DE69518241T2

DE69518241T2 - Ventilstellglied

Info

Publication number: DE69518241T2
Application number: DE69518241T
Authority: DE
Inventors: W. Eggleston
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2015-05-17
Also published as: FI109147B; FI970600A; ATE195168T1; DE69518241D1; WO1995033944A1; MX9606027A; EP0763174B1; CN1149910A; CN1048320C; AU2551995A; JP3649248B2; NO965115L; CA2191767C; JPH10501324A; ES2148523T3; FI970600A0; EP0763174A1; US5487527A; CA2191767A1; NO965115D0

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Fluiddurchflußsteuereinrichtungen und speziell Stellglieder für Fluiddurchflußsteuerventile.

Hintergrund der Erfindung

Es werden viele verschiedene Fluiddurchflußsteuerventile und entsprechende Ventilstellglieder für die Ein/Aus-Steuerung oder Drosselung des Fluiddurchflusses wie etwa in einem Gas- oder Ölpipelinesystem verwendet. Die Fluiddurchflußsteuerventile sind charakteristisch Gleitspindelsteuerventile oder Umlaufsteuerventile und werden von einem Ventilstellglied wie etwa einem Druckluftkolben- oder Membranstellglied entsprechend dem Ausgangssignal eines Ventilpositionsgebers betätigt, um eine exakte Drosselsteuerung des Ventils zu erreichen.
Beispielsweise ist das Fluidsteuerventil in charakteristischer Weise in dem Pipelinesystem so angebracht, daß das Druckluftstellglied auf dem Ventil angebracht und mit dem Fluidsteuerelement des Ventils verbunden ist. Im Gebrauch ist an der Seite des Stellglieds oder darüber ein Positionsgeber angebracht. Daher kann die Gesamtbaugruppe aus Ventil, Stellglied und Positionsgeber eine recht große und schwere Kombination von Elementen sein und sich um eine gewisse Strecke oberhalb des Ventils erstrecken und somit über die Pipeline und eventuell sehr stark über das Ventil selbst hinaus vorspringen.
EP-A-192 973 zeigt ein Stellglied, das auf ein Fluid unter Druck anspricht, um ein mechanisches Bedienungselement zu betätigen, wobei das Stellglied folgendes aufweist: ein Joch, an dem das Stellglied befestigbar ist; ein ortsfestes inneres Element, das an dem Joch befestigbar ist; ein bewegliches äußeres Element, das mit dem ortsfesten Element koaxial ausgefluchtet und axial bewegbar daran angebracht ist und eins Kammer dazwischen definiert; wobei das bewegliche Element mit dem Bedienungselement verbindbar ist; eine Einrichtung zum Verbinden der Kammer mit Fluiddruck, so daß ermöglicht wird, daß sich das bewegliche Element axial in einer ersten Richtung bewegen kann; und eine Rückstelleinrichtung, um das bewegliche Element axial in einer zweiten Richtung zu bewegen.
Es soll ein Stellglied für Fluidsteuerventile bereitgestellt werden, das eine geringere Höhe und ein geringeres Gewicht und weniger Bauteile hat, um so die Fertigungskosten zu senken und möglichst die Betriebszuverlässigkeit zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein Stellglied angegeben, das auf eine durch ein Fluid unter Druck erzeugte Antriebskraft anspricht, um ein mechanisches Bedienungselement zu betätigen, wobei das Stellglied die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf weist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein fluiddruckbetätigtes, beispielsweise durch Druckluft betätigtes Ventilstellglied für ein Fluidsteuerventil angegeben, das ein Kraftmodul aufweist, das ein ortsfestes inneres Zylinderelement enthält, um das sich ein bewegliches äußeres Zylinderelement in Axialrichtung aufgrund von zugeführter Druckluft gleitbar bewegt. Das bewegliche äußere Element ist mit einem Ventildurchflußsteuerelement verbunden. Das bewegliche äußere Element erstreckt sich über jedes Ende des ortsfesten inneren Elements hinaus, um zwischen den jeweiligen Enden des ortsfesten Elements und des beweglichen Elements eine Kammer zu definieren. Es ist ein Kanal in die Kammer vorgesehen, der mit einer Einlaßöffnung kommuniziert, um die Zuführung eines Luftdrucks zu der Kammer zu ermöglichen und dadurch das bewegliche äußere zylindrische Element anzutreiben, so daß es sich in bezug auf das ortsfeste innere zylindrische Element in Axialrichtung bewegt. Dadurch wird das Ventilbedienungselement entsprechend in einer ersten Richtung bewegt. Eine Rückstellfeder ist mit dem einen Erde im Inneren des ortsfesten inneren Elements und mit dem anderen Ende an dem entgegengesetzten Ende des beweglichen äußeren Elements angebracht, so daß die Druckluftbetätigung des Ventilstellglieds und die Bewegung des beweglichen Elements in einer ersten Richtung die Feder entsprechend zusammendrücken. Bei Aufhebung des Drucks in der Kammer bewegt die zusammengedrückte Feder das bewegliche äußere Element und das damit verbundene Ventilstellelement in der zweiten Richtung.
Das Stellglied der vorliegenden Erfindung kann somit entweder als ein Ein-Aus-Stellglied oder in Kombination mit einem Positionsgeber bei präzisen Drosselventilanwendungen verwendet werden. Ferner kann das Stellglied der vorliegenden Erfindung angewandt werden, um entweder Gleitspindelsteuerventile oder Umlaufspindelventile mit geeigneten Bewegungsüber tragungseinrichtungen wie etwa einer Exzenterkurbel, Zahnstangen- oder Kreuzschubkurbel-Konfigurationen zu steuern.
Außerdem kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine zweite Öffnung mit einem Verbindungskanal in eine zweite Kammer, die zwischen dem Inneren des ortsfesten inneren Elements und einem jeweiligen entgegengesetzten Ende des beweglichen äußeren Elements definiert ist, mit einer geeigneten Druckquelle verbunden sein, so daß eine ausreichende Rückstellkraft geliefert wird, um das bewegliche äußere Elemente ungeachtet der Federkraft in der zweiten Richtung zu bewegen. Somit stellt die vorliegende Erfindung eine sehr vielseitige Stellgliedkonfiguration bereit, die an viele verschiedene gewünschte Betriebsarten anpaßbar ist. Beispielsweise kann das Stellglied so ausgebildet sein, daß es doppeltwirkend ist (d. h. von zwei umgekehrt proportionalen pneumatischen Eingangssignalen lagegesteuert wird); oder es kann einfachwirkend mit Federrückstellung sein (d. h. ein einziges pneumatisches Eingangssignal, gegen das eine Feder wirkt); oder es kann doppeltwirkend mit Federvorspannung sein (d. h. doppeltwirkend mit einer Feder, um bei einem Druckluftausfall die Lage zu bestimmen).
Ferner kann sowohl bei der Federrückstell- als auch der Federvorspannungs-Konfiguration der Kraftmodulbereich des Stellglieds mit einem ortsfesten inneren Element und einem angetriebenen äußeren Element entweder in einer direktwirkenden Konfiguration eingebaut sein, in der beispielsweise die Federkraft nach oben schiebend wirkt, oder kann in der umgekehrt wirkenden Konfiguration eingebaut sein, in der beispielsweise die Federkraft nach unten schiebend wirkt.
Daher kann die Änderung zwischen einer direkten und einer umgekehrten Stellgliedwirkung ohne weiteres erhalten werden, indem einfach das Kraftmodul innerhalb des Stellglieds umorientiert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den jeweiligen Enden des ortsfesten inneren Elements und des beweglichen äußeren Elements eine Blase mit einer Blasenkammer vorgesehen. Ein Kanal verbindet das Innere der Blasenkammer mit einer Einlaßöffnung, so daß die Zufuhr von pneumatischem Druck zu der Blasenkammer das äußere Element in einer ersten Richtung bewegt. Eine Rückstellfeder ist zwischen dem ortsfesten inneren Element und dem beweglichen äußeren Element angebracht und wird während der Anfangsbewegung zusammengepreßt. Wenn der anfängliche pneumatische Druck aus der Blasenkammer freigesetzt wird, um den Blasenkammerdruck aufzuheben, dehnt sich die zusammengedrückte Feder aus und bewegt das bewegliche äußere Element axial in einer zweiten Richtung.
Das Stellglied der vorliegenden Erfindung bietet deutliche Vorteile gegenüber heute verfügbaren Stellgliedern, unter anderem eine geringe Baugröße, die Fähigkeit zur Umschaltung des Kraftmoduls oder zum Austausch von Kraftmodulen, so daß die Wirkung oder die Konfiguration des Stellglieds geändert und dadurch eine erwünschte Vielseitigkeit geschaffen wird, und die Verwendung eines Minimums an Einzelteilen. Da außerdem in jeder Richtung ein gleich wirksamer Bereich des Stellgliedbetriebs vorhanden ist, liefert das Stellglied der vorliegenden Erfindung eine gleiche Ausgangskraft in beiden Richtungen. Durch die Verwendung eines inneren ortsfesten Elements und eines äußeren Elements, das auf dem ortsfesten Element axial beweglich antreibbar ist, ergibt sich eine verstärkte und konstante Führungsabstützung des beweglichen Elements. Außerdem wird die verbesserte Führungsabstützung während des gesamten Hubbetriebs des Stellglieds aufrechterhalten, was im Gegensatz zu heutigen Kolbenstellgliedern ist, bei denen die Führungsabstützung des Kolbens sich während des Kolbenhubbetriebs deutlich ändert. Wenn ferner ein Ventilpositionsgeber verwendet wird, ermöglicht das vorliegende Stellglied die einfache Erfassung und Bildung einer Positionsrückführung von dem beweglichen äußeren Element, was gegenüber heutigen Kolbenstellgliedern, bei denen dies wegen des begrenzten Zugangs zu dem beweglichen Kolbenelement schwierig ist, ein deutlicher Vorteil ist.
Die vorliegende Erfindung ist somit ein Stellglied gemäß dem Anspruch 1, wobei das ortsfeste innere und das bewegliche äußere Element koaxiale Hohlzylinderelemente sind, wobei das äußere Hohlzylinderelement eine größere axiale Erstreckung und gegenüberliegende Endwände hat, die das innere Hohlzylinderelement einschließen, und wobei Mittel an den gegenüberliegenden Endwänden angeordnet sind, um das mechanische Bedienungselement mit jeder der gegenüberliegenden Endwände zu verbinden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die als neu angesehenen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind im einzelnen in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt. Das Verständnis der Erfindung ergibt sich am besten aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Elemente in den ver schiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ventilstellglieds gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Ventilstellglieds von Fig. 1, wobei das bewegliche äußere Element des Stellglieds in bezug auf ein ortsfestes Element bewegbar nach oben getrieben wird;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Ventilstellglieds gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV von Fig. 3, die ein umkehrbares Kraftmodul, ein Jod und Abdeckungskomponenten des Stellglieds zeigt;
Fig. 5 eine Explosionsansicht des Stellglieds von Fig. 3;
Fig. 6 eine geschnittene Teilansicht entlang der Schnittlinie VI-VI von Fig. 3;
Fig. 7 eine geschnittene Teilansicht entlang der Schnittlinie VII-VII von Fig. 3; und
Fig. 8 eine Schnittdarstellung, die eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Genaue Beschreibung

