DE102022130770A1

DE102022130770A1 - Double diaphragm drive with safety function

Info

Publication number: DE102022130770A1
Application number: DE102022130770.0A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Lässler
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2024110406A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellventil, insbesondere Regler ohne Hilfsenergie, zum Einstellen einer Prozessfluidströmung für eine prozesstechnische Anlage, wie eine chemische Anlage, insbesondere eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, oder eine Fernwärmeanlage, umfassend ein Stellglied, einen Stellantrieb zum Betätigen des Stellglieds und eine eine Stellantriebskraft von dem Stellantrieb auf das Stellglied übertragende Stellstange, wobei der Stellantrieb eine Stellmembran, insbesondere eine Regelmembran, und einen kraftübertragend mit Stellmembran und Stellstange verbundenen Mitnehmer für einen Regelbetrieb des Stellventils sowie eine kraftübertragend mit der Stellstange verbundene Sicherheitsstellmembran für einen Fehlbetrieb des Stellventils bei einem Ausfall, wie einem Bruch, der Stellmembran zum Verlagern des Stellglieds in eine Sicherheits- und/oder Schließstellung aufweist, wobei die Stellstange und der Mitnehmer derart axialbeweglich relativ zueinander gelagert sind, dass die Sicherheitsstellmembran bei einem Ausfall der Stellmembran die Stellstange teleskopartig in Bezug auf den Mitnehmer verfährt.The present invention relates to a control valve, in particular a regulator without auxiliary energy, for adjusting a process fluid flow for a process plant, such as a chemical plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, for example a brewery, or a district heating plant, comprising an actuator, an actuator drive for actuating the actuator and an actuating rod that transmits an actuating force from the actuator drive to the actuator, wherein the actuator drive has an actuating diaphragm, in particular a control diaphragm, and a driver connected to the actuating diaphragm and actuating rod in a force-transmitting manner for a control operation of the control valve, and a safety actuating diaphragm connected to the actuating rod in a force-transmitting manner for a malfunction of the control valve in the event of a failure, such as a breakage, of the actuating diaphragm for moving the actuator into a safety and/or closed position, wherein the actuating rod and the driver are mounted axially movable relative to one another in such a way that the safety actuating diaphragm moves the actuating rod telescopically in relation to the driver in the event of a failure of the actuating diaphragm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellventil, insbesondere einen Regler ohne Hilfsenergie, zum Einstellen einer Prozessfluidströmung für eine prozesstechnische Anlage, wie eine chemische Anlage, insbesondere eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, eine lebensmittelverarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, eine Fernwärmeanlage oder dergleichen.The present invention relates to a control valve, in particular a regulator without auxiliary energy, for adjusting a process fluid flow for a process plant, such as a chemical plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, for example a brewery, a district heating plant or the like.

Gattungsgemäße Stellventile dienen zum Einstellen, Regeln und/oder Mindern eines Drucks oder eines Volumenstroms mittels eines Stellglieds in einer Strömungsleitung der prozesstechnischen Anlage. Das Stellglied wird durch eine vom Druck des Prozessmediums beaufschlagte Regelmembran betätigt, die entgegen der Wirkung einer Sollwertfeder arbeitet.Control valves of this type are used to set, regulate and/or reduce a pressure or a volume flow using an actuator in a flow line of the process plant. The actuator is actuated by a control diaphragm that is subjected to the pressure of the process medium and works against the effect of a setpoint spring.

Bei einem üblichen Aufbau eines Druckminder- oder Volumenstromregel-Ventils öffnet bei einer Beschädigung oder einem Bruch der Regelmembran die Sollwertfeder oder die Rückstellfeder eines einfachwirkenden Antriebes das Ventilglied ganz. Dadurch wird der maximale Durchfluss freigegeben und es kann sich in der angeschlossenen Anlage ein unzulässig hoher Druck aufbauen, der zu schweren Schäden führen kann. Solch eine Fehlfunktion eines fehlerhaften Stellventils verursacht einen falschen Prozessdruck oder Volumenstrom, welcher in der Prozessanlage nicht immer zuverlässig erkannt wird. Um dies zu vermeiden, gibt es Stellventile, bei denen zwei Membrane derart fest miteinander gekoppelt sind, dass das Stellglied bei einem Bruch der Regelmembran weiter funktionieren kann. Diese Ausbildung sorgt zwar dafür, dass das Stellventil weiterhin fehlerfrei funktioniert, hat aber den Nachteil, dass die defekte Membran im Stellantrieb nicht gleich erkannt wird und behoben werden kann.In a typical design of a pressure reducing or volume flow control valve, if the control diaphragm is damaged or breaks, the setpoint spring or the return spring of a single-acting actuator opens the valve element completely. This releases the maximum flow and an unacceptably high pressure can build up in the connected system, which can lead to serious damage. Such a malfunction of a faulty control valve causes an incorrect process pressure or volume flow, which is not always reliably detected in the process system. To avoid this, there are control valves in which two diaphragms are coupled together so tightly that the actuator can continue to function if the control diaphragm breaks. Although this design ensures that the control valve continues to function correctly, it has the disadvantage that the defective diaphragm in the actuator is not immediately detected and cannot be repaired.

Der Regler gemäß der DE 4209736 A1 hat zwei Membrane: eine Regel- und eine Sicherheitsmembran. Im Normalzustand wird die Regelmembran mit Druck beaufschlagt und die Sicherheitsmembran läuft unbelastet synchron mit. Im Fall eines Ermüdungsbruches der Regelmembran gelangt das Antriebsmedium durch das Leck an die Sicherheitsmembran. Da die beiden Membrane auf die gleiche Stange wirken und starr miteinander verbunden sind, übernimmt ab diesem Zeitpunkt die Sicherheitsmembran die Regelung. Zusätzlich wirkt der Druck auf eine Membranbruchanzeige, die auf den fehlerhaften Zustand des Gerätes und die notwendige Wartung hinweist.The regulator according to the DE 4209736 A1 has two diaphragms: a control diaphragm and a safety diaphragm. In the normal state, the control diaphragm is pressurized and the safety diaphragm runs synchronously without load. In the event of a fatigue fracture of the control diaphragm, the drive medium reaches the safety diaphragm through the leak. Since the two diaphragms act on the same rod and are rigidly connected to one another, the safety diaphragm takes over control from this point on. In addition, the pressure acts on a diaphragm rupture indicator, which indicates the faulty condition of the device and the necessary maintenance.

Der Fehlzustand kann jedoch über längere Zeit unbemerkt bleiben, was heutzutage insbesondere wegen erhöhten Sicherheitsanforderungen vermieden werden soll. Es besteht die Forderung, dass die Sicherheitsmembran das Ventilglied dauerhaft schließen soll. Dadurch werden nachfolgende Stationen der Prozessanlage nicht mehr ordnungsgemäß versorgt und die Fehlfunktion wird unmittelbar durch die Prozessanlage und derer Sensoren erkannt.However, the faulty state can remain unnoticed for a long time, which is something that should be avoided nowadays, especially due to increased safety requirements. There is a requirement that the safety membrane should permanently close the valve element. As a result, subsequent stations in the process plant are no longer properly supplied and the malfunction is immediately detected by the process plant and its sensors.

Bei der DE 3235274 A1 ist die Stellstange zwischen der Regelmembran und der Sicherheitsmembran getrennt, wobei die Teilbereiche kraftschlüssig verbunden sind im Regelbetrieb. Die Sollwertfeder ist an der Außenseite des Antriebes angeordnet. Bei einem Defekt dieser Membran wirkt der Druck auf die Sicherheitsmembran. Aufgrund der Entkopplung und des nun ausgeglichenen Druckes an der Regelmembran entspannt sich die Sollwertfeder, bis die Stange am unteren Anschlag anliegt. Die druckbeaufschlagte Sicherheitsmembran kann nun ohne die Last der Sollwertfeder das Ventilglied schließen. Bedingt durch die doppelte Membrane und die Abstützung der Sollwertfeder an der Außenseite des Antriebes, vergrößert sich die Baulänge. Dadurch, dass die Sicherheitsmembran beim Verfahren des Stellglieds in die Schließstellung gegen eine sogenannte Öffnungsfeder arbeitet, wird auch bei dem Ventil gemäß der DE 3235274 A1 die Schließstellung erst mit einer zeitlichen Verzögerung eingenommen. At the DE 3235274 A1 the control rod is separated between the control diaphragm and the safety diaphragm, whereby the parts are connected in a force-locking manner in control operation. The setpoint spring is arranged on the outside of the actuator. If this diaphragm is defective, the pressure acts on the safety diaphragm. Due to the decoupling and the now balanced pressure on the control diaphragm, the setpoint spring relaxes until the rod rests against the lower stop. The pressurized safety diaphragm can now close the valve element without the load of the setpoint spring. Due to the double diaphragm and the support of the setpoint spring on the outside of the actuator, the overall length increases. Because the safety diaphragm works against a so-called opening spring when the actuator is moved into the closed position, the valve is also opened according to the DE 3235274 A1 the closed position is only assumed after a time delay.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden, insbesondere ein gattungsgemäßes Stellventil mit verringerter Baulänge und/oder verkürzter Reaktionszeit bis zum Einnehmen der Sicherheits- und/oder Schließstellung bei einem Fehlbetrieb bereitzustellen.An object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art, in particular to provide a generic control valve with a reduced overall length and/or shortened reaction time until the safety and/or closed position is assumed in the event of a malfunction.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.The problem is solved by the subject matter of the independent claims.

Danach ist ein Stellventil, insbesondere ein Regler ohne Hilfsenergie (ROH), zum Einstellen einer Prozessfluidströmung für eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, eine lebensmittelverarbeitende Anlage, beispielsweise eine Brauerei, oder eine Fernwärmeanlage, bereitgestellt. ROHs werden auch in explosionsgefährdeten Anlagen eingesetzt, weil die fehlende zusätzliche Hilfsenergie eine deutliche Reduktion der Explosionsgefahr bewirkt.According to this, a control valve, in particular a regulator without auxiliary energy (ROH), is provided for adjusting a process fluid flow for a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, for example a brewery, or a district heating plant. ROHs are also used in potentially explosive plants because the lack of additional auxiliary energy results in a significant reduction in the risk of explosion.

Ein Regler ohne Hilfsenergie benötigt keine externe Energieversorgung zum Betreiben des Reglers, insbesondere keine Stromversorgung und keine Pneumatik, wie keine externe pneumatische Dauerdruckversorgung, um den voreingestellten oder variierenden Regelungs- oder Steuerungsalgorithmus zu realisieren. Die Versorgungsenergie für die Bereitstellung einer entsprechenden Betätigungskraft zum Einstellen des Stellventils kommt ausschließlich von der einzustellenden Arbeitsfluidströmung oder dem Arbeitsfluid als solches. Hierdurch unterscheidet sich ein Regler ohne Hilfsenergie für prozesstechnische Anlagen von einem Regler mit Hilfsenergie dadurch, dass eben keine zusätzlich (zusätzlich zu der im Arbeitsfluid oder in der Arbeitsfluidströmung bereits vorliegenden Energie) beizusteuernde Betriebsenergie, wie Strom oder Pneumatik, dem Regler zugeführt werden muss, um seine Stellaufgabe, wie auch seine Mess- und/oder Regelungsfunktion, erledigen zu können.A controller without auxiliary energy does not require an external energy supply to operate the controller, in particular no power supply and no pneumatics, such as no external pneumatic continuous pressure supply to implement the preset or varying control or regulation algorithm. The supply energy for providing an appropriate actuating force for adjusting the control valve comes exclusively from the working fluid flow to be adjusted or the working fluid as such. This means that A controller without auxiliary energy for process engineering plants differs from a controller with auxiliary energy in that no additional operating energy (in addition to the energy already present in the working fluid or in the working fluid flow), such as electricity or pneumatics, has to be supplied to the controller in order to be able to carry out its actuating task as well as its measuring and/or control function.

Die Regelung/Steuerung eines Reglers für eine prozesstechnische Anlage kann insbesondere ausschließlich drei wesentliche Funktionen umfassen, nämlich das Messen einer Betriebsgröße, das Regeln der Betriebsgröße und die Durchführung der Stellbewegung gemäß einer Regelungs- und/oder Steuerungsroutine. Da der Regler ohne Hilfsenergie keine externe Hilfsenergieversorgung in Anspruch nimmt, sind die Betriebskosten und auch die Installationskosten wegen der fehlenden zusätzlichen Energieversorgung gering.The regulation/control of a controller for a process plant can in particular only comprise three essential functions, namely measuring an operating variable, regulating the operating variable and carrying out the actuating movement according to a regulation and/or control routine. Since the controller does not require an external auxiliary power supply without auxiliary power, the operating costs and also the installation costs are low due to the lack of an additional power supply.

Das erfindungsgemäße Stellventil umfasst ein Stellglied, einen Stellantrieb zum Betätigen des Stellglieds und eine eine Stellantriebskraft vom Stellantrieb auf das Stellglied übertragende Stellstange. Das Stellventil kann ferner ein Fluidführungsgehäuse mit wenigstens einem Fluideingang und wenigstens einem mit dem Eingang fluidal verbundenen Fluidausgang aufweisen. Das Stellglied kann dem Fluidströmungskanal derart zugeordnet sein, dass mittels des Ventilglieds die fluidale Verbindung zwischen Fluideingang und Fluidausgang getrennt werden kann. Insofern kann das Stellglied sowohl eine Schließstellung, in der eine Fluidströmung vom Fluideingang zum Fluidausgang unterbunden ist, als auch wenigstens eine Öffnungsstellung, in der eine Fluidströmung vom Fluideingang zum Fluidausgang zugelassen ist, einnehmen. Das Stellglied kann beispielsweise ein Ventilkegel sein und/oder mit einem fluidführungsseitigen Ventilsitz kooperieren, um insbesondere in der Schließstellung des Stellventils die Fluidströmung einzustellen. Beispielsweise wird das Stellglied in einer translatorischen, insbesondere hubartigen, Stellbewegung betätigt, um unterschiedliche Strömungsquerschnitte freizugeben bzw. die unterschiedlichen Stellventilbetriebspositionen einzunehmen.The control valve according to the invention comprises an actuator, an actuator drive for actuating the actuator and an actuating rod that transmits an actuating force from the actuator drive to the actuator. The control valve can also have a fluid guide housing with at least one fluid inlet and at least one fluid outlet fluidically connected to the inlet. The actuator can be assigned to the fluid flow channel in such a way that the fluid connection between the fluid inlet and fluid outlet can be separated by means of the valve member. In this respect, the actuator can assume both a closed position in which fluid flow from the fluid inlet to the fluid outlet is prevented, and at least one open position in which fluid flow from the fluid inlet to the fluid outlet is permitted. The actuator can be a valve cone, for example, and/or cooperate with a valve seat on the fluid guide side in order to adjust the fluid flow, in particular in the closed position of the control valve. For example, the actuator is actuated in a translatory, in particular stroke-like, actuating movement in order to release different flow cross sections or to assume the different control valve operating positions.

Der Stellantrieb weist eine Stellmembran, insbesondere eine Regelmembran, und einen kraftübertragend mit Stellmembran und Stellstange verbundenen Mitnehmer für einen Regelbetrieb des Stellventils sowie eine kraftübertragend mit der Stellstange verbundene Sicherheitsstellmembran für einen Fehlbetrieb des Stellventils bei einem Ausfall, wie einem Bruch, der Stellmembran, zum Verlagern des Stellglieds in eine Sicherheits- und/oder Schließstellung auf. Es hat sich in der Vergangenheit herausgestellt, dass oftmals das schwächste Bauelement des Stellantriebs die Stellmembran ist, da diese oftmals zuerst ausfällt. Aus Sicherheitsgründen wird daher eine als Sicherheitsstellmembran bezeichnete zweite Membran in Bewegungsrichtung der Stellstange, insbesondere in einem gewissen Abstand, eingebaut. Im Regelbetrieb des Stellventils, wenn die Stellmembran funktionstüchtig ist, bewegen sich die beiden Stellmembrane im Wesentlichen synchron bei einer Stellbewegung der Stellstange entsprechend der Betätigungsbewegung dieser zum Einstellen des Stellglieds mit.The actuator has an actuating diaphragm, in particular a control diaphragm, and a driver which is connected to the actuating diaphragm and actuating rod in a force-transmitting manner for control operation of the control valve, as well as a safety actuating diaphragm which is connected to the actuating rod in a force-transmitting manner for incorrect operation of the control valve in the event of a failure, such as a breakage, of the actuating diaphragm, for moving the actuator into a safety and/or closed position. It has been found in the past that the actuating diaphragm is often the weakest component of the actuator, as this is often the first to fail. For safety reasons, a second diaphragm, known as a safety actuating diaphragm, is therefore installed in the direction of movement of the actuating rod, in particular at a certain distance. During control operation of the control valve, when the actuating diaphragm is functional, the two actuating diaphragms move essentially synchronously with an actuating movement of the actuating rod, corresponding to the actuating movement of the actuating rod to adjust the actuator.

Der Mitnehmer kann grundsätzlich mehrteilig ausgebildet sein und/oder derart mit der Stellmembran und der Stellstange verbunden sein, dass im Regelbetrieb der Mitnehmer der Betätigungsbewegung der Stellstange und der Stellmembran folgt. Der Mitnehmer kann beispielsweise die Stellstange umgeben und/oder hülsenförmig ausgebildet sein. Im Regelbetrieb kann der Mitnehmer die Stellkraft von der Stellmembran auf die Stellstange übertragen bzw. die Stellstange und die Stellmembran kraftübertragend miteinander verbinden, so dass die Stellmembran und die Stellstange im Regelbetrieb durch den Mitnehmer synchron zueinander verlagert werden.The driver can basically be made up of several parts and/or connected to the control diaphragm and the control rod in such a way that in normal operation the driver follows the actuating movement of the control rod and the control diaphragm. The driver can, for example, surround the control rod and/or be designed in the form of a sleeve. In normal operation the driver can transfer the actuating force from the control diaphragm to the control rod or connect the control rod and the control diaphragm to one another in a force-transmitting manner so that the control diaphragm and the control rod are moved synchronously to one another by the driver in normal operation.

