DE4123147C2 - Betätigunsvorrichtung für ein pneumatisches Stellventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein pneumati­ sches Stellventil mit doppeltwirkendem Antrieb mit zwei Druckkammern und einem darin verschieblich angeordneten, mit dem Ventilteller über ein Ventilgestänge verbundenen Kolben, wobei das zum Stellen des Kolbens notwendige Druckgas einem Behälter entnommen und dem einen der Druckkammern über einen als ODER-Glied wirkenden Umschalter zugeführt wird.

Bei nahezu allen Prozessen der thermischen Verfahrenstechnik werden Ventile im Bereich der Dampfleitungen vorgesehen, mit denen notwen­ dige oder gewünschte Einstellungen vorgenommen werden können. Andere Ventile sind in sicherheitsrelevanter Lage eingesetzt, bei diesen Ventilen kommt es darauf an, daß eine für einen Störfall vorgege­ bene Endlage angefahren wird, unabhängig von einem möglichen Ausfall der das Steuern der das Verstellen des Ventilsantriebs bewirkenden Energie. Hier werden zum Einhalten der Sicherheit Ventile redundant eingebaut, so daß bei einem Ausfall eines der Ventile das andere, unabhängig vom ersten angesteuerte und mit Antriebsenergie versorgte Redundanz-Ventil dessen Aufgabe erfüllen kann. Es ver­ steht sich von selbst, daß dabei eine Paralleschaltung nur für den Fall vorgesehen werden kann, wenn die Endlage "Offen" ist, und eine Hintereinanderschaltung, wenn die Endlage "Geschlossen" ist. Damit lassen sich derartige Schaltungen nur für eine definierte Endlage auslegen. Nachteilig ist ferner, daß für eine einen möglichen An­ triebsausfall beherrschende Redundanz mehrere Ventile benötigt wer­ den. Derartige Ventile pneumatisch zu betätigen, lehren beispiels­ weise die US-PS 3 542 332 oder - mit einer Betätigungsmembran - die US-PS 2 479 454.

Aus der DE 30 32 210 A1 ist eine Betätigungsvorrichtung zum Stellen eines in einer Versorgungsleitung vorgesehenen Ventils mit Hilfe eines von einem Gasgenerator erzeugten Gases, bekannt, bei der das Gas über ein ODER-Glied dann auf den Verstellantrieb des Ventils geleitet wird, wenn zum einen eine Störmeldung eine Auslösung des Gasgenerators bewirkt hat und wenn zum anderen der Gasdruck der Ver­ sorgungsleitung niedriger ist, als der Druck des von dem Gasgenera­ tor erzeugten Gases. Dabei kann die Betätigungsvorrichtung aufgrund ihrer Bauweise lediglich einmal benutzt werden, ein erneutes Anspre­ chen ist nicht vorgesehen. Weiter kann mit der offenbarten Betäti­ gungsvorrichtung zum Stellen des Ventils lediglich ein mit einem einseitig wirkenden Verstellantrieb versehenes Ventil angesteuert werden, da Mittel, die die zweite Druckkammer eines doppeltwirkenden Verstellantriebes entlüften, nicht vorgesehen sind, wobei die Ent­ lüftung dieser zweiten Kammer für die Verstellmöglichkeit unbedingt notwendig ist. Weiter kann die offenbarte Betätigungsvorrichtung bei Wegfall der Störursache nicht von selbst in einen Normalbetrieb übergehen, da das ODER-Glied zwar umschalten mag, der (größere) Druck in der Versorgungsleitung jedoch notwendig in gleicher Rich­ tung wirken muß, wie der Druck des von dem Gasgenerator erzeugten Hilfsgases. Eine Möglichkeit, die Betätigungsvorrichtung an ein geregeltes Ventil anzuschließen ist nicht gegeben. Schließlich wird die zum Gebrauch des Ventils im bestimmungsgemäßen Betrieb notwendi­ ge Energie der Versorgungsleitung entnommen (die brennbare Gase füh­ ren kann, wodurch sich die Anwendung eines durch einen Verbrennungs­ vorgang entstandenes, als inert anzusprechendes Hilfsgas besonders empfiehlt). Diese Entnahme eines die Hilfsenergie transportierenden Gasanteils aus der vom Ventil abzusperrenden Leitung setzt einen hinreichenden Vordruck voraus, der im Anfahrzustand, wegen des in diesem Zustand fehlenden Vordruckes, nicht erreicht sein muß.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine gattungsgemäße Betätigungsvorrichtung so weiterzubilden, daß bei er­ haltener Redundanz der Nachteil der Einmaligkeit entfällt und ein Übergang von Normalbetrieb zu Störfallbetrieb bei Eintreten von Stör­ fallbedingungen und umgekehrt bei Entfallen dieser Störfallbedingung ermöglicht ist, wobei eine Wiederholung ohne weiteres möglich sein soll, und daß der Betrieb des Verstellantriebes sowohl im Normalbe­ trieb als auch während eines Störfalles mit dem gleichen Antriebs­ medium und somit unabhängig von dem mittels des Stellventils abzu­ sperrenden Medium möglich ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Behäl­ ter für das Druckgas einen permanent über eine Speiseleitung mit Rückschlagventil an eine mit einem Druckwächter zur Drucküberwachung und Druckabfall-Meldung versehene Druckluftversorgung angeschlosse­ nen Luftspeicher bildet, der über eine Druckleitung und ein erstes Magnetventil sowie den einen Durchgang des ODER-Gliedes auf die die eine der Druckkammern des Antriebs mit Druckgas versorgende Lei­ tung schaltbar ist, wobei der andere Durchgang durch das ODER-Glied die eine der Anschlußleitungen des Stellungsreglers mit der einen, eine der Druckkammern des Antriebs mit Druckluft versorgenden Lei­ tung verbindet, und die zweite Druckkammer des Antriebs des Stell­ ventils über die andere der Leitungen und ein zweites Magnetventil mit einer Entlüftung verbunden ist, wobei die Spulen der Magnetven­ tile in einem Haltestromkreis liegen, der zumindest den Umschalter des Druckwächters enthält, bei dessen Ausschalten die Spulen der Magnetventile stromlos und diese entregt werden. Dieses in der vor­ geschlagenen Form druckumschaltbare Rückschlagventil ist ein Glied, welches die Unterscheidung übernimmt, welche Leitung zur Druckkammer durchzustellen ist: Überwiegt das Stellsignal des pneumatischen Stel­ lungsreglers etwa weil wegen des anstehenden Versorgungsdruckes der Druck des Druckluftspeichers nicht durchschlagen kann folgt das Stellventil dem Stellsignal des Stellungsreglers. Nach einem Ausfall des Steuerdruckes steht der volle Speicherdruck am druckumschaltba­ ren Rückschlagventil an und schaltet das Rückschlagventil um, so daß der Speicherdruck auf den Stellantrieb des Stellventils durchwirken und diesen ansteuern kann.

