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Sperrvorrichtung zu in Rohrleitung strömenden Medien, insbesondere
Ventil und Schieber Die Erfindung ist eine Sperrvorrichtung zu in Rohrleitung atrömenden
Medien, insbesondere Ventil und Schieber.
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Es ist eine solche für in Rohrleitung strömende Medien bestimmte
Sperrvorrichtung bekannt, welche eine in mindestens einer Richtung durch Membranmotor
angetriebene Spindel und eine mit mindestens einem der beiden voneinander durch
die Membrane des Membranmotors getrennten Raumteile verbundene, Druckmittel leitende
Armatur hat. Diese Sperrvorrichtungen werden iiamer verbreiteter angewendet, weil
der Membranmotor
sowohl an Ort und Stelle, als auch von fern betätigt
werden kann und so die Sperrvorrichtungen mit Membranmotor schon geeignet sind in
automatisierten Systemen einebaiit zu werden.
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Je nachdem, ob von den Vorgängen des Schliessens und des Öffnens bloss
der eine oder beide durch ein Druckmittel vorrichtet werden, sind drei Grundtypen
von Sperrvorrichtungen a lit Membranmotor zu unterscheiden. Bei dem einen wirkt
in der Richtung des Schliessens eine Feder, in der Richtung des Öffnens die Membrane.
Bei dem anderen wirkt die Membrane in der Richtung des Schliessens und des Öffnen
wird von einer Feder durchgeführt. In dem dritten Fall bildet sowohl das Schliessen
als auch das Offnen die Aufgabe der Membrane.
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Welcher immer der Grundtypen jedoch zur Anwendung gelangt, ist die
dynamische Beanspruchung der Sperrvorrichtungen selbst im Falle von kleinen Kräften
schwer, weil die mit Stahlfeder versehenen und pneumatischen Mitnehmervorrichtungen
@@@icherweise schnell arbeiten. Die mitarbeitenden beweglichen und ortsfesten Bestandteile
können also mit so Kraft aneinander prallen, dass sie beschädigt werden und auch
zerbrechen können. Dies bezieht sich in erster Linie auf die Armaturen von größerer
Abmessung /mit einer Nennweite von mehr als 80-100 Millimeter/, bei welchen die
Schliesskraft mehrere Tonnen betragen kann. Will man dem durch Anwendung von Federn
verhältnismässig kleineren Masses abhelfen, so darf die Sperrvorrichtung nur mit
einem Druck, der kleiner als der Nenndruck ist, belastet werden. So kann z.B. ein
Ventil von 150 mm Nennweite anstatt bis 10 Atmosphären, welche dem Nenndruck entsprechen,
nur bis 1 Atmosphäre Überdruck in Anspruch genommen
werden. Eine
weitere Schwierigkeit bedeutet, dass sowohl im Falle eines Federbruches, als im
Falle eines Membranrisses die Antriebskräfte ohne Gegenwirkung zur Geltung kommen
und der dynamische Charakter der Beanspruchungen sich so in noch gesteigerterem
Masse geltend macht.
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Das Ziel der Erfindung iE:t diese Schwierigkeiten zu beseitigen und
eine solche Sperrvorrichtung zu schaffen, bei welcher unzulässige dynamische Beanspruchungen
selbst im Falle eines Federbruches und Membranrisses in vornherein eliminiert sind
und welche demzufolge bis zum Nenndruck belastet werden kann, ohne dass dies schädliche
Folgen hätte. Die Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, dass der Membranmotor
auf einfache Weise mit Stossdämpfer ergänzt werden kann. Wird in der Druckmittel
leitenden Armatur der Abfluss gedrosselt, so ist auch die Dauer der Betätigung gut
zu regulieren. Das Wesen der Erfindung ist also, dass zwischen den Membranmotor
und die Spindel mindestens ein Pufferraum eingeschaltet ist, die Druckmittel,leitende
Armatur voneinander getrennten Einlauf und Auslauf hat, von welchen in dem Einlauf
ein unter Förderdruck öffnendes Rückschlagorgan, in dem Auslauf aber ein dessen
freien Querschnitt verminderndes Drosselorgan angeordnet sind.