Erfindungsgemäß sind die Stellstange und der Mitnehmer derart axialbeweglich relativ zueinander gelagert und/oder verlagerbar, dass die Sicherheitsstellmembran bei einem Ausfall der Stellmembran die Stellstange teleskopartig in Bezug auf den Mitnehmer verfährt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Stellstange und Mitnehmer derart, dass im Fehlbetriebsfall eine teleskopartige Relativbewegungsmöglichkeit besteht, ist ein besonders kompaktes Stellventil mit geringer Baulänge in Betätigungsrichtung der Stellstange geschaffen. Die Ineinander-Verschachtelung von Mitnehmer und Stellstange ermöglicht es, insbesondere auf axialen Bauraum verzichten zu können. Beispielweise trennt die Stellmembran einen Antriebsdruckraum von einem zwischen Stellmembran und Sicherheitsstellmembran ausgebildeten Sicherheitsstellraum im Regelbetriebsfall ab. Im Falle des Membranbruchs der Stellmembran geht der Druck aus dem Antriebsdruckraum über in den Sicherheitsstelldruckraum und bewirkt eine von der Stellmembran losgelöste Betätigungskraft mittels der Sicherheitsstellmembran auf die Stellstange, die bewirkt, dass sich die Stellstange, betätigt durch die Sicherheitsstellmembran, relativ zu dem Mitnehmer und der kaputten Stellmembran verlagert. Die Stellmembran kann beispielsweise vorgespannt, insbesondere federvorgespannt, sein und verfährt beim Bruch der Stellmembran somit in eine Passivstellung, die insbesondere in entgegengesetzter Richtung zur Stellbewegungsrichtung der Sicherheitsstellmembran in die Sicherheits- und/oder Schließstellung gerichtet ist. Im Fehlbetrieb kann die kraftübertagende Verbindung zwischen dem Mitnehmer und der Stellstange und somit zwischen der Stellmembran und der Stellstange getrennt werden, so dass die Stellstange unabhängig von der defekten Stellmembran und relativ zu dem Mitnehmer von der Sicherheitsstellmembran verlagert werden kann.According to the invention, the control rod and the driver are mounted and/or displaceable relative to one another in such an axially movable manner that, in the event of a failure of the control diaphragm, the safety control diaphragm moves the control rod telescopically in relation to the driver. The arrangement of the control rod and driver according to the invention in such a way that a telescopic relative movement is possible in the event of a malfunction creates a particularly compact control valve with a short overall length in the actuation direction of the control rod. The nesting of the driver and control rod makes it possible to dispense with axial installation space in particular. For example, the control diaphragm separates a drive pressure chamber from a safety control chamber formed between the control diaphragm and the safety control diaphragm in normal operation. In the event of a diaphragm rupture of the control diaphragm, the pressure from the drive pressure chamber passes into the safety control pressure chamber and causes an actuation force released from the control diaphragm by means of the safety control diaphragm on the control rod, which causes the control rod, actuated by the safety control diaphragm, to move relative to the driver and the broken control diaphragm. The control diaphragm can be pre-tensioned, in particular spring-tensioned, and if the control diaphragm breaks, it moves into a passive position, which is directed in particular in the opposite direction to the direction of movement of the safety control diaphragm into the safety and/or closed position. In the event of a malfunction, the force-transmitting connection connection between the driver and the actuating rod and thus between the actuating diaphragm and the actuating rod must be separated so that the actuating rod can be moved independently of the defective actuating diaphragm and relative to the driver of the safety actuating diaphragm.

In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Stellventils weist das Stellventil eine der Stellmembran entgegenwirkende Sollwertfeder für den Regelbetrieb des Stellventils auf, die in Verfahrrichtung der Stellstange zwischen der Stellmembran und dem Stellglied angeordnet ist. Dadurch, dass die Sollwertfeder anders als im Stand der Technik in den verfügbaren Raum in Stellbewegungsrichtung betrachtet zwischen Stellmembran und Stellglied angeordnet ist, kann der insbesondere axiale Bauraum des Stellventils weiter reduziert werden. Die Grundsatzidee der Ineinander-Verschachtelung einzelner Komponenten zum Einsparen von Bauraum wird dadurch weiter verstärkt. Bei der Sollwertfeder kann es sich um ein Federpaar handeln.In an exemplary embodiment of the control valve according to the invention, the control valve has a setpoint spring that counteracts the control diaphragm for the control operation of the control valve and is arranged in the direction of travel of the control rod between the control diaphragm and the actuator. Because the setpoint spring is arranged in the available space between the control diaphragm and the actuator, unlike in the prior art, the installation space of the control valve, particularly axially, can be further reduced. The basic idea of nesting individual components to save installation space is thereby further reinforced. The setpoint spring can be a pair of springs.

In einer beispielhaften Weiterbildung umgibt die Sollwertfeder die Stellstange. Vorzugsweise kann die Sollwertfeder die Stellstange konzentrisch umgeben, so dass eine Mittelachse der Sollwertfeder vorzugsweise mit einer Mittelachse der Stellstange zusammenfällt. Bei einem Federpaar oder mehreren Sollwertfedern können die einzelnen Federn konzentrisch um die Stellstange und konzentrisch zueinander angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich stützt sich die Sollwertfeder stellgliedseitig und/oder membranseitig an einer die Stellstange umgebenden Hülse ab. Vorzugsweise ist die Hülse stellgliedseitig oder membranseitig fest mit der Stellstange verbunden, so dass die Federkraft über die Hülse auf die Stellstange übertragen werden kann.In an exemplary development, the setpoint spring surrounds the control rod. Preferably, the setpoint spring can surround the control rod concentrically, so that a central axis of the setpoint spring preferably coincides with a central axis of the control rod. In a pair of springs or several setpoint springs, the individual springs can be arranged concentrically around the control rod and concentrically to one another. Alternatively or additionally, the setpoint spring is supported on the actuator side and/or the diaphragm side on a sleeve surrounding the control rod. Preferably, the sleeve is firmly connected to the control rod on the actuator side or the diaphragm side, so that the spring force can be transferred to the control rod via the sleeve.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung ist die Stellstange innerhalb des Mitnehmers geführt, insbesondere von dem Mitnehmer geführt. Der Mitnehmer kann die Stellstange in dieser Ausführung vorzugsweise konzentrisch umgeben und/oder eine Bohrung aufweisen, in der die Stellstange in axialer Richtung geführt ist. Der Mitnehmer kann rotationsförmig ausgebildet sein und/oder die Stellstange in Umfangsrichtung vollständig umgeben oder nur teilweise umgeben. In einer beispielhaften Weiterbildung kann der Mitnehmer eine von der Stellstange durchtauchte Antriebshülse aufweisen, die die Stellstange führt.In a further exemplary embodiment, the actuating rod is guided within the driver, in particular guided by the driver. In this embodiment, the driver can preferably surround the actuating rod concentrically and/or have a bore in which the actuating rod is guided in the axial direction. The driver can be designed to be rotational and/or completely or only partially surround the actuating rod in the circumferential direction. In an exemplary further development, the driver can have a drive sleeve through which the actuating rod passes and which guides the actuating rod.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung ist die teleskopartige Relativbewegung von Stellstange und Mitnehmer begrenzt. Die Relativbewegung kann in Axialrichtung in Richtung des Ventilsitzes und/oder in Richtung des Stellantriebs, somit in Richtung der Stellmembran und der Sicherheitsstellmembran, zweiseitig oder einseitig begrenzt sein. Mit anderen Worten kann die Stellstange in Bezug auf den Mitnehmer nur über eine bestimmte Distanz in Axialrichtung verschiebbar sein. Die Relativbewegung kann beispielsweise durch einen Anschlag begrenzt sein.In another exemplary embodiment, the telescopic relative movement of the actuating rod and driver is limited. The relative movement can be limited on two or one sides in the axial direction in the direction of the valve seat and/or in the direction of the actuator, thus in the direction of the actuating diaphragm and the safety actuating diaphragm. In other words, the actuating rod can only be displaced in the axial direction over a certain distance in relation to the driver. The relative movement can be limited, for example, by a stop.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung ist an der Stellstange ein Kupplungsbolzen angeordnet. Der Mitnehmer weist in dieser Ausführung eine längliche Nut auf, innerhalb der sich der Kupplungsbolzen bei der teleskopartigen Relativbewegung bewegt. Insbesondere kann der Kupplungsbolzen im Bereich eines membranseitigen Endes der Stellstange ausgebildet sein. Im Regelbetrieb kann der Kupplungsbolzen die Stellstange mit dem Mitnehmer koppeln. Der Kupplungsbolzen und die Nut können insbesondere bei einem Fehlbetrieb die Führung der Stellstange unterstützen und insbesondere eine Rotationsbewegung zwischen der Stellstange und dem Mitnehmer verhindern. Die Nut kann auf einer Seite des Mitnehmers ausgebildet sein oder sich in Radialrichtung durch den gesamten Mitnehmer erstrecken, so dass auf beiden radial gegenüberliegenden Seiten des Mitnehmers eine Nut ausgebildet ist. Entsprechend kann der Kupplungsbolzen in Radialrichtung an einer Seite der Stellstange hervorstehen oder auf radial gegenüberliegenden Seiten der Stellstange beidseitig hervorstehen. Der Kupplungsbolzen und die Nut können außerdem die teleskopartige Relativbewegung in Axialrichtung begrenzen, wenn der Kupplungsbolzen in Axialrichtung an den Enden der Nut anstößt bzw. anliegt und dadurch keine weitere Bewegung des Kupplungsbolzens und somit der Stellstange relativ zum Mitnehmer möglich ist.In a further exemplary embodiment, a coupling bolt is arranged on the actuating rod. In this embodiment, the driver has an elongated groove within which the coupling bolt moves during the telescopic relative movement. In particular, the coupling bolt can be formed in the area of a membrane-side end of the actuating rod. In normal operation, the coupling bolt can couple the actuating rod to the driver. The coupling bolt and the groove can support the guidance of the actuating rod, in particular in the event of a malfunction, and in particular prevent a rotational movement between the actuating rod and the driver. The groove can be formed on one side of the driver or extend in the radial direction through the entire driver, so that a groove is formed on both radially opposite sides of the driver. Accordingly, the coupling bolt can protrude in the radial direction on one side of the actuating rod or protrude on both sides on radially opposite sides of the actuating rod. The coupling bolt and the groove can also limit the telescopic relative movement in the axial direction if the coupling bolt abuts or rests against the ends of the groove in the axial direction and therefore no further movement of the coupling bolt and thus of the adjusting rod relative to the driver is possible.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung weist der Mitnehmer eine umlaufende Nut auf, in der ein Rastfederring eingerastet ist, um im Regelbetrieb des Stellventils eine synchrone Bewegung von Mitnehmer und Stellstange zu unterstützen. Der Rastfederring kann eine Relativbewegung in Axialrichtung zwischen dem Mitnehmer und der Stellstange im Normalbetrieb verhindern, indem der Kupplungsbolzen an dem Rastfederring anliegt, und erst dann eine teleskopartige Relativbewegung zulassen, wenn eine auf die Sicherheitsmembran ausgeübte Kraft, insbesondere aufgrund eines Bruchs der Stellmembran, einen bestimmten Wert übersteigt. In einer alternativen Ausführung kann auch vorgesehen sein, dass der Kupplungsbolzen an dem Mitnehmer angeordnet ist und die längliche Nut und/oder der Rastfederring an der Stellstange angeordnet sind.In a further exemplary embodiment, the driver has a circumferential groove in which a locking spring ring is engaged in order to support a synchronous movement of the driver and the control rod during control operation of the control valve. The locking spring ring can prevent a relative movement in the axial direction between the driver and the control rod during normal operation by the coupling bolt resting on the locking spring ring, and only allow a telescopic relative movement when a force exerted on the safety diaphragm, in particular due to a break in the control diaphragm, exceeds a certain value. In an alternative embodiment, it can also be provided that the coupling bolt is arranged on the driver and the elongated groove and/or the locking spring ring are arranged on the control rod.

