DE4447309A1 - Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Regelventils, wobei mittels eines Antriebsmoduls eine Schubeinheit verstellt wird, die ein Gegenelement tätigt, das zum Schließen bzw. Öffnen des Regelventils relativ gegenüber einem Ventilsitz verstellt wird und wobei die Verstellung des Gegenelementes mittels einer Regeleinrichtung geregelt wird.

Derartige Regelventile werden in der Verfahrenstechnik eingesetzt, um in Rohrleitungen geführte Prozeßmedien zu dosieren. Mittels der Schubeinheit kann das Gegenelement auf den Ventilsitz aufgefahren oder von diesem wieder abgehoben werden. Hierdurch wird das Ventil geschlossen bzw. geöffnet. Das Öffnen des Ventils kann in Teilschritten erfolgen, so daß eine gewünschte Durchflußmenge geregelt wird. Zur Festlegung der Schließstellung, der Teiloffenstellung und der Offenstellung werden Endlagenschalter verwendet, die das Antriebsmodul abschalten, sobald die Schubeinheit die gewünschte Position erreicht.

Solche Regelventile bedingen einen hohen Teileaufwand und erfordern eine aufwendige Montage zur Einrichtung der Endlagenschalter. Zudem ist eine individuelle Steuerung der Schubeinheit nicht möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine individuelle Steuerung des Gegenelementes bzw. der Schubeinheit ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der von der Schubeinheit oder dem Gegenelement verfahrene Weg mittels eines Signalübertragungselementes erfaßt wird, und daß der zurückgelegte Weg zur Erfassung der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung des Gegenelementes bzw. der Schubeinheit nach der Zeit differenziert wird.

Die Schubeinheit verfährt somit das Gegenelement mit einer vorbekannten Geschwindigkeit. Eine Abweichung von diesem Geschwindigkeitszustand wird von dem Signalübertragungselement in Zusammenarbeit mit einer Differenziereinheit erfaßt. Setzt die Schubeinheit beispielsweise das Gegenelement auf den Ventilsitz auf, so ist die Geschwindigkeit des Gegenelementes gleich Null. Dieses Signal kann ausgewertet werden, um beispielsweise das Antriebsmodul abzuschalten, so daß der Vorschub der Schubeinheit unterbrochen wird. Gleichzeitig kann ein Signal an einen Leitstand gesendet werden, so daß der Zustand des Regelventils dem Bedienpersonal bekannt ist. Bei aufgesetztem Gegenelement kann zur Erhöhung der Schließkraft des Regelventils die Schubeinheit beispielsweise in Schritten vom Antriebsmodul mit einer zusätzlichen Kraft beaufschlagt werden. Diese Kraft überträgt sich dann auf das Gegenelement und den Ventilsitz, so daß die Schließkraft erhöht wird.

Darüberhinaus lassen sich mit der Erfassung der Geschwindigkeit des Gegenelementes bzw. der Schubeinheit auch Unregelmäßigkeiten, beispielsweise Beschädigungen der Führungen, erkennen. In diesem Falle weicht dann die erfaßte Geschwindigkeit von dem Soll-Geschwindigkeitsverlauf ab.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schubeinheit von einer Gewindespindel, einer Schubstange und einem diese beiden in Achsrichtung federnd abstützenden Kupplungsmodul gebildet wird, und daß bei auf dem Ventilsitz aufgesetztem Gegenelement die Gewindespindel mittels dem Antriebsmodul relativ gegenüber der das Gegenelement tragenden Schubstange verstellt wird.

Mittels der Federeinheit kann durch die Verstellung der Gewindespindel gegenüber der Schubstange eine Erhöhung der Schließkraft bewirkt werden. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß die Gewindespindel gegenüber der Schubstange schrittweise verstellt wird, und daß aus dem Verstellweg und der Federkonstanten des Kupplungsmoduls die erzeugte Schließkraft korreliert und diese über eine Anzeigevorrichtung dargestellt wird. Damit kann der Schließzustand des Regelventils überwacht und gesteuert werden.

Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise auch eine speicherprogrammierbare Steuerung sein, die ebenfalls mit dem Antriebsmodul verbunden ist, so daß eine automatisierte Steuerung des Regelventils möglich ist.

Ein erfindungsgemäßes Regelventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz aufweist, der mittels eines, an einer Schubeinheit angeordneten Gegenelementes verschließbar ist, wobei die Schubeinheit an ein Antriebsmodul angeschlossen ist, mittels der das Gegenelement relativ zum Ventilsitz verstellbar ist, und wobei die Verstellbewegung des Gegenelementes mittels einer Regeleinrichtung regelbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein Signalübertragungselement aufweist, das den von dem Gegenelement oder der Schubeinheit zurückgelegten Weg erfaßt, und daß ein Differenzierglied den zurückgelegten Weg zur Erfassung der Geschwindigkeit nach der Zeit differenziert.

Hierbei ist vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, daß die Schubeinheit eine Schubstange und eine Gewindespindel aufweist, die miteinander mittels eines Kupplungsmoduls verbunden sind, wobei das Kupplungsmodul eine Federeinheit aufweist, die die Gewindespindel gegenüber der Schubstange in Achsrichtung federnd abstützt und daß das Signalübertragungselement den zurückgelegten Weg der Schubstange erfaßt.

Ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß die Federeinheit vorgespannt sowohl die Gewindespindel als auch die Schubstange abstützt, so kann ein doppelt wirkendes Regelventil ausgebildet werden. Bei diesen Regelventilen sind zwei Gegenelemente vorgesehen, die abhängig von der Vorschubrichtung der Schubeinheit entweder den einen oder den anderen Ventilsitz verschließen. Durch die Vorspannung wird bewirkt, daß beim Aufsitzen des Gegenelementes auf dem Ventilsitz eine vordefinierte Schließkraft aufgebracht ist. Es ist auch möglich, diese Art der Abstützung bei einfach wirkenden Regelventilen zu verwenden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Federeinheit in einer Hülse eingesetzt ist, an die die Schubstange angeschlossen ist, daß die Hülse in ein Gehäuse eingesetzt ist, das die Gewindespindel trägt, und daß das Gehäuse mittels Ansätzen gegen die Federeinheit abgestützt ist.

Ein einfacher Aufbau eines Regelventils ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsmodul ein Getriebemodul nachgeschaltet ist, das die Schubeinheit verschiebt, und daß das Getriebemodul die Regeleinrichtung trägt.

Antriebsmodul, Getriebemodul, Schubeinheit und Regeleinrichtung können als separate Bauteile bzw. Einheiten bereitgestellt werden. Je nach Anforderungen ist es beispielsweise möglich, auch verschiedene Antriebsmodule zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise ist es denkbar, als Antriebsmodul einen Elektromotor oder eine Pneumatikeinrichtung zu verwenden. Durch den modularen Aufbau sind stets alle Teile miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Regelventil mit einem Ventilgehäuse, auf das ein Antriebsmodul, ein Getriebemodul und eine Schubeinheit aufgesetzt ist, und

Fig. 2 in Seitendarstellung und im Schnitt die Schubeinheit gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt ein Regelventil mit einem Ventilgehäuse 10, das einen Eintrittskanal 13 und einen Austrittskanal 12 aufweist, die jeweils mit Rohrleitungsflanschen abgeschlossen ist. An die Rohrleitungsflansche 11 kann eine weiterführende Rohrleitung angeschlossen werden.

Das Ventilgehäuse 10 trägt in seinem Inneren einen Ventilsitz, der mittels eines Gegenelementes verschlossen werden kann. Bei verschlossenem Ventilsitz ist die Verbindung zwischen Eintrittskanal und Austrittskanal unterbrochen. Auf seiner Oberseite weist das Ventilgehäuse 10 einen kreisrunden Anschlußflansch 14 auf, auf den ein Aufsatzteil 15a mit seiner Flanschplatte 15 aufgesetzt und mittels Befestigungsschrauben 16 befestigt ist. Das Aufsatzteil 15a trägt eine Brücke 17, die mit zwei Durchbrüchen versehen ist. In die Durchbrüche sind Längsführungen 18 eingesetzt, die sich vertikal nach oben erstrecken. An der dem Aufsatzteil 15a abgekehrten Seite der Längsführungen ist ein Getriebemodul 50 angekoppelt. Das Getriebemodul 50 selbst trägt ein Antriebsmodul 60. Das Antriebsmodul 60 kann beispielsweise ein Elektromotor sein. Die von dem Elektromotor erzeugte Rotationsbewegung wird in dem Getriebemodul 50 in eine Längsbewegung umgewandelt. Die Längsbewegung wird in eine Schubeinheit eingeleitet. Die Schubeinheit besteht aus einer Gewindespindel 40, die mittels einer Mutter in dem Getriebemodul 50 gehalten ist. Bei Verdrehung der Mutter wird mittels der Gewindespindel 40 eine Vorschubbewegung erzeugt.

