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Pneumatischer Antrieb für Ventile od. dgl. Die Erfindung bezieht sich
auf einen pneumatischen Antrieb für Ventile, Hähne und ähnliche tätig; Verschlüsse
mit einem nur auf einer Seite vom Antriebsdruckmittel beaufschlagten Antriebskolben
um einem mit der anderen Kolbenseite in Verbindune stehenden Raum, in dem bei der
Wirkung des Antriebsdruckmittels zur einseitigen Verstellung des Antriebskolbens
und des damit verbundenen Verschlußteils ein Gasvolumen zwecks späterer Rückführung
des Antriebskolbens komprimiert wird.
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Pneumatische Antriebe für Ventile, Hähne oder ähnliche Absperrorgane
arbeiten überlicherweise mit einem zweiseitig beaufschlagten Kolben. Es ist bekannt,
bei diesen Vorrichtungen zur Betätigung des Ventils od. dgl. jeweils eine der Kolbenflächen
mit dem Druckmedium zu beaufschlagen und die andere der Kolbenflächen vom Druck
zu entlasten. Dabei muß jedoch bei der Betätigung ein Schaltvorgang in jeder von
zwei Druckleitungen durchgeführt werden.
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Um die Betätigung zu vereinfachen, ist es weiterhin bekannt, nach
Betätigung beide Druckräume unter gleichen Druck zu setzen und bei erforderlicher
erneuter Betätigung den entsprechenden dieser Räume vom Druck zu entlasten, so daß
die Bewegung des Kolbens durch den vorher aufgebauten Druck im anderen Raum erfolgt.
Zur Vereinfachung des Druckaufbaus in beiden Räumen ist es dabei bekannt, den Kolben
nicht völlig dicht im Zylinder anzuordnen, so daß, wenn das Druckmedium auf nur
einen dieser Räume aufgegeben wird, ein Druckausgleich mit dem anderen Raum am Kolben
vorbei selbsttätig erfolgt.
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Bei allen diesen bekannten Einrichtungen sind aber zwei Leitungen
zwischen der Kommandostelle und dem Ventil erforderlich, was, da derartige pneumatische
Antriebe für Ventile in der Regel als Fernsteuerungen verwendet werden, zu einem
erheblichen Leistungsbedarf und zu erhöhten Bau-, Unterhaltungs- und Betriebskosten
und zu einer erhöhten Gefahr von Störungen führt.
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Um einen pneumatischen Antrieb für Ventile nur über eine Steuerleitung
zu ermöglichen, ist es bekannt, den Kolben nur auf einer Seite mit dem gesteuerten
Druckmedium zu beaufschlagen, während die andere Kolbenseite mit einer gegen den
Beaufschlagungsdruck wirkenden Federanordnung beaufschlagt ist. Als Federanordnungen
werden dabei entweder mechanische Federn, z. B. Schraubenfedern, oder aber pneumatische
Federn verwendet, wobei bei letzteren die nicht vom Steuermedium beaufschlagte Kolbenseite
mit einem geschlossenen, ein komprimiertes Gasvolumen enthaltenden Raum in Verbindung
steht.
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Bei diesen bekannten, nur mit einer Steuerleitung arbeitenden pneumatischen
Antrieben für Ventile ist aber die durch die Federanordnung aufgebrachte Rückstellkraft
im wesentlichen vom Steuerdruck unabhängig. Da der pneumatische Steuerdruck sich
entsprechend den Betriebsbedingungen, z. B. bei mehreren Entnahmestellen, häufig
innerhalb sehr weiter Grenzen ändert, besteht bei diesen bekannten Anordnungen die
Gefahr, daß die Antriebskraft durch das Antriebsdruckmittel gegenüber der durch
die Federanordnung aufgebrachten Rückstellkraft zu gering wird, so daß das Ventil
nicht über den gesamten Verstellbereich betätigbar ist. Diese Gefahr besteht auch
insbesondere dann, wenn die zu regelnde Hauptleitung ein gasförmiges Druckmedium
führt, das als Antriebsdruckmittel verwendet wird.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, bei der bekannten,
mit einer Gasfeder zum Aufbringen der Rückstellkraft arbeitenden Antriebsvorrichtung,
diese Rückstellkraft der Antriebskraft anzupassen, so daß eine völlige Öffnung des
Ventils unabhängig vom Druck im Antriebsdruckmittel erreicht wird.
