DE2753437C3 - Druckmittelbetätigte Ventilumstelleinrichtung mit einem Druckmittelspeicher - Google Patents
Druckmittelbetätigte Ventilumstelleinrichtung mit einem DruckmittelspeicherInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine druckmittelbetätigte Ventilumstellvorrichtung, bestehend aus einem
Druckmittelspeicher, der über ein für das Druckmittel in Richtung des Druckmittelspeichers durchlässiges Rückschlagventil
mit einer Steuerdruck für die Ventilumstellvorrichtung abgebenden Druckmittelleitung verbunden
ist, und aus einem Stellzylinder, der durch einen in ihm gleitend und dichtend geführten, auf unterschiedlich
großen wirksamen Flächen beaufschlagbaren Kolben in zwei Teile unterteilt ist, von denen der erste Teil mit der
Druckmittelleitung und der zweite Teil, wenn der von der Druckmittelleitung zugeführte Steuerdruck ausbleibt,
mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist.
Eine solche aus der DE-OS 21 13 788 bekannte Ventilumstellvorrichtung weist ein mit dem Druckmittelspeicher,
dem zweiten Teil des Stellzylinders, der Druckmittelleitung und mit einer Abflußleitung verbundenes
Schaltventil auf, das über die Druckmittelleitung ebenfalls Steuerdruck erhält und sich damit in einer
ersten Schaltstellung befindet, in der es den zweiten Teil des Stellzylinders mit der Druckmittelabflußleitung
verbindet, während der Druckmittelspeicher mit einem Ventilraum des Schaltventils verbunden ist, um eine
Kraft auf den Ventilschieber auszuüben, die der durch den Steuerdruck auf den Ventilschieber ausgeübten
Kraft entgegengerichtet ist. Damit trotzdem der Ventilschieber in einer die erste Schaltstellung des
Schaltventils bildenden Lage verbleiben kann, ist der Ventilschieber als Differentialkolben ausgebildet, dessen
vom Steuerdruck beaufschlagte Wirkfläche größer als die vom Druck des Druckmittels aus dem
Druckmittelspeicher beaufschlagte Wirkfläche ist. Bleibt der Steuerdruck aus oder aber verringert sich
dieser unter einen bestimmten Wert, so wird der Ventilschieber des Schaltventils durch den Druck des
Druckmittels aus dem Druckmittelspeicher in seine die zweite Schaltstellung des Schaltventils bildende Stellung
verschoben, in der die Druckmittelabflußleitung gesperrt und der zweite Teil des Stellzylinders mit dem
Druckmittelspeicher verbunden ist
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventiliimstellvorrichtung
der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
ίο daß diese konstruktiv einfacher ist und trotzdem noch
betriebszuverlässiger arbeitet
Bei einer Ventilumstellvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß der zweite Teil des Stellzylinders ständig mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist und die im zweiten
Teil wirksame Fläche des Kolbens kleiner ist als die in dem ersten Teil wirksame Fläche des Kolbens.
Die erfindungsgemäße Ventilumstellvornchtung
zeichnet sich dadurch aus, daß der Kolben im Stellzylinder als Differentialkolben so ausgebildet ist,
daß bei einer Beaufschlagung des ersten Teil«· des Stellzylinders mit Steuerdruck der Kolben in eine das
Ventil in die gewünschte Schaltstellung bringende Stellung bewegt werden kann. Bei dieser Bewegung
wird aus dem zweiten Teil des Stellzylinders Druckmittel verdrängt und infolge der dauernden Verbindung
zwischen dem zweiten Teil des Stellzylinders und dem Druckmittelspeicher in diesen eingeleitet. Der Druckmittelspeicher
ist außerdem über das Rückschlagventil mit der den Steuerdruck führenden Druckmittelleitung
verbunden, so daß im Druckmittelspeicher immer mindestens der Steuerdruck herrscht, der dann aber bei
einer Verschiebung des Kolbens durch den Steuerdruck noch erhöht werden kann, da das aus dem zweiten Teil
des Stellzylinders in den Druckmittelspeicher verdrängte Druckmittel nach einem Schließen des Rückschlagventils
den Druck im Druckmittelspeicher weiter erhöht, was zu einer Kompression des Druckmittels im
Druckmittelspeicher führt Bei einem Ausbleiben oder aber Verringern des Steuerdrucks bis auf einen
bestimmten Wert wird der Kolben durch das sich im Druckmittelspeicher und dem zweiten Teil des Stellzylinders
ausdehnende Druckmittel in die das Ventil in die andere Schaltstellung zurückführende Lage zurückgc·
schoben. Bei der erfindungsgemäßen Ventilumstellvorrichtung ist also das beim Stand der Technik
vorgesehene Schaltventil fortgelassen, so daß die Ventilumstellvorrichtung konstruktiv einfacher und
auch betriebszuverlässiger wird, da das zusätzliche Schaltventil als eine mögliche Fehlerquelle entfällt.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die die Ventilumstellvorrichtung
zeigt.
