DE19917737A1 - Stelleinrichtung, insbesondere Regelventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinrichtung, insbesondere Regelventil, mit einem Gehäuse (2), einem Antriebsglied (5), das durch einen Stellantrieb (10) betätigbar ist, einem Stellungsregler (13) für den Stellantrieb (10) und mit einem am Gehäuse (2) bzw. einem gehäusefesten Bauteil (7) angebrachten Aufnehmer (14) zur Erfassung der Stellbewegung des Antriebsgliedes (5) verbunden ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stellungsregler (13) beabstandet von dem Gehäuse (2) und den daran befestigten Bauteilen der Stelleinrichtung (1) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung, insbesondere ein Regelventil, mit einem Gehäuse, einem Antriebsglied, das durch einen Stellantrieb betätigbar ist, und einem Stellungsregler für den Stellantrieb.

Regelventile mit angebautem Stellungsregler sind in viel­ fachen Ausführungsformen beispielsweise aus der US-PS 4,922,952, der EP 0,462,432 A2 und der DE 42 39 431 A1 bekannt. Solche Regelventile kommen vornehmlich im Regel­ kreis verfahrenstechnischer Anlagen zur Anwendung und weisen im Regelfall untenseitig ein Ventilgehäuse mit ei­ nem Durchlaufkanal für das zu regelnde Fluid auf. An das Ventilgehäuse schließt sich nach oben ein Joch mit zwei vertikalen Jochstreben an. An der Oberseite des Jochs ist ein pneumatisch betriebener Stellmotor vorgesehen. Dieser weist regelmäßig ein kreisrundes Gehäuse auf, dessen In­ nenraum durch ein Antriebsorgan in zwei Kammern aufge­ teilt wird. Das Antriebsorgan ist in dem einen Fall (US- PS 4,922,952, DE 42 39 431 A1) eine flexible Membran und in dem anderen Fall (EP 0 462 432 A2) ein Kolben. Mit dem Antriebsorgan verbunden ist eine vertikal beweglich ge­ führte Ventilstange als Antriebsglied. Die Ventilstange reicht nach unten in des Ventilgehäuse hinein und endet in einem meist als Ventilkegel ausgebildeten Verschlußor­ gan, welches mit einem Ventilsitz korrespondiert und den Durchflußquerschnitt je nach Stellung der Ventilstange im Bereich des Ventilsitzes bestimmt.

Der Stellmotor der vorbekannten Regelventile wird pneuma­ tisch betrieben. Von einer Luftdruckquelle wird hierzu Druckluft in einen Stellungsregler geführt. In diesem be­ finden sich Steuerventile, die die Luftzufuhr zu einer oder beiden Kammern des Stellmotors steuern. Die Betäti­ gung der Steuerventile erfolgt aufgrund eines Regelsig­ nals, das den Soll-Wert darstellt. Das Regelsignal führt aufgrund der Ansteuerung der Steuerventile zu einer ent­ sprechenden Stellung des Antriebsorgans im Stellmotor und damit des Verschlußorgans im Ventilgehäuse.

Der Stellungsregler hat über eine mechanische Übertra­ gungseinrichtung beispielsweise in Form eines am Stel­ lungsregler drehbeweglich gelagerten Eingangshebels und einer mit der Ventilstange verbundenen Anlenkvorrichtung Verbindung zu der Ventilstange. Auf diese Weise wird die Bewegung der Ventilstange als Ist-Wert auf den Stellungs­ regler übertragen. Der Stellungsregler vergleicht dann das Regelsignal, d. h. den Soll-Wert, mit dem durch die Übertragungseinrichtung eingegebenen Ist-Wert des Hubs der Ventilstange und steuert die Steuerventile solange an, bis die Ventilstange im vorgegebenen Zusammenhang zum Regelsignal steht. Auf diese Weise werden Abweichungen aufgrund von Reibung in Stopfbuchsen und durch Rückwir­ kungen vom Medium ausgeglichen. Durch Stelleinrichtungen der zuvor beschriebenen Art mit einem unmittelbar an der Stelleinrichtung vorgesehenen Stellungsregler läßt sich die Ventilkegelstellung und damit die Durchflußmenge durch ein Regelventil relativ genau einstellen. Es wird jedoch teilweise als problematisch angesehen, daß an kleineren Antrieben der Anbau eines Stellungsreglers oft­ mals nur mit Schwierigkeiten möglich ist. Außerdem kann bei extremen Umgebungsbedingungen, zum Beispiel sehr ho­ her Temperatur am Ventil, die Lebensdauer des Stellungs­ reglers stark vermindert werden, so daß es häufig zu Aus­ fällen kommen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Stelleinrichtung der eingangs genannten Art so auszubil­ den, daß auch bei extremen Umgebungsbedingungen eine zu­ verlässige Funktion des Stellungsreglers gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stellungsregler beabstandet von dem Gehäuse und den daran befestigten Bauteilen der Stelleinrichtung vorgesehen ist und mit einem am Gehäuse bzw. einem gehäusefesten Bauteil angebrachten Aufnehmer zur Erfassung der Stellbewegung des Antriebsgliedes verbunden ist.

