DE102018001936A1 - Hydraulically damped actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen pneumatischer Stellantrieb für eine Armatur, mit einem Gehäuse (1), in dem wenigstens ein Pneumatikkolben (2) angeordnet ist, der über eine ihm zugeordnete Kolbenstange (3) auf eine drehende Stellwelle (4) wirkt, wobei der Pneumatikkolben (2) mit einem hydraulischen Dämpfer gekoppelt ist, bei dem ein Hydraulikkolben (10) in einem Hydraulikzylinder zwischen einem ersten und einem zweiten Arbeitsraum (11, 12) bewegbar ist. Um einen solchen Stellantrieb betriebssicherer auszugestalten wird vorgeschlagen, dass der erste und der zweite Arbeitsraum (11, 12) über eine außerhalb des Hydraulikzylinders angeordnete Hydraulikleitung (14) verbunden werden. Insbesondere kann in diese außenliegende Hydraulikleitung eine Blende (16) integriert werden, die von außen zugänglich und somit leicht zu reinigen ist. Diese lässt sich auch mit einem Drosselventil (15) in der Hydraulikleitung (14) kombinieren. The invention relates to a pneumatic actuator for a fitting, comprising a housing (1) in which at least one pneumatic piston (2) is arranged, which acts on a rotating actuating shaft (4) via a piston rod (3) assigned to it, wherein the pneumatic piston ( 2) is coupled to a hydraulic damper, wherein a hydraulic piston (10) in a hydraulic cylinder between a first and a second working space (11, 12) is movable. In order to design such an actuator more reliable, it is proposed that the first and the second working space (11, 12) are connected via a hydraulic line (14) arranged outside the hydraulic cylinder. In particular, in this external hydraulic line, a diaphragm (16) can be integrated, which is accessible from the outside and thus easy to clean. This can also be combined with a throttle valve (15) in the hydraulic line (14).
Description
Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Stellantrieb für eine Armatur, mit einem Gehäuse, in dem wenigstens ein Pneumatikkolben angeordnet ist, der über eine ihm zugeordnete Kolbenstange auf eine um ein Achse drehende Stellwelle wirkt, wobei der Pneumatikkolben mit einem hydraulischen Dämpfer gekoppelt ist, bei dem ein Hydraulikkolben in einem Hydraulikzylinder zwischen einem ersten und einem zweiten Arbeitsraum bewegbar ist.The invention relates to a pneumatic actuator for a valve, comprising a housing in which at least one pneumatic piston is arranged, which acts via a piston rod associated therewith on an adjusting shaft rotating about an axis, wherein the pneumatic piston is coupled to a hydraulic damper, wherein a Hydraulic piston is movable in a hydraulic cylinder between a first and a second working space.
Armaturen der hier infrage stehenden Art finden sich in verschiedensten Anlagen. Mit ihnen wird mittels verstellbarer Querschnittsverengungen ein Stoffstrom gedrosselt bzw. abgesperrt. Dabei wird diese Armatur, insbesondere in automatisch betriebenen Anlagen, durch einen Stellantrieb betätigt, der durch Stellkraft und Stellweg diese Querschnittsverengung bewirkt.Fittings of the type in question can be found in a variety of systems. With them by means of adjustable cross-sectional constrictions, a flow of material throttled or shut off. In this case, this valve, in particular in automatically operated systems, actuated by an actuator, which causes by adjusting force and travel this cross-sectional constriction.
Es ist bekannt, dass der Stellantrieb einen oder mehrere (üblicherweise zwei) miteinander verbundene pneumatisch beaufschlagbare Volumen enthält. Mittels des in diesen Volumen herrschenden Drucks wird die Verstellung der Armatur bewirkt, indem mit den Volumen korrespondierende Kolben auf eine Stellwelle einwirken. Hierzu ist eine übliche Lösung, die Kolben mit Kolbenstangen zu versehen, die über Verzahnungen mit einer Gegenverzahnung an der Stellwelle kämmen.It is known that the actuator contains one or more (usually two) interconnected pneumatically actuated volumes. By means of the pressure prevailing in this volume, the adjustment of the valve is effected by acting with the volume of corresponding pistons on a control shaft. For this purpose, a common solution is to provide the piston with piston rods, which mesh via teeth with a counter toothing on the control shaft.
Bei den bekannten Stellantrieben sind die Pneumatikkolben über Federn bzw. Federpakete so vorgespannt, dass sie bei einem Ausfall ihrer pneumatischen Versorgung bzw. Ansteuerung in eine Endstellung gehen, die unter dem Gesichtspunkt einer Sicherheit der Armatur bzw. Anlage gewählt wird.In the known actuators, the pneumatic piston on springs or spring assemblies are biased so that they go in case of failure of their pneumatic supply or control in an end position, which is selected from the viewpoint of safety of the valve or system.
