DE1068074B

DE1068074B -

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Publication number: DE1068074B
Application number: DENDAT1068074D
Authority: DE
Publication date: 1959-10-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für die Verbindung zwischen Antrieb und Verschlußstück eines Ventils.

Das Ventil kann durch einen außerhalb erzeugten Impuls, z. B. einen pneumatischen Impuls, gesteuert werden. Dieser wiederum resultiert z. B. aus einem Regel Vorgang.

Bestimmte Ventiltypen, unter ihnen Klemm- oder Quetschventile, haben Verschlußteile, deren der Größtdurchflußmenge entsprechender Gesamthub beträchtlieh größer ist als der Hub des verhältnismäßig begrenzten Regelbereiches. Der Antrieb des Ventils Iiat im allgemeinen nur einen Gesamthub entsprechend dem Hub des Regelbereiches. Ist nun der Antrieb mit den Verschluß teilen nicht über ein kompliziertes äußeres Verbindungssystem gekuppelt, das die Differenz zwischen dem Hub des Regelbereiches und dem Hub der größten Durchflußmenge auffangen kann, dann besteht die Gefahr einer Beschädigung des Antriebs, wenn sich aus irgendeinem Grund die Verschlußteile über den begrenzten Regelbereich hinaus öffnen. Im allgemeinen genügt ein Regelbereich mit einem Hub von etwa 40°/o des Gesamthubes.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, die obenerwähnten Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, daß man eine Kupplung vorsieht, die den Antrieb und die Verschlußteile eines Ventils miteinander verbindet und die so konstruiert ist, daß der Antrieb gegen Beschädigungen geschützt ist, wenn sich die Verschlußteile außerhalb des Regelbereiches des Ventils bewegen. Diese Aufgabe soll auf einfache Weise gelöst werden.

Es ist bereits bekannt, als Verbindung zwischen Antrieb und Verschlußstück einer Ventilspindel, eine oder mehrere in Reihe angeordnete Federn vorzusehen, die ständig wirksam sind. Ferner .ist es bereits bekannt, einen Steuerkolben mit einem in einem einstellbaren Zylinder angeordneten, von der Druckflüssigkeit beaufschlagten Hilfskolben über eine Druckfeder so miteinander zu verbinden, daß jeweils bei einem bestimmten Druck die Feder unwirksam gemacht wird, so daß die Betätigung des Steuerkolbens unmittelbar durch den HoJilzyIinder erfolgt.

Die oben näher bezeichnete, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei Federn an ihren einen Enden miteinander verbunden in Reihe angeordnet und mit ihren anderen Enden mit dem Verschlußteil bzw. mit dem Antrieb verbunden sind, wobei die eine Feder eine Vorspannkraft ausübt, die größer als die größte Spannkraft der anderen Feder ist, wodurch bei Ventilbewegungen innerhalb eines vorbestimmten Bereiches nur die zweite Feder den Antrieb mit dem Verschlußteil verbindet, und daß eine Vorrichtung bei Ventilbewegungen Kupplungsvorrichtung für die Verbindung zwischen Antrieb und Verschlußstück
eines Ventils

Anmelder:

Farris Flexible Valve Corp.,
Palisades Park, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. Κ. Boehmert
und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,
Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 29. Mai 1957

Victor Wallace Farris₁ Tenafly, N. J.,
und Charles George Weber, Packanack Lake, N. J.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

außerhalb . des vorbestimmten Bereiches die zweite Feder außer Tätigkeit setzt und so die Verbindung zwischen Antrieb und Ver,schlußtei) unterbricht und daß eine zweite Vorrichtung bei diesen Ventilbewegungen anspricht und die erste Feder wirksam macht, die daraufhin der Ventilbewegung entgegenwirkt.

