WO2022112040A1 - Ventilantrieb und ventil - Google Patents

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WO2022112040A1
WO2022112040A1 PCT/EP2021/081696 EP2021081696W WO2022112040A1 WO 2022112040 A1 WO2022112040 A1 WO 2022112040A1 EP 2021081696 W EP2021081696 W EP 2021081696W WO 2022112040 A1 WO2022112040 A1 WO 2022112040A1
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WO
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valve
handle
drive
valve drive
end position
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/081696
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English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Renner
Klaus Frankenbach
Uwe SCHMEZER
Original Assignee
Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft
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Publication date
Application filed by Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft filed Critical Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft
Publication of WO2022112040A1 publication Critical patent/WO2022112040A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/52—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/16—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam

Definitions

  • the description relates to advances in the field of process valves.
  • a first aspect of the description is directed towards a valve drive for a valve, in particular for a diaphragm valve.
  • This valve drive comprises: a handle that can be pivoted about an axis of rotation; a first axially moveable drive member; a gearbox disposed between the handle and the first drive member; a second axially movable drive element with a distal connection section for connection to a plug of the valve and/or for contacting the plug of the valve; and at least one compression spring unit disposed between the first and second drive members.
  • the valve can thus advantageously be opened and closed in a simplified manner via the handle.
  • the actuation can be done easily and quickly.
  • the gearing advantageously ensures that the manually introduced torque is converted into a lifting movement of a shut-off means that can be arranged on the connecting section.
  • a shut-off means that can be arranged on the connecting section.
  • the compression spring arranged between the drive elements, together with the closed position of the first drive element, defines the closing pressure acting on the blocking means, independently of the manual torque applied.
  • the valve can thus be actuated by the user without the user being able to adversely affect the closing or opening process.
  • the compression spring unit not only ensures that the contact pressure of the shut-off means is independent of the force applied by the user. This increases the service life of the shut-off means.
  • the compression spring unit designed as a closing spring the closing force adjusts itself when the sealing element flows, which would not be the case with a hand wheel, for example.
  • the pressure spring unit also ensures that the feel for the user is improved during the pressing process.
  • the handle which is accessible from the outside, clearly shows the respective valve status.
  • An advantageous example is characterized in that a first pivot joint connects the handle and a transmission element of the transmission to one another, with a second pivot joint connecting the transmission element and the first drive element to one another.
  • a slider crank mechanism which converts the rotational movement of the handle into an axial movement in order to open or close the valve.
  • An advantageous example is characterized in that a closing end stop limits movement of the handle in a closing direction of rotation with a closing end position of the handle, and that the first rotary joint is in the closing end position on an imaginary associated circular path according to the closing - Direction of rotation is located after a proximal point on the circular path.
  • a maximum proximal position of the first rotary joint is thus exceeded and the compression spring presses the handle against the closing end stop.
  • An advantageous example is characterized in that the at least one compression spring unit introduces a compressive force into the first drive element when the valve drive is in a closed state.
  • the at least one compression spring unit thus advantageously ensures not only a defined closing of the valve, but also ensures that the handle is moved in the closing direction of rotation.
  • An advantageous example is characterized in that an opening end stop limits a movement of the handle in an opening rotation direction with an opening end position of the handle, and that the first rotary joint is in the opening end position is on an imaginary associated circular path according to the opening direction of rotation after a distal point on the circular path.
  • An advantageous example is characterized in that at least one further compression spring unit, which is supported on a main body of the valve drive, introduces a tensile force into the first drive element when the valve drive is in an open state.
  • the additional compression spring unit ensures that the handle remains in the open end position and gives the operator haptic feedback, so that the operator is signaled to turn the handle further into the open end position.
  • An advantageous example is characterized in that a locking element, which can be rotated about the actuating axis, releases the movement of the handle in one rotary position, and the locking element blocks the movement of the handle in at least one further rotary position, in particular when the handle is in the opening end position or the closing end position.
  • the handle is advantageously secured against unintentional actuation.
  • An advantageous example is characterized in that the valve drive releases an angular range for pivoting the handle, which is in particular greater than 180°, in particular greater than 190°.
  • the end positions of the rotary joint which is arranged at a distance from the axis of rotation and connects the handle and the gear element to one another, are advantageously located far enough apart that firstly a tensile load on the first drive element and secondly a compressive load on the first drive element leads to the handle in remains in the respective end position.
  • a second aspect of the description is directed towards a valve, in particular a diaphragm valve.
  • This valve comprises the valve drive according to the first aspect, a valve body connected to the valve drive, and the shut-off body, in particular a membrane, which is connected to the connecting section of the valve drive.
  • An advantageous example is characterized in that pivoting the handle in a first section of the angular range moves the connecting section along the adjustment axis, and pivoting the handle in a second section of the angular range that is different from the first section presses the connecting section onto the shut-off body.
  • FIG. 4 shows a valve with the valve drive in a perspective view
  • FIGS. 5 and 6 each show a schematic section of the
  • FIG. 1 shows a valve drive 100 for a valve, in particular for a diaphragm valve, in schematic form.
  • a handle 102 can be pivoted about an axis of rotation R.
  • the axis of rotation R is fixed to a main body 101 of the valve drive 100 .
  • a gear 106 is arranged in the force path between the handle 102 and a first drive element 104 .
  • the first drive element 104 can be moved axially along an adjustment axis S.
  • a second drive element 108 which can be moved axially along the actuating axis S, comprises a connecting section 110 which is distal in relation to the valve drive 110 and which is designed to be connected to a shut-off body 310 of the valve 300 and/or to contact the shut-off body 310 of the valve 300.
  • At least one compression spring unit 112 is arranged in the force path between the first and the second drive element 104, 108.
  • the first and the second drive element 104, 108 are together with the compression spring unit 112 as a drive rod can be labeled and moved axially along the actuating axis S.
  • the drive element 104, the drive element 108 and the compression spring unit 112 can thus each be referred to as a drive rod section or section of the drive rod.
  • the gear mechanism 106 comprises a gear element 116.
  • a first rotary joint 114 connects the handle 102 and the gear element 116 in a movable manner.
  • a second pivot joint 118 connects the transmission element 116 and the first drive element 104 to one another.
  • FIG. 1 shows an open state of the valve drive 100, in which the connecting section 100 is in a proximal position.
  • a driver device 130 ensures that the second drive element 108 is pulled in the direction of the handle 102 when the first drive element 104 moves in the direction of the handle 102 .
  • An opening end stop 122 limits a rotational movement of the handle 102 in an opening direction of rotation DO with an opening end position of the handle 102.
  • the first rotary joint 114 is in the opening end position on an imaginary associated circular path K according to the opening direction of rotation DO a distal point d on an imaginary circular path K.
  • At least one further compression spring unit 124 which is supported on a main body 101 of the valve drive 100, introduces a tensile force into the first drive element 104 when the valve drive 100 is in the open state shown in FIG. In interaction with the position of the first pivot joint 114, the compression spring 124 ensures that the first drive element 104 is under tension and holds the handle 102 in the position shown.
  • FIGS. 2 and 3 show how the handle 102 is moved towards a closing end stop 120 in a closing rotational direction DS.
  • the connecting section 110 runs through a total path G, which is divided into a stroke H and a sealing path P, which is shorter than the stroke H.
  • the valve opens in the opening direction of rotation DO.
  • FIG. 2 shows the valve drive 100 in a state in which the connecting section 110 encounters resistance from a valve seat. From this point, when the handle 102 is turned further in the closing direction of rotation SD, the spring unit 112 is compressed and the connecting section 110 presses on the associated shut-off means, which in turn presses on the valve seat and closes the valve.
  • FIG. 3 shows the closed state of the valve drive.
  • the closing end stop 120 limits the movement of the handle 102 in a closing direction of rotation DS with a closing End position of the handle 102.
  • the first rotary joint 114 is in the closed end position on the imaginary associated circular path K according to the closing direction of rotation DS after a proximal point p on the circular path K.
  • the at least one compression spring unit 112 conducts when the valve drive 100 is in a closed state a compressive force in the first drive element 104 and thus holds the handle 102 in the closed end position.
  • a pivoting of the handle 102 in a first portion of the angular range moves the
  • the first section is, for example, greater than 100°, in particular greater than 110°.
  • the second section is, for example, greater than 50°, in particular greater than 80°.
  • the spring unit 112 is thus arranged in the force path between the drive elements 104 and 108, with the result that the drive elements 104 and 108 can be displaced relative to one another.
  • the spring unit 112 is thus moved axially along the actuating axis via the drive elements 104 and 108 within the valve drive 100 and is compressed after striking the valve seat.
  • Both end positions of the rotary joint 114 which are defined by the end stops 120, 122, are located in a first of two half-spaces that are separated by an imaginary plane spanned by the axis of rotation R and the axis of adjustment S.
  • the handle 102 can be rotated about the axis of rotation R along the circular path K, which runs through the second of the half-spaces.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the valve 300 for setting a process fluid with the valve drive 100.