Je nach Art der Anlage bzw. der mittels der Armatur gedrosselten bzw. geregelten Leitung und in Abhängigkeit von dem in der Leitung strömenden Medium darf auch bei einem schlagartigen Ausfall der pneumatischen Versorgung bzw. Ansteuerung die Armatur nicht schlagartig in die genannte Endstellung fahren, da dies innerhalb der Anlage zu unerwünschten Druckstößen führen kann, die Schäden an der betroffenen Anlage verursachen können. So können schlimmstenfalls Leitungen oder deren Halterungen beschädigt werden. Aber auch andere Armaturen, Pumpen, Fundamente und weitere Bestandteile eines Leitungssystems wie z. B. Wärmeübertrager etc. können durch derartige Druckstöße gefährdet werden. Dabei ist u.a. problematisch, dass entsprechende Schäden an Leitungen u.U. auch nicht sofort ersichtlich sind, z.B. bei der Beschädigung eines Flansches, und somit erst mit Verzögerungen zu Ausfällen führen können.Depending on the type of installation or the throttled or regulated by means of the valve line and depending on the medium flowing in the conduit medium, even with a sudden failure of the pneumatic supply or control the valve does not abruptly go into said end position, as this within the system can lead to undesired pressure surges, which can cause damage to the affected system. In the worst case, cables or their brackets can be damaged. But also other fittings, pumps, foundations and other components of a piping system such. B. heat exchangers, etc. can be endangered by such pressure surges. It is u.a. problematic that corresponding damage to cables u.U. are not immediately apparent, e.g. when a flange is damaged, and thus can lead to delays only with delays.
Es ist daher bekannt, derartige pneumatische Stellantriebe mit einem hydraulischen Dämpfer zu versehen, so dass auch bei einem selbsttätigen Verfahren des Pneumatikkolbens dieser sich nur langsam bzw. verzögert in seine Endstellung bewegt.It is therefore known to provide such pneumatic actuators with a hydraulic damper, so that even in an automatic process of the pneumatic piston this moves only slowly or delayed to its end position.
Innerhalb eines derartigen hydraulischen Dämpfers ist ein Hydraulikkolben in einem Hydraulikzylinder zwischen einem ersten und einem zweiten Arbeitsraum bewegbar, wobei die beiden Arbeitsräume des Hydraulikzylinders mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind. Bei einer entsprechenden Bewegung des Hydraulikkolbens fließt Hydraulikflüssigkeit durch eine an dem Kolben vorhandene, als Drossel fungierende Bohrung von dem einen in den anderen Arbeitsraum. Dadurch wird die Bewegung des Hydraulikkolbens gedämpft und damit auch die Bewegung des mit ihm gekoppelten Pneumatikkolbens.Within such a hydraulic damper, a hydraulic piston in a hydraulic cylinder between a first and a second working space is movable, wherein the two working spaces of the hydraulic cylinder are filled with a hydraulic fluid. During a corresponding movement of the hydraulic piston, hydraulic fluid flows through one of the pistons, which acts as a throttle, from one to the other working space. As a result, the movement of the hydraulic piston is damped and thus also the movement of the coupled with him pneumatic piston.
Grundsätzlich ist es mit einem derartigen hydraulischen Dämpfer auch möglich, die Stellgeschwindigkeit des Stellantriebes zu beeinflussen.Basically, it is also possible with such a hydraulic damper to influence the actuating speed of the actuator.
Es ist nachvollziehbar, dass sowohl für die Dämpfung als auch für eine festzulegende Stellgeschwindigkeit die an dem Hydraulikkolben vorhandene Bohrung relevant ist. Ihr Durchmesser, ihre Ausgestaltung hinsichtlich Ein- und Auslass etc. beeinflussen die Menge an Hydraulikflüssigkeit, die durch sie hindurchfließen kann und damit die Geschwindigkeit mit der sich der Hydraulikkolben zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum bewegt.It is understandable that the existing on the hydraulic piston bore is relevant for both the damping and for a set actuating speed. Their diameter, their design in terms of inlet and outlet, etc. influence the amount of hydraulic fluid that can flow through them and thus the speed at which moves the hydraulic piston between the first and the second working space.
Es hat sich jetzt herausgestellt, dass z.B. in Verbindung mit einer nicht vorschriftsmäßigen Wartung sich innerhalb der Bohrung Fremd- oder Schmutzpartikel aus der Hydraulikflüssigkeit festgesetzt haben, was die Funktion des Dämpfers negativ beeinflussen kann.It has now been found that e.g. In connection with improper maintenance, foreign or dirt particles from the hydraulic fluid have accumulated inside the bore, which can adversely affect the function of the damper.