Die Ventilumstellvorrichtung A wird im wesentlichen aus einer Kolbenstange 1, einem inneren Gehäuse 2, das
sich außerhalb der Kolbenstange 1 in Längsrichtung erstreckt, sowie einem Druckmittelspeicher 3, der sich
so außerhalb des inneren Gehäuses 2 erstreckt, gebildet.
An der Kolbenstange 1 sind ein oberer und ein unterer Kolben 4 und 5 angebracht. Am oberen
Kolbenkopf 4 ist ein nach außen vorstehendes, elastomeres T-Dichtungselement 6 angebracht, das in
Längsrichtung längs einer glatten Wand SA eines inneren Zylinders 30 gleitet, wenn die Kolbenstange 1
bewegt wird. Das Dichtungselement 6 sieht eine dynamische Dichtung zwischen dem Kolbenkopf 4 und
dem inneren Zylinder 30 vor und begrenzt das untere Ende eines ersten Teils 8 des Zylinders 30. Eine nach
innen vorstehende abgeschrägte Schulter 10 am inneren Zylinder 30 bildet einen unteren Anschlag für die
Bewegung des oberen Kolbenkopfes 4 nach unten.
Der untere Kolbenkopf 5 trägt an seiner Außenseite ein T-Dichtelement 7, das im wesentlichen denselben
Aufbau wie die T-Schiene 6 aufweist, wobei die T-Dichtung 7 an der Wand 11a des Zylinders 30
entlangläuft und eine dynamische Dichtung bildet sowie das untere Ende des zweiten Teils 11 des Zylinders 30
begrenzt
Der obere Kolbenkopf 4 bildet das untere Ende des ersten Teils 8 des Zylinders 30, der mittels der glatten
Wand 8A begrenzt ist Der erste Teil 8 wird mittels einer dynamischen T-Dichtung 9 abgeschlossen, die innerhalb
einer Kolbenstangenführung 15 gelagert ist und von dieser aus nach außen vorsteht, wobei die T-Dichtung 9
eine Druckmittelverbindung zwischen der Kolbenstange 1 und der Wellenführung 15 verhindert 2C
Der untere Kolbenkopf 5 begrenzt das untere Ende des zweiten Teils 11, der oberhalb von ihm ausgebildet
ist Die T-Dichtung 6 und 7 begrenzen die oberen bzw. unteren Enden des zweiten Teils 11, während die
T-Dichtungen 9 und 6 die oberen bzw. unteren Enden des ersten Teils 8 begrenzen.
Unmittelbar am oberen Ende 13 der Kolbenstange 1 liegt eine Kunststoff-Wischerdichtung 12, die Verschmutzungen
von der Kolbenstange 1 abwischt. Ein T-förmiger Schlitz 14 ist am unteren Ende der
Kolbenstange 1 zur Aufnahme einer zugehörigen Betätigungsstange eines hier nicht gezeigten Ventils
angebracht.
Das innere Gehäuse 2 der Ventilumstellvorrichtung A wird von der sich in Längsrichtung erstreckenden
Kolbenstangenführung 15, dem inneren Zylinder 30, einem oberen Sockel 20 in unmittelbarer Nähe an der
Kolbenstangenführung 15 und hieran angebracht und sowie einem Ventilanschlußstück 36 gebildet, das
außerhalb und rund um den untersten Abschnitt des Zylinders 30 gebildet ist. Die Kolbenstangenführung 15
weist Gewindeteile 16 zur Anbringung von Zubehörteilen wie etwa wärmeempfindlichen Sperr-Öffnungs-Elementen
u.dgl. an der Ventilumstellvorrichtung A auf. Die Kolbenstangenführung 15 ist mittels eines Gewin.-des
19 innerhalb des Sockels 20 befes'igt, wobei sich ein O-Ring 17 um die Kolbenstangenführung 15 innerhalb
einer ihr zugeordneten Bohrung 18 des Sockels 20 erstreckt und einen Druckmitteldurchlaß zwischen der
Kolbenstangenführung 15 und dem Sockel 20 verhindert.
Um eine relative Drehbewegung zwischen den Teilen 15 und 20 zu verhindern, erstreckt sich ein Stift 29 in
Längsrichtung zwischen diesen. Der Sockel 20 weist an seinem oberen Ende eine Zuführöffnung 22 zur
Aufnahme einer Druckmittelleitung 23 auf, die eine Zufuhr von Druckmittel unter Steuerdruck bewirkt. Die
Zuführöffnung 22 steht mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 2iA in Verbindung, der innerhalb
des Sockels 20 ausgebildet ist, wobei der Kanal 21A an
seinem unteren Ende ein Rückschlagventil 24 aufweist und dazwischen mit einem querverlaufenden Kanal 21B
verbunden ist, der sich seitlich zum Kanal 21/4 innerhalb des Sockels 20 als Druckmittelverbindung zwischen
dem ersten Teil 8 des Zylinders und dem Kanal 21/4 erstreckt.
Da& Rückschlagventil ?4 weist ein unteres Stopfelement
24/4 . das innerhalb des Sockels 20 mittels eines Gewindes befestigt ist, einen sich in Längsrichtung
erstreckenden Kanal 245 und an seinem oberen Ende einen Sitz für das untere Ende eines zusammendrückbaren
Federelementes 25 auf- Das Federelement 25 drückt eine Kugel 26 gegen dessen Sitz 27 am unteren Ende des
Kanals 21A Druckmittel innerhalb des Kanals 21/4 kann
außen um die Kugel 26 herum und durch den Kanal 24ß strömen, wenn die Kugel 26 von ihrem Sitz 27
abgehoben wird, wenn die Druckkraft der Feder 25 von dem höherer Steuerdruck im Kanal 2\A überwunden
wird.
Unterhalb der Kolbenstangenführung 15 erstreckt sich der innere Zylinder 30, der am unteren Abschnitt
des Sockels 20 mittels eines Gewindes 31 ist und der ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes elastomeres
Dichtungselement 32 aufweist, das an einer Bohrung 33 des Sockels 20 anliegt, um einen Drnckmitteldurchlaß
zwischen dem Zylinder 30 und dem Sockel 20 zu verhindern. Der obere Abschnitt des inneren Zylinders
30 weist eine glatte Innenwand 8* auf, die eine Gleitbahn für die T-Dichtung 6 darstellt. Zusätzlich
weist der innere Zylinder 30 die abgeschrägte Schulter 10 auf, um einen unteren Anschlag für den Kolbenkopf 4
zu bilden. Der innere Zylinder 30 weist unmiuelbar unterhalb bzw. an der Schulter 10 eine sich seitlich
erstreckende öffnung 34 auf, um eine kontinuierliche
Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten Teil 11 unterhalb des Kolbenkopfes 4 und dem Druckmiitelspeicher
48 zu bilden. Der innere Zylinder 30 weist eine glatte Wand 11Λ auf, die der T-Dichtung 7 zugeordnet
ist. Der innere Zylinder 30 enthält auch an seinem untersten Ende ein sich in Längsrichtung erstreckendes
nach außen hervorstehendes Schulterteil 3OA, das, wenn der innere Zylinder 30 arn Ventilanschlußstück 36
mittels des Gewindes 35 befestigt ist, Kräfte über das innere Gehäuse 2 überträgt. Eine Stiftschraube 39 dient
zum weiteren Befestigen des Ventilanschlußstückes 36 am inneren Zylinder 30 während der Anbringung der
Ventilumstellvorrichtung A am Ventil an einer Baustelle.
Das Ventilanschlußstück 36 ist ein zylindrisches Teil,
das eine Reihe von kreisförmigen Durchgangsbohrungen 36/4 zur Aufnahme von Schrauben des hier nicht
gezeigten Ventils aufweist, wenn die Ventiluinstel'vorrichtung
A am Ventil befestigt ist
Der Druckmittelspeicher im Gehäuse 3 wird von einem länglichen zylindrischen Teil 3A gebildet, das an
seinem oberen und unteren Ende an einer oberen bzw. unteren Platte 40 bzw. 49 angebracht ist. Die obere
Platte 40 ist am Teil 3A mittels eines Gewindes 43 befestigt, wobei ein O-Ring 41 an einer Bohrung 42 der
Platte 40 anliegt und einen Druckmitteldurchla3 zwischen dem Sockel 2d und der oberen Platte 40
verhindert, während ein O-Ring 44, der innerhalb einer
Bohrung 45 angeordnet ist, einen Druckmitteldurchlaß zwischen der oberen Platte 40 und dem Teil 3/4
verhindert. In der oberen Platte 40 ist eine öffnung 46
am oberen Ende eines sich in Längsrichtung erstreckenden Kanals 46/4 ausgebildet. Die öffnung 46 nimmt ein
Ventil 47 auf, das normalerweise geschlossen ist. Das Ventil 47 wird geöffnet, um den Restdruck im
Druckmittelspeicher 48 abzulassen und u-n restliches
Druckmittel zu entfernen, wenn die Ventilumstellvorrichtung A vom Ventil entfernt werden soll.
Die untere Platte W ist als Gegenstück zur oberen Platte 40 ausgebildet und ist am Teil 3/t mittels eines
Gewindes 50 befestigt. Ein O-Ring 53 ist am Ventilanschlußstück 36 an einer Bohriint? 54 der imtprpn
Platte 49 anliegend angeordnet. Der O-Ring 53 verhindert einen Druckmittekiurchlaß zwischen dem
Ventilanschlußstück 36 und der unteren Platte 49. während ein als Gegenstück ausgebildeter elastomere!·
O-Ring 51 innerhalb einer Bohrung 52 des Teils 3A einen Druckmitteldurchlaß zwischen der unteren Platte
49 und dem Teil 3/4 verhindert.
Ein Kanal 56/4, der sich in Längsrichtung durch die untere Platte 49 erstreckt, endet in einem erweiterten
Bereich 56, der eine ein Rückschlagventil 58 aufweisende Druckmittelleitung 57 aufnimmt, die mit einer unter
Druck stehenden Druckmittelquelle in Verbindung stehen kann, wobei die Druckmittelquelle als zweite
oder Hilfseinrichtung zum kontinuierlichen oder zusätzlichen Aufladen des Druckmittelspeichers 48 verwendet
wird. Das Rückschlagventil 58 befindet sich in seiner geschlossenen Stellung, wenn der Druck im Druckmittelspeicher
größer ist als der der Hilfseinrichtung. Außerdem kann die Leitung 57 und das Rückschlagventil
58 von der Hilfseinrichtung getrennt werden und die öffnung kann dicht verstöpselt werden. Ein auf Wärme
ansprechendes Überdruckventil 60 steht dichtend mit einer Entlastungsöffnung 61 in Eingriff, die durch die
untere Platte 49 hindurchgeht. Dieses Oberdruckventil 60 gestattet das automatische Ablassen von Druck bis
auf die Höhe normalen Steuerdrucks in dem Fall, daß die Ventilumstelleinrichtung A Umgebungsbedingungen
mit erhöhter Temperatur ausgesetzt ist. um ein Entstehen von Überdruck zu vermeiden.
Arbeitsweise
Um den Ventilschieber des hier nicht gezeigten, von der Ventilumstellvorrichtung A betätigten Ventils in die
untere oder offene Stellung zu bringen, tritt das Druckmittel innerhalb der Druckmittelleitung 23 durch
den Sockel 20 in den Kanal 21,4 und wird gleichzeitig durch den Kanal 21 Sin den ersten Teil 8 übertragen und
bei ausreichendem Druck das Rückschlagventil 24 geöffnet und die Verbindung zum Druckmittelspeicher
48 hergestellt. Gleichzeitig mit dem Füllen des Druckmittelspeichers 48 übt der Druck innerhalb des
ersten Teils der vnn den dynamischen T-Dichtiingen 6
und 9 begrenzt ist, eine Kraft auf den Kolbenkopf 4 aus, die größer ist als die entgegengerichtete Kraft, die
innerhalb des zweiten Teils 11 zwischen den T-Dichtungen
6 und 7 erzeugt wird, so daß die Kolbenstange 1 nach unten gedruckt wird, bis der Ventilschieber völlig
geöffnet ist.
Da der Druckmittelspeicher 48 ständig in Druckmittelverbindung mit dem zweiten Teil 11 über die
öffnungen 34 steh*, kann kontinuierlich Druckmittel in
den zweiten Teil 11 eintreten. Da das Rückschlagventil 24 Druckmittel aus dem Kanal 21 A in den Druckmittelspeicher
48 strömen läßt, aber Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 48 daran hindert, in den Kanal 21 A
zurückzuströmen, ist der Druckmittelspeicher 48 strömungsmitteldicht
und eine Längsbewegung des Kolbenkopfes 4 nach unten verkleinert das Volumen des
zweiten Teils 11, so daß Druckmittel aus diesem durch
die öffnung 34 und in den Druckmittelspeicher 48 übertragen wird, wodurch das Druckmittel komprimiert
wird.