Zweckmäßigerweise werden dabei als Federn Schraubendruckfedern verwendet. Vorteilhafterweise ist die Anordnung, bei welcher das Ventil ein Klemmventil ist, so getroffen, daß ein gleitbar im Gehäuse gelagerter Stempel vorgesehen ist, der mit dem Verschlußteil fest verbunden ist, daß ferner ein zweiter Stempel im ersten Stempel gleitbar gelagert- ist und daß ein auf dem zweiten Stempel fest angebrachtes erstes Fedcrwiderlager und ein gleitbar auf dem zweiten Stempel angebrachtes zweites Federwiderlager vorgesehen sind, zwischen denen die erste Feder angebracht ist, und daß schließlich ein im Wege des ersten Federwiderlagers liegender Anschlagvorhanden ist, der dessen Bewegung bei zu großein Ventilhub begrenzt.

Ohne darauf beschränkt zu sein, soll die Erfindung in Verbindung mit einem Klemmveutil beschrieben werden.

Im folgenden wird an Hand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Außenansicht eines KlcmmventiJs,

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Fig. 2 cine ähnliche, zum Teil im Schnitt gezeigte Ansicht des in Fig. Γ dargestellten Ventils, welche einen Längsahschnitt der Kupplungsvorrichtung in einer Stellung zeigt, in der sich das Ventil am unteren Ende des Regelbereiches befindet

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, bei der sich das Ventil am oberen Ende seines Regelbereiches befindet, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das voll geöffnete Ventil.

Die Bezugszahl 10 bezeichnet ganz allgemein ein Klemmventil. Mit 11 ist allgemein der Antrieb des Ventils bezeichnet.

Das Ventil 10 besteht aus dem unteren, mittleren und oberen Gehäuseteil 12, 13 und 14, die zusammengeschraubt sind. Zwischen dem unteren, 12, und dem mittleren Gehäuseteil 13 befindet sich ein Dichtungsring 15, zwischen dem mittleren, 13, und oberen Gehäuseteil 14 eine Membran 16. Der Antrieb 11 besteht aus einem unteren Gehäuseteil 17, zwei Zwischengehäuseteilen 18 und 19 und einem oberen Gehäuseteil 20. Das untere Gehäuseteil 17 ist mit einem dazwischenliegenden Dichtungsring 21 auf das obere Gehäuseteil 14 des Ventils 10 montiert. Die Zwischengehäuseteile 18 und 19 grenzen mit einer dazwischenliegenden Membran 22 aneinander. Die Zwischengehäuseteile 18 und 19 schließen sich an das untere Gehäuseteil.17 und das obere Gehäuseteil 20 des Antriebs 11 an und sind von diesem durch die Membranen-'23 bzw. 24 getrennt.

Durch das Gehäuse 12 des Ventils 10 geht ein Schlauch 25, der an seinen Enden mit Flanschen 26 versehen ist.

An sich gegenüberliegenden Stellen des Schlauches 25 sind Klemmbacken 27 und 28 vorgesehen. Die obere Klemmbacke 27 ist am unteren Ende eines Stempels 29 befestigt, der in einer Büchse 30 läuft. Die Büchse 30 ist im mittleren Gehäuseteil 13 befestigt. Die untere Klemmbacke 28 ist an den unteren Enden eines Kettenpaares 31, 32 befestigt, das über Zahnräder 33 und 34, die drehbar im Gehäuseteil 12 gelagert sind, geführt ist. Die oberen Enden dieser Ketten 31 und 32 sind an der oberen Klemmbacke 27 befestigt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei einer Auf- oder Abbewegung des Stempels 29 die beiden Klemmbacken 27 und 28 gleichzeitig auseinander oder zueinander geführt werden. Auf diese Weise wird der Schlauch 25 mehr oder minder zusammengedrückt.

Das obere Ende des Stempels 29 erstreckt sich in das Gehäuseteil 14 und ist dort in der Mitte der Membran 16 befestigt, die auf beiden Seiten mit Verstärkungsscheiben 35 versehen ist. Diese Membran 16 teilt das Gehäuseteil 14 in eine obere und untere Kammer 36 und 37. Die untere Kammer 37 steht durch den Entlüftungsstutzen 38 mit der Außenluft in Verbindung, so daß sich die Membran 16 dem wechselnden Druck in der oberen Kammer 36 anpassen kann.

