WO2014037271A1 - Schalt- und/oder stetigventil - Google Patents

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WO2014037271A1
WO2014037271A1 PCT/EP2013/067875 EP2013067875W WO2014037271A1 WO 2014037271 A1 WO2014037271 A1 WO 2014037271A1 EP 2013067875 W EP2013067875 W EP 2013067875W WO 2014037271 A1 WO2014037271 A1 WO 2014037271A1
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actuator
eccentric element
switching
rotation
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PCT/EP2013/067875
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Jakob Hermann
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Voith Patent GmbH
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    • F16K31/44—Mechanical actuating means
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    • F16K31/52—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
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    • F16K31/52475—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam comprising a sliding valve
    • F16K31/52483—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam comprising a sliding valve comprising a multiple-way sliding valve
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    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/065—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members
    • F16K11/07—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/52—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
    • F16K31/523—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam comprising a sliding valve

Definitions

  • the present invention relates in detail to a switching and / or continuous valve according to the preamble of claim 1.
  • switching and continuous valves are for example as
  • Piston slide valves known.
  • a valve spool (piston) is moved relative to control edges in the valve housing in such a way that desired flow cross sections for a to be controlled, through the valve flow medium in different switching positions of
  • valve is designed as a rotary valve and thus the various switching positions are defined by different rotational positions of the rotary valve relative to control edges in the housing. Since the present invention is applicable to any switching and / or continuous valves, both rotary valves in an embodiment of the valve as
  • Rotary slide valve as well as spool in one embodiment of the valve referred to as a spool valve as a valve body and the together with the valve body the flow cross-section defining control edges are referred to as a valve seat.
  • the invention is not only in addition
  • Piston slide valves and rotary valves but other valves with at least one valve body and a valve seat applicable.
  • Pre-piloted and direct-operated valves are differentiated.
  • pilot operated valves the valve body is moved hydraulically, in turn, hydraulic valves are used to generate the hydraulic pilot forces, which then usually have to work much smaller and faster than the main stage shown.
  • an actuator for example driven by an electric motor or an electromagnet, operates directly on the valve body of the main stage.
  • directly controlled Valves are simpler in construction, but limited by the applied control forces in the size and the speed of the valve body.
  • the spools (valve bodies) are each subjected to a spring force at their two axial ends, thereby mechanically pushing the spool valve into a centered fail-safe position when pilot pressures or control signals are turned off, see, for example, Murrenhoff, H. Fundamentals of Fluid Technology, 2005, Part 1:
  • the present invention has for its object to provide a switching and / or continuous valve, which has a very precisely reproducible fail-safe position or has starting position and in which advantageously the centering force in nominal operation does not adversely affect the adjustment.
  • An inventive switching and / or continuous valve comprises a valve drive and at least one of the valve drive directly or indirectly actuated
  • valve body may also be referred to as a valve spool or piston, for example as a rotary valve, when the valve is designed as a rotary valve, or as a piston valve, when the valve is designed as a spool valve.
  • the valve according to the invention (switching and / or continuous valve) has at least one valve seat, which together with the valve body a
  • valve seat can be formed for example by a valve housing and in particular by control edges in this, which together with the valve body or corresponding control edges on the valve body the
  • the valve drive comprises a rotary drive which has an actuator which can be rotated via an axis of rotation.
  • the actuator is coupled to the valve body in such a way, in particular mechanically, that the position or the position of the valve body changes relative to the valve seat as a function of the rotational position of the actuator. This means that by rotationally driving the actuator of the
  • Flow cross section between the valve body and valve seat is more or less open or closed.
  • the rotatable actuator by an electric motor
  • Drive shaft of the engine in alignment, in particular one piece or torsionally rigid connected with the actuator is executed.
  • Drive connection may be provided to transmit the rotational movement of the drive shaft of the motor to the actuator.
  • the engine is for example as
  • an eccentric eccentrically mounted on the axis of rotation of the actuator eccentric element is now associated with the actuator which is rotationally rigidly connected to the actuator, in particular in one piece with this and thus rotates or pivots together with the actuator.
  • the eccentric element can also form the actuator at the same time.
  • the eccentric element may be rotatably mounted on its own (further) axis of rotation and in a drive connection, in particular a mechanical drive connection, for example via a transmission, with the actuator.