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch ein Ventilstellglied 10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wobei das Ventilstellglied in zwei verschiedenen Betriebsstellungen gezeigt ist, wie noch im einzelnen erläutert wird. In Fig. 1 ist das Ventilstellglied 10 mit einem mechanischen Bedienungselement 12 verbunden, um beispielsweise ein Fluidsteuerventil 14 wie etwa ein Gleitspindelventil, das in einer Pipeline 16 angebracht ist, zu steuern. Das Stellglied 12 kann verwendet werden, um ein Durchflußsteuerventil 14 vom Drehspindeltyp durch einen Bewegungsübertragungs- oder Bewegungsumwandlungs-Zwischenmechanismus 18 zu betätigen, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
In jedem Fall umfaßt das Ventilstellglied 10 ein umkehrbares Kraftmodul 20 und ein Joch 22, um das Kraftmodul 20 direkt an dem Fluidsteuerventil 14 oder dem Bewegungsübertragungsmechanismus 18 anzubringen. Das Kraftmodul 20 umfaßt ein ortsfestes inneres Element 24 und ein bewegliches äußeres Element 26, das mit dem ortsfesten inneren Element 24 axial ausgefluchtet ist.
Das ortsfeste innere Element 24 ist als ein zylindrisch geformter Kolben mit einer Endwand 28 ausgebildet, und das entgegengesetzte Ende des Kolbens ist offen. Das bewegliche äußere Element 26 hat allgemein Zylinderform und umschließt das ortsfeste innere Element 24 und weist entgegengesetzte Endwänds 30, 32 auf, so daß ein hohler Innenraum in dem äußeren Element 26 gebildet ist. Das ortsfeste innere Element 24 ist in dem hohlen inneren Bereich des zylindrischen äußeren Elements 26 angeordnet und weist einen O-Dichtring 34 auf, so daß in dem äußeren Element 26 und zwischen den jeweiligen Enden des äußeren Elements 26 und des inneren Elements 24, d. h. zwischen jeweiligen Endwänden 30 und 28, eine Kammer 36 definiert ist. Eine Wand 38 des inneren Elements weist einen Kanal 40 auf, der mit einer Einlaßöffnung 42 kommuniziert, die in einem von der Endwand 38 ausgehenden seitlichen Ansatz 44 gebildet ist.
Ein O-Dichtring 46, der in das untere Ende des inneren Elements 24 eingesetzt ist, ermöglicht die Bildung einer zweiten Kammer 48 allgemein in dem Inneren des inneren Elements 24 und zwischen der Endwand 28 des ortsfesten inneren Elements und der Endwand 32 des beweglichen äußeren Elements. Ein seitlicher Ansatz 50 weist einen Kanal 52 auf, der am einen Ende mit der Kammer 48 und am anderen Ende mit einer Öffnung 54 kommuniziert. Die seitlichen Ansätze 44, 50 verlaufen durch geeignete Schlitze 45, 51 in den entgegengesetzten Wänden des beweglichen äußeren Elements 26.
Jeweilige Verbinderplatten 56, 58 sind mit entgegengesetzten Enden des beweglichen äußeren Elements 26 verschweißt. Die Verbinderplatte 58 ist mit dem mechanischen Bedienungselement 12 durch geeignete Mittel wie etwa die gezeigten Sicherungsmuttern 60 verbunden.
Eine Feder 62 ist in der Kammer 48 und zwischen den Endwänden 28, 32 angebracht. Ein verstellbarer Anschlag 64 ist durch einen Gewindebolzen 66 gebildet, der mit dem seitlichen Ansatz 44 in Schraubeingriff ist und dessen eines Ende 68 an einem ersten Steg 70 anliegt, der sich von dem äußeren Element 26 erstreckt, wie Fig. 2 zeigt. Somit kann die Aufwärtsbewegung des beweglichen äußeren Elements 26 durch den Gewindebolzen 66 justiert werden, und wenn die gewünschte Stopp-Position erreicht ist, trägt eine Sicherungsmutter 72 dazu bei, die Lage des verstellbaren Anschlags aufrechtzuerhalten. Daher kann sich das bewegliche äußere Element 26 zwischen der in Fig. 1 gezeigten untersten Position in bezug auf das ortsfeste Element 24 und der in Fig. 2 gezeigten obersten Position bewegen, in der der Steg 70 an dem Anschlagende 68 des Bolzens anliegt.
Beim Betrieb des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellglieds 10 wird Fluid unter Druck wie etwa Druckluft, die der Einlaßöffnung 42 zugeführt wird, durch den Kanal 40 in die Kammer 36 eingelassen, wodurch das bewegliche äußere Element 26 aufwärts bewegt wird und das daran angebrachte mechanische Bedienungselement 12 mitnimmt, das eine Ventilspindel oder, bei Verwendung mit einem Umlaufventil, ein Bewegungsumwandlungsgestänge sein kann. In jedem Fall drückt die Antriebsbewegung des beweglichen äußeren Elements 26 die Feder 62 zusammen, wie Fig. 2 zeigt, so daß das bewegliche äußere Element 26 in bezug auf das ortsfeste innere Element 24 in einer Aufwärtsrichtung von einer in Fig. 1 gezeigten ersten Position in eine in Fig. 2 gezeigte zweite Stellgliedposition bewegt worden ist. Bei einer einfach wirkenden Konfiguration erlaubt die Druckentlastung in der Kammer 36 der zusammengepreßten Feder 62, das bewegliche äußere Element 26 nach unten zu drücken, um so das Stellglied in die in Fig. 1 gezeigte Position rückzustellen.
Das Ventilstellglied 10 ermöglicht einem Anwender einen einfachen Wechsel zwischen Ausfall-Öffnen, wobei die Federkraft aufwärts schiebt, und Ausfall-Schließen, wobei die Federkraft abwärts schiebt, indem das Kraftmodul 20 einfach umorientiert wird, so daß die jeweiligen Verbinderplatten 56 oder 58 mit dem mechanischen Bedienungselement 12 verbunden werden.
Ferner kann ein doppeltwirkender Stellgliedbetrieb erhalten werden, indem an der Öffnung 54, die in das Innere der Kammer 48 führt, ein geeigneter pneumatischer Druck eingeleitet wird, um das bewegliche äußere Element 26 entweder mit oder ohne Hilfe der Feder 62 abwärts zu drücken. Wenn also die Federn 62 bei einem doppeltwirkenden Stellgliedbetrieb verwendet werden, preßt der mit der Zuführöffnung 54 für die Speisung der Kammer 48 verbundene pneumatische Rückstelldruck das bewegliche äußere Element 26 nach unten und kann dies mit oder ohne die Unterstützung durch die Feder 62 tun. Alternativ kann die Feder 62 entfallen, so daß der an der Öffnung 54 zugeführte pneumatische Rückstelldruck die gesamte Kraft liefert, die erforderlich ist, um das bewegliche äußere Element 26 nach unten zu bewegen und dadurch das Stellglied in die in Fig. 1 gezeigte Position rückzustellen.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Ventilstellglieds mit einem ortsfesten inneren Element und einem angetriebenen beweglichen äußeren Element gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Ein Ventilstellglied 74 umfaßt ein Kraftmodul 76, eine Abdeckung 78 und ein Joch 80, um das Stellglied an einem Ventildeckel 82 anzubringen, wobei das Joch 80 durch eine Sicherheitsmutter 84, die mit dem Ventildeckel in Gewindeeingriff ist und bis zum Anschlag an dem Jochboden eingedreht ist, in seiner Lage gehalten wird. Das Kraftmodul 76 umfaßt ein ortsfestes inneres Element 86 mit seitlichen Ansätzen 88, die integral mit einem Befestigungsring 90 ausgebildet sind. Der Befestigungs ring 90 ist mit einem Befestigungsflansch 91 des Jochs 80 zusammengebracht und an dem Flansch durch eine Serie von Kopf schrauben 92 angebracht.
Das ortsfeste innere Element 86 des Kraftmoduls 76 ist in Form eines ortsfesten Kolbens mit einem offenen unteren Ende 87, wie in Fig. 4 zu sehen ist, und einem durch eine Endwand 94 gebildeten entgegengesetzten geschlossenen Ende. Das Kraftmodul 76 umfaßt ferner das bewegliche äußere Element 96 in Form eines zylindrischen Kanisters, der mit dem ortsfesten inneren Element 86 axial ausgefluchtet ist und dieses umschließt. Wie die Explosionsansicht von Fig. 5 zeigt, ist das bewegliche äußere Element 96 aus identischen Kanisterhälften 98, 100 gebildet, die zusammengeschweißt sein können, um das bewegliche äußere Element 96 zu bilden, das in der montierten Darstellung von Fig. 4 zu sehen ist. Eine als Vertiefung/Kuppel geformte Kappe 102 ist mit der Kanisterhälfte 98 verschweißt, um eine Endwand des beweglichen äußeren Elements 96 zu bilden, und eine identische als Vertiefung/Kuppel geformte Endwand 104 ist mit dem Boden der Kanisterhälfte 100 verschweißt, um die entgegengesetzte Endwand des beweglichen äußeren Elements 96 zu bilden. Eine jeweilige Spindelverbinderplatte 106 ist mit der Kappe 102 und der Kappe 104 verschweißt, wobei jede der Spindelverbinderplatten 106 eine zentrale Öffnung 108 zur Aufnahme einer Ventilspindel 110 aufweist und ferner ein Paar von Gewindeöffnungen 112 hat. Es ist somit ersichtlich, daß das Kraftmodul 76 symmetrisch geformt und einfach dadurch umkehrbar ist, daß die Kopf schrauben 92 entfernt werden und das Kraftmodul 76 dann umgedreht wird, so daß die Kappe 102 unten und die Kappe 104 oben ist, was zu der in Fig. 4 gezeigten Position des Kraftmoduls umgekehrt ist.
Ein oberer O-Dichtring 114 ist zweckmäßig im oberen Ende des ortsfesten inneren Elements 86 angebracht und in abdichtendem Kontakt mit der inneren Oberfläche der oberen Kanisterhälfte 98, um eine fluiddichte Kammer 116 zwischen den jeweiliger. Enden des ortsfesten inneren Elements 86 und des beweglichen äußeren Elements 96, d. h. zwischen der Endwand 94 des inneren Elements und der durch die Kappe 102 gebildeten Endwand zu bilden. Ferner ist ein unterer O-Dichtring 118 zweckmäßig an der Unterseite des ortsfesten inneren Elements 86 angebracht und in abdichtendem Eingriff an der inneren Oberfläche der Kanisterhälfte 100, um so eine Kammer 120 hauptsächlich innerhalb des ortsfesten inneren Elements 86 zu bilden, die sich zwischen der Endwand 94 der inneren Kammer und der als Vertiefung/Kuppel ausgebildeten Kappe 104 erstreckt, die die entgegengesetzte Endwand der Kanisterhälfte 100 bildet.
Der Zugang von einer Fluiddruck-Einlaßöffnung 122 zu der Kammer 116 ist in der Teildarstellung von Fig. 6 gezeigt. Ein Kanal 124 verläuft durch einen verdickten Wandabschnitt 126 in dem ortsfesten inneren Element 86, so daß der Kanal 124 an einem Ende mit der Kammer 116 kommuniziert und zu einem Verbindungskanal 128 durch einen der seitlichen Ansätze 88 führt, der zu der Einlaßöffnung 122 führt. Daher wird ein zugeführter Fluiddruck wie etwa pneumatischer Druck, der der Einlaßöffnung 122 zugeführt wird, mit der Kammer 116 verbunden, um das bewegliche äußere Element 96 treibend nach oben und weg von dem ortsfesten inneren Element 86 zu bewegen, und zwar auf die gleiche Weise, wie es in bezug auf die schematischen Darstellungen der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.
Fig. 7 zeigt die Art und Weise, wie die Verbindung zwischen einer Einlaßöffnung 130 und der Kammer 120 hergestellt wird. Dabei verläuft ein Kanal 132 von der Einlaßöffnung 130 innerhalb des seitlichen Ansatzes 88 und durch die Innenwand des ortsfesten inneren Elements 86 in Verbindung mit der Kammer 120. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Einlaßöffnungen 122, 130 einander benachbart, und die jeweiligen Kanäle 128, 132 befinden sich in demselben seitlichen Ansatz 88.
Eine Rückstellfeder 132 (siehe Fig. 4) ist mit dem einen Ende um eine Rippe 134 herum, die von der Endwand 94 des inneren Elements gebildet ist, angebracht, und ist mit dem anderen Ende um eine Rippe 136 herum angebracht, die von dem Vertiefungs/Kuppel-Bereich der Kappe 104 gebildet ist. Um die anderen Stellgliedkomponenten deutlicher zu zeigen, ist die Feder 132 in der Explosionsansicht von Fig. 5 nicht gezeigt.
Zwei entgegengesetzt angeordnete justierbare Bewegungsanschläge sind durch jeweilige Kopf schrauben 138 gebildet, die mit einem jeweiligen seitlichen Ansatz 88 in Schraubeingriff sind. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, erstreckt sich jeder der seitlichen Ansätze 88 durch einen geeigneten geschlitzten Bereich 140, der in den jeweiligen Kanisterhälften 98, 100 gebildet ist. Somit bewegt sich das bewegliche äußere Element 96 gleitbar axial in bezug auf das ortsfeste innere Element 86, wobei die innenseitigen Oberflächen der jeweiligen Kanisterhälften 98, 100 mit den O- Dichtringen 114, 118 in Gleiteingriff sind. Fig. 4 zeigt, daß die unterste Position des beweglichen äußeren Elements 96 in bezug auf das ortsfeste innere Element 96 durch ein Anschlagende 142 der Kopfschraube 138 begrenzt wird, die auf der linken Seite von Fig. 4 zu sehen ist. Die Kopf schraube 138 kann in bezug auf den seitlichen Ansatz 88 so drehjustiert werden, daß das Anschlagende 142 in bezug auf das Oberende des geschlitzten Abschnitts 140 in der oberen Kanisterhälfte 98 positioniert wird.
Gleichermaßen kann die auf der rechten Seite von Fig. 4 gezeigte Kopfschraube 138 in dem seitlichen Ansatz 88 so drehjustiert werden, daß das Anschlagende 144 in bezug auf das untere Ende des geschlitzten Abschnitts 140 in der Kanisterhälfte 100 positioniert wird.
Ein Spindelverbinder 146 umfaßt einen zentralen Nabenabschnitt 148 mit Gewinde und mit sich entgegengesetzt erstreckenden Flügeln, die Öffnungen haben, die mit den Gewindeöffnungen 112 der Spindelverbinderplatte 106 ausfluchtbar sind. Kopf schrauben 150 sind durch die ausgefluchteten Öffnungen eingeführt und in die Spindelverbinderplatte 106 eingeschraubt, und das Kraftmodul ist auf der Ventilspindel 11 mit einer Sicherungsmutter 152 festgelegt. Das Joch 80 umfaßt entgegengesetzt angeordnete Fenster 154 im Jochgehäuse, um den Zugang zum Inneren des Jochs während der Montage des Stellglieds an dem Ventil zu ermöglichen und um das Kraftmodul mit der Ventilbedienungskomponente zu verbinden.
Bei der Montage des Ventilstellglieds 74 an dem Ventil muß zuerst entschieden werden, ob im Fall eines Verlustes des Stellgliedbetätigungsdrucks ein Störungs-Schließzustand oder ein Störungs-Offenzustand erwünscht ist. In der Darstellung von Fig. 4 ist das Stellglied so ausgebildet, daß es mit einem Ventil in der Störungs-Schließposition arbeitet, da ersichtlich ist, daß dann, wenn der Einlaßöffnung 122 kein Betätigungsdruck zugeführt wird, die Feder 132 das bewegliche äußere Element 96 in der gezeigten unteren Position hält, die normalerweise das zugehörige Fluidsteuerventil schließt.
Wenn das Ventil in einen Störungs-Offenzustand gebracht werden soll, dann braucht nur das Kraftmodul 76 hinsichtlich seiner Lage umgekehrt zu werden. Das kann auf einfache Weise erreicht werden durch Entfernen der Kopf schrauben 92 an dem Ring 90 und Umkehren der Position des Kraftmoduls, so daß sich die Kanisterhälfte 100 an der Oberseite und die Kanisterhälfte 98 an der Unterseite in bezug auf die in Fig. 4 gezeigte Originalposition befindet. Wenn das Kraftmodul 76 auf diese Weise umgekehrt ist, befindet es sich ursprünglich in der oberen Position, so daß das Ventil geöffnet wird, und das Aufbringen von Eingangsdruck auf die Einlaßöffnung 122 bewegt das bewegliche äußere Element 96 in Abwärtsrichtung, so daß eine Schließtendenz des Ventils gegeben ist.
Das Ventilstellglied 74 kann an dem Ventil montiert werden, indem zuerst das Joch 80 an der Ventilkappe 82 angebracht und unter Verwendung der Sicherungsmutter 84 in seiner Lage festgelegt wird. Die Sicherungsmutter 152 und der Spindelverbinder 146 können dann auf der Ventilspindel durch Aufschrauben angebracht und in eine Lage näher an den Ventildichtungsansätzen 156 und weg von dem Ende der Ventilspindel 110 zurückgesetzt werden. Als nächstes wird das Kraftmodul 76, das das innere ortsfeste Element 86 und den Montagering 90 zusammen mit dem beweglichen äußeren Element 96 aufweist, so positioniert, daß die zentrale Öffnung 108 der Spindel verbinderplatte 106 über der Ventilspindel und auf der zentralen Nabe 148 der Spindelverbinderplatte 146 angebracht wird. Die Spindelverbinderplatte 146 wird eine oder zwei Umdrehungen auf die Ventilspindel geschraubt, um das bewegliche Element 96 anzuheben und die Feder 132 leicht zusammenzudrücken. Wenn die gewünschte Position für das bewegliche äußere Element 96 erreicht ist, wird die Sicherungsmutter 152 an der Spindelverbinderplatte 146 fest angezogen, um das Kraftmodul 76 auf der Ventilspindel 110 festzulegen. Bei der weiteren Montage können die Kopf schrauben 150 sowie die Kopfschrauben 92 in ihre Positionen in Gewindeeingriff gebracht werden. Schließlich wird die Abdeckung 78 in ihrer Lage angeordnet und mit den Sicherungsmuttern 158 an der Baugruppe gesichert.