Das obere Teil des Stempels 29 weist eine Bohrung 39 auf, die zur Aufnahme eines zweiten Stempels 41 bestimmt ist. Der Stempel 41 ist mit einem Kolben 40 versehen. An seinem oberen Ende ist ein Federwiderlager 42 befestigt. Die untere Fläche desselben liegt auf dem oberen Ende der Feder 43 auf. Das untere Ende der Feder 43 drückt auf die obere Seite eines weiteren Federwiderlagers 44, welches gleitend auf dem Stempel 41 läuft und sich durch die Spannkraft der. Feder 43 dauernd in Kraftschluß mit dem oberen Ende des Stempels 29 befindet.

Die obere Fläche des Federwidcrlagers 42 stößt an das untere Ende einer zweiten Feder 45, deren oberes Ende an der Unterfläche eines Federwiderlagers 46 anliegt. *
Das Fcderwiderlagcr 46 schließt an das untere Ende eines Stiftes 47 an. Auf diesem sind Verstärkungsscheiben 48 angebracht, die die untere und obere Fläche der Membran 23 umfassen. Außerdem sind Verstärkungsscheiben 49 vorgesehen, die auf der

ίο oberen und unteren Seite der Afembran 22 anliegen, sowie Verstärkungsscheiben 50, die die obere und untere Seite der Membran 24 umfassen.

Die Aiembranen 22 und 23 schließen eine Kammer 51 zwischen sich ein, die Membranen 22 und 24 eine Kammer 52. Die Membran 22 schließt außerdem das obere Gehäuseteil 20 des Antriebs 11 ab und bildet eine weitere Kammer 53, die mittels der Bohrung 54 mit der Kammer 36 des oberen Gehäuseteils 14 des Ventils 10 in Verbindung steht. Die Kammer 52 steht durch das Luftloch 55 mit der Außenluft in Verbindung und außerdem über den Durchlaß 56 im Stift 47 mit der Kammer 53.

Gegen die obere verstärkte Fläche der Membran 24 drückt das untere Ende einer Feder 57, deren oberes Ende gegen ein Widerlager 58 drückt, welches auf einem im Gehäuseteil 20 montierten Zylinder 59 gleitend gelagert ist. Das obere Ende des Zylinders 59 ist mit einer Bohrung zur Aufnahme eines federbelasteten Kugelventils 60 versehen, das die Verbindung zwischen dem Innenraum des Zylinders 59 und einer Bohrung 61 im Gehäuseteil 20 steuert. Das untere Ende des Zylinders 59 steht in Verbindung mit einem Hohlraum im Gehäuseteil 20. Vom Kugelventil 60 erstreckt sich ein Stift 62, dessen unteres Ende mit der Bohrung 56 zusammenwirkt und dadurch die Verbindung zwischen Kammer 52 und 53 steuert. Der durch die Feder 57 ausgeübte Druck wird mittels der in das Gehäuseteil 20 eingeschraubten Schraube 63 eingestellt.

Der Antrieb 11 wird noch durch zwei im Gehäuseteil 20 befestigte Anschlußstutzen 64 und 65 vervollständigt. Der erste Anschlußstutzen 64 ist im Innern mit der Bohrung 61 verbunden, nach außen aber an eine Preßluftquelle angeschlossen.

Der zweite Anschlußstutzen 65 steht im Innern mit einer Bohrung 66 in Verbindung, welche zur Kammer 51 führt, und ist nach außen zu an ein Gerät zur Erzeugung von Preßluftimpulsen angeschlossen. Die Impulse sollen in herkömmlicher Weise erzeugt werden,

z. B. in Abhängigkeit von den Abweichungen der Durchflußmenge des Ventils 10 von einer gewählten Menge.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird im folgenden beschrieben. Es wird angenommen, daß der in Fig. 2 gezeigte freie Querschnitt des Schlauches 25 einem Ventilhub von 10% des Gesamthubes und einer Durchflußmenge von ebenfalls 10% der Gesamtdurchflußmenge des Ventils entspricht und daß der in Fig. 3 gezeigte freie Querschnitt des Schlauches 25 einem Hub von 40% des Gesamthubes entspricht, jedoch einen Anteil von 90% der gesamten Durchflußmenge darstellt. Weiter sei angenommen, daß man den Durchfluß auf einer bestimmten Menge innerhalb des Öffnungsbereiches von 10 bis 40% und somit des Aiengenbereiches von 10 bis 90% konstant halten will.

