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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung, mit der ein Gegenstand,
vorzugsweise der Schaft eines Ventils, gemäß dem allgemeinen Teil des
Anspruchs 1 zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten
Endposition bewegt werden kann.
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Das
an Breth erteilte U.S. Patent Nr. 5,542,643 ist die Offenlegung
eines Kugelventils, das mittels eines hydraulischen Antriebs geschlossen und
geöffnet
wird. Der Antriebsschaft ist über
eine Platte mit dem Kurbelstange des Ventils verbunden. Die Platte
ist mit Schlitzlöchern
ausgerüstet,
die es erlauben, dass die Platte verstellbar zwischen der Kurbelstange
des Ventils und dem Antriebsschaft angeordnet werden kann. Eine
ausreichende Verstellbarkeit ist in soweit gegeben, als der Antrieb
des Ventils genau in seine vollständig geöffnete und seine vollständig geschlossene
Endposition bringen kann.
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Das
an Collins erteilte U.S. Patent Nr. 5,078,180 – der nahe liegendste Stand
der Technik – ist
die Offenlegung eines hydraulisch angetriebenen Absperrschiebers.
Auch hier ist der Antrieb mit der Kurbelstange des Ventils über eine
plattenförmige Kupplung
verbunden. Das Ventil wird mittels der Kupplung durch das Ausfahren
und Einziehen des Kolbenschafts des hydraulischen Antriebs geöffnet und
geschlossen.
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Obwohl
die dem Stand der Technik entsprechenden Einrichtungen ein zusätzliches
Drehmoment für
das Schließen
und Öffnen
des Ventil aufbringen, sind sie nicht im Stande, das Ventil geschlossen zu
halten, wenn das Ventil einem hohen internen Druckstoß ausgesetzt
wird. Die meisten Ventilantriebe können ein Ventil bei normalen
Zuständen
schließen
oder öffnen.
Jedoch können
sie das Ventil nicht auch zusätzlich
in der geschlossenen Stellung verankern. Die meisten dieser dem
Stand der Technik entsprechenden Einrichtungen schließen auch
mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, was wiederum zu einer übermäßigen Abnutzung
und auch zum Bruch der Ventilbauteile führen kann.
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U.S.
Patent Nr. 4,959,989 beschreibt eine kraftverstärkende Presse. In gleicher
Weise wie U.S. Patent Nr. 5,078,180 wird ein Endbauteil, in diesem Fall
ein Pressenstößel mit
dem Fertigungswerkzeug, in eine lineare Bewegung versetzt.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Das
primäre
Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen,
die ein extrem hohes Drehmoment auf einen Hebelarm oder auf Ähnliches überträgt, so dass
der Hebelarm zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition
bewegt werden kann.
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Ein
weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, eine verbesserte
Vorrichtung zum Schließen
und Öffnen
eines Ventils zu schaffen.
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Ein
weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung
zu schaffen, mit der ein hohes Drehmoment zur Bewegung eines Hebelarms oder
von Ähnlichem
zwischen einer ersten, geschlossenen Endposition und einer zweiten,
geöffneten Endposition,
und gleichzeitig auch eine extrem hohe Verriegelungskraft an dem
Hebelarm ausgeübt
wird, sobald der Hebelarm in die Schließstellung gebracht worden ist.
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Ein
weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung
zu schaffen, mit der ein Ventil geöffnet und geschlossen und sodann
in der geschlossenen Endposition automatisch so verriegelt werden
kann, dass ein ungewolltes Öffnen
des Ventils beim Anstehen hoher interner Drücke verhindert wird.
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Ein
weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, einen Antriebmechanismus
für ein
Ventil zu schaffen, der das Ventil auch unter widrigen Umständen mit
einem minimalen Kraftaufwand öffnen kann.
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Ein
weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, am Schließpunkt des
Ventils eine gegen Null gehende Geschwindigkeit der Kurbelstange
des Ventils zu erreichen.
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Ein
weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist, einen Ventilregelmechanismus
zu schaffen, der ein Verbindungsglied besitzt, das ohne Änderung
der Betriebseigenschaften in jeder Richtung funktionsfähig ist.
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Diese
und weitere Anliegen der vorliegenden Erfindung werden durch die
Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungen
dieser Erfindung werden in den davon abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Damit
diese und weitere Anliegen der vorliegenden Erfindung leichter verständlich werden,
wird bei der detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
auf die folgenden Zeichnungen verwiesen:
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1 ist
eine Seitenansicht einer Einrichtung zum Betreiben eines Ventils,
bei der das Ventil in geöffneter
Stellung dargestellt ist und die Abdeckpaneele entfernt worden sind,
um das Innere der Einrichtung besser sichtbar zu machen;
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2 ist
eine gleiche Seitenansicht wie die in 1 aber mit
dem Ventil in geschlossener Stellung;
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3 ist
eine vergrößerte Seitenansicht des
in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Verbindungsglieds mit
dem Ventil in der geöffneten
Stellung;
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4 ist
eine gleiche Seitenansicht wie die in 3 aber mit
dem Ventil in geschlossener Stellung; und
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5 ist
eine weitere vergrößerte Seitenansicht
zur Darstellung einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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An
Hand der Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung mit besonderem
Bezug auf einen Stellmechanismus zum Schließen und Öffnen eines Ventils beschrieben.
Aus der nun folgenden Offenlegung sollte es aber offensichtlich
werden, dass der Mechanismus einen größeren Anwendungsbereich hat
und für
verschiedene andere Aufgaben eingesetzt werden kann, bei denen es
darum geht, einen Hebelarm oder Ähnliches
zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition zu bewegen.
Der Stellmechanismus der vorliegenden Erfindung liefert ein hohes
Drehmoment und gleichzeitig die Möglichkeit, beispielsweise ein
Ventil in seiner geschlossenen Endposition gegen hohe interne Drücke, insbesondere
Druckspitzen, zu verriegeln und das Ventil auch bei gleich hohen
Drücken,
die das Ventil möglicherweise
geschlossen halten, auch wieder zu entriegeln. Darüber hinaus
ist die Ausführung
der vorliegenden Erfindung so ausgerichtet, dass die Kurbelstange
eines Ventils eine Schließgeschwindigkeit
nahe Null übertragen
bekommt, wodurch die auf die Bauteile des Ventils wirkenden Schließkräfte stark
verringert werden.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt, ist die Ausführung der
vorliegenden Erfindung in einer generell mit 10 bezifferten
Halterung montiert, von der die Außenwände entfernt wurden, um das
Innere besser sichtbar zu machen. Die Halterung besteht aus einer
unteren Kammer 12 und einem auf der Kammer montierten oberen
Rahmen 13. Ein hydraulischer Antrieb 15 ist in
dem oberen Rahmen montiert und umfasst einen Zylinder 17 mit
darin enthaltener Kolbenstange 18, die so angeordnet ist,
dass sie sich, wie durch die Pfeile dargestellt, in vertikaler Richtung
auf und nieder bewegen kann. An einem an der Hinterwand 22 der
unteren Kammer montierter Bolzenflansch 21 ist ein generell
mit 20 beziffertes Ventil befestigt. Eine Kurbelstange 25 ist
an der Ventilspindel 26 montiert und so angeordnet, dass
sie zwischen einer in 1 dargestellten vollständig geöffneten
Stellung und einer in 2 dargestellten vollständig geschlossenen
Stellung bewegt werden kann.
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Die
Kolbenstange des hydraulischen Antriebs ist mittels eines Verbindungsglieds 31 mit
einem generell mit 30 bezifferten dreieckförmigen Kurbelarm
verbunden. In beide Enden des Verbindungsglieds ist jeweils eine
Lastöse 33 so
eingeschraubt, das die Länge
des Verbindungsglieds verstellt werden kann. Die obere Lastöse ist drehbar
an das außen
liegende Ende des Kolbenschafts des hydraulischen Antriebs angeschlossen.
Die untere Lastöse ist
an einer Ecke 34 des Kurbelarms drehbar an dem Kurbelarm
angeschlossen (3 und 4).
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Der
Kurbelarm sitzt drehbar auf einem Schaftstumpf 35, der
an der Hinterwand des Gestells montiert und an der zweiten Ecke 37 durch
den Kurbelarm gesteckt ist. Der Mittelpunkt 38 des Schaftstumpfes
stellt somit einen festen Drehpunkt dar (4), um den
sich der Kurbelarm dreht, wenn der Kolbenschaft 18 des
hydraulischen Antriebs aus- oder eingefahren wird.
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Das äußere Ende
der Kurbelstange 25 des Ventils ist mittels eines zweiten,
kürzeren
Verbindungsglieds 40 drehbar an der dritten Ecke 39 des Kurbelarms
befestigt. An den gegenüber
liegenden Enden des Verbindungsglieds sind ebenfalls Lastösen 41 eingeschraubt.
Die obere Lastöse
ist mit einem geeigneten Bauelement drehbar an der Ecke 39 am
Kurbelarm und die untere Lastöse
in gleicher Weise mit dem äußeren Ende
der Kurbelstange verbunden.
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Die
Arbeitsweise der hier vorgestellten Verbindungsglieder wird unter
Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
Bei dieser besonderen Ausführung
ist die Anordnung so, dass das Ventil vollkommen geöffnet ist,
wenn sich die Kurbelstange, wie in 3 dargestellt,
in der 12 Uhr Position befindet. Eine Drehung der Kurbelstange um
90° im Uhrzeigersinn
führt zu
einem vollständig
geschlossenen Zustand des Ventils. Die Geometrie des Kurbelarms und
die Längen
der Verbindungsglieder sind mit dem Hub des hydraulischen Antriebs
so abgestimmt, dass die Kurbelstange mit der einwärts und
auswärts
gerichteten Bewegung des Kolbenschafts 31 den erforderlichen
Weg zurücklegt.
Wenn, wie in 4 dargestellt, das Ventil vollständig geschlossen
ist, liegen der Schaft 35, der Drehpunkt 50 an
der Ecke 39 des Kurbelarms sowie der Drehpunkt 51 am äußeren Ende
der Kurbelstange 25 des Ventils alle auf einer gemeinsamen
Mittenlinie 53. Zu diesem Zeitpunkt liegt auch das Verbindungsglied 40 axial
auf der Mittenlinie. Folglich wirken Drücke oder Druckspitzen, die
innerhalb des Ventils entstehen und ein Öffnen des Ventils nach sich
ziehen könnten,
direkt in Richtung der Mittenlinie, wo ihnen von dem Kurbelarm und
dem Verbindungsglied ein starker Wiederstand entgegenwirkt, da beide
eine starre Einheit zwischen dem Schaftstumpf und der in Längsrichtung
druckbelasteten Kurbelstange bilden.
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Zum Öffnen des
Ventils wird der Kolbenschaft leicht eingefahren, wodurch der Drehpunkt 51 von
der Mittenlinie 53 weggezogen und das Ventil schnell von
jedweden Kräften,
die das Ventil geschlossen halten würden, entriegelt wird.
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Ein
justierbarer Anschlag 60 (1 und 2)
befindet sich innerhalb des Gehäuses,
der die rückwärts gerichtete
Bewegung der Hebelstange anhält,
sobald sie in die vollkommen geöffnete
Stellung gebracht worden ist.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird hier eine zweite Ausführung der
vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der der dreieckige Kurbelarm
durch zwei im Winkel zueinander gestellte Stangen 70 und 71 ersetzt
wird. Die beiden übereinander
liegenden Enden der Stangen sind auf der gemeinsamen, auf dem feststehenden
Schaftstumpf 35 drehbar montierten Nabe 73 befestigt.
Somit werden die beiden Stangen gleichzeitig bewegt, wenn der Kolbenschaft
des hydraulischen Antriebs aus- oder eingefahren wird. In 5 ist
die Kurbelstange 26 des Ventils ebenfalls in der geschlossen
Stellung dargestellt. Auch hier ist die Verbindung zwischen dem
hydraulischen Antrieb und der Kurbelstange so eingestellt, dass
die Stange 71 und das Verbindungsglied 40 auf
einer Achse entlang der gemeinsamen Mittenlinie 53 liegen
und dadurch eine maximale Haltekraft auf die Kurbelstange des Ventils
ausüben,
die den internen Kräften,
die das Ventil sonst öffnen
könnten,
entgegengerichtet ist.
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Der
Kurbelarm 30 und das Verbindungsglied 40 sind
so angeordnet, dass sich die beiden Körper um den gemeinsamen Drehpunkt 50 relativ
zueinander drehen können.
Wie in 4 dargestellt, geht die Geschwindigkeit der Kurbelstange 25 gegen
Null, sobald das Verbindungsglied mit der durch die Mitte des Schaftstumpfes 35 führenden
Mittenlinie 53 ausgerichtet wird. Wenn dieser Null-Geschwindigkeitspunkt
auch der Schließposition
des Ventils entspricht, dann sind die beim Schließen generierten Stoßkräfte innerhalb
des Ventils gegenüber
herkömmlichen
Ventilschließvorrichtungen
erheblich verringert. Auch zu beachten ist, dass es bei der vorliegenden
Erfindung keine Einschränkung
gibt, wo der Montagepunkt des Antriebs relativ zum Ventil angeordnet
ist. Die Betriebseigenschaften des Ventilantriebs bleiben von der
Lage des Antriebs unabhängig, solange
sich die Punkte 35, 50 und 51 zum Zeitpunkt des
Schließens
auf einer gemeinsamen Mittenlinie ausgerichtet sind.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf den hierbei offengelegten
Aufbau beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten
beschränkt,
sondern soll alle Modifikationen und Änderungen innerhalb des durch
die folgenden Ansprüche
abgesteckten Rahmens abdecken.