Wenn der Ventilschieber geschlossen werden soll wird der Steuerdruck innerhalb der Druckmittellcitung
23 vermindert. Dadurch wird der Druck innerhalb des ersten Teils 8 und dem Kanal 21,4 bis unter den Wert
verringert, der erforderlich ist. um die Kolbenstange 1 in
ihrer unteren Stellung zu halten und um den Ventilschieber offenzuhalten. Der Druck innerhalb des
in Druckmittelspeichers wird jedoch nicht verringert, da
das Rückschlagventil 24 schließt. Der Druck innerhalb des Druckmittelspeichers 48 bleibt daher mindestens
gleich dem ursprünglichen Steuerdruck, der über die Druckmittelleitung 23 und den Kanal 21 A in dem ersten
Feil 8 aufgebracht wurde. Infolge der Verringerung dieses Druckes innerhalb des ersten Teils 8 erlaubt es
der Druck, der innerhalb des zweiten Teils 11 und dem
Druckmittelspeicher 48 auf den Kolbenkopf 4 einwirkt, der Kolbenstange i, sich nach oben zu bewegen. Das
Verringern des Steuerdrucks innerhalb der Druckmittelleitung 23 bewirkt daher, daß die Kraft des
kompressiblen Druckmittels, das innerhalb dem Druckmittelspeicher 48 gespeichert ist, wie bei einer
zusammengedrückten Feder die Kolbenstange 1 nach
2ϊ oben bewegt. Als kompressibel können dabei hier auch
noch bestimmte flüssige Druckmittel gelten, da ihre auch nur sehr kleine Kompressibilität hier genügt, um
eine ausruhende Energie in dem Druckmittelspeicher zu speichern.
so Die erwünschte Druckkraft, die durch den Druckmittelspeicher 48 zu erzeugen ist, ist vorwählbar, wobei die
Parameter vom Volumen des DrucKmittelspeichers, der wirksamen Flächen des ersten und zweiten Teils 8 und
11, dem Steuerdruck innerhalb der Druckmittelleitung
J5 23, der Druckkraft, die von der Feder 25 des
Rückschlagventils 24 ausgeübt wird, und der Kompressibilität des gewählten hydraulischen und/oder pneumatischen
Druckmittels abhängen. Selbst wenn der Druckmittelspeicher 48 und der zweite Teil 11
ursprünglich gefüllt waren, können sie kontinuierlich und zusätzlich auch dann wieder aufgeladen werden,
falls O-Rintre und/oder Ventile Iprken. Der Dnirkmitlelspeicher
48 wird also kontinuierlich aufgeladen, wodurch eine festgelegte Druckkraft zur wahlweisen
Einwirkung auf das untere Ende des Kolbenkopfes 4 und umgekehrt zum Drücken der Kolbenstange 1 in
eine obere Stellung und zum Schließen des Ventilschiebers sichergestellt ist.
Als eine andere Druckquelle zum Verschieben der
so Kolbenstange 1 nach oben kann eine Stickstoff- oder andere Druckmittelquelle an die Leitung 57 angesciiiossen
werden, wobei das Rückschlagventil 58 geöffnet wird. Somit kann der Stickstoff in den Dnickmittelspeicher
48 und den zweiten Teil 11 zur Einwirkung auf das
untere Ende des Kolbenkoppfes 4 eingeleitet werden, um die Kolbenstange 1 in eine obere Stellung zu
drücken und den Ventilschieber in seine völlig geschlossene Stellung zu verschieben, wodurch immer
noch eine ausfallsichere Arbeitsweise des Ventils gewährleistet ist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Druckmittelbetätigte Ventilumstellvorrichtung, bestehend aus einem Druckmittelspeicher, der über
ein für das Druckmittel in Richtung des Druckmittelspeichers durchlässiges Rückschlagventil mit einer
Steuerdruck für die Ventilumstellvorrichtung abgebenden Druckmittelleitung verbunden ist, und aus
einem Stellzylinder, der durch einen in ihm gleitend und dichtend geführten, auf unterschiedlich großen
wirksamen Flächen beaufschlagbaren Kolben in zwei Teile unterteilt ist, von denen der erste Teil mit
der Druckmittelleitung und der zweite Teil, wenn der von der Druckmittelleitung zugeführte Steuerdruck
ausbleibt, mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil (11) des Stellzylinders ständig mit dem Druckmittelspeicher (48) verbunden ist und
die im zweiten Teil (11) wirksame Fläche des Kolbens (4, S) kleiner ist als die in dem ersten Teil (8)
wirksame Fläche des Kolbens.
2. Ventilumstellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Druckmittelleitung
(57), die in dem Druckmittelspeicher (48) mündet und durch ein steuerbares, nur in Richtung
des Druckmittelspeichers zu öffnendes Rückstellventil (58) gesperrt ist.
3. Ventilumstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Überdruckventil (60),
das über eine Ablaßöffnung (61) mit dem Druckmittelspeicher (48) verbunden ist.
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