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Die
Erfindung betrifft ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie
und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen, das
an eine Ventilklappe zum Ver- und Entriegeln des Ventils tragende
Klappenwelle kuppelbar ist, mit einem einen Boden und Deckel aufweisenden
Gehäuse,
in dem eine am Boden des Gehäuses
kraftschlüssig
gehaltene Führungsbuchse
angeordnet ist, in der eine eine Nut und eine axial durchgehende
Bohrung enthaltende Rastbuchse zum formschlüssigen Ankuppeln der Klappenwelle
drehbar und nahezu schwimmend konzentrisch zur Achse der Klappenwelle
gelagert ist, eine im Deckel drehbar gelagerte Welle, die zum Drehen
der Rastbuchse mit Klappenwelle in die Offenstellung außenseitig
mit einem Mitnehmer und innenseitig mit der Rastbuchse jeweils formschlüssig verbunden
ist und mit einem die Rastbuchse verriegelnden walzenförmigen Element,
welches von einer im Mantel der Führungsbuchse axial angeordneten
Ausnehmung frei drehbar aufgenommen ist, wobei in der Rastbuchse
eine an das Element angepasste Vertiefung vorgesehen ist, in die
das Element zum Verriegeln der Klappenwelle eingreift und mit einem
Membranmesswerk zum Bereitstellen einer aus einer Druckänderung
eines Gases resultierenden, die Schaltkraft übersteigenden Grenzkraft zum
Entriegeln der Klappenwelle.
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Aus
der
DE 23 03 715 A1 ist
ein gattungsgemäßes selbsttätiges Sicherheitsabsperrventil,
insbesondere für
Druckregelanlagen, bekannt, dessen klappenförmig ausgebildetes Verschluss-Stück auf einer
in Umfangsrichtung federbelasteten Welle angeordnet ist. In der
Offenstellung ist das Verschluss-Stück mittels einer Rasteinrichtung
verriegelbar und mittels einer die Rasteinrichtung entriegelnden
Auslöseinrichtung
betätigbar.
Die Rasteinrichtung besteht aus einer die Welle koaxial umgebenden
gehäusefesten
Führungsbuchse,
die mit mindestens zwei axial verlaufenden Ausnehmungen versehen
ist, mindestens umfangsverteilt in den Ausnehmungen der Führungsbuchse
angeordneten Schaltwalzen, einem die Führungsbuchse koaxial umgebenden,
im Gehäuse
drehbeweglich angeordneten Schaltlager, dessen innere Mantelfläche mit
Schaltnocken versehen ist, und auf der Welle angeordneten, axial
verlaufenden Nuten zur Aufnahme der Schaltwalzen in der Ventiloffenstellung.
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Dieses
bekannte Sicherheitsabsperrventil hat den Nachteil, dass bei Erreichen
der Ansprechwerte an den Verriegelungselementen Haft- und Gleitreibungskräfte zu überwinden
sind, die in Abhängigkeit
von der Größe des an
der Welle anliegenden Drehmomente beträchtliche Beträge erreichen, was
entweder große
Messwerke für
kleine Ansprechdrücke
oder die Einschränkung
des Führungsgrößenbereiches
auf größere Sollwerte
oder den Einsatz von Kraftverstärkern
erforderlich macht, wodurch ein höherer technologischer Aufwand
entsteht und eine Einhandbetätigung
zum Öffnen
des Sicherheitsabsperrventils nicht möglich ist.
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Nachteilig
ist ferner, dass in Abhängigkeit von
der Baugröße des jeweiligen
Sicherheitsabsperrventils mehrere verschieden große Schaltgeräte notwendig
sind.
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Die
erheblichen Haft- und Gleitreibungskräfte beeinflussen die Zuverlässigkeit
dieser bekannten Sicherheitsabsperrventile nachteilig.
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Die
DD 0 152 178 A offenbart
ein ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitendes Schnellschlussventil
mit einer im Gehäuse
drehbar gelagerten und die Ventilklappe tragenden Stellgliedwelle,
die mit einem den Schnellschluss der Ventilklappe bewirkenden mechanischen
Schalter gekuppelt ist, dessen walzenförmiges Verriegelungselement
von einer Nut aufgenommen wird und der koaxial zur Stellgliedwelle
angeordnet ist. Es ist ein mit der Stellgliedwelle lösbar verbundener
Kupplungsstutzen vorgesehen, der in dem Schalter angeordnet ist
und sich im Verriegelungszustand an der Bohrungswand des Lagers
sowie an dem Verriegelungselement abstützt, das einerseits von einer
einzigen axial in die Mantelfläche des
Kupplungsstutzens eingearbeiteten Nut aufgenommen wird und das andererseits
in einer Gehäuseausnehmung
angeordnet ist und welches auf einem in einem beweglichen käfigartig
ausgebildeten Schieber geführten Wälzkörper rollen
artig aufliegt, der zwischen dem Verriegelungselement und einem Nocken
einer Schaltwelle so angeordnet ist, dass der Wälzkörper am Nocken der Schaltwelle
und am Verriegelungselement eine Abrollbewegung ausführt und
der beim Verriegeln durch ein am Schieber angreifendes Federmittel
in die Verriegelungsstellung gelangt, und wobei der Kupplungsstutzen
auf seiner Oberfläche
mindestens eine Abplattung aufweist.
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Anstelle
der Gehäuseausnehmung
ist nach
DD 0 206 196
A eine Leiste vorgesehen, die in dem Gehäuse des
Schalters lösbar
befestigt ist und auf der sich das Verriegelungselement abstützt und
wobei anstatt des Schiebers ein hülsenförmig käfigartig ausgebildeter und
koaxial an der oder um die Schaltwelle gelagerter Drehschieber angeordnet
ist. Der Wälzkörper ist
bei dieser bekannten Lösung
im Verriegelungszustand gegenüber
der gedachten Achse zwischen Kupplungsstutzen und Schaltwelle um
einen definierten Betrag „e" nicht fluchtend
und in einem Schlitz des hülsenförmig ausgebildeten
Drehschiebers angeordnet.
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Zwar
realisiert dieser bekannte Stand der Technik nahezu Rollreibungsverhältnisse
an einem einzigen Verriegelungselement, jedoch sind auch hier an
die Baugröße der Sicherheitsabsperrventile entsprechend
angepasste Schalter notwendig. Die Belastungssituation an der punktgelagerten
Schaltwelle erzeugt darüber
hinaus Biegemomente, die in Abhängigkeit
der auftretenden Toleranzen, vor allem im Zusammenhang mit dem Versatz „e", die Höhe der Schaltkraft
nachteilig beeinflussen, so dass die Vorteile aus der Rollreibung
nahezu aufgezehrt werden.
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Aus
der
DE 2 245 622 A1 ist
ein Sicherheitsabsperrventil für
gasförmige
Medien führende
Druckleitungen bekannt, dessen mittels einer in Wirkrichtung belasteten
Klinke in der Öffnungsstellung
gehaltener Ventilverschlusskörper
beim Verlassen eines bestimmten Druckbereichs des Mediums durch
eine auf die Klinke wirkende Membran ausgelöst wird. Die Klinke ist innerhalb
eines Gas führenden
Raums angeordnet und greift direkt an einer den Ventilschlusskörper tragenden
Stange an. Zum Auslösen
der Klinke ist zwischen dieser und der Membran ein drehbar gelagerter
Winkelhebel angeordnet, mit dessen einem Schenkel die Membran gelenkig
verbunden ist und dessen der Klinke zugeordneter Schenkel zwei spiegelbildliche
Auflaufflächen
mit dazwischen liegender Freilauffläche für mindestens eine an der Klinke
angeordnete Klinke besitzt.
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Ferner
ist aus der
DE 199
52 610 A1 ein Sperrventil für niedrigen und hohen Druck
für Regel- und
Ausschalteinrichtungen einer Druckfluidströmung bekannt, das einen Körper mit
einer vom Fluid durchströmten
Kammer umfasst, die eine elastische Membran enthält, die abhängig von den Veränderungen
des Drucks in der Kammer und nach Maßgabe von Federn Bewegungen
bezüglich
einer Gleichgewichtsposition ausführen kann. Es ist ein Verschluss vorhanden,
der am Ende einer die Kammer durchsetzenden Betätigungsspindel angeordnet und
mit der Spindel zwischen einer Öffnungsstellung
und einer Schließstellung
bezüglich
eines im Weg des Fluids angeordneten Abschaltsitzes bewegbar ist,
wobei die Öffnungsstellung
durch ein Blockiersystem definiert ist und die Schließstellung
von einer dem Verschluss zugeordneten Druckfeder verursacht wird.
Zwischen der Spindel des Verschlusses und der elastischen Membran
ist ein Kupplungshebel angeordnet, der zwischen einer Blockierstellung
und einer Freigabestellung zum Blockieren und Freigeben der Spindel schwenkbar
ist, auf einer Seite einen zum Kuppeln und Festhalten der Spindel
in der Öffnungsstellung bestimmten
Blockierstift und auf der entgegengesetzten Seite ein Kontaktmittel
aufweist, das mit einem Freigabenocken zusammenwirkt, der mit der elastischen
Membran verbunden und mit ihr bewegbar ist.
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Nach
der
DE 85 10 235 U1 ist
eine Sicherheits-Absperrvorrichtung
für Gasleitungen
bekannt, bei der an einem Membranteller eine Membranstange befestigt
ist, auf der eine Schraubhülse
fest angeordnet ist, die von einem Stift durchsetzt ist, der in
einen gabelförmigen
Rasthebel mit einem Langloch eingreift, der im Gehäuseunterteil
an einem Bock schwenkbar gelagert ist. Der Rasthebel trägt an seinem
freien Ende eine Rolle, mit welcher er an einem ebenfalls im Gehäuseunterteil
schwenkbar gelagerten Kipphebel anstößt. Die Rolle sitzt auf einem
kleinen Amboss auf und der Kipphebel wird durch eine Blattfeder
federnd gegen die Rolle gedrückt.
Das dem Amboss gegenüberliegende
Ende des Kipphebels ist als abgeschrägte Nase ausgebildet, welche eine
Ringschulter eines im Gehäuseunterteils
gelagerten Ventilstößels hintergreift,
an dem ein unter dem Druck einer Spiralfeder stehender Absperrventilteller
sitzt, welcher dem Ventilsitz gegenübersteht und mit diesem das
Absperren bewirkt. Steigt der Ausgangsdruck über einen vorgesehenen Wert, dann
bewegt sich die Membran in Richtung Arbeitsraum, die mit der Membranstange
verbundene Schraubhülse
schwenkt den Rasthebel hoch, die Rolle verlässt den Amboss, der Kipphebel
kippt dessen Nase gibt den unter Spannung der Spiralfeder stehenden
Ventilstößel frei
und der Absperrventilteller wird von der Spiralfeder auf den Ventilsitz
gepresst. Das Sicherheits-Absperrventil
ist geschlossen.
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In
diesen bekannten Lösungen,
die Winkelhebel mit einer Rolle (
DE 2 245 622 A1 ) oder Kupplungshebel mit
Rolle (
DE 199 52 610
A1 ) oder Kipphebel mit Rolle (
DE 85 10 235 U1 ) einsetzen,
bewirkt die Rolle in der Offenstellung der Ventile keinen Kraftschluss
zwischen Verriegelungselement und dem Verschlussorgan, sondern dient
einzig der haftreibungsarmen Übertragung
einer Druckerhöhung
auf die das Verschlussorgan haltenden Verriegelungselemente, so
dass diese Lösungen
viele Bauteile benötigen
und entsprechend aufwändig
sind. Bei diesen bekannten Sicherheitsabsperrventilen sind die Schalteinrichtungen
integraler Bestandteil des Ventils, womit die Schalteinrichtung
nur auf eine Baugröße ausgelegt
sein kann. Im Übrigen
sind diese bekannten Schalteinrichtungen nicht für Ventilbauarten geeignet,
deren Verschlussorgan als eine Klappe ausgebildet ist und von einer
Welle betätigt
wird. Drehmomente werden deshalb von diesen bekannten Lösungen nicht übertragen.
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Des
weiteren ist aus der
DE
102 31 904 C1 eine Schaltvorrichtung für ein ohne Hilfsenergie arbeitendes
Sicherheitsabsperrventil bekannt, bei der in einem mit Boden und
Deckel versehenen Gehäuse eine
Ventilklappe tragende Welle drehbar gelagert ist, die durch eine
Rasteinrichtung verriegelbar ist. Die Rasteinrichtung enthält eine
zur Welle koaxial angeordnete und mit dieser drehfest verbundene
zylindrische Rastbuchse und ein drehbewegliches hohlzylindrisches
Schaltorgan. Die Rastbuchse weist zwei axial verlaufende, im Mantel
der Buchse, diametral gegenüberliegende
Ausnehmungen zur Aufnahme von walzenförmigen, in einem Schlitzzylinder
geführten
Verriegelungselementen auf. An der inneren Mantelfläche des
hohlzylindrischen Schaltorgans sind axial verlaufende, den Verriegelungselementen zugeordnete
Widerlagerkörper
vorgesehen. Mit dem Schaltorgan ist mindestens ein Auslöser mechanisch gekuppelt.
Zwischen den Verriegelungselementen und den Widerlagerkörpern sind
in einem drehbaren hülsenförmigen Käfig diametral
gegenüberliegende Wälzkörper zum Übertragen
der radialen Schaltkräfte
auf die Widerlagerkörper
angeordnet. Die Wälzkörper liegen
somit im verriegelten Zustand achsparallel nebeneinander und berühren sich
jeweils an ihren Kontaktflächen,
so dass die von der Drehung der Klappenwelle verursachten Radialkräfte durch
ein nahezu ideales Abrollen der Kontaktflächen auf die Widerlagerkörper übertragen
werden können.
Die Verriegelungselemente, Wälzkörper und
Widerlagerkörper
sind ihren Berührