DE19821756C2 - Antriebseinrichtung für eine Absperrvorrichtung in einer Rohrleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Absperrvorrich­ tung in einer Rohrleitung, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmalen.

Antriebseinrichtungen dieser Art werden für Absperrvorrichtungen einge­ setzt, welche in Rohrleitungen von Anlagen vorwiegend in der Chemie- und Lebensmittelindustrie, aber auch in Bergwerken, in Zement-, Textil- oder Holzverarbeitungsanlagen Verwendung finden. Diese Absperrvor­ richtungen dienen insbesondere als Explosionsschutz. Wird in der Rohrlei­ tung eine Flamme detektiert oder eine plötzliche Druckerhöhung festge­ stellt, so wird die Absperrvorrichtung mit sehr kurzer Schliesszeit ge­ schlossen und hierdurch eine Flammenausbreitung und/oder eine Explosi­ on verhindert.

Eine Explosionsschutz-Absperrvorrichtung mit einer Antriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art ist aus der DE 30 07 689 C2 bekannt. Sie umfasst eine Kolben/Zylinder-Einheit, die über eine Leitung an einen Druckmittelbehälter angeschlossen ist. Wird dessen Ven­ til geöffnet, so werden der Kolben und mit ihm die Schieberplatte ge­ schossartig beschleunigt bzw. geschlossen. Der Druckmittelbehälter ent­ hält im Betriebszustand ein Druckmittel mit einem Druck von bis zu 40 bar. Um die beim Schliessen erzeugte Aufschlagenergie der Schieberplatte aufzufangen, schlägt ein Kupplungsglied zwischen dem Kolben und der Schieberplatte gegen ein Auflager aus plastisch verformbarem, unelasti­ schem Material auf, das sich dabei bleibend deformiert. Deshalb müssen das Auflager und der Druckbehälter nach jedem Auslösevorgang ausge­ wechselt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für eine Absperrvorrichtung zu schaffen, mittels derer die Absperrvorrichtung innerhalb einer Schliesszeit von höchstens einigen hundert Millisekunden geschlossen werden kann, ohne dass danach deformierte Teile der Ab­ sperrvorrichtung oder der Treibmittelbehälter ausgewechselt zu werden brauchen.

Diese Aufgabe ist bei einer Antriebsvorrichtung der einleitend angegebe­ nen Art erfindungsgemäss durch diese im kennnzeichenden Teil des An­ spruches 1 angegebene Merkmal gelöst.

Mit dieser Antriebseinrichtung kann die Schieberplatte einer Absperrvor­ richtung innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde geschlossen werden, so dass die erforderliche Schliesszeit für eine erfolgreiche Unterdrückung einer sich im Rohr anbahnenden Explosion, sei es durch eine Flammen­ ausbreitung oder durch eine unverhältnismässige Druckerhöhung, ausrei­ chend ist. Die Absperrvorrichtung kann dann wieder in die Offenstellung geführt werden, ohne dass an derselben Manipulationen von Hand, wie z. B. ein Auswechseln eines deformierten Dämpfungelementes oder des Druckmittelbehälters, ausgeführt werden müssen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Antriebseinrichtung sind in den Un­ ternansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Antriebseinrichtung sowie einer Absperrvorrichtung,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Absperrvorrichtung und der teilweise ge­ schnittenen Antriebseinrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 ein Schema der Ventilsteuerung der Antriebseinrichtung nach Fig. 1.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Antriebseinrichtung 20 für eine Absperrvor­ richtung 10, die in eine Rohrleitung 15 eingesetzt ist. Die an sich her­ kömmliche Absperrvorrichtung 10 wird insbesondere zum Zwecke eines Explosionsschutzes in Anlagen eingesetzt, bei denen Staubexplosionen oder dergleichen auftreten können, welche zum Beispiel durch einen Fun­ ken, durch Reibung, überhitzte Anlagevorrichtungen oder durch andere Ursachen entstehen. Mit einer solchen Absperrvorrichtung kann eine Fort­ pflanzung einer sich durch die Anlagenrohre ausbreitenden Flamme ge­ stoppt und ein Übergang in weitere Anlagenbereiche und damit eine Ex­ plosion verhindert werden.