Die Gewindespindel 40 geht an ihrem, dem Getriebemodul 50 abgekehrten Ende in ein Kupplungsmodul 20 über. Das Kupplungsmodul 50 koppelt eine Schubstange 30a an die Gewindespindel 40. Die Achsen der Gewindespindel 40 und der Schubstange 30a fluchten miteinander. Das Kupplungsmodul 20 weist seitlich Drehmomentstützen 22 auf, die an den Längsführungen 18 geführt sind.

Zur Erfassung der Stellgeschwindigkeit der Schubstange 30a bzw. des Gegenelementes ist ein Ausleger 72 mit der Schubstange 30a fest verbunden. Der Ausleger 72 trägt ein Signalübertragungselement 71, das zu einer Regeleinrichtung 70 geführt ist. Mittels dem Signalübertragungselement 71 kann der zurückgelegte Weg der Schubstange 30a erfaßt werden. In der Regeleinrichtung 70 befindet sich ein Differenzierglied, das den zurückgelegten Weg der Schubstange nach der Zeit differenziert, so daß die Geschwindigkeit der Schubstange 30a bzw. des Gegenelementes erfaßt wird.

Der so erfaßte Geschwindigkeitsverlauf kann ausgewertet werden. Abweichungen oder Erreichung von voreingestellten Geschwindigkeitswerten können erfaßt und von der Regeleinrichtung ausgegeben werden. Diese Informationen können beispielsweise einem Leitstand übermittelt werden, wo das Betriebspersonal die Funktion des Regelventils überwacht. Es ist auch möglich, die Regeleinrichtung 70 an eine speicherprogrammierbare Steuerung anzuschließen, die ihrerseits wieder das Regelventil über das Antriebsmodul 60 steuert.

In Fig. 2 ist das Kupplungsmodul 20 in Seitenansicht und im Schnitt zur Veranschaulichung gezeigt. Die Gewindespindel 40 ist an ihrem Ende mit einem Gewindezapfen 42 versehen. Der Gewindezapfen 42 ist in eine Gewindeaufnahme einer Verschlußplatte 21 eingeschraubt. Gleichzeitig trägt die Verschlußplatte 21 eine Querbohrung, die sich quer zur Längsrichtung der Gewindespindel 40 erstreckt. In diese Querbohrung ist ein Spannstift 41 eingesetzt und durch eine Querbohrung der Gewindespindel 40 geschoben, so daß diese unverdrehbar mit der Verschlußplatte 21 verbunden ist.

Die Schubstange 30 weist ebenfalls endseitig einen Gewindezapfen 32 auf, der in ein Gewinde einer Hülse 80 eingeschraubt ist. Die Fixierung der Schubstange 30a an der Hülse 80 erfolgt ebenfalls mittels eines Spannstiftes 31. Die Hülse ist im wesentlichen topfförmig ausgebildet und zu ihrer Oberseite hin offen. Auf den Boden der Hülse ist eine untere Scheibe 90b aufgelegt. Auf die untere Scheibe 90a sind mehrere Tellerfedern aufgeschichtet, die eine Federeinheit 91 bilden. Die unterste Tellerfeder stützt sich an ihrem Außenumfang auf der unteren Scheibe 90b ab. Auf die obere Tellerfeder ist eine obere Scheibe 90a aufgelegt. Die obere Scheibe 90a und die obere Tellerfeder berühren sich linienförmig an dem Außenumfang der oberen Tellerfeder.

