DE19723624A1

DE19723624A1 - Vorrichtung zum Betätigen eines Ventils

Info

Publication number: DE19723624A1
Application number: DE1997123624
Authority: DE
Inventors: Daniel R Malwitz
Original assignee: Moog Inc
Current assignee: Moog Inc
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1998-02-05
Also published as: GB2315114A; JPH10115384A; GB9708619D0

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Betätigen eines Ventils. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Betätigen eines Ventils, welche eine Doppelfederkonstruktion aufweist.

In der Prozeßsteuerindustrie sind verschiedene Stellantriebe bekannt, die dazu dienen, einem Ventil eine Linearverschiebung zu erteilen. In Ventilstellantrieben ist es oft wünschenswert, den Stellantrieb in einer Richtung vorzuspannen, um eine Ausfallsicherungsposition vorzu sehen, so daß im Fall eines Stromausfalls das Ventil automatisch entweder zu der offenen oder zu der geschlossenen Position zurückkehrt. Typisch wird diese Vorspannkraft bewirkt unter Verwendung einer oder mehrerer Federn, die in dem Stellantrieb angebracht sind und dafür vorgesehen sind, eine Kraft auf den Ventilschaft auszuüben. In der Vergangenheit, wenn zwei Federn verwendet wurden, wurden diese Federn auf eine von zwei Arten ange ordnet. In einem Stellantrieb eines Typs wurden die Federn so ineinandergeschachtelt, daß eine Feder von kleinerem Durchmesser koaxial zu einer Feder von größerem Durchmesser war und beide Federn zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Ventil montiert waren. In dem Stellantrieb des zweiten Typs waren die Federn auch koaxial, aber sie waren über dem Hydraulikzylinder angeordnet. Beide Konstruktionen weisen unerwünschte Merkmale auf Wenn die Federn den Ventilschaft umgeben, ist die Zugänglichkeit zu den Bauteilen des Stellantriebes beschränkt. Die Gesamtlänge des Stellantriebes dieses Typs macht es schwie rig, den Stellantrieb in kleinen Räumen zu installieren.

Ein weiteres Problem bei Stellantrieben der Vergangenheit besteht darin, daß die Ventilöff nungskraft und die Ventilschließkraft entlang dem gleichen Weg übertragen werden. Dies kann zu einem unerwünschten Zustand rühren, der als toter Gang bekannt ist.

Daher wird ein Stellantrieb benötigt, welcher unter anderem die vorerwähnten Mängel der bisherigen Vorrichtungen überwindet.

Daher ist es wünschenswert, einen Ventilstellantrieb zu schaffen, welcher doppelte Federn aufweist, die nicht koaxial zueinander oder zu dem Ventilschaft sind. Eine solche Konstruk tion sorgt für einen kompakten Stellantrieb. Es ist auch wünschenswert, die Ventilöffnungs kraft und die Ventilschließkraft entlang getrennter Wege fortschreiten zu lassen. Dies elimi niert Spiel in dem Stellantrieb.

Diese und weitere Ziele werden gemäß dem Stellantrieb der Erfindung erreicht. Der Stel lantrieb umfaßt einen Hydraulikzylinder und eine an einem Gehäuse montierte Stange. Der Hydraulikzylinder und die Stange sind funktionell mit dem Ventilschaft derart verbunden, daß die Bewegung der Stange zu dem Zylinder hin auf den Ventilschaft übertragen wird. In dem Gehäuse sind eine Endplatte an der Oberseite des Gehäuses und eine Führungsplatte an dem Boden des Gehäuses befestigt. Die Führungsplatte ist dafür vorgesehen, eine Verschie bung der Führungsplatte auf den Ventilschaft zu übertragen. Vorzugsweise sind zwei Füh rungsstangen zwischen der Endplatte und der Führungsplatte derart angeordnet, daß die Führungsplatte sich entlang den Führungsstangen in der Richtung der Endplatte bewegen kann. Jede Führungsstange ist von einer Feder umgeben. Ein Ende jeder Feder stößt an die Endplatte an, und das andere Ende jeder Feder stößt an die Führungsplatte an, so daß die Führungsplatte von der Endplatte weg vorgespannt wird.

In einer Ausführungsform wird die Bewegung der Stange auf den Ventilschaft übertragen über eine Klemme, eine Ausrichtungskupplung und ein Anschlußstück. Die Klemme ist da für vorgesehen, eine Kraft auf die Ausrichtungskupplung auszuüben. Die Ausrichtungs kupplung ist dafür vorgesehen, eine Kraft auf das Anschlußstück auszuüben, und das An schlußstück ist dafür vorgesehen, eine Kraft auf den Ventilschaft auszuüben, so daß die Bewegung der Stange eine Bewegung des Ventilschaftes bewirkt, wenn die Stange sich zu dem Zylinder hin bewegt. Die Bewegung der Stange wird auf den Ventilschaft nur dann übertragen, wenn die Stange sich in der Richtung zu dem Zylinder hin bewegt. Von einem Fachmann ist zu erkennen, daß die besondere Konfiguration der Bauteile, welche die Stange mit dem Ventilschaft verbinden, nicht bedeutend ist und verschiedene andere Kombinatio nen und Konfigurationen von Bauteilen erhältlich sind. Es ist nur wichtig, daß sich der Ventilschaft in Reaktion auf die Aufwärtsbewegung der Stange bewegt.

In der entgegengesetzten Richtung wird die Bewegung der Führungsplatte auf den Ventil schaft übertragen über eine C-förmige Unterlegscheibe und eine Mutter, die mit dem Ventil schaft verbunden sind. Die Mutter ist dafür vorgesehen, die Unterlegscheibe mit der Füh rungsplatte in Kontakt zu halten, so daß die Bewegung der Führungsplatte auf die Unterleg scheibe übertragen wird. Diese Bewegung der Unterlegscheibe bewirkt, daß sich der Ventil schaft in Reaktion auf die Bewegung der Führungsplatte bewegt. Die Bewegung der Füh rungsplatte wird auf den Ventilschaft nur übertragen, wenn die Führungsplatte sich in der Richtung von der Endplatte weg bewegt. Wieder ist von dem Fachmann zu erkennen, daß die besondere Konfiguration der Bauteile, welche bewirken, daß der Ventilschaft sich in Reaktion auf die Bewegung der Führungsplatte bewegt, nicht bedeutend ist und verschiede ne andere Kombinationen von Konfigurationen und Bauteilen erhältlich sind. Es ist nur wichtig, daß der Ventilschaft sich in Reaktion auf die Abwärtsbewegung der Führungsplatte bewegt.

Die Bewegung der Führungsplatte wird also auf den Ventilschaft übertragen entlang einem Weg, der unabhängig ist von dem Weg, entlang welchem die Bewegung der Stange auf den Ventilschaft übertragen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei spiels im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Stellantriebes der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Stellantriebes der Erfindung von vorn; und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Stellantriebes der Erfindung, bei der ein Teil des Gehäuses abgeschnitten ist.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen den Stellantrieb 10 der Erfindung. Der Stellantrieb 10 weist einen Hydraulikzylinder 14 auf, ferner eine Endplatte 20, eine Verbindungsplatte 30 und zwei Führungsstangen 50 und 52 zwischen der Endplatte 20 und der Verbindungsplatte 30. Die Führungsstangen 50 und 52 sind von jeweiligen Federn 60 und 62 umgeben.

Mehr im einzelnen, und wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Stellantrieb 10 eingeschlossen in zwei Abdeckungen 12, die ein Gehäuse 13 bilden. An der Endplatte 20 ist ein einzelner wirken der Hydraulikzylinder 14 montiert. Der Hydraulikzylinder 14 weist eine Stange 16 auf, wel che in das Gehäuse 13 eintritt durch die Endplatte 20, die die Oberseite der Abdeckungen 12 bildet. Die Stange 16 ist mit einer Spreizklemme 22 verbunden.

Die Spreizklemme 22 ist mit einer Ausrichtungskupplung 24 verbunden. Das entgegenge setzte Ende der Ausrichtungskupplung 24 ist mit einem Anschlußstück 26 verbunden. Das Anschlußstück 26 verbindet die Ausrichtungskupplung 24 und den Ventilschaft 28. Die Ausrichtungskupplung 24 berücksichtigt eine Fehlausrichtung zwischen der Stange 16 und dem Ventilschaft 28. Der Ventilschaft 28 ragt durch eine Führungsplatte 32 hindurch, die den Boden des Gehäuses 13 bildet. Der Ventilschaft 28 ragt auch durch die Verbindungs platte 30 durch, welche die Anschlußstelle zwischen dem Stellantrieb 10 und dem Ventil körper 80 bildet. Eine Mutter 34 ist über die C-förmige Unterlegscheibe 36 an dem An schlußstück 26 angezogen, um sicherzustellen, daß der Ventilschaft 28 sicher an dem An schlußstück 26 befestigt ist. Vorzugsweise ist ein kleines radiales und axiales Spiel vorgese hen zwischen der Unterlegscheibe 36, dem Anschlußstück 26 und der Führungsplatte 32, so daß der Ventilschaft 28 sich selbst zentrieren kann.

