DE60223578T2

DE60223578T2 - Ventil mit integriertem Antrieb

Info

Publication number: DE60223578T2
Application number: DE2002623578
Authority: DE
Original assignee: Techspace Aero SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: EP1431639B1; EP1431639A1; US20040129310A1; US7055542B2; DE60223578D1

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Klappenventil, dessen pneumatisches Stellglied in den Ausfluss der Flüssigkeit integriert ist.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Bereiche, in denen die Ventile eine hohe Zuverlässigkeit und perfekte Dichtheit unter schwierigen Druck- und Temperaturbedingungen aufweisen müssen. Die Erfindung findet insbesondere im Bereich der Raumfahrt für Absperrventile zwischen Vorratsbehältern mit Flüssigkraftstoff (Raketentreibstoff: flüssiger Wasserstoff und Sauerstoff) und den Antrieben Anwendung. Die Betriebstemperaturen für solche Ventile sind im Allgemeinen sehr niedrig.
Stand der Technik
Die derzeit vorhandenen Ventile sind häufig mit pneumatischen Stellgliedern ausgestattet, deren Dichtheit durch Dichtungen gewährleistet wird. Bei Anwendungen, bei denen Lecke kritisch sind, ist es erforderlich, das Ventil mit einem doppelten Barrierensystem und mit einer Leitung zum Gewinnen und zum Ablassen von Leckmengen aus den Dichtungen auszustatten, die sich auf der Ebene eines Hohlraumes zwischen den beiden Barrieren befindet.
Diverse Anordnungen werden gleichermaßen mit einem Balg bzw. mehreren realisiert, die für die Dichtheit sorgen. Der Balg begrenzt einen Hohlraum, der von der in der Strömungsleitung fließenden Flüssigkeit isoliert ist. Die Öffnung der Klappe wird durch Einspritzung einer Steuerflüssigkeit in diesen Hohlraum realisiert (z. B. Helium).
Bei bekannten Anordnungen wirkt der Balg mittels einem an einem Steg verschweißten oder verschraubten Teil, das wiederum den Verschluss betätigt.
Solche Ventile erfordern eine aufwendige Planung und Montage, die verschiedenen Teile müssen strenge Toleranzen einhalten; hierdurch wird nicht dem Wunsch nach einer Vereinfachung und einer Kostenreduzierung für Materialien in der Raumfahrt entsprochen.
Das Dokument US-A-3,637,187 beschreibt ein Klappenventil, das einen rohrförmigen geraden Körper mit einem transversalen Sitz enthält, der die auf einem Steg montierte Klappe aufnimmt; in diesem Körper werden hierdurch zwei axiale Bereiche ausgebildet, die durch am Ventilkörper befestigte Mittel geführt werden, um eine präzise Axialbewegung der Klappe mit Bezug auf den Sitz zu gewährleisten. Die beginnende Bewegung des Steges wird mithilfe einer unter Druck stehenden Steuerflüssigkeit in einem Balg und/oder durch die Betätigung einer Rückstellfeder erreicht.
Zielsetzung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Klappenventil und ein integriertes pneumatisches Stellglied vorzustellen, das nicht über die Nachteile von Geräten auf dem derzeitigen Stand der Technik verfügt.
Ein Ziel dieser Erfindung besteht insbesondere darin, die Realisierung und die Montage dieser Art von Ventil zu vereinfachen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Anzahl der Komponenten im Vergleich zu den durch den derzeitigen Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen zu reduzieren.
Charakteristische Hauptelemente der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Klappenventil, das einen Verschluss und ein im Ventil integriertes pneumatisches Stellglied enthält; das besagte Stellglied umfasst eine vom Verschluss getrennte Wellrohrfeder, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Wellrohrfeder direkt an einem mittleren Flansch, auf der dem Ventil nachgelagerten Seite und direkt am Verschluss auf der Ebene eines Endstücks auf der dem Ventil vorgelagerten Seite verschweißt ist.
Gemäß der Erfindung, besteht der mittlere Flansch aus einem zusammengesetzten Teil, der die beiden Ventilkörper verbindet.
Weiterhin gemäß der Erfindung, umfasst der mittlere Flansch eine Vorrichtung für den Einlass der Steuerflüssigkeit in das Stellglied.
In vorteilhafter Weise arbeitet das Endstück mit dem mittleren Flansch und der Wellrohrfeder zusammen, um eine Kammer zu bilden, die zur Zirkulation der unter Druck stehenden Steuerflüssigkeit dient; diese ist gegenüber der Strömungsleitung des Ventils vollständig dicht.
Gemäß der Erfindung kann sich die unter Druck zu bringende Kammer entweder innerhalb oder außerhalb der Wellrohrfeder befinden.
Immer noch in vorteilhafter Weise gewährleistet eine Rückstellfeder die Verbindung zwischen dem Endstück und dem Verschlussbereich, der den Sitz berührt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart handelt es sich bei besagter Wellrohrfeder um eine Wellrohrfeder mit mehreren Wänden, die durch hydrostatisches Ziehen gefertigt wird.
Das durch die Erfindung vorgesehene Ventil dient insbesondere zur Nutzung als Absperrventil im Raumfahrtbereich, vorzugsweise bei erhöhten oder kryogenen Temperaturen.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Klappenventils mit integriertem pneumatischem Stellglied gemäß dem Stand der Technik.
Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Klappenventils mit integriertem pneumatischem Stellglied gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Klappenventils mit integriertem pneumatischem Stellglied gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik
Die 1 zeigt ein Klappenventil 10 mit integriertem Stellglied gemäß dem Stand der Technik. Die Klappe oder der Verschluss 1 ist von einem Kolben 3 getrennt, der in einer Kammer 8 gleiten kann. Anfänglich befindet sich das Absperrventil 10 in der geschlossenen Position, die Klappe 1 ruht auf dem Sitz 2. Wenn man die Steuerflüssigkeit in die Kammer 8 mithilfe der Einlassvorrichtung 7 einspritzt, verschiebt sich der Kolben 3 und die Klappe 1 öffnet sich.
Diese Vorrichtung sieht Folgendes vor:

