DE19841631C2 - Pneumatischer Linearantrieb für kryogene Steuerventile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb für ein Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger pneumatischer Linearantrieb ist aus der Patentschrift DE 43 23 846 C1 bekannt. Dieser offenbart einen Linearantrieb mit einer Kolben-Zylin­ dereinheit, einer den Kolben in Richtung einer Endlage belastenden Feder und einer in je eine Ausnehmung der Kolbenstange einrastbaren Verriegelungsku­ lisse. Zur Betätigung der Verriegelungskulisse sind zwei getrennte be- und entlüftbare Druckräume vorgesehen. Um das Ventil zu öffnen, wird ein Druck­ raum mit Druck beaufschlagt, um die Verriegelungskulisse aus ihrer, die Kol­ benstange verriegelnden Position heraus zu bewegen. Sobald die Verriege­ lungskulisse die Kolbenstange freigegeben hat, drücken Federn die Kolben­ stange und somit den Ventilkegel in seine geschlossene Stellung. Beim Ver­ schieben der Kolbenstange bleibt die entsprechende Fläche der Verriege­ lungskulisse in Kontakt mit einer an dieser anliegenden Fläche der Kolben­ stange, so daß während der Bewegung der Kolbenstange die Verriegelungs­ kulisse an dieser schleift. Durch kleine Verschmutzungen ergeben sich da­ durch Beschädigungen an der Kolbenstange, die auf Dauer den Betriebszu­ stand des Ventils verschlechtern. Diese Schädigung durch Reibung ist bei dem Gegenstand der DE 42 23 846 C1 nicht zu vermeiden, da die entspre­ chende Buchse des gegeneinander verschieblichen Buchsenpaares nur da­ durch von der zugehörigen Buchse gegen den Druck einer Feder wegbewegt werden kann, wenn die Kulissenvorrichtung an einer Seite an der Kolben­ stange anliegt. Bei einer weiteren Verschiebung der Kolbenstange kann die Verriegelungskulisse dann in eine entsprechende Ausnehmung der Kolbenstange einrasten, um eine passive Endlage bei Druckbeaufschlagung eines der beiden Druckräume zu gewährleisten.

Die US 5,181,450 A offenbart eine pneumatische Antriebsvorrichtung mit einen in einer zylindrischen Kammer mittels eines Ventils beweglichen Kolben. Das Ventil ist in einem Raum oberhalb der zylindrischen Kammer axial beweglich und in einer Bewegungsrichtung durch eine Druckfeder vorgespannt. Da mit­ tels Druckleitungen die entsprechende Seite des Hohlraums in einen relativen Unterdruck gebracht wird, bewegt sich der Kolben entgegen die Kraft der Fe­ der in eine offene Stellung, bei der ein Zufluß atmosphärischer Luft in die zy­ lindrische Kammer verhindert wird und Druckluft zur Betätigung des Kolbens in die zylindrische Kammer zugeführt werden kann. Das Zurückfahren des Kolbens in seine Ausgangsstellung wird durch die Bewegung des Ventils mit­ tels der Druckfeder in dessen zweite Position sowie durch Zuleitung von Druckluft mittels Öffnungen an der zylindrischen Kammer bewirkt, an denen der Kolben bei seiner Betätigung vorbeigefahren ist, also von dem bei der Be­ tätigung druckseitigen Bereich zu dem unterdruckseitigen Bereich des Kol­ bens in der zylindrischen Kammer. Der zuvor unterdruckseitige Bereich wird dann zum Bereich mit höherem Druck, so daß der Kolben zurückgestellt wer­ den kann, wobei die verdrängte Luft durch das Ventil und einen Auslaß ent­ weicht.

Die DE 42 21 230 C1 offenbart einen Linearantrieb für ein Steuerventil mit einer einseitig axial vorgespannten Kolbenstange mit einem Kolben und eher quer zur Kolbenstange verlaufenden Verriegelungskulisse. Die Kammern, in denen die Verriegelungskulisse verläuft, können von insgesamt zwei entge­ gengesetzten Kanälen mitbedrückt und entlüftet werden, um die Verriege­ lungskulisse in jeder Endstellung der Kolbenstange in eine entsprechende Verriegelungsnut einzuführen. Durch Bedrücken der entsprechenden Kammer wird die Kulisse mit ihrem eingerasteten Teil aus der entsprechenden Verriegelungsnut herausgefahren, bis der diesem zuvor eingerasteten Teil gegen­ überliegende Teil der Verriegelungskulisse zur Anlage mit der Kolbenstange kommt. In diesem Zustand wird die Kolbenstange in die nächste Endstellung verfahren. Auch bei dem Gegenstand der DE 42 21 230 C1 ergibt sich der Nachteil, daß beim Verfahren der Kolbenstange die Verriegelungskulisse in Kontakt mit derselben ist, wodurch die Kolbenstange auf Dauer beschädigt und die Arbeitsweise des Ventils beeinträchtigt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Linearantrieb für ein Steuerventil zu schaffen, bei der die Kolbenstange des Steuerkolbens ohne Berührung mit der zugeordneten Verriegelungseinrichtung zum Öffnen und Schließen des Steuerventils beweg wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Alternative Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Fig. 1-3 beschrieben. Diese zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Ventils mit dem Linearantrieb und dem Verriegelungsmechanismus, wobei sich der Ventilkörper des Ventiles in der geschlossenen und nicht verriegelten Stellung befindet,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Ventils mit dem Linearantrieb, wobei sich der Ventilkörper in der offenen und verriegelten Stellung befindet, und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Linearantriebs mit dem Verriegelungsmechanismus in der verriegelten oder eingerasteten Stellung.