Fig. 8 zeigt ein alternatives Ventilstellglied 160, das eine Blase 162 aufweist, die in dem Raum 164 zwischen einem ortsfesten inneren Element 166 und einem beweglichen äußeren Element 168 angebracht ist. Das ortsfeste innere Element 166 weist einen Ansatz 170 auf, der zu einer Einlaßöffnung 172 führt, die den Fluiddruck zur Betätigung des Stellglieds aufnimmt. Ein Kanal 174 in dem Ansatz 170 bringt die Einlaßöffnung 172 mit dem innerhalb der Blase 162 definierten Innenraum 164 in Verbindung. Wie Fig. 8 zeigt, ist ein Blaseneinlaßbereich 176 an der Innenseite des Kanals 174 so angeklebt oder anderweitig befestigt, daß beim Anschließen eines geeigneten Fluiddrucks an die Einlaßöffnung 172 das bewegliche äußere Element 168 sich in bezug auf das ortsfeste innere Element 166, bezogen auf die Darstellung in Fig. 8, aufwärtsbewegt.
Das Ventilstellglied 160 weist ferner ein Joch 178 auf, um das Stellglied an einem Ventildeckel 180 anzubringen und das zugehörige Kraftmodul mit einem mechanischen Bedienungselement 182 zu verbinden. Eine Abdeckung 184 kann nach Wunsch verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 4 ist ersichtlich, daß das alternative Ventilstellglied 160 eine Blase 162 mit einer zugehörigen definierten Blasenkammer anstelle des O- Dichtrings 144, der die Kammer 116 in Verbindung mit dem Ventilstellglied 174 abdichtet, vorsieht. Eine Rückstellfeder 186 wird bei dem Ventilstellglied 160 verwendet, um das bewegliche äußere Element 168 rückzustellen und in seiner Lage vorzuspannen.
Das Ventilstellglied der vorliegenden Erfindung mit einem ortsfesten inneren Element und einem beweglichen äußeren Element resultiert in deutlichen Vorteilen gegenüber vorhandenen Kolbenstellgliedern und Membranstellgliedern diese Vorteile sind u. a.:
1. Niedrigere Fertigungskosten aus folgenden Gründen: (a) weniger Einzelteile, (b) obere und untere Hälfte des beweglichen Zylinderkanisters sind identische Teile, (c) nur sehr geringe Bearbeitungsvorgänge sind erforderlich;
2. kleinere und kompakte Baugröße;
3. die bei herkömmlichen Stellgliedern verwendete Stellgliedstange, Büchse und Spindeldichtung sind nicht erforderlich;
4. Fähigkeit, das Kraftmodul umzukehren oder Module auszutauschen, um die Ventilwirkung oder -konfiguration zu verändern;
5. konstantere und längere Führung des beweglichen äußeren Elements in bezug auf das ortsfeste innere Element wird durch den Gesamthub des Stellglieds aufrechterhalten;
6. Fähigkeit, von dem beweglichen äußeren Element Lagerückführungsinformationen aufzunehmen, so daß die Anwendung eines Positionsgebers einfach ist;
7. gleiche Ausgangskraft (gleiche Wirkfläche) in beiden Stellgliedrichtungen;
8. die Verbindung mit einem Ventil gleicht jegliche Exzentrizität zwischen dem Ventil und dem Stellglied aus, wodurch unerwünschter Verschleiß an den Führungs- und Dichtungskomponenten des Ventils und des Stellglieds vermieden wird.
Anstatt der Nutzung von Fluiddruck wie etwa der angegebenen Druckluftquelle zur Betätigung des Stellglieds, so daß dieses das bewegliche äußere Element treibend bewegt, können andere Arten von Bewegungskräften zum Antreiben des beweglichen Elements genutzt werden. So könnten elektromechanische und elektronische Antriebe sowie hydraulische Drücke und andere Gasdrücke anstelle des beschriebenen Luftdrucks mit der Kammer zwischen dem ortsfesten inneren Element und dem beweglichen äußeren Element verbunden werden, um das Stellglied im Betrieb anzutreiben.
Die vorstehende genaue Beschreibung dient nur der Klarheit und dem Verständnis und sollte nicht als Einschränkung angesehen werden, da Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sind.