Die Führungsstangen 50 und 52 sind an einem Ende an die Verbindungsplatte 30 und an dem anderen Ende an die Endplatte 20 angefügt. Die Führungsplatte 32 weist Führungszy linder 38 und 40 auf, welche die entsprechenden Führungsstangen 50 bzw. 52 umgeben. Der Führungszylinder 38 weist ein Paar Lager 42 auf. Ähnlich weist der Führungszylinder 40 ein Paar Lager 44 auf. Die Lager 42 und 44 lassen zu, daß sich die Führungsplatte 32 bezüglich der Führungsstangen 50 und 52 verschiebt.

Jeweilige Federn 60 und 62 umgeben die Führungsstangen 50 und 52. Die Feder 60 weist ein erstes Ende 58 und ein zweites Ende 59 auf. Das erste Ende 58 der Feder 60 stößt an eine Unterlage 54 in der Endplatte 20 an. Das zweite Ende 59 der Feder 60 stößt an eine Unterlage 55 in der Führungsplatte 32 an. Ähnlich weist die Feder 62 ein erstes Ende 63 und ein zweites Ende 64 auf das erste Ende 63 stößt an eine Unterlage 56 in der Endplatte 20 an. Das zweite Ende 64 stößt an eine Unterlage 57 in der Führungsplatte 32 an. Wenn die Führungsplatte 32 sich zu der Endplatte 20 hin bewegt, werden daher die Federn 60 und 62 zwischen der Führungsplatte 32 und der Endplatte 20 zusammengedrückt. Da die Federn 60 und 62 nicht die Spreizklemme 22, die Ausrichtungskupplung 24 und das Anschlußstück 26 umgeben, kann auf diese Bauteile zugegriffen werden oder sie können aus dem Stellan trieb 10 entfernt werden. Die Endplatte 20 und die Führungsplatte 32 bestehen aus Alumi nium. Die Stahlunterlagen oder Federsitze 54, 55, 56 und 57 schützen das Aluminium vor den Stahlfedern.

Eine Schlitzmanschette 70 ist auf die Stange 16 aufgeschraubt in einem vorgewählten Ab stand von dem Ende 97 des Zylinders 14. Wenn die Stange 16 zu dem Zylinder 14 hin ge zogen wird, wirkt die Schlitzmanschette 70 als offener Anschlag, um die Verschiebung der Stange 16 über eine vorgewählte Strecke hinaus zu verhindern. Die Position der Schlitz manschette 70 kann justiert werden, um mehr oder weniger Verschiebung der Stange 16 zuzulassen.

Der Ventilkörper 80 enthält ein Ventil (nicht gezeigt) auf eine Weise, wie in der Technik allgemein bekannt. Der Ventilsitz (nicht gezeigt) verhindert eine Verschiebung der Stange 16 über den Punkt hinaus, bei dem das Ventil geschlossen worden ist. Der Ventilkörper 80 ist durch eine Ventildichtung 82 auf bekannte Weise abgedichtet. Der Ventildichtungs flansch 84 ist in zwei Stücke 86 und 88 aufgespalten und wird durch zwei Schrauben 90 zusammengehalten. Die Unterlegscheibe 36 und der Ventildichtungsflansch 84 können mit dem noch an das Ventil angefügten Stellantrieb entfernt werden, was einen raschen Aus tausch der Ventildichtung zuläßt.

Ein Positionsgeber 92 ist mit einem Zylinder 94 versehen, der an die Endplatte 20 und einen an der Führungsplatte 32 angebrachten Stab 96 angefügt ist. Wenn sich die Führungsplatte 32 verschiebt, bewegt sich der Stab 96 innerhalb des Zylinders 94. Der Positionsgeber sen det ein Signal zu einer Anzeige (nicht gezeigt), so daß die Position der Führungsplatte 32 bezüglich der Endplatte 20 festgestellt werden kann. Der Positionsgeber kann irgendeiner von mehreren im Handel erhältlichen Meßwertgebern sein.

Bei Betrieb wird der Hydraulikzylinder 14 auf bekannte Weise mit Hydraulikfluid von einer Quelle (nicht gezeigt) beschickt. Das bewirkt, daß sich die Stange 16 zu dem Hydraulikzy linder 14 hin bewegt. Wenn sich die Stange 16 bewegt, zieht sie an der Spreizklemme 22.