Das Ventil 1 umfaßt einen Linearantrieb 2 mit einem Verriegelungsmechanismus 3. In dem Ventil 1 ist ein Ventilkörper 4 angeordnet, der von einer offenen (Fig. 2) in eine geschlossene Stellung (Fig. 1) und umgekehrt geschoben werden kann. Das Ventil 1 ist zwischen einen Treibstoff-Tank und einem Raketen-Motor gelegen und kann an diese direkt oder über eine entsprechende Treibstoffleitung angeschlossen sein. In der Darstellung der Fig. 1 bis 3 ist der Treibstoff-Tank aus Sicht des Betrachters in einer, zunächst zur linken Seite und der Raketen-Motor in einer, zunächst zur rechten Seite führenden Richtung gelegen.

Das Ventil 1 umfaßt ein Ventil-Gehäuse 10 mit einem Zentral-Gehäuse 11, dessen die Verschieblichkeit des Ventilkörpers 4 gewährleistenden Strukturteile im wesentlichen rotationssymetrisch gestaltet sind, Anschlußstücke 15, 19 und ein Steuergehäuse 5. Das Ventil-Gehäuse kann von einer Isolationsschicht 5a umgeben sein. Über Verbindungselemente 12, die gleichmäßig über den Umfang eines Flansches 13 des Zentral-Gehäuses 11 angeordnet sind, ist der auf der Seite des Treibstoff-Tanks des rotationssymetrisches Anschlußstück 15 angebracht. Ebenso ist über Verbindungselemente 17, die gleichmäßig über den Umfang eines entsprechenden Flansches 18 des Ventil-Gehäuses 11 verteilt sind, auf der Seite des Raketen-Motors das Anschlußstück 19 angebracht. Die Anschlußstücke 15, 19 dienen zum Anschluß an eine Treibstoff-Leitung oder auch zum direkten Anschluß des Ventils 1 an den Treibstoff-Tank bzw. den Raketen-Motor.

Die Anschlußstücke 15, 19 sind rotationssymetrisch gestaltet und konzentrisch zueinander angeordnet. Deren Längsachse ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Die Längsachse 20 ist gleichzeitig die Längsachse und Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 4. Das Zentral-Gehäuse 11 weist eine Bohrung 21 mit einer Längsachse 22 auf, die senkrecht zur Längsachse 20 des Ventilkörpers 4 verläuft. In der Bohrung 21 ist längsverschieblich eine Klinkenstange 23 angeordnet.

Der Ventilkörper 4 umfaßt auf der in Strömungsrichtung zum Raketen-Motor gelegenen Seite einen Dichtkegel 25 mit einem vorderen Ende 26. Von dem Dichtkegel 25 aus erstreckt sich in Richtung zum Treibstoff-Tank ein zylindrischer Teil 27 mit zwei Langlöchern 28, 29. Die Langlöcher 28, 29 erstrecken sich in Richtung der Längsachse 20 und liegen sich diametral gegenüber. In Umfangsrichtung des rotationssymetrisch ausgebildeten Ventilkörpers 4 sind die Langlöcher 28, 29 derart gelegen, daß durch sie das Zentral-Gehäuse 11 hindurch ragt. Die Langlöcher 28, 29 gewährleisten die Längsverschieblichkeit des Ventilkörpers 4 innerhalb des Ventil-Gehäuses 10, während gleichzeitig das Zentral-Gehäuse 11 mit dem Verriegelungs- Mechanismus 3 zum Teil durch den Ventilkörper 4 hindurchragt. An dem freien Ende des zylindrischen Teils 27, d. h. an dem dem Treibstoff-Tank zugewandtem Ende des Ventilkörpers 4, ist über Verbindungselemente 29a, 29b eine Haltevorrichtung 29 angebracht. Diese ist ebenso im wesentlichen rotationssymetrisch zur Längsachse 20 ausgebildet. An deren Zentrum ist über Verbindungselemente 31 eine Kolbenstange 33 mit einem Kolben 34 befestigt. Die Haltevorrichtung 29 ist im wesentlichen kegelförmig mit einem runden Endstück ausgebildet, wobei sich ihre vom Treibstoff-Tank aus gesehen konvexe Konturlinie zum Treibstoff-Tank hin erstreckt. Die Kolbenstange 33, die als Längsachse die Längsachse 20 hat, erstreckt sich von dem tankseitigen Ende der Haltevorrichtung 29 im Inneren derselben bzw. des Ventilkörpers 4 in Richtung zum Raketen-Motor.

