- zweiter Teilhub (zweite Sitzreinigungsstellung)