Die offene Seite der Hülse 80 ist mit einem Deckel 83 verschlossen. Der Deckel 83 kann beispielsweise mit der Hülse 80 verschraubt sein. Die aus den Tellerfedern bestehende Federeinheit ist in dem von der Hülse 80 und dem Deckel eingeschlossenen Rahmen vorgespannt eingesetzt.

Die aus Hülse 80, Federeinheit 91, Scheiben 90a, 90b und Deckel 83 gebildete Einheit ist in ein Gehäuse 23 eingesetzt. In diesem Gehäuse 23 kann die Hülse 80 in Längsrichtung verschoben werden. Das Gehäuse 23 ist ebenfalls topfförmig ausgebildet und weist an seinem Boden 26 einen Durchbruch 27 auf, durch den ein Vorsprung 82 der Hülse 80 hindurchgeführt ist. Der Vorsprung 82 trägt die Schubstange 30a. Bei eingesetzter Hülse 80 kann das Gehäuse 23 mittels der Verschlußplatte 21 verschlossen werden. Um zu gewährleisten, daß die Achsen der Gewindespindel 40 und der Schubstange 30a miteinander fluchten, ist eine Zentrierung 43 vorgesehen, die die Verschlußplatte 21 zu dem Gehäuse 23 zentriert.

In den Boden 26 des Gehäuses 23 sowie in die Verschlußplatte 21 sind Bohrungen eingebracht, in die als Bolzen ausgebildete Ansätze 44 bzw. 24 eingesetzt und darin festgeschweißt sind. Die Ansätze 44 ragen in den von dem Gehäuse 23 umschlossenen Raum und in Bohrungen 81 der Hülse 80.

Das in der Fig. 2 veranschaulichte Beispiel zeigt den Zustand des Kupplungsmoduls 20 bei auf dem Ventilsitz aufgesetzten Gegenelement. In diesem Zustand wirken die durch die Pfeile veranschaulichten Kräfte auf das Kupplungsmodul. Der untere Pfeil zeigt die Kraft, die von dem Ventilsitz auf das Gegenelement und damit auf die Schubstange 30a bewirkt wird. Der obere Pfeil zeigt die Kraft, die von dem Antriebsmodul 60 eingeleitet wird. Infolge dieser Kraftrelation wird die Hülse 80 in dem Gehäuse 23 derart verschoben, daß der Deckel 23 gegen die Unterseite der Verschlußplatte 21 gedrückt wird. Die Unterseite der Verschlußplatte 21 bildet somit einen oberen Anschlag 45. Die Bolzen 44, die in die Verschlußplatte 21 eingesetzt sind, drücken auf die obere Scheibe 90a, so daß die Federeinheit 91 gestaucht wird. Die von der Federeinheit 91 gespeicherte Kraft entspricht somit der Kraft, die durch die Pfeile angedeutet ist. Diese Federkraft entspricht der Schließkraft des Ventils. Abhängig vom Vorschubweg der Schubeinheit 30 kann die Verschlußkraft variiert werden. Eine geringere Schließkraft kann dann erzeugt werden, wenn der Deckel 83 nicht gegen den oberen Anschlag 45 gefahren wird, sondern in eine Zwischenstellung.

