DE3542547A1

DE3542547A1 - Verstell- bzw. regeleinrichtung

Info

Publication number: DE3542547A1
Application number: DE19853542547
Authority: DE
Inventors: Günther Stallhofen Altrichter; Wolfgang Ing. Ehgartner; Rudolf Dipl.-Ing. Greimel; Reinhard Dipl.-Ing. Dr.techn. Graz Pinter; Erich Graz Preisler; Karl Dipl.-Ing. Hönigtal Rauscher
Original assignee: Andritz AG
Current assignee: Andritz AG
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-12-02
Publication date: 1986-06-26
Also published as: AT385572B; IT8523238A0; ATA406184A; IT1186455B; FR2575240A1

Description

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Maschinenfabrik Andritz Actiengesellschaft, Statteggerstraße 18 A-8045 Graz-Andritz (Österreich)

Verstell- bzw. Regeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Verstell- bzw. Regeleinrichtung mit einem beidseitig mitFTuidai beaufschlagbaren Stellelement, z.B. einer Trennplatte, das in einem Gehäuse durch die Fluidbeaufschlagung zwischen zwei Endflächen verstellbar ist und eine, eine der Endflächen durchsetzte Stellstange in einem bzw. für einen druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinder, ein Ventil, Drosselorgan, od.dgl. bzw. eine Anzeigevorrichtung trägt.

Zur einfachen und betriebssicheren Betätigung insbesondere bei hohen Temperaturen (bis 600 ⁰C) und drohender Verschmutzungsgefahr, z.B. bei Dampfhauben, chemischen Anlagen od.dgl., ist eine Verstell- bzw. Regel-

einrichtung dieser Art dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der, von der mit dem Schließ- bzw. Stell teil des Ventils, Drosselorganes, od.dgl. bzw. der Anzeigeeinrichtung verbundenen Stell stange durchsetzten Endfläche des Gehäuses und der dieser zugewandten Fläche des im Gehäuse frei verschiebbaren Stell elementes ein, die Stellstange umhüllendes(r) Federrohr bzw. Federbalg und ein weiteres(r), dieses Federrohr vorzugsweise konzentrisch umhüllendes(r) Federrohr bzw. Federbalg vorgesehen ist, wobei die jeweiligen Enden der Federrohre dichtend mit der Fläche bzw. der Endfläche verbunden, insbesondere verschweißt, sind, und daß das das Stellelement auf der einen Seite beaufschlagende erste Druckfluid in den von dem Federrohr und dem weiteren Federrohr umschlossenen Raum zuführbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, daß keine verschleißbaren Dichtungen vorhanden sind, die relativ zueinander bewegliche Teile unter Reibungsschluß abdichten müssen.

Insbesondere fallen Dichtungsprobleme für den auf die Stellstange wirkenden, gleitenden Kolben weg, da die Metallbälge bzw. Federrohre direkt oder indirekt mit den entsprechenden Flächen verschweißt sind. Insbesondere sind derartige Einrichtungen für hohe Temperaturen geeignet, bei denen z.B. Elektromotoren nicht einsetzbar sind.

Bevorzugt ist es, wenn zwischen der anderen Seite des Stell elementes und der dieser gegenüberliegenden, anderen Endfläche des Gehäuses ein zusatz! iches(r) Federrohr bzw. Federbalg angeordnet ist, dessen Enden mit der anderen Fläche des Stell elementes bzw. der anderen Endfläche dichtend verbunden, insbesondere verschweißt, sind, wobei das, das Stellelement auf der anderen Fläche beaufschlagende zweite Druckfluid in den gasdichten, zwischen dem zusätzlichen Federrohr und der Gehäusewand gelegenen Außenraum und das zusätzliche Federrohr oder in den Innenraum des zusätzlichen Federrohres einströmbar ist. Es wird damit in einfacher Weise möglich, entweder durch das zusätzliche Federrohr einen von der anderen Fläche des Stellelementes abgehenden Stangenteil durch die andere Endfläche nach außen, z.B. zu einer Anzeigevorrichtung, zu führen oder den Innenraum des zusätzlichen Federrohres über eine öffnung in der anderen Endfläche mit einer

Drucksteuereinheit zu verbinden, mit welcher in Abhängigkeit vom Druck im Innenraum das Einströmen bzw. die Zufuhr des ersten und zweiten Druckfluids regelbar ist. Es ist somit gleichzeitig eine Fluidbeaufschlagung des Stell elementes als auch eine Druckregelung bzw. Stellanzeige möglich.

Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, da3 die Federrohre jeweils direkt mit den Flächen bzw. Endflächen des Gehäuses oder jeweils mit einem zylinderförmigen Ring verschweißt sind, der mit den Flächen bzw. den Endflächen dicht verbunden bzw. verschweißt ist.

Für den Einsatz bei hohen Temperaturen ist es vorteilhaft, wenn die Federrohre bzw. Federbälge aus Edelstahl bestehen.

Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung ist in spezieller Weise dadurch gekennzeichnet, daß die Stell stange in ein an der einen Endfläche dichtend befestigtes Gehäuse, z.B. ein Rohr des Ventils, Drosselorganes, od.dgl. ragt und einen, in diesem Gehäuse verschiebbaren Stell- bzw. Schließteil, z.B. Kolben, trägt, der bei Bewegungen der Stell stange vor in der Wandung des Gehäuses ausgebildeten Gas- bzw. Flüssigkeitsdurchströmöffnungen verschiebbar ist.

Bevorzugt ist es, wenn der Stell- bzw. Schließteil, z.B. der Kolben, zwischen der Gehäusewand und seinem Mantel ein festgelegtes Spiel bzw. einen festgelegten Zwischenraum besitzt. Damit wird eine Durchflußregelung von z.B. aggressiven Gasen und Flüssigkeiten möglich, ohne daß besondere Aufwendungen zur Abdichtung des den Schließteil enthaltenden Gehäuses getroffen werden müssen, da das Federrohr die Durchführung der Stell stange in der Endfläche gegenüber der Verstelleinrichtung abdichtet.

Zweckmäßigerweise ist ferner vorgesehen, daß die Änderung der Abdeckung der Fläche durch Durchströmöffnungen durch den Kolben, oder die Änderung der durch die Durchströmöffnungen durchströmenden Gas- bzw. Flüssigkeitsmenge

durch die Kolbenbewegung in linearer Abhängigkeit von der Bewegung des von den Druckmedien betätigten Stell elementes steht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert^ Es zeigen:

Fig. 1, 2, 4 und 5 Schnitte durch verschieden ausgebildete Verstelleinrichtungen,

Fig. 3 eine von einer Drucksteuereinheit gesteuerte, positionierbare Verstelleinrichtung, tt-nd

Fig. 6 Durchströmöffnungen in einem Drosselventil.

In Fig. 1 ist in einem gas- bzw. flüssigkeitsdichten Gehäuse 1 zwischen der einen Endfläche 7 und der anderen Endfläche 17 eine Trennplatte 2 angeordnet, die nicht dicht an den Gehäuseinnenwänden anliegen muß. Insbesondere ist die Trennplatte frei beweglich bzw. im Abstand zur Gehäusewand gelegen. Ein Federrohr 4 und ein weiteres, das Federrohr 4 umgebende Federrohr 3 sind mit der Endfläche 7 bzw. mit der einen Fläche 21 der Trennplatte 2 dicht verbunden. Durch Einströmen eines ersten Druckmediums (Gas oder Flüssigkeit) über eine Leitung 8 in den Raum zwischen den Federrohren 3,4 bzw. eines zweiten Druckmediums (Gas oder Flüssigkeit) über eine Leitung 9 in den Innenraum des Gehäuses, der von der Seite 22 der Trennplatte 2, die den Federrohren 3,4 abgekehrt ist, begrenzt ist, kann die Trennplatte 2 im Gehäuse 1 verstellt werden.

An der Fläche 21 der Trennplatte 2 ist ferner eine Stell stange 5 befestigt, die durch eine öffnung 6 in der Endfläche 7 ungedichtet aus dem Gehäuse 1 herausgeführt ist und in ein Rohr 10 eines Ventiles bzw. Drossel organes ragt, das mit einem Flansch 11 am Gehäuse 1 dicht befestigt ist. Das Rohr 10 weist Durchströmöffnungen 13 für ein, mit 14 angedeutetes Gas (Flüssigkeit) auf, welche mit einem als Schließ- bzw. Stellteil wirkenden Schieber bzw. Kolben 12 verschließbar sind, der von der Stell stange 5 getragen und mit dieser verstellbar ist.

Zwischen der Innenwand des Rohres 10 und dem Mantel des Kolbens 12 ist ein Spalt definierter Dicke belassen, sodaß bei vom Schieber 12 verschlossenen Durchströmöffnungen 13 noch immer eine gewisse Mindestmenge an Gas bzw. Flüssigkeit durchströmen kann. Wenn es gewünscht ist, kann der Kolben 12 auch dichtend im Rohr 10 geführt sein.

Das Rohr 10 ist zwar zum Gehäuse 1 hin aufgrund der öffnung 6 offen, es wird aber durch das Federrohr 4 ein dichter Abschluß gewährleistet, sodaß das zu regelnde, gegebenenfalls aggressive und z.B. bis zu 600 ⁰C heiße Medium vom regelnden Medium getrennt ist.

Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung gemäß Fig. 1. Zwischen der anderen Endfläche 17 und der Trennplatte 2 ist ein zusätzliches Federrohr 15 angeordnet, durch das ein mit der Fläche 22 der Trennplatte 2 verbundener Stangenteil 18 durch eine öffnung 16 durch die andere Endfläche 17 herausgeführt ist, z.B. um eine Stellungsanzeige zu bewirken. Das Druckmediumwrkt in diesem Fall auf die vom zusätzlichen Federrohr 15 freigelassene Fläche der Trennplatte 2.

Alternativ ist es auch möglich, das Druckmedium 9 durch die öffnung 16 ins Innere des zusätzlichen Federrohres 15 einströmen zu lassen und den Stangenteil 18 an einer Stelle außerhalb des zusätzlichen Federrohres durch eine in der Endfläche 17 auszubildende weitere öffnung herauszuführen.

Fig. 3 zeigt eine positionierbare Verstelleinrichtung, wie sie z.B. bei Roboterbewegungen erforderlich ist, bei der die Stell stange 5 zur Arbeitsbetätigung verwendet wird und der Innenraum des zusätzlichen Federrohres 15 über eine Druckleitung 19 mit einer an sich bekannten Drucksteuereinheit 20 für das Steuern der Druckmedien in den Leitungen 8 und 9 verbunden ist. Mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung können somit mit einer auf Raumtenperatur befindlichen Drucksteuereinheit 20 in einem Hochtemperaturbereich positionierbare Stell bewegungen ausgeführt

werden, und aggressive Medien geregelt werden. Die Drucksteuereinheit besitzt ein im Abstand a verschiebbares, insbesondere mechanisch gesteuertes, pneumatisches oder hydraulisches Ventil 27, von dem über Drossel rückschlagventil 28 zur Dämpfung die Leitungen 8 und 9 abgehen. Ober die Leitung wird die Steuereinrichtung pneumatisch beaufschlagt und zwar mit Drücken zwischen beispielsweise 1 bis 1,8 bar, bezogen auf den gesamten Hub.

Alternativ ist es auch möglich, anstatt der mechanischen Verbindung ein elektrisches übertragungssystem in bekannter Weise einzusetzen. In diesem Fall entfällt die Verschiebbarkeit des Ventiles 27.

Die Leitung 19 ist über ein Entlüftungsventil 31 zur Druckanpassung an die Betriebstemperatur mit einer Pneumatikvorrichtung verbunden, die einen von einem Stellsignal (1,2 bis 2 bar) beaufschlagten fixen Membranbalg 30, einen verschiebbaren Membranbalg 29 und eine zur Aufbringung einer Gegenkraft entsprechend 1,2 bar vorgesehene Stellschraube 32 mit Druckfeder besitzt. Zwischen dem pneumatischen Ventil 27 und dem im Abstand b verschiebbaren Membranbalg 29 ist eine mechanische Verbindung 33 vorgesehen. Entsprechend dem Stellsignal können somit die Drücke in den Leitungen 8 und geregelt werden, um eine Positionierung der Stellstange 5 zu bewirken. Die beiden Membranbälge 29,30 liegen auf einer Wippe 36 auf, welche auf einem Gelenkpunkt 37 gelagert ist.

Die Verschiebbarkeit des Ventiles 27 mitsamt der mechanischen Verbindung 33 innerhalb des Abstandes a dient zur Einstellung der Ansprechempfindlichkeit des Ventiles 27. Die Verschiebbarkeit des Membranbalges 29 innerhalb des Abstandes b dient zur Anpassung des Systems an die möglicherweise unterschiedlichen Volumina der Membranbälge 15 und 29.