Das Zentral-Gehäuse 11 umfaßt einen äußeren zylindrischen Teil 41 mit den Flanschen 13, 18 und einen inneren rohrförmigen Teil 42. Der äußere Teil 41 verläuft in Umfangsrichtung um den Ventilkörper 4 herum und erstreckt sich in Richtung der Längsachse 20. Dabei bildet er in diesem Bereich den Strömungsquerschnitt 43 aus, der von der von dem äußeren Teil 41 umgrenzten Fläche abzüglich der von dem Ventilkörper 4 abgedeckten Fläche gebildet wird. Der innere Teil 42 des Zentral-Gehäuses 11 verläuft senkrecht zur Längsachse 20 und weist eine rohrförmige Gestalt mit abschnittsweise veränderlichem Außendurchmesser auf. Der innere Teil 42 verläuft durch einen Umfangsbereich des äußeren Teils 41 hindurch bis zu dem diametral gegenüberliegenden Umfangsbereich des äußeren Teils 41 quer durch diesen hindurch.

Von dem inneren Teil 42 ragt in Richtung zum Raketen-Motor ein Kolbengehäuse 45 mit der Längsachse 20 weg. Dieses ist zur Seite des Motors hin geschlossen und zur Bohrung 21 hin offen gestaltet. Weiterhin weist der innere Teil 42 des Zentral-Gehäuses 11 eine Bohrung 47 mit der Längsachse 20 auf, die die Bohrung 21 zur Haltevorrichtung 29 bzw. zur Kolbenstange 23 hin öffnet. Dadurch ist es möglich, daß die Kolbenstange 33 von der Tankseite her den inneren Teil 42 durchragt und sich zum Teil - je nach der Stellung des Ventilkörpers 4 relativ zum Zentral-Gehäuse 11 und damit zum Kolbengehäuse 45 - in das Kolbengehäuse 45 hinein erstreckt.

Mit Verbindungselementen 51, die von der Längsachse 20 aus gesehen axial innerhalb des zylindrischen Teils 27 des Ventilkörpers 4 gelegen sind, ist an dem inneren Teil 41 des Zentral-Gehäuses 11 ein Kammergehäuse 52 befestigt. Im Bereich der Verbindungselemente 51 bzw. des Kammergehäuses 52 ist der innere Teil 42 des Zentral-Gehäuses 11 daher zylindrisch oder rotationssymetrisch zur Längsachse 20 ausgebildet, um eine Ankopplung des ebenfalls zylindrisch und rotationssymetrisch zur Längsachse 20 ausgebildeten Kammergehäuses 52 zu bewerkstelligen. Das Kammergehäuse 52 weist an seinem dem Tank zugewandten Ende eine Bohrung 53 und eine Ausnehmung 54 auf, wobei sich die Ausnehmung 54 sich zur Seite des Tanks hin öffnet. Die an der Haltevorrichtung 29 des Ventilkörpers 4 angebrachte Kolbenstange 33 weist einen ersten Teil 55 und einen zweiten Teil 56 auf. In dem Übergang vom ersten Teil 33, der tankseitig gelegen ist, zum zweiten Teil 56, der motorseitig gelegen ist, befindet sich der Kolben 34, der achsial von der Kolbenstange 33 wegragt. Die Bohrung 53 des Kammergehäuses 52 ist so gemessen, daß die Kolbenstange 33 mit ihrem ersten Teil 55 in bezug auf ihren Außendurchmesser knapp durch sie hindurchragt. Um das Innere des Kammergehäuses 52 gegenüber ihrer innerhalb des Ventilkörpers 4 gelegenen Umgebung abzudichten, sind in der Ausnehmung 54 des Kammergehäuses 52 Dichtelemente 57 vorgesehen, die an dem dem Tank zugewandtem Ende des Kammergehäuses 52 befestigt sind und teilweise an der Außenseite des ersten Teils 55 der Kolbenstange 33 anliegen.

Im Inneren des Kammergehäuses 52 erstreckt sich rotationssymetrisch zur Längsachse 20 eine erste Steuergas-Kammer 59, in deren Zentrum sich die Kolbenstange 33 erstreckt. Insbesondere ist im Bereich der ersten Steuergas- Kammer 59 der Kolben 34 gelegen, dessen Außenseite von der sich axialerstreckenden inneren Mantelfläche oder Führungsfläche 60 geführt wird. Die Kolbenstange 33 erstreckt sich in beiden Endstellungen mit ihrem zweiten Teil 56 durch seinen in bezug auf die Längsachse 20 rotationssymetrisch ausgebildeten Bereich 61 des inneren Teils 42 mit der Bohrung 47 und zum Teil in das Kolbengehäuse 45 hinein. Zwischen dem freien Ende des zweiten Teils 56 und der Innenseite des freien Endes des Kolbengehäuses 45 bildet sich eine zweite Steuergas-Kammer 63 aus, die über dem Zwischenraum 64, der zwischen der Außenfläche des zweiten Teils 56 der Kolbenstange 33 und der Innenseite des Kolbengehäuses 45 freigelassen wird, in Verbindung steht. Jedoch liegt die Außenseite des zweiten Teils 56 der Kolbenstange 33 ausreichend an der Innenseite des Kolbengehäuses 45 an, so daß die Kolbenstange 33 zum Teil auch - über die Führung des Kolbens 34 durch die Führungsfläche 60 hinaus - durch die Innenseite des Kolbengehäuses 45 geführt wird. Von der Innenseite des vorderen Endes 26 des Dichtkegels 25 aus erstreckt sich eine zylindrische Führungshülse 26a, in die das Kolbengehäuse 45 des Zentral-Gehäuses 11 zum Teil hineinragt. Die zylindrische Führungshülse 26a bewirkt eine zusätzliche Führung des Ventilkörpers 4 bei dessen Längsverschiebung bzw. in dessen jeweiliger Stellung.