Von der Druckluftzufuhr kommt Luft durch den Anschlußstutzen 64 über die Bohrung 61, das Kugelventil 60 und den Zylinder 59 in die Kammer 53. Von hier gelangt sie durch die Bohrung 54 in die Kammer

Claims

36, wo sie gegen die Oberfläche der AIembran 16 drückt. Diese ist mit dem Stempel 29 fest verbunden, den sie abwärts drückt. Damit wird bewirkt, daß die Klemmbacken 27 und 28 den Schlauch 25 gegen den Druck des durchströmenden Mediums zusammendrücken und dabei den Durchfluß regeln. Die Schraube 63 wird auf eine gewünschte Menge eingestellt. Die abwärts gerichtete Kraft der Feder 57 ist gleich derjenigen aufwärts gerichteten Kraft, die sich aus dem Druck der Feder 45 und dem von der Kammer 51 aus gegen die untere Fläche der Aiembran 22 wirkenden Luftdruck zusammensetzt. Dieser Luftdruck entsteht durch die vom Regelinstrument kommende Luft, welche über den Anschlußstutzen 65 und die Bohrung 66 in die Kammer 51 eintritt. In diesem Augenblick schließt sich das Kugelventil 60 am oberen Ende des Stiftes 62. Ebenso verschließt das untere Ende von Stift 62 die Bohrung 56; es herrscht Gleichgewichtszustand. Da die Vorspannkraft der Feder 43, wie bereits erwähnt, größer ist als die maximale Spannkraft der Feder 45, dient die Feder 43 nur als starre Verbindung zwischen den Federwiderlagern 42 und 44, und die Feder 45 bewirkt allein die Belastung der Membran 16. Es sei angenommen, daß aus irgendeinem Grund der in Kammer 51 durch die vom Regelinstrument kommende Luft erzeugte Druck anwächst und so den Gleichgewichtszustand stört. Da die Aiembran 22 eine größere Oberfläche hat als die Membran 23, wirkt der erhöhte Druck gegen die Membran 22 und hebt den Stift 47. Dieser öffnet infolgedessen das Kugelventil 60 und läßt somit zusätzliche Luft von der Druckluftzufuhr über den Anschlußstutzen 64, die Bohrung 61 und den Zylinder 59 in die Kammer 53 gelangen. Diese Luft gelangt durch die Bohrung 54 in die Kammer 36, drückt dort gegen die obere Fläche der Membran 16 und versucht dadurch, diese Membran 16 nach unten zu drücken. Diese Bewegung wird auf den Stempel 29 und dieKlemmbacken 27und28 übertragen, sodaß diese zusammengedrückt, der Schlauch 25 zusammengepreßt und die durch diesen fließende Menge reduziert wird. Offensichtlich entspannt die Abwärtsbewegung der Membran 16 die Feder 45, um so den angewachsenen Druck in der Kammer 51 auszugleichen. Damit soll eine Annäherung an den gewünschten Gleichgewichtszustand angestrebt werden; die Durchflußmenge wird entsprechend der ursprünglich gewählten Menge stabilisiert. Es sei angenommen, daß der Druck der vom Regelinstrument kommenden Luft in der Kammer 51 abfällt. Wieder ist der Gleichgewichtszustand gestört, diesmal aber in entgegengesetzter Richtung. DieFeder 57, die gegen die Membran 24 drückt, ist nun stark genug, den Stift 47 abwärts zu bewegen, die Bohrung 56 zu öffnen und so die Verbindung zwischen den Kammern 53 und 52 zu öffnen. Infolgedessen gelangt Luft von der Kammer 36 über die Bohrung 54 zu der Kammer 53 und von da über die Bohrung 56 zur Kammer 52. Von hier gelangt diese Luft durch das Luftloch 55 an die Außenluft. Auf Grund der Druckverminderung in der Kammer 36 kann der Druck des durch den Schlauch 25 fließenden Mediums den Schlauch 25 gegen den Druck der Feder 45 etwas öffnen und so eine Vergrößerung der D/irchflußmenge zulassen. Das veranlaßt die Feder 45, diesem Druck dadurch entgegenzuwirken, daß sie gegen die Membran 23 einen verstärkten Druck ausübt, den Stift 47 anhebt und die Bohrung 56 schließt. Das geschieht als Ausgleich für den verminderten Druck in Kammer 51. 