  • the transmission for example, a
  • the eccentric element is a spring-actuated
  • the rear part device has a plunger, which is pressed by means of a spring against the eccentric element.
  • the spring can be designed as a mechanical spring, for example as a compression spring or tension spring, but other springs come, for example
  • the return device advantageously has a via a control signal or a control pressure in particular actively actuated disengaging device with the plunger is coupled against the force of the spring acting to in the presence of the
  • valve body may be in a drive connection for common rotation with the actuator.
  • valve body is rotationally rigidly connected to the actuator or designed in one piece with the actuator.
  • the valve body is connected via a gear for converting a rotational movement in a linear motion on the actuator, for example via a connecting rod connected eccentrically to the axis of rotation of the actuator and further connected to the valve body or a corresponding connecting rod.
  • the eccentric element carries the connection point for the connecting rod or the connecting rod.
  • the eccentric element can be positioned directly on the output shaft of a drive motor, in particular a stepping motor or servomotor, or can be in rotationally rigid connection therewith and eccentrically to the axis of rotation the connection point for the connecting rod or the
  • Valve body in particular a spool valve with control edges, which slides in a reciprocating linear valve body, be connected.
  • a transmission for converting the rotary motion into a linear movement other embodiments come into consideration, only by way of example other crank gears or cam gears, the latter, for example, with an eccentric on
  • the plunger may have a the eccentric facing concave opening into which an opposite convex, in particular cylindrical or spherical surface of the eccentric element, at least in the starting position in adjacent position of the plunger on the Eccentric immersed. According to one embodiment, that emerges
  • Eccentric element while only partially in the opening which is for example designed such that the plunger has a the eccentric facing fork-shaped end. It is particularly favorable if the mutually facing surfaces of the eccentric element and of the plunger are configured in such a way that a punctiform or linear contact, in particular at exactly two points, namely at a fork-shaped configuration, results in an exact location on each fork.
  • the disengagement device by means of which the plunger is partially or completely lifted against the spring force by the eccentric element, can for example have a drive with an electromagnet or a hydraulic or pneumatic piston or the like. Others too
  • Embodiments for example with mechanical levers, which are connected to the valve body or are actuated by the latter come into consideration.
  • the eccentric element is designed as eccentrically mounted on its axis of rotation (r) circular disc or cylinder.
  • connection point of the connecting rod or the connecting rod, the axis of rotation of the eccentric element and the effective direction of the spring force of the spring acting on the plunger are in line.
  • Figure 1 is a schematic representation of a linear spool valve with motorized valve actuation, in which the invention can be applied;
  • FIG. 2 shows an eccentric element and a spring-actuated rear part device for the spool valve according to FIG. 1 in different embodiments
  • valve 1 shows a valve according to the invention in the form of a continuous valve according to the piston valve type, comprising a valve actuator 1, which actuates a valve body 2, so that it with a valve seat 3 within a
  • Valve housing 4 cooperates to the flow cross-section of a
  • a flow medium flows from the inlet 6 illustrated by way of example via the flow path 5 to the outlet 7. 1 or to the outlet 7.2, depending on whether the valve body 2, starting from its starting position (X) shown in FIG or other direction is shifted.
  • the flow path from the inlet 6 to, at outlets 7.1, 7.2 interrupted by the valve body 2.
  • the valve drive 1 has an actuator 8 which is rotatable about the axis of rotation 9.
  • a connecting rod 10 is connected eccentrically to the rotation axis 9, which is connected with its second end to the valve body 2 is, so as to the rotational movement of the actuator 8 in a linear movement of the
  • the actuator 8 when it itself forms the eccentric element 11 or is mounted eccentrically on the axis of rotation 9 in addition to the actuator 8 and connected to it, is now mounted on the axis of rotation 9 together with the connection point 12 (see also FIG. 1) is pivoted or tilted over the axis of rotation 9 when the valve drive 1 is actuated.
  • the valve drive 1 In a drive of the valve drive 1 from the starting position X0 in the position + X1 is the
  • Eccentric 11 is rotated together with the connection point 12 in a first direction. In the adjustment from the initial position X0 in the position -XI, however, takes place a pivoting in a second direction opposite to the first direction.
  • Force direction of the spring 15 is numbered 16 in the present case.