– Eine oder mehrere Dichtungen, die die Dichtheit des Stellgliedes gewährleisten (beispielsweise Dichtung 11);
– Eine oder mehrere Dichtungen, die die Dichtheit des Kolbens gewährleisten (z. B. Dichtungen 12).

Ferner erfordert diese Vorrichtung im Allgemeinen einen Verbindungssteg 4 zwischen dem Kolben 3 und der Klappe 1; der besagte Steg wird gleichermaßen entsprechend für die eigene Dichtheit auf der Ebene einer Hülse 6 ausgestattet, in der er gleitet (beispielsweise Dichtungen 13, 14 und 15).
Bei sämtlichen dieser Dichtungen handelt es sich klassischerweise um Lippendichtungen, Dichtungen des Typs O-Ring, usw., aus Polymer oder solche, die sämtliche anderen, den Fachleuten wohlbekannten Eigenschaften umfassen.
Diese Konstruktion ermöglicht es nicht, eine vollständige Dichtheit zu erreichen. Es ist daher erforderlich, in den geplanten Anwendungen eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Leckmengen vorzusehen, die aus einem Rückgewinnungskreislauf besteht, der einen Hohlraum und eine Leitung zur Ableitung der Leckmengen umfasst.
Ferner erfordert die Vorrichtung zum Einlass der Steuerflüssigkeit die komplizierte Fertigung eines Armes im Ventilkörper.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Die Erfindung, so wie sie in der 2 dargestellt wurde, schlägt eine Lösung mit einer Wellrohrfeder 30 in direkter Verbindung mit der Klappe 1 des Ventils 10 vor. Diese Vorrichtung ist somit nicht mit dem ergänzenden Verbindungssteg ausgestattet, wie für den Stand der Technik beschrieben, gleichermaßen auch ohne die hiermit verbundenen Dichtungen.
Eine Wellrohrfeder 30 wird einerseits mit einem mittleren Flansch 31 und andererseits mit einem Endstück 32 verschweißt. Die Wellrohrfeder ist im Inneren der Klappe 1 des Ventils 10 integriert. Eines der Enden der Wellrohrfeder lagert somit über einem Flansch 31 auf dem Ventilkörper; dieser Flansch wird zwischen dem vorgelagerten und nachgelagerten Bereich des Ventils 10 montiert. Das andere Ende stützt sich direkt auf die zu betätigende Klappe auf der Ebene des besagten Endstücks 32.
Wenn das Öffnen des ursprünglich geschlossenen Absperrventils gewünscht wird, wird das Innere der Wellrohrfeder über den mittleren Flansch 31 über eine ad hoc Vorrichtung 7 unter Druck gesetzt. Hieraus resultiert eine Kraft, die die Klappe 1 von ihrer Wirkung auf den Sitz 2 befreit, indem der Rückstellkraft der Koaxialfeder 20 entgegen gewirkt wird.
Das Vorhandensein eines mittleren, zusammengesetzten Flansches zwischen den beiden Bereichen des Ventilkörpers (101, 102), der die Vorrichtung für den Einlass der Steuerflüssigkeit enthält, ermöglicht genau die Fertigung eines Armes im Ventilkörper zu vermeiden.
Die üblichen Einzelbezeichnungen für den Verlaufsweg der Klappe (25–30 mm) sind mit existierenden Wellrohrfedern kompatibel.
Man verwendet in vorteilhafter Weise im Rahmen der Erfindung eine geschweißte Wellrohrfeder mit mehreren Wänden, die durch hydrostatisches Ziehen gefertigt wird.
Der vorgeschlagene neue Charakter besteht darin, dass eines der Enden des Stellgliedes direkt ohne Mittelstück auf den Verschluss wirkt. Das andere Ende stützt sich auf einen mittleren Flansch, der zwischen der vorgelagerten und der nachgelagerten Umhüllung des Ventils angeordnet wird.
Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der sich die Wellrohrfeder durch das Äußere unter Druck bringen lässt. Diese Ausführungsform führt zu einer besseren Nutzung der Eigenschaften der Wellrohrfeder.
Die Erfindung ermöglicht es, die folgenden Vorteile zu erzielen:

