DE2458322B2 - Stellantrieb für Ventile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für Ventile, der mit zwei im wesentlichen koaxial angeordneten und gegenläufig bewegten Kolben oder Membranen ausgestattet ist, deren durch Druckbeaufschlagung bewirkte Bewegung über ein zwischen ihnen angeordnetes Getriebe auf eine Ventilspindel übertragen wird, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben oder Membranen angeordnet ist.

Steilantriebe dieser Bauart sind bekannt (DE-AS 99 089). Bei dieser Bauart wirken zwei Kolben über jeweils eine Zahnstange auf eine zwischen ihnen angeordnete und mit einem Zahnrad versehene Spindel, an der die Antriebskraft durch die Gesamtanordnung zu einer Verdoppelung des Antriebsmoments führt. Stellantriebe dieser Bauart bewirken über ihren ganzen Verstellbereich ein stets gleichbleibendes Antriebsmoment und geben daher in der Schließstellung des Ventiles, ebenso wie Bauarten, bei denen Federn als Antriebskräfte vorgesehen sind, unter Umständen nicht den gewünschten Schließdruck an das Ventil ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art raumsparend so auszubilden, daß die Schließkräfte sich beim Erreichen der Schließstellung des Ventiles wesentlich erhöhen.

Die Erfindung besteht darin, daß als Getriebe ein Kurbelgetriebe mit einer Kurbelscheibe vorgesehen ist,

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an der beide Kolben oder Membranen über Gelenkarme angelenkt sind, daß die mit der Ventilspindel, die als durch Federkraft zurückbewegbare Ventilspindel ausgebildet ist, verbundene Schubstange so an der Kurbelsrheibe angelenkt ist, daß ihre Anlenkpunkte an der Ventilspindel und an der Kurbelscheibe in der Schließstellung etwa mit der Achse der Ventilspindel zusammenfallen und daß die Lagerwelle für die Kurbelscheibe senkrecht auf der Achse der Ventilspindel steht und sich in einem Punkt mit dieser und den Achsen, der die Kolben oder Membranen mittig führenden Stößel, schneidet Durch diese 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 Bauweise als auch dadurch aus, daß in der aus Sicherheitsgründen geforderten Schließstellung, die durch Federkräfte hervorgerufen wird, der Schließdruck des Ventils den höchsten Wert aufweist. Es ist daher in allen Fällen ein sicherer Abschluß des Ventiles gewährleistet, wenn der pneumatische Antrieb für die Membranen oder für die Kolben ausfallen sollte.

Um bei dieser Ausführungsform zu vermeiden, daß die Dichtfase am Ventilsitz durch die übermäßig große Schließkra.'t beeinträchtigt wird, kann vorgesehen werden, daß zwischen Ventilspindel und Ventil eine Kupplung eingesetzt ist, die mit Tellerfedern als Überlastsicherung versehen ist. Es ist aber in einfacherer und vorteilhafter Weise möglich, 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. Schließlich ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch noch die vorteilhafte Möglichkeit, daß die Lagerwelle der Kurbelscheibe seitlich aus dem Gehäuse für den Stellantrieb herausgeführt und als Antriebszapfen für weitere Drehanschlüsse ausgebildet wird. Ein- und derselbe Antrieb kann dann sowohl für einen Ventilstellantrieb als auch als Antrieb für Drosselklappen, Regelventile oder Hochdruckarmaturen oder sogar gleichzeitig für beides eingesetzt werden.

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

F i g. 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 F i g. 2 und

Fi g. 4 ein Diagramm, in dem der Schließkraftverlauf des Stellantriebes der F i g. 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 Führungssätzen 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 tier F i g. 1 in der zusammengedrückten Lage gezeichnet sind. In dieser Lage sind die Membranen 2 und i 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 Mambranen und mit dem Membranteller verschraubt und am anderen Ende über Gelenkbolzen 14 jeweils mit einem GeJenkarm 15 verbunden, der wiederum über Geler.kzapfen 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 seitlich aus dem Gehäuse 1 heraus und besitzt ai. 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 F i g. 3 ersichtlich ist, über eine aus Tellerfedern 24 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 F i g. 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 4 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 F i g. 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 31 schneiden.

Durch diese Anordnung wird in der ir> der Fig.2 gezeigten Schließstellung des Ventiles 26 eine Kniehebelwirkung 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 F i g. 2 gezeigten Schließstellung erreicht. Der Verlauf der Schließkraft ist aus F i g. 4 zu ersehen,

ι") 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 F i g. 2 aus, im Gegenuhrzeigersinn, bis zu der Stellung der F i g. 1 aufgetragen ist. Die

2Ii 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

r> 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 in dieser Stellung ihre größte

«ι 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 Umstän-

ti den zu einer Verformung der Dichtfase im Ventil führen. Es muß daher dafür gesorgt werden, daß die Schließkraft einen bestimmten vorausbestimmbaren Wert nicht überschreiten kann. Dieses gleiche Ziel kann durch Anordnung von Tellerfedern zwischen Teilen der

■to Schubstange aber auch dadurch erreicht werden, daß die Schubstange 22, so wie in F i g. 2 mit 22' angedeutet, selbst als Überlastsicherung ausgeführt wird, indem sie als ein gebogener Federstab ausgestaltet wird. Auch bei dieser Ausführung können die Abmessungen 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stellantrieb für Ventile, der mit zwei im wesentlichen koaxial angeordneten und gegenläufig bewegten Kolben oder Membranen ausgestattet ist, deren durch Druckbeaufschlagung bewirkte Bewegung über ein zwischen ihnen angeordnetes Getriebe auf eine Ventilspindel übertragen wird, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben oder Membranen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Kurbelgetriebe mit einer Kurbelscheibe (17) vorgesehen ist, an der beide Kolben oder Membranen (2, 3) über Gelenkarme (15) angelenkt sind, daß die mit der Ventilspindel, die als durch Federkraft zurückbewegbare Ventilspindel (23) ausgebildet ist, verbundene Schubstange (22) so an dei Kurbelscheibe angelenkt ist, daß ihre Anlenkpunkte (28,29) an der Ventilspindel (23) und an der Kurbelscheibe (17) in der Schließstellung etwa mit der Achse (30) der Ventilspindel zusammenfallen und daß die Lagerwelle (18) für die Kurbelscheibe (17) senkrecht auf der Achse (30) der Ventilspindel (23) steht und sich in einem Punkt (31) mit dieser und den Achsen der die Kolben oder Membranen mittig führenden Stößel (5) schneidet.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (22) als Überlastsicherung ausgebildet ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange als gebogener Federstab (22') ausgebildet ist.

4. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerwelle (18) der Kurbelscheibe (17) seitlich aus dem Gehäuse (1) für den Stellantrieb herausgeführt und als Antriebszapfen (21) für weitere Drehanschlüsse ausgebildet ist.