  • the lateral deflection relative to the direction of force 16 during the transition to the position -XI is opposite to the lateral deflection during the transition to the position + X1, assigned to the angle of rotation -a or the angle of rotation + a, as shown in FIG.
  • the plunger 13 is by means of the force of the spring 15 with its illustrated fork-shaped end, formed by the concave opening 18, against the
  • the disengaging device 17 can be formed for example by an electromagnet and counteracts in the sense of a displacement of the plunger 13 the force of the spring 15 to lift the plunger 13 from the eccentric 11.
  • the non-activated state of the disengaging device 17 is shown, in which thus the spring 15, the system of the plunger 13 on
  • Eccentric 11 causes.
  • the activated state of the disengaging device 17 is shown, in which the plunger 13 is lifted from the eccentric 11.
  • the eccentric element could be rigidly connected to a corresponding rotary valve or partially formed by this or in a drive connection with this, in order to move in its initial position, the rotary valve in the

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Description

Schalt- und/oder Stetigventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schalt- und/oder Stetigventil im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Hydraulik sind Schalt- und Stetigventile beispielsweise als
Kolbenschieberventile bekannt. In einem Ventilgehäuse wird ein Ventilschieber (Kolben) relativ zu Steuerkanten im Ventilgehäuse derart bewegt, dass sich gewünschte Strömungsquerschnitte für ein zu steuerndes, durch das Ventil geleitetes Strömungsmedium in verschiedenen Schaltstellungen des
Ventilschiebers ergeben. Eine andere Ausführungsform hingegen sieht
beispielsweise vor, dass das Ventil als Drehschieberventil ausgeführt ist und somit die verschiedenen Schaltstellungen durch verschiedene Verdrehpositionen des Drehschiebers relativ zu Steuerkanten im Gehäuse definiert werden. Da die vorliegende Erfindung bei jeglichen Schalt- und/oder Stetigventilen anwendbar ist, werden sowohl Drehschieber in einer Ausführungsform des Ventils als
Drehschieberventil als auch Kolbenschieber bei einer Ausführungsform des Ventils als Kolbenschieberventil als Ventilkörper bezeichnet und die zusammen mit dem Ventilkörper den Strömungsquerschnitt bestimmenden Steuerkanten werden als Ventilsitz bezeichnet. Die Erfindung ist darüber hinaus nicht nur bei
Kolbenschieberventilen und Drehschieberventilen, sondern weiteren Ventilen mit wenigstens einem Ventilkörper und einem Ventilsitz anwendbar.
Es werden vorgesteuerte und direktgesteuerte Ventile unterschieden. Bei vorgesteuerten Ventilen wird der Ventilkörper hydraulisch bewegt, wobei zur Erzeugung der hydraulischen Vorsteuerkräfte wiederum hydraulische Ventile verwendet werden, welche dann in der Regel deutlich kleiner und schneller als die dargestellte Hauptstufe arbeiten müssen. Bei direktgesteuerten Ventilen arbeitet hingegen ein Aktuator, beispielsweise angetrieben durch einen Elektromotor oder einen Elektromagnet, direkt auf den Ventilkörper der Hauptstufe. Direktgesteuerte Ventile sind einfacher im Aufbau, jedoch durch die aufzubringenden Steuerkräfte in der Baugröße und der Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers begrenzt.
Unabhängig von der Betätigungsart wird von Hydraulikventilen oft verlangt, dass bei Wegfall eines Ansteuersignais oder beim Schalten der Steuerkreise in einen energiefreien Zustand der Ventilkörper in eine konstruktiv definierte Stellung verbracht wird. Diese Stellung wird im Allgemeinen als Fail-Safe-Stellung bezeichnet. Diese Schaltstellung bei energiefreiem Steuerkreis, vorliegend auch als Ausgangsstellung bezeichnet, soll einen hydraulisch definierten und
beherrschbaren wie ungefährlichen Zustand zur Folge haben.
Herkömmlich werden bei Kolbenschieberventilen die Kolbenschieber (Ventilkörper) an ihren beiden axialen Enden mit jeweils einer Federkraft beaufschlagt, um dadurch den Kolbenschieber mechanisch in eine zentrierte Fail-Safe-Stellung zu schieben, wenn Vorsteuerdrücke oder Stellsignale abgeschaltet werden, siehe beispielsweise Murrenhoff, H., Grundlagen der Fluidtechnik, 2005, Teil 1:
Hydraulik, S. 227, ISBN 3-8265-9446-0. Das Prinzip der Federzentrierung weist jedoch Nachteile auf. So ist die federzentrierte Position definiert durch das
Kräftegleichgewicht der an den beiden Stirnseiten positionierten Zentrierfedern. Unvermeidliche Reibung und Hysterese haben zur Folge, dass die Fail-Safe- Stellung nur mit einer Unsicherheit beziehungsweise Varianz eingestellt werden kann. Ferner wirkt die Federzentrierkraft beider Federn ständig, das heißt auch im Nennbetrieb des Ventils. Die Betätigungskraft des Ventils ist stets gegen die Zentrierkraft gerichtet, wodurch eine vergleichsweise höhere Betätigungskraft aufgebracht werden muss, was wiederum nachteilig hinsichtlich der
Einstellgenauigkeit sowie der Kosten und Größe des Ventilantriebs ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schalt- und/oder Stetigventil anzugeben, das eine sehr exakt reproduzierbare Fail-Safe-Stellung beziehungsweise Ausgangsstellung aufweist und bei welchem vorteilhaft die Zentrierkraft im Nennbetrieb die Verstellkraft nicht ungünstig beeinflusst.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Schalt- und/oder Stetigventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Schalt- und/oder Stetigventil umfasst einen Ventilantrieb und wenigstens einen vom Ventilantrieb mittelbar oder unmittelbar betätigten
Ventilkörper. Der Ventilkörper kann auch als Ventilschieber oder Kolben bezeichnet werden, beispielsweise als Drehschieber, wenn das Ventil als Drehschieberventil ausgeführt ist, oder als Kolbenschieber, wenn das Ventil als Kolbenschieberventil ausgeführt ist.
Das erfindungsgemäße Ventil (Schalt- und/oder Stetigventil) weist wenigstens einen Ventilsitz auf, der zusammen mit dem Ventilkörper einen
Strömungsquerschnitt für durch das Ventil geleitetes Strömungsmedium begrenzt. Der Ventilsitz kann beispielsweise durch ein Ventilgehäuse gebildet werden und insbesondere durch Steuerkanten in diesem, die zusammen mit dem Ventilkörper beziehungsweise entsprechenden Steuerkanten auf dem Ventilkörper den
Strömungsquerschnitt für das Strömungsmedium, das durch das Ventil strömt, begrenzen. Der Strömungsquerschnitt wird in Abhängigkeit der Position oder der Stellung des Ventilkörpers relativ zum Ventilsitz verändert, um so in einer Schaltstellung den Strömungsquerschnitt stärker oder vollständig zu reduzieren und in einer anderen Schaltstellung stärker oder vollständig freizugeben. Der Ventilantrieb umfasst einen Drehantrieb, der einen über einer Drehachse verdrehbaren Aktuator aufweist. Der Aktuator ist mit dem Ventilkörper derart, insbesondere mechanisch, gekoppelt, dass sich die Position oder die Stellung des Ventilkörpers relativ zum Ventilsitz in Abhängigkeit der Drehstellung des Aktuators ändert. Das bedeutet, dass durch Drehantreiben des Aktuators der
Strömungsquerschnitt zwischen Ventilkörper und Ventilsitz mehr oder minder geöffnet oder geschlossen wird.
Beispielsweise kann der verdrehbare Aktuator durch einen Elektromotor,
Hydromotor oder pneumatischen Motor angetrieben werden, wobei die
Antriebswelle des Motors fluchtend, insbesondere einteilig oder drehstarr angeschlossen mit dem Aktuator ausgeführt ist. Alternativ kann zwischen der Antriebswelle und dem Aktuator ein Getriebe oder eine andere mechanische oder auch nicht mechanische, beispielsweise hydraulische oder pneumatische
Triebverbindung vorgesehen sein, um die Drehbewegung der Antriebswelle des Motors auf den Aktuator zu übertragen. Der Motor ist beispielsweise als
Schrittmotor ausgeführt.