Zum Öffnen des Ventils wird die Gewindespindel 40 über das Antriebs- und das Getriebemodul nach oben gezogen. Hierdurch wandert die Hülse 80 in dem Gehäuse 23 nach unten. Die Schließkraft wird schrittweise abgebaut, bis das Gegenelement kraftlos auf dem Ventilsitz aufsitzt. Von dieser Stellung aus kann das Gegenelement mittels der Gewindespindel 40 von dem Ventilsitz abgehoben werden. Bei dem vorliegenden Regelventil handelt es sich um ein doppelt wirkendes Regelventil. Das bedeutet, daß das Gegenelement einen weiteren Ventilsitz versorgt. Ist das Gegenelement von dem einen Ventilsitz abgehoben, so bewirkt eine weitere Verschiebung mittels der Gewindespindel 40 ein Aufsetzen des Gegenelementes auf den zweiten Ventilsitz. Diese Verfahrbewegung kann ebenfalls mit der Geschwindigkeitsüberwachung geregelt werden. Bei aufsitzendem Gegenelement verschiebt sich die Hülse 80 in dem Gehäuse 23 nach unten, bis sie auf einem unteren Anschlag 25 des Bodens 26 des Gehäuses 23 aufsitzt. Hierbei treten die Ansätze 24 durch Bohrungen 81 in die Hülse 80 ein und stauchen über die untere Scheibe 90b die Federeinheit 91.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Tellerfedern verwendet. Es ist aber auch möglich, bei hohen Kräften Ringfedern oder dgl. einzusetzen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Regeln eines Regelventils, wobei mittels eines Antriebsmoduls eine Schubeinheit verstellt wird, die ein Gegenelement tätigt, das zum Schließen bzw. Öffnen des Regelventils relativ gegenüber einem Ventilsitz verstellt wird und wobei die Verstellung des Gegenelementes mittels einer Regeleinrichtung geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der von der Schubeinheit (30) oder dem Gegenelement verfahrene Weg mittels eines Signalübertragungselementes (71) erfaßt wird, und
daß der zurückgelegte Weg zur Erfassung der Geschwindigkeit bzw. der Beschleunigung des Gegenelementes bzw. der Schubeinheit (30) nach der Zeit differenziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubeinheit (30) von dem Antriebsmodul (60) mittels einer vorgebbaren Stellgeschwindigkeit verschoben wird und
daß eine Abweichung der Stellgeschwindigkeit des Gegenelementes von einer Detektoreinrichtung erfaßt und angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubeinheit (30) von einer Gewindespindel (40), einer Schubstange (30a) und einem diese beiden in Achsrichtung federnd abstützenden Kupplungsmodul (20) gebildet wird, und
daß bei auf dem Ventilsitz aufgesetztem Gegenelement die Gewindespindel (40) mittels dem Antriebsmodul (60) relativ gegenüber der das Gegenelement tragenden Schubstange (30a) verstellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gewindespindel (40) gegenüber der Schubstange (30a) schrittweise verstellt wird, und
daß aus dem Verstellweg und der Federkonstanten des Kupplungsmoduls (20) die erzeugte Schließkraft korreliert und diese über eine Anzeigevorrichtung dargestellt wird.

5. Regelventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz aufweist, der mittels eines, an einer Schubeinheit angeordneten Gegenelementes verschließbar ist, wobei die Schubeinheit an ein Antriebsmodul angeschlossen ist, mittels der das Gegenelement relativ zum Ventilsitz verstellbar ist, und wobei die Verstellbewegung des Gegenelementes mittels einer Regeleinrichtung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung (70) ein Signalübertragungselement (71) aufweist, das den von dem Gegenelement oder der Schubeinheit (30) zurückgelegten Weg erfaßt, und
daß ein Differenzierglied den zurückgelegten Weg zur Erfassung der Geschwindigkeit nach der Zeit differenziert.

6. Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubeinheit (30) eine Schubstange (30a) und eine Gewindespindel (40) aufweist, die miteinander mittels eines Kupplungsmoduls (20) verbunden sind, wobei das Kupplungsmodul (20) eine Federeinheit (91) aufweist, die die Gewindespindel (40) gegenüber der Schubstange (30) in Achsrichtung federnd abstützt und
daß das Signalübertragungselement (71) den zurückgelegten Weg der Schubstange (30) erfaßt.

7. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinheit (91) vorgespannt sowohl die Gewindespindel (40) als auch die Schubstange (30) abstützt.

8. Regelventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Federeinheit (91) in einer Hülse (80) eingesetzt ist, an die die Schubstange (30) angeschlossen ist,
daß die Hülse (80) in ein Gehäuse (23) eingesetzt ist, das die Gewindespindel (40) trägt, und
daß das Gehäuse (23) mittels Ansätzen gegen die Federeinheit (91) abgestützt ist.

9. Regelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Antriebsmodul (60) ein Getriebemodul (50) nachgeschaltet ist, das die Schubeinheit verschiebt, und
daß das Getriebemodul (50) die Regeleinrichtung (70) trägt.