DE2658988A1

DE2658988A1 - Sicherheitsabsperrventil, insbesondere fuer gas-druckregelanlagen

Info

Publication number: DE2658988A1
Application number: DE19762658988
Authority: DE
Inventors: Emil Kuellmer; Werner Ing Grad Pick
Original assignee: REGEL MESSTECHNIK GmbH
Current assignee: REGEL MESSTECHNIK GmbH
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2375531B3; CH624749A5; FR2375531A1; ATA861377A; DE2658988C2; NL7714190A; GB1593890A; AT382028B

Description

7500 Karlsruhe, 21,12.1976

Regel + Meßtechnik GmbH Regler- und Anlagenbau für Gas-Druckregelung Osterholzstr. 45

3500 Kassel-Bettenhausen

Sicherheitsabsperrventil, insbesondere für Gas-Druckregelanlagen

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsabsperrventil, insbesondere für Gas-Druckregelanlagen, bei welchen der Medien-Durchfluß bei unzulässig hohem (niedrigem) Druck an der Ausgangsseite einer Gas-Druckregelanlage selbsttätig abgesperrt wird, und bei welchem mehrere Organe, wie etwa ein Auslösemechanismus , ein Stellantrieb, der Ventilteller eines Stellgliedes sowie ggf. eine Kontrolleinrichtung, zu einer Funktionseinheit im Gehäuse zusammengefaßt sind, und die Kraft einer Schließfeder auf den Auslösemechanismus wirkt.

Bekannte Sicherheitsabsperrventile sind konstruktiv so ausgebildet, daß die Kontrolleinrichtung, der Auslösemechanismus, der Stellantrieb und der Ventilteller des Stellgliedes in einfacher Weise als Funktionseinheit in einem Gehäuse zusammengefaßt sind. Der Auslösemechanismus des Sicherheitsabsperrventils besteht dabei aus einer Kugelschaltung, die vom Vergleicher der Kontrolleinrichtung bei normalem Betrieb eingerastet und bei Störungen ausgerastet wird. Das Stellglied und der Stellantrieb sind bei derartigen Lösungen über eine Ventilstange mit dem Auslösemechanismus so verbunden, daß sich beide im eingerasteten Zustand der Kugelschaltung in Öffnungsstellung und im ausgerasteten Zustand in.Schließstellung befinden. Diese an sich einfache Bauweise hat jedoch den Nachteil ₉ daß die Schließkraft des Stellantriebes bei geöffnetem Stellglied auf die Kugelschaltung des Auslösemechanismus wirkt und die Flächenpressung zwischen Kugeln und Auflageflächen der Einrichtung mit steigender Schließkraft so groß werden kann_s daß die Auslösegenauigkeit ungünstig beeinflußt wird» Es kann sogar dazu führen^ daß das Sicherheitsabsperrventil bei Störungen nicht schließt. Dieser Nachteil bewirkt_p daß diese Bauweise nur für Stellglieder kleiner Nennweite sowie mit kleinen Schließkräften Anwendung findet₀

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Analog zum Vorstehenden sind also die auftretenden Kräfte bei Sicherheitsabsperrventilen für große Nennweiten relativ groß. Dies gilt im gleichen Maße für die Federkraft, welche den Schließvorgang des Ventiltellers bewirkt. Im geöffneten Zustand (= Betriebszustand) muß die Federkraft an der Ventilspindel durch eine Rast aufgenommen werden.

Der Auslösepunkt des Sicherheits-Absperrventils ist bestimmt durch die eingestellte Spannungskraft der Sollwertfeder und die ruhende Reibung, welche zwischen der Führungsbuchse, der Schaltbuchse und den Kugeln auftritt. Während die Kraft der Sollwertfeder nach ihrer Einstellung unverändert und jederzeit reproduzierbar bleibt," kann sich die Reibungskraft unkontrolliert ändern, zumal sie mit einer von der Bewegungsrichtung abhängigen Hysterese behaftet ist. Um daher die Abweichung vom einmal eingestellten Auslösepunkt möglichst gering zu halten, muß die nicht beeinflußbare Reibungskraft im Verhältnis zur Federkraft möglichst klein sein.

