-
"Antrieb für einen Schnellverschlußschieber"
-
Die Erfindung betrifft einen Antrieb zum verzögerungsarmen Schließen
eines Schnellschlußschiebers, der im Betriebszustand geöffnet ist und der im Notfall
so schnell wie möglich geschlos-3en werden muß, um Gefahr abzuwenden. Die bekannten
Antriebe für Schnellschlußschieber arbeiten elektrisch oder pneumatisch.
-
Beim Eintreten eines Notfalles wird den bekannten Antrieben Energie
zugeführt, um das Schließen des Schiebers zu bewirken.
-
So wird beispielsweise im Notfall ein Elektromotor erregt, der
das
Schiießen des Schnellschlußschieters bewirkt. ei pneumatischen Antrieben wird ebenfalls
erst im Augenblick der Notfalles Druckmittel zugeführt, so daß erst nach Aufbau
eines den Reibungswiderstand der Schieberzunge überwindenden Drucken das Schließen
des Schiebers erfolgen kann. In zahlreichen Fällen ist die zum Schließen eines Schnellschlußschiebers
mit einem bekannten Antrieb erforderlich Zeitspanne viel zu lang, um Gefahr abzuwenden,
beispielsweise in einem Katastropherfall bei 3rä.nden, bei denen die Rohrleitung
sofort, also in Millisekunden geschlossen werden muß.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für einen
Schnellschlußschieber zu schaffen, der wesentlich schneller wirkt, also eine "Reaktionszeit",
gemessen vo Befehlsimpuls bis zur erfolgten Schließung des Schnellschlußschiebers,
hat, die kürzer als bei bekannten Antrieben ist.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Antrieb zum verzögerungsarmen Schließen
eines Schnellschlußschiebers gelöst durch einen in einer' Zylinder luitdicht verschiebbaren
und über eine Kolbenstange mit der Schieberzunge verbundenen Kolben und durch eine
durch einen äu3eren Befehlsimpuls schlagartig lösbare halterung, die die Schieberzunge
in dem geöffneten Betriebszustand und den Kolben in seiner Ausgangsstellung hält,
in der dieser unter der Wir:<ung eines im Zylinder herrschenden Überdruckes steht.
Durch
diese Anordnung wird der über eine Kolbenstange mit de zu
beenden Scnieberzunge in Verbindung stehende Kolben ständig von einem Druckmedium
beaufschlagt, dessen Druck so ausreichend bemessen ist, daß beim Auslösen der Halterung
ohne weitere 'ierzögerung ein ruckartiges Schließen des Schiebers erfolgt. Auf diese
weise werden Schlie3zeiten erreicht, die mit bekannten Antrieben unmöglich waren.
-
Um eine einseitige Belastung des durch das Druckmedium vorgespannten
Kolbens im Zylinder zu verhindern, umfaßt, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung,
die Halterung eine den Kolben lösbar mit der Stirnwand des Zylinders verbindende
und mit der Kolbenstange fluchtende Zugstange.
-
In Weiterbildung der Erfindung kann diese Zugstange einstückig mit
der Kolbenstange ausgebildet sein oder, nach einen weiteren Merkmal der Erfindung,
an der der Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens mit diesem verbunden sein.
-
Um nur eine luftdichte Abdichtung der Zugstange in der Stirnwand des
Zylinders bewirken zu müssen, umfaßt, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung,
die Halterung eine die Zugstange lösbar festlegende an der Außenseite der Stirnwand
des Zylinders angeordnete Auslösevorrichtung.
-
Diese Auslösevorrichtung kann auf unterschiedliche Weise ein
plötzliches
Freigeben der Zugstange und damit des Kolbens und der Schieberzunge bewirken. Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Auslösevorrichtung eine Rastklinke
und die Zugstange eine Rastnut umfassen. Die Bewegung der Rastklinke erfolgt vorzugsweise
durch einen Elektromagneten, dem der Befehlsimpuls zugeführt wird.
-
In Weiterbildung der Erfindung kann die Zugstange jedoch auch so gestaltet
sein, daß sie durch ihre Formgebung den Kolben in der Ausgangsstellung hält und
daß zur freigabe eS Abheizen bzw.
-
ein Zerstören eines Teiles der Zugstange erforderlich ist. Dies wird,
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, dadurch erreicht, daß die Zugstange eine
innerhalb des Zylindern liegende Sollbruchstelle und einen an der Außenseite der
Zylinderstirnwand anliegenden Bund umfaßt.
-
Die Auslösevorrichtung muß in diesem Falle ein Abreißen der Zugstange
bzw. ein Zerstören der Sollbruchstelle bewirken. Zu diesem Zweck ist die Sollbruchstelle
senkrecht zur Zugstangenachse angeordnet und die Auslösevorrichtung umfaßt eine
die an der Sollbruchstelle wirkende Scherkraft erhöhende und damit die Sollbruchstelle
zerstörende Einrichtung. Diese Einrichtung kann mechanisch, chemisch, oder elektrisch
wirken.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die die Sollbruchstelle
zerstörende Einrichtung eine elektrisch zündbare
Sprengpatrone,
durch deren Zündung nicht nur die Sollbruchstelle zerstört, sondern auch die Anfangsgeschwindigkeit
der Schließbewegung durch eine sich zur Kraft des Druckmittels addierende Kraft
erhöht.
-
Es ist jedoon, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, au möglich,
die Sollbruchstelle durch einen Hochstromimpuls abzuschmelzen. Auf diese Weise bewirkt
der als Hochstromimpuls ausgebildete Befehlsimpuls direkt das Schließen des Schnellschlußschlebers.
-
Um im Zylinder auf der Druckseite des Kolbens einen Druck aufrecht
zu erhalten, der auch im Falle des Auslösens der Zugstange bis zum endgültigen Schließens
des Schnellschlußschiebers praktisch nicht absinkt, ist, nach einem weiteren ierkt:ial
der Erfindung, der Zylinder mit einem großen Druckspeicher verbunden, der ständig
auf einem vorbestimmten Druck gehalten ist.
-
Dabei ist es besonders günstig, nach einem weiteren iSerkmal der Erfindung,
wenn der Druckspeicher vom Zylinder mit diesem fluchtend getragen ist und wenn die
Auslösevorrichtung an der dem Zylinder abgewandten Druckspeicher-Stirnwand er.geordnet
ist.
-
Da bis zur Beendigung der Schließbewegung der Schieberzunge praktisch
die gleiche Druckkraft auf den Kolben einwirkt, wird die aus Kolben, Kolbenstange
und Schieberzunge bestehende Einheit
su hart auf einen Anschlag
auftreffen. '.- dies zu verhindern, ist, nach einem weiteren Nerkmal er Erfindung,
der Zylinder beidseitig geschlossen und weist in de: de Druckspeicher abgewandten
Endbereich einen ein definiertes Abbremsen des Kolbens ermöglichendenLuftauslaß
auf.
-
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Antriebes zum Schliessen
eines Schnellschlußschiebers sind in der Zeichnung dargesteht. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine zum Teil aufgebrochen dargestellte Seitenansicht eines Schnellschlußschiebers
mit dem erfindungsgemäßen Antrieb; Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte
Ausführungsform; Fig. 3 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Seitenansicht einer
ersten Ausführungsform des Antriebes in einem größeren Maßstab; Fig. 4 einen Schnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Auslösevorrichtung in größerem Maßstabe;
Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt
durch eine andere
Ausführungsform der Auslösevorrichtung; Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende, zum
Teil aufgebrochen dargestellte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der
Auslösevorrichtung und Fig. 7 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Seitenansicht
des dem Schnellschlußschieber benachbarten Endes des Antriebzylinders und des Kolbens
in dessen Stellung kurz vor dem Schließen des Schnellschlußschiebers.