Für die weitere Druckluftversorgung ist ein an die allgemeine Druck­ luftversorgungs-Leitung über eine mit einem Rückschlagventil verse­ hene Speiseleitung verbundener Druckluftspeicher vorgesehen, dessen Ausgang, über eine Druckleitung geführt, mit dem ODER-Glied verbun­ den ist. Mit diesem so ständig von der normalen Druckluftversorgung aufgeladen gehaltenen Druckluftspeicher wird eine weitere, von der normalen unabhängige, Druckluftversorgung erreicht, mit deren Hilfe die in einem Störfall notwendigen Bewegungen des Stellventils aus­ geführt werden können. Dabei wird die Schaltung so vorgenommen, daß das Stellventil bei Druckausfall in eine geschlossene oder in eine geöffnete Stellung überführt wird. Dies kann mittels des Druckes der weiteren Druckluftversorgung erreicht werden, wobei dieser Druck ge­ genüber einem Gegendruck höher liegt und so die gewünschte Ventil­ stellung bedingt; in gleicher Weise kann z. B. auch das Ventil gegen einen Federdruck in der gewünschten Stellung gehalten werden.

Vorteilhaft ist in der Versorgungsleitung ein Druckminderer und -regler vorgesehen. Mit Hilfe dieses Druckminderers und -reglers kann der für die weitere Druckluftversorgung anstehende Druck so eingestellt und gehalten werden, daß das ODER-Glied auch bei starken Druckschwankungen in der allgemeinen Druckluftversorgung eine ein­ deutige Lage einnimmt und so für den Störfall bereit steht. Vorteil­ haft ist es weiter, wenn die Entlüftungen der Magnetventile mit je einem Schalldämpfer versehen sind. Dadurch werden die Strömungsge­ räusche beim Schalten bzw. beim Entlüften der Druckkammern des An­ triebs des Stellventils gedämpft.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in Reihe mit dem Umschalt­ kontakt des Druckwächters die Umschaltkontakte eines an die zum Nor­ malbetrieb notwendige Spannungsversorgung angeschlossenes Relais ge­ schaltet. Vorteilhaft ist weiter eine Umschalteinrichtung vorgese­ hen, die mit externen Leitungen verbunden über Fernwirkung ansteuer­ bar ist und die über einen nachgeschalteten Umschalter den Strom­ kreis des an die Spannungsversorgung angeschlossenen Relais öffnet.

Diese Umschalter bewirken das Umschalten in die Störfall-Situation dann, wenn ein Spannungsausfall oder ein Druckabfall in der allge­ meinen Druckluftvorsorgung eintritt.

In einer Weiterbildung wird darüber hinaus vorgeschlagen, daß ein mit dem Stellungsregler zusammenwirkender Grenzwertgeber mit mindestens einem Umschalter ausgebildet ist, über dessen eingehende Leitungen die elektrischen Stellsignale von oder zu dem Stellantrieb und/oder einer zentralen Leitwarte geführt sind, und der den Umschalter dann aktiviert, wenn einer der überwachten Grenzwerte einen vorgegebenen Minimalwert unter- oder einen vorgege­ benen Maximalwert überschreitet, wobei der Umschalter über seine Schaltkontakte mit einem im Haltestromkreis der Spule der Magnetventile vorgesehenen Ausschalter derart zusammenwirkt, daß bei Unter- oder Überschreiten des vorgegebe­ nen Wertes der Haltestromkreis geöffnet und das Magnetventil entregt wird.

Mit diesem Grenzwertgeber wird erreicht, daß die Steuersig­ nale, die, wie in der Regeltechnik üblich, zwischen 4 mA und 20 mA liegen, auf Unterschreitung (oder Überschreitung) des Minimal- (bzw. Maximal-)wertes hin überwacht werden können. Insbesondere gilt dies für die Ventilstellungs-Überwachung, die mittels des am Stellventil vorgesehenen Stellungsfühlers erfolgt; dies gilt in gleicher Weise für die Regelsignale, die von dem Stellungsfühler und -regler oder bei einem Zentral-Leitstand von diesem abgegeben werden.

