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Die
Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung mit Schnellschaltfunktion,
insbesondere für
die Brand- und Explosionsbekämpfung.
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Bei
der Brand- und Explosionsbekämpfung sind
schnell öffnende
und/oder schnell schließende Absperrorgane
erforderlich, die die Zufuhr oder Abfuhr von Materialien aus dem
zu schützenden
Bereich in kürzester
Zeit beenden. Solche Absperrorgane sind Schieber oder andere Ventile,
die in Leitungen, welche ein Medium transportieren können, eingebaut
sind. Der Brand- und Explosionsschutzmarkt sucht nach preisgünstigen
Entkopplungseinrichtungen mit kurzen Öffnungs- bzw. Schließzeiten
deutlich unter 200 msec. Derzeit gibt es schnelle Schiebersysteme
mit Schließzeiten
deutlich unter 50 msec, die im oberen Preisbereich liegen, schnelle
Quetschventile, die im unteren Preisbereich liegen, jedoch bei Stäuben nur
bedingt geeignet sind. Außerdem
gibt es im unteren Preisbereich schnelle Klappen, die ebenfalls
bei Stäuben
nur eingeschränkt
geeignet sind. Systeme mit Schließzeiten um 200–250 msec
im unteren Preisbereich haben keine Sicherheitsreserven in der Schließzeit und
können
oft nur verhältnismäßig geringe
Stellkräfte
aufbringen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung mit
Schnellschaltfunktion zu schaffen, die mit geringen Systemkosten
herstellbar ist und kurze Schließzeiten hat.
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Die
erfindungsgemäße Absperrvorrichtung ist
im Anspruch 1 definiert. Sie weist ein pneumatisches oder hydraulisches
Stellorgan auf sowie ein Steuerventil, das in einer ersten Position
den Vorlaufanschluss des Stellorgans mit einer Druckquelle verbindet.
Erfindungsgemäß ist das
mit dem Rücklaufanschluss
des Stellorgans verbundene Entlastungsventil von dem Steuerventil
gesteuert. In einer zweiten Position des Steuerventils, in der der
Vorlaufanschluss des Stellorgans drucklos ist, ist das Entlastungsventil
mit der Druckquelle verbunden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung
steuert das Steuerventil das Entlastungsventil, wobei die Druckquelle
in Abhängigkeit
von der Stellung des Steuerventils mit dem Vorlaufanschluss oder über das
Entlüftungsventil
mit dem Rücklaufanschluss
des Stellorgans verbunden wird. In jedem Fall führt der Druckweg von der Druckquelle über das Steuerventil.
Das erfindungsgemäße Ventil
besitzt die geforderten Eigenschaften bezüglich kurzer Schließzeiten,
eines großen
Druckbereichs sowie Robustheit gegen Stäube und geringe Systemkosten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat das Entlastungsventil
bistabiles Schaltverhalten und es weist einen Steueranschluss auf,
der mit einem Auslass des Steuerventils verbunden ist. Auf diese
Weise erfolgt eine unmittelbare Steuerung des Entlastungsventils
durch das Steuerventil.
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Als
Steuerventil ist ein 5/2-Wegeventil mit fünf Anschlüssen und 2 Schaltstellungen
zweckmäßig. Die
beiden Schaltstellungen definieren die erste und die zweite Position
des Steuerventils.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bilden in der zweiten Position des Steuerventils das
Entlastungsventil und das Stellorgan eine Reihenschaltung, die zwei
Anschlüsse
des Steuerventils miteinander verbindet. Diese Anschlüsse sind
die Druckauslässe
des Steuerventils, die wechselseitig mit der Druckquelle verbunden werden.
Da bei einem 5/2-Wegeventil immer einer der beiden Druckauslässe mit
Druck beaufschlagt ist, entfällt
eine zusätzliche
Verriegelung dieses Ventils. Durch das Entlastungsventil wird auch
bei kleinen Strömungsquerschnitten
des Steuerventils das Druckfluid bei geringem Arbeitsverlust aus
dem Zylinder des Stellorgans ausgeschoben.
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Um
die Zuverlässigkeit
des Systems zu erhöhen,
kann die Druckquelle einen Druckbehälter und einen Druckwächter enthalten.
Der Druckbehälter
sichert die Versorgung bei Druckschwankungen, geringem Querschnitt
der Versorgungsleitung oder Druckausfall. Ferner kann die Druckquelle
ein Rückschlagventil
enthalten, das die Entleerung des Druckbehälters zur Versorgungsleitung
hin verhindert. Zusätzlich kann
ein Manometer zur optischen Druckanzeige verwendet werden.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
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In
der Zeichnung ist ein schematischer Schaltplan der Absperrvorrichtung
dargestellt.
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Die
Absperrvorrichtung enthält
ein Absperrorgan 10, das in eine Rohrleitung 11 eingesetzt
ist und beispielsweise aus einem Flachschieber, einer Klappe, einem
Segmentventil oder einem Kugelhahn besteht. Es sei angenommen, dass
das Absperrorgan im Brand- oder Explosionsfall schnell geschlossen
werden muss. Das Öffnen
und Schließen
des Absperrorgans 10 erfolgt durch ein hydraulisches oder
pneumatisches Stellorgan 12, das hier aus einem Zylinder 13 und
einem darin bewegbaren Kolben 14 mit Kolbenstange 15 besteht.
Das Stellorgan 12 weist einen Vorlaufanschluss 16 und
einen Rücklaufanschluss 17 auf,
um den Kolben 14 entweder vor- oder zurückzubewegen.
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Die
Energieversorgung des Systems erfolgt durch eine Druckquelle 18.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist das System pneumatisch betrieben,
so dass die Druckquelle 18 eine Druckluftquelle ist. An die
Druckluftquelle 18 ist über
eine Leitung 19 das Steuerventil 20 angeschlossen.
Das Steuerventil 20 ist ein Magnetventil, das eine erste
Position 1P und eine zweite Position 2P einnehmen
kann. Die Ruheposition ist die zweite Position 2P, in der
der Elektromagnet dieses Ventils aberregt ist. Die Arbeitsposition
ist die erste Position, in der der Elektromagnet erregt ist. Das
das Steuerventil 20 infolge der automatischen Rückkehr in
die Ruheposition nur eine einzige elektrische Steuerleitung benötigt, kommt
die gesamte Absperrvorrichtung miteiner einzigen Steuerleitung aus.
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Das
Steuerventil 20 ist ein Ventil mit zwei Schaltstellungen
(Positionen) und fünf äußeren Anschlüssen. Von
diesen Anschlüssen
sind drei Anschlüsse
Eingangsanschlüsse
und zwei Anschlüsse Auslassanschlüsse. Von
den Einlassanschlüssen
ist jeweils einer ein Druckanschluss, der mit der Leitung 19 verbindbar
ist, einer ein Rücklaufanschluss,
der mit einem Auslass oder Schalldämpfer 21 verbunden ist
und einer ein Sperranschluss, der ebenfalls mit einem Auslass bzw.
Schalldämpfer 22 verbunden
ist.
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In
der ersten Position 1P des Steuerventils 20 verbindet
der Druckauslass DA1 die Leitung 19 mit dem Vorlaufanschluss 16 des
Stellorgans 12. In der zweiten Position 2P verbindet
das Steuerventil die Leitung 19 mit dem Einlass eines Entlastungsventils 25,
das über
eine Leitung 26 mit dem Rücklaufanschluss 17 des
Stellorgans 12 verbunden ist. Das Steuerventil 20 verbindet
ferner denjenigen der Anschlüsse 16, 17,
der nicht mit Druck beaufschlagt ist, mit dem Rücklauf, d. h. mit einem der
Auslässe 21, 22.
Auf diese Weise wird eine Druckwippe gebildet, bei der das Stellorgan 12 stets
auf einer Seite mit Druck beaufschlagt und auf der gegenüberliegenden Seite
drucklos ist.
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Das
Entlastungsventil 25 ist ein bistabiles Ventil, das zwei
entgegengesetzte Ventilsitze 27, 28 hat. Eine
Kugel 29 verschließt
abwechselnd einen der beiden Ventilsitze 27, 28.
Der Ventilsitz 27 ist über
eine Leitung 30 mit einem Anschluss des Steuerventils 20 verbunden.
Der Ventilsitz 28 ist mit einem Auslass 31 verbunden,
der einen Schalldämpfer
aufweist. Die Leitung 30 bildet die Steuerleitung für das Entlastungsventil 25.
Wenn an Leitung 30 Druck ansteht, wird die Kugel 29 gegen
den Ventilsitz 28 gedrückt.
Auf diese Weise gelangt der Druck in die Leitung 26 und
somit zum Rücklaufanschluss 17.
Wenn die Leitung 30 drucklos ist, wird die Kugel 29 durch den
Druck einer Hilfsleitung 32, die mit Leitung 26 verbunden
ist, gegen den Ventilsitz 27 gedrückt. Die Leitung 26 wird
dann druckentlastet.
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Wenn
das Absperrorgan 10 ein Schnellschlussventil ist, das normalerweise
geöffnet
ist, ist die zweite Position 2P des Steuerventils 20 die
Normalposition. In diesem Zustand ist über das Entlastungsventil 25 der
Rücklaufanschluss 17 mit
Druck beaufschlagt und der Vorlaufanschluss 16 ist über das
Steuerventil 20 drucklos. Im Gefahrenfall muss das Absperrorgan 10 geschlossen
werden. Zu diesem Zweck wird das Steuerventil in die erste Position 1P gesteuert.
Dadurch wird der Vorlaufanschluss 16 mit Druck beaufschlagt
und gleichzeitig wird über
das Entlastungsventil 25 der Rücklaufanschluss 17 drucklos.
Auf diese Weise erfolgt ein schnelles Schließen des Absperrorgans 10.
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Aus
der Zeichnung ergibt sich, dass in der zweiten Position 2P des
Steuerventils 20 das Stellorgan 12 und das Entlastungsventil 25 eine
pneumatische Reihenschaltung bilden, die zwei Anschlüsse des
Steuerventils 20 miteinander verbindet. Auf diese Weise
wird ein Druck-Kreislauf gebildet, der entweder im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn beaufschlagt wird. In der ersten Position 1P des Steuerventils 20 besteht
die Reihenschaltung ebenfalls, jedoch ist sie dann an einem Ende
durch den Auslass 31 offen und somit nicht mit dem Steuerventil verbunden.
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Die
Druckquelle 18 ist an eine Versorgungsleitung 35 angeschlossen.
Die Versorgungsleitung 35 ist über ein Rückschlagventil 36 mit
einem Druckbehälter 37 verbunden,
der den Lieferauslass der Druckquelle 18 bildet. Die Versorgungsleitung 35 enthält einen Öler 38 und
einen Filter und/oder Wasserabscheider 39. Die Versorgungsleitung
ist ferner ein Manometer 40 zur Anzeige des an den Druckbehälter 37 gelieferten
Druckes angeschlossen.
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Der
Druckbehälter 37 ist
ferner mit einem Druckwächter 41 verbunden.
Hierbei handelt es sich um einen Druckschalter zur Überwachung
des Behälterdrucks
und zur Erzeugung eines Alarms wenn der Behälterdruck nicht den Vorgaben
entspricht.