35 30 35 40 45 50 55 60 65 Das Wechselspiel zwischen dem Druck in Kammer. 51 und dem Druck der Feder 45 setzt sich so lange fort, bis ihre vereinte Kraft der Kraft der Feder 57 gleich ist und wieder der Gleichgewichtszustand besteht. In diesem Augenblick läßt der Schlauch 25 wieder die gewählte Menge durch. Es sei angenommen, daß irgendeine außerhalb des Ventils liegende Ursache den Hub über den in Fig. 3 dargestellten 40% Hub hinaus vergrößern will, und zwar auf einen Hub, der zwischen dem in Fig. 3 und 4 gezeigten liegt. Offensichtlich hat sich in der in Fig. 3 gezeigten Stellung die AIembran 16 bereits so weit nach oben bewegt, daß die Feder 45 völlig zusammengedrückt ist. Ohne die vorliegende Erfindung würde eine weitere, gegen diese Feder gerichtete Aufwärtskraft den Antrieb beschädigen. Es muß jedoch festgestellt werden, daß bei Erreichen dieses Punktes das Federwiderlager 42 in Berührung mit der oberen Wand des Gehäuseteils 14 kommt. Deshalb kann die Feder 45 nicht weiter zusammengedrückt werden, noch kann irgendeine gegen das Widerlager 42 gerichtete Aufwärtskraft auf die Feder 45 übertragen werden. Damit ist der Antrieb gegen jede Beschädigung gesichert. Das weitere öffnen des Schlauches 25 bewirkt aber eine Aufwärtsbewegung der Membran 16. Der Stempel 41 ist zwar am Federwiderlager 42 fest angebracht, kann jedoch in dem Federwiderlager 44 und Stempel 29 gleiten. Wird deshalb der Stempel 29 mit der Membran 16 nach oben bewegt, dann gleitet er auf dem Stempel 41 ebenso wie das Federwiderlager 44, das sich in dauerndem Kraftschluß mit dem oberen Ende des Stempels 29 befindet und von diesem mitgenommen wird. Das zeigt Fig. 4. Sobald das eintritt, wird die Bewegung des Federwiderlagers 44 von der Feder 43 aufgefangen. Dadurch wird verhindert, daß nur die Membran 16 belastet wird. Werden wieder die Betriebszustände hergestellt, die einer Ventileinstellung zwischen der den in Fig. 2 und 3 gezeigten entsprechen, dann hört die Feder 43 auf, die Membran zu belasten, und die Feder 45 tritt wieder in Tätigkeit. Patentansprüche:

1. Kupplungsvorrichtung für die Verbindung zwischen Antrieb und Verschlußstück unter Verwendung von die Antriebskraft übertragenden Federn, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federn (43, 45) an ihren einen Enden miteinander verbunden in Reihe angeordnet und mit ihren anderen Enden mit dem Verschlußteil (27, 28) bzw. mit dem Antrieb (11) verbunden sind, wobei die eine Feder (43) eine Vorspannkraft ausübt, die größer als die größte Spannkraft der anderen Feder (45) ist, wodurch bei Ventilbewegungen innerhalb eines vorbestimmten Bereiches nur die zweite Feder (45) den Antrieb (11) mit dem Verschlußteil (27, 28) verbindet, und daß eine \^rorrichtung (42) bei Ventilbewegungen außerhalb des vorbestimmten Bereiches die zweite Feder (45) außer Tätigkeit setzt und so die Verbindung zwischen Antrieb (11) und Verschlußteil (27,28) unterbricht und daß eine zweite A^orrichtung (29, 44) bei diesen Ventilbewegungen anspricht und die erste Feder (43) wirksam macht, die daraufhin der Ventilbewegung entgegenwirkt.

2. A^rorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federn (45, 43) Schraubendruckfedern verwendet werden.