DE2255376A1

DE2255376A1 - Stellvorrichtung fuer ventile

Info

Publication number: DE2255376A1
Application number: DE2255376A
Authority: DE
Inventors: Ronald Anderson Gulick; John Mccormack Sheesley
Original assignee: RES ENGINEERING CO
Current assignee: RES ENGINEERING CO
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1972-11-11
Publication date: 1974-02-14
Also published as: JPS5240046B2; JPS4945425A; IT974205B; GB1415241A; FR2166965A5; US3797324A; CA962987A

Description

Research Engineering Company, 3100 ^aIl Street_s Houston, Texas (Y.St.A.)

Stellvorrichtung für Ventile

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtiing auia öffnen und Schließen von Ventilen verschiedenster Bauart. · .---..

Bekannte yentilstellvorrichtungen werden von Hand verstellt oder hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigt. In. den letzten Jahren werden in Ventilstellvorrichtungen in wachsendem. Maße zur Erzeugung der eigentlichen Stellbewegung Mechanismen verwendet, bei denen die Umwand.lung einer beispielsweise von einem Kolben erzeugten geradlinigen Bewe-f gung in eine drehende oder oszillierende Stellbewegung mittels jochartigen Hebeln erfolgt, die mit dem zu verstellenden Ventilschaft verbunden sind. Bei einem solchen Mechanismus bereitet die Aufnahme von axial und seitlich wirkenden Drücken und Momenten Schwierig-

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keiten. Durch die Erfindung wird nun ein Weg gezeigt, wie diese Kräfte von dem Gehäuse aufgenommen werden können, in dem der Kraftubertragungsmechanismus untergebracht ist.

Bei den hier in Frage stehenden Stellvorrichtungen kann der Antrieb des längsbeweglichen Vorrichtungsteils oder -elementes, das beispielsweise eine Kolbenstange sein kann von äußeren Kräften der verschiedensten Art bewirkt werden. Diese Längsbewegung wird dann in eine drehende oder oszillierende Bewegung des jochartigen Hebelmechanismus umgewandelt, der in geeigneter V/eise mit dem das öffnen und Schließen des Ventils bewirkenden Ventilschaft verbunden ist. Da die Erfindung im wesentliehen mit der Gehäusebauart zusammenhängende Merkmale betrifft, ist ersichtlich, daß die Art und Weise, wie die äußeren Kräfte zur Einwirkung gelangen, für die Erfindung an sich unerheblich ist, so daß beispielsweise anstelle einer Kolbenzylindervorrichtung auch eine andere Art von Antriebsvorrichtungen verwendet werden kann. Innerhalb des Gehäuses sind sich mit Abstand voneinander durch das Gehäuse erstreckende Stangen vorgesehen, die sowohl zur Führung eines mit dem jochartigen Hebelmechanismus zusammenarbeitenden Glieds als auch zur Aufnahme bzw. zum Absorbieren von Kräften dienen, so daß diese innerhalb des Gehäuses und nicht durch den Antrieb, beispielsweise den Antriebεzylinder absorbiert werden.

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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist: '

Pig. 1 ein senkrechter Längsschnitt durch das Gehäuse der Stellvorrichtung und dem mit ihm verbundenen Antriebszylinder;

Fig. 2 ein Schnitt 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausbildungsform des zwischen den Stangen gleitend geführten Glieds, das die Kolbenstange des Antriebs mit den Armen des Hebeimechanismüs • verbindet; ■ ■

Fig. 4 eine der Fig. 4· ähnliche Ansicht

einer anderen Ausführungsform eines Verbindungsglieds;

Fig. 5 eine der Fig. 1 ähnliche Schnittansicht einer mit zwei Antriebszylindern arbeitenden Stellvorrichtung ; '

Fig. 6· eine der Fig. 1 ähnliche Schnittansicht einer Stellvorrichtung mit einer anderen Anordnung des Hebelmechanismus; und

Fig. 7 ein Schnitt 7-7 der Fig. 6.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist der mit der Stellvorrichtung verbundene Teil des zu verstellenden Ventils bezeichnet. Die Stellvorrichtung, weist ein mittleres ' Gehäuse 20 und einen an diesem befestigten Antriebszylinder 30 auf. Die Art der Befestigung des Antriebszylinders kann auch anders als gezeigt sein. Es kön-

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nen auch mehr als ein Antriebszylinder verwendet werden, beispielsweise bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform. Die Anzahl der Arme des Hebelmechanismus kann auch größer als gezeigt sein und die Arme können sich vom Nabenteil aus auch in einander entgegengesetzten Richtungen erstrecken.

Der Zylinder 30 enthält einen an einem Ende einer Kolbenstange 41 angeordneten Kolben 40, dessen Bewegung in einer Richtung durch einen Anschlag 51 begrenzt ist, der in dem den Zylinder nach außen abschließenden Zylinderdeckel 31 verstellbar angeordnet ist und durch eine Buchse 52 in seiner eingestellten Stellung gehalten wird. Das freie Ende der Kolbenstange 41 erstreckt sich durch einen das andere Ende des Zylinders abschliessenden Kopf 32 hindurch, der an einem blockartigen Gehäuseabschnitt 21 des Gehäuses 20 in beliebiger Weise, beispielsweise durch nicht gezeigte Schrauben, Schweißnähte oder Gewindeverbindungen befestigt sein kann. Im Zylinderdeckel 31» im Kopf 32 und im Abschnitt 21 sind DruckmitteldurchläßSe vorgesehen, die mit den Druckmittelzuleitungen 36 verbunden sind. ^!

Das Gehäuse 20 besteht aus oberen und unteren plattenartigen Gehäuseteilen 22 und 23, dem zylinderseitigen Abschnitt 21 und einem diesen an der anderen Stirnseite des Gehäuses gegenüberliegenden weiteren blockartigen Gehäuseabschnitt 21. Die Gehäu-

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seabschnitte 21 sind einstückig mit den Gehäuseteilen ausgebildet oder fest mit ihnen verbunden. Beide Gehäuseteile. 22, 23 können öffnungen zur Aufnahme der Enden desNabenteils 61 des gochartigen Hebelmechanismus 60 aufweisen. Es kann aber, wie noch beschrieben werden wird, auch eine Anordnung verwendet v/erden, b"ei der eines der plattenförmigen Gehäuseteile keine Öffnung hat. Eine in die Öffnung des unteren Gehäuseteils eingepaßte Lagerbuchse 24 liegt mit ihrer einen eine Lagerfläche bildenden Stirnseite 25 an einer Schulter 62 des Nabenteils 61 an. Hier sei. erwähnt, daß bei der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, das Gehäuse die beim Stellvorgang auftretenden Kräfte in einem solchen Maße aufnehmen oder absorbieren kann, daß zur Lagerung des Nabenteils 61 im Gehäuse 20 eine Lagerbuchse genügt, während üblicherweise in jedem Gehäuseteil eine Buchse vorgesehen ist. Fig. 1 zeigt den Ventilschaft' 63^. auf dem der Nabenteü 61 mittels eines Keils befestigt ist. Der Hebelmechanismus weist obere und untere Arme 64, 65 auf, die mit Schlitzen 66 zur Aufnahme eines Antriebs-•stifts versehen sind. Die Schlitze können in der gezeigten Weise axial zu den Armen ausgerichtet, sein, können aber auch bogenförmig ausgebildet sein oder schräg zur Längsachse der Arme verlaufen.

An dem deia Näbenteil 61 benachbarten Ende des Gehäuses sind sich durch die Gehäusewand erstreckende Anzeige'einrichtungen 18 vorgesehen, die die Qe-

weilige Stellung anzeigen die der Hebelmechanisiaus innerhalb des Gehäuses einnimmt. Diese stiftförmig ausgebildeten Anzeigeeinrichtungen haben einen innerhalb des Gehäuses liegenden Ansatz oder Flansch 69 und eine zwischen Ansatz und Gehäusewand angeordnete Feder 70. Wenn einer der Arme 64, 65 an einer dieser Anzeigeeinrichtungen anliegt, wird deren außerhalb des Gehäuses liegender Kopf weiter nach außen gedruckt. Die vorstehenden Köpfe der Anzeigeeinrichtungen machen also die Stellung der Arme des Hebelmechanismus und damit auch die Einstellung des Ventils sichtbar. Die Anzeigeeinrichtungen 68 können zur Betätigung von Schaltern, Ventilen oder dergleichen verwendet werden. 3ei der Ausführungsform nach Fig. 1, bei der nur ein Antriebszylinder vorhanden ist, ist.an dem linken Ende des Gehäuses eine im x%^resentlichen den Teilen 51, 52 entsprechende Anschlaganordnung 72, 73 für das den Hebelmechanismus und die Kolbenstange antriebsmäßig verbindende Glied vorgesehen.

Durch das Gehäuse erstrecken sich zwei Stangen 81, 82, die an beiden Stirnseiten des Gehäuses bzw» in den blockartigen Gehäuseabschnitten 21 befestigt sind, beispielsweise durch Stifte 83, die nur an den in Fig. 1 rechts liegenden Stangenenden gezeigt sind. In den Figuren 1 und 2 sind zylindrische Stangen von ringförmigem Querschnitt gezeigt. Die Arme des Hebelmechanismus sind sich gegenüberliegend an beiden Seiten der Stangen angeordnet.

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Zwischen don Stangen 81 und 82 und an diesen entlang bewegt sich das mit der Kolbenstange 41 und dem Hebelmechanismus zusammenarbeitende "Verbindungsglied. In l^pig. 1, 2 und 3 ist das an seinem einen Ende mittels einer Schraubverbindung 84 an der Kolbenstange befestigte blockförmige Verbindungsglied 85 mit zwei gabelförmig angeordneten Schenkeln 86, 87 versehen, durch die sich ein Stift 91 hindurcherstreckt, der als Drehlager für eine Rolle 90 dient. Bei dieser Ausführungsform hat die Bolle 90 eine konkave Umfangsflache, die mit den beiden Stangen 81, 82 in Eingriff steht. An den beiden Enden des Stifts 91 sitzen Hollen 92 oder Gleitschuhe, die in die Schlitze 66 der Arme 64, eingreifen. '

V/enn bei dieser Ausführungsform- der Kolben und die Kolbenstange durch eine-beliebige Kraft in Längsrichtung des Zylinders bewegt werden, wird auch das blockfÖrmige Verbindungsglied 85 mitbewegt, wobei die Rolle 90 zwischen den Stangen 81, 82 entlang läuft und von diesen geführt wird. Dabei bewegen sich auch die auf dem Stift 91 sitzenden,, in die Armschlitze 66 einfassenden Rollen 92 und bewirken eine oszillierende Bewegung des Hebelmechanismus. Die Vorteile der beschriebenen Anordnung ergeben sich daraus, daß die Stangen 81, 82 fest am Gehäuse angeordnet sind, und daß das den Hebelmechanismus tragende Element im vorliegenden Falle die Rolle 90, sich entlang der Stangen bewegt. Da-

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bei erzeugte Kräfte werden unabhängig von der Drehrichtung des Hebelmechanismus vom Gehäuse der Stellvorrichtung und nicht vom Zylinder aufgenommen, wobei nicht nur von den äußeren Kräften erzeugte axiale Reaktionskräfte von den Stangen absorbiert werden, sondern auch vom Hebelmechanismus herrüh~ rende seitlich wirkende Kräfte, die über die Rolle 90 auf eine der Stangen übertragen werden. Es sei hier e'rwähnt, daß eine gewisse Durchbiegung der Stange 82 dadurch ermöglicht werden kann, daß im mittleren Umfangsabschnitt des Nabenteils 61 eine im Querschnitt kreisbogenförmige Ausnehmung 95 vorgesehen wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein gewisses Spiel der Stange, das sich aber am Anfang und am Ende der Drehmomentkurve wirkungsgradmäßig ungünstig auswirkt.

Abgesehen davon, daß bei der beschriebenen Anordnung die Kräfte vom Gehäuse absorbiert werden, lassen sich auch noch weitere Vorteile erreichen. Beispielsweise können die Stangen 81, 82 getrennt oder mit dem Gehäuse aus einem Stück hergestellt werden.

Fig. 4- zeigt eine Ausführungsform, bei der die Stangen 81A und 82A einen rechteckigen Querschnitt haben und die Rolle 9OA eine in Querrichtung geradlinige Umfangsflache hat. In gewissen Fällen kann auch eine konvexe Kontur der Rollenumfangsflache erwünscht sein. Diese Figur zeigt ferner die Verwendung einer Gelenkverbindung 99A zwischen dem mit

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der Rolle versehenen Verbindungsglied 85A und der Kolbenstange 41A. Eine solche Gelenkverbindung gestattet eine geringe seitliche Bewegung der Rolle 90A, ohne daß dabei die Kolbenstange durch seitliche Kräfte beansprucht wird. Die Gelenkverbindung kann auch aus einer nicht gezeigten Schlitzverbindung zwischen Kolbenstange und Verbindungsglied bestehen,

Pig. 5 zeigt, daß das blockförmige Verbindungsglied 85B_rnicht direkt mit der Kolbenstange verbunden zu sein braucht. Bei dieser Ausführungsform, bei der die Rolle 9OB ebenfalls zwischen den gehäusefesten Stangen 81B, 82B läuft, sind zwei sich gegenüberliegende Antriebszylinder 3OB vorgesehen, deren Kolbenstangen 41B Ansätze 95B des blockformigen Glieds 85B beaufschlagen. In anderer Hinsicht' ist die Wirkungsweise dieser Ausführungsform im wesentlichen die gleiche wie bei.den vorbeschriebenen Ausführungsformen.