Besonders bei in Dampfumformanlagen eingesetzten Stellventilen ist dieses vorteilhaft derart ausgebildet, daß ihm Fühler zur Tempera­ tur- und/oder Drucküberwachung vor- oder nachgeschaltet sind. Ins­ besondere für die thermische Prozeßtechnik und dabei auch für Dampfumformprozesse werden diese Fühler vorteilhaft an den Grenz­ wertgeber über weitere Anschlüsse für Fühler zur Temperatur- und/ oder Drucküberwachung angeschlossen. Der Grenzwertgeber nimmt dann auch diese Werte auf, und sein Umschalter wird dann aktiviert, wenn einer der überwachten Grenzwerte einen vorgegebenen Minimalwert unter- oder einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet, wobei der Umschalter über seine Schaltkontakte in dem Haltestromkreis der Spulen der Magnetventile so eingeschaltet ist, daß bei Unter- oder Überschreiten des vorgegebenen Wertes der Haltestromkreis geöffnet und das Magnetventil entregt und damit umgeschaltet wird.

Weiter ist insbesondere zur Senkung des Druckluftverbrauchs der Kol­ ben mit mindestens einer Membran in dem vorzugsweise aus zwei Scha­ len gebildeten Gehäuse des Antriebs eingedichtet eingespannt. Bei dieser Art der Kolbendichtung wird im Gegensatz zu Dichtungsringen eine absolute Dichtung erreicht.

Der Druckluftverbrauch wird im wesentlichen durch den Stellungsfüh­ ler und -regler, der die Stellung des Ventilkörpers zurückmeldet, gegeben. Da dieser nach der Störfall-Umschaltung während des Stör­ falles stillgesetzt ist, wird die sich im Störfall als Belastung des Druckluftspeichers bemerkbar machende, und die Standzeit des Druck­ luftspeichers begrenzende Druckluft-Leckage am Kolben liegen. Durch die vorgeschlagene Abdichtung dieses Kolbens mit mindestens einer Membran verschwindet die dort mögliche Leckage praktisch voll, und es ist sichergestellt, daß im Störfall der Luftverbrauch aus dem Druckluftspeicher auf einen Minimalwert gesenkt wird und so die Standzeit des Druckluftspeichers auf Werte erhöht wird, die für die Störungsbeseitigung ausreichen, da der Druckspeicher über einen hin­ reichend langen Zeitraum den notwendigen Druck halten kann. Dabei kann die Abdichtung des Kolbens auch derart ausgebildet sein, daß zwei Membranen eingesetzt sind, die von beiden Seiten an dem Kolben festgelegt sind.

Durch diese Ausführungsformen wird zum einen erreicht, daß während der ungestörten Phase dem bestimmungsgemäßen Betriebes die Stellsig­ nale z. B. von dem mit dem Stellventil verbundenen Stellwertgeber un­ gehindert in die das Verstellen des Stellventils bewirkende Druck­ kammer weitergeleitet werden, daß jedoch bei einem von einer Druck­ überwachung erkannten Ausfall der Steuer-Druckluft das Magnetventil derart umgesteuert wird, daß die Druckhaltung der Druckkammer allein vom Druck des Druckspeichers übernommen wird und das Stellventil in die von dem sich in der Druckkammer aufbauenden Druck bestimmte Si­ cherheitsstellung, im allgemeinen die geschlossene Lage, übergeht, was nicht ausschließt, daß in anderen Fällen auch die einzunehmende Si­ cherheitsstellung der Stellung "Offen" entsprechen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen wird weiter erreicht, daß ein we­ sentlich höherer Arbeitsdruck im pneumatischen Stellantrieb des Ven­ tils bereitgestellt werden kann, daß komplizierte Entlastungen im Bereich des Regelkreises vermieden werden, daß die Ventilkonstruk­ tion kostengünstig und montagefreundlich ist, daß Druckschwankungen in der Anlage wegen der gegeneinander arbeitenden Druckkammern be­ herrschbar werden, und daß ein weitgehend ruckfreies Heranfahren an die gewünschte Ventil-Regelstellung ermöglicht wird. Dabei lassen sich auch noch höhere Stellkräfte dadurch gewinnen, daß mehrere Kolben in Reihe geschaltet zusammenwirken.

Für die Rückstellung des Kolbens sind üblicherweise Mittel vorgese­ hen, die mit einer der Druckkraft des pneumatischen Druckes in der Druckkammer entgegengesetzt wirkenden Kraft auf den Kolben einwir­ ken, und dessen Gleichgewichtslage herstellen. Als das Gleichgewicht an dem Kolben bewirkendes Mittel ist eine zweite Druckkammer vorgesehen, die mit einem zweiten, als Umschaltventil ausgebildeten Magnetventil in Verbindung steht. Dessen Ausgang ist mit der Druckkammer des Kol­ bens verbunden, während die diesem Ventilausgang zugeordneten zwei Ventileingänge zum einen mit einem Druckspeicher und zum anderen mit einer Ausblasöffnung verbunden sind. Dabei ist die Spule des Magnet­ ventils bei ausgefallener Steuerspannung entregt, und die Ventil­ stellung ist dabei so, daß die Druckkammer des Kolbens mit dem Aus­ blas in Verbindung steht. Alternativ können auch mindestens eine Feder, vorzugsweise mehrere Federn vorgesehen sein.

Auch hier wird dem Ausblas vor­ teilhaft ein Schalldämpfer zur Geräuschdämpfung nachgeschaltet. Als vorteilhafte Arbeitsweise wird vorgeschlagen daß:

• - Während des Normal-Betriebes ein Druckluftvorrat aufgeladen und ge­ speichert wird, wobei ein erstes, über einen Haltestromkreis erregt gehaltenes Magnetventil verhindert, daß diese gespeicherte Druckluft zum Antrieb des Stellventils geleitet wird.
• - Bei einem Druckabfall, einem Ausfall der elektrischen Versorgungs­ spannung und/oder einem weiteren, von einem Grenzwertgeber überwach­ ten Parameter der Haltestromkreis geöffnet und somit stromlos ge­ schaltet wird, worauf das erste Magnetventil entregt und umgeschal­ tet wird, so daß diese gespeicherte Druckluft zum Antrieb des Stell­ ventils geleitet werden kann.
• - Ein ODER-Glied in den Ausgang des ersten Magnetventils geschaltet ist, dessen zweiter Eingang mit von der allgemeinen Druckluftver­ sorgung kommender Druckluft beaufschlagt wird, wobei das ODER-Glied die Leitung mit höherem Druck auf den Antrieb durchschaltet.
• - Nach Stromloswerden des Haltestromkreises das ODER-Glied umschaltet und dadurch die Druckluft des Speichers auf den Kolben des Stellan­ triebes des Stellventils gegeben wird, das den Kolben unter Überwindung der den Kolben in seiner Stellung haltenden Gegenkräfte in die für die Sicherheit notwendige Grenzstellung bringt.

Eine Weiterbildung ist dadurch gegeben, daß die pneumatisch oder hy­ draulisch bewirkte Gegenkraft durch Entlüftung verringert wird.

Die Betätigungsvorrichtung schaltet im Normal-Betrieb bei positivem Zuluftdruck die Luft zu dem Stellungsregler über je ein Magnetventil in beiden Kammern des Membranantriebes. Die eigentliche Regelung übernimmt der elektro-pneumatische Stellungsregler beispielsweise entsprechend einem in der Regeltechnik üblichen Eingangssignal von 4-10 mA, das ggf. auch von einer Leit- oder Betriebswarte kommen kann. Unabhängig von dieser Stellungsreglung wird der Speicher immer auf maxima­ len Zuluftdruck gehalten, was optisch angezeigt wird. Die Sicher­ heitsstellung wird über die Speicherauslösung angefahren. Hierfür sind schaltungsmäßig drei Möglichkeiten vorgesehen:

Bei Unterschreiten des eingestellten minimalen Zuluftdruckes wird über den Druckschalter das erste Magnetventil entregt. Der Speicher beaufschlagt das ODER-Glied mit Druckluft; ist der Druck der Druck­ luft aus der allgemeinen Druckluftversorgung unter den vorgegebenen Wert abgefallen, schaltet das ODER-Glied um und die erste Druckkam­ mer des Antriebes des Stellventils wird mit Druckluft beaufschlagt. Das zweite Magnetventil schaltet zur gleichen Zeit und entlüftet die andere, zweite Druckkammer des Antriebs, der Antrieb bringt den Ven­ tilkörper in seine mechanische Sicherheitsstellung, ein Vorgang der in einem Zeitraum von unter einer Sekunde abläuft, und der optisch am Schaltkasten durch Aufleuchten einer roten Lampe angezeigt wird. Die Rückmeldung zur Schaltwarte erfolgt über den elektrischen An­ schluß, der Stellungsregler ist dabei wirkungslos. Die mechanische Sicherheitsstellung wird über Endkontakte signalisiert. Die angefah­ rene Sicherheitsstellung wird solange gehalten, bis der Zuluftdruck wieder über den eingestellten Sollwert ansteigt. Dann fährt das Ven­ til wieder in die ursprüngliche Hubstellung entsprechend dem Signal des pneumatischen Stellungsreglers bzw. entsprechend dem Eingangs­ signal von 4-10 mA von einem elektrischen Stellglied, das auch von einer Warte kommen kann, wobei es sich von selbst versteht, daß eine nur manuell zu lösende Verriegelung der Endstellung vorgesehen sein kann, wenn eine Rückstellung des Stellventils nach Wegfall der Stö­ rung verhindert werden muß.

• - Bei Stromausfall, läuft die Funktion wie vorbeschrieben ab. Die op­ tische Meldung einschließlich der Rückmeldung an die Leitwarte be­ steht jedoch hier im Erlöschen aller Signallampen.
• - Bei Ausfall des Eingangssignals (von z. B. 4 mA-10 mA) wird über einen Grenzwertgeber, welcher bei Unterschreitung des von dem Regler des Stellungsgebers bzw. der Leitwarte kommenden Strom-Minimum des Eingangssignals anspricht, ein interner Umschalter ausgelöst, der seinerseits den dem Grenzwertgeber zugeordneten Ausschalter zum An­ sprechen bringt. Die weitere Funktion läuft wie vorbeschrieben ab.

Zusätzliche Schaltmöglichkeiten können berücksichtigt werden, wobei die festgelegten Parameter-Werte gemessen werden und bei Unter- bzw. Überschreitung des zugelassenen Grenzwertes der Sicherheitsfall ein­ tritt. Bei dem Eintreten dieses Sicherheitsfalles muß daß Ventil in seine vorgegebene Sicherheitsstellung gehen, was durch das Umschal­ ten des Umschalters- und damit des Stromloswerden des Halte-Strom­ kreises für das bzw. die Magnetventile- erreicht wird. Da die Mag­ netventile bei Entregung den Druckluftspeicher mit der Druckkammer des Kolbens verbinden- ggf. den Druck im Druckkammer entgegenwirken­ den Druck der zweiten Druckkammer des Ventil-Antriebs entlüften, wird dadurch auch die Regelung des Ventils außer Betrieb gesetzt. Dabei werden zum Betrieb der Anlage neben der zu überwachenden Span­ nung (die auch unterhalb der Spannungshöhe der Eigensicherheit lie­ gen kann und so den Einsatz von Betätigungsvorrichtung und Verfahren auch in Bereichen mit Anforderungen an Explosions- oder Schlagwet­ terschutz erlaubt) nur noch die ebenfalls zu überwachende Druckluft benötigt. Die Betätigungsvorrichtung wird zweckmäßigerweise in einem Schaltgehäuse untergebracht, wobei der Druckluftspeicher unmittelbar am Gehäuse angeordnet ist.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Fig. 1 und 2 beispiel­ haft näher erläutert; dabei zeigen

Fig. 1 Eine schematische Darstellung der Anordnung der Steuerung im Zusammenwirken mit einem Stellventil;

Fig. 2 Eine schematische Darstellung des Flußdiagramms mit Elektrik und Pneumatik;

Fig. 1 zeigt ein übliches Stellventil 1 mit einem pneumatischen Antrieb 5 mit doppeltwirkendem Kolben 7. Der Kolben 7 wirkt über das Ventilgestänge 3 auf den Ventilteller 3.1 und hebt die­ sen vom Ventilsitz 2.3 ab oder drückt den Ventilteller 3.1 auf den Ventilsitz 2.3, um den Durchgang für die Flüssigkeit, das Gas oder den Dampf durch das Gehäuse 2 des Ventils 1 mit den Anschlußstutzen 2.1 und 2.2 mehr oder weniger zu öffnen. Das Stellventil 1 wird über einen Stellungsfühler/-regler 4 gesteuert, dessen Eingang 4.1 mit dem Druckluftnetz über die Leitung 4.1 verbunden ist. Die Ausgänge 4.2 und 4.3 des Stellungsfühlers/-reglers 4 werden einer (nicht nä­ her dargestellten) Steuereinheit zugeleitet, die dem Stellungsregler die Luft entsprechend dem augenblicklichen Betriebszustand vorgibt. Um Druckluft-Leckagen möglichst weitgehend zu vermeiden, ist der Kolben 7 mittels im Flansch des aus zwei Halbschalen 6 gebildeten Gehäuses des Antriebes 5 dicht eingespannter Membranen 8.1 und 8.2 ge­ genüber dem Gehäuse abgedichtet. Dadurch entstehen dichte Druckkam­ mern 7.1 und 7.2, durch die den Kolben 7 verstellende, insbesondere vom Stellungsfühler und -regler 4 vorgegebene Drücke angelegt wer­ den. Es versteht sich von selbst, daß es dabei möglich ist, auch einen einfachen Antrieb einzusetzen, bei dem die Gegenkraft, die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 von der in die obere, an die Druck­ luftanschluß 9.1 angeschlossene Druckluftkammer 7.1 geleiteten Druck­ luft erzeugt wird, von einer Feder geliefert wird. Hier erübrigt sich das Entlüften der (nicht vorhandenen) Druckkammer, jedoch kann hier die eine Endstellung nur mit der Feder, die andere nur mit dem (gegen die Federkraft wirkenden) Druck aus dem Speicher erreicht werden.

In der Fig. 2 ist das Flußdiagramm gezeigt mit den (einfach gezeich­ neten) elektrischen und den (doppelt gezeichneten) pneumatischen Lei­ tungen sowie mit dem Schaltschrank 10, der die Sicherheitssteuerung enthält. Die Druckluftversorgung während des bestimmungsgemäßen Be­ triebes erfolgt über den an das (nicht näher dargestellte) Druckluft­ netz angeschlossenen Druckluftanschluß 10.1 über einen einstellbaren Druckregler und -minderer 10.2, der mit der zum Stellungsfühler und -regler 4 geführten Druckluftzuführungs-Leitung 4.1 verbunden ist, über die der Normal-Betrieb abläuft.

Für den (in dem Flußdiagramm dargestellten) Störfall ist ein an die­ sen Druckluftanschluß 10.1 über die Leitung 12 angeschlossener Druck­ luftspeicher 11 vorgesehen, wobei dessen Druckluftanschlußleitung 12 ein Rückschlagventil 12.1 enthält, das bei Druckabfall im Druckluft­ netz schließt und für ein Druckhalten im Druckluftspeicher 11 Sorge trägt. Um den Druckluftspeicher im Falle eines Störfalles auf das Stellventil 1 schalten zu können, ist dessen Ausgang über die Aus­ gangsleitung 13 mit einem einstellbaren Druckminderer 13.1 mit einem ersten Magnetventil 14 verbunden, das im Schaltschrank 10 vorgesehen ist. Dieses Magnetventil 14, dessen dem Druckluftspeicher 11 Zuge­ ordneter Eingang im Störfall auf Durchgang zu einer Verbindungs­ leitung 16.1 mit einem ODER-Glied 16 und weiter zu der Leitung 4.3 zum Stellungsfühler und -regler 4 geschaltet ist, wird von der Er­ regerspule 14.1, die im Normalbetrieb keinen Durchgang hat, so ge­ halten, daß diese Durchschaltung unterbunden ist und der Druckluft­ speicher 11 nicht angezapft wird. Das ODER-Glied 16 sorgt dabei da­ für, daß die Verbindung vom Druckluftspeicher 11 zum Stellantrieb 5 über die Anschlußleitung 9.2 nur dann besteht, wenn der Druck in der Verbindungsleitung 16.1 geringer ist als der Druck in der Anschluß­ leitung 9.2. Dafür sorgt im Normalbetrieb die dann bestehende Ver­ bindung mit dem mit einem Schalldämpfer 19.1 versehenen Ausgang des ersten Magnetventils 14. Im Störfall fällt der Druck in der Anschluß­ leitung 9.2 ab, während infolge des Umschaltens des ersten Magnet­ ventils 14 der Druck in der Verbindungsleitung 16.1 ansteigt, was das Umschalten des ODER-Gliedes führt. Auf welche der beiden An­ schlußleitungen 4.1 bzw. 4.3 des Stellungsfühlers und -reglers 4 hier umgeschaltet wird, hängt von der Ventilstellung ab, die bei einem Störfall eingenommen werden soll.

Wenn die Gegenkraft für das Stellen des Kolbens 7 im Antrieb 5 für das Stellventil 1 über Druckluft in der einen Kammer 7.1 des Antriebs 5 erzeugt wird, wird ein zweites Magnetventil 15 in dem Schaltschrank 10 vorgesehen, das im Normalbetrieb eine Ver­ bindung zwischen der Anschlußleitung 4.2 vom Stellungsfühler und -regler 4 zum Antrieb 5 über die Antriebsanschlußleitung 9.1 mit einer der Kammern herstellt. Im Störfall erfolgt das Umschalten so, daß die von dem Stellungsfühler und -regler kommende Anschlußleitung 4.2 über einen mit dem Schalldämpfer 19.2 versehenen Ausblas entlüf­ tet wird.

Die Ansteuerung beider Magnetventile 14 und 15 erfolgt über die pa­ rallel geschalteten Spulen 14.1 und 15.1, deren Stromversorgung im Störfall unterbrochen wird. Dazu enthält der Schaltschrank 10 einen Spannungseingang 20.1, über den die gesamte Elektrik versorgt wird. Dabei kommt es nicht auf die Höhe der Spannung an; eine Ver­ sorgung im Niederspannungsbereich erlaubt eine Ausbildung einer auch für kritische Betriebsbereiche, z. B. wegen notwendigen Explosions- oder Schlagwetterschutzes, einsetzbaren Störfall-Steuerung für der­ artige Ventile. Bei Ausfall der Netzspannung entfällt die Strom­ versorgung der Spulen 14.1 und 15.1 beider Magnetventile, so daß die Umschaltung ohne zusätzliche Mittel bewirkt wird. Der Schaltschrank 10 enthält weiter einen einstellbaren elektro-pneumatischen Druck­ schalter 17, der, mit der pneumatischen Versorgungsleitung 10.1 ver­ bunden, bei einem Abfall des Druckes unter die am Druckschalter 17 eingestellte, untere Grenze des Druckes der die Steuerung ver­ sorgenden Druckluft auf die für den Störfall vorgesehene Not-Druck­ luftversorgung aus dem Speicher 11 umschaltet, die Stromversorgung der Spulen 14.1 und 15.1 der beiden Magnetventile 14 und 15 unter­ bricht und so die Umschaltung auf den Druckluftspeicher 11, aus dem der für die Not-Druckluft-Versorgung notwendige Druck verfügbar ist, bewirkt. Weiter ist in dem Schaltschrank 10 ein Grenzwertgeber 20 zur Spannungs- und Stellsignalüberwachung vorgesehen, der einen Schalter 21 (gestrichelt eingezeichnet) aufweist, der dann umschal­ tet, wenn etwa die eingestellten Grenzwerte auf Ausfall der Versor­ gungsspannung und/oder der Steuersignale (über die Anschlüsse 23 von der Leitwarte kommend) und/oder der (über die Anschlüsse 24 an die Leitwarte gehenden) Stellungsrückmeldung und ggf. weiterer Störfak­ toren auf eine Störung im Ventilbetrieb schließen lassen. Der Schal­ ter 21 unterbricht in der vorbeschriebenen Weise die Stromversorgung der Spulen 14.1 und 15.1 beider Magnetventile 14 und 15, so daß auch hier wiederum die vorbeschriebene Umschaltung bewirkt wird. Es ver­ steht sich von selbst, daß z. B. mit Hilfe des Grenzwertgebers 20 auch andere Überwachungsparameter vorgegeben werden können. Dazu muß lediglich ein für diesen Parameter charakteristischer Wert in Form eines elektrischen Signals, insbesondere eines Stromsignals im Be­ reich von 4 mA bis 20 mA vorliegen bzw. erzeugt werden, der dann von dem Grenzwertgeber 20 mit überwacht wird und dessen Ausfall (bzw. Unterschreiten des eingestellten Grenzwertes) zu dem Umschalten des Schalters 21 führt.

Der Betriebszustand kann an Hand der Kontrolleuchten 20.2 für die Netzspannung, 22.2 für den Grenzwertgeber 20 und 17.2 für den Druck­ schalter 17 überwacht werden. Da beide Erregerspulen 14.1 und 15.1 der Magnetventile 14 und 15 parallel geschaltet sind und über in Reihe geschaltete Ausschalter 17.1 des Druckschalters 17 und 21.1 des Grenzwertgebers 20 mit Strom versorgt werden, wird mit dem Aus­ schalten auch nur eines dieser Schalter die Umschaltung und damit das Stromlos werden der beiden Spulen der Magnetventile 14 und 15 bewirkt. Damit wird die Betätigungsvorrichtung sicherheitstechnisch bedeutsam, weil mit jeder Umschaltung der für den Störfall vorgegebe­ ne Zustand des Ventils automatisch herbeigeführt wird, wobei die dazu notwendige Hilfsenergie in dem ständig aufgeladenen Druckspei­ cher 11 vorrätig gehalten wird, und wobei die Schaltung so gewählt ist, daß nicht zu unterbindende Druckluftverluste etwa über den Stellungsfühler und -regler- dadurch vermieden werden, daß diese Glieder mit der Umschaltung der Magnetventile 14 und 15 abgeschaltet werden.

Die Wirkungsweise wird an Hand der Figuren im einzelnen beschrieben:

Zur Überwachung des Zustands der Schalteinheit sind Signallampen vor­ gesehen, zum einen zeigt die Signallampe 20.2, die parallel zum Netz­ eingang 20.1 geschaltet ist, an, ob die Schalteinheit ordnungsgemäß mit Spannung versorgt wird; eine weitere Signallampe 22.2, die den Zustand des Grenzwertgebers 20 anzeigt, wird über den Umschalter 21.1 versorgt, der bei einem durch einen Ausfall oder ein Unter­ schreiten der Grenzwerte in den Befehlsleitungen ausgelösten Um­ schalten des Relais 21 anspricht. Schließlich wird von der Signal­ lampe 17.2 angezeigt, ob der Druck in der Druckluftleitung 10.1 der Druckluftversorgung ordnungsgemäß oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, wobei der Schalter 17.1 dieses Relais 17 ebenfalls als Umschalter ausgebildet ist und bei dem Umschalten auf ein Stromlos werden der Spulen 14.1 und 15.1 der Magnetventile 14 und 15 die Kontrollampe 17.2 einschaltet. Es versteht sich von selbst, daß die Kontrollampen 22.2 und 17.2 auch anders geschaltet sein können, was besonders bei mit Niederspannung betriebenen Leuchtdioden mit niedrigem Strom über die Spule der Magnetventile möglich ist, die bei diesen geringen Stromstärken nicht ansprechen. Bei Ausfall eines der zu überwachenden Parameter wird über entsprechende Schaltglieder, wie den Druckschalter 17, das Hilfs- Relais 21 und das Haupt-Relais 22 der die Magnetventile in Arbeitsstellung haltende Strom der beiden Magnetventile 14 und 15 abgeschaltet, die daraufhin umschalten und dabei den Stellantrieb 5 zwingen, in die der Auslegung entsprechende Endlage zu gehen, die im Regelfall dem geschlossenen Ventil 1 entspricht, die allerdings bei gewissen Anwendungen auch dem offenen Ventil 1 entsprechen kann. Durch Wahl der Anschlüsse kann die dem Sicherheits-Zustand entsprechende Grenzlage bei der Sicherheitsschaltung vorgegeben werden.

Die im Druckluftspeicher 11 (oder im Hydraulikspeicher mit Gaspol­ ster) gespeicherte Energie steht für die Sicherheitssteuerung auch nach Ausfall aller anderen Energiezuführungen zum Verstellen des Stellventils 1 zur Verfügung. Das Stellventil 1 ist mit einem in dem Ventilgehäuse 2 mit Zu- und Abströmstutzen 2.1 und 2.2 angeordneten Ventilkörper 3.1 versehen, der gegen den Ventilsitz 2.3 gedrückt das Stellventil 1 schließt und der mit der Ventilspindel 3 aus dem Ven­ tilsitz 2.3 zum Öffnen des Stellventils 1 abgehoben werden kann. Da­ zu wirkt die Ventilspindel 3 mit einem Stellantrieb 5 zusammen, der in einem Gehäuse 6 einen Kolben 7 enthält, der mit der Ventilspindel 3 verbunden ist. Mittels zweier Membranen 8.1 und 8.2, die in den beiden aneinander geflanschten Gehäuseteilen 6 mit eingeflanscht sind, werden zwei Kammern 7.1 und 7.2 geschaffen, die über die Lei­ tungen 9.1 und 9.2 mit den Magnetventilen 14 bzw. 15 verbunden sind. Über diese beiden Leitungen 9.1 und 9.2 wird dem Stellantrieb 5 im normalen Betriebszustand gleicher Druck zugeführt, so daß Druck­ schwankungen im Versorgungsnetz, die sich über die Leitung 10.1 zu dem Sicherheits-Stellantrieb 1 fortpflanzen, keine Auswirkung auf die Stellung des Kolbens 7 haben können. Im Störfall wird eine der Leitungen 9.1 oder 9.2 über das erste Magnetventil 14 an den Druck­ speicher 11 angeschlossen, während die andere über das zweite Mag­ netventil 15 und den Ausblas-Schalldämpfer 19.2 entlüftet wird, so daß der Kolben 7 in eine der beiden möglichen Endlagen übergeht und dort solange verbleibt, bis entweder die Störung behoben und das die Sicherheitssteuerung auslösende Moment entfallen ist (ggf. nach Hand-Rückstellung) oder bis z. B. von der Leitwarte aus der betrof­ fene Anlagenteil aus dem Betrieb genommen worden ist. Dabei ver­ steht es sich von selbst, daß auch eine mechanische Verriegelung vorgesehen werden kann, die den Kolben 7 zwangsweise in der Endlage fixiert und die von Hand oder auch fernbetätigbar gelöst werden kann, wobei hierfür wegen der angestrebten Redundanz- andere Strom- oder Pneumatikverbindungen vorgesehen sind.