Die Bohrung 21 des Zentral-Gehäuses 11 erstreckt sich bis zu der Randfläche der Bohrung 47 im Zentral-Gehäuse 11, wobei die Bohrung 21 in die Bohrung 47 übergeht und die jeweiligen Achsen der Bohrungen 21, 47 senkrecht zueinander stehen. Die Klinkenstange 23, die die Bohrung 21 von einer Ausnehmung 71 aus durchragt und zum Teil in die Bohrung 47 hineinragt, weist an ihrem im Bereich der Bohrung 47 liegenden Ende eine Klinke 73 auf, die fest an der Klinkenstange 23 angebracht ist. Die Klinke 73 ist vorzugsweise zylindrisch gebildet, wobei ihre Achse parallel zur Längsachse 20 verläuft und in Richtung zur Längsachse 74 der Bohrung 21 innerhalb der Bohrung 47 längsverschieblich ist. Die Klinke 73 umfaßt eine Bohrung 75, durch die der zweite Teil 56 der Kolbenstange 33 hindurchragt. Im Bereich des freien Endes des ersten Teils 55 der Kolbenstange 33 ist eine Verriegelungsnut oder Nut 76 vorgesehen, die bei einer entsprechenden Stellung der relativ zur Klinkenstange 23 und somit zur Klinke 73 längsverschieblichen Kolbenstange 33 mit einem entsprechenden Teil 77 der Klinke 73 formschlüssig zusammenpaßt. Dabei ist die Nut 76 und der Teil 77 der Klinke 73 auf derjenigen Seite der Kolbenstange 33 gelegen, die entgegengesetzt zu der Seite liegt, auf der sich die Klinkenstange 23 befindet. Von der Seite der Klinkenstange 23 aus gesehen greift also die Klinke 73 bei einer entsprechenden Längsverschiebung der Klinkenstange 23 von unten in die Nut 76 ein. Auf der der ersten Steuergas- Kammer 59 zugewandten Seite der Bohrung 47 ist eine Blende 79 angeordnet, um die Klinke 73 auf dieser Seite zu führen.

Auf das freie, von der Kolbenstange 4 wegragende Ende 81 der Klinkenstange 23, das einen im Vergleich zu deren im Zentral-Gehäuse 11 befindlichen Teil einen kleineren Durchmesser hat, ist eine Hülse 82 aufgepreßt, die mit ihrem einen Ende an einer entsprechenden Anlagefläche oder Stufe der Klinkenstange 23 anliegt und mit ihrem zweiten Ende ein Stück weit über das freie Ende 81 der Klinkenstange 23 hinausragt. In das freie Ende der Hülse 82 ragt eine Verlängerung 83 eines Verbindungsstücks 84 zum Teil hinein, wobei die Hülse 82 relativ zur Verlängerung 83 verschieblich ist. Das Verbindungsstück 84 ist rotationssymetrisch zur Längsachse 74 gestaltet und sowohl in seiner radialen als auch axialen Richtung mittels einer entsprechenden Verengung 86 des Steuergehäuses 5 festgelegt. Die Festlegung des Verbindungsstücks 84 im Steuergehäuse 5 erfolgt dabei einerseits durch eine Austragung 87 des Verbindungsstücks 84, da auf derjenigen Seite der Verrengung 86 des Steuergehäuses 5 gelegen ist, die zur Klinkenstange 23 gerichtet ist und andererseits durch eine Mutter 88, die zusammen mit einer entsprechenden Scheibe von der anderen Seite der Verengung 86 auf das Verbindungsstück 84 aufgeschraubt ist. In ihrem Zentrum weist das zylindrische Verbindungsstück 84 eine Bohrung 89 auf, die vollständig durch das Verbindungsstück 84 hindurch geht und von dem freien Ende des Verbindungsstücks 84 in das Innere der Hülse 82 übergeht.