Claims

1. Stellglied (10, 74, 160), das auf ein Fluid unter Druck anspricht, um ein mechanisches Bedienungselement (12, 110, 182) zu betätigen, wobei das Stellglied folgendes aufweist:

ein Joch (22, 80, 178), an dem das Stellglied (10, 74, 160) befestigbar ist;

ein ortsfestes inneres Element (24, 86, 166), das an dem Joch (22, 80, 178) befestigbar ist;

ein bewegliches äußeres Element (26, 96, 168), das mit dem ortsfesten Element (24, 86, 166) koaxial ausgefluchtet und axial bewegbar daran angebracht ist und eine Kammer (36, 120, 164) dazwischen definiert;

wobei das bewegliche Element (26, 96, 168) mit dem Bedienungselement (12, 110, 182) verbindbar ist;

eine Einrichtung zum Verbinden der Kammer (36, 120, 164) mit Fluiddruck, so daß ermöglicht wird, daß sich das bewegliche Element (26, 96, 168) axial in einer ersten Richtung bewegen kann; und

eine Rückstelleinrichtung (48, 50, 62, 132, 186), um das bewegliche Element (26, 96, 168) axial in einer zweiten dadurch gekennzeichnet, daß

das ortsfeste innere und das bewegliche äußere Element koaxiale Hohlzylinderelemente (24, 26, 86, 96, 166, 168) sind, wobei das äußere Hohlzylinderelement (26, 96, 168) eine größere axiale Erstreckung und gegenüberliegende Endwände (30, 32, 94, 104) hat, die das innere Hohlzylinderelement (24, 86, 166) einschließen,

Mitteil (56, 58, 106), die an den gegenüberliegenden Endwänden (30, 32, 94, 104) angeordnet sind, um das mechanische Bedienungselement (12, 110, 182) mit jeder der gegenüberliegenden Endwände (30, 32, 94, 104) zu verbinden.

2. Stellglied nach Anspruch 1, wobei die Rückstelleinrichtung eine Feder (62) aufweist, die zwischen den Elementen (24, 26) angebracht ist.

3. Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, wobei das ortsfeste innere zylindrische Element (24) wenigstens eine Endwand (28) angrenzend an eine jeweilige Endwand (30) des beweglichen äußeren Zylinderelements aufweist, wobei die Kammer (36) zwischen den angrenzenden Endwänden (28, 30) definiert ist.

4. Stellglied nach Anspruch 1, wobei die Rückstelleinrichtung eine in dem ortsfesten inneren Element (24) definierte zweite Kammer (48) aufweist, die mit einem Fluiddruck verbindbar ist, um das bewegliche äußere Element (26) in bezug auf das ortsfeste innere Element (24) in der zweiten Richtung axial zu bewegen.

5. Stellglied nach Anspruch 4, wobei die Rückstelleinrichtung ferner eine Feder (62) aufweist, die zwischen den Elementen (24, 26) angebracht ist, um das axiale Bewegen des beweglichen Elements (26) in der zweiten Richtung zu unterstützen.

6. Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das einen einstellbaren Anschlag (64) zum Einstellen der axialen Gesamtbewegung des beweglichen Elements (26) in der ersten und der zweiten Richtung auf weist.

7. Stellglied nach Anspruch 1, das ferner eine Blase (162) aufweist, die in der Kammer (36, 164) zwischen dem ortsfesten inneren Element (24, 166) und dem beweglichen äußeren Element (26, 168) angebracht ist, wobei die Blase einen Innenraum zur Aufnahme des Fluiddrucks definiert.

8. Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das bewegliche äußere Element (26) und das ortsfeste innere Element (24) ein Kraftmodul (20) definieren, wobei das Kraftmodul (20) an dem Joch (22) selektiv entweder in einer ersten Betriebsposition oder in einer zweiten Betriebsposition befestigbar ist, wobei die erste Position derart ist, daß eine Ausdehnung der Kammer (36) das bewegliche äußere Element (26) allgemein zu dem Bedienungselement hin bewegt, und die zweite Position derart ist, daß eine Ausdehnung der Kammer (36) das bewegliche äußere Element (26) allgemein von dem Bedienungselement (12) weg bewegt.

9. Fluidventil- und Ventilstellglied-Kombinationvorrichtung, die folgendes auf weist:

ein Fluidsteuerventil, das ein Durchflußsteuerelement aufweist, das geeignet ist, den Fluidfluß durch eine Rohrleitung zu steuern;

das Ventilstellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Joch (22) des Stellglieds an dem Fluidsteuerventil befestigt ist.