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Kennzeichnend für die erfindung ist noch, dass insofern an mindestens
einer Seite der Membrane ein Membranblock -ist, der Nembranblock und das Motorgehäuse
miteinander eine Kolbenbreise bilden.
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Ein Merkmal der Erfindung bildet ferner, dass die Kolbenbremse aus
den Ringansatz des Membranblockes und aus dem sich in der Ringansatz fügenden, kreisringfo'rmigen
Ansatz des
Yotorgehäuses besteht.
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Charakteristisch für die Erfindung ist auch, dass das Drosselorgan
durch ein stellbares Nadelventil gebildet ist.
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Hat die erfindungsgemässe Sperrvorrichtung eine in der einen Richtung
mit Feder angetriebene Spindel, so ist für sie kennzeichnend, dass zwischen den
Teller der Feder und die Spindel ein Kugelgelenk geschaltet ist, dessen Mittelpunkt
in die Mittellinie der Spindel fällt.
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Bei einer in der Richtung des Öffnes mit Feder angetriebenen Spindel
ist die Erfindung dadurch charakterisiert, dass eie zwei, beim Öffnen bzw. Schliessen
nacheinander alternierend unter Überdruck stehende Pufferräume hat.
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Hat die Erfindung eine in der Richtung des Schliessens und des Öffnens
gleicherweise vom Membranmotor angetriebene Spindel, so ist für sie charakteristisch,
dass sie je einen, beim Öffnen bzw. Schliessen nacheinander alternierend unter Überdruck
stehenden Pufferraum, sowie je eine, mit beiden Raumteile des Motorgehauses verbundene,
Druckmittel leitende Armatur hat.
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Es wird sich zeigen, dass im Falle einer solchen Anordnung in der
Sperrvorrichtung das Gegenspiel der auf die beweglichen Bestandteile wirkenden Kräfte
und dadurch die Verhinderung des Auftretens von unzulässigen dynamischen Beanspruchungen
bei jedem beliebigen Grundtyp gesichert werden kann.
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Die Erfindung wird eingehender auf Grund der Zeichnung erörtert,
welche einige beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Sperrvorrichtung
darstellt.
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Fig. 1 ist der Längsschnitt des erfindungsgemässen
Ventils.
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Fig. 2 ist ein Teil des Ventils nach Fig. 1 in relativ grösserem
Massstab.
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Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. l, in relativ
grösserem Massstab.
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Fig. 4 ist das in relativ grösserem Massstab gehaltene, aber vereinfachte
Schema eines Teiles ebenfalls von Fig. 1.
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Fig. 5 und 6 sind das Wesen je einer weiteren beispielsweisen Ausführungsform
veranschaulichende Linienbilder.
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Die Ausführungsform nach Fig. 1 - 4 der Zeichnung ist die beispielsweise
Ausführungsform eines Ventils nach dem in der Einleitung an erster Stelle erwähnten
Grundtyp der IL findung, bei welchem Ventil in an sich bekannter Weise das Schliessen
durch Federkraft, das Öffnen durch einen mit Druckmittel, s.B. mit Druckflüssigkeit
oder Druckluft betätigten Membranmotor verrichtet wird. Der Membranmotor besteht
aus einem die mittels Membrane 10 voneinander getrennten Raumteile 12a und 12b einschliessendem
Motorgehäuse 14a, 14b. Im Falle der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform
ist auf der oberen Seite der Membrane 10, innerhalb des Gehäuses 14a, 14b Membranblock
16 angeordnet. Mit dem Gehäuse 14a, 14b des Membranmotors ist Federgehäuse 20, und
damit Ventilkammer 22 verbunden. In der Ventilkammer ist in an sich bekannter Weise
Schlusskörper 24 angebracht, der auf die durch das Motorgehäuse 14a 14b und das
Federgehäuse 20 durchgeführte Spindel 26 gehängt ist. Mit dem, oberen Ende der Spindel
26 ist Federteller 28 verbunden, welcher mit dem in der unteren Seite des Motorgehäuses
14a, 14b befestigten Federtcller 30 zwei Druckfedern
32 und 34 einschliesst,
welche den Schlusskörper 24 auf den in der Ventilkammer 22 ausgebildeten Sitz 22a
drücken. Auf dem oberen Ende der Spindel 26 ist der Meabranblock 16 befestigt.
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Im Falle der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform schliesst
sich dem unteren Raumteil 12a des Innenraumes vom Motorgehäuse 14a, 14b die Druckmittel
leitende Armatur 36 an, durch welche in den Rasla 12a Druckmittel eingelassen, und
der Raumteil 12a auch entleert werden kann. Der obere Raumteil 12b kommuniziert
durch Entlüftungsloch 38 mit äusseren Luftraum.
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Laut der Erfindung wird zwischen den Membranmotor 10, 14a, 14b und
die Spindel 26 ein Pufferraum geschaltet. Im Falle der dargestellten beispielsweisen
Ausführungsform ist das sehr günstig und auf einfache Weise so gelüst worden, dass
aus dem Membranblock 16 und dem halben Motorgehäuse 14a eine Kolbenhremse gebildet
worden ist, welche hier aus dem Ringanstz 16a des Membranblockes 16 und aus dem
sich in den Ringansatz 16a fügenden, kreisringförmigen Ansatz 40 des GehÜuses 14a
besteht /Pig. Z/, also vorteilhaft den gut geschützten ?eil des Membranmotors 10,
14a, 14b bildet. Ist Ansatz 40 innerhalb der Schluter 16a untergebracht, kommt zwischen
ihnen Pufferraum 42 zustande, aus welchen der Druck sich nach den Raumteil 12a nur
stufenweise ausgleichen kann. Ein ähnlicher Pufferraum kann auch zur Bremsung des
anderen Hubes /des Öffnens/ verwendet werden.
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Die sich diesem Raumteil 12a anshcliessende, Druckmittel leitende
Armatur 36 in vergrössertem Massstab auf Fig. 3 ersichtlich. Ihr Wesen besteht darin,
dass der Einlauf
und der Auslauf für die Dauer des Abflusses erfindungsgemäss
getrennt sind und eeparat beeinflusst werden können. Das frieche Druckmittel gelangt
durch den Einlaif 44 auf ag mit den dick gezeichneten Pfeilen 46a und 46b markierten
Weg in dZ Raumteil 12a. Das milde Druckmittel entfernt sich in der RicS tung der
dünh gezeichneten Pfeile 48a und 48b durch Auslauf 50. In den Einlauf ist - wie
bereits erwähnt - ein Rückschlagorgan eingeschaltet, das dem Medium das Strömen
bloss in der einen Richtung ermöglicht. Unter Förderdruck öffnet es sich nameztlioh
in Richtung der Pfeile 46a, 46b. Dz Falle der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform
ist diese Rückschlagorgan ein aus Feder 52 und Kugel 54 bestehende Rückschlagen
til. Bs könnte aber auch ein anderes Rückschlagorgan, s.B. eine Klappe angewendet
werden. In den Auslauf 50 ist als Drosselorgan im Falle der dargestellten beispielsweisen
Ausführungsform Nadelventil 56 eingeschaltet, das im seiner Bohrung 50a mittels
Schraube 58 gestellt werden kann. Dadurch wird ermöglicht die Dauer des Abflusses
und so die Bewegungsgeschwindigkeit des Schlusskörpers 24 zu regeln. Die beiden
Läufe 44 und 50 münden auf der einen Seite in den Raumteil 12a, auf der anderen
Seite in einen gemeinsamen Lauf 56c, über welchen die Druckmittel leitende armatur
36 mit der in der Zeichnung nicht veranschaulichten Speiseleitung verbunden werden
kann.
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Im Falle der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform ist zwischen
den Teller 28 der Federn 32, 34 und die Spindel 26 erfindungsgemäss Kugelgelenk
62 eingeschaltet /Fig.4/, dessen mit Radius R veranschaulichter Mittelpunkt in die
Mittellinie A-A der Spindel 26 fällt. Diese Anordnung verhindert,
dass
(ie Federn 32, 34 die Spindel 26 in einer von ihrer Mittellinie abweichenden Richtung
belasten sollen. Eine solche, in abweichender Richtung von der Mittellinie wirkende
Belastung kann nicht nur die Biegung der Spindel und damit die unerlaubte Beanspruchung
ihres beim, Mantel befindlichen Teils bedeuten, sondern kann auch zur Folge haben,
dass die Hülse 68 der Spindel such in dem Federteller 30 einfrisst und dadurch Undichtigkeit
verursacht. Eine weitere schädliche Folge kann die Verkeilung der Kolbenbremse 16a,
40 sein, was nicht nur den Pufferraum 42 wirkungslos machen, sondern auch Einfressungen
und Brüche verursachen könnte.
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Die Arbeitsweise der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform
der erfindungsgemässen Sperrvorrichtung ist die folgender In der Geschlossenen Stellung
gemäss Fig. 1 ist in der auf der Zeichnung nicht dargestellten Speiseleitung und
so in dem Lauf 36c /Fig. 3/ koin Druck , so dass die Druckkraft der Federn 32, 34
frei zur Geltung kommend den Schlusskörper 24 in Richtung des Pfeiles G4 auf den
ßits 22a drückt.
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Erscheint im Lauf 36c der Förderdruot, so drückt dieser die Kugel
54 gegen die Feder 52 zurück, so dass in Richtung der Pfeile 46a, 46b Druckmittel
in den Raumteil 12a gelangt. Unter seiner Einwirkung wird der Membranblock rd in
Richtung des Pfeil es 66 nach oben gedrückt und während der Zusammendrückung der
Federn 32, 34 wird die Spindel 26 durch den Membranblock ebenfalls aufwarts getrieben.
Der Schlusskörper 24 erhebt sich also von seinem Sitz 22a und gibt die Durchströmung
durch die Ventilkammer 22 frei.
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Verschwindet jedoch der Förderdruck, dann schliesst das Rückschlagventil
52, 54 und der im Raumteil 12a herrschende Druck kann durch den druckfreien Lauf
36c abblasen. Die Kraft der Federn 32, 34 gewinnt also Übergewicht und drückt den
Schlusskörper 24 in Richtung des Pfeiles 64 wieder auf Beinen Sitz 22s, während
die Membrane 10 sich in Pig. 1 nach uni.
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ten verschiebt und das im Raumteil 12a befindliche Druckmittel über
den Lauf 50 zum Austreten zwingt. Der Druckausgleich kann jedoch nur stufenweise
erfolgen, weil die Ausströmung des Druokmittels durch das Nadelventil 56 - je nach
dessen Einstellungverzögert wird. Das Mass der Verzügerung bestimmt die Zeit der
zum Schliessen nötigen Verschiebung.
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Im Laufe dieser Verschiebung nähert sich der Ringansatz 16a des Membranblockes
16 immer mehr dem Ansatz 40 des Gehäuseteiles 14a, den er gegen Ende des Hubes auch
erreicht.
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Jetzt sperrt der Ansatz 40 den mit der Schulter 16a umgrenuten Pufferraum
42 ab, so dass die im Pufferraum 42 verbliebene Luft bloss zwischen den zwei begrenzenden
Teilen in den Raumteil 12a entweichen kann. Dies wirkt im Laufe der weiteren Verschiebung
auf die Bewegung der Spindel 26 in gesteigerten Masse bremsend, so dass der Schlusskörper
24 schliesslich den Sitz 22a stossfrei erreicht.
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Gelangt in Richtung der Pfeile 46a, 46b wieder Überdruck in den Raumteil
12a, dann verschiebt sich die Meihrane 10 in Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 66 /aufwärts/
und hebt den Schlusskörper 24 gegen die Federn 32, 34 von seinem Bits 22a ab. Inzwischen
löst sich auch der Ringansatz 16a vom Ansatz 40, so dass jetzt der Pufferraum 42
aussetzt und Mit seiner
Saugwirkung keine Bremskraft in entgegengesetzter
Richtung als vcrher susiibt.
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Es war zu sehen, dass je grösser die nach oben gerichtete Verschiebung
der Spindel 26 ist, die Federn 32, 34 desto aehr zusammengedrückt werden und die
der Verschiebung entgegenwirkende Federkraft desto grösser ist, was letzten Endes
den in der Endstellung erfolgenden Aufschlag /die -sche Beanspruchung/ auf günstige
Weise verhindert. Es kann jedoch vorkommen, dass die Federn 32, 34 zerbrechen. Die
Abschaffung der dynamischen Beanspruchungen ka4n man auch für diesen Fall sichern,
wenn noch ein Pufferraum angewendet wird, der mit dem Pufferraum 42 nacheinander
alternierend und in entgegengesetzten Sinne wirkt. Ein solcher Pufferraum kann z.B.
in einer der Kolbenbremse 16a, 40 ähnlichen Ausführung zwischen dem Membranblock
16 und den Gehäuseteil 14b angeordnet werden.
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In Fig. 5 ist eine solche beispielsweise Ausführungsform ersichtlich,
wo die Spindel 26 in der Richtung des Öffnens /Pfeil 66/ durch Federkraft angetrieben
wird. Hier schliesst sich also die Druckmittel leitende Armatur 36 dem Raumteil
12b oberhalb der Membrane 10 an. Zwecks Eliminierung unzulässiger dynamischer Beanspruchungen
sind zwei Pufferräume 42a und 42b nötig, welche nacheinander alternierend und in
entgegengesetzte@ Sinne wirken, weil zwecks Sicherung der nötigen Schliesskraft
die Druckkraft des Membranmotors das Mehrfache der Rücksteilfederkraft ist, welch
letztere also zum entsprechenden Bremsen in sich wenig ist.
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Bei der Lösung gemäss Fig. 6 schliesslich wird die Spindel 26 in
der Richtung des Schliessens /Pfeil 64/ und des
Öffnens /Pfeil
66/ gleicherweise durch Membranmotor angetrieben. Diese beispielsweise Ausführungsform
unterscheidet sich von der vorherigen darin, dass an beiden Seiten der Membrane
10 je ein Membranblock 16a bzw. 16b ist und sich beiden Raum teilen 12a bzw. l2b
des Membramotors je eine Druckmittel leitende Armatur 36a bzw. 36b anschliesst.
Im Falle einer solchen Anordnung kann das in Fig. 1 ersichtliche Kugelgelenk 62
auch wegbleiben, da die Gefahr der exzentrischen Belastung der Spindel 26 in kleinerem
Masse besteht.
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In den obigen sind solche beispielsweise Ausführungsformen erörtert
worden, bei vzelchen der Pufferraum in wenigstens einem Falle innerhalb des Motorgehäuses
14a, 14b zwischen dem Membranblock 16 wid der Wand des Gehäuses 14a, 14b angeordnet
ist. Es ist jedoch leicht einzusehen, dass der Pufferraum, oder bei zwei Pufferräumen
wenigstens einer derselben auch ausserhalb des Motorgehouses 14a, 14b angeordnet
werden kann.