Die in der Leitung 15 montierte und sich quer zu dieser erstreckende Ab­ sperrvorrichtung 10 hat eine in Schliessstellung veranschaulichte längsver­ schiebbare Schieberplatte 11. Letztere ist in einem zweiteiligen Gehäuse 16, 17 geführt und sie stösst unten gegen eine zwischen den Gehäuseteilen 16, 17 angeordnete Dichtung 18. Diese Schieberplatte 11 verschliesst da­ mit in der gezeigten Stellung den Rohrdurchlass 14 komplett. In der Of­ fenstellung befindet sich die Unterseite der Schieberplatte 11 oberhalb des Rohrdurchlasses 14, welcher damit entsprechend freigegeben ist.

Die Antriebseinrichtung 20 ihrerseits weist zweckmässigerweise eine Kol­ ben/Zylinder-Einheit 22, 25 auf, bei welcher der Kolben 22 mit einer Kol­ benstange 26 in dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist. Die Kolben­ stange 26 ist über ein Kupplungselement 27 an der Schieberplatte 11 der Absperrvorrichtung 10 angekoppelt, derweil der Zylinder 25 über Säulen 13 vom Gehäuse 16, 17 gehalten ist. Im Zylinder 25 ist eine obere, mit einem Druckmittelbehälter 19 über ein Ventil 30 verbundene Arbeitskam­ mer 23 vorgesehen, die unten durch die obere Kolbenfläche 22' begrenzt ist. Unterhalb des Kolbens 22 ist eine Verdrängungskammer 24 gebildet, welche zu einem Entlüftungsventil 40 mit Schalldämmung führt.

Erfindungsgemäss ist der angedeutete Druckmittelbehälter 19 mit seiner Ausgangsöffnung 19' nahezu unmittelbar bei der in die Arbeitskammer 23 führenden Öffnung 27 angeschlossen und das Ventil 30 ist dabei derart ausgebildet, dass nach dessen Öffnung eine solche Menge des Druckmit­ tels in diese Arbeitskammer 23 einströmt, dass eine Schliesszeit der mit dem Kolben 22 verbundenen Schieberplatte 11 vorzugsweise von maximal 500 Millisekunden erzielt wird. Diese Schliesszeit richtet sich nach dem spezifischen Anwendungsfall, insbesondere auch nach der Nennweite des Rohrdurchlasses, nach dem Speicherdruck und/oder dem Speichervolumen.

Die nahezu unmittelbar bei der Öffnung 27 angeordnete Ausgangsöffnung 19' ist insbesondere durch den direkten Anschluss des Behälters 19 an das Ventil 30 bewerkstelligt, wobei vorteilhaft keine Leitung bzw. kein Schlauch zwischen den Behälter 19 und dem Ventil 30 vorgesehen ist. Allenfalls könnte ein kurzes Zwischenstück montiert sein. Die Distanz vom Behälter-Innern bis in die Arbeitskammer 23 ist daher möglichst kurz, d. h. maximal ein paar Zentimeter, gehalten. Die Öffnung 27 könnte daher auch nicht wie dargestellt konzentrisch zur Zylinderachse, sondern parallel zu dieser gegen den Behälter 19 hin versetzt angeordnet sein, um diese Distanz noch kürzer zu halten.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführung mündet eine im Zylinderkopf 25' vorgesehene Öffnung 27 in die Arbeitskammer 23, wobei diese Öffnung 27 von einem Ventilteller 31 des Ventils 30 schliessbar ist. Nach diesem Ventilteller 31 ist eine Ringkammer 33 vorhanden, in der das Druckmedi­ um des Druckmittelbehälters 19 ansteht. Die im Zylinderkopf 25' ange­ ordnete Öffnung 27 ist von einem koaxial zur Zylinderachse angeordneten Ring 29 gebildet, welcher seinerseits von der Ringkammer 33 umgeben ist. Der Ventilteller 31 ist im Schliesszustand mitunter von einer Feder 37 auf diesen Ring 29 abdichtend angepresst. Dieser Ventilteller 31 ist hierbei von einer ihn umfassenden Membrane 32 gehalten, die am Aussenumfang im Zylinderkopf 25' befestigt ist. Die Membrane 32 hat mindestens ein Durchgangsloch 34, durch welches das Druckmedium von der Kammer 33 in eine Ventilkammer 36 geleitet ist und eine zusätzliche Andrückkraft der Ventilteller 31 gegen den Ring 29 bewirkt. Beim Öffnen wird der Ventil­ teller 31 bspw. elektromagnetisch vom Ring 29 abgehoben und das Druckmedium strömt von der Ringkammer 33 unterhalb des Ventiltellers in die Öffnung 27 in die Arbeitskammer 23 und bewirkt ausgehend von der Auslösung des Öffnens eine schnellstmögliche Verstellung des Kolbens 22 in die gezeigte Schliessposition. Die Verdrängungskammer 24 hat eine Auslassöffnung 28, an der das Entlüftungsventil 40 angeschlossen ist, welches ein Schalldämmelement 44 aufweist, hierdurch ein Knall durch die aus der Kammer 24 austretenden Luft weitgehend verhindert werden kann.

Fig. 3 zeigt die pneumatische Steuerung der Antriebseinrichtung 20 in schematischer Darstellung. Der Druckmittelbehälter 19 ist als handelsübli­ ches Gefäss erhältlich und er ist über eine Leitung 51 und ein Rückschlag­ ventil 52 an eine Druckluftquelle angeschlossen, welche einen Betriebs­ druck von 6 bis 10 bar liefert und üblicherweise bei industriellen Anlagen vorhanden ist. Es wird daher kein zusätzliches Pumpenaggregat benötigt. Damit ergeben sich ein weiterer Vorteil mit dieser Antriebseinrichtung nach der Erfindung, denn dieser kostengünstig hergestellte Druckmittelbe­ hälter 19 ist ohne besondere Vorkehrungen stets mit dem nötigen Luft­ druck versorgt.

Das oben ausführlich erläuterte Schliessventil 30 kann durch ein elektri­ sches Betätigungsorgan 38 von der geschlossenen Ausgangsstellung in ei­ ne Durchlassposition 30.1 verschoben werden, wodurch die Druckluft in die Arbeitskammer 23 im Zylinder 25 einströmt. Parallel dazu führt eine weitere Leitung 53 in diese Kammer 23, welche über ein betätigbares Ventil 55 und ein Rückschlagventil 56 an eine weitere Druckluftquelle mit einem kleineren Betriebsdruck von 2 bis 5 bar angeschlossen ist. In der veranschaulichten Ausgangsposition des Ventils 55 ist ferner die Leitung 53 zur Aussenluft hin geöffnet. Dieses Ventil 55 dient primär für die Funktionsüberprüfung der Absperrvorrichtung 10. Ausserdem wird es gleichzeitig eingeschaltet, wenn das Schliessventil 30 geöffnet wird.

Die Verdrängungskammer 24 der Kolben/Zylinder-Einheit ist beim Ent­ lüftungsventil 40 über eine Leitung 63 und ein betätigbares Ventil 65 ebenfalls an die niedrigere Druckluftquelle von 2 bis 5 bar angeschlossen. Diese Verbindung dient zur Verstellung des Kolbens 26 in die eingefahre­ ne Position, bei der die Schieberplatte 11 geöffnet ist. Das Schliessventil 65 ist in der Ausgangsstellung ebenso geschlossen und die Leitung 63 zur Aussenluft hin geöffnet. Nachdem dieses Ventil 65 durch elektrische Be­ tätigung geöffnet ist, wird die Druckluft durch die Leitung 63 und durch das hierdurch geöffnete Rückschlagventil 41 im Entlüftungsventil 40 in die Kammer 24 geleitet. Gleichzeitig mit dem Öffnen dieses besagten Ventils 65 kann die in der Kammer 23 befindliche Luft widerstandslos durch das Ventil 55 an die Aussenluft austreten.

