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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Stellungsermittlungsvorrichtung zum Anbau an ein Ventil, insbesondere einem Prozessventil, wie es bspw. in der chemischen Industrie oder in der Nahrungsmittelindustrie Verwendung findet.
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Derartige Vorrichtungen sind an sich bekannt. Sie werden in der Regel dazu verwendet, die Stellung eines Antriebsmittels des betreffenden Ventils zu ermitteln, um diese mit entsprechenden Auswertungs- und/oder Anzeigemitteln auszuwerten und/oder anzuzeigen. Zum Teil sind die Auswertungs- und/oder Anzeigemitteln mit der Stellungsermittlungsvorrichtung zu einer Vorrichtung zusammengefasst. Man spricht dann von sogenannten Stellungsanzeigen.
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Elektrische Stellungsermittlungsvorrichtungen für Prozessventile weisen üblicherweise ein Außengehäuse und ein wenigstens teilweise innerhalb des Außengehäuses angeordnetes Stellmittelgehäuse auf. Das Stellmittelgehäuse weist ein darin beweglich angeordnetes Stellmittel auf, das mittels einer im Stellmittelgehäuse angeordneten Feder so mit einer Federkraft beaufschlagt wird, dass es, wenn es an einem Prozessventil angebaut ist, an das Antriebsmittel des betreffenden Ventils angedrückt wird. Das Stellmittel wird also kraftschlüssig mit dem Antriebsmittel verbunden und kann so dessen Bewegungen folgen. Diese Bewegungen bzw. unterschiedlichen Positionen des Stellmittels werden dann mit Hilfe einer meist ebenfalls im Gehäuse angeordneten Positionserfassungseinrichtung erfasst, die diese gegebenenfalls an eine Auswertevorrichtung bzw. Anzeigevorrichtung weiterleitet.
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Bei derartigen bekannten Stellungsermittlungsvorrichtungen wird zur Abdichtung eine dynamische Dichtung vorgesehen, d. h. dass sich die zusammenwirkenden Dichtelemente zueinander bewegen. Mit anderen Worten ist also ein Dichtelement am Stellmittel und/oder am Gehäuse angeordnet, welches durch die einhergehenden Bewegungen des Stellmittels einem funktionsbedingten Verschleiß unterworfen ist. Hierdurch kann es zu Steuerluftverlusten kommen, was insbesondere bei pneumatischen NO-(Federkraft öffnend) bzw. DA-Antrieben (Doppelt wirkend) insgesamt zu Dichtungsproblemen und damit Ausfällen führen kann. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Stellungsermittlungsvorrichtung aufzuzeigen, die eine gegenüber den bekannten Lösungen verbesserte Ausfallsicherheit aufweist.
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bei der kein Verschleiß der verwendeten Dichtungen auftritt und es somit auch nicht zu einem Verlust an Steuerluft kommt, und ferner eine vollständige Trennung von elektrischen und mechanischen Komponenten gewährleistet ist.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Stellungsermittlungsvorrichtung nach Schutzanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße elektrische Stellungsermittlungsvorrichtung zeichnet sich gegenüber den eingangs genannten Vorrichtungen also dadurch aus, dass eine außerhalb des Stellmittelgehäuses angeordnete Positionserfassungseinrichtung vorgesehen ist, die die Position des Stellmittels erfasst und das Stellmittelgehäuse gegenüber dem Außengehäuse hermetisch abgedichtet ist. Unter hermetischer Abdichtung ist hier eine undurchdringliche Abdichtung zu verstehen, die insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht ist.