Angesichts der diesem bekannten Stand der Technik anhaftenden Mangel und/oder Nachteile hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Sicherheitsabsperrventil in bekannt einfacher Bauweise sowie mit großer Nennweite zu schaffen, welches einerseits zwar die für Geräte großer Nennweite entsprechend notwendige

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Schließkraft besitzt, ohne dabei aber andererseits jedoch den Auslösemechanismus unzulässig hoch zu belasten.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Auslösemechanismus im wesentlichen aus einer Schaltstange besteht, an deren oberem Ende der Ventilteller und in deren Mittelbereich mit achsialem Abstand eine Führungsbuchse sowie eine Schaltbuchse angeordnet sind, wobei die Führungsbuchse gleichermaßen mit im wesentlichen aus Federn und Kugeln bestehenden Aggregaten und mit der partiell zu den Kugeln korrespondierend ausgebildeten Schaltstange im Sinne einer ersten, die Hauptlast tragenden Rast zusammenwirkt, welche mittels einer zweiten, etwa gleichartig aufgebauten und im wesentlichen aus Schaltbuchse, umfangsverteilt angeordneten Kugeln sowie der partiell zu diesen Kugeln korrespondierend ausgebildeten Schaltstange bestehenden, jedoch eine kleinere (Zusatz-) Last tragenden Rast nach Art einer Kaskade auslösbar ist.

Sinnvolle Fortbildung erfährt dieser die vorliegende Erfindung tragende Gedanke vor allem dadurch, daß der Führungsbuchse wenigstens zwei gleichmäßig umfangsverteilte Feder-Kugel-Aggregate zugeordnet sind.

Zur Realisierung des Erfindungsgedankens ist weiterhin vorgesehen, daß die Feder-Kugel-Aggregate mit zu deren

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Kugeln in etwa korrespondierenden Kanten, Schrägflächen oder dgl. versehen ist, und daß die Schaltstange im Virkbereich der Feder-Kugel-Aggregate in ihrem Durchmesser verringert ist und die Übergänge nach Art von Konen gebildet sind.

Besonderes Augenmerk ist auch demjenigen Gedanken der Erfindung gewidmet worden, nämlich, daß die Führungsbuchse der Schaltstange im Bereich der zweiten Rast mit radialem Abstand von der Schaltbuchse umgeben und daß die Führungsbuchse zum Durchtritt der umfangsverteilt angeordneten Kugeln mit Schlitzen, Ausnehmungen oder dgl. versehen ist. Die Kugeln stehen dabei einem anderen Erfindungsmerkmal zufolge mit im Inneren der Schaltbuchse angeordneten radialen Schrägflächen oder dgl. in Wirkverbindung. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird vorgeschlagen, die Schaltstange wenigstens im Bereich der Schaltbuchse und der mit ihr zusammenwirkenden Kugeln im Durchmesser entsprechend zu verringern.

Abgerundet und vervollkommnet wird die vorgeschlagene Erfindung schließlich auch noch dadurch, daß die Schaltbuchse mit dem Vergleicher einer Kontrolleinrichtung baulich verbunden ist.

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Mit der Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher: Das Sicherheitsabsperrventil ist relativ einfach in seinem Aufbau sowie auch entsprechend betriebssicher. Nicht zuletzt durch die vorgesehene Aufteilung der Rastkraft in eine Grundlast und in eine kleinere Zusatz-Kraft, sind zum Einleiten des Auslösevorganges nur relativ geringe Kräfte erforderlich. Die erwähnte Kraftaufteilung entspricht dabei dem an sich bekannten Kaskaden-Prinzip, bei welchem durch Auslösen einer kleinen bzw. kleineren Zusatzkraft die Hauptkraft ausgelöst wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Zeichnung zeigt dabei das Sicherheitsabsperrventil in der Öffnungsstellung.