Außerdem besteht ein Interesse daran, die Dämpfungseigenschaften des hydraulischen Dämpfers ggf. einstellen zu können, was derzeit z.B. über die Auswahl der verwendeten Hydraulikflüssigkeit hinsichtlich ihrer Viskosität bewirkt wird.In addition, there is an interest in being able to adjust the damping characteristics of the hydraulic damper if necessary, which is currently the case, for example. about the selection of the hydraulic fluid used is effected in terms of their viscosity.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen pneumatischen Stellantrieb mit hydraulischem Dämpfer wie oben angegeben, derart weiter zu entwickeln, dass auftretende Schwierigkeiten z.B. aufgrund von Wartungsproblemen leichter zu beherrschen sind und bei Bedarf auch die Einstellbarkeit der Dämpfung zu erleichtert wird.It is therefore an object of the present invention to further develop a pneumatic damper with a hydraulic damper as stated above in such a way that difficulties encountered, e.g. due to maintenance problems are easier to control and if necessary, the adjustability of the damping is facilitated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste und der zweite Arbeitsraum des zu dem hydraulischen Dämpfer zu rechnenden Hydraulikzylinders über eine außerhalb des Hydraulikzylinders angeordnete Hydraulikleitung verbunden sind.This object is achieved in that the first and the second working space of the hydraulic damper to be calculated hydraulic cylinder are connected via an outside of the hydraulic cylinder arranged hydraulic line.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die extern des Hydraulikzylinders vorgesehene Hydraulikleitung sowohl Wartungs- als auch Einstellarbeiten durchgeführt werden können, ohne dass hierzu der Dämpfer wie bisher demontiert werden muss, damit ein Monteur an die im Kolben befindliche Strömungsverbindung zwischen den beiden Arbeitskammern gelangen kann. Stattdessen kann bei auftretenden Problemen, wie sie oben beschrieben werden, an der leicht von außen zu erreichenden Hydraulikleitung gearbeitet werden. The invention has the advantage that both maintenance and adjustment work can be carried out by the hydraulic line provided externally of the hydraulic cylinder, without the damper having to be disassembled, so that an installer can access the flow connection between the two working chambers located in the piston , Instead, when problems occur, as described above, you can work on the easily reached from the outside hydraulic line.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Hydraulikleitung wenigstens ein Drosselventil vorgesehen. Solche sind als betriebssichere Elemente und preiswerte Zukaufteile erhältlich und gewähren eine ausreichende Betriebssicherheit. Lediglich der guten Ordnung halber sei erwähnt, dass ein entsprechendes Drosselventil auch als Drosselrückschlagventil ausgeführt sein kann. Im Rahmen dieser Anmeldung wird der leichteren Lesbarkeit wegen bei Erwähnen eines Drosselventil hierunter somit alternativ auch ein Drosselrückschlagventil verstanden. Diese Begriffe werden somit hier synonym verwendet.In a preferred embodiment of the invention, at least one throttle valve is provided in the hydraulic line. Such are available as reliable components and inexpensive purchased parts and ensure adequate reliability. Merely for the sake of good order, it should be mentioned that a corresponding throttle valve can also be designed as a throttle check valve. In the context of this application, for ease of readability, therefore, when mentioning a throttle valve, it is understood as an alternative also a throttle check valve. These terms are thus used synonymously here.
Vorzugsweise ist ein entsprechendes Drosselventil auch einstellbar, womit eine gewünschte Veränderung der Dämpfungseigenschaften des hydraulischen Dämpfers nicht nur durch Auswahl und dann Austausch eines geeigneten starren Drosselventils möglich ist, sondern ein Drosselventil bedarfsweise durch eine geeignete Verstellung angepasst werden kann.Preferably, a corresponding throttle valve is also adjustable, whereby a desired change in the damping properties of the hydraulic damper not only by selecting and then replacing a suitable rigid throttle valve is possible, but a throttle valve, if necessary, can be adjusted by a suitable adjustment.
Alternativ oder auch zusätzlich ist in der Hydraulikleitung auch wenigstens eine Blende vorgesehen. Diese hat insbesondere den Vorteil, dass ihr Einbau sehr raumsparend erfolgen kann.Alternatively or additionally, at least one aperture is provided in the hydraulic line. This has the particular advantage that their installation can be very space-saving.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Blende zwar fest installiert aber austauschbar ist. Damit ist einerseits zu erreichen, dass bei einer Verstopfung einer solchen Blende diese sehr schnell und damit problemlos austauschbar ist. Aber mit dieser Variante kann beim Einbau eines Stellantriebes in eine Anlage auch sehr einfach dessen bedarfsweise Anpassung realisiert werden.In a preferred embodiment, it is provided that the aperture is indeed permanently installed but interchangeable. This is on the one hand to achieve that with a blockage of such a panel this very quickly and thus easily replaceable. But with this variant, the installation of an actuator in a system can also be very easily implemented as needed adjustment.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Blende parallel zu dem wenigstens einen Drosselventil in der Hydraulikleitung angeordnet. Damit wird als weiterer Vorteil erreicht, dass bei einer Fehlbedienung des Drosselventils die Blende noch als Sicherheitselement zur Verfügung steht.In a further preferred embodiment, the diaphragm is arranged parallel to the at least one throttle valve in the hydraulic line. This is achieved as a further advantage that in case of incorrect operation of the throttle valve, the aperture is still available as a security element.
Damit die Blende das eigentliche Regelverhalten des Drosselventils dabei nicht zu sehr stört, wird vorgeschlagen, dass der Volumenstrom, der über die Blende fließt, mindestens eine Größenordnung kleiner ist als der Volumenstrom, der über das geöffnet Drosselventil strömt.Thus, the aperture does not disturb the actual control behavior of the throttle valve too much, it is proposed that the volume flow flowing through the aperture is at least an order of magnitude smaller than the volume flow flowing through the open throttle valve.
Es sei noch erwähnt, dass zur leichteren Montage die außerhalb des Hydraulikzylinders vorgesehene Hydraulikleitung einschließlich der ggf. vorhandenen Einbauteile wie Drosselventil und/oder Blende in einem Anschlussblock mit Norm-Anschlüssen integriert sein kann. Als Norm bieten sich dabei z. B. NAMUR-Empfehlungen und -Arbeitsblätter an.It should be mentioned that for ease of assembly, the hydraulic line provided outside the hydraulic cylinder, including any built-in components such as throttle valve and / or orifice, may be integrated in a connection block with standard connections. As a standard offer z. For example, NAMUR recommendations and worksheets.
Über einen derartigen Anschlussblock kann der Montageaufwand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verringert werden.About such a terminal block assembly costs of a device according to the invention can be further reduced.
Grundsätzlich kann ein Drosselventil in einer vorgebbaren Stellung zu fixieren und diese Fixierung auch gegenüber einer unbeabsichtigten Aufhebung zu sichern sein. - Dies erhöht eine Betriebssicherheit.In principle, a throttle valve can be fixed in a predeterminable position and this fixation can also be secured against unintentional cancellation. - This increases operational safety.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt:
-
1 die Prinzipskizze eines pneumatischen Stellantriebes mit ergänztem Pneumatik- und Hydraulikanschlussplan, -
2 die Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Stellantrieb.
-
1 the schematic diagram of a pneumatic actuator with a supplemented pneumatic and hydraulic connection diagram, -
2 the supervision of an actuator according to the invention.
In der
Die Stellwelle
Zur Verstellung der Stellwelle
Über dieses Ventil werden die Pneumatikkolben alternativ mit Druckluft
Damit das Verfahren der Pneumatikkolben
Diese Hydraulikkolben
Bei einer Bewegung des Hydraulikkolbens
In dieser Hydraulikleitung
In der
Diese Blenden
Der Durchfluss für die Blenden
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Blenden
Außerdem können derart auswechselbare Blenden
Im dargestellten Beispiel kann die für jeden Hydraulikzylinder grundsätzlich separat vorgesehene Kombination von Drosselventil
Dies ist in der
Die zwei im hier dargestellten Beispiel demgemäß auf der Vorderseite des Gehäuses vorgesehenen Blöcke
In der Aufsicht kann man auch erkennen, dass die Blenden
Zur Sicherung der vorgesehenen Drosselventile sind diese über Muttern
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Pneumatikkolbenpneumatic piston
- 33
- Kolbenstangepiston rod
- 44
- Stellwelleactuating shaft
- 55
- 3/2-Wege-Ventil3/2-way valve
- 66
- Druckluftcompressed air
- 77
- Entlüftungvent
- 88th
- Federnfeathers
- 99
- VerbindugnsstangenVerbindugnsstangen
- 1010
- Hydraulikkolbenhydraulic pistons
- 1111
- erster Arbeitsraumfirst working space
- 1212
- zweiter Arbeitsraumsecond workspace
- 1313
- Hydraulikanschlußhydraulic connection
- 1414
- HydrualikleitungHydrualikleitung
- 1515
- Drosselventilthrottle valve
- 1616
- Blendecover
- 1717
- Ausgleichsleitungcompensation line
- 1818
- Anschlussblockterminal block
- 1919
- Sicherungsschraubenlocking screws
- 2020
- Muttermother
- 2121
- HutmutterHutmutter
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