In einer beispielhaften Weiterbildung ist der Kupplungsbolzen dem Rastfederring derart zugeordnet, dass bei einem Ausfall der Stellemembran der Kupplungsbolzen den Rastfederring löst und die teleskopartige Relativbewegung zwischen Mitnehmer und Stellstange freigibt. Durch den Rastfederring und die zugehörige Nut kann auf besonders einfache und zuverlässige Weise sichergestellt werden, dass eine Relativbewegung zwischen Mitnehmer und Stellstange erst bei einem Ausfall der Stellmembran möglich ist. Die Nut kann außerdem einfach und somit kostengünstig hergestellt werden.In an exemplary further development, the coupling bolt is assigned to the locking spring ring in such a way that in the event of a failure of the control membrane, the coupling bolt releases the locking spring ring and the tele The locking spring ring and the associated groove ensure in a particularly simple and reliable manner that a relative movement between the driver and the actuating rod is only possible if the actuating diaphragm fails. The groove can also be manufactured easily and therefore inexpensively.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung weist der Stellantrieb ferner eine Sollwertfeder für den Regelbetrieb des Stellventils auf, die derart ausgebildet ist, dass sie bei der Verlagerung des Stellglieds in die Sicherheits- und/oder Schließstellung mittels der Sicherheitsstellmembran keine Federkraft aufbringt. Die Sollwertfeder bringt somit in dieser Ausführung nur eine Federkraft im Regelbetrieb auf, die der Stellmembran entgegenwirkt, aber erzeugt keine Kraft, die bei einem Ausfall der Stellmembran der Sicherheitsstellmembran entgegenwirkt. Dadurch kann die Stellmembran das Ventilglied besonders schnell in die Sicherheits- bzw. Schließstellung bringen, weil die Sicherheitsstellmembran für eine Verlagerung des Stellglieds nicht erst die Federkraft der Sollwertfeder überwinden muss, um das Ventilglied in die Schließstellung zu bringen.In another exemplary embodiment, the actuator also has a setpoint spring for the control operation of the control valve, which is designed in such a way that it does not apply any spring force when the actuator is moved into the safety and/or closed position by means of the safety control diaphragm. In this embodiment, the setpoint spring therefore only applies a spring force in control operation that counteracts the control diaphragm, but does not generate a force that counteracts the safety control diaphragm in the event of a failure of the control diaphragm. This allows the control diaphragm to move the valve element into the safety or closed position particularly quickly, because the safety control diaphragm does not first have to overcome the spring force of the setpoint spring in order to move the actuator in order to bring the valve element into the closed position.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung umfasst das Stellventil eine der Sicherheitsstellmembran bei einem Ausfall der Stellmembran entgegen wirkende Sicherheitsstellfeder. Insbesondere ist die von der Sicherheitsstellfeder aufgebrachte Stellkraft entgegen der Wirkrichtung der Sicherheitsstellmembran in eine Öffnungsstellung gerichtet. Die Sicherheitsstellfeder kann zum einen die Kopplung zwischen der Stellmembran und der Sicherheitsstellmembran bzw. zwischen der Stellstange und dem Mitnehmer unterstützen und zum anderen verhindert, dass das Ventilglied beim Schließen mit hoher Geschwindigkeit an dem Ventilsitz anschlägt, was zu Beschädigungen an dem Ventilglied und/oder dem Ventilsitz führen könnte. Die Sicherheitsstellfeder kann beispielsweise zwischen dem Ventilglied und der Sicherheitsstellmembran angeordnet sein und/oder die Stellstange umgeben.In a further exemplary embodiment, the control valve comprises a safety spring that counteracts the safety control diaphragm in the event of a failure of the control diaphragm. In particular, the actuating force applied by the safety spring is directed against the direction of action of the safety control diaphragm in an open position. The safety spring can support the coupling between the control diaphragm and the safety control diaphragm or between the control rod and the driver and also prevents the valve member from striking the valve seat at high speed when closing, which could lead to damage to the valve member and/or the valve seat. The safety spring can, for example, be arranged between the valve member and the safety control diaphragm and/or surround the control rod.

In einer beispielhaften Weiterbildung ist eine von der Sicherheitsstellfeder aufgebrachte Stellkraft geringer als eine von der Sollwertfeder aufgebrachte Stellkraft. Insbesondere ist die von der Sicherheitsstellfeder aufgebrachte Stellkraft wenigstens um den Faktor 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder bis zu 100 geringer als die von der Sollwertfeder aufgebrachte Stellkraft. Auf diese Weise kann die Sicherheitsstellfeder die Kopplung zwischen Mitnehmer und Stellstange im Regelbetrieb unterstützen, ohne das Schließen des Ventilglieds durch die Sicherheitsstellmembran beim Ausfall der Stellmembran unnötig stark abzubremsen.In an exemplary development, an actuating force applied by the safety actuating spring is lower than an actuating force applied by the setpoint spring. In particular, the actuating force applied by the safety actuating spring is at least 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 or up to 100 times lower than the actuating force applied by the setpoint spring. In this way, the safety actuating spring can support the coupling between the driver and the actuating rod in control operation without unnecessarily slowing down the closing of the valve element by the safety actuating diaphragm if the actuating diaphragm fails.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung ist eine pneumatische Wirkfläche im Regelbetrieb größer als eine pneumatische Wirkfläche beim Verlagern des Stellglieds in die Sicherheits- und/oder Schließstellung. Mit anderen Worten kann die pneumatische Wirkfläche der Stellmembran größer sein als die pneumatische Wirkfläche der Sicherheitsstellmembran. Insbesondere kann die pneumatische Wirkfläche der Sicherheitsstellmembran lediglich so groß sein, dass sie das Ventilglied entgegen der Sicherheitsstellfeder bewegen kann oder nur so groß sein, dass sie das Ventilglied ohne eine entgegenwirkende Federkraft bewegen kann. Auf diese Weise können die Dimensionen des Stellventils weiter verringert werden.In a further exemplary embodiment, a pneumatic effective area in normal operation is larger than a pneumatic effective area when moving the actuator into the safety and/or closed position. In other words, the pneumatic effective area of the control diaphragm can be larger than the pneumatic effective area of the safety control diaphragm. In particular, the pneumatic effective area of the safety control diaphragm can only be large enough to move the valve member against the safety actuating spring or only large enough to move the valve member without an opposing spring force. In this way, the dimensions of the control valve can be further reduced.

Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen gegeben.Preferred embodiments are given in the subclaims.

Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

1 eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellventils im Regelbetrieb in einer Offenstellung;
2 das Stellventil aus 1 im Regelbetrieb in einer Zwischenstellung;
3 eine Detailansicht des membranseitigen Bereichs des Stellventils aus 1 und 2 im Regelbetrieb;
4 eine Detailansicht des membranseitigen Bereichs des Stellventils aus 1 bis 3 im Fehlbetrieb nach einem Bruch der Stellmembran; und
5 eine Detailansicht des ventilgliedseitigen Bereichs einer weiteren beispielshaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellventils.

In the following, further properties, features and advantages of the invention will become clear by describing preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying exemplary drawings, in which:

1 an exemplary embodiment of a control valve according to the invention in control operation in an open position;
2 the control valve 1 in normal operation in an intermediate position;
3 a detailed view of the diaphragm side area of the control valve 1 and 2 in normal operation;
4 a detailed view of the diaphragm side area of the control valve 1 to 3 in case of malfunction after a break of the control diaphragm; and
5 a detailed view of the valve member side area of a further exemplary embodiment of a control valve according to the invention.

In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungen ist ein erfindungsgemäßes Stellventil im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellventils 1, das ein Stellglied 3, einen Stellantrieb 5 zum Betätigen des Stellglieds 3 und eine eine Stellantriebskraft von dem Stellantrieb 5 auf das Stellglied 3 übertragende Stellstange 7 umfasst.In the following description of exemplary embodiments, a control valve according to the invention is generally identified by the reference number 1. 1 shows an exemplary embodiment of a control valve 1 according to the invention, which comprises an actuator 3, an actuator drive 5 for actuating the actuator 3 and an actuating rod 7 transmitting an actuating force from the actuator drive 5 to the actuator 3.

Das Stellventil 1 umfasst außerdem ein Fluidführungsgehäuse 9, das in der Ausführung in 1 einen Fluideingang 11 und einen Fluidausgang 13 begrenzt, die fluidal miteinander verbunden sind. Innerhalb des Gehäuses 9 ist ein Ventilsitz 15 angeordnet, der mit dem Stellglied 3 zusammenwirkt. In 1 ist das Stellventil 1 in einer geöffneten Stellung dargestellt, in der das Stellglied 3 in Stellrichtung S um einem Abstand a von dem Ventilsitz 15 beabstandet ist, so dass der Fluideingang 11 und der Fluidausgang 13 fluidal miteinander verbunden sind und eine Fluidströmung zwischen dem Fluideingang 11 und dem Fluidausgang 13 zugelassen ist. Die Stellrichtung S entspricht dabei der Verlagerungsrichtung des Stellglieds 3. Ausgehend von der geöffneten Stellung bewegt der Stellantrieb 5 im Regelbetrieb die Stellstange 7 und somit das Stellglied 3 in Stellrichtung S auf den Ventilsitz 15 zu, bis das Ventilglied 3 an dem Ventilsitz 15 anliegt und das Stellventil 1 eine geschlossene Stellung erreicht hat, in der die Fluidströmung zwischen dem Fluideingang 11 und dem Fluidausgang 13 unterbunden ist.The control valve 1 also comprises a fluid guide housing 9, which in the design in 1 a fluid inlet 11 and a fluid outlet 13, which are fluidically connected to one another. A valve seat 15 is arranged within the housing 9, which interacts with the actuator 3. In 1 the control valve 1 is shown in an open position in which the actuator 3 is in the control direction S is spaced a distance a from the valve seat 15, so that the fluid inlet 11 and the fluid outlet 13 are fluidly connected to one another and a fluid flow between the fluid inlet 11 and the fluid outlet 13 is permitted. The actuating direction S corresponds to the direction of displacement of the actuating element 3. Starting from the open position, the actuator 5 moves the actuating rod 7 and thus the actuating element 3 in the actuating direction S towards the valve seat 15 in control operation until the valve element 3 rests against the valve seat 15 and the control valve 1 has reached a closed position in which the fluid flow between the fluid inlet 11 and the fluid outlet 13 is prevented.

Der Stellantrieb 5 umfasst eine Stellmembran 17, mit der im Regelbetrieb das Stellventil 1 betätigt werden kann. Die Stellmembran 17 ist in der Ausführung in 1 rotationsförmig ausgebildet und am in Radialrichtung äußeren Rand an einem Stellantriebsgehäuse 19 befestigt. Das Stellantriebsgehäuse 19 ist mehrteilig aufgebaut und weist ein stellantriebsseitiges Gehäuseteil 21, ein mittleres Gehäuseteil 23 und ein stellgliedseitiges Gehäuseteil 25 auf. Die Stellmembran 17 ist in der Ausführung in 1 zwischen dem stellantriebsseitigen Gehäuseteil 21 und dem mittleren Gehäuseteil 23 verklemmt.The actuator 5 comprises a control diaphragm 17, with which the control valve 1 can be operated in control mode. The control diaphragm 17 is in the design in 1 rotationally formed and attached to the radially outer edge of an actuator housing 19. The actuator housing 19 is constructed in several parts and has an actuator-side housing part 21, a middle housing part 23 and an actuator-side housing part 25. The control diaphragm 17 is in the design in 1 clamped between the actuator-side housing part 21 and the middle housing part 23.

Das stellantriebsseitige Gehäuseteil 21 begrenzt gleichzeitig einen Antriebsdruckraum 27, in den Arbeitsfluid durch eine mit dem Fluideingang 11 verbundene Fluidleitung 29 geleitet werden kann. Dadurch kann in dem Antriebsdruckraum 27 ein Fluiddruck aufgebaut werden, der auf die Stellmembran 17 wirkt. Die Stellmembran 17 liegt an einem Stellmembranteller 31 an. Der Stellmembranteller 31 ist an einem Mitnehmer befestigt, der im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 33 gekennzeichnet ist. Der Mitnehmer 33 ist im Regelbetrieb des Stellventils 1 kraftübertragend mit der Stellstange 7 und der Stellmembran 17 verbunden und überträgt somit im Regelbetrieb die von der Stellmembran 17 erzeugte Kraft auf die Stellstange 7, um diese zu verlagern. In 1 ist zu erkennen, dass kein direkter Kontakt zwischen der Stellstange 7 und dem Stellmembranteller 31 bzw. der Stellmembran 17 besteht. Die kraftübertragende Verbindung zwischen der Stellmembran 17 und der Stellstange 7 wird somit ausschließlich durch den Mitnehmer 33 realisiert.The actuator-side housing part 21 simultaneously delimits a drive pressure chamber 27 into which working fluid can be fed through a fluid line 29 connected to the fluid inlet 11. This allows a fluid pressure to be built up in the drive pressure chamber 27, which acts on the control diaphragm 17. The control diaphragm 17 rests against a control diaphragm plate 31. The control diaphragm plate 31 is attached to a driver, which is generally identified by the reference number 33. The driver 33 is connected to the control rod 7 and the control diaphragm 17 in a force-transmitting manner during control operation of the control valve 1 and thus transmits the force generated by the control diaphragm 17 to the control rod 7 during control operation in order to move it. In 1 It can be seen that there is no direct contact between the actuating rod 7 and the actuating diaphragm plate 31 or the actuating diaphragm 17. The force-transmitting connection between the actuating diaphragm 17 and the actuating rod 7 is thus realized exclusively by the driver 33.

Wenn im Regelbetrieb Arbeitsfluid durch die Fluidleitung 29 in den Antriebsdruckraum 27 eingeleitet wird, wir der Stellmembranteller 31 durch den auf die Stellmembran 17 wirkenden Fluiddruck in Stellrichtung S bewegt. Dadurch werden der Mitnehmer 33 und die im Regelbetrieb kraftschlüssig mit dem Mitnehmer 33 verbundene Stellstange 7 in Stellrichtung S synchron mit der Stellmembran 17 bzw. mit dem Stellmembranteller 31 bewegt, um das Stellventil 1 in die geschlossene Stellung zu bringen.When working fluid is introduced into the drive pressure chamber 27 through the fluid line 29 in control operation, the control diaphragm plate 31 is moved in the actuating direction S by the fluid pressure acting on the control diaphragm 17. As a result, the driver 33 and the actuating rod 7, which is non-positively connected to the driver 33 in control operation, are moved in the actuating direction S synchronously with the control diaphragm 17 or with the control diaphragm plate 31 in order to bring the control valve 1 into the closed position.