Die Schaltstange 1 ist mit dem Ventilteller 2 fest verbunden. Sie ist zudem in der Führungsbuchse 3 gelagert und durchragt den Auslösemechanismus, welcher seinem Prinzip nach eine Walzenschaltung ist. Er besteht im wesentlichen aus dem mittleren Teil 1a der Schaltstange 1, dem unteren Teil 3a der Führungsbuchse 3_f der Schaltbuchse k und den Kugeln 5. Die Schaltstange 1 hat in ihrem unteren Teil einen breiten Einstich 1b, in welchen die Kugeln 5 einrasten können. Die Kugeln 5 wiederum liegen in den den Bohrungen 3b des unteren Teils 3a

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der Führungsbuchse 3. Die Schaltbuchse 4 ist mit dem Vergleicher 6 der Kontrolleinrichtung baulich verbunden und dient zum Ein- und Ausrasten der Kugelschaltung. Die Schließfeder 7, beispielsweise eine Druckfeder, ist zwischen Ventilteller 2 und Boden 8 des Antriebsgehäuses 9 angeordnet. Die Kraft der Schließfeder 7 ist derart bemessen, daß auch bei geringen Betriebsdrücken der Dichtring 10 in der Nut 2 a des Ventiltellers 2 verformt wird, um Dichtheit zwischen Ventilteller 2 und Ventilsitz 11 zu erreichen.

Bei geöffnetem Stellglied ist der Auslösemechanismus eingerastet und die Kraft der Schließfeder 7 wirkt über Ventilteller 2 und Schaltstange 1 auf die Kugelschaltung. Damit nun die zulässige Flächenpressung zwischen den Kugeln 5 und den Auflageflächen der Schaltstange 1 und der Führungsbuchse 3 nicht überschritten wird, sind mehrere Kugel-Feder-Aggregate 12 zur Reduzierung der Schließkraft im Stellantrieb umfangsverteilt eingebaut.

Die Wirkungsweise der Kugel-Feder-Aggregate 12 besteht im wesentlichen darin, daß die auf die Kugeln 12 b wirkende Federkraft in zwei Kraftkomponenten zerlegt wird. Eine dieser Komponenten wirkt dabei auf die schräge Fläche 1 d an der Schaltstange 1 als Gegenkraft und reduziert die Kraft der Schließfeder 7. Die andere Kraftkompnente wirkt auf die Bohrung 3 c in der Führungsbuchse 3·

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Die Wirkungsweise des Sicherheitsabsperrventils mit seiner Auslösemechanik Und den Kugel-Feder-Aggregaten ist folgende:

Das Öffnen des Ventiltellers 2 erfolgt durch Druck auf den am oberen Ende der Schaltstange 1 befestigten Knopf (nicht dargestellt). Dabei wird die Schaltstange 1 soweit nach unten bewegt, daß die unter Wirkung der Sollwertfedern 14, 15 stehende Schaltbuchse 4 die Kugeln 5 in den Einstich 1 b der Schaltstange 1 einrastet. Gleichzeitig rasten die Kugeln 12 b der Kugel-Feder-Aggregate 12 in den darüberliegenden Einstich 1 c in der Schaltstange 1 ein und erzeugen eine Gegenkraft. Durch diese Gegenkraft wird die Kraft der Schließfeder 7 reduziert. Infolge des Einrastens der Kugeln 5 entsteht eine lösbare Verbindung zwischen der feststehenden Führungsbuchse 3 und der schubbeweglichen Schaltstange Gleichzeitig jnit der Schubbewegung der Schaltstange 1 während des Öffnungsvorganges wird die Schließfeder 7 gespannt. Der zu überwachende Ausgangsdruck der Regelanlage wird mit einer Meßleitung 16 dem Vergleicher 6 der Kontrolleinrichtung zugeführt.