Erfindungsgemäß ist nun dem Aktuator ein exzentrisch auf der Drehachse des Aktuators gelagertes Exzenterelement zugeordnet, das drehstarr am Aktuator angeschlossen ist, insbesondere einteilig mit diesem ausgeführt ist und somit zusammen mit dem Aktuator umläuft beziehungsweise verschwenkt wird. Das Exzenterelement kann auch zugleich den Aktuator ausbilden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Exzenterelement auf einer eigenen (weiteren) Drehachse drehbar gelagert sein und in einer Triebverbindung, insbesondere mechanischen Triebverbindung, beispielsweise über ein Getriebe, mit dem Aktuator stehen. Hierbei kann das Getriebe beispielsweise eine
Übersetzung aufweisen, um das Drehmoment des Aktuators bei der Übertragung auf das Exzenterelement zu erhöhen. Erfindungsgemäß ist dem Exzenterelement eine federbetätigte
Rücksteilvorrichtung zugeordnet, die im Sinne eines Rückdrehens des
Exzenterelementes über seiner Drehachse in eine Ausgangsstellung, der sogenannten Fail-Safe-Stellung, wirkt. Die Rücksteilvorrichtung weist einen Stößel auf, der mittels einer Feder gegen das Exzenterelement gepresst wird. Die Feder kann dabei als mechanische Feder, beispielsweise als Druckfeder oder Zugfeder ausgeführt sein, jedoch kommen auch andere Federn, beispielsweise
pneumatische oder hydraulische Federn in Betracht. Um eine ungünstige Auswirkung der rückstellenden Federkraft über den Stößel auf den Aktuator im Sinne einer Beeinflussung der notwendigen für die Betätigung des Ventils im Nennbetrieb aufzubringenden Verdrehkraft zu vermeiden, weist die Rücksteilvorrichtung vorteilhaft eine über ein Steuersignal oder einen Steuerdruck insbesondere aktiv betätigbare Ausrückeinrichtung auf, die mit dem Stößel entgegen der Kraft der Feder wirkend gekoppelt ist, um bei Vorliegen des
Steuersignals oder des Steuerdruckes ein Abheben des Stößels vom
Exzenterelement zu bewirken. Somit kann im Nennbetrieb des Ventils erreicht werden, dass sich das Exzenterelement frei über seiner Drehachse, die
insbesondere mit der Drehachse des Aktuators zusammenfällt, verdrehen kann. Im Auslösefall der Rücksteilvorrichtung hingegen, wenn das Steuersignal oder der Steuerdruck nicht wirkt, entfällt die abrückende Kraft der Ausrückeinrichtung, sodass sich der Stößel aufgrund der Federkraft gegen das Exzenterelement anlegt und dieses in die Ausgangsstellung zurückdreht. Wenn das Ventil als Drehschieberventil ausgeführt ist, kann der Ventilkörper in einer Triebverbindung zur gemeinsamen Verdrehung mit dem Aktuator stehen. Alternativ ist der Ventilkörper drehstarr am Aktuator angeschlossen oder einteilig mit dem Aktuator ausgeführt. Wenn das Ventil als lineares Kolbenschieberventil ausgeführt ist, so ist der Ventilkörper über ein Getriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung am Aktuator angeschlossen, beispielsweise über ein exzentrisch zu der Drehachse des Aktuator angeschlossenes und ferner am Ventilkörper angeschlossenes Pleuel oder eine entsprechende Pleuelstange. Besonders günstig ist es, wenn das Exzenterelement den Anschlusspunkt für das Pleuel oder die Pleuelstange trägt. Beispielsweise kann das Exzenterelement unmittelbar auf der Abtriebswelle eines Antriebsmotors, insbesondere Schritt- oder Servomotors positioniert sein oder in drehstarrer Verbindung mit dieser stehen und exzentrisch zu der Drehachse den Anschlusspunkt für das Pleuel beziehungsweise die
Pleuelstange tragen, der/die mit seinem/ihrem anderen axialen Ende am
Ventilkörper, insbesondere einem Kolbenschieber mit Steuerkanten, der in einem Ventilgehäuse reziprok linear gleitet, angeschlossen sein. Als Getriebe zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Linearbewegung kommen auch andere Ausführungsformen in Betracht, nur beispielhaft wird auf andere Kurbelgetriebe oder Kurvengetriebe, letzteres beispielsweise mit einem Exzenter der am
Ventilkörper angreift, verwiesen.
