DE3153338C2 - Actuating device for a valve - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der US-PS 41 35 546 ist eine Betätigungsvorrichtung für ein Ventil bekannt, mit einer zwischen einer Ven­ tilspindel und einem Gehäuse angeordneten Rückdichtung, welche in Offenstellung des Ventils wirksam ist und einen Anschlag für die Hubbewegung der Spindel in Öffnungsrichtung darstellt. Beim Abnehmen des Betätigungszylinders zu Reparaturzwecken oder dgl. bleibt der Kolben an der Spindel befestigt und dient als Widerlager für die Feder, so daß die durch die Feder hervorgerufenen Drehmomente sowohl auf den Kolben als auch auf die Spindel wirken.

In der US-PS 33 75 760 ist eine Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtung beschrieben, bei der eine Rückholfeder eines Membrankolbens mit dessen Kolbenstange über ein Wälzlager in Verbindung steht. Durch das Lager wird bei der bekannten Vorrichtung eine Über­ tragung von Drehmomenten auf die Membran verhindert, wegen der festen Verbindung der Kolbenstange mit der Membran wirken je­ doch Drehmomente der Kolbenstange auf die Membran.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mit einer Rückdichtung versehene Betätigungsvorrichtung für ein Ventil bereitzustellen, durch welche die durch die Feder und/oder Ventilspindel erzeugten Drehmomente von der Membran ferngehalten werden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Die Membran ist an einem Membranteller befestigt, der auch mit der Ventilspindel über ein Lager verbunden ist. Eine Drehbewegung der Federteller und/oder der Spindel wird im Lager aufgenommen und daher nicht auf den Membranteller übertragen. Somit wird die Membran keinen Dreh­ beanspruchungen unterworfen, wenn die Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtung der Ventilspindel in der einen oder der anderen Richtung bewegt.

Die gesonderte Lagerung des Federtellers auf der Ventilspindel ermöglicht, daß die Betätigungsvorrichtung mit Ausnahme der Druckfeder und des Federtellers zur Reparatur oder zum Austausch leicht demontiert werden können. Die Entfernung des Gehäuses der Betätigungsvorrichtung ist nach Lösen weniger Schrauben, die das Betätigungsgehäuse fest mit dem Haubenaufbau ver­ binden, möglich. Danach sind nur noch die Feder und der Federteller mit der Ven­ tilspindel verbunden. Die Feder beauf­ schlagt ständig die Ventilspindel über den Federteller und hält diese in ihrer "Auf"- oder "Zu"-Stellung, je nach der Lage des Durchgangs im Schieber. In den meisten Fällen ist die sichere Stellung des Ventils dessen geschlossene Stellung. Wenn das Ventil so schnell wie möglich wieder betriebsbereit gemacht werden muß, kann ein Austausch-Verstellorgan montiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer pneumatischen Betätigungs­ vorrichtung, teilweise in geschnittener Darstellung, wobei das Ventil, mit der die Betätigungsvorrichtung verbunden ist, in gestrichelten Linien angedeutet ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Lagerung des Federtellers und des Membrantellers an der Ventilspindel;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht, die die Betätigungsvorrichtungsgehäuse- und Membrananordnung, die während ihrer Trennung zur Instandsetzung oder zum Austausch nach oben bewegt ist, erläutert;

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht einer Kolben-Zylinder-Betäti­ gungsvorrichtung, die eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Kolben-Zylinder- Betätigungsvorrichtung, mit einer gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Verbindungsflansch 40 abgewandelten Ausführungsform dieses Verbindungsflansches.

Die Erfindung wird hier insbesondere mit Blick auf pneumatische Betätigungsvorrichtungen erörtert und erläutert. Die Erfindung läßt sich jedoch auch auf andere Arten von Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtungen, wie hydraulische oder elektrische Betätigungsvorrichtungen oder auch Handbetätigungen anwenden.

In Fig. 1 ist eine pneumatische Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie kann mit dem Haubenabschnitt eines Ventils, wie z. B. eines Schieberven­ tils, das teilweise bei 12 in gestrichelten Linien darge­ stellt ist, verbunden werden. Die Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtung umfaßt ein Ventilgehäuse, an dem ein insgesamt mit 14 bezeichneter Hauben­ aufbau mittels mehrerer Schraubenbolzen und -muttern, wie gestrichelt bei 16 dargestellt, befestigt ist.

Der Haubenaufbau umfaßt einen Haubenflansch 18, in dem mehrere Schraubendurchgänge 20 ausgebildet sind, die die Schraubenbolzen im montierten Zustand durchsetzen, die in Öffnungen im Ventilgehäuse eingreifen.

Der Haubenaufbau umfaßt auch einen Mittelabschnitt 22, mit einem Spindeldurchgang 24, dessen vergrößerter bzw. verbreitereter Bereich 26 eine Dichtungskammer bildet, die eine Dichtung 28 aufnimmt. Eine Ventilspindel 30 erstreckt sich durch den Spindeldurchgang 24, die Dichtung 28 und einen Spindeldurchgang 32, der in einem Dichtungs­ rückhalteteil 34, das durch Verschraubung innerhalb des oberen Bereiches des Haubenaufbaus gehalten wird, aus­ gebildet ist.

Das Dichtungsrückhalteteil 34 ist so geformt, daß es eine Schmiermittelkammer 36 bildet, die in fluchtender Ausrich­ tung mit einem Schmiermitteldurchgang 38 angeordnet ist, durch den Schmiermaterial in die Schmiermittelkammer einge­ spritzt wird. Der Dichtmitteldurchgang ist innerhalb eines Verbindungsflansches 40 der Betätigungsvorrichtung ausgebildet, der integral mit dem Haubenaufbau ausgebildet ist und im Abstand vom Haubenflansch 18 angeordnet ist. Ein Schmiermittel­ zuführungsnippel 42 ist schraubbar von dem Verbin­ dungsflansch am äußersten Bereich des Schmiermitteldurchgangs 38 aufgenommen und schafft so eine Einrichtung, durch die Schmiermaterial auf einfache Weise durch den Durchgang 38 in die Schmiermittelkammer 36 einge­ spritzt werden kann. Falls die Dichtung 28 undicht wird, tritt das Fluid durch den Nippel 42 aus und verhindert so einen Druckaufbau zwischen der Spindeldichtung und den O-Ring-Abdichtungen des Dich­ tungsrückhalters 34. Der Nippel stellt somit sicher, daß eine Undichtigkeit der Dichtung bemerkt und beseitigt wird.

Um einen einstellbaren Anschlag zur Begrenzung der Abwärts­ bewegung der Ventilspindel und -schiebers zu schaffen, ist ein Anschlagkörper 33 um die Ventilspindel herum vorgesehen, der durch den Dichtungsrückhalter 34 abgestützt wird. Eine außen mit einem Gewinde versehene Anschlaghülse 35 ist senkrecht relativ zu den inneren Schraubwindungen des An­ schlagkörpers 33 einstellbar und wird an ihrem Platz durch eine Sicherungsmutter 37 festgehalten. Der Federteller 84 gerät mit der Anschlaghülse an der gewünschten Grenze seiner Abwärtsbewegung in Eingriff und erzielt somit eine korrekte Anordnung des Schiebers relativ zum Fließdurchgang und den Sitzen des Ventils.

Ein Gehäuse einer Betätigungsvorrichtung für ein Ventil ist in seiner Gesamtheit mit 44 bezeichnet und weist obere und untere Gehäuseabschnitte 46 bzw. 48 auf. Ein Verbindungsmantel 50 der Betätigungsvorrichtung ist mit dem unteren Gehäuseabschnitt 48 mittels einer Ringschweißung, wie bei 52 gezeigt, verbunden. Der Verbindungsmantel 50 ist von im allgemeinen zylindrischer Form und bildet eine innere zylindrische Oberfläche 54, die in enger Passung durch äußere zylindrische Oberflächen 56 bzw. 58, die durch den Haubenflansch 18 und den Verbindungsflansch 40 gebildet werden, aufgenommen wird. Mehrere Öffnungen 60 sind in dem Mantel 50 vorgesehen, durch die sich Verbindungsschrauben 62 erstrecken, die in mit Gewinde Schraubenlöcher 64 eingreifen. Die Schrauben 62 befestigen den Mantel 50 und somit das Gehäuse 44 mit dem Verbindungsflansch 40. Der Haubenflansch 18 ist so geformt, daß er eine Ringschulter 63 bildet, gegen die das untere Ende des Mantels 50 anliegt, wodurch die Öffnungen 60 in bezug auf die Schraubenlöcher 62 des Verbindungsflansches 40 richtig angeordnet werden. Da der untere Bereich der zylindrischen Oberfläche 54 an der durch den Haubenflansch 18 gebildeten zylindrischen Oberfläche 56 anliegt, liefert der Haubenflansch eine zum Anschlag dienende und stabilisierende Stütze für den Mantel. In bestimmten Fällen kann das Gehäuse auch einstückig sein.

Der Mantel 50 begrenzt zusammen mit den Flanschen 18 und 40 eine ringförmige Schutzkammer 66 für die Schrauben und Muttern. Die Schutzkammer 66 kann im Bedarfsfall für eine zusätzliche Wärmeisolation der Verbindungsschrauben und -muttern mit Isolationsmaterial 68 die Schutzkammer 66 gefüllt werden.

Der Mantel schützt ferner den Haubenaufbau, einschließ­ lich seiner Schrauben- und Mutternanordnung, vor Korrosion im Fall, daß das Ventil und die Betätigungsvorrichtung in einer korrosiven Umgebung angeordnet sind.

Der untere zentrale Bereich des Haubenaufbaus begrenzt eine Bohrung 70, in der ein vergrößerter Kopfbereich 72 der Ventilspindel 30 auf­ genommen wird. Der Kopfbereich 72 der Ventilspindel weist eine kegelstumpfförmige Oberfläche 74 auf, mit der sie in dichten Eingriff mit einer kegelstumpfförmigen Oberfläche 76 mit anderem Winkel in der obersten Stellung der Ventilspindel 30 kommen kann.

Der obere Bereich des Verbindungsflansches 40 ist so geformt, daß er eine ringförmige Schulter 78 für die Auflage des unteren Endes einer Feder 80. Das obere Ende der Feder 80 wird von einer Federanord­ nungs-Schulter 82 aufgenommen, die durch einen Feder­ teller 84 gebildet wird. Die Feder liegt dabei gegen eine ringförmige Anschlagfläche 86 am äußeren Rand des Federtellers an.

Der Federteller weist ferner eine Mittelöffnung 88 (Fig. 2) auf, durch die sich die Ventilspindel 30 erstreckt, und bildet eine Lageraufnahme 90 für ein Drucklager 92 das ein oberes Druckelement 94 aufweist mit einer Ausnehmung 96 in der ein entsprechend ausgebildeter unterer Bereich eines Halteringes 98, wie eines Rückhalteringes, der innerhalb einer in der Ventilspindel 30 ausgebildeten Ringnut 100 sitzt, aufgenommen wird. Wenn die Feder 80 nach oben gegen den Federteller 84 anliegt, wird die Kraft der Feder über die Lageran­ ordnung 92 auf den Haltering 98 und von dort auf die Ventil­ spindel 30 übertragen. Die aufwärtsgerichtete Kraft der Feder wird daher auf die Ventilspindel übertragen und hält diese in deren Extrem-Stellung fest und damit eine Metall-zu-Metall- Abdichtung zwischen der Ventilspindel und der Haube dank der miteinander zusammenwirkenden kegelstumpfförmigen Flächen 74 und 76 aufrecht.

Wenn die Feder während der Betätigung und der Rückstellung der Ventilspindel im Betrieb des Ventils zusammengedrückt wird oder sich ausdehnt, wickelt sich die Feder auf und ab, übt somit auf die Anlageflä­ che, die ihr oberes und unteres Ende abstützen, Drehkräfte aus. Dank des Drucklagers 92 verursachen diese Kräfte jedoch lediglich eine Drehung des Federtellers 84. Die Druck- bzw. Axiallageranordnung schützt die Ventil­ spindel 30 davor, Drehmomente aufgrund des Auf- und Abwickelns der Feder während des Arbeitsablaufes unterworfen zu werden.

Der obere und der untere Gehäuseabschnitt 46 und 48 bilden Verbindungsflansche 102 und 104, die über Schrauben 106 miteinander verbunden sind. Die Schrauben 106 erstrec­ ken sich auch durch Öffnungen, die in im äußeren Umfangsbereich einer Membran 108 ausgebildet sind, die das Gehäuse in eine obere pneumatisch beaufschlagbare Kammer 110 und eine untere Federrückstellkammer 112 trennt. Die Federrückstellkammer wird zur Atmosphäre über einen Lüftungsstopfen 113 ent­ lüftet, um Volumenänderungen in der Federrückstellkammer auszugleichen, wenn die Membran 108 bewegt wird. Im Falle eines plötzlichen Druckanstiegs in der Kammer 112 wird der Lüftungsstopfen 113, der aus einem elastomeren, nachgiebigen Material zusammengesetzt ist, aus der Lüftungsstopfenöff­ nung ausgeblasen, wodurch eine größere Lüftungsmög­ lichkeit geschaffen wird, die ein Reißen des Gehäuses verhindert. Der innere Umfangsbereich der Membran 108 ist mittels mehrerer Schrauben 114 mit einem Membranteller 116 verbunden. Ein Membranrückhaltering 118, durch den sich die Schrauben 114 erstrecken, stellt eine hinreichende Verspannung des inneren Umfangs der Membran mit dem Membranteller her und damit eine zuverlässige gasdichte Abdichtung. Der zentrale Bereich des Membrankolbens 116 begrenzt eine Öffnung 120, durch die sich die Ventilspindel 30 erstreckt. Ein ringförmiges Abdichtelement, z. B. ein O-Ring 122, ist innerhalb einer Abdicht-Ringnut in der Ventilspindel angeordnet, und dichtet zwischen der Ventilspindel und dem Membranteller zuverlässig ab. Der Membranteller bildet ferner an seinem inneren Bereich eine Lageraufnahme 124 in der ein Lager 126, mit einem kreisförmigen Druckelement 128 aufgenommen ist. Im Druckelement 128 ist eine Druckaufnahme 130, vorgesehen die den oberen Bereich des Halterings 98 aufnimmt. Somit übt eine abwärtsge­ richtete Kraft am Membrankolben eine abwärtsgerichtete Kraft auf das Druck- bzw. Axiallager 126 aus, die sich an den Haltering 98 und schließlich an die Ventilspindel 30 weiterleitet. Die abwärtsgerichtete Kraft drückt die Feder zusammen und verschiebt die Ventilspindel nach unten in die gewünschte Stellung.

Die Lager des Federtellers als auch des Membrantellers sind nützlich in Fällen, in denen eine Zusatz­ verstellung von Hand durch Drehung der Ventil­ spindel erfolgt, was das mit dem Schieber verbundene Gewin­ deteil veranlaßt, sich nach oben oder unten zur bewegen. Diese Lager verhindern nämlich, daß das durch Drehung der Ven­ tilspindel eingeleitete Drehmoment auf den Membranteller oder den Federteller übertragen wird.

Am oberen inneren Bereich des oberen Gehäuseabschnitts 46 ist ein Spindel-Anschlußstück 132 angeschlossen, mit einem Spindeldurchgang 134 für den oberen Bereich der Ventilspindel 30. Ein ringförmiges Abdichtelement 136, z. B. ein O-Ring, liegt in einer in dem Anschlußstück 132 ausgebildeten Innennut und dichtet die Ventilspindel ab. Ein Anschlagring 138 ist um die Ventilspindel 30 innerhalb der Druckkammer 110 angeordnet und begrenzt die Aufwärtsbewegung des Membrantellers 116. Die Dicke des Anschlagrings 138 ist so bemessen, daß eine genaue Zuordnung der Durchflußöffnung des durch die Ventilspindel 30 gesteu­ erten Schiebers gewährleistet ist.

Wenn die Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtung zum Zwecke der Instandsetzung, z. B. zum Ersetzen der Membran, abgenommen werden soll, werden die Verbindungs­ schrauben 62 entfernt, wonach das Gehäuse einschließlich des oberen und unteren Gehäuseabschnitts sowie des Mantelbereichs 50 einfach, wie in Fig. 3 angedeutet, nach außen bewegt wird, bis das Gehäuse völlig von der Ventilspindel 30 abge­ zogen ist. Die Feder und der Federteller 84 verbleiben in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung und stellen somit sicher, daß die Ventilspindel 30 während der Entfernung und Ersetzung der Kolben-Zylinder-Betätigungsvorrichtung fortwährend in ihrer äußeren Sicherheitsstellung gehalten wird. Nach der Instandsetzung der Betätigungsvorrichtung erfolgt der Zusammenbau in umgekehrter Reihenfolge.

Soll das Ventil so schnell wie möglich wieder betriebsbereit sein, kann eine Ersatzvorrichtung an Stelle einer zur Instandsetzung entfernten Vorrichtung in der obigen Weise montiert werden.

Unter Bedingungen, die ein gewisses Ausmaß an Reibberührung zwischen Feder, Federteller und Haltering ohne nach­ teilige Wirkung zulassen kann die Kolben-Zylinder- Betätigungsvorrichtung der Einfachheit halber die in Fig. 4 erläuterte, insgesamt mit 140 bezeichnete, Form haben. Dort weist eine Betätigungsvorrichtung einen oberen bzw. unteren Gehäuseabschnitt 142 bzw. 144 auf, die im Zusammenbau durch Schrauben und Muttern 146 befestigt sind. Der äußere Um­ fangsbereich einer Membran 148 ist zwischen den Gehäuseabschnitten mit Hilfe der Schrauben und Muttern 146 befestigt, während der innere Umfangsbereich der Membran über einen Rückhaltering 150 und mehrere Schrauben 154 mit einem Membranteller 152 verbunden. Der innere Umfang bzw. Rand des Membrantellers paßt eng an die Ventilspindel 156 und ist in Beziehung auf die Ventilspindel durch ein Abdichtelement 158, z. B. einen O-Ring in einer Abdichtnut abgedichtet. Der Membranteller 152 bildet an seinem inneren Umfangsbereich eine ringförmige Druckauflage 160, die einen Haltering 162 aufnimmt, der innerhalb einer in der Ventilspindel ausgebildeten Nut 164 abgestützt wird.

Ein Federteller 166 bildet eine Ringschulter 168, der das obere Ende der Feder 170 aufnimmt. Der innere Umfangsbereich des Federtellers nimmt die Ventilspindel auf und trägt eine ringför­ mige Aufnahme 172 für den Haltering 162. Der Membranteller kann zusammen mit dem Gehäuse entlang der Ventilspindel bewegt werden, d. h. auf die gleiche Weise, wie oben in Verbindung mit Fig. 2 und 3 beschrieben, demontiert werden.

Der obere Gehäuseabschnitt 142 weist ein Spindelabdichtungsstück 174 auf, mit einem Abdichtelement 176, das ein Austreten des pneumatischen Mediums aus der Druckkammer 178 der Betätigungsvorrichtung verhindert. Die Belüftung der Federkammer 180 wird durch einen Lüftungsstopfen 182 ermöglicht, der aus einem Elastomer gebildet ist, und in dem Falle, daß die Kammer 180 einen Überdruck unterliegt, aus der Lüftungs­ stopfenöffnung 184 ausgeblasen wird.

Ein Verbindungsmantel 186 der gleichen Form wie bei Fig. 1 beschrieben ist auf irgendeine geeignete Weise mit dem unteren Gehäuseabschnitt 144 verbun­ den.

Es kann wünschenswert sein, verschiedene Dreheinstellungen der Einlässe der Betätigungsvorrichtung oder der ihre Stellung anzeigenden Schalter unabhängig von der Stellung des Ventils, mit dem die Betätigungsvorrichtung zusammengebaut ist, zu ermöglichen. Dies kann durch die in Fig. 5 dargestellte abgewandelte Ausführungsform des Verbindungsflansches 194, der dem im einzelnen in Fig. 1 erläuterten Verbindungsflansch 40 ähnlich ist und drehbar auf der Haube 190 in einer Tragschulter 192 gelagert ist. Die Haube 190 weist einen Durchgang 196 für die Einspritzung von Dichtungsmittel und zur Belüftung (ähnlich dem Durchgang 36 in Fig. 1) und ferner eine Umfangsnut 198 auf. Ebenso weist der drehbare Flansch 194 einen entsprechenden Durchgang 200 für die Zuführung und Einspritzung von Dichtungsmittel auf, der mit einem Schmiernippel 202 entsprechend dem Nippel 42 in Fig. 1 am äußeren Ende versehen ist. Die Haube 190 ist in bezug auf den äußeren Umfang des drehbaren Flansches 194 mittels eines oberen und unteren Abdichtele­ mentes 204 und 206, die Elastomer-O-Ringe oder irgendwelche anderen geeigneten Abdichteinrichtungen sein können, abge­ dichtet. Der drehbare Flansch 194 ist auf der Haube 190 mittels eines Sicherungsringes 280 befestigt, der in einer Nut der Haube 190 sitzt.

Claims (1)

1. Betätigungsvorrichtung für ein Ventil, in dessen Gehäuse ein Rückdichtungssitz für eine Ventilspindel vorgesehen ist, die in Öffnungsrichtung durch eine Feder vorgespannt ist, und wobei mit dem Ventilgehäuse das Gehäuse der Kolben- Zylinder-Betätigungsvorrichtung lösbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federteller (84) für das eine Ende der Feder (80) an einem Haltering (98) der Spindel (30) drehbar gelagert ist, an der auch ein mit einer Membran (108) verbundener Membranteller (116) drehbar gelagert ist.