Das Steuergehäuse 5 ist über Verbindungselemente im Bereich der Ausnehmung 71 an der Außenseite des Zentralgehäuses 11 angebracht. Das Steuergehäuse 5 ist aus zwei Teilen gebildet und umfaßt einen unteren Teil 91 mit einer Bohrung 90 und einen oberen Teil 92 mit einer Bohrung 93. Die Bohrungen 90, 93 sind konzentrisch zueinander ausgebildet und durch die Verengung 86, die an einem Umfangsbereich des Verbindungsstücks 84 anliegt, voneinander getrennt. Da die Innendurchmesser der Bohrungen 90 und 93 größer sind als die Außendurchmesser der Hülse 82 und des Verbindungsstücks 84, bildet sich zwischen den Innenwänden der Bohrungen 90 bzw. 93 und den Außenseiten des Verbindungsstücks 84 und der Hülse 82 eine untere bzw. erste Kammer 95 im unteren Teil 91 und eine obere bzw. zweite Kammer 96 im oberen Teil 92 aus. In der unteren Kammer 95 ist ein zylindrischer Balg 97 vorgesehen, der zum Teil an der Hülse 82 anliegt. Der Balg 97 ist mit seinem ersten Ende an einer entsprechenden Stelle der Hülse 82 und mit seinem zweiten Ende an einer entsprechenden Stelle des unteren Teils 91 des Verbindungsstücks 84 in dichter Weise befestigt. Da die Klinkenstange 23 zusammen mit der Hülse 83 gegenüber dem Verbindungsstück 84 längsverschieblich angeordnet ist, wird ausgehend von einer Ausgangsstellung der Balg 97 gedehnt, wenn die Klinkenstange 23 von dem Verbindungsstück 84 wegbewegt wird.

Im unteren Teil 91 des Steuergehäuses 5 ist ein unterer Eintrittskanal 101 vorgesehen, der in einen unteren Druckanschluß 101a an der Außenseite des unteren Teils 91 des Steuerhauses 5 übergeht. Ebenso ist im oberen Teil 92 des Steuergehäuses 5 ein oberer Eintrittskanal 102 vorgesehen, der in einen oberen Druckanschluß 102a an der Außenseite des oberen Teils 92 übergeht. Der untere Druckanschluß 101a und der obere Druckanschluß 102a sind über ein nicht dargestelltes Vierwege-Ventil an einem Drucktank angeschlossen. In dem Drucktank wird ein Steuergas mit entsprechendem Druck bevorratet. Eine Steuereinheit (nicht gezeigt) steuert das Vierwege-Ventil, das je nach Steuervorgaben den unteren Eintrittskanal 101 und/oder den oberen Eintrittskanal 102 bedrückt, d. h. dem entsprechenden Kanal Steuergas aus dem Drucktank zuführt, oder beide oder einer der Kanäle 101, 102 gegenüber den Drucktank sperrt oder entdrückt, d. h. belüftet.

In der Ausnehmung 71 des Zentral-Gehäuses 11 ist eine Schaltscheibe oder Kalibrierdose 110 mit einer Steuerbohrung 111 angeordnet. Vom Boden der Ausnehmung 71 weg, und zwar von einer Stelle, die von der Umrandung der Bohrung 21 beabstandet ist, verlaufen zumindest zwei Steuerkanäle 113. Die Steuerkanäle 113 münden nach einer bestimmten Strecke in Richtung zur Längsachse 20 gesehen in die Bohrung 21 ein und verlaufen daher vorzugsweise schräg zur Längsachse 74 der Klinkenstange 23. Die Schaltscheibe 110 ist fest an der entsprechenden Stelle der Klinkenstange 23 angebracht oder einteilig mit dieser ausgebildet. In der in der Fig. 1 gezeigten unteren Stellung der Klinkenstange 23, d. h. in der Stellung, in der die Klinkenstange am weitesten in Richtung der Längsachse 20 bewegt ist, liegt die untere Seite der Schaltscheibe 110 an dem Boden der Ausnehmung 71 an. An der Unterseite der Schaltscheibe 110, d. h. diejenige Seite, die dem Boden 71a der Ausnehmung 71 zugewandt, ist ein ringförmig um die Längsachse 74 und außerhalb des Beginns der Steuerkanäle 113 verlaufendes Dichtelement 115 angeordnet. Das Dichtelement 115 bewirkt, daß die Unterseite der Schaltscheibe 110 in seiner unteren Stellung dicht an den Boden 71a der Ausnehmung 71 anliegt.

Im Bereich des Übergangs von dem Zentral-Gehäuse 11 zu dem Anschlußstück 19 ist an deren Innenseiten eine Dichtung 19a vorgesehen, die in Umfangsrichtung im Bereich des Übergangs zwischen dem Zentral-Gehäuse 11 und dem Anschlußstück 19 verläuft. In einer entsprechenden Stellung des Ventilkörpers 4 kommt ein entsprechender Bereich am äußeren Teil des Dichtkegels 25 zur Anlage mit der Dichtung 19a. In dieser Situation befindet sich der Ventilkörper 4 in der Schließstellung, d. h. in dieser Stellung verhindert der Ventilkörper 4, daß Treibstoff aus dem Treibstoff-Tank zu dem Raketen- Motor gelangt. In einer Stellung, in der der Ventilkörper 4 von der Dichtung 19a weggeschoben ist, d. h. also aus der Sicht des Betrachters der Fig. 1 und 2 nach links oder gegen die Strömungsrichtung des Treibstoffs bewegt ist, wird der Treibstoffkanal 6 zum Teil von dem Ventilkörper 4 freigegeben, so daß Treibstoff von dem Treibstoff-Tank zu dem Raketen-Motor fliessen kann.

Am Zentral-Gehäuse 11 ist eine Anzeigevorrichtung 105 angeordnet, die vorzugsweise auf magnetischer Basis arbeitet und die Stellungen des Ventilkörpers 4 im Ventil 1 anzeigt.