Um eine besonders zuverlässige und zugleich reibungsarme Rückstellung des Exzenterelementes in die Ausgangsstellung mittels der federbetätigten
Rückstell Vorrichtung, im Einzelnen durch drehendes Zurückschieben mit dem Stößel zu erreichen, kann der Stößel eine dem Exzenterelement zugewandte konkave Öffnung aufweisen, in welche eine entgegengesetzte konvexe, insbesondere zylindrische oder sphärische Oberfläche des Exzenterelementes, zumindest in der Ausgangsstellung bei anliegender Stellung des Stößels an dem Exzenterelement eintaucht. Gemäß einer Ausführungsform taucht das
Exzenterelement dabei nur teilweise in die Öffnung ein, die beispielsweise derart ausgebildet ist, dass der Stößel ein dem Exzenterelement zugewandtes gabelförmiges Ende aufweist. Besonders günstig ist es, wenn die sich einander zugewandten Oberflächen des Exzenterelementes und des Stößels derart ausgeführt sind, dass sich eine punktförmige oder linienförmige Berührung, insbesondere an genau zwei Stellen, nämlich bei einer gabelförmigen Ausgestaltung an jeder Gabel eine genaue Stelle, ergibt.
Die Ausrückeinrichtung, mittels welcher der Stößel entgegen der Federkraft vom Exzenterelement teilweise oder vollständig abgehoben wird, kann beispielsweise einen Antrieb mit einem Elektromagneten oder einem hydraulischen oder pneumatischen Kolben oder dergleichen aufweisen. Auch andere
Ausführungsformen, beispielsweise mit mechanischen Hebeln, die am Ventilkörper angeschlossen sind oder durch diesen betätigt werden, kommen in Betracht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Stößel der
Rücksteilvorrichtung eine Doppelfunktion auf. So dient er nicht nur dem
rückstellenden Beaufschlagen des Exzenterelementes mit einer Rückstell kraft, zumindest wenn die Ausrückeinrichtung deaktiviert ist, sondern er bildet zugleich wenigstens einen Anschlag oder vorteilhaft jeweils einen Anschlag pro
Drehrichtung für das Exzenterelement und damit unmittelbar oder mittelbar auch für den Aktuator aus, um den Verstellweg des Ventils zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Exzenterelement als exzentrisch auf seiner Drehachse gelagerte(r) Kreisscheibe oder Zylinder ausgeführt. Andere
Ausführungsformen sind möglich.
Günstig ist es, wenn in der Ausgangsstellung des Exzenterelementes der
Anschlusspunkt des Pleuels beziehungsweise der Pleuelstange, der Drehachse des Exzenterelementes sowie die Wirkrichtung der Federkraft der den Stößel beaufschlagenden Feder auf einer Linie liegen. Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines linearen Kolbenschieberventils mit motorischer Ventilbetätigung, bei welcher die Erfindung angewendet werden kann;
Figur 2 ein Exzenterelement und eine federbetätigte Rücksteilvorrichtung für das Kolbenschieberventil gemäß der Figur 1 in verschiedenen
Schaltstellungen.
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Ventil in Form eines Stetigventils nach der Kolbenschieberbauart dargestellt, umfassend einen Ventilantrieb 1, der einen Ventilkörper 2 betätigt, damit dieser mit einem Ventilsitz 3 innerhalb eines
Ventilgehäuses 4 zusammenarbeitet, um den Strömungsquerschnitt eines
Strömungsweges 5 durch das Ventil mehr oder minder zu begrenzen. In
Abhängigkeit der Stellung des Ventilkörpers 2 strömt ein Strömungsmedium vom exemplarisch dargestellten Einlass 6 über den Strömungsweg 5 zum Auslass 7. 1 oder zum Auslass 7.2, je nachdem ob der Ventilkörper 2 ausgehend von seiner in der Figur 1 oben dargestellten Ausgangsstellung (X) in die eine oder andere Richtung verschoben wird. In der Ausgangsstellung ist im gezeigten Beispiel der Strömungsweg vom Einlass 6 zu, bei Auslässen 7.1, 7.2 durch den Ventilkörper 2 unterbrochen.
Der Ventilantrieb 1 weist einen Aktuator 8 auf, der über der Drehachse 9 verdrehbar ist. Am Aktuator 8 ist exzentrisch zur Drehachse 9 ein Pleuel 10 angeschlossen, welcher mit seinem zweiten Ende am Ventilkörper 2 angeschlossen ist, um so die Drehbewegung des Aktuators 8 in eine Linearbewegung des
Ventilkörpers 2 umzuwandeln.