Die Spreizklemme 22 zieht an der Ausrichtungskupplung 24, die ihrerseits an dem An schlußstück 26 zieht. Das Anschlußstück 26 zieht an dem Ventilschaft 28. Die Bewegung des Ventilschaftes 28 zu dem Hydraulikzylinder 14 hin bewirkt, daß sich das Ventil öffnet. Wenn dies geschieht, werden die Federn 60 und 62 zwischen der Endplatte 20 und der Füh rungsplatte 32 zusammengedrückt.

Wenn der Hydraulikdruck in dem Hydraulikzylinder 14 vermindert wird, üben die Federn 60 und 62 eine nach unten gerichtete Kraft auf die Führungsplatte 32 aus. Diese Abwärtskraft wird auf die Unterlegscheibe 36 und die Mutter 34 übertragen, was bewirkt, daß sich der Ventilschaft 28 nach unten bewegt, womit er das Ventil schließt. Daher stellen die Federn 60 und 62 sicher, daß das Ventil geschlossen wird, wenn eine ausreichende Öffnungskraft nicht vorhanden ist, was für eine Ausfallsicherung in dem Ventil sorgt.

Wie ein Fachmann einsieht, werden die Öffnungskraft und die Schließkraft auf den Ventil schaft über zwei vollständig getrennte Wege übertragen. Die Öffnungskraft wird von der Stange 16 auf die Spreizklemme 22 auf die Ausrichtungskupplung 24 auf den Ventilschaft 28 übertragen. Die Schließkraft wird von den Federn 60 und 62 auf die Führungsplatte 32 auf die Unterlegscheibe 36 und die Mutter 34 auf den Ventilschaft 28 übertragen. Da die Öffnungs- und Schließkräfte auf getrennten Wegen auf den Ventilschaft 28 übertragen wer den, wird ein toter Gang eliminiert.

Obzwar die Erfindung im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die genaue Ausführungsform be schränkt ist. In Anbetracht der Offenbarung, welche die beste Art zum Ausüben der Erfin dung beschreibt, bieten sich dem Fachmann viele Modifikationen und Variationen an, ohne von dem Rahmen und Gedanken der Erfindung abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen definiert sind.

Claims

1. Stellantrieb zum Übertragen einer Bewegung auf einen Ventilschaft eines Ventils, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (13),
einen Hydraulikzylinder (14) und eine mit dem Gehäuse (13) verbundene Stange (16),
einen Ventilschaft (28),
eine Einrichtung zum Übertragen einer Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28),
eine Endplatte (20) in dem Gehäuse (13),
eine Führungsplatte (32) in dem Gehäuse (13),
eine Verbindungsplatte (30),
eine erste und eine zweite Führungsstange (50, 52), die zwischen der Endplatte (20) und der Verbindungsplatte (30) derart angeordnet sind, daß die Führungsplatte (32) sich entlang den Führungsstangen (50, 52) zu der Endplatte (20) hin und von ihr weg bewegen kann,
eine erste Feder (60) mit einem ersten Ende (58) und einem zweiten Ende (59), wobei die erste Feder (60) die erste Führungsstange (50) umgibt, wobei das erste Ende (58) der ersten Feder (60) in Kontakt mit der Endplatte (20) steht und das zweite Ende (59) der ersten Fe der (60) in Kontakt mit der Führungsplatte (32) steht, so daß die Führungsplatte (32) von der Endplatte (20) weg vorgespannt wird,
eine zweite Feder (62) mit einem ersten Ende (63) und einem zweiten Ende (64), wobei die zweite Feder (62) die zweite Führungsstange (52) umgibt, wobei das erste Ende (63) der zweiten Feder (62) in Kontakt mit der Endplatte (20) steht und das zweite Ende (64) der zweiten Feder (62) in Kontakt mit der Führungsplatte (32) steht, so daß die Führungs platte (32) von der Endplatte (20) weg vorgespannt wird, wobei die erste und die zweite Feder (60, 62) sich auf verschiedenen Achsen befinden, und
eine Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) auf den Ventil schaft (28).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28) und die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) auf den Ventilschaft (28) unabhän gige Wege umfassen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28) die Bewegung nur überträgt, wenn die Stange (16) sich in der Richtung zu dem Zylinder (14) hin bewegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) die Bewegung nur überträgt, wenn die Führungsplatte (32) sich in der Richtung von der Endplatte (20) weg bewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28) eine Klemme (22), eine Ausrichtungskupplung (24) und ein Anschlußstuck (26) umfaßt, wobei die Stange (16) da für vorgesehen ist, eine Kraft auf die Klemme (22) auszuüben, die Klemme (22) dafür vor gesehen ist, eine Kraft auf die Ausrichtungskupplung (24) auszuüben, die Ausrichtungs kupplung (24) dafür vorgesehen ist, eine Kraft auf das Anschlußstück (26) auszuüben, und das Anschlußstück (26) dafür vorgesehen ist, eine Kraft auf den Ventilschaft (28) auszu üben, so daß die Bewegung der Stange (16) eine Bewegung des Ventilschaftes (28) bewirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) auf den Ventilschaft (28) eine C-förmige Unterlegscheibe (36) und eine mit dem Ventilschaft (28) verbundene Mutter (34) umfaßt, wobei die Mutter (34) dafür vorgesehen ist, die Unterlegscheibe (36) in Kontakt mit der Führungsplatte (32) zu halten, so daß die Bewegung der Führungsplatte (32) auf die Un terlegscheibe (36) übertragen wird, was bewirkt, daß sich der Ventilschaft (28) in Reaktion auf die Bewegung der Führungsplatte (32) bewegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Positionsgeber (92), der zwischen der Endplatte (20) und der Führungsplatte (32) angebracht ist und dafür vorgese hen ist, Information betreffend die Position der Führungsplatte (32) zu liefern.

