DE3235001A1

DE3235001A1 - Pneumatische schalteinrichtung

Info

Publication number: DE3235001A1
Application number: DE19823235001
Authority: DE
Inventors: Lambertus Karel Johannes The Hague Spa
Original assignee: BETA BV
Current assignee: BETA BV
Priority date: 1982-03-17
Filing date: 1982-09-22
Publication date: 1983-09-22
Also published as: US4630645A; GB2116676B; NL8201105A; FR2523660A1; FR2523660B1; GB2116676A

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Schalteinrichtung, beispielsweise als Sicherheitseinrichtung gegen Überdruck, bestehend aus einem Gehäuse und einem Betätigungsstift, der mit einem Ventil verbunden ist, das in seiner geöffneten Position über eine Kammer in dem Gehäuse mit Umgebungsluft in Verbindung steht.

In explosiven Umgebungen, beispielsweise auf ölbohrplattformen, können elektrische Schalter aufgrund der Funkenbildung Explosions- bzw. Feuergefahr hervorrufen. Daher wäre es wünschenswert, beispielsweise in einer Überwachungseinrichtung gegen Überdruck eine pneumatische Schalteinrichtung zu verwenden, die diese Gefahr nicht mit sich bringt.

Pneumatische Schalteinrichtungen sind bekannt, bei denen der Betätigungsstift gegen einen Federdruck eines zwei Wege- oder drei Wege Schieberventils arbeitet, jedoch besitzen solche Einrichtungen einen langen Betätigungsweg (zwei bis drei mm) und ebenso relativ große

20 Abmessungen.

Druckaufnehmer, die einen Membrankolben besitzen, werden häufig als Druckdetektoren verwendet, wobei die Membrankolben sehr empfindlich sind, so daß sie Hübe von nur 0,02 bis 0,03 mm besitzen können.

Jedoch sind sie auf diese Weise ungeeignet für die Betätigung einer bekannten pneumatischen Schalteinrichtung. Desweiteren besitzen die bekannten pneumatischen Schalteinrichtungen den Nachteil, daß sie eine Zwischenstellung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position einnehmen können, wenn sie sehr langsam betätigt werden, so daß das gewünschte Schalten nicht auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine pneumatische Schalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, diese Nachteile zu vermeiden und eine Schalteinrichtung mit kleinen Abmessungen und einem unzweideutigen Betätigungszyklus liefert. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Kolben in einer Bohrung des Gehäuses aufgenommen wird, der zwischen zwei Endflächen einen verengten Abschnitt aufweist, wobei zwei Dichtungen in dem verengten Abschnitt eingeordnet sind, die mit Sitzen zusammen arbeiten können, die sich von der Wandung der Gehäusebohrung zur Kolbenachse erstrecken, während eine Druckfeder auf eine Endfläche des Kolbens einwirkt und die andere Endfläche eine Druckkammer in dem Gehäuse begrenzt, wobei das Luftventil mit der Druckkammer in Verbindung steht, während eine Pilotdrucköffnung mit einer Drosselstellung in die Druckkammer, eine Austrittsöffnung zwischen den Sitzen und eine Signaldrucköffnung in die Gehäusebohrung jenseits von jedem Sitz münden.

Vorzugsweise ist ein Hebel vorgesehen, der schwenkbar mit dem Gehäuse verbunden ist und mit seinem freien Ende mit dem Ende des Betätigungsstiftes des Luftventils in Eingriff steht, während ein zweiter Betätigungsstift, der auf den Abschnitt des Hebels zwischen seinen freien Enden einwirkt,mit dem zu überwachenden Element verbunden ist. Hiermit ist es möglich, die 5 Differenz, die nichts destoweniger zwischen dem kleinen

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Hub der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung relativ zu dem Hub eines Membrankolbens noch existiert, durch das Hebelverhältnis zu überbrücken.

Desweiteren wird die Bewegung des Betätigungsstiftes des Luftventils relativ zu demjenigen des Druckaufnehmers beschleunigt, so daß auch bei langsamer Bewegung des Stiftes keine Zwischenposition auftreten kann, in der das Luftventil halb geöffnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Schalteinrichtung.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht mit einem Luftventil.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die eine Drosselung aufweisende Steuerleitung.

Die dargestellte pneumatische Schalteinrichtung besitzt ein Gehäuse 1, in der ein Kolben 5 in Längsrichtung verschiebbar aufgenommen wird. Eine Dichtung 2 steht mit dem Umfang des Kolbens 5 in Eingriff und wird von einer Ausnehmung in der Gehäusebohrung aufgenommen. Die Dichtung 2 besitzt vorzugsweise einen Z-förmigen Querschnitt, wodurch eine einwandfreie Abdichtung unter der geringst möglichen Reibung relativ zum Kolben 5 ermöglicht wird.Die Dichtung 2 teilt die Gehäusebohrung in eine Schaltkammer 3 und eine Druckkammer 4.

Der Kolben 5 besteht aus zwei Teilen 5a und 5b, die ineinander geschraubt sein können, und besitzt einen Abschnitt 5c mit verringertem Durchmesser im wesentlichen im Mittelteil seiner Länge, wobei die Wände, die den Abschnitt 5c in Querrichtung begrenzen, jeweils am Umfang mit einer Dichtung 6 bzw. 7 versehen sind. Das Gehäuse 1 besitzt einen Abschnitt, der sich einwärts bezüglich des

übrigen Teils der Gehäusebohrung erstreckt, wodurch zwei gegenüberliegend positionierte Sitze 8 und 9 ausgebildet werden, die sich in die Kammer 3 erstrecken, die durch den verengten Abschnitt 5c gebildet wird. Die Ringdichtungen 6,7 können abwechselnd mit den Sitzen 8,9 zusammen arbeiten.

Eine Druckfeder 10 wird von dem Teil 5b des Kolbens 5 aufgenommen und steht in Eingriff mit einer Bodenplatte 21 des Gehäuses 1, während ein Dichtungsring 22 die Dichtung zwischen der Bodenplatte 21 und dem Gehäuse 1 vornimmt. Die Oberseite, gemäß der Zeichnung gesehen, des Teils 5a des Kolbens 5 bildet zusammen· mit einem Deckel 23 die Druckkammer 4, wobei ein Dichtungsring 24 zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse 1 und dem Deckel 23 vorgesehen ist. Drei Bohrungen 11,12,13 sind in dem Gehäuse 1 vorgesehen, wobei die Bohrung 11 zwischen den Dichtungen 2 und 6, die Bohrung 12 zwischen den Sitzen 8 und 9 und die Bohrung 13 zwischen den Dichtungen 7 und 22 angeordnet ist. Wie sich aus dem nachstehenden ergibt, dient die Bohrung 12 als Austrittsöffnung, während die Bohrungen 11 und 13 zur Kommunikation mit einem Signaldruck dienen.

Eine Bohrung 25 ist im Deckel 23 vorgesehen und verbindet die Druckkammer 4 über eine Leitung 26 in dem Deckel 23 mit der Umgebungsluft, während ein Luftventil 14 in der Leitung 26 vorgesehen ist, das einen Betätigungsstift 14a aufweist, der sich aus dem Deckel 23 heraus erstreckt. Desweiteren besitzt der Deckel 23 eine Verbindungsbohrung 15, die mit der Druckkammer 4 über eine Drosselung 16 (Fig. 3) verbunden ist.

Wenn ein Steuerdruck an die Steuerdruckleitung 15 angelegt wird, wobei der Steuerdruck konstant ist, beispielsweise 1,5 bar, und wenn das Luftventil 14 geschlossen ist, findet in der Druckkammer 4 ein Druckaufbau statt. Dieser Druck wirkt auf die Kolbenfläche 18,

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wodurch eine Kraft nach unten auf den Kolben 5 ausgeübt wird. Wenn diese Kraft die entgegengesetzt gerichtete Kraft der Feder 1O übersteigt, bewegt sich der Kolben 5 gegen den Federdruck und die Dichtung 6 gelangt in Eingriff mit dem Sitz 8.

Wenn ein Signalluftdruck an die Bohrung 11 angelegt wird, bleibt der hierdurch hervorgerufene Druck auf den Raum zwischen dem Kolben 5, der Bohrungswandung des Gehäuses 1 und den beiden Dichtungen 2 und 6 beschränkt.

Wenn die Schalteinrichtung als überdrucksicherung dient, wird ein Element, das unter dem Einfluss des zu kontrollierenden Druckes steht, mit dem Betätigungsstift 14a des Luftventils 14 verbunden. Vorzugsweise wird dieses Element mit einem zweiten Betätigungsstift 19 verbunden, der mit einem Hebel 17 in Eingriff steht, der an einem Ende bei 20 bezüglich des Gehäuses 1 verschwenkbar angeordnet ist. Das freie Ende des Hebels 17 steht mit dem Ende des Betätigungsstiftes 14a des Luftventils 14 in Eingriff. Wenn der zu kontrollierende Druck einen vorgesehenen Viert überschreitet, wird das Ventil geöffnet, wodurch in der Druckkammer 4 ein Leck erzeugt wird. Die Drosselung 16 in der Steuerdruckverbindung 15 stellt sicher, daß das Leck durch das Luftventil 14 größer ist als die Zufuhr durch die Bohrung 15, so daß der Druck in der Kammer 4 abnimmt. In einem vorbestimmten Moment übersteigt der Druck der Feder 10 den Druck, der auf den Kolben 5 von der anderen Seite ausgeübt wird, wodurch der Kolben 5 sich in Richtung des darauf ausgeübten Federdruckes bewegt und die Dichtung 6 vom Sitz 8 freikommt, während die Dichtung 7 mit dem Sitz 9 in Eingriff gelangt. Nun kann die Signalluft von der Bohrung durch die Schaltkammer 3 und von dort durch die Bohrung 12 auswärts strömen, wodurch ein Ausgangssignal erhalten wird. Die Bohrung 12 kann mit einer Betätigungseinrichtung

beispielsweise"fur"ein Belüftungsventil verbunden sein, das den zu steuernden Druck absenkt. Wenn dieser Druck erneut seinen erlaubten Wert erreicht, schließt das Luftventil 14 und danach bewegt sich der Kolben 5 nach 5 oben, so daß die Ausgangsstellung wieder erreicht ist. überdruck, der in der Kammer 3 verbleibt, kann, falls ein solcher vorhanden ist, nun durch die Bohrung 13 abgeführt werden. Es ist ferner möglich, die Signalluft an die Bohrung 13 anzulegen. Wenn nun das Luftventil 14 sich in seiner nicht betätigten Situation befindet, kann die Signalluft von der Bohrung 13 durch die Kammer 3 zur Bohrung 12 gelangen, wodurch ein kontinuierliches Signal in dem nicht betätigten Zustand erzielt wird. Wenn das Luftventil 14 betätigt wird, wird das Luftsignal unterbrochen und die Druckkammer kann über die Bohrung 11 entlüften. Hierdurch wird die Schalteinrichtung für eine normalerweise offene Position im Gegensatz zu der normalerweise geschlossenen Position, wie weiter oben beschrieben, verwendet.

Wenn ein Druck durch ein Element gesteuert wird, das mit dem Betätigungsstift 19 verbunden ist, der sich über einen sehr kurzen Betätigungsweg bewegt, beispielsweise 0,02 bis 0,05 mm, besteht die Möglichkeit, daß dann, wenn dieser Stift direkt auf das Luftventil 14 wirkt und die Betätigung sehr langsam stattfindet, das Leck durch' das Ventil 14 zeitweilig gleich der Zufuhr durch die Drosselstelle 16 ist. Dies könnte in einem Moment resultieren, in dem der Kolben 5 nicht weiß, welche Position er einnehmen muß. Um von Anfang an zu vermeiden, daß eine solche Situation auftritt, ist der Hebel 17 vorgesehen, durch den die Bewegungen des Stiftes 19 auf dem Stift 14a in größerem Verhältnis übertragen wird. Selbst bei kleiner Verschiebung des Stiftes 19 öffnet das Ventil .14 dann immer mit einem Querschnitt, der größer als der Querschnitt der

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Drosselstelle 16 ist. Dies stellt ein schnelles Ansprechen der Schalteinrichtung selbst mit einem kleinen Betätigungsweg des Stiftes 19 sicher.

Jedoch ist in dem Fall, in dem der Stift 19 selbst einen großen Betätigungsweg ausführt, der Hebel 17 überflüssig.

Claims

Ansprüche

Pneumatische Schalteinrichtung mit einem Gehäuse und einem Betätigungsstift, der mit einem Ventil verbunden ist, das in geöffnetem Zustand über eine Kammer in dem Gehäuse mit Umgebungsluft in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (5) in einer Bohrung in dem Gehäuse (1) aufgenommen ist, wobei der Kolben (5) einen verengten Abschnitt (5c) zwischen zwei Endflächen aufweist, zwei Dichtungen (6,7) in dem verengten Abschnitt (5c) vorgesehen sind, die mit Sitzen (8,9) zusammen arbeiten können, die sich von der Gehäusebohrung swandung in Richtung zur Kolbenachse erstrecken, wobei eine Druckfeder (10) auf eine Kolbenendfläche wirkt und die andere Kolbenendfläche (18) eine Druckkammer (4) in dem Gehäuse (1) begrenzt, das Luftventil (14) mit der Druckkammer (4) verbunden ist, während eine Pilotluftöffnung (15), die eine Drosselstelle (16) aufweist, in der Druckkammer (4) mündet, eine Austrittsöffnung (12) zwischen den beiden Sitzen (8,9) und eine Signaldrucköffnung (11,13)

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in die Gehäusebohrung jenseits jedes Sitzes (8,9) mündet.
2. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hebel (17), der mit dem Gehäuse (1) drehbar verbunden ist, mit seinem freien Ende mit dem Ende des Betätigungsstiftes (14a) des Luftventils (14) in Eingriff steht, während ein zweiter Betätigungsstift (19) mit dem :

Hebel (17) zwischen dessen Enden in Eingriff steht, wobei der zweite Betätigungsstift (19) mit dem zu steuernden Element verbunden ist.