– Diese Lösung ermöglicht es, die Betriebsabläufe für die Realisierung des Ventils zu begrenzen und insbesondere das Fräsen, das Vorhandensein von mehreren Teilen zu vermeiden und somit die Montage des Ventils zu vereinfachen.
– Die Wellrohrfeder gewährleistet eine perfekte Dichtung aus Sicht der Isolierung der Steuerflüssigkeit, die im Ventil fließt;
– Die Zuverlässigkeit wird durch Nutzung einer Wellrohrfeder erhöht, die unter guten Ausführungsbedingungen realisiert wird; insbesondere im Hinblick auf extreme (kryogene und erhöhte) Temperaturen führt die Nutzung einer Polymerdichtung immer zu Lecken und ist schwierig einzusetzen;
– Wenn die Eigenschaften der Wellrohrfeder es gestatten, kann diese allein die Funktion der Feder übernehmen, um die Klappe bei Nicht-Vorhandensein des Steuerdrucks zu schließen.

Claims

Klappenventil (10), bestehend aus einem Verschluss (1, 32), Führungsmitteln für den Verschluss und einem im Ventil integrierten pneumatischen Stellglied; das besagte Stellglied enthält eine vom Verschluss (1, 32) getrennte Wellrohrfeder (30). Die besagte Wellrohrfeder (30) ist direkt mit einem mittleren Flansch (31) verschweißt, der wiederum ein zusammengesetztes Stück enthält, das die beiden Ventilkörper (101, 102) verbindet. Das Klappenventil ist dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Wellrohrfeder (30) und die Führungsmittel sich im Inneren des Verschlusses (1, 32) befinden; hierbei ist die besagte Wellrohrfeder (30) gleichermaßen direkt mit dem Verschluss (1, 32) verschweißt.
Klappenventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrohrfeder (30) mit einem Endstück (32) des Verschlusses verschweißt ist; dieses Endstück (32) befindet sich in axialer Richtung mit Bezug auf den besagten Mittelflansch (31) auf der anderen Seite der Klappe (1).
Klappenventil gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelflansch (31) eine zylindrische Oberfläche als Führung enthält, die mit einer koaxialen zylindrischen Oberfläche des Endstückes (32) des Verschlusses zusammen wirkt.
Klappenventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der beiden zylindrischen Oberflächen der Achse des Klappenventils entspricht.
Ventil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelflansch (31) eine Vorrichtung für den Einlass der Steuerflüssigkeit (7) in das Stellglied enthält.
Klappenventil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück (32) mit dem Mittelflansch (31) und der Wellrohrfeder (30) zusammen wirkt, um hierdurch eine Kammer (8) zu bilden, die der Zirkulation der Steuerflüssigkeit unter Druck dient; diese Kammer muss gegenüber der Flussleitung des Klappenventils vollständig abgedichtet sein.
Klappenventil gemäß dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Druck zu setzende Kammer (8) sich im Inneren der Wellrohrfeder (30) befindet.
Klappenventil gemäß dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Druck zu setzende Kammer (8) sich im Äußeren der Wellrohrfeder (30) befindet.
Klappenventil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (20) die Verbindung zwischen dem Endstück (32) und dem Mittelflansch (31) gewährleistet, indem das Klappenventil geschlossen gehalten wird, wenn die Kammer (8) nicht unter Druck steht.
Klappenventil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der besagten Wellrohrfeder (30) um eine Wellrohrfeder mit mehreren Wänden handelt, die durch hydrostatisches Ziehen hergestellt wird.
Verwendung eines Klappenventils mit integriertem pneumatischem Stellglied gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wie z. B. als Absperrventil im Bereich Raumfahrt, vorzugsweise bei erhöhten oder kryogenen Temperaturen.