Die den Figuren 1 und 2 ähnlichen Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Abwandlung. Der Hebelmechanismus 600 ist hier entgegengesetzt zu Fig. 1 angeordnet, wobei der Anschlag 7.2 C die weitere Bewegung des mit der Rolle 900 versehenen Glieds 850 blockiert. Die Rolle 900 bewegt sich auch hier zwischen den gehäusefesten Stangen 81C und 820. An einer dieser Stangen ist ein Vorsprung 101 vorgesehen, der den einen Teil der Lagerung für den Na-

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benteil des Hebelmechanismus bildet. Dieser Vorsprung 101 liegt an einem den anderen Teil der Lagerung bildenden Vorsprung 102 an, der ein einstückiger Teil des Gehäuses sein kann. Ein solcher an einem der Stangen vorgesehener Lagervorsprung führt zu verringerten Herstellungskosten und erleichtert den Zusammenbau der Stellvorrichtung. Er kann, wie in Pig. 7> axial angeordnet sein oder das in dieser Figur gezeigte Lager PAG bilden. Bezüglich der Lagerung wurde gefunden, daß aufgrund des für den Ventilschaft innerhalb des Ventils selbst vorgesehenen Lagerung die bisher übliche Lagerung des Hebelmechanismus an zwei Seiten des Gehäuses dazu führen kann, daß ein freies Drehen des Ventilschafts behindert oder eine Drehung des Schafts sogar blockiert werden kann. Es hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung in den meisten Fällen die seitliche Beanspruchung und im wesentlichen alle auftretenden Biegemomente mittels eines einzigen Lagers derart aufgenommen werden können, wie dies im unteren Teil der Fig. 2 und 7 gezeigt ist.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens viele andere Abwandlungen möglich sind.

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Claims

Ansprüche

1,) Stellvorrichtung,für Ventile, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (41, 85) zur übertragung der Stellkraft auf ein mindestens teilweise innerhalb eines Gehäuses (20) angeordnetes, mit d.em Ventil verbundenes und dieses bewegendes Mittel (60); innerhalb des Gehäuses fest angeordnete Führungsstangeη (81, 82); und ein einen Teil der Steilkraftübertragungseinrichtung bildendes, längsbewegliches Glied (85), das die Stellbewegung des Ventilbewegungsmittels bewirkt und das mit einem an den Führungsstangen,(81, 82) entlang beweglichen Bauteil (90) versehen ist und über diesen an ihm senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung wirksame Kräfte auf die Stangen überträgt.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Stangen (81, 82) in Eingriff stehende Bauteil eine Rolle (90) ist.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Glied (85) einen Stift (91) aufweist, der mit einem in wenig~ stens einen länglichen Schlitz (66) des Ventilbewegungsmittels (60) eingreifenden Abschnitt (92) versehen ist. .

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4. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (81, 82) kreisförmigen Querschnitt haben.
5. Sellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (61) des Ventilbewegungsmittels (60) eine ringförmige Ausnehmung (95) aufweist, deren Kontur der Kontur der-Stangen (81, 82) angepaßt ist.
6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen einen nicht-kreisförmigen Querschnitt haben.
7. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbewegungsmittel aus einem jochartigen Hebelmechanismus (60) mit einem Paar von einem fest mit dem Ventilschaft (63) verbundenen Nabenteil (61) ausgehenden Armen (64, 65) besteht, von denen jeder einen länglichen Schlitz (66) zur Aufnahme von Abschnitten (92) des am beweglichen Glied (85) sitzenden Stifts (91) aufweist.
8. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellkraftübertragungseinrichtung eine gelenkig mit dem beweglichen Glied (85) verbundene Kolbenstange (4-1A) aufweist.
9. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

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7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellkräftübertragung ö einrichtung zwei sich gegenüberliegende Zylinder (3DB) aufweist, deren sich fluchtend auf einander^zU erstreckende Kolbenstangen (41B) mit ihren freien Enden am "beweglichen Glied (85 B) anliegen. ■ ·
10. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (90) des beweglichen Glieds (SJp) eine im Querschnitt konkave Umfangsflache hat.
11. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Stangen (82.C) einen Vorsprung (101) aufweist, der zusammen mit einem an ihm anliegenden Vorsprung (102) des Gehäuses (20) eine ringförmige Abstützung für das Nabenteil (61) bildet.
12. Stellvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 'mindestens eine am Gehäuse (20) vorgesehene', aus einem die Gehäusewand durchdringenden federbelasteten Stift bestehende Anzeigeeinrichtung (68) zum Anzeigen von mindestens einer vom Ventilbewegungsmittel (60) innerhalb des Gehäuses eingenommenen Stellung._
13.. Stellvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch zwei Anzeigeeinrichtungen (68) zum Anzei- · gen der beiden Endstellungen und zwischen diesen

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liegenden Stellungen des Ventilbewegungßmittels (60).

14-. Stellvorrichtung, insbesondere nach einen der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nur das eine Ende des Nabenteils (61) des Hebelmechanismus (60) im Gehäuse (20) gelagert und das andere Ende ungeführt ist.

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