  • the valve 300 is designed as a diaphragm valve and includes a diaphragm as the shut-off means 310.
  • the valve drive 100 can, of course, also be used in valves of a different design, in which the shut-off means is moved axially along the infeed axis S.
  • the shut-off body 310 forms, together with the valve seat of a valve body 330 which is connected to the valve drive 100, an open channel through which the process fluid can flow. If the valve 300 is closed by means of the valve drive 100, the aforementioned channel is closed by the shut-off means being pressed onto the valve seat.
  • a distal locking element 320 that can be rotated about the adjustment axis S is shown in a rotational position that releases the movement of the handle 102 .
  • the handle 102 can thus be moved out of the open end position shown in order to close the valve 300 .
  • a projecting lock 322 blocks the movement of the handle 102.
  • Another projecting lock 324 blocks the movement of the handle 102 in the closed end position when the locking element 320 is brought into a corresponding rotational position.
  • a proximal boundary of the respective lock 322, 324 runs essentially in a plane perpendicular to the adjustment axis S.
  • locking element 320 When locking element 320 is turned manually by gripping hand area 326, locking element 320 locks in a respective locking position and in the release position shown in FIG.
  • the locking element 320 can only be rotated from the locking position and the release position in a desired direction of rotation by applying an increased manual torque.
  • the handle 102 includes a proximal section 102b, which is attached to the main body of the valve drive 100 via a rotary bearing so that it can rotate about the axis of rotation R.
  • a distal section 102a protrudes obliquely from the proximal section 102b and encloses an angle of greater than 90°, in particular greater than 130°, with the proximal section 102b.
  • the distal section 102a protruding in the z direction in this way indicates the open position of the valve 300 .
  • the distal portion 102a projects downward and indicates the closed position of the valve 300.
  • FIG. 5 shows the valve 300 in the open position according to FIG. 1 in a schematic section xz.
  • a pressure piece 340 is firmly connected to the second drive element 108 and presses the shut-off means 310 in the direction of the valve body 330 when it closes.
  • the compression spring unit 112 comprises a compression spring which is supported on the second drive element 108 in the direction of the valve body 330 and on the first drive element 104 in the direction of the handle 102 .
  • the further compression spring unit 124 is supported in the direction of the valve body 330 on the first drive element 104 and is supported in the direction of the handle 102 on the main body
  • the handle 102 is several times, in particular at least three times longer than the gear element 106 or the distance between the pivot bearings 114 and 118 in order to facilitate manual operation.
  • FIG. 6 shows the valve 300 from FIG. 5 in a schematic section yz State of the valve 300, the fluid channel is visible, which is delimited by the valve seat 350 and the valve seat 350 facing surface of the shut-off means 310.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanically-Actuated Valves (AREA)

Abstract

Ein Ventilantrieb (100) für ein Ventil (300) wird bereitgestellt. Dieser umfasst: eine um eine Rotationsachse (R) verschwenkbare Handhabe (102); ein erstes axial bewegbares Antriebselement (104); ein zwischen der Handhabe (102) und dem ersten Antriebselement (104) angeordnetes Getriebe (106); ein zweites axial bewegbares Antriebselement (108) mit einem distalen Verbindungsabschnitt (110) zur Verbindung mit einem Absperrkörper (310) des Ventils (300) und/oder zur Kontaktierung des Absperrkörpers (310) des Ventils (300); und wenigstens eine Druckfedereinheit (112), welche zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebselement (104, 108) angeordnet ist.

Description

Titel : Ventilantrieb und Ventil
Beschreibung
Die Beschreibung betrifft Fortschritte im Bereich der Prozessventile .
Bekannt sind manuelle Ventilantriebe, die mit einem Handrad bedient werden. Dabei wird oft ein zu geringes Schließmoment eingebracht, womit die erforderliche Dichtheit nicht erreicht wird. Wird hingegen ein zu hohes Schließmoment eingebracht, wird das Absperrmittel zu stark verspannt oder das Absperrmittel bzw. der Ventilantrieb werden gar beschädigt. Auch bekannt sind Kugelhähne, die über eine Vierteldrehung einer Handhabe den Kugelhahn schließen oder öffnen.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch einen Ventilantrieb gemäß dem Anspruch 1 sowie durch ein Ventil gemäß einem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen, der Beschreibung und in den Figuren.