Besteht akuter Anlaß, das Sicherheitsabsperrventil zu schließen, so wird der Schließvorgang durch die Kontrolleinrichtung ausgelöst. Die Kraftdifferenz zwischen Sollwertfederkraft einerseits und dem Ausgangsdruck χ Membranfläche 17 andererseits bewegt den Vergleicher 6 mit der Schaltbuchse 4 bei Druckanstieg (Druckabfall) nach unten

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(oben), so daß die Kugeln 5 die Schaltstange 1 freigeben. Die unter der Wirkung der Schließfeder 7 stehende Schaltstange 1 führt dabei samt dem auf ihr befestigten Ventilteller 2 eine Schubbewegung in Richtung auf den Ventilsitz 11 aus und sperrt den Durchfluß des Mediums ab. Der Eingangsdruck des abgesperrten Mediums drückt auf den Ventilteller 2 und unterstützt dabei zugleich die Dichtkraft der Schließfeder 7. Zugleich mit der Schubbewegung der Schaltstange 1 während des Schließvorganges wird die von den Kugel-Feder-Aggregaten 12 erzeugte Gegenkraft aufgehoben, so daß die Kraft der Schließfeder 7 in Schließstellung voll zur Wirkung kommt.

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Claims

Patentansprüche

M.)Sicherheitsabsperrventil, insbesondere für Gas-Druckregelanlagen, bei welchen der Medien-Durchfluß bei unzulässig hohem (niedrigem) Druck an der Ausgangsseite einer Gas-Druckregelanlage selbsttätig abgesperrt wird, und bei welchem mehrere Organe, wie etwa ein Auslösemechanismus, ein Stellantrieb, der Ventilteller eines Stellgliedes sowie ggf. eine Kontrolleinrichtung, zu einer Funktionseinheit im Gehäuse zusammengefaßt sind, und die Kraft einer Schließfeder auf den Auslösemechanismus wirkt, dadurch gekennzeichnet,

daß der Auslösemechanismus im wesentlichen aus einer Schaltstange (1) besteht, an deren oberem Ende der Ventilteller (2) und in deren Mittelbereich (1a) mit achsialem Abstand eine Führungsbuchse (3) soxirie eine Schaltbuchse (4) angeordnet sind, wobei die Führungsbuchse (3) gleichermaßen mit im wesentlichen aus Federn (12a) und Kugeln (12b) bestehenden Aggregaten (12) und mit der partiell zu den Kugeln .(.12b) korrespondierend ausgebildeten Schaltstange (1d) im Sinne einer ersten, die Hauptlast tragenden Rast zusammenwirkt, welche mittels einer zweiten, etwa gleichartig aufgebauten und im wesentlichen aus Schaltbuchse (4), umfangsverteilt angeordneten Kugel (5) sowie der partiell zu diesen Kugeln (5) korrespondierend ausgebildeten Schaltstange (1b) bestehenden, jedoch eine kleinere (Zusatz-) Last tragenden Rast nach Art einer Kaskade aus lösbar ist.

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2. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbuchse (3) wenigstens zwei gleichmäßig umfangsverteilte Feder-Kugel-Aggregate (12) zugeordnet sind.
3. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (1) im Wirkbereich der Feder-Kugel-Aggregate (12) mit zu deren Kugeln (12b) in etwa korrespondierenden Kanten, Schrägflächen od dgl. (1d) versehen ist.
4. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (1) im Wirkbereich der Feder-Kugel-Aggregate (12) in ihrem Durchmesser verringert ist und die Übergänge nach Art von Konen gebildet sind.
5. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (3) der Schaltstange (1) im Bereich der zweiten Rast mit radialem Abstand von der Schaltbuchse (4) umgeben ist.

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6. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Führungsbuchse (3) zum Durchtritt der umfangsverteilt angeordneten Kugeln (5) mit Bohrungen od dgl. (3b) versehen sind.
7. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kugeln (5) mit im Inneren der Schaltbuchse (4) angeordneten radialen Schrägflächen (4a) in Wirkverbindung stehen.
8. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1 und 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaltstange (1) wenigstens im Bereich der Schaltbuchse (4) und der mit ihr zusammenwirkenden Kugeln (5) im Durchmesser (1b) verringert ist.
9. Sicherheitsabsperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schältbuchse (4) mit dem Vergleicher (6) einer Kontrolleinrichtung baulich verbunden ist.

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