DE2435354C3

DE2435354C3 - Doppeltwirkender pneumatischer Stellantrieb

Info

Publication number: DE2435354C3
Application number: DE19742435354
Authority: DE
Inventors: Werner 7000 Stuttgart Feinauer
Original assignee: Eckardt AG
Current assignee: Eckardt AG
Priority date: 1974-07-23
Filing date: 1974-07-23
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2435354A1; DE2435354B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden pneumatischen Stellantrieb, insbesondere für Ventile od. dgl., nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stellantriebe finden in der Technik eine mannigfache Verwendung. Sie sind als einfach wirkende und als doppelt wirkende Stellantriebe bekannt. Während bei einfach wirkenden Stellantrieben die Rückstellung beispielsweise bei einer Ventilspindel in der Regel durch entsprechend dimensionierte Federn erfolgt, kann eine Rückstellung bei doppelt wirkenden Stellantrieben dadurch erfolgen, daß das Stellglied von einer Seite her mit Druck beaufschlagt wird. Doppelt wirkende Stellantriebe weisen gegenüber einseitig wirkenden Stellantrieben den Vorteil auf, daß die aufzuwendenden Verstellkräfte und damit der Verstellaufwand gering gehalten werden können. Sie weisen aber den Nachteil auf, daß dann, wenn der Zuluftdruck ausfällt das zu verstellende Teil keine definierte Endstellung einnehmen kann, weil die Rückstellkräfte fehlen. Bei Einsatz von Stellantrieben werden bei verschiedenen Verfahren aber definierte Endstellungen, beispielsweise Schließstellungen oder geöffnete Stellungen von Ventilen verlangt, und zwar auch dann, wenn der Betriebsdruck ausfällt.

Aus der DE-AS 10 61 190 ist aber bereits ein gattungsgemäßer Stellantrieb bekannt, dessen Kolben über einen Kolbenschieber und eine Druckluftzuführleitung beidseitig mit Druckluft beaufschlagt werden kann, so daß er über eine Kolbenstange ein am anderen Ende eines Schwenkhebels angeordnetes Ventil betätigen kann. In die Druckluftzuführleitung ist dabei ein Speicherraum eingeschaltet, der durch einen federbelasteten Kolben begrenzt wird. Solange Druck in der Zuführleitung vorhanden ist, wird der Speicherkolben daher gegen die Wirkung seiner Feder nach unten gedruckt, so daß Druckluft zum Schieber unter Zwischenschaltung des Speicherraumes gelangen kann. Fällt der Druck in der Versorgungsleitung ab, so wird der Kolben durch die Feder nach oben gedrückt, schlägt an die Kolbenstange an und sorgt mechanisch dafür, daß das Stellglied in eine definierte Endlage kommt. Auch andere dort noch vorgeschlagene Ausführungsformen sehen eine mechanische Rückstellung vor. Diese Bauarten weisen zwar den Vorteil auf, daß während des Betriebes das als Kolben ausgebildete Stellglied nicht gegen die Wirkung einer Feder verschoben zu werden braucht. Wegen der Anordnung des zusätzlichen Zylinders für den den Speicherraum begrenzenden Kolben und für die Unterbringung der Feder ist aber ein relativ großer Raumbedarf notwendig. Dazu kommt, daß zusätzliche Teile mit Toleranzen bearbeitet werden müssen, denn es muß die Gewähr dafür gegeben sein, daß der Speicherkolben einwandfrei in seiner Führung verschiebbar ist. Er muß außerdem, wenn Leckverluste vermieden werden sollen, gut abgedichtet geführt sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen doppelt wirkenden pneumatischen Stellantrieb der eingangs genannten Bauart so auszubilden, daß auf mechanische Rückführteile verzichtet werden kann und der Raumbedarf so klein als möglich gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch diese Ausgestaltung wird der Speicherraum, der bei der bekannten Bauart nur als Puffer vorgesehen ist, für den Fall des Druckabfalles zur Energieversorgung des Stellgliedes ausgenutzt. Ein mechanisches Rückstellglied wird vermieden, und es wird der ohnehin vorhandene pneumatische Antrieb des Stellgliedes auch zur Rückstellung ausgenutzt. Durch die Anordnung eines druckabhängig schaltenden Ventiles kann der ^peicherraum, der innerhalb des Stellgliedes vorgesenen wird, wahlweise an die Druckversorgung bzw. an den Druckraum angeschlossen werden, der die gewünschte Rückstellung des Stellgliedes gewährleistet.

Zu diesem Zweck muß lediglich dafür gesorgt werden, daß der im Inneren des Stellgliedes vorgesehene Speicherraum genügend groß ist, um die gewünschte Rückstellung vornehmen zu können. Auch jeder zusätzliche Bearbeitungsaufwand für mechanische Rückstellantriebe wird überflüssig.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2—6 beschrieben.

Die Merkmale des Anspruches 2 bringen den Vorteil mit sich, daß das Schaltventil so gesteuert wird, daß der Innenraum des Stellgliedes die Notdruckversorgung übernimmt und die Verschiebung des Stellantriebes in eine Endstellung gewährleistet Durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 wird die Gewähr dafür gegeben, daß das Stellglied des Stellantriebs einwandfrei in eine Richtung geschoben wird, ohne daß die Gefahr des Aufbaues eines Gegendruckes besteht Die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 erlauben besonders einfache Realisierungen des Gegenstandes der Erfindung.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen aus zwei Membranen gebildeten Stellantrieb gemäß der Erfindung, bei dem zwischen den Membranen ein Speicherraum gebildet ist und

F i g. 2 die Anordnung des Stellantriebes der F i g. 1 zur Verstellung eines Ventiles, wobei ein Stellungsregler zur Betätigung des Stellantriebes in einer Sicherheitsschaltung angeordnet ist, welche bei Druckausfall rfie Gewähr für eine definierte Endlage der Ventilspindel gibt.

In der F i g. 1 werden innerhalb eines Gehäuses 1, das aus einem Deckelteil 2, einem Bodenteil 3 und einem zwischen diesen beiden Teilen eingespannten Ringteil 4 besteht, zwei Membranen 5 und 6 eingespannt, deren Teller 7 bzw. 8 die Decke bzw. den Boden eines Speicherraumes 9 bilden, der nach außen durch einen dicht zwischen die Teile 7 und 8 eingesetzten Ring 10 abgeschlossen ist Die beiden Membranteller 7 und 8 sind in ihrem Zentrum ausgenommen und grenzen dicht an eine Spindel 11 an, die durch die Schraubenmuttern 12 fest mit den Tellern 7 und 8 verbunden ist. Die Spindel 11 ist in dem Deckeiteil 2 und in dem Bodenteil 3 des Gehäuses 1 jeweils in Richtung ihrer Achse verschiebbar geführt und gegenüber diesen Teilen abgedichtet, so daß angrenzend an die obere Membran 5 unterhalb des Deckelteiles 2 ein oberer Steuerdruckraum 13 und unterhalb der unteren Membran 6 zwischen dieser und dem Teil 3 ein unterer Steuerdruckraum 14 gebildet ist, die beide über jeweils eine Anschlußöffnung 15 bzw. 16 mit Druckluft beaufschlagbar sind.

Die Spindel 11 ist durch Dichtungen 17 und 18 bekannter Art gegenüber den Teilen 2 bzw. 3 abgedichtet, und diese Dichtungen sind durch elastische Bälge 19 vor Verschmutzung und Beschädigung gesichert. An ihrem unteren Ende ist die Spindel 11 fest mit einem Anschlußteil 20 verbunden, das über einen Zeiger 21 und eine Skala 22 die Lage der Membranen 5 eo und 6 innerhalb des Gehäuse? ! unJ damit auch die Lage eines von diesem Stellantrieb über die fest mit dem Teil 20 verbundene Stange 23 bewegbaren und aus der F i g. 2 ersichtlichen Ventilkegels 24 sichtbar macht. Zur Führung der Verbindungsstange 23 ist an dem unteren Teil 3 des Gehäuses 1 ein Haltebügel 25 angebracht, der mit einem Führungsteil 26 für die Stange 23 versehen ist.

Der im Inneren der Membranen 5 und 6 gebildete Speicherraum 9 sieht über eine Querbohrung 27 und über die axial innerhalb der Spindel 11 angeordnete Bohrung 28 mit der als Pfeil dargestellten Leitung 29 in Verbindung, die, wie aus F i g. 2 im einzelnen ersichtlich wird, wahlweise an eine Zuluftdruckquelle anschließbar oder mit dem Anschluß 15 zum oberen Steuerdruckraum 13 verbindbar ist

Aus der F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Stellantrieb der F i g. 1 den Ventilkegel 24 eines Ventiles 30 betätigt und zwar in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal y eines nicht gezeigten Reglers, das auf einen doppelt wirkenden Stellungsregler 31 gegeben wird, der von der Zuluftdruckquelle P gespeist wird und in Abhängigkeit vom Ausgangssignal yStellsignale y\ und yi zum Antrieb des Stellantriebes weitergibt, die über die Leitungen 32 und 33 an je ein pneumatisches Relais 34 und 35 weitergeführt werden, die, wie noch zu erläutern sein wird, in Abhängigkeit von der Größe des Druckes P gesteuert sind Das Relais 34 verbindet, wie gestrichelt eingezeichnet ist, während des Betriebes des Stellantriebes die Leitung 32 mit einer Leitung 36 und dem Anschluß 15 zum oberen Steuerdruckraum 13, während das Relais 35 die Leitung 33 während des Betriebes über die Leitung 37 mit dem Anschluß 16 des unteren Steuerdruckraumes 14 verbindet In Abhängigkeit von der Größe des Ausgangssignales y eines Reglers wird daher der Stellantrieb im Gehäuse 1 von dem Stellungsregler 31 aus über die Stellsignale y\ und yi in eine dem Ausgangssignal y des Reglers entsprechende Stellung gebracht, wobei die dadurch bewirkte Lage des Ventilkegels 24 über eine mechanische Verbindung 38 auf den Stellungsregler 31 in bekannter Weise rückgekoppelt ist

Die beiden pneumatischen Relais 34 und 35 werden über die Leitungen 39 und 40 von einem Grenzsignalrelais 41 aus betätigt, das über eine Leitung 42 an die Zuluftdruckquelle P angeschlossen ist. In dem Grenzsignalrelais 41 ist ein druckabhängiger Schalter vorgesehen, dessen Ansprechpunkt einstellbar ist. Ist der Druck P größer als der eingestellte Grenzwert, so befindet sich das Grenzsignalrelais 41 in der Stellung, die gestrichelt eingezeichnet ist, in der über die Leitung 42 der Zuluftdruck ρ auf die Leitungen 39 und 40 sowie auf eine weitere Betätigungsleitung 43 einwirkt, die ein als Relais ausgebildetes Schaltventil 44 in der gestrichelt eingezeichneten Lage hält. Auch die beiden Relais 34 und 35 werden in der gestrichelten Lage gehalten, solange der Druck P größer ist als der am Grenzsignalrelais 41 eingestellte Druckgrenzwert. Da das Relais 44 in dieser Lage über die Leitung 45 ebenfalls mit der Druckluftquelle P in Verbindung steht, liegt die Leitung 29 über die Leitung 46 ebenfalls am Zuluftdruck Pan, so daß der Speicherraum 9 innerhalb des Stellantriebes mit dem vollen Zuluftdruck beaufschlagt ist. Solange der Druck P größer als der eingestellte Grenzwert am Grenzsignalrelais 41 ist, bleiben alle Relais 34, 35, 41 und 44 in der gestrichelt eingezeichneten Lage und der Sieliantrieb arbeitet in der vorher beschriebenen Weise.

Bei Ausfall des Zuluftdruckes P oder beim Absinken dieses Druckes unter den eingestellten Wert schaltet das Grenzsignalrelais 41 in die ausgezogene Lage um, so daß die Leitungen 39, 40 und 43 entlüftet werden. Dadurch wird die Umschaltung der Relais 34, 35 und 44 in die ausgezogene Lage bewirkt, in der eine weitere Einwirkung der Stellsignale y\ und J₂ unterbunden ist. Die Leitung 37, die über den Anschluß 16 zum unteren Steuerdruckraum 14 führt, wird über das Relais 35 vielmehr ebenfalls entlüftet, während das Relais ?4 die

Leitungen 45 und 46 voneinander trennt. Die Leitung 46 wird dadurch im Relais 44 abgesperrt und über das Relais 34 mit der Leitung 36 verbunden, die über den Anschluß 15 zum oberen Steuerdruckraum 13 des Stellantriebes führt. Da die Leitung 46 außerdem aber auch mit dem Leitungsteil 29 verbunden ist, steht in diesem Fall somit der Speicherraum 9 mit dem oberen Steuerdruckraum 13 in Verbindung und der Stellantrieb kann in die in der F i g. 1 gezeigten unteren Endlage gefahren werden, in der beispielsweise der Ventilkegel 24 das Ventil 30 abschließt. Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß das Volumen des Speicherraumes 9 groß genug gewählt wird, um beim Eintreten der Sicherheitsvoraussetzungen die Luft aus dem unteren Steuerdruckraum 14 herauszudrücken und die Schließstellung mit genügender Schließkraft noch zu erreichen. Es ist auch möglich, durch Änderung der in der F i g. 2 dargestellten Schaltung anstelle der unteren Endstellung die obere Endstellung des Stellantriebes anzufahren, wenn beispielsweise gefordert wird, daß beim Ausfall des Druckes P das Ventil 30 geöffnet sein soll. Die Relais 34,35,41 und 44 können zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, so daß der Raumbedarf des neuen Stellenantriebes gering ist.

ι ο Es ist darüber hinaus auch denkbar, den Speicherraum 9 anstelle zwischen zwei Membranen auch beispielsweise innerhalb eines als Stellglied dienenden Kolbens anzuordnen, wobei auch in diesem Fall die Verbindung des Speicherraumes nach außen über eine hohle Kolbenstange erfolgen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Doppeltwirkender pneumatischer Stellantrieb, insbesondere für Ventile od. dgl., mit mindestens einem über eine Spindel auf die zu verstellenden Teile wirkenden Stellglied, sowie mit mindestens einem der Druckluftzufuhr zugeordnetem Speicherraum und einer bei Ausfall des Versorgungsdruckes selbsttätig wirkenden Rückstellanordnung für das Stellglied, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Speicherraum (9) innerhalb des hohl ausgebildeten Stellgliedes (5, 6) vorgesehen ist und über eine Verbindungsleitung (28,29,4S) an einem Schaltventil (44,34) anliegt, das den Speieberraum (9) abhängig vom Versorgungsdruck entweder an die Druckluftzufuhr (P) oder an einen der an das Stellglied (5, 6) angrenzenden Steaerdruckräume (13, 14) anschließt, wobei das Volumen des Speienerraumes (9) auf das Volumen der Steuerdruckräume (13, 14) so abgestimmt ist, daß die gespeicherte Energie zur Rückstellung des zu verstellenden Teiles (24) in eine Ausgangsstellung ausreicht.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (44, 34) über einen vom Druck (P) der Druckluftzufuhr betätigbaren Grenzwertschalter (41) auslösbar ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertschalter ein Grenzsignalrelais (41) ist, das das Schaltventil (44) und zwei weitere pneumatische Relais (34, 35) betätigt, die jeweils einem der beiden Steuerdruckräume (13,14) zugeordnet und in die Druckluftleitungen (32,36; 33, 37) zwischen diesen Steuerdruckräumen und einem Stellungsregler (31) angeordnet sind.

4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der pneumatischen Relais (34) den zugeordneten Steuerdruckraum (13) in der Arbeitsstellung mit dem Stellungsregler (31), in der Rückführstellung mit dem Speicherraum (9) und das andere Relais (35) in der Arbeitsstellung seinen Steuerdruckraum (14) mit dem Stellutigsregler (31), in der Rückführstellung mit der freien Atmosphäre verbindet.

5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied zwei in dem Stellantriebsgehäuse (1) angeordnete Membranen (5,6) vorgesehen sind, deren mit der Spindel (11) verbundene Teller (7, 8) Boden und Deckel eines abgeschlossenen und von den Membranen eingefaßten Speicherraumes (9) bilden.

6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (U) mit einer als Teil der Verbindungsleitung dienenden Axialbohrung (28) versehen ist, die in den Speicherraum (9) mündet.