Fig. 4 zeigt eine Verstelleinrichtung, bei der der Stangenteil 18 und die Stell stange 5 zu einer Stange 23 zusammengefaßt werden, die ein Gewinde trägt, das durch ein Gewinde der Trennplatte 2 geführt ist. Die Stange 23 ist mit einer Scheibe 25 nach Art eines Axiallagers drehbar und ortsfest dicht gelagert, wobei die Scheibe 25 in einer Nut der Stange 23 gelagert und an der Endfläche 17 befestigt ist. Bei Verstellung der Trennplatte 2

ergibt sich eine Verdrehung der Stange 23 und des von ihr getragenen Drehkurvenschiebers 26 im Gehäuse 10, sodaß die Durchströmmenge durch die Durchströmöffnungen 13 regelbar ist. Die Dichtung der Stange 23 in der Endfläche 17 nach außen kann z.B. mit einer dicht aufgesetzten Kappe 35 erfolgen. Ferner ist gemäß Fig. 4 zwischen den Federrohren 3 und 4 ein Rohr 38 vorgesehen, daß an der Endfläche 7 befestigt ist und als Hubbegrenzung für die Trennplatte 2 dient. Anstelle eines Rohres können auch Stangen od.dgl. vorgesehen werden. Derartige Hubbegrenzungen können bei allen Ausführungsformen vorgesehen sein.

Vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung, wenn die Änderung der Abdeckung der Fläche der Durchströmöffnungen 13 durch den Kolben 26 oder die Änderung der durch die Durchströmöffnungen 13 durchströmenden Gas- bzw. Flüssigkeitsmenge durch die Kolbenbewegung in linearer Abhängigkeit von der Bewegung des von den Druckmedien 8,9 betätigten Stell elementes 2 steht. Es wird somit möglich, in Abhängigkeit vom Stellweg eine lineare Änderung der zu regelnden, durchströmenden Gas- oder Flüssigkeitsmenge zu erreichen.

Fig. 5 zeigt eine Verstelleinrichtung ähnlich Fig. 1, bei der die Federrohre 3,4 mit Zylinderringen 34 verschweißt sind, die ihrerseits mit der Trennplatte 2 bzw. mit der Endfläche 7 verschweißt sind. Auch das zusätzliche Federrohr 15 kann auf diese Weise befestigt sein.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung von aufeinanderfolgend im Rohr 10 ausgebildeten Durchströmöffnungen 13, die eine lineare Änderung der Durchströmmenge ermöglichen.

Die Erfindung ist insbesondere auch anwendbar auf Einrichtungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, z.B. in der Hochofen- und Nukleartechnik. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vorzugsweise in Verbindung mit druckmittelbetätigbaren Arbeitszylindern, z.B. Impulsgebern für Arbeits- und Servogeräte, verwendbar.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verstell- bzw. Regeleinrichtung mit einem beidseitig mit Fluiden beaufschlagbaren Stellelement, z.B. einer Trennplatte, das in einem Gehäuse durch die Fluidbeaufschlagung zwischen zwei Endflächen verstellbar ist und eine, eine der Endflächen durchsetzende Stellstange in einem bzw. für einen druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinder, ein Ventil, Drosselorgan, od.dgl., bzw. eine Anzeigevorrichtung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der, von der mit dem Schließ- bzw. Stellteil des druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders, Ventils, Drosselorganes, od.dgl. bzw. der Anzeigeeinrichtung verbundenen Stell stange (5) durchsetzten Endfläche (7) des Gehäuses (1) und der dieser zugewandten Fläche (21) des im Gehäuse frei verschiebbaren Stellelementes (2) ein die Stellstange (5) umhüllendes(r) Federrohr bzw. Federbalg (4) und ein weiteres(r), dieses Federrohr (4) vorzugsweise konzentrisch umhüllendes(r) Federrohr bzw. Federbalg (3) vorgesehen ist, wobei die jeweiligen Enden der Federrohre (3,4) dichtend mit der Fläche (21) bzw. der Endfläche (7) verbunden, insbesondere verschweißt, sind, und daß das, das Stellelement (2) auf der einen Seite beaufschlagende erste Druckfluid (8) in den von dem Federrohr (4) und dem weiteren Federrohr (3) umschlossenen Raum zuführbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der anderen Fläche (22) des Stellelementes (2) und der dieser gegenüberliegenden anderen Endfläche (17) des Gehäuses (1) ein zusatz!iches(r) Federrohr bzw. FederbaTg (15) angeordnet ist, dessen Enden mit der anderen Fläche (22) des Stellelementes (2) und der anderen Endfläche (17) dichtend verbunden, insbesondere verschweißt, sind, wobei das das Stellelement (2) auf der anderen Fläche (22) beaufschlagende zweite Druckfluid (9) in den gasdichten, zwischen dem zusätzlichen Federrohr (15) und der Gehäusewand gelegenen Außenraum um das zusätzliche Federrohr (15) oder in den Innenraum des zusätzlichen Federrohres (15) einströmbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zusätzlichen Federrohres (15) kleiner ist als der des weiteren Federrohres (3).

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Federrohr (15) und/oder das Federrohr (4) und/oder das weitere Federrohr (3) konzentrisch zur Längsachse des Gehäuses (1) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das zusätzliche Federrohr (15) ein von der anderen Fläche (22) des Stell elementes (2) abgehender Stangenteil (18) durch die andere Endfläche (17) nach außen, z.B. zu einer Anzeigevorrichtung oder einer zu verstellenden Einrichtung, z.B. zu einem Schließ- bzw. Stellteil eines Ventiles, eines Drosselorganes, od.dgl., geführt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des zusätzlichen Federrohres (15) über eine Öffnung (16) in der anderen Endfläche (17) mit einer Drucksteuereinheit (20) verbunden ist, mit welcher in Abhängigkeit vom Druck im Innenraum das Ein- und Ausströmen bzw. die Zufuhr und Abfuhr des ersten und zweiten Druckfluids (8,9) regelbar sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federrohre bzw. Federbälge (3,4,15) aus Edelstahl oder einer hitzebeständigen Nichteisenlegierung bzw. einem chemisch beständigen Kunststoff bestehen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federrohre (3,4,15) jeweils direkt mit den Flächen (21,22) bzw. Endflächen (7,17) des Gehäuses (1) oder jeweils mit einem zylinderförmigen Ring (34) verschweißt sind, der mit den Flächen (21,22) bzw. den Endflächen (17) dicht verbunden bzw. verschweißt, gelötet oder geklebt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (5) in ein, an der einen Endfläche dichtend befestigtes Gehäuse (10), z.B. ein Rohr des Ventils, Drosselorganes, od.dgl., ragt und einen in diesem Gehäuse (10) verschiebbaren Stell- bzw. Schließteil (12), z.B. Kolben, trägt, mit dem bei Bewegungen der Stellstange (5) in der Wandung des Gehäuses (10) ausgebildete Gas- bzw. Flüssigkeitsdurchströmöffnungen (13) verschließbar sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Abdeckung der Fläche der Durchströmöffnungen (13) durch den Kolben (12) oder die Änderung der durch die Durchströmöffnungen (13) durchströmenden Gas- bzw. Flüssigkeitsmenge durch die Kolbenbewegung in linearer Abhängigkeit von der Bewegung des von den Druckmedien (8,9) betätigten Stellelementes (2) steht.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange und die Stellstange zu einer einzigen bzw. einstückigen Stange (23) verbunden sind, die im Bereich des Verschiebeweges der Trennplatte (2) ein Außengewinde trägt, das mit einem in der Trennplatte (2) vorzugsweise mittig ausgebildeten Innengewinde in Eingriff steht, daß die Stange (23) drehbar und ortsfest im Gehäuse (1) bzw. dessen Endfläche (17,7) gelagert ist, und daß bei Verschiebung der Trennplatte (2) die Stange (23) und ein von ihr getragener Kurvenschieber (26) verdrehbar sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen dem Federrohr (4) und dem weiteren Federrohr (3) eine Hubbegrenzung (38), z.B. ein an der Fläche (21) oder der Endfläche (7) befestigtes Rohr, vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stell- bzw. Schließteil (12) zwischen der Gehäusewand und seinem Mantel ein festgelegtes Spiel (21) bzw. einen festgelegten Zwischenraum besitzt.