-
Der Schnellschlußschieber 1 umfa3t einen zwischen eine Rohrleitung
zu schaltenden Mittelteil 2 mit einer Durchströmöffnung 3, die durch eine senkrecht
zur Öffnungsachse verschiebbare Sohleberzunge 4 verschließbar ist. Bei dem in Fig.1
und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Sohieberzunge 4 in ihrer
geschlossenen Lage. Der in der Zeichnung links dargestellte Bereich der Schieberzunge
4 weist einen der Abmessung der Durchströmöffnung 3 entsprechenden Durchbruch 5
auf.
-
Bei geöffnetem Schnellschlußschieber 1 befindet sich dieser Bereich
im Mittelteil 2 des Schnellschlußschiebers, so daß die Durchstromöffnung 3 mit dem
Durchbruch 5 fluchtet und damit OeDffnet ist. Das in der Zeichnung rechts liegende
Ende der
Schieberzunge 4 ist mit einer Kolbenstange 6 verbunden,
die, wie Fig. 3 zeigt, an ihrem anderen Ende einen Kolben 7 tritt, der luftdicht
in einem Zylinder 8 verschiebbar angeordnet ist.
-
gezeigten Während sich bei der in Fig. 1 / geschlossenen. Stellung
des Schnellschlußventils die Schieberzunge 4, die Kolbenstange 6 und der Kolben
7 in ihrer nach links in der Zeichnung bewegten Schließsteilung befinden, ist in
Fig. 3 der Zeichnung der Kolben in seiner Ausgangsstellung veranschaulicht. In dieser
befindet sich die aus Kolben, Kolbenstange und Schieberrunge bestehende Einheit
in einer nach rechts verschobenen Lage, in der der Durchbruch 5 der Schieberzunge
4 mit der Durchströmöffnung 3 fluchtet.
-
Durch eine Flanschverbindung trägt der Kolben 8 einen Druckspeicher
9, der ständig mit dem rechten Ende des Zylinderraumes in Verbindung steht. Der
Druckspeicher ist 80 bemessen, da2 das Volumen der gespeicherten Druckluft ausreicht,
den Kolben 7 nach links im Zylinder 8 zu bewegen, ohne daß der auf die Kolbenwand
einwirkende Druck stark absinkt. Zum Füllen des Druc;-speichers mit Druckmedium,
insbesondere Druckluft, dient eine in einem Anschlußstutzen 10 endende Leitung 11.
Dabei ist dsfür Sorge getragen, daß ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Ventil
sich bei Absinken des Druckes im Druckspeicher öffnet, und Druckluft nachspeist,
so daß im Druckspeicher ständig der erforderliche Überdruck herrscht.
-
Be den in Fig. 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiniel erstreckt
sich die Kolbenstanre 6 durch den Kolben 7 hindurch und ist mittels Gewinde in diesem
festgelegt. Ler de Folben durchdringende Teil der Kolbenstange 6 bildet eine Zugstange
12, die sich vom Kolben aus durch den Druckspeicher und dessen dem Kolben abgewandte
Stirnwand 13 hindurcherstreckt. Diene ist zur Verstärkung mit Rippen 14 versehen.
Der luftd chten Abdichtung des Durchtritts der Zugstange 12 dient eine Dichtung
;5.
-
An der Stirnwand 13 des Druckspeichers 9 ist eine als Ganzes mit 16
bezeichnete Auslösevorrichtung angeordnet. Diese bewirkt bei dem in Fig. 1 bis 3
dargestellten AusfAhrungsbeispiel eine mechanische lösbare Festlegung der Zugstange
12 in der Lage, in der der Durchbruch 5 der Schieberzunge 4 mit der Durchströmöffnung
3 des Schnellschlußventils 1 fluchtet. Das Ventil befindet sich in seinem geöffneten
Betriebszustand. In diesem steht der Kolben 7 in der in Fig. 3 veranschaulichten
Stellung am rechten Ende des Zylinders 8. Die Zugstange 12 weist an gegenüberliegenden
Seiten außerhalb des Druckspeichers 9 Rastnuten 17 auf, in die Rastklinken 18 eingreifen,
die sich an einem Druckring 19 abstützen und damit die Zugstange 12 und den Kolben
7 in dessen Ausgangsstellung halter.. Zurn Ausklinken der Rastklinken 18 sind diese
je mit dem Anker eines Zugmagneten 20 verbunden. Die Erregerwicklungen beide Zugmagneten
sind parallel geschaltet, so daß beim Auf'treter. eines
Befehlsimpulses
beide Magnete gleichzeitig die Rastklinken 18 aus den Rastnuten herausziehen, wodurch
die Zugstange 12 freigegeben wird. Das in Drucksreicher unter Druck stehende Medium,
das auf die Druckseite des Kolbens 7 einwirkt, kann nun den freigegebenen Kolben,
dessen Kolbenstange und die Schieberzunge 4 schlagartig nach links in die geschlossene
Stellung bewegen. Die zum Schließen erforderliche Zeit betritt nur Zillisekunden,
da das Druckmedium nicht nur mit ausreichendem Druck auf den Kolben einwirkt, sondern
in einem solchen Volumen im Druckspeicher vorhanden ist, daß der Druck während der
gesamten Bewegung auf den Kolben 7 einwirkt.