Dadurch, daß erfindungsgemäß der Stellungsregler nicht direkt an der Stelleinrichtung, sondern entfernt von dem Rest der Stelleinrichtung, d. h. beabstandet von Gehäuse und Joch eines Regelventils, angeordnet sind, können Funktionsbeeinträchtigungen aufgrund von hohen Ventiltem­ peraturen etc. ausgeschlossen werden. Außerdem stellt sich auch nicht die Problematik eines Anbaus an kleine Antriebe. An der Stelleinrichtung braucht nämlich ledig­ lich der Aufnehmer zur Erfassung des Stellwegs bzw. der Ist-Position des Antriebsglieds vorgesehen zu sein, der als robustes und unempfindliches Bauteil ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann als Aufnehmer ein Linearpoten­ tiometer vorgesehen sein, das eine gradlinig bewegbare Spindel aufweist, die unter Federwirkung in Anlage mit einem mit dem Antriebsglied verbundenen Anschlag, der beispielsweise durch einen am Stellglied vorgesehenen Ab­ griffwinkel gebildet sein kann, gehalten wird. Bewegungen des Stellgliedes werden dann in entsprechende Bewegungen der Spindel entweder entgegen der Federwirkung oder durch die Federwirkung umgesetzt, und die Spindelstellung wird wiederum als Maß für die Antriebsgliedstellung erfaßt und an den Stellungsregler weitergegeben.

Da die Antriebslaternen bzw. Joche der Regelventile, an denen das Linearpotentiometer in der Regel angebaut wird, bei unterschiedlichen Herstellern, Baugrößen und Hüben, sehr unterschiedliche Bedingungen bieten, ist es nahelie­ gend, für die Stellungsrückmeldung speziell zugeschnitte­ ne Sonderlösungen zu verwenden. Derartige Sonderlösungen erfordern jedoch einen konstruktiven Aufwand und machen die Lagerhaltung der benötigten Bauteile schwierig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, daß der Aufnehmer an einem Montageelement gehalten ist, das an einem gehäusefesten Anbauelement parallel zur Be­ wegungsrichtung des Stellglieds und quer dazu verschieb­ bar angebracht ist. Außerdem kann auch der Abgriffwinkel, an dem die Spindel des Linearpotentiometers in Anlage kommt, parallel zur Bewegungsrichtung des Stellglieds verstellbar sein. Diese Verstellmöglichkeit, die einfa­ cherweise durch die Montage der Bauteile über Langlöcher realisiert werden kann, ermöglicht es, das Linearpoten­ tiometer bzw. anderweitig gestaltete Aufnehmer in optima­ ler Weise an unterschiedlichen Stelleinrichtungen anzu­ bringen.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in Vorderansicht und

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt X aus Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist eine als Regelventil 1 ausge­ bildete Stelleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Regelventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2 mit einem nicht näher dargestellten Durchflußkanal, der sich zwischen zwei Befestigungsflanschen 3, 4 erstreckt. Mit Hilfe der Befestigungsflansche 3, 4 kann das Regel­ ventil 1 zwischen die Enden zweier Rohre und damit in ein Rohrleitungssystem eingebaut werden. Der Durchflußkanal dient dann dem Durchfluß des zu steuernden Mediums.

Im Ventilgehäuse 2 ist in üblicher Weise ein waagerecht angeordneter Ventilsitz eingebaut, durch den der Durch­ flußkanal hindurchgeht. Konzentrisch zum Ventilsitz er­ streckt sich nach oben eine Ventilstange 5, deren unteres Ende als Ventilkegel ausgebildet ist. Der Ventilkegel korrespondiert mit dem Ventilsitz in der Weise, daß der Ventilkegel in seiner untersten Stellung auf dem Ventil­ sitz aufsitzt und damit den Durchflußkanal verschließt.

Die Ventilstange 5 ist in einem Verschlußdeckel 6 ge­ führt, welcher den Durchflußkanal obenseitig abschließt und mit dem Ventilgehäuse 2 abdichtend verschraubt ist. Der Verschlußdeckel 6 hat einen nach oben vorstehenden Fortsatz, der der Zentrierung eines Jochs 7 mit den sich vertikal erstreckenden Jochstreben 8, 9 dient. Das Joch 7 ist durch eine auf ein Gewinde des Fortsatzes aufge­ schraubte Spannmutter gegen den Verschlußdeckel 6 fi­ xiert.

Am oberen Ende des Jochs 7 ist ein Stellantrieb 10 in der Form eines Membranstellmotores angeordnet, der eine An­ triebsstange 11 betätigt, welche mit dem oberen Ende der Ventilstange 5 über eine Kupplung 12 verbunden ist, so daß die Ventilstange 5 über den Stellantrieb 10 axial zwischen einer geöffneten Ventilstellung und einer ge­ schlossenen Ventilstellung verstellt werden kann.

Dem Stellantrieb 10 ist ein Stellungsregler 13 zugeord­ net, der einerseits mit dem Stellantrieb 10 und anderer­ seits einem am Joch 7 befestigten Linearpotentiometer 14 zur Erfassung der Ventilstangenstellung verbunden ist.

Wie insbesondere in Fig. 2 gut erkennbar ist, ist zur Montage des Linearpotentiometers 14 an der linken Joch­ strebe 8 ein winkelfömiges Anbaublech 16 montiert, welches ein Montageblech 15 trägt, an dem wiederum das Linearpotentiometer 14 fixiert ist. Das Montageblech 15 und das Anbaublech 16 sind dabei mit sich horizontal und vertikal erstreckenden Langlöchern 15a, 16a versehen, entlang denen das Montageblech 15 zur Positionierung des Linearpotentiometers 14 verschoben werden kann. Die Ver­ bindung von Anbaublech 16 und Montageblech 15 erfolgt über zwei Schrauben 18.

Das Linearpotentiometer 14 weist eine Spindel 14a auf, die parallel zur Ventilstangenachse ausgerichtet und be­ wegbar ist. Die Spindel 14a wird durch eine im Linearpo­ tentiometer 14 vorgesehene Feder nach oben gegen einen an der Ventilstange 5 bzw. der Kupplung 12 vorgesehenen Ab­ griffwinkel 17 gedrückt, so daß sie der Bewegung der Ven­ tilstange 5 folgen kann. Der Abgriffwinkel 17 weist eben­ falls ein Vertikallangloch 17a auf, so daß es in vertika­ ler Richtung entlang der Ventilstange 5 verstellbar ist.

Durch die in dem Montageblech 15, dem Anbaublech 16 und dem Abgriffwinkel 17 vorgesehene Langlöcher 15a, 16a, 17a ist es möglich, eine individuelle Positionierung und Aus­ richtung von Abgriffwinkel 17 und Linearpotentiometer 14 entsprechend der konstruktiven Ausbildung des Regelven­ tils 1, an dem die Anordnung anzubringen ist, derart vor­ zunehmen, daß das obere Ende der Spindel 14a des Linear­ potentiometers 15 an dem Abgriffwinkel 17 anliegt und dem Hub der Ventilstange 5 nach oben und unten folgen kann, indem sie entweder durch den Abgriffwinkel 17 bei einer Abwärtsbewegung der Ventilstange 5 entgegen der Feder­ kraft nach unten gedrückt wird oder bei einer Aufwärtsbe­ wegung der Ventilstange 5 durch die Rückstellkraft der Feder nach oben gedrückt und in Anlage an dem Abgriffwin­ kel 17 gehalten wird. Die Stellung der Spindel 14a wird damit für die Stellung der Ventilstange 5 an den Stel­ lungsregler 13 übertragen, um entsprechend den Stellan­ trieb 10 zu steuern.

Claims (13)

1. Stelleinrichtung, insbesondere Regelventil, mit einem Gehäuse (2), einem Antriebsglied (5), das durch einen Stellantrieb (10) betätigbar ist, und einem Stel­ lungsregler (13) für den Stellantrieb (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsregler (13) beab­ standet von dem Gehäuse (2) und den daran befestigten Bauteilen der Stelleinrichtung (1) vorgesehen ist und mit einem am Gehäuse (2) bzw. einem gehäusefesten Bauteil (7) angebrachten Aufnehmer (14) zur Erfassung der Stellbewegung, des Antriebsgliedes (5) verbunden ist.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufnehmer (14) ein Linearpotentio­ meter ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Linearpotentiometer (14) eine ge­ radlinig bewegbare Spindel (14a) aufweist, die unter Federwirkung in Anlage an einem mit dem Antriebsglied (5) verbundenen Anschlag (17) gehalten wird.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag durch einen am Stellglied (5) vorgesehenen Abgriffwinkel (17) gebil­ det wird.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abgriffwinkel (17) parallel zur Bewegungsrichtung des Stellglieds (5) am Stellglied (5) bewegbar angebracht ist und hierzu insbesondere mit einem Langloch (17a) versehen ist.

6. Stelleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer (14) pa­ rallel zur Bewegungsrichtung des Stellglieds (5) so­ wie quer dazu bewegbar am Gehäuse (2) bzw. einem ge­ häusefesten Bauteil (7) angebracht ist.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufnehmer (14) an einem Montage­ element (15) gehalten ist, das an einem gehäusefesten Anbauelement (16) parallel zur Bewegungsrichtung des Stellglieds (5) und quer dazu verschiebbar angebracht ist.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Montageelement (15) flächig ausge­ bildet und insbesondere ein Blechtbauteil ist.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbauelement (16) flächig ausgebildet und insbesondere ein Blechbauteil ist.

10. Stelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Anbauelement (16) winkelförmig ausgebildet ist.

11. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Montageelement und/oder dem Anbauelement (16) Langlöcher (15a, 16a) zur Realisierung der Verstellbarkeit des Aufnehmers (14) vorgesehen sind.

12. Stelleinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung als Regelventil der Aufnehmer (14) beabstandet vom Gehäu­ se (2) und dem daran vorgesehenen Joch (7) vorgesehen ist.

13. Stelleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Anbauelement (16) am Joch (7) vor­ gesehen ist.