An der Außenseite der Haltevorrichtung 29 ist eine Strömungskappe 106 angeordnet, die die Verbindungselemente 28a, die Haltevorrichtung 29 und die Verbindungselemente 31 gegenüber dem Treibstoff-Kanal 6 abdichtet.

Der Ventilkörper 4 ist gegenüber dem Zentral-Gehäuse 11 durch Zylinderfedern 120 vorgespannt. Die Zylinderfedern 120 liegen einerseits an der Innenseite des Dichtkegels 25 und andererseits an der dem Dichtkegel 25 zugewandten Außenseite des Bereichs 61 des Zentral-Gehäuses 11 an. Die Zylinderfedern 120 drücken den Ventilkörper 4 zur Dichtung 19a hin. Um den Ventilkörper 4 in Richtung zum Treibstoff-Tank zu bewegen, muß also die Kraft der Zylinderfedern 120 überwunden werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Ventils 1 mit dem Linearantrieb 2 und dem Verriegelungsmechanismus 3 beschrieben:
In der Fig. 1 ist das Ventil 1 in seiner geschlossenen Stellung gezeigt, bei der der Ventilkörper 4 an einer entsprechenden Stelle der Dichtung 19a anliegt. In dieser Stellung ist der Treibstoff-Tank gegenüber dem Motor abgesperrt, d. h. kein Treibstoff fließt durch den Treibstoff-Kanal 6 zum Motor hin. In der geschlossenen Stellung des Ventils 1 liegt kein Druck an dem unteren Druckanschluß 101a und Druck an dem oberen Druckanschluß 102a an. (???)

In der geschlossenen Stellung ist also aus der Sicht des Betrachters der Fig. 1 der Ventilkörper 4 möglichst weit nach rechts, d. h. in Richtung zum Raketen- Motor geschoben. Da die Kolbenstange 33 fest an dem Ventilkörper 4 angebracht ist, ist der zweite Teil 56 der Kolbenstange 33 möglichst weit, in eine erste Extremstellung, in das Kolbengehäuse 45 des Zentral-Gehäuses 11 hinein geschoben. Die Nut 76 des zweiten Teils 56 liegt damit in Richtung der Längsachse 20 gesehen entfernt zur Nut 76 und in Richtung der Längsachse 74 gesehen beabstandet zur Nut 76. Ebenso ist auch der Kolben 34 der Kolbenstange 33 möglichst weit nach rechts geschoben und liegt möglichst nahe an dem Zentral-Gehäuse 11. Wegen der Stellung der Klinke 73 relativ zur Kolbenstange 33 ist die Klinkenstange 23 - aufgrund des in der oberen Kammer 96 und damit auch im Inneren der Hülse 82 herrschenden Drucks - möglichst weit nach unten, d. h. in Richtung zur Kolbenstange bewegt. Dadurch liegt die Unterseite der Schaltscheibe 110 an dem Boden 71a der Ausnehmung 71 an.

Die Zylinderfedern 120 halten den Ventilkörper 4 in seiner geschlossenen Stellung, da die Zylinderfedern 120 bestrebt sind, den Dichtkegel 25 von dem Zentral-Gehäuse 11 weg und an die Dichtung 19a zu drücken.

Um das Ventil 1 zu öffnen und dem Ventilkörper 4 von seiner geschlossenen Stellung in die in der Fig. 2 gezeigte offene Stellung zu bewegen, wird der obere Eintrittkanal 102 durch das Vierwege-Ventil gesperrt und der untere Eintrittkanal 101 wird Steuergas aus dem Drucktank bedrückt. Das Steuergas strömt dann durch den unteren Eintrittkanal 101 in die untere Kammer 95 des Steuergehäuses 5. Die untere Kammer 95 wird durch den Zwischenraum gebildet, der von der Innenseite des unteren Teils 91 des Steuergehäuses 5, den entsprechenden freiliegenden Außenflächen des Verbindungsstücks 84, der Außenseite des Balgs 97, eines Teils der zylindrischen Innenseite der Ausnehmung 71 und der Oberseite der Schaltscheibe 110 freigehalten wird. Das mit Steuerdruck in der unteren Kammer 95 befindliche Steuergas strömt durch die Steuerbohrung 111 der Schaltscheibe 110 und gelangt in einen Innenraum mit schmaler Höhe, die von der Unterseite der Schaltscheibe 110 und dem Boden 71a der Ausnehmung 71 und der freien Innenfläche des Dichtelements 115 gebildet wird. Die Steuerbohrung 111 bewirkt dabei eine Drosselung des Steuergases. Das Steuergas strömt von dort in die Steuerkanäle 113 und von dort in den Zwischenraum, der von der Klinkenstange 23 in der Bohrung 21 freigehalten wird. Von dort gelangt das Steuergas in die Bohrungen 47 und in den Zwischenraum, der von der Klinke 73 in der Bohrung 47 freigehalten wird. Das Steuergas strömt weiter in den Raum zwischen der Innenseite der Bohrung 75 und den entsprechenden Teil der Außenseite der Kolbenstange 33. Von dort gelangt das Steuergas einerseits zwischen dem Kolbengehäuse 45 und dem zweiten Teil 56 der Kolbenstange 33 in die zweite Steuergas-Kammer 63 und andererseits in den Teil der ersten Steuergas-Kammer 59, der auf der dem Zentral-Gehäuse 11 zugewandten Seite des Kolbens 34 gelegen ist und von diesem in seiner geschlossenen Stellung noch freigehalten wird. Bei einem entsprechenden Druck des Steuergases in der unteren Kammer 95, der von dem Drucktank und/oder zugeordneten Komponenten bereitgestellt wird, wird der Kolben 34 gegen den Druck der Zylinderfedern 120 von dem Zentral-Gehäuse 11 wegbewegt. Dadurch gibt der Kolben 34 einen zunehmend größeren, zwischen dem Kolben 34 und dem Zentral-Gehäuse 11 gelegenen Raum der ersten Steuergas-Kammer 59 frei. Gleichzeitig vergrößert sich zunehmend der Teil der zweiten Steuergas-Kammer 63, der zwischen dem Kolben 34 und dem Zentral-Gehäuse 11 gelegen ist. Durch den Druck des Steuergases wird also der Kolben 34 und damit der Ventilkörper 4 zum Treibstoff-Tank hin oder vom Betrachter der Fig. 2 aus gesehen nach links verschoben. Diese Verschiebung des Ventilkörpers 4 erfolgt gegen die Kraft der Zylinderfedern 120 bis zu einer Position gegenüber dem Zentral-Gehäuse 11, bei der in Richtung der Längsachse 20 gesehen die Nut 76 der Kolben-Stange 33 auf gleicher Höhe wie die Klinke 73 liegt. Durch den Druck des Steuergases in der oberen Kammer 96 des Steuergehäuses 5 wird die Schaltscheibe 110 nach unten gedrückt und dadurch weiterhin auf dem Boden 71a der Ausnehmung 71 gehalten. Dadurch wird die Klinkenstange 23 und somit auch die Klinke 73 in ihren untersten Stellungen gehalten. In dieser Stellung ist die Klinke 73 berührungsfrei gegenüber der Kolbenstange 33, so daß keine Reibungskräfte durch die Anlage der Klinke 73 an den zweiten Teil 65 der Kolbenstange 33 auftreten, wenn sich die Kolbenstange 33 relativ zur Klinke 73 bewegt. Diese unterste Stellung der Klinkenstange 23 bewirkt auch, daß der Balg 97 in seinem gedehnten Zustand ist.

Die Klinke 73 liegt in der Richtung der Längsachse 20 gesehen auf der Höhe der Nut 76, wenn der Kolben 34 an der entgegengesetzt zur Bohrung 47 gelegenen Stirnseite des Kammergehäuses 52 anliegt. In dieser Stellung erfolgt das Verriegeln der Kolbenstange 33 mittels der Klinkenstange 23 und der Klinke 73. Dazu wird der obere Eintrittskanal 102 belüftet. In dem Raum zwischen dem Ende 81 der Klinkenstange 23 und dem Verbindungsstück 84 zwischen der Hülse 82 befindliche Treibgas entweicht durch die Bohrung 89 des Verbindungsstücks 84, durch die obere Kammer 96 des Steuergehäuses 5 und durch den oberen Eintrittskanal 102. Dadurch wird die zur Dehnung des Balgs 97 ausgeübte Kraft verringert und die Klinkenstange 23 aufgrund des Unterdrucks in der oberen Kammer 96 nach oben, d. h. zur oberen Kammer 96 hin bewegt. In dieselbe Richtung bewegt sich auch die Schaltscheibe 110 und die Klinke 73. Die Schaltscheibe 110 bewegt sich nach oben bis ihre Oberseite zur Anlage mit einer Anlagefläche an der Unterseite des Steuergehäuses 5 kommt. In dieser Stellung befindet sich die Klinkenstange in einer Stellung, bei der sich die Klinke 73 berührungsfrei im Eingriff mit der Nut 76 befindet. In dieser Stellung ist die Kolbenstange 33 in ihrer Beweglichkeit längs der Längsachse 20 festgelegt und der Ventilkörper 4 in seiner in der Fig. 2 gezeigten offenen Stellung verriegelt. In dieser offenen Stellung des Ventilkörpers 4 und der verriegelten Stellung der Kolbenstange 33 strömt also Treibstoff von dem Treibstoff-Tank durch den Treibstoff-Kanal 6 zu dem Raketen-Motor. In dieser Situation ist also der obere Eintrittkanal 102 belüftet und der untere Eintrittkanal 101 mit Druck beaufschlagt.