-
In Fig. 4, 5 und 6 der Zeichnung unterscheidet sich die Ausbildung
der Zugstange 22 von derjenigen des vorbeschriebenen Ausführungsbeispieles dadurch,
daß diese nicht eInstückig mit der Kolbenstange 6 ausgebildet ist, sondern vieler,
wie Fig.
-
6 zeigt, einen separaten Teil bildet, der beispielsweise durch 21
einen Splint an der der Kolbenstange 6 abgewandten seite des Kolbens 7 festgelegt
ist. Dies ist erforderlich, da be dieser.
-
Ausführungsbeispielen die Zugstange dadurch freigegebenen wird, daß
sie an einer vorbestimmten Steile zerst;5rt wird. 'Jn den Kolben 7 in seir,er Ausgangsstellung
zu halten, weist die nur stange 22 am freien Ende einen Bur.d 23 auf, der der Kolben
7 in seiner Ausgangsstellung hält, sobald er an der Stirnwand 13 des Druckspeichers
9 anliegt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Zugstange
eine Sollbruchstelle 24
auf, die senkrecht zur Zugstangenachse
angeordnet ist. Auf diese Weise ist der an der Sollbruchstelle verbliebene Werkstoff
Cer Zugstange 22 auf Abscherung beansprucht. Diese Gestaltung wird erreicht, indem
vom bundseitigen Ende der Zugstange aus eine Bohrung 25 eingebracht ist, die sich
bis kurz vor eine Ringnut 26 in der Zugstange 22 erstreckt. Durch Vermindern der
zwischen der Ringnut 26 und der Bohrung 25 verbleibenden Wandstärke im Umfangsbereich
der Bohrung entsteht die Sollbruchsteile 24. In das bundseitige Ende der Bohrung
24 ist Gewinde eingeschnitten, in das ein Führungsrohr 27 eingeschraubt ist.
-
Im Führungsrohr ist ein Hammerkolben 28 verschiebbar gelagert, der
durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtung in Efeilrichtung zur
Sollbruchstelle 24 hin geschnellt werden kann. Es ist klar, daß über den Umfang
des Hammerkolbens 28 verteilt Luftführungskanäle angeordnet sind, um einen Luftstau
in der Bohrung 25 zu verhindern. Da die Kraft, mit der der Hammerkolben voranbewegt
wird, in die gleiche Richtung wirkt, wie die Zugkraft an der Zugstange 22, wird
der Ha:ntner:olben beim Auftreffen auf die zwischen Ringnut 26 und Bohrung 25 stehengebliebene
Wand die Sollbruchstelle 24 zerstören, wodurch der Kolben 7, die Zugstange 6 und
die Schieberzunge 4 freigegeben werden, um, getrieben vom Druckmedium im Druckspeicher
in die Schließstellung zu schnellen.