Wie im Einzelnen in der Figur 2 dargestellt ist, ist nun der Aktuator 8, wenn dieser selbst das Exzenterelement 11 ausbildet oder (nicht dargestellt) ein zusätzlich zu dem Aktuator 8 vorgesehenes und an diesem angeschlossenes Exzenterelement derart exzentrisch auf der Drehachse 9 gelagert, dass dieses zusammen mit dem Anschlusspunkt 12 (siehe auch die Figur 1) über der Drehachse 9 verschwenkt oder verkippt wird, wenn der Ventilantrieb 1 betätigt wird. Bei einem Antrieb des Ventilantriebs 1 aus der Ausgangsstellung X0 in die Stellung +X1 wird das
Exzenterelement 11 zusammen mit dem Anschlusspunkt 12 in eine erste Richtung verdreht. Bei der Verstellung aus der Ausgangsstellung X0 in die Stellung -XI erfolgt hingegen eine Verschwenkung in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung.
Mit einer Verschwenkung des Exzenterelementes 11 über der Drehachse 9 erfolgt eine seitliche Auslenkung gegenüber dem federbetätigten Stößel 13 der
Rücksteilvorrichtung 14, bezogen auf die Kraftrichtung der Feder 15. Diese
Kraftrichtung der Feder 15 ist vorliegend mit 16 beziffert.
Die seitliche Auslenkung gegenüber der Kraftrichtung 16 beim Übergang in die Position -XI ist entgegengesetzt zu der seitlichen Auslenkung beim Übergang in die Position +X1, zugeordnet zu dem Verdrehwinkel -a beziehungsweise dem Verdrehwinkel +a, wie in der Figur 2 dargestellt.
Der Stößel 13 wird mittels der Kraft der Feder 15 mit seinem dargestellten gabelförmigen Ende, gebildet durch die konkave Öffnung 18, gegen das
Exzenterelement 11 gepresst, solange die Ausrückeinrichtung 17 nicht aktiviert ist. Die Ausrückeinrichtung 17 kann beispielsweise durch einen Elektromagneten gebildet werden und wirkt im Sinne einer Verschiebung des Stößels 13 entgegen der Kraft der Feder 15, um den Stößel 13 vom Exzenterelement 11 abzuheben. Ganz links in der Figur 2 ist der nicht aktivierte Zustand der Ausrückeinrichtung 17 dargestellt, in welchen somit die Feder 15 die Anlage des Stößels 13 am
Exzenterelement 11 bewirkt. In den übrigen Darstellungen ist der aktivierte Zustand der Ausrückeinrichtung 17 dargestellt, in welchem der Stößel 13 vom Exzenterelement 11 abgehoben ist.
Wie man leicht aus der Figur 2 erkennen kann, bewirkt nun im seitlich
ausgelenkten Zustand des Exzenterelementes 11 ein Ausschalten der
Ausrückeinrichtung 17, dass der Stößel 13 durch die Federkraft der Feder 15 gegen das Exzenterelement 11 gedrückt wird und dieses im Sinne eines
Rückstellens in die Ausgangsstellung in der Position XO wirkt. Gleichzeitig wird hierdurch über den Aktuator 8, separat zum Exzenterelement 11 oder gebildet durch das Exzenterelement 11 der Ventilkörper 2 (siehe die Figur 1) in seine Ausgangsstellung, die sogenannte Fail-Safe-Stellung bewegt.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand eines Kolbenschieberventils erläutert wurde, ist sie genauso bei anderen Ventil bauarten anwendbar, beispielsweise bei einem Drehschieberventil. In einem solchen Fall könnte das Exzenterelement starr an einem entsprechenden Drehschieber angeschlossen sein oder teilweise durch diesen gebildet sein oder in einer Triebverbindung mit diesem stehen, um bei seiner Bewegung in die Ausgangsstellung auch den Drehschieber in die
Ausgangsstellung zu bewegen. Das gabelförmige Ende des Stößels 13 bildet, wie man in den seitlich ausgelenkten Stellungen des Exzenterelementes 11 erkennen kann, in jeder Drehrichtung des Exzenterelementes 11 einen Anschlag zur Begrenzung der Verdrehung des Exzenterelementes 11 über der Drehachse 9 und damit ebenfalls zur Begrenzung der Verdrehung des Aktuators 8 und somit der Bewegung des Ventilkörpers 2.

Claims

Patentansprüche
1. Schalt- und/oder Stetigventil
1.1 mit einem Ventilantrieb (1) und einem vom Ventilantrieb (1) mittelbar oder unmittelbar betätigten Ventilkörper (2);
1.2 mit wenigstens einem Ventilsitz (3), der zusammen mit dem Ventilkörper (2) einen Strömungsquerschnitt für ein durch das Ventil geleitetes
Strömungsmedium begrenzt, wobei der Strömungsquerschnitt in
Abhängigkeit der Position oder Stellung des Ventilkörpers (2) relativ zum Ventilsitz (3) veränderbar ist; und
1.3 der Ventilantrieb (1) einen Drehantrieb umfasst, der einen über einer
Drehachse (9) verdrehbaren Aktuator (8) aufweist, der mit dem
Ventilkörper (2) derart gekoppelt ist, dass sich die Position oder Stellung des Ventilkörpers (2) relativ zum Ventilsitz (3) in Abhängigkeit der
Drehstellung des Aktuators (8) ändert;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.4 dem Aktuator (8) ein exzentrisch auf der Drehachse (9) oder einer weiteren Drehachse gelagertes Exzenterelement (11) zugeordnet ist, das drehstarr am Aktuator (8) angeschlossen ist oder in Triebverbindung mit dem
Aktuator (8) steht, und
1.5 dem Exzenterelement (11) eine federbetätigte Rücksteilvorrichtung (14) mit einem mittels einer Feder (15) gegen das Exzenterelement (11) gepressten Stößel (13) zugeordnet ist, die im Sinne eines Rückdrehens des
Exzenterelementes (11) über seiner Drehachse (9) in eine Ausgangsstellung wirkt.
2. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücksteileinrichtung (14) eine über ein Steuersignal oder einen Steuerdruck aktiv betätigbare Ausrückeinrichtung (17) aufweist, die mit dem Stößel (13) entgegen der Kraft der Feder (15) wirkend gekoppelt ist, um bei Vorliegen des Steuersignals oder Steuerdruckes ein Abheben des Stößels (13) vom Exzenterelement (11) zu bewirken.
3. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass am Aktuator (8) ein Elektromotor, pneumatischer Motor oder Hydromotor zum Verdrehen des Aktuators (8) angeschlossen ist.
4. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als Drehschieberventil ausgeführt ist und der Ventilkörper (2) in einer Triebverbindung zur gemeinsamen Verdrehung mit dem Aktuator (8) steht oder drehstarr am Aktuator (8) angeschlossen ist.
5. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als lineares Kolbenschieberventil ausgeführt ist und der Ventilkörper (2) über ein Getriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung am Aktuator (8)
angeschlossen ist, insbesondere über ein exzentrisch zu der Drehachse (9) des Aktuators (8) angeschlossenes und am Ventilkörper (2)
angeschlossenes Pleuel (10).
6. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (13) eine dem Exzenterelement (11) zugewandte konkave Öffnung (18) aufweist, in welche eine
entgegengesetzte konvexe, insbesondere zylindrische oder sphärische Oberfläche des Exzenterelementes (11) in der Ausgangsstellung bei anliegender Stellung des Stößels (13) an dem Exzenterelement (11) eintaucht.
7. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterelement (11) den
Anschlusspunkt (12) des Pleuels (10) exzentrisch zu seiner Drehachse (9) trägt.
8. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausgangsstellung des Exzenterelementes (11) der
Anschlusspunkt (12) des Pleuels (10), die Drehachse (9) des
Exzenterelementes (11) und die Wirkrichtung (16) der Federkraft auf einer Linie liegen.
9. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterelement (11) als Kreisscheibe oder Zylinder ausgeführt ist.
10. Schalt- und/oder Stetigventil gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (13) bei aktiv betätigter
Ausrückeinrichtung (17) einen Anschlag (19) oder einen Anschlag (19) je Drehrichtung des Exzenterelementes (11) für das Exzenterelement (11) zur Begrenzung von dessen Verdrehung ausbildet.
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