Ein erster Aspekt der Beschreibung ist auf einen Ventilantrieb für ein Ventil, insbesondere für ein Membranventil, gerichtet. Dieser Ventilantrieb umfasst: eine um eine Rotationsachse verschwenkbare Handhabe; ein erstes axial bewegbares Antriebselement; ein zwischen der Handhabe und dem ersten Antriebselement angeordnetes Getriebe; ein zweites axial bewegbares Antriebselement mit einem distalen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einem Absperrkörper des Ventils und/oder zur Kontaktierung des Absperrkörpers des Ventils; und wenigstens eine Druckfedereinheit, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebselement angeordnet ist.
Vorteilhaft kann somit über die Handhabe das Ventil auf vereinfachte Art und Weise geöffnet und geschlossen werden. Insbesondere kann die Betätigung einfach und schnell erfolgen. Vorteilhaft sorgt das Getriebe dafür, dass das manuell eingebrachte Moment in eine Hubbewegung eines an dem Verbindungsabschnitt anordenbaren Absperrmittels umgesetzt wird. Bei Auftreffen des Absperrmittels auf den Ventilsitz wird bei weiterer Betätigung der Handhabe in Schließrichtung die Druckfeder komprimiert. Die zwischen den Antriebselementen angeordnete Druckfeder definiert gemeinsam mit der Schließposition des ersten Antriebselements den auf das Sperrmittel wirkenden Schließdruck, und zwar unabhängig von dem eingebrachten Handmoment. So lässt sich das Ventil durch den Benutzer betätigen, ohne dass der Benutzer den Schließ- oder Öffnungsvorgang nachteilhaft beeinflussen kann. Vielmehr sorgt die Druckfedereinheit nicht nur dafür, dass die Anpresskraft des Absperrmittels unabhängig von der vom Benutzer aufgebrachten Kraft ist. Damit wird die Lebensdauer des Absperrmittels erhöht. Durch die Verwendung der als Schließfeder ausgebildeten Druckfedereinheit stellt sich die Schließkraft beim Fließen des Dichtelements nach, was bei einem Handrad beispielsweise nicht der Fall wäre. Die Druckfedereinheit sorgt weitergehend dafür, dass die Haptik für den Benutzer beim Anpressvorgang verbessert wird. Die von außen zugängliche Handhabe zeigt den jeweiligen Ventilzustand deutlich erkennbar an.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein erstes Drehgelenk die Handhabe und ein Getriebeelement des Getriebes miteinander verbindet, wobei ein zweites Drehgelenk das Getriebeelement und das erste Antriebselement miteinander verbindet.
Damit wird vorteilhaft ein Schubkurbelgetriebe bereitgestellt, welches die Drehbewegung der Handhabe in eine Axialbewegung umwandelt, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Schließ-Endanschlag eine Bewegung der Handhabe in eine Schließ-Drehrichtung mit einer Schließ-Endposition der Handhabe begrenzt, und dass das erste Drehgelenk sich in der Schließ-Endposition auf einer gedachten zugeordneten Kreisbahn gemäß der Schließ-Drehrichtung nach einem proximalen Punkt auf der Kreisbahn befindet.
So wird eine maximal proximale Position des ersten Drehgelenks überschritten und die Druckfeder drückt die Handhabe gegen den Schließ-Endanschlag.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine Druckfedereinheit in einem Schließzustand des Ventilantriebs eine Druckkraft in das erste Antriebselement einleitet.
Vorteilhaft sorgt die wenigstens eine Druckfedereinheit damit nicht nur für ein definiertes Schließen des Ventils, sondern stellt auch sicher, dass die Handhabe in die Schließ-Drehrichtung bewegt wird. Die Druckfedereinheit erfüllt gemeinsam mit dem Getriebe die also die Aufgabe, die Handhabe in Richtung des zugeordneten Endanschlags zu drücken und dort zu halten.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Öffnungs-Endanschlag eine Bewegung der Handhabe in eine Öffnungs-Drehrichtung mit einer Öffnungs-Endposition der Handhabe begrenzt, und dass das erste Drehgelenk sich in der Öffnungs-Endposition auf einer gedachten zugeordneten Kreisbahn gemäß der Öffnungs-Drehrichtung nach einem distalen Punkt auf der Kreisbahn befindet.
So wird eine maximal distale Position des ersten Drehgelenks überschritten und der Öffnungs-Endanschlag durch die Handhabe erreicht.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine wenigstens eine weitere Druckfedereinheit, welche sich an einem Hauptkörper des Ventilantriebs abstützt, in einem Öffnungszustand des Ventilantriebs eine Zugkraft in das erste Antriebselement einleitet.
Die weitere Druckfedereinheit sorgt dafür, dass die Handhabe in der Öffnungs-Endposition verweilt und gibt dem Bediener eine haptisches Rückmeldung, so dass dem Bediener signalisiert wird, die Handhabe weiter bis in die Öffnungs- Endposition zu drehen.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein um die Stellachse rotierbares Verriegelungselement in einer Drehposition die Bewegung der Handhabe freigibt, und wobei das Verriegelungselement in wenigstens einer weiteren Drehposition die Bewegung der Handhabe blockiert, insbesondere wenn sich die Handhabe in der Öffnungs- Endposition oder der Schließ-Endposition befindet.
Vorteilhaft wird die Handhabe gegen unbeabsichtigte Betätigung gesichert. Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilantrieb einen Winkelbereich für eine Verschwenkung der Handhabe freigibt, der insbesondere größer als 180°, insbesondere größer als 190° ist.
Vorteilhaft befinden sich insbesondere die Endpositionen des Drehgelenks, welches beabstandet zur Rotationsachse angeordnet ist und die Handhabe und das Getriebeelement miteinander verbindet, soweit voneinander entfernt, dass einmal eine Zugbeanspruchung des ersten Antriebselements und zum anderen eine Druckbeanspruchung des ersten Antriebselements dazu führt, dass die Handhabe in der jeweiligen Endposition verharrt.
Ein zweiter Aspekt der Beschreibung ist auf ein Ventil, insbesondere ein Membranventil, gerichtet. Dieses Ventil umfasst den Ventilantrieb gemäß dem ersten Aspekt, einen mit dem Ventilantrieb verbundenen Ventilkörper, und den Absperrkörper, insbesondere eine Membran, welcher mit dem Verbindungsabschnitt des Ventilantriebs verbunden ist.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verschwenkung der Handhabe in einem ersten Abschnitt des Winkelbereichs den Verbindungsabschnitt entlang der Stellachse bewegt, und wobei eine Verschwenkung der Handhabe in einem zweiten von dem ersten Abschnitt unterschiedlichen Abschnitt des Winkelbereichs den Verbindungsabschnitt auf den Absperrkörper drückt. In den Figuren zeigen:
Figuren 1 bis 3 in schematischer Form jeweils einen
Ventilantrieb in einem jeweiligen Zustand;
Figur 4 ein Ventil mit dem Ventilantrieb in einer perspektivischen Ansicht; und
Figuren 5 und 6 jeweils einen schematischen Schnitt des
Ventils.
Figur 1 zeigt in schematischer Form einen Ventilantrieb 100 für ein Ventil, insbesondere für ein Membranventil. Eine Handhabe 102 ist um eine Rotationsachse R verschwenkbar.
Die Rotationsachse R ist zu einem Hauptkörper 101 des Ventilantriebs 100 feststehend angeordnet. Im Kraftweg zwischen der Handhabe 102 und einem ersten Antriebselement 104 ist ein Getriebe 106 angeordnet. Das erste Antriebselement 104 ist entlang einer Stellachse S axial bewegbar. Ein zweites entlang der Stellachse S axial bewegbares Antriebselement 108 umfasst einen in Bezug zu dem Ventilantrieb 110 distalen Verbindungsabschnitt 110, welcher zur Verbindung mit einem Absperrkörper 310 des Ventils 300 und/oder zur Kontaktierung des Absperrkörpers 310 des Ventils 300 ausgebildet ist. Wenigstens eine Druckfedereinheit 112 ist im Kraftweg zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebselement 104, 108 angeordnet. Das erste und das zweite Antriebselement 104, 108 sind gemeinsam mit der Druckfedereinheit 112 als Antriebsstange bezeichenbar und entlang der Stellachse S axial bewegbar. Das Antriebselement 104, das Antriebselement 108 und die Druckfedereinheit 112 lassen sich also jeweils als Antriebsstangenabschnitt bzw. Abschnitt der Antriebsstange bezeichnen .
Das Getriebe 106 umfasst neben der Handhabe 102 und dem ersten Antriebselement 106 ein Getriebeelement 116. Ein erstes Drehgelenk 114 verbindet die Handhabe 102 und das Getriebeelement 116 beweglich miteinander. Ein zweites Drehgelenk 118 verbindet das Getriebeelement 116 und das erste Antriebselement 104 miteinander.
In Figur 1 ist ein geöffneter Zustand des Ventilantriebs 100 gezeigt, bei dem sich der Verbindungsabschnitt 100 in einer proximalen Position befindet. Eine Mitnahmeeinrichtung 130 sorgt dafür, dass das zweite Antriebselement 108 in Richtung der Handhabe 102 gezogen wird, wenn sich das erste Antriebselement 104 in Richtung der Handhabe 102 bewegt.
Ein Öffnungs-Endanschlag 122 begrenzt eine Drehbewegung der Handhabe 102 in eine Öffnungs-Drehrichtung DO mit einer Öffnungs-Endposition der Handhabe 102. Das erste Drehgelenk 114 befindet sich in der Öffnungs-Endposition auf einer gedachten zugeordneten Kreisbahn K gemäß der Öffnungs- Drehrichtung DO nach einem distalen Punkt d auf einer gedachten Kreisbahn K. Wenigstens eine weitere Druckfedereinheit 124, welche sich an einem Hauptkörper 101 des Ventilantriebs 100 abstützt, leitet eine in dem Figur 1 gezeigten Öffnungszustand des Ventilantriebs 100 eine Zugkraft in das erste Antriebselement 104 ein. In Zusammenspiel mit der Position des ersten Drehgelenks 114 sorgt die Druckfeder 124 dafür, dass das erste Antriebselement 104 unter Zug steht und die Handhabe 102 in der gezeigten Position hält.
In den nachfolgenden Figuren 2 und 3 wird gezeigt, wie die Handhabe 102 in einer Schließ-Drehrichtung DS auf einen Schließ-Endanschlag 120 zu bewegt wird. Hierbei durchläuft der Verbindungsabschnitt 110 einen Gesamtweg G, der in einen Hubweg H und einen im Vergleich zum Hubweg H kürzeren Dichtweg P aufgeteilt ist. Ein Öffnen des Ventils erfolgt in die Öffnungs-Drehrichtung DO.
Figur 2 zeigt im Unterschied zur Figur 1 den Ventilantrieb 100 in einem Zustand, bei dem der Verbindungsabschnitt 110 auf einen Widerstand eines Ventilsitzes stößt. Ab diesem Punkt wird bei weiterem Drehen der Handhabe 102 in die Schließ-Drehrichtung SD die Federeinheit 112 komprimiert und der Verbindungsabschnitt 110 drückt auf das zugeordnete Absperrmittel, das wiederum auf den Ventilsitz drückt und das Ventil verschließt.
In Figur 3 ist im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 der geschlossene Zustand des Ventilantriebs gezeigt. Der Schließ-Endanschlag 120 begrenzt die Bewegung der Handhabe 102 in eine Schließ-Drehrichtung DS mit einer Schließ- Endposition der Handhabe 102. Das erste Drehgelenk 114 befindet sich in der Schließ-Endposition auf der gedachten zugeordneten Kreisbahn K gemäß der Schließ-Drehrichtung DS nach einem proximalen Punkt p auf der Kreisbahn K. Die wenigstens eine Druckfedereinheit 112 leitet in einem Schließzustand des Ventilantriebs 100 eine Druckkraft in das erste Antriebselement 104 ein und hält damit die Handhabe 102 in der Schließ-Endposition.
Eine Verschwenkung der Handhabe 102 in einem ersten Abschnitt des Winkelbereichs bewegt den
Verbindungsabschnitt 110 entlang der Stellachse S. Eine Verschwenkung der Handhabe 102 in einem zweiten von dem ersten Abschnitt unterschiedlichen Abschnitt des Winkelbereichs drückt den Verbindungsabschnitt 110 auf den Absperrkörper des Ventils. Der erste Abschnitt ist beispielsweise größer als 100°, insbesondere größer als 110°. Der zweite Abschnitt ist beispielsweise größer als 50°, insbesondere größer als 80°.
Die Federeinheit 112 ist also im Kraftweg zwischen den Antriebselementen 104 und 108 angeordnet, womit die Antriebselemente 104 und 108 relativ zueinander verschiebbar sind. Die Federeinheit 112 wird somit über die Antriebselemente 104 und 108 innerhalb des Ventilantriebs 100 axial entlang der Stellachse bewegt und nach Auftreffen auf den Ventilsitz komprimiert. Beide Endpositionen des Drehgelenks 114, welche von den Endanschlägen 120, 122 definiert werden, befinden sich in einem ersten von zwei Halbräumen, die von einer von der Rotationsachse R und der Stellachse S aufgespannten gedachten Ebene getrennt sind. Die Handhabe 102 ist entlang der Kreisbahn K, die durch den zweiten der Halbräume verläuft, um die Rotationsachse R rotierbar.
Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Ventil 300 zum Stellen eines Prozessfluids mit dem Ventilantrieb 100. Das Ventil 300 ist vorliegend als Membranventil ausgebildet und umfasst als Absperrmittel 310 eine Membran. Der Ventilantrieb 100 kann aber selbstverständlich auch in andersartig ausgebildeten Ventilen verwendet werden, bei denen das Absperrmittel axial entlang der Zustellachse S bewegt wird.
Der Absperrkörper 310 bildet, wenn das Ventil 300 geöffnet ist, gemeinsam mit dem Ventilsitz eines Ventilkörpers 330, der mit dem Ventilantrieb 100 verbunden ist, einen geöffneten Kanal, durch den das Prozessfluid fließen kann. Wir das Ventil 300 mittels des Ventilantriebs 100 geschlossen, so wird der vorgenannte Kanal geschlossen, indem das Absperrmittel auf den Ventilsitz gedrückt wird.
Ein distales um die Stellachse S rotierbares Verriegelungselement 320 ist in einer Drehposition gezeigt, die die Bewegung der Handhabe 102 freigibt. Die Handhabe 102 kann also aus der gezeigten Öffnungs-Endposition heraus bewegt werden, um das Ventil 300 zu schließen. Verdreht man das Verriegelungselement 320 um die Stellachse S in Richtung der gezeigten Öffnungs-Endposition der Handhabe 102, so blockiert eine abragende Sperre 322 die Bewegung der Handhabe 102. Eine weitere abragende Sperre 324 blockiert die Bewegung der Handhabe 102 in der Schließ- Endposition, wenn das Verriegelungselement 320 in eine entsprechend Rotationsposition gebracht ist. Eine proximale Begrenzung der jeweilige Sperre 322, 324 verläuft im Wesentlichen in einer zur Stellachse S lotrechten Ebene.
Bei der manuellen Verdrehung des Verriegelungselements 320 über ein Angreifen an den Handbereich 326 verrastet das Verriegelungselement 320 in einer jeweiligen Verriegelungsposition und in der in der Figur 4 gezeigten Freigabeposition. Aus den Verriegelungspositionen und der Freigabeposition ist das Verriegelungselement 320 nur über das Einbringen eines erhöhten Handmoments in eine gewünschte Drehrichtung drehbar.
Die Handhabe 102 umfasst einen proximalen Abschnitt 102b, der an dem Hauptkörper des Ventilantriebs 100 über ein Drehlager um die Rotationsachse R verdrehbar befestigt ist. Von dem proximalen Abschnitt 102b ragt schräg ein distaler Abschnitt 102a ab, der mit dem proximalen Abschnitt 102b einen Winkel von größer 90°, insbesondere größer 130° einschließt. Der so in z-Richtung abragende distale Abschnitt 102a zeigt die Öffnungsposition des Ventils 300 an. Im geschlossenen Zustand ragt der distale Abschnitt 102a nach unten ab und zeigt die Schließposition des Ventils 300 an. Figur 5 zeigt in einem schematischen Schnitt xz das Ventil 300 in der geöffneten Position gemäß Figur 1. Die Handhabe 102 liegt an dem Öffnungs-Endanschlag 122 an und befindet sich somit in der Öffnungs-Endposition. Der Ventilantrieb
100 gibt einen Winkelbereich für eine Verschwenkung der Handhabe 102 frei, der größer als 180°, insbesondere größer als 190° ist. Vorteilhaft wird durch diesen Winkelbereich auf einfache Art und Weise ermöglicht, dass die Handhabe über das Getriebe in den Endpositionen gehalten wird. Ein Druckstück 340 ist fest mit dem zweiten Antriebselement 108 verbunden und drückt das Absperrmittel 310 beim Schließen in Richtung Ventilkörper 330.
Die Druckfedereinheit 112 umfasst eine Druckfeder, die sich in Richtung Ventilkörper 330 an dem zweiten Antriebselement 108 abstützt, und die sich in Richtung der Handhabe 102 an dem ersten Antriebselement 104 abstützt. Die weitere Druckfedereinheit 124 stützt sich in Richtung des Ventilkörpers 330 an dem ersten Antriebselement 104 ab und stützt sich in Richtung der Handhabe 102 an dem Hauptkörper
101 des Ventilantriebs 100 ab.
Die Handhabe 102 ist um ein Mehrfaches, insbesondere um wenigstens ein Dreifaches, länger als das Getriebeelement 106 bzw. der Abstand zwischen den Drehlagern 114 und 118, um die Handbetätigung zu erleichtern.
Figur 6 zeigt in einem schematischen Schnitt yz das Ventil 300 aus Figur 5. In dem Schnitt gemäß dem geöffneten Zustand des Ventils 300 ist der Fluidkanal sichtbar, der durch den Ventilsitz 350 und die dem Ventilsitz 350 zugewandte Oberfläche des Absperrmittels 310 begrenzt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Ventilantrieb (100) für ein Ventil (300), insbesondere für ein Membranventil, umfassend: eine um eine Rotationsachse (R) verschwenkbare Handhabe (102); ein erstes axial bewegbares Antriebselement (104); ein zwischen der Handhabe (102) und dem ersten Antriebselement (104) angeordnetes Getriebe (106); ein zweites axial bewegbares Antriebselement (108) mit einem distalen Verbindungsabschnitt (110) zur Verbindung mit einem Absperrkörper (310) des Ventils (300) und/oder zur Kontaktierung des Absperrkörpers (310) des Ventils (300); und wenigstens eine Druckfedereinheit (112), welche zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebselement (104, 108) angeordnet ist.
2. Der Ventilantrieb (100) gemäß dem Anspruch 1, wobei ein erstes Drehgelenk (114) die Handhabe (102) und ein
Getriebeelement (116) des Getriebes (106) miteinander verbindet, wobei ein zweites Drehgelenk (118) das Getriebeelement (116) und das erste Antriebselement (104) miteinander verbindet. 3. Der Ventilantrieb (100) gemäß dem Anspruch 2, wobei ein Schließ-Endanschlag (120) eine Bewegung der Handhabe (102) in eine Schließ-Drehrichtung (DS) mit einer Schließ-Endposition der Handhabe (102) begrenzt, wobei das erste Drehgelenk (114) sich in der Schließ- Endposition auf einer gedachten zugeordneten Kreisbahn (K) gemäß der Schließ-Drehrichtung (DS) nach einem proximalen Punkt (p) auf der Kreisbahn (K) befindet.
4. Der Ventilantrieb (100) gemäß dem Anspruch 3, wobei die wenigstens eine Druckfedereinheit (112) in einem Schließzustand des Ventilantriebs (100) eine Druckkraft in das erste Antriebselement (104) einleitet.
5. Der Ventilantrieb (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Öffnungs-Endanschlag (122) eine Bewegung der Handhabe (102) in eine Öffnungs- Drehrichtung (DO) mit einer Öffnungs-Endposition der Handhabe (102) begrenzt, wobei das erste Drehgelenk (114) sich in der Öffnungs-Endposition auf einer gedachten zugeordneten Kreisbahn (K) gemäß der Öffnungs-Drehrichtung (DO) nach einem distalen Punkt (d) auf der Kreisbahn (K) befindet.
6. Der Ventilantrieb (100) gemäß dem Anspruch 5, wobei eine wenigstens eine weitere Druckfedereinheit (124), welche sich an einem Hauptkörper (101) des Ventilantriebs (100) abstützt, in einem Öffnungszustand des Ventilantriebs (100) eine Zugkraft in das erste Antriebselement (104) einleitet. 7. Der Ventilantrieb (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei ein um die Stellachse (S) rotierbares Verriegelungselement (320) in einer Drehposition die Bewegung der Handhabe (102) freigibt, und wobei das Verriegelungselement (320) in wenigstens einer weiteren Drehposition die Bewegung der Handhabe (102) blockiert, insbesondere wenn sich die Handhabe (102) in der Öffnungs-Endposition oder der Schließ- Endposition befindet.
8. Der Ventilantrieb (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei der Ventilantrieb (100) einen Winkelbereich für eine Verschwenkung der Handhabe (102) freigibt, der insbesondere größer als 180°, insbesondere größer als 190° ist.
9. Ein Ventil (300), insbesondere ein Membranventil, umfassend den Ventilantrieb (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche, einen mit dem Ventilantrieb (100) verbundenen Ventilkörper (330), und den Absperrkörper (310), insbesondere eine Membran, welcher mit dem Verbindungsabschnitt (110) des Ventilantriebs (100) verbunden ist.
10. Das Ventil (300) gemäß dem Anspruch 9 mit dem Ventilantrieb (100) gemäß dem Anspruch 8, wobei eine Verschwenkung der Handhabe (102) in einem ersten Abschnitt des Winkelbereichs den Verbindungsabschnitt
(110) entlang der Stellachse (S) bewegt, und wobei eine Verschwenkung der Handhabe (102) in einem zweiten von dem ersten Abschnitt unterschiedlichen Abschnitt des Winkelbereichs den Verbindungsabschnitt (110) auf den Absperrkörper (310) drückt.
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