-
Während bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in das
Gewinde im bundseitigen Ende der Zugstange ein Führungsrohr
27
eingeschraubt ist, ist die Bohrung 25 bei ce- in Fig. 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
durch einen Stopfen 29 erschlossen. Dieser weist eine sich durch den Stopenschaft
30 hindurcherstreckende Mittelbohrung 31 auf. Die Mittelbohrung ist sowohl zu den
linkes in der Zeichnung dargestellten ende als auch am rechten Ende erweitert. Die
linke Erweiterung 32 dient zur Aufnahme einer Sprengpatrone 33. Zur Richtung der
Sprengwirkung ist die Erweiterung 32 am Ende bei 34 angefast. Durch die Mittelbohrung
31 im Stopfenschaft 30 erstreckt sich die elektrische Anschlu3leitung für die Zündung
der SPrenpatrone hindurch. In die rechte Erweiterung der Mittelbohrung 3, ist eine
weich elastische Dämmung 36 eingebracht, die durch einen Verschlußstopfen 37 zum
Festlegen der elektrischen Leitung und der Sprengpatrone 33 axial komprimiert wird.
Darüber hinaus verhindert die Dämmung 36 ein Austritt von Verbrennungsgasen bei
der Zündung. Die beim Anliegen eines Befehlsimpulses gezündete Sprengpatrone 33
wird die Wand zwischen der Ringnut 26 und der Bohrung 25 nach links in der Zeichnung
drücken und dabei die Sollbruchstelle 24 zertrennen. Die sich ausdehnenden Verbrennungsgase
bewirken eine Erhöhung der Anfangsgeschwindig keit des aus Kolben 7, Kolbenstange
6 und Ventilzunge 4 bestehenden Systems in Schleßrichtung.
-
Bei den in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
durch Einstechen einer Ringnut 39 in die Zugstange 22 eine Sollbruchstelle gebildet,
deren Durchmesser so Groß ist, daß
er gerade dem auf den Kolben
7 einwirkenden Druck des Druckmediums widersteht. Das sich in Fig. 6 der Zeichnung
rechts neben der Sollbruchstelle 40 befindende Ende 41 der Zugstange 22 ist durch
eine zwischen den Bund 42 und die Stirnwand 13 des Druckspeichers 9 geschaltete
Buchse 43 aus elektrisch isolierendem Werkstoff elektrisch gegenüber der verbleibenden
Einrichtung isoliert. Der Bund 42 des Endes 41 der Zugstange 22 ist elekblßch über
eine Schraube 44 mit einem Elektrokabel 45 verbunden.
-
Dieses Kabel führt zu einem Pol einer Hochstromquelle, deren anderer
Pol mit der Zugstange 22 bzw. der Kolbenstange 6 unter geringem Ubergangswiderstand
verbunden ist. Beim Auftreten des Befehlsimpulses, der als Hochstromimpuls erfolgt,
wird die Sollbruchstelle 40 abgeschmolzen und der Kolben freiGegeben.
-
Da sich die aus Kolben, Kolbenstange und Schieberzunge bestehende
Einheit mit Hochgeschwindigkeit in die Schließstellung bewegt, ist es erforderlich,
diese vor dem Auftreffen auf einen Anschlag abzubremsen. Zu diesem Zweck ist, wie
Fig. 7 zeigt, das schieberzungenseitige Ende des Zylinders 8 durch eine Stirnwand
46 verschlossen. Die Zylinderwand des Zylinders 8 ist mit einem Auslaß 47 derart
versehen, da3 sich der Kolben 7, getrieben vom Druckmedium, praktisch frei 80 lange
nach links bewegen kann, bis der Kolben 7 den Auslaß 47 verdeckt. Von dem Augenblick
an wird die zwischen Stirnwand 46 und Kolben 7 befindliche Luft komprimiert, also
die Schnellbewegung des Kolbens 7 abgebremst. Zwischen die Stirnwand 46 und die
dieser
zugewandten Kolbenseite ist ein Poster 48 angeordnet, das
eine Restdämpfung beim Aufschlag bewirkt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Antrieb ist es somit möglich, die Schieberzunge
ruckartig aus ihrer geöffneten Stellur.g in die Schließsteilung zu bewegen, ohne
daß dabei Beschädigungen an Schieber oder an den Teilen des Antriebes auftreten
können.