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Durch die mit dieser Erfindung eingeführte berührungslos arbeitende Positionserfassung wird eine vollständige Trennung zwischen mechanischen und elektrischen Komponenten über die zwei Gehäuse erreicht. Zudem wird die Abdichtung zwischen den beiden ortsfesten Gehäusen erzeugt und nicht mehr zwischen dem beweglichen Stellmittel und dessen Gehäuse, so dass auf eine dynamische Dichtung verzichtet werden. All dies führt dazu, dass kein Verschleiß mehr an der verwendeten Dichtung durch relativ bewegte Teile auftritt und sich die Ausfallsicherheit erhöht. Denn die Dichtung wird weniger bis gar nicht mehr mechanisch belastet, so dass es auch nicht mehr zu den bisher bekannten Verlusten an Steuerluft kommen kann. Zudem wird durch die vollständige Trennung von elektrischen und mechanischen Komponenten die Ausfallsicherheit auch auf Seiten der Elektrik erhöht.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Stellmittelgehäuse und dem Außengehäuse wenigstens ein Dichtmittel zur hermetischen Abdichtung vorgesehen. Da dieses Dichtmittel zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet ist, handelt es sich hierbei um eine statische Dichtung. Auch kann zur hermetischen Abdichtung ein Dichtmittel zwischen dem Stellmittelgehäuse und dem Ventil angeordnet sein, was die Abdichtung zwischen Ventil und dem Stellmittelgehäuse verbessert.
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Als Dichtmittel verwendet werden kann beispielsweise ein O-Ring-Dichtung. Derartige Dichtungen sind als Standardartikel gut erhältlich, und können von den Benutzern schnell und unkompliziert ausgetauscht werden.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Dichtmittel aus einem Kautschuk, z. B. einem Synthesekautschuk wie Nitrilkautschuk ist. Dieser auch als NBR bezeichnete synthetische Kautschuk hat sehr gute Dichtqualitäten über ein breites Temperaturband.
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Weiterbildend besteht wenigstens das Außengehäuse und/oder das Stellmittelgehäuse aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polysulfon. Dadurch sind die Gehäuse leichtgewichtig, einfach herzustellen und gut zu reinigen. Polysulfon hat auch den Vorteil, dass eine dauerhaft hohe Transparenz bei gleichzeitig hoher Temperaturbeständigkeit und chemischer Beständigkeit erreicht werden kann. Die Gehäuse sind vorteilhafterweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise können die Gehäuse verklebt sein. Sind beide Gehäuse aus einem geeigneten Kunststoff kann das Außengehäuse auch mit dem Stellmittelgehäuse verschweißt werden. Als Schweißverfahren kommen beispielsweise Ultraschallschweißen, Reibschweißen oder Laserschweißen in Betracht.
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Weiterbildend ist die Abdichtung des Stellmittelgehäuses gegenüber dem Außengehäuse so ausgelegt, dass das Stellmittelgehäuse innen dauerhaft mit einem Steuerdruck von 8 bar bis 10 bar beaufschlagt werden kann, und insbesondere einem Berstdruck von bis zu 30 bar standhalten kann. Mit anderen Worten ist die hermetische Abdichtung so ausgelegt, dass es bei dem im Regelfall verwendeten Steuerluftdruck von bis zu 10 bar zu keinerlei Steuerluftverlusten kommt. Auch ein kurzeitiger Druckanstieg von bis zu 30 bar, beispielsweise bedingt durch Öffnen oder Schließen eines Ventils, oder durch einen Fehler, führt nicht zum Bersten der Stellungsermittlungsvorrichtung.
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Zweckmäßigerweise ist die Abdichtung des Außengehäuses der Stellungsermittlungsvorrichtung gegenüber der Umwelt so ausgelegt ist, dass das Außengehäuse mindestens gegen Spritzwasser und möglichst auch gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt ist. Vorteilhafterweise ist die Abdichtung dabei so ausgeführt, dass die erfindungsgemäße Stellungsermittlungsvorrichtung z. B. die Vorgaben der Schutzklasse IP 67 erfüllt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einem in der Zeichnung gezeigten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
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In der Figur ist eine erfindungsgemäße elektrische Stellungsermittlungsvorrichtung 1 für ein Ventil 2 mit einem Außengehäuse 3, einem Stellmittelgehäuse 4 und einem darin beweglich angeordneten Stellmittel 5 im zusammengebauten Zustand dargestellt, so wie es auf ein Ventil 2 aufgesetzt wird. Die Stellungsermittlungsvorrichtung 1 weist eine im Stellmittelgehäuse 4 angeordnete Feder 6 auf, die im vorliegenden Fall als Schraubenfeder ausgeführt ist. Im Inneren des Außengehäuses 3 ist die Positionserfassungseinrichtung 7 gut vor Feuchtigkeit und Staub geschützt, angeordnet.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Außengehäuse 3 ein Außengehäuseunterteil 3a und ein Außengehäuseoberteil 3b auf. Das Stellmittelgehäuse weist ein ersten Stellmittelgehäuseteil 4a und einen zweiten Stellmittelgehäuseteil 4b auf. Das zweite Stellmittelgehäuseteil 4b besteht aus einem Kunststoff, bspw. Polysulfon (PSU) und ist im Spritzgussverfahren herstellbar. In das zweite Stellmittelgehäuseteil 4b ist eine Gewindehülse 10 aus Edelstahl eingegossen. Die Gewindehülse 9 ist zweckmäßiger Weise eine M12 × 1 oder M16 × 1 Mutter. Mit Hilfe der Gewindehülse 10 kann das zweite Stellmittelgehäuseteil 4b an ein Ventil 2 angeschraubt werden. Das Außengehäuseunterteil 3a, das Außengehäuseoberteil 3b und das erste Stellmittelgehäuseteil 4a bestehen ebenfalls aus einem Kunststoff, bspw. aus PSU, und könne somit auch im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Nachfolgend wird die hermetische Abdichtung des Stellmittelgehäuses näher erläutert. Zwischen dem zweiten Stellmittelgehäuseteil 4b und dem Außengehäuseunterteil 4b ist eine statische Dichtung 8, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet. Dieser sitzt wie gut zu erkennen in einer Nut am äußeren Umfang des unteren Stellmittelgehäuseteils 4b. Das obere Stellmittelgehäuseteil 4a ist mit dem Außengehäuseunterteil 3a und dem Außengehäuseoberteil 3b über Schweißverbindungen 13 verbunden. Die Schweißverbindungen 13 können beispielsweise durch Ultraschallverschweißen oder auch durch Reibverschweißen hergestellt werden. Zur Abdichtung zwischen der Gewindehülse 10 und dem Ventil 2 ist eine weitere statische Dichtung 9, beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen. Die Dichtung 9 sitzt in einer Nut entlang des Außenumfangs der Gewindehülse 10. Somit ist die erfindungsgemäße Stellungsermittlungsvorrichtung 1 auch gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt und fällt somit in die Schutzklasse IP 67.
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Wenn die Stellungsermittlungsvorrichtung 1 nun wie dargestellt am Ventil 2 angeschraubt ist, kann die Steuerluft sich innerhalb des Stellmittelgehäuses 4 verteilen, jedoch nicht aus diesem austreten. Durch die statische Dichtung 9 kann die Stellungsermittlungsvorrichtung 1 bzw. das Außengehäuse 3 relativ zum Ventil 2 bzw. zur Gewindehülse 10 gedreht werden, sodass jegliche Einbaulage möglich ist.
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Zur Erfassung der Position des Stellmittels 5, weist dieses an seinem oberen Ende einen Magnet 11 auf. Dessen Magnetfeld kann über die Positionserfassungseinrichtung 7 mit Hilfe von mehreren Hall-Sensoren 12a, 12b erfasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellungsermittlungsvorrichtung
- 2
- Ventil
- 3
- Außengehäuse
- 3a
- Außengehäuseoberteil
- 3b
- Außengehäuseunterteil
- 4
- Stellmittelgehäuse
- 4a
- erstes Stellmittelgehäuseteil
- 4b
- zweites Stellmittelgehäuseteil
- 5
- Stellmittel
- 6
- Feder
- 7
- Positionserfassungseinrichtung
- 8
- Dichtung
- 9
- Dichtung
- 10
- Gewindehülse
- 11
- Magnet
- 12a
- Hallsensor
- 12b
- Hallsensor
- 13
- Schweißverbindung