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Gemäß der Erfmdung wird dies dadurch erreicht, daß im Bereich der
ausgefahrenen Stellung des Antriebskolbens eine an sich bekannte Verbindung zwischeu
dem
vom Antriebsdruckmittel angefüllten Raum und dem Raum des komprimierten Gasvolumens
besteht. Dadurch wird erreicht, daß am Ende des Kolbenhubes ein Druckausgleich zwischen
den Räumen auf beiden Seiten des Kolbens hergestellt wird, so daß der Kolben entlastet
ist und erst nach Aufhebung des Druckes im Antriebsdruckraum die Druckdifferenz
zu einer Rückbewegung des Kolbens führt.
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Vorzugsweise ist auch in der völlig eingefahrenen Stellung des Antriebskolbens
eine derartige Verbindung zwischen dem vom Antriebsdruckmittel angefüllten Raum
und dem Raum des komprimierten Gasvolumens vorgesehen. Durch diese am unteren Ende
des Kolbenhubes angeordnete Verbindung erfolgt ein Druckausgleich auch vor der erneuten
Beaufschlagung des Antriebskolbens durch das Antriebsdruckmittel, so daß auch bei
extremen Druck-Schwankungen eine Betätigung des Antriebskolbens bis in die andere
Endstellung möglich ist.
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Um zu verhindern, daß bei Beaufschlagung mit bzw. bei Druckbelastung
vom Antriebsdruckmittel ein erheblicher Teil des Druckmediums von der dem höheren
Druck ausgesetzten Kolbenseite nach der dem niedereren ausgesetzten Kolbenseite
durch die Verbindungsöffnungen abströmt, kann wenigstens eine dieser öffnungen kalibriert
sein, d. h., sie kann so bemessen sein, daß der Druckausgleich nur langsam vor sich
geht.
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Um eine einfachere Abdichtung des Raumes des komprimierten Gasvolumens
zu ermöglichen, liegen die Kolbenstange und die die Umwandlung der Bewegung der
Kolbenstange in eine öffnungs- bzw. Schließbewegung des Ventils umwandelnden Elemente
vorzugsweise in dem vom Antriebsdruckmittel angefüllten Raum, so daß keine Abdichtung
gegen bewegte Teile außer der an sich bei Ventilen notwendigen Abdichtung der Ventilwelle
gegen das Gehäuse erforderlich ist.
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Wenn die bei völlig eingefahrenem Kolben eine . Verbindung herstellende
öffnung so groß ist, daß der Druckausgleich zwischen beiden Seiten des Kolbens sehr
schnell erfolgt, wirkt das Ventil nur einseitig, d. h., die pneumatische Kraft wirkt
nur von dem mit komprimiertem Gasvolumen gefüllten Raum als , Rückstellkraft, während
die Betätigung in entgegengesetzter Richtung auf andere Weise, z. B. von Hand, erfolgen
kann. Eine ähnliche Wirkung kann gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß
die Verbindung zwischen der Kolbenstange und der Betätigungswelle des Ventils einseitig
wirkend ist, wobei die Betätigung im entgegengesetzten Sinne unbehindert ist und
ohne Schwierigkeiten, z. B. von Hand, erfolgen kann.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die schematische Darstellung einer
ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 die schematische Darstellung einer
zweiten Ausführungsform, Fig. 3 eine dritte Ausführungsform und Fig. 4 in perspektivischer,
teilweise abgebrochener Darstellung ein Ventil herkömmlicher Bauart mit einem erfindungsgemäß
ausgebildeten Antrieb.
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Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wird ein Ventil, ein Hahn.
od. dgl. mit drehbarem Verschlußteil, dessen Betätigungswelle bzw. -vierkant mit
1 bezeichnet ist, durch einen pneumatischen Antrieb 2 betätigt, dessen Kolbenstange
3 eine Zahnstange 4 trägt, die in ein auf die Welle 1 aufgekeiltes Zahnsegment 5
eingreift. Die Kammer 6 mündet mit ihrem Ende 7 in einen Hilfsbehälter 8, der beispielsweise
aus einem an das Gehäuse 10 des Antriebs angebauten, dichten Gehäuse 9 besteht und
die Kammer 6 umgibt.
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Mit 11 und 21 sind schematisch dargestellte Kao näle zum Herstellen
einer Verbindung zwischen den Kammern bezeichnet. Durch diese Kanäle kann der Hilfsbehälter
8, wenn der Kolben sich in einer der Endstellungen 12 oder 12 f befindet, auf den
gleichen Druck gebracht werden, wie die Kammer 17.
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Bei 13 ist die Zuführungsleitung dargestellt, die mittels eines bei
16 schematisch dargestellten Dreiwegsteuerhahns entweder an eine Leitung 14 oder
an eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Leitung 15 angeschlossen werden
kann.