Zum Schließen des Ventils 1, d. h. um den Übergang von der offenen Stellung der Fig. 2, in der der Ventilkörper 4 verriegelt ist, zu der in der Fig. 1 gezeigten Stellung zu bewirken, wird der obere Eintrittkanal 102 mit Druck beaufschlagt. Dadurch strömt Steuergas mit dem entsprechenden Druck in die obere Kammer 96 des Steuergehäuses 5 und in die Bohrung 89 des Verbindungsstücks 84. Von dort gelangt es in das Innere der Hülse 82 und drückt das Ende 81 der Klinkenstange 23 von dem Verbindungsstück 84 gegen die Kraft des dehnbaren Balgs 97 weg. Der Balg 97 wird gedehnt und die Klinkenstange 23 nach unten bewegt. Dadurch bewegt sich die Klinke 73 aus der Nut 76 heraus und gibt die Kolbenstange 33 zur Verschiebung in Richtung Raketen-Motor frei. Gleichzeitig oder anschließend wird der untere Eintrittkanal 101 belüftet oder mit Unterdruck beaufschlagt. Das in der ersten 59 und in der zweiten 63 Steuergas-Kammer befindliche Steuergas entweicht durch die Bohrung 21, die Steuerkanäle 113, die Steuerbohrung 111, die unterer Kammer 95 und den unteren Eintrittkanal 101. Somit bewirkt das Steuergas in den Steuergas-Kammern 95, 63 keine Gegenkraft mehr zu den von den Zylinderfedern 120 ausgeübten Kräften, die somit den Ventilkörper 4 wieder nach rechts, d. h. zum Raketen-Motor oder zur Dichtung 19a hin bewegt. Die Schaltscheibe 110 wird dadurch zum Boden 71a der Ausnehmung 71 gedrückt. Dabei bewirkt die Steuerbohrung 111 eine Drosselung des entweichenden Steuergases. Dadurch wird erreicht, daß sich die Kolbenstange 33 erst bewegt, wenn die Klinke 73 aus der Nut 76 herausbewegt ist, so daß eine Klemmung von Klinke 73 und Nut 76 verhindert wird.

Claims (5)

1. Linearantrieb für ein Steuerventil mit einer pneumatisch wirkenden, mit einem Ventilkörper (4) gekoppelten Kolben-Zylinder-Einheit (33, 34, 45, 52), die eine Kolbenstange (33) und einen in einer ersten Steuergas-Kammer (59) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglichen Kolben (34) zum Öffnen und Schließen des Steuerventils aufweist, wobei der Ventil­ körper (4) mittels einer Feder (120) in seine schließende Position vorgespannt ist, mit einem Verriegelungsmechanismus (3), der eine an einer pneumatisch be­ tätigbaren Klinkenstange (23) angebrachte Klinke (73) aufweist, die an der offenen Stellung des Ventilkörpers (4) in eine entsprechende Verriegelungs­ nut (76) einrastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Klinke (73) mittels einer an der Klinkenstange (23) angebrachten und in einer ersten Kammer (95) beweglichen Schaltscheibe (110) durch Druckbe­ aufschlagung der ersten Kammer (95) aus der Verriegelungsnut (76) heraus­ gefahren wird, wobei die Schaltscheibe (110) an eine Anschlagstelle (71a) gefahren wird, bei der die Klinke (73) zur Kolbenstange (33) berührungsfrei ist und wobei in der Schaltscheibe eine Steuerbohrung (111) vorgesehen ist, durch die in der Anschlagstellung der Schaltscheibe (110) Steuergas zur Be­ tätigung des Kolbens (34) in seine erste Stellung gelangt, um den Ventilkör­ per (4) gegen die Kraft der Federn (120) in seine offene Stellung zu bewegen,
daß durch Belüften der ersten Kammer (95) der Kolben (34) durch die Kraft der Federn (120) in dessen zweite Stellung zum Schließen des Ventilkörpers (4) gebracht wird, wobei das Steuergas aus der ersten Steuergas-Kammer (59) durch die Steuerbohrung (111) entweicht und die Klinke (73) durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Kammer (96) berührungsfrei zur Kolben­ stange (33) gehalten wird, wobei der Druck der zweiten Kammer (96) auf die Klinkenstange (23) wirkt.

2. Linearantrieb für ein Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Kammer (96) von der ersten Kammer (95) durch ein Verbindungsstück (84) getrennt ist, das über einen Balg (97) mit der Klin­ kenstange (23) axial verschieblich in Verbindung steht, wobei bei Bedrücken der zweiten Kammer (96) Steuergas von dieser über eine in dem Verbin­ dungsstück (84) axial verlaufenden Bohrung (89) in den innerhalb des Balgs (97) befindlichen Raum gelangt, um die Klinke (73) der Klinkenstange (23) in ihre ausgefahrene Stellung zu bringen.

3. Linearantrieb nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (76) der Kolbenstange (33) zwischen der ersten Steuergas-Kammer (59) und der zweiten Steuergas-Kammer (63) gelegen ist und die zweite Steuergas- Kammer (63) mit der ersten Steuergas-Kammer (59) in Verbindung steht.

4. Linearantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (96) von der ersten Kammer (95) durch ein am Steuergehäuse (5) befestigtes Verbindungsstück (84) mit einer Bohrung (89) und einem Balg (97) getrennt ist, der mit seinem einen Ende an dem Verbindungsstück (84) und seinem anderen Ende an der Klinkenstange (23) befestigt ist, wobei das Steuergas in der zweiten Kammer (96) durch die Bohrung (89) auf die Klinkenstange (23) drückt, um diese in ihre ausgefahrenen Stellung zu bewegen.

5. Linearantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltscheibe (110) mit einer Anschlagstelle zur Anlage kommt, wenn die Klinkenstange (23) in ihrer eingefahrenen Stellung ist.