8. Stellantrieb zum Übertragen einer Bewegung auf einen Ventilschaft eines Ventils, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (13),
einen Hydraulikzylinder (14) und eine mit dem Gehäuse (13) verbundene Stange (16),
einen Ventilschaft (28),
eine Einrichtung zum Übertragen einer Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28),
eine Endplatte (20) in dem Gehäuse (13),
eine Führungsplatte (32) in dem Gehäuse (13),
eine Verbindungsplatte (30),
eine Führungsstange (50, 52), die zwischen der Endplatte (20) und der Verbindungsplatte (30) derart angeordnet ist, daß die Führungsplatte (32) sich entlang den Führungsstange (50, 52) zu der Endplatte (20) hin und von ihr weg bewegen kann,
eine Feder (60, 62) mit einem ersten Ende (58, 63) und einem zweiten Ende (59, 64), wo bei die Feder (60, 62) die Führungsstange (50, 52) umgibt, wobei das erste Ende (58, 63) der Feder (60, 62) in Kontakt mit der Endplatte (20) steht und das zweite Ende (59, 64) der Fe der (60, 62) in Kontakt mit der Führungsplatte (32) steht, so daß die Führungsplatte (32) von der Endplatte (20) weg vorgespannt wird, und
eine Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) auf den Ventil schaft (28), wobei die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28) und die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) auf den Ventilschaft (28) unabhängige Wege umfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28) die Bewegung nur überträgt, wenn die Stange (16) sich in der Richtung zu dem Zylinder (14) hin bewegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) die Bewegung nur überträgt, wenn die Führungsplatte (32) sich in der Richtung von der Endplatte (20) weg bewegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Stange (16) auf den Ventilschaft (28) eine Klemme (22), eine Ausrichtungskupplung (24) und ein Anschlußstuck (26) umfaßt, wobei die Stange (16) da für vorgesehen ist, eine Kraft auf die Klemme (22) auszuüben, die Klemme (22) dafür vor gesehen ist, eine Kraft auf die Ausrichtungskupplung (24) auszuüben, die Ausrichtungs kupplung (24) dafür vorgesehen ist, eine Kraft auf das Anschlußstück (26) auszuüben, und das Anschlußstück (26) dafür vorgesehen ist, eine Kraft auf den Ventilschaft (28) auszu üben, so daß die Bewegung der Stange (16) eine Bewegung des Ventilschaftes (28) bewirkt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen der Bewegung der Führungsplatte (32) auf den Ventilschaft (28) eine C-förmige Unterlegscheibe (36) und eine mit dem Ventilschaft (28) verbundene Mutter (34) umfaßt, wobei die Mutter (34) dafür vorgesehen ist, die Unterlegscheibe (36) in Kontakt mit der Führungsplatte (32) zu halten, so daß die Bewegung der Führungsplatte (32) auf die Un terlegscheibe (36) übertragen wird, was bewirkt, daß sich der Ventilschaft (28) in Reaktion auf die Bewegung der Führungsplatte (32) bewegt.