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Das Zahnsegment 5 ist mittels eines Keils 18 auf das Betätigungsteil
19 aufgekeilt.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Verschiebung des Kolbens
von der Stellung 12 in die Stellung 12f wird durch Einlassen von Druck-Luft in die
Kammer 17 des Gehäuses 10 bewirkt.
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Wenn der Kolben bei 12 f ankommt, treten die beiden Kammern in Verbindung
und infolgedessen tritt ein Druckausgleich beiderseits des Kolbens ein; da, die
in Bezug auf den Druck wirksamen Stirn-Seiten des Kolbens die gleiche Oberfläche
haben, wirkt auf den Kolben keinerlei Kraft, wenn er sich in der Endstellung befindet.
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Wenn die Kammer 17 dann plötzlich durch absichtliches Betätigen des
Hahns 16 oder durch eine Störung in der Zuführungsleitung 13 wieder auf Atmosphärendruck
gebracht wird, ermöglicht die unter dem Zuführungsdruck im Behälter 8 aufgespeicherte
Luft die Betätigung des Kolbens in umgekehrter Richtung (von 12 f nach 12) und infolgedessen
die umgekehrte Drehung des Hahns.
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Der Kanal 21 kann wegfallen; in diesem Fall wird das Ventil durch
Drucksenkung in geschlossener Stellung verriegelt.
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Bei einer in Fig. 2 dargestellten Abwandlung, bei der gleiche Bezugszeichen
mit dem Zusatz »a« verwendet sind, weist das Zahnsegment 5 a über einen Winkel von
90° eine kreisförmige Ausnehmung 20a auf, in der sich der Keil 18a verschieben kann.
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Auf diese Weise ist ein Ventil geschaffen, das sich, wenn es nach
Eintritt des Drucks in die Kammer 17a von Hand geöffnet wird, bei plötzlichem Druckabfall
im Zuführungskreis wieder automatisch schließen kann. Wird dagegen dieser Druck
wieder hergestellt, so verschiebt sich der Kolben von der Stellung 12a nach links
in die Stellung 12f, aber durch das Vorhandensein der Ausnehmung 20a öffnet sich
das Ventil nicht, sondern es tritt lediglich eine Verschiebung der Zahnstange 4
a und des Segments 5 a ein. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Betriebssicherheit.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Kanal 21 zum Herstellen der
Verbindung, wie bei der vorhergehenden Ausführungform angegeben, nicht unbedingt
erforderlich.
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Die Ausnehmung 20 a kann um 90° gegenüber ihrer in Fig. 2 gezeigten
Lage verschoben werden, damit die Sicherheitsbetätigung das öffnen des Ventils darstellt.
In
einer in Fig. 3 veranschaulichten anderen Abwandlung, bei der die Bezugszeichen
den Zusatz »b« tragen, ist die Verbindungsvorrichtung mit Segment und Zahnstange
durch eine die gleiche Aufgabe erfüllende Vorrichtung mit Pleuelstange und Kurbel
ersetzt.
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Der Kurbelarm 22 weist eine längliche Öse 23 auf, in der sich ein
mit dem Ende einer Stange 25 fest verbundener Stift 24 verschieben kann. Diese Stange
25 kann außerdem in einem seinerseits mit dem Kolben fest verbundenen Rohr 26 gleiten.
Der Antrieb kann nur auf das Ventil wirken, wenn der Arm 22 nach links geführt wurde,
beispielsweise durch Handbetätigung, wobei dann der Anschlag 27 der Stange 25 durch
das Ende des Rohres 26 beim Zurückbewegen von links nach rechts zurückgestoßen wird.
Bei dieser Ausführungsform werden zwei Kanäle 11 b und 21 b zur Herstellung des
Ausgleichs beibehalten.
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Fig. 4 zeigt einen einem Ventil üblicher Bauart angepaßten Antrieb
nach der Erfindung. Der pneumatische Antrieb 40 besitzt einen Kolben 41 der
die Welle 42 des Ventils 43 betätigt, und zwar über eine Zahnstange 44 und ein Zahnsegment
45. Die Gesamtvorrichtung ist in einem dichten gefertigten Gehäuse 46 unter
Luftdruck angeordnet. Bei 47 ist ein Vierkant dargestellt, der das Ende der Nabe
48 des Zahnsegments 45 bildet und außen, oberhalb des Gehäuses 46, so angeordnet
ist, daß er von Hand betätigt werden kann.
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Der Boden des dichten Gehäuses 46 kann so gestaltet sein, daß er die
Platte 49 bildet.
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Die um die Welle 42 angeordnete Dichtung dient infolgedessen auch
zum Abdichten des den Antrieb 40 umschließenden Gehäuses 46, wodurch sich die Herstellung
wirtschaftlicher gestaltet.