Bei einer Funktionsüberprüfung der Absperrvorrichtung 10 wird das Ventil 55, nicht aber dasjenige beim Behälter 19, geöffnet und damit Druckluft von bspw. 2 bar in die Kammer 23 geleitet, wodurch sich der Kolben 22 und die Schieberplatte 11 nach unten bewegt. Durch nicht gezeigte Endla­ gen-Signalgeber kann dies dann bspw. steuerungsmässig festgestellt und ausgewertet werden. Durch das nachfolgende Schliessen dieses Ventils 55 und Öffnen des andern Ventils 65 wird der Kolben 22 und die Schieber­ platte 11 entsprechend hochgeschoben. Auf diese Weise lässt sich ein De­ fekt bei dieser Explosionsschutz-Vorrichtung präventiv überprüfen, denn in der Regel kommt diese Absperrvorrichtung eigentlich nur im Notfall zum Einsatz.

Die Erfindung ist mit dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ausrei­ chend dargetan. Als Druckmedium ist vorteilhaft Luft vorgesehen. Es könnte aber auch ein anderes Gas verwendet werden.

Claims (10)

1. Antriebseinrichtung für eine Absperrvorrichtung in einer Rohrlei­ tung, mit einer an eine längsverschiebbare Schieberplatte (11) der Absperrvorrichtung (10) anschliessbaren Kolben/Zylinder-Einheit (22, 25), deren eine Arbeitskammer (23) unter Zwischenschaltung eines Schliessventils (30) mit einem Druckmittelbehälter (19) ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (25') der Kolben/Zylinder-Einheit (22, 25) eine in die Arbeitskammer (23) mündende Öffnung (27) hat, welche mittels des Schliessventils (30) schliessbar und über letzteres direkt mit einer Ausgangsöffnung (19') des Druckmittelbehälters (19) verbindbar ist, daß an die Öff­ nung (27) eine Kammer (33) angrenzt, in der das Druckmedium des Druckmittelbehälters (19) ansteht.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessventil (30) einen Ventilteller (31) zum Verschliessen der Öffnung (27) aufweist, und dass die das Druckmedium des Druckmittelbehälters (19) beinhaltende Kammer als Ringkammer (33) ausgebildet ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zylinderkopf (25') angeordnete Öffnung (27) von einem Ring (29) gebildet ist, welcher seinerseits von der Ringkammer (33) umgeben ist, in die das Druckmedium von der Ausgangsöffnung (19') des Behälters (19) geführt ist, von welcher beim Hochheben des Ventiltellers (31) das Medi­ um durch die Öffnung (27) in die Kammer (23) strömt.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, dass der Ventilteller (31) von einer diesen umfassenden Membrane (32) gehalten ist, welche an ihrem Aussenumfang im Zylinderkopf (25') befestigt ist und zusammen mit dem Ventilteller (31) eine Ventilkammer (36) bildet, wobei das Druckmedium von der Ringkammer (33) durch ein in der Membrane (32) vorgesehenes Durchgangsloch (34) in diese Ventil­ kammer (36) fliesst und im geschlossenen Zustand des Ventiltellers eine Kraft in Schliessrichtung ausübt.

5. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die im Zylinder (25) auf der Unterseite des Kolbens (22) gebildete Verdrängungskammer (24) eine Auslassöffnung (28) hat, die mit einem Entlüftungsventil (40) verbunden ist, welches ein Schalldämmelement (44) aufweist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass eine separate Ventilsteuerung für die präventi­ ve Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Absperrorganes (10) vorge­ sehen ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kammern (23, 24) in der Kolben/Zylinder-Einheit (22, 25) über jeweils eine Leitung (53, 63) und je ein betätigbares Ventil (55, 65) an eine Druckmittelquelle mit einem Druck von 2 bis 5 bar angeschlossen sind, wobei durch Öffnen jeweils eines Ventils (55, 65) ein Schliessen bzw. ein Öffnen der mit dem Kolben verbundenen Schieberplatte (11) be­ wirkt wird.

8. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die nahezu unmittelbare Anordnung der Aus­ gangsöffnung (19') des Behälters (19) bei der Öffnung (27) des Ventils (30) durch den direkten Anschluss des Behälters (19) an das Ventil (30) bewerkstelligt ist.

9. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Druckmittelbehälter (19) im Betriebszu­ stand mit einem bei industriellen Anlagen vorhandenen Druck zwischen 5 und 10 bar versorgt ist.

10. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Druckmittelbehälter (19) aus einem han­ delsüblichen Gefäss besteht.