DE2458322A1

DE2458322A1 - Stellantrieb fuer ventile o. dgl.

Info

Publication number: DE2458322A1
Application number: DE19742458322
Authority: DE
Inventors: Werner Feinauer
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1974-12-10
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1976-06-16
Also published as: DE2458322B2; DE2458322C3

Description

J.C. ECiAEDT AG Stuttgart, den 9. Dezember

Stuttgart 50 A.-Nr. 407

Pragstrasse 80-82 BA/Wu

Patent- und Gebrauchsinusterhilfsanmeldung

Stellantrieb für Ventile ο .'dgl.

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Stellantrieb für Ventile ο.dgl, der mit zwei gegen die Kraft von Federn wirkenden, im wesentlichen koaxial angeordneten Membranen ausgestattet ist, deren durch Druckbeaufschlagung bewirkte Bewegung auf eine durch die Federkraft in die Schließstellung zurückbewegbare Ventilspindel übertragen wird.

Stellantriebe dieser Art sind bekannt. Sie sind aus der Forderung hervorgegangen, die Antriebs- und Schließkräfte bekannter Membranantriebe zu verdoppeln und bestehen in der Regel aus zwei hintereinander geschalteten Membranantrieben, die beide auf dieselbe Ventilspindel wirken, die wiederum koaxial zu den Betätigungsstößeln der Membranen angeordnet ist. Diese bekannten Bauarten weisen den Nachteil auf, daß sie eine sehr große Bauhöhe aufweisen müssen und däß sie deshalb nicht in allen Fällen eingesetzt werden können. Dazu kommt, daß bei den herkömmlichen Stellantrieben die Schließkraft in der Schließstellung bauartbedingt den geringsten Wert aufweist, weil die Federn in dieser Stellung eine größere

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Länge einnehmen, als in der offenen Ventilstellung, in der sie durch die Kraft der Membranen zusammengedrückt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei Einsatz von zwei miteinander kombinierten Membranantrieben die Bauhöhe und der Raumbedarf klein bleiben.

Die Erfindung besteht darin, daß beide Membranen gegenläufig bewegt sind und auf ein zwischen ihnen angeordnetes, mit der Ventilspindel verbundenes Getriebe wirken und daß die Ventilspindel senkrecht zur Bewegungsrichtung der Membranen verlaufend angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung wird eine raumsparende Konstruktion gefunden, die eine kompakte Bauweise erlaubt. Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen werden, daß als Getriebe ein Zahnrad vorgesehen ist, das mit der verzahnten Ventilspindel und mit zwei mit den Membranen verbundenen Zahnstangen zusammenwirkt.

Um auch noch den vorher erwähnten Nachteil der Abnahme der Schließkraft mit zunehmender Schließstellung des Ventiles zu beseitigen, kann vorteilhaft vorgesehen werden, daß als Getriebe ein Kurbelgetriebe vorgesehen ist, an dem beide Membranen über Gelenkarme angelenkt sind und daß eine mit der Ventilspindel verbundene Schubstange so an dem Kurbelgetriebe angelenkt ist, daß ihre Anlenkpunkte an der Ventilspindel und an dem Kurbelgetriebe in der Schließstellung etwa mit der Achse der Ventilspindel zusammenfallen. Bei dieser Ausgestaltung wird über eine Art Kniehebelwirkung die Schließkraft in der Schließstellung des Ventiles auf den höchsten Wert gebracht, obwohl die von den Federn ausgeübten Rückstellkräfte in dieser Lage an sich den geringsten Wert einnehmen. Diese Ausgestaltung zeichnet sich daher sowohl durch eine kompakte, raumsparende

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Bauweise als auch dadurch aus, daß in der aus Sicherheitsgründen geforderten Schließstellung, die durch die Federkräfte hervorgerufen wird, der Schließdruck des Ventils den größsten Wert aufweist. Es ist daher in allen .Fällen ein sicherer Abschluß des Ventiles gewährleistet, wenn der pneumatische Antrieb für die Membranen ausfallen sollte.

Um bei dieser Ausführungsform zu vermeiden, daß die Dichtfase am Ventilsitz durch die übermäßig große Schließkraft beeinträchtigt wird, kann vorgesehen werden, daß zwischen Ventilspindel und Ventil eine Kupplung eingesetzt ist, die mit Tellerfedern als Überlastsicherung versehen ist. Es ist aber auch möglich, in vorteilhafter Weise die Schubstange selbst als Überlastsicherung auszubilden und dafür beispielsweise in sehr einfacher Weise eine Konstruktion zu wählen, bei der die Schubstange als gebogener Federstab ausgebildet ist. Die Federkraft der gebogenen Schubstange muß dabei so ausgelegt werden, daß die Dichtfase des Ventilsitzes unversehrt bleibt und für den Fall einer zu großen, durch die Kniehebelwirkung erzeugten Dichtkraft die Schubstange als Überlastsicherung wirkt.

Das Kurbelgetriebe kann in vorteilhafter Weise als eine Kurbelscheibe ausgebildet sein, die auf einer senkrecht zu den Achsen der Membranbewegung angeordneten Welle gelagert ist, die ihrerseits senkrecht auf der Achse der Ventilspindel steht und sich in einem Punkt mit dieser und den Achsen der Membranbewegung schneidet. Diese Ausgestaltung gibt einwandfreie getriebetechnische Verhältnisse bei kleinem Platzbedarf und es wird auch vorteilhaft möglich, die Lagerwelle der Kurbelscheibe, die sich auf diese Weise sehr leicht lagern läßt, seitlich aus dem Gehäuse für den Membranantrieb herauszuführen und als Antriebszapfen

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für weitere Drehanschlüsse auszubilden, so daß ein- und derselbe Antrieb sowohl für einen Ventilstellantrieb als auch als Antrieb für Drosselklappen, Regelventile oder Hochdruckarmaturen oder sogar gleichzeitig für beides eingesetzt werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten stellantrieb für ein Ventil, bei dem eine Kurbelscheibe als Getriebe zwischen zwei gegenläufig bewegten druckbeaufschlagten Membranen vorgesehen ist,

Fig. 2 den Stellantrieb der Fig. 1, jedoch in der geschlossenen Stellung des nicht dargestellten Ventiles,

Fig. 3 den Schnitt längs der Linie III-III durch die Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausführungsform eines Stellantriebes, bei dem ein Zahnradgetriebe vorgesehen ist und

Fig. 5 ein Diagramm, in dem der Schließkraftverlauf des Stellantriebes der Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.

In den Fig. 1 bis 3 sind innerhalb eines Gehäuses 1 zwei Membranen 2 und 3 angeordnet, die jeweils mit einem zentralen Membranteller 4 über einen Schraubstößel 5 verbunden sind, der im Gehäuse 1 in entsprechenden Führungsansätzen 6 gleitend geführt ist. Auf beide Membranteller 4 wirken mehrere Druckfedern 7» 8 und 9 ein, die an einem Ringkragen 10 innerhalb des Gehäuses gehalten sind und in der Fig. 1 in der zusammen-

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gedrückten Lage gezeichnet sind. In dieser Lage sind die Membranen 2 und 3 durch Druck "beaufschlagt» der in den Kammern 11 und 12 wirkt und der durch die Druckanschlußstutzen 13 jeweils in diese Kammern eingeleitet wird.

Beide Schraubstößel 5 sind an einem Ende fest mit den Membranen und mit dem Membranteller verschraubt und am anderen Ende über Gelenkbolzen 14 jeweils mit einem Gelenkarm 15 verbunden» der wiederum über Gelenkzapfen 16 mit einer Kurbelscheibe 17 verbunden ist. Die Kurbelscheibe 17 ist auf einer Lagerwelle 18 angeordnet, die in Lagern 19 drehbar sitzt, die in einem Ansatz 20 des Gehäuses 1 untergebracht sind. Die Lagerwelle 18 ragt seitlidi aus dem Gehäuse 1 heraus und besitzt an diesen herausragenden Enden ein Anschlußstück 21, an dem beispielsweise Drosselklappen, Regelventile oder Hochdruckarmaturen, die einen Drehantrieb voraussetzen, angeschlossen und betätigt werden können.

Über eine Schubstange 22, die an einem Ende an der Kurbelscheibe 17 drehbar gelagert ist, steht eine Ventilspindel 23 mit der Kurbelscheibe 17 in Verbindung, die, wie aus 5¹Xg. 3 ersichtlich ist, über eine aus Tellerfedern 2A- bestehende Kupplung mit einem Teil 25 der Ventilspindel verbunden ist, der das nicht näher dargestellte Ventil 26 öffnet oder schließt, das an den Tragarmen 27 befestigt und so mit dem Gehäuse 1 für den Membranantrieb verbunden ist.

In der Fig. 1 ist die geöffnete Ventilstellung gezeigt, in der die Ventilspindel 23 die in, Fig. 1 gezeigte Lage einnimmt, in der die Membranen 2 und 3 von Druck beaufschlagt sind und daher die Federn 7» 8 und 9 zusammendrücken. Soll das Ventil in die in der Fig. 2 gezeigte, geschlossene Stellung gebracht werden, so wird die Druckbeaufschlagung der Kammern 11 und 12 unterbunden, so daß durch die Wirkung der Federn 7, 8 und 9 die Membranteller

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mit den jeweiligen Membranen 2 und 3 nach außen gedrückt werden. Dadurch verdreht sich die Kurbelscheibe 17 im Uhrzeigersinn, so daß die Schubstange 22 in der Endstellung die in der Js¹Ig. 2 gezeigte Lage einnimmt, in der ihr Anlenkpunkt 28 an der Kurbelscheibe und der Anlenkpunkt 29 an der Ventilspindel 23 mit der Achse 30 der Ventilspindel 23 etwa zusammenfallen. Die Gesamtanordnung ist dabei so getroffen, daß die Achsen der Schraubstößel 5 gleichgerichtet sind und zusammenfallen, während die Achse 30 der Ventilspindel und die Achse der Lagerwelle 18 senkrecht zu den Achsen der Schraubstößel 5 verlaufen, und zwar so, daß die Achse 30 der Ventilspindel 23 wiederum senkrecht auf der Achse der Lagerwelle 18 steht und sich alle Achsen im Punkt 3Ί schneiden,

Durch diese Anordnung wird in der in der Fig. 2 gezeigten Schließstellung des Ventiles 26 eine Kniehebiwirkung erreicht, die dazu führt, daß die von der Kurbelscheibe 17 über die Schubstange 22 auf die Ventilspindel 23 ausgeübte Schließkraft ihren höchsten Wert in der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung erreicht. Der Verlauf der Schließkraft ist aus Fig. 5 zu ersehen, wo auf der Ordinate die Schließkraft am Ventil in Kilopond aufgetragen ist, während auf der Abszisse der Drehwinkel der Kurbelscheibe 17, gemessen von der Schließstellung der Mg. 2 aus, im Gegenuhrzeigersinn, bis zu der Stellung der Fig. 1 aufgetragen ist. Die Schließkraft wurde dabei unter Bedingungen ermittelt, bei denen eine konstante Antriebskraft von je 800 kp auf beide Gelenkarme 15 von den beiden Membranen 2 und 3 her eingeleitet wurde.Die Wirkung der Kniehebelanordnung ist aus Fig. 5 ganz deutlich zu ersehen.

Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, daß im Gegensatz zu bekannten Ausführungen, wo in der Schließstellung die geringste Kraft von den Federn 7» 8» 9 hervorgerufen wird, die

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in dieser Stellung ihre größte Länge aufweisen, durch die vorliegende konstruktive Ausgestaltung die Schließkraft den größten Wert in der Schließstellung erreicht.

Wie anhand der Fig. 3 bereits erläutert wurde, kann die sehr stark ansteigende Schließkraft unter Umständen zu einer Verformung der Dichtfase im Ventil führen. Es wird daher durch die Anordnung von Tellerfedern 24 gemäß Pig. 3 dafür gesorgt, daß die Schließkraft einen "bestimmten vorausbestimmbaren Wert nicht überschriten kann. Das gleiche Ziel kann aber auch dadurch erreicht werden, daß die Schubstange 22, so wie in Fig. 2 mit 22' angedeutet, selbst als Überlastsicherung ausgeführt wird, indem sie als ein gebogener Federstab ausgestaltet wird. Auch bei dieser Ausführung können die Abmessung der Schubstange 22' so gewählt werden, daß die Dichtkraft am Schließventil einen bestimmten Wert nicht überschreitet, weil dann die Schubstange 22' sich als Überlastsicherung durchbiegt.

Die in den Fig. 1 bis 3 und 5 beschriebene vorteilhafte Möglichkeit der Steigerung der Schließkraft mit zunehmender .Schließstellung des Ventiles besteht in der Ausführungsform der Fig. nicht. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Führungsstößel 32, die mit den Membrantellern 4 verbunden sind, an ihren freien Enden mit einer Verzahnung 33 versehen und wirken so als Zahnstangen, die jeweils von verschiedenen Seiten her mit einem Zahnrad 34 zusammenwirken, das seinerseits mit einer Zahnstange 35 in Eingriff steht, die wiederum als Teil der Ventilspindel ausgebildet ist. Diese Ausführung ermöglicht aber ebenfalls eine kompakte Anordnung eines Doppelmembranantriebes, die für manche Fälle ausreichend ist.

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Claims

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-8-Pateio;- und Gehutzansprüche

M.j Stellantrieb für Ventile ο.dgl., der mit zwei gegen die
Kraft von Federn wirkenden, im wesentlichen koaxial
angeordneten Membranen ausgestattet ist, deren durch
Druckbeaufschlagung bewirkte Bewegung auf eine durch die
Federkraft in die Schließstellung zurückbewegbare Ventilspindel übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Membranen (2, 3) gegenläufig bewegt sind und auf ein zwischen ihnen angeordnetes mit der Ventilspindel (23) verbundenes Getriebe (17) wirken,und daß die Ventilspindel senkrecht zur Bewegungsrichtung der Membranen verlaufend angeordnet ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Zahnrad (3^) vorgesehen ist, das mit der verzahnten Ventilspindel (35) und mit zwei mit den Membranen (2, 3) verbundenen Zahnstangen (32) zusammenwirkt.

3· Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Kurbelgetriebe (17) vorgesehen ist, an dem beide Memebranen (2, 3) über Gelenkarme (15) angelenkt sind und daß die mit der Ventilspindel (23) verbundene Schubstange (22) so an dem Kurbelgetriebe angelenkt ist, daß
ihre Anlenkpunkte (28, 29) an der Ventilspindel (23) und
an dem Kurbelgetriebe (17) in der Schließstellung etwa mit der Achse (30) der Ventilspindel zusammenfallen.

Stellantrieb nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilspindel (23) und Ventil (26) eine Kupplung eingesetzt ist, die mit Tellerfedern (24) _ai_s ITb erlast sicherung versehen ist.

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5. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (22) selbst als Überlastsicherung ausgebildet dst.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange als gebogener Federstab (22') ausgebildet ist.

7. Stellantrieb nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgetriebe als eine Kurbelscheibe (17) ausgebildet

■ ist, die auf einer senkrecht zu den Achsen der Membranbewegung angeordneten Welle (18) gelagert ist.

8. Stellantrieb nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerwelle (18) für die Kurbelscheibe (17) auch senkrecht auf der Achse (30) der Ventilspindel (23) steht und sich in einem Punkt (31) mit dieser und den Achsen der die Membranen mittig führenden Schraubstößel (5) schneidet.

9. Stellantrieb nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerwelle (18) der Kurbelscheibe (17)
seitlich aas dem Gehäuse (1) für den Membranantrieb herausgeführt und als Antriebszapfen (21) für weitere Drehanschlüsse ausgebildet ist.

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