Im Normalbetrieb wird die Stellung des Kolbens 7 und somit der Grad der Öffnung des Stellventils 1 mittels des Stellungs­ fühlers/-regler 4 abgefühlt. Dieser ist über die Leitungen 4.2 und 4.3 mit der Schalteinheit 10 der Sicherheitssteuerung verbunden, und zwar mit den beiden Magnetventilen 14 und 15. Diese Magnetventile arbei­ ten als "Arbeitsstromventile", so daß während des Normalsbetriebs diese beiden Leitungen 4.1 und 4.2 auf die zu dem Stellantrieb ge­ führten Leitungen 9.1 und 9.2 geschaltet sind, so daß der Stellungs­ regler 4 bestimmungsgemäß arbeiten kann. Im Störfall werden beide Magnetventile 14 und 15 umgeschaltet, die beiden Leitungen 4.1 und 4.2 sind dann abgeschaltet, der Stellungsregler 4 wird wirkungslos und kann die einzunehmende Endlage des Kolbens 7 nicht mehr ver­ ändern; durch dieses Abschalten der Leitungen 4.1 und 4.2 entfallen weiter die Luftverluste über den Stellungsregler 4, so daß der Druck­ luftspeicher 11 nicht mit Verlusten über diese Verbindungen belastet wird, besonders wenn zur Abdichtung des Kolbens 5 wie vorbe­ schrieben eine oder zwei Membranen 7.1 und/oder 7.2 im Gehäuse des Antriebs 5 vorgesehen sind.

Claims (8)

1. Betätigungsvorrichtung für ein pneumatisches Stellventil mit doppeltwirkendem Antrieb mit zwei Druckkammern und ei­ nem darin verschieblich angeordneten, mit dem Ventilteller über ein Ventilgestänge verbundenen Kolben, wobei das zum Stellen des Kolbens notwendige Druckgas einem Behälter ent­ nommen und der einen der Druckkammern über einen als ODER- Glied wirkenden Umschalter zugeführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter für das Druckgas einen perma­ nent über eine Speiseleitung (12) mit Rückschlagventil (12.1) an eine mit einem Druckwächter (17) zur Drucküber­ wachung und Druckabfall-Meldung versehene Druckluftversor­ gung (10.1) angeschlossenen Druckluftspeicher (11) bildet, der über eine Druckleitung (13) und ein erstes Magnetven­ til (14) sowie den einen Durchgang des ODER-Gliedes (16) auf die die eine der Druckkammern (7.1; 7.2) des Antriebs (5) mit Druckgas versorgende Leitung (9.2; 9.1) schaltbar ist, wobei der andere Durchgang durch das ODER-Glied (16) die eine der Anschlußleitungen (4.3, 4.2) des Stellungsreg­ lers (4) mit der einen, eine der Druckkammern (7.1; 7.2) des Antriebs (5) mit Druckluft versorgenden Leitung (9.2, 9.1) verbindet, und die zweite Druckkammer (7.2; 7.1) des Antriebs (5) des Stellventils (1) über die andere der Lei­ tungen (9.1; 9.2) und ein zweites Magnetventil (15) mit einer Entlüftung verbunden ist, wobei die Spulen (14.1, 15.1) der Magnetventile (14, 15) in einem Haltestromkreis liegen, der zumindest den Umschalter (17.1) des Druck­ wächters (17) enthält, bei dessen Ausschalten die Spulen - (14.1, 15.1) der Magnetventile (14, 15) stromlos und diese entregt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Versorgungsleitung (13) ein Druckminderer und -reg­ ler (13.1) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Entlüftungsanschlüsse der Magnetventile (14, 15) mit Schalldämpfern (19.1; 19.2) versehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Reihe mit dem Umschalter (17.1) des Druckwächters (17) die Umschaltkontakte (22.1) eines an die zum Normalbetrieb notwendige Spannungsversorgung an­ geschlossenen Relais (22) geschaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Umschalteinrichtung (20) vorgesehen ist, die mit externen Leitungen (23, 24) verbunden über Fernwirkung ansteuerbar ist und die über einen nachgeschal­ teten Umschalter (21.1) den Stromkreis des an die Span­ nungsversorgung angeschlossenen Relais (22) öffnet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (20) als ein mit dem Stellungsregler (4) zusammenwirkender Grenzwertgeber mit mindestens einem Umschalter (21) ausgebildet ist, über dessen eingehende Leitungen (23; 24) die elektrischen Stellsignale von oder zu dem Verstellantrieb (5) und/oder einer zentralen Leitwarte geführt sind, und der den Umschalter (21) dann aktiviert, wenn einer der überwachten Grenzwerte einen vorgegebenen Minimalwert unter- oder einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet, wobei der Umschalter (21) über seine Schaltkontakte (21.1) mit einem im Haltestromkreis der Spule (13.1; 16.1) der Magnetventile (14; 15) vorgesehenen Ausschalter (21.1) derart zusammenwirkt, daß bei Unter- oder Überschreiten des vorgegebenen Wertes der Haltestromkreis geöffnet und das Magnetventil (14; 15) entregt wird.

7. Vorrichtung Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (20) weitere Anschlüsse für Fühler zur Temperatur- und/ oder Drucküberwachung aufweist, über die die Umschalteinrichtung (20) den Umschalter (21) dann aktiviert, wenn einer der überwachten Grenzwerte einen vor­ gegebenen Minimalwert unter- oder einen vorgegebenen Maxi­ malwert überschreitet, wobei der Umschalter (21) über sei­ ne Schaltkontakte (21;1) einen im Haltestromkreis der Spu­ len (14.1; 15.1) der Magnetventile (14; 15) vorgesehenen Ausschalter (22.1) derart aktiviert, daß bei Unter- oder Überschreiten des vorgegebenen Wertes der Haltestromkreis geöffnet und das Magnetventil entregt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (7) mit mindestens einer Mem­ bran (7.1; 7.2) zwischen den aus zwei Schalen (6.1, 6.2) gebildeten Gehäuse (6) des Antriebs (5) dicht eingespannt ist.