Der Stellantrieb 5 weist außerdem eine Sicherheitsstellmembran 35 auf, die in Stellrichtung S zwischen der Stellmembran 17 und dem Stellglied 3 angeordnet ist. Die Sicherheitsstellmembran 35 liegt an einem Sicherheitsstellmembranteller 37 an. In der Ausführung in 1 sind die Sicherheitsstellmembran 35 und der Sicherheitsstellmembranteller 37 genauso ausgebildet wie die Stellmembran 17 und der Stellmembranteller 31. Es kann in anderen Ausführungsformen aber auch vorgesehen sein, dass die Sicherheitsstellmembran kleiner ist als die Stellmembran und/oder dass der Sicherheitsstellmembranteller kleiner ist als der Stellmembranteller. Die Sicherheitsstellmembran 35 ist wie die Stellmembran 17 an dem Stellantriebsgehäuse 19 befestigt und zwischen dem mittleren Gehäuseteil 23 und dem stellgliedseitigen Gehäuseteil 25 eingeklemmt. In der Ausführung in 1 sind die drei Teile des Stellantriebsgehäuses 19 mit mehreren Schrauben 39 aneinander befestigt.The actuator 5 also has a safety control diaphragm 35, which is arranged in the actuating direction S between the control diaphragm 17 and the actuator 3. The safety control diaphragm 35 rests on a safety control diaphragm plate 37. In the version in 1 the safety control diaphragm 35 and the safety control diaphragm plate 37 are designed in the same way as the control diaphragm 17 and the control diaphragm plate 31. In other embodiments, however, it can also be provided that the safety control diaphragm is smaller than the control diaphragm and/or that the safety control diaphragm plate is smaller than the control diaphragm plate. The safety control diaphragm 35 is attached to the actuator housing 19 like the control diaphragm 17 and clamped between the middle housing part 23 and the actuator-side housing part 25. In the embodiment in 1 The three parts of the actuator housing 19 are fastened to each other with several screws 39.

Die Sicherheitsstellmembran 35 ist kraftübertagend mit der Stellstange 7 verbunden und dient dazu, in einem Fehlbetrieb des Stellventils 1 bei einem Ausfall der Stellmembran 17 das Stellglied 3 in eine Sicherheits- und/oder Schließstellung zu verlagern, was später noch im Detail erläutert wird.The safety control diaphragm 35 is connected to the control rod 7 in a force-transmitting manner and serves to move the actuator 3 into a safety and/or closed position in the event of a malfunction of the control valve 1 due to a failure of the control diaphragm 17, which will be explained in more detail later.

Im Regelbetrieb des Stellventils 1 wirkt der Stellmembran 17 eine Sollwertfeder 41 entgegen. In der Ausführung in 1 ist die Sollwertfeder 41 durch eine innere Druckfeder 43 und eine äußere Druckfeder 45 gebildet, die die Stellstange 7 konzentrisch umgeben. Dabei hat die äußere Feder 45 eine größere Federsteifigkeit als die innere Feder 43. Die Sollwertfeder 41 ist bei dem erfindungsgemäßen Stellventil 1 in Stellrichtung S zwischen der Stellmembran 17 und dem Stellglied 3 angeordnet. Stellgliedseitig stützt sich die Sollwertfeder 41 über einen Federteller 47 an einer die Stellstange 7 umgebenden Hülse 49 ab. Die Hülse 49 ist stellgliedseitig über mehrere Schrauben 51 fest mit dem Fluidführungsgehäuse 9 verbunden. In der Ausführung in 1 ist der Federteller 47 auf die Hülse 49 aufgeschraubt. Stellantriebsseitig liegt die Sollwertfeder 41 an einer Hülse 53 an, die relativ zur Stellstange 7 in Stellrichtung S verschiebbar ist. Die Hülse 53 liegt stellantriebsseitig an dem Mitnehmer 33 an, so dass der Mitnehmer 33 und somit die Stellstange 7 im Regelbetrieb zum Schließen des Stellventils 1 entgegen der Federkraft der Sollwertfeder 41 bewegt wird.In the control operation of the control valve 1, the control diaphragm 17 is counteracted by a setpoint spring 41. In the version in 1 the setpoint spring 41 is formed by an inner compression spring 43 and an outer compression spring 45, which concentrically surround the actuating rod 7. The outer spring 45 has a greater spring stiffness than the inner spring 43. The setpoint spring 41 is arranged in the actuating direction S between the actuating diaphragm 17 and the actuating element 3 in the actuating valve 1 according to the invention. On the actuating element side, the setpoint spring 41 is supported by a spring plate 47 on a sleeve 49 surrounding the actuating rod 7. On the actuating element side, the sleeve 49 is firmly connected to the fluid guide housing 9 by several screws 51. In the embodiment in 1 the spring plate 47 is screwed onto the sleeve 49. On the actuator side, the setpoint spring 41 rests on a sleeve 53 which can be moved relative to the actuating rod 7 in the actuating direction S. On the actuator side, the sleeve 53 rests on the driver 33 so that the driver 33 and thus the actuating rod 7 are moved against the spring force of the setpoint spring 41 in control operation to close the control valve 1.

2 zeigt das Stellventil 1 aus 1 in einer weiteren geöffneten Stellung, in der das Stellglied 3 in Stellrichtung S im Vergleich zu der Stellung in 1 näher an dem Ventilsitz 15 liegt, so dass der Abstand a zwischen dem Stellglied 3 und dem Ventilsitz 15 kleiner ist als in der Stellung in 1. Somit ist die Fluidströmung zwischen dem Fluideingang 11 und dem Fluidausgang 13 geringer ist als in der Stellung in 1. Anhand eines Vergleichs von 1 und 2 wird im Folgenden der Regelbetrieb des Stellventils 1 erläutert. 2 shows the control valve 1 from 1 in a further open position in which the actuator 3 in the actuating direction S compared to the position in 1 closer to the valve seat 15, so that the distance a between the actuator 3 and the valve seat 15 is smaller than in the position in 1 . Thus, the fluid flow between the fluid inlet 11 and the fluid outlet 13 is lower than in the position lation in 1 . Based on a comparison of 1 and 2 The control operation of control valve 1 is explained below.

Die Stellmembran 17 liegt wie bereits beschrieben an dem Stellmembranteller 31 an. Der Stellmembranteller 31 umfasst einen Tellerboden 32, der sich senkrecht zur Stellrichtung S erstreckt, und einen Tellerrand 34, der sich in Stellrichtung S erstreckt. Der Stellmembranteller 31 ist somit insgesamt schalenförmig ausgebildet. Zwischen dem Tellerrand 34 und dem Stellantriebsgehäuse 19 ist ein umlaufender Spalt 55 ausgebildet. Die Stellmembran 17 liegt am Tellerboden 32, am Tellerrand 34 und am Stellantriebsgehäuse 19 an. Der Stellmembranteller 31 ist mittig fest mit dem Mitnehmer 33 verbunden. Der Mitnehmer 33 ist in dieser Ausführung mehrteilig aufgebaut und umfasst eine rotationsförmige Antriebshülse 57, die mit dem Stellmembranteller 31 fest verbunden ist. Der Mitnehmer 33 umfasst außerdem eine rotationsförmige Federhülse 59, die stellantriebsseitig an der Antriebshülse 57 anliegt und stellgliedseitig an der Hülse 53 anliegt. Die Antriebshülse 57 und die Federhülse 59 umgeben die Stellstange 7. An der Außenseite der Antriebshülse 57 ist eine umlaufende Nut 60 vorgesehen, in der im Regelbetrieb ein Rastfederring 61 eingerastet ist. Die Stellstange 7 weist stellantriebsseitig bzw. membranseitig einen Kupplungsbolzen 63 auf, der im Regelbetrieb an dem Rastfederring 61 anliegt, so dass im Regelebtrieb der Mitnehmer 33 und die Stellstange 7 kraftübertagend miteinander verbunden sind. Somit bewegen sich der Mitnehmer 33 und die Stellstange 7 im Regelbetrieb synchron.As already described, the control diaphragm 17 rests on the control diaphragm plate 31. The control diaphragm plate 31 comprises a plate base 32 that extends perpendicular to the actuating direction S and a plate edge 34 that extends in the actuating direction S. The control diaphragm plate 31 is thus designed to be bowl-shaped overall. A circumferential gap 55 is formed between the plate edge 34 and the actuator housing 19. The control diaphragm 17 rests on the plate base 32, the plate edge 34 and the actuator housing 19. The control diaphragm plate 31 is firmly connected to the driver 33 in the middle. The driver 33 is constructed in several parts in this design and comprises a rotation-shaped drive sleeve 57 that is firmly connected to the control diaphragm plate 31. The driver 33 also comprises a rotation-shaped spring sleeve 59 that rests on the drive sleeve 57 on the actuator side and on the sleeve 53 on the actuator side. The drive sleeve 57 and the spring sleeve 59 surround the actuating rod 7. On the outside of the drive sleeve 57 there is a circumferential groove 60 in which a locking spring ring 61 is engaged during control operation. The actuating rod 7 has a coupling bolt 63 on the actuator side or diaphragm side, which rests against the locking spring ring 61 during control operation, so that the driver 33 and the actuating rod 7 are connected to one another in a force-transmitting manner during control operation. The driver 33 and the actuating rod 7 therefore move synchronously during control operation.

Der Sicherheitsstellmembranteller 37 ist über eine rotationsförmige Verbindungshülse 65, die die Antriebshülse 57 des Mitnehmers 33 konzentrisch umgibt, fest mit dem Kupplungsbolzen 63 und somit fest mit der Stellstange 7 verbunden und bewegt sich im Regelbetrieb ebenfalls synchron mit dem Mitnehmer 33 bzw. Stellmembranteller 31. In der Ausführung in 1 und 2 sind somit die Stellstange 7, der mit der Stellmembran 17 verbundene Mitnehmer 33 und die mit der Sicherheitsstellmembran 35 verbundene Verbindungshülse 65 alle ineinander verschachtelt, so dass die axiale Baulänge des Stellventils 1 in Stellrichtung S noch weiter verkürzt werden kann.The safety diaphragm plate 37 is firmly connected to the coupling bolt 63 and thus to the actuating rod 7 via a rotation-shaped connecting sleeve 65, which concentrically surrounds the drive sleeve 57 of the driver 33, and also moves synchronously with the driver 33 or the diaphragm plate 31 in control operation. In the version in 1 and 2 Thus, the control rod 7, the driver 33 connected to the control diaphragm 17 and the connecting sleeve 65 connected to the safety control diaphragm 35 are all nested in one another, so that the axial length of the control valve 1 in the actuating direction S can be shortened even further.

Bei einem Vergleich der 1 und 2 ist ersichtlich, dass bei einer Stellbewegung, wenn der Stellmembranteller 31 durch den auf die Stellmembran 17 wirkenden Fluiddruck in Stellrichtung S bewegt wird, der Mitnehmer 33, der Sicherheitsstellmembranteller 37, die Stellstange 7, die Hülse 53 und das Ventilglied 3 insgesamt in Stellrichtung S verlagert werden, so dass sich der Abstand a zwischen dem Stellglied 3 und dem Ventilsitz 15 verringert. Gleichzeitig vergrößert sich der Abstand c zwischen dem Mitnehmer 33 und dem stellantriebsseitigen Gehäuseteil 21 und es entsteht ein Abstand b zwischen der Federhülse 59 und dem Stellantriebsgehäuse 19.When comparing the 1 and 2 it is evident that during an adjusting movement, when the actuating diaphragm plate 31 is moved in the actuating direction S by the fluid pressure acting on the actuating diaphragm 17, the driver 33, the safety actuating diaphragm plate 37, the actuating rod 7, the sleeve 53 and the valve member 3 as a whole are displaced in the actuating direction S, so that the distance a between the actuating member 3 and the valve seat 15 is reduced. At the same time, the distance c between the driver 33 and the actuator-side housing part 21 increases and a distance b is created between the spring sleeve 59 and the actuator housing 19.

Anhand der 3 und 4 ist ersichtlich, wie in einem Fehlbetrieb bei einem Bruch der Stellmembran 17, das Stellventil 1 mithilfe der Sicherheitsstellmembran 35 in eine Sicherheits- bzw. Schließstellung gebracht werden kann. 3 zeigt den stellantriebsseitigen Bereich eines erfindungsgemäßen Stellventils 1 vor dem Membranbruch im Regelbetrieb und 4 zeigt das Stellventil 1 nach dem Membranbruch im Fehlbetrieb.Based on 3 and 4 It is clear how, in the event of a malfunction due to a breakage of the control diaphragm 17, the control valve 1 can be brought into a safety or closed position by means of the safety control diaphragm 35. 3 shows the actuator-side area of a control valve 1 according to the invention before the diaphragm rupture in control operation and 4 shows control valve 1 in malfunction after diaphragm rupture.

Erfindungsgemäß sind die Stellstange 7 und der Mitnehmer 33 derart axialbeweglich relativ zueinander gelagert, dass die Sicherheitsstellmembran 35 bei einem Ausfall der Stellmembran 17 die Stellstange 7 teleskopartig in Bezug auf den Mitnehmer 33 verfährt. Bei einem Vergleich der 3 und 4 ist ersichtlich, dass der Abstand c zwischen der Antriebshülse 57 und dem Stellantriebsgehäuse 19 in 3 und 4 gleich groß ist. Im Fehlbetrieb bewegt sich der Mitnehmer 33 somit nicht. Mit anderen Worten folgt der Mitnehmer 33 der Bewegung der Stellmembran 17 bzw. des Stellmembrantellers 31. Wenn die Stellmembran 17 im Regelbetrieb verlagert wird, bewegt sich der Mitnehmer 33 synchron zur Stellmembran 17 und wenn im Fehlbetrieb aufgrund des Membranbruchs der Stellmembran 17 die Stellmembran 17 keine Kraft mehr erzeugen kann und sich somit nicht bewegt, bewegt sich auch der Mitnehmer 33 nicht.According to the invention, the actuating rod 7 and the driver 33 are mounted so as to be axially movable relative to one another that the safety actuating diaphragm 35 moves the actuating rod 7 telescopically in relation to the driver 33 in the event of a failure of the actuating diaphragm 17. When comparing the 3 and 4 It can be seen that the distance c between the drive sleeve 57 and the actuator housing 19 in 3 and 4 is the same size. In the event of a malfunction, the driver 33 does not move. In other words, the driver 33 follows the movement of the control diaphragm 17 or the control diaphragm plate 31. If the control diaphragm 17 is displaced in normal operation, the driver 33 moves synchronously with the control diaphragm 17 and if in the event of a malfunction, due to the diaphragm 17 breaking, the control diaphragm 17 can no longer generate force and therefore does not move, the driver 33 does not move either.

Im Fehlbetrieb kann sich das durch die Fluidleitung 29 in den Antriebsdruckraum 27 geleitete Fluid in einen Sicherheitsdruckraum 67 in Stellrichtung S zwischen der Stellmembran 17 und der Sicherheitsstellmembran 35 ausbreiten und erzeugt somit eine Druckkraft auf die Sicherheitsstellmembran 35. Dadurch wird eine Kraft in Stellrichtung S auf die Verbindungshülse 65 erzeugt, die den damit verbundenen Kupplungsbolzen 63 gegen den Rastfederring 61 drückt, so dass dieser sich aus der umlaufenden Nut 60 löst und eine teleskopartige Bewegung der Verbindungshülse 65 und der Stellstange 7 relativ zu dem Mitnehmer 33 freigibt. Dadurch entsteht ein Abstand d zwischen dem Stellmembranteller 31, der sich nicht verschiebt, und dem membranseitigen Ende der Verbindungshülse 65. Die Stellstange 7 wird bei der teleskopartigen Verschiebung von der Antriebshülse 57 geführt, die eine zentrale Bohrung 69 aufweist, in der die Stellstange 7 aufgenommen bzw. geführt ist. Die Antriebshülse 57 weist an zwei in Radialrichtung gegenüberliegenden Seiten jeweils eine längliche Nut 71 auf, in denen der Kupplungsbolzen 63 geführt ist und in Stellrichtung S verschoben werden kann, bis der Kupplungsbolzen 63 an einem stellgliedseitigen Ende 73 der Nuten 71 anstößt. Durch die länglichen Nuten 71 ist somit die teleskopartige Relativbewegung zwischen Stellstange 7 und Mitnehmer 33 begrenzt.In the event of a malfunction, the fluid conducted through the fluid line 29 into the drive pressure chamber 27 can spread into a safety pressure chamber 67 in the adjustment direction S between the control diaphragm 17 and the safety control diaphragm 35, thereby generating a pressure force on the safety control diaphragm 35. This generates a force in the adjustment direction S on the connecting sleeve 65, which presses the coupling bolt 63 connected to it against the locking spring ring 61, causing the latter to detach from the circumferential groove 60 and enabling a telescopic movement of the connecting sleeve 65 and the control rod 7 relative to the driver 33. This creates a distance d between the control diaphragm plate 31, which does not move, and the diaphragm-side end of the connecting sleeve 65. During the telescopic movement, the control rod 7 is guided by the drive sleeve 57, which has a central bore 69 in which the control rod 7 is received or guided. The drive sleeve 57 has an elongated groove 71 on two opposite sides in the radial direction, in which the coupling bolt 63 is guided and can be moved in the adjustment direction S until the coupling bolt 63 is at an actuator-side end 73 of the grooves 71 The telescopic relative movement between the adjusting rod 7 and the driver 33 is thus limited by the elongated grooves 71.

Da die Hülse 53, an denen sich die Sollwertfeder 41 abstützt an dem Mitnehmer 33 anliegt und gegenüber der Stellstange 7 frei beweglich ist, übt die Sollwertfeder 41 im Fehlbetrieb keine Federkraft auf die Stellstange 7 aus, so dass die Sicherheitsstellmembran 35 das Stellglied 3 schneller in die Sicherheits- bzw. Schließstellung verlagern kann, ohne die Federkraft der Sollwertfeder 41 überwinden zu müssen.Since the sleeve 53, on which the setpoint spring 41 is supported, rests on the driver 33 and is freely movable relative to the actuating rod 7, the setpoint spring 41 does not exert any spring force on the actuating rod 7 in the event of a faulty operation, so that the safety actuating diaphragm 35 can move the actuator 3 more quickly into the safety or closed position without having to overcome the spring force of the setpoint spring 41.

In 5 ist der stellgliedseitige Bereich einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Stellventils 1 in einer Schließstellung dargestellt, in der das Stellglied 3 an dem Ventilsitz 15 anliegt. Diese unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungen dadurch, dass das Stellventil 1 eine Sicherheitsstellfeder 75 aufweist, die der Sicherheitsstellmembran 35 im Fehlebrieb entgegen wirkt und eine Stellkraft entgegen der Wirkrichtung der Sicherheitsstellmembran 35 in eine Öffnungsstellung ausübt. Die Sicherheitsstellfeder 75 kann im Regelbetrieb die Kopplung zwischen Mitnehmer 33 und Stellstange 7 unterstützen und im Fehlbetrieb ein hartes Aufschlagen des Stellglieds 3 an dem Ventilsitz 15 verhindern. Die von der Sicherheitsstellfeder 75 aufgebrachte Stellkraft ist jedoch deutlich geringer als die von der Sollwertfeder 41 aufgebrachte Stellkraft, so dass die Sicherheits- bzw. Schließstellung bei einem Ausfall trotzdem schnell erreicht werden kann. Die Ausführung in 5 unterscheidet sich außerdem dadurch von den anderen Ausführungen, dass in dem Stellglied 3 eine Druckentlastungsbohrung 77 vorgesehen ist, die in der Schließstellung verhindert, dass der Druck im Fluidauslass 13 zu stark ansteigt.In 5 the actuator-side area of a further exemplary embodiment of a control valve 1 according to the invention is shown in a closed position in which the actuator 3 rests against the valve seat 15. This differs from the previous embodiments in that the control valve 1 has a safety actuating spring 75 which counteracts the safety actuating diaphragm 35 in the event of a faulty operation and exerts an actuating force in an open position in the opposite direction to the direction of action of the safety actuating diaphragm 35. The safety actuating spring 75 can support the coupling between the driver 33 and the actuating rod 7 in normal operation and prevent the actuator 3 from hitting the valve seat 15 hard in the event of a faulty operation. However, the actuating force applied by the safety actuating spring 75 is significantly lower than the actuating force applied by the setpoint spring 41, so that the safety or closed position can still be reached quickly in the event of a failure. The embodiment in 5 also differs from the other designs in that a pressure relief bore 77 is provided in the actuator 3, which in the closed position prevents the pressure in the fluid outlet 13 from increasing too much.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the figures and the claims can be important both individually and in any combination for the realization of the invention in the various embodiments.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: StellventilControl valve
33: StellgliedActuator
55: StellantriebActuator
77: StellstangeAdjusting rod
99: FluidführungsgehäuseFluid guide housing
1111: FluideingangFluid inlet
1313: FluidausgangFluid outlet
1515: VentilsitzValve seat
1717: StellmembranControl diaphragm
1919: StellantriebsgehäuseActuator housing
2121: stellantriebsseitiges GehäuseteilActuator-side housing part
2323: mittleres Gehäuseteilmiddle housing part
2525: stellgliedseitiges Gehäuseteilactuator side housing part
2727: AntriebsdruckraumDrive pressure chamber
2929: FluidleitungFluid line
3131: StellmembrantellerControl diaphragm plate
3232: TellerbodenPlate bottom
3333: MitnehmerDriver
3434: TellerrandEdge of plate
3535: SicherheitsstellmembranSafety diaphragm
3737: SicherheitsstellmembrantellerSafety diaphragm plate
3939: Schraubescrew
4141: SollwertfederSetpoint spring
4343: innere Federinner spring
4545: äußere Federouter spring
4747: FedertellerSpring plate
49,5349.53: HülseSleeve
5151: Schraubescrew
5555: umlaufender Spaltcircumferential gap
5757: AntriebshülseDrive sleeve
5959: FederhülseSpring sleeve
6060: umlaufende Nutcircumferential groove
6161: RastfederringLocking spring ring
6363: KupplungsbolzenCoupling bolt
6565: VerbindungshülseConnecting sleeve
6767: SicherheitsdruckraumSafety pressure room
6969: zentrale Bohrungcentral hole
7171: längliche Nutelongated groove
7373: stellgliedseitiges Nutendeactuator side groove end
7575: SicherheitsstellfederSafety spring
7777: Druckentlastungsbohrung Pressure relief hole
SS: StellrichtungSetting direction
a, b, c, da, b, c, d: AbstandDistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4209736 A1 [0004]
DE 3235274 A1 [0006]

Claims

Control valve (1), in particular a controller without auxiliary energy, for adjusting a process fluid flow for a process plant, such as a chemical plant, in particular a petrochemical plant, a power plant, a food processing plant, for example a brewery, or a district heating plant, comprising - an actuator (3), - an actuator drive (5) for actuating the actuator (3) and - an actuator rod (7) transmitting an actuator force from the actuator drive (5) to the actuator (3), wherein the actuator drive (5) has an actuator diaphragm (17), in particular a control diaphragm, and a driver (33) connected to the actuator diaphragm (17) and the actuator rod (7) in a force-transmitting manner for a control operation of the control valve (1) and a safety actuator diaphragm (35) connected to the actuator rod (7) in a force-transmitting manner for a malfunction of the control valve (1) in the event of a failure, such as a break, of the actuator diaphragm (17) for moving the actuator (3) into a safety and/or closed position, characterized in that the The adjusting rod (7) and the driver (33) are mounted axially movable relative to one another in such a way that the safety adjusting diaphragm (35) moves the adjusting rod (7) telescopically in relation to the driver (33) in the event of a failure of the adjusting diaphragm (17).

Control valve (1) after Claim 1 , further characterized by a setpoint spring (41) counteracting the control diaphragm (17) for the control operation of the control valve (1), which is arranged in the direction of travel of the control rod (7) between the control diaphragm (17) and the actuator (3).

Control valve (1) after Claim 2 , characterized in that the setpoint spring (41) surrounds the adjusting rod (7) and/or is supported on the actuator side and/or the diaphragm side on a sleeve (49, 53) surrounding the adjusting rod (7).

Control valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control rod (7) is guided within the driver (33), in particular by the driver (33), preferably by a drive sleeve (57) of the driver (33) through which the control rod (7) extends.

Control valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the telescopic relative movement of the control rod (7) and driver (33) is limited.

Control valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a coupling bolt (63) is arranged on the control rod (7), in particular in the region of a diaphragm-side end, which couples the control rod (7) to the driver (33), in particular in control operation, and the driver (33) has an elongated groove (71) within which the coupling bolt (63) moves during the telescopic relative movement.

Control valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the driver (33) has a circumferential groove (60) in which a locking spring ring (61) is engaged in order to support a synchronous movement of the driver (33) and the control rod (7) during control operation of the control valve (1).

Control valve (1) after Claim 7 , characterized in that the coupling bolt (63) is assigned to the detent spring ring (61) in such a way that in the event of a failure of the actuating diaphragm (17), the coupling bolt (63) releases the detent spring ring (61) and releases the telescopic relative movement between the driver (33) and the actuating rod (7).

Control valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (5) further comprises a setpoint spring (41) for the control operation of the control valve (1), which is designed such that it does not apply any spring force when the actuator (3) is displaced into the safety and/or closed position by means of the safety control diaphragm (35).

Control valve (1) according to one of the preceding claims, further characterized by a safety actuating spring (75) which counteracts the safety actuating diaphragm (35) in the event of a failure of the actuating diaphragm (17), wherein in particular the actuating force applied by the safety actuating spring (75) is directed counter to the direction of action of the safety actuating diaphragm (35) into an open position.

Control valve (1) after Claim 10 , characterized in that an actuating force applied by the safety actuating spring (75) is lower, in particular at least by a factor of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 or up to 100 lower, than an actuating force applied by the setpoint spring (41).

Control valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a pneumatic effective area in control operation is larger than a pneumatic effective area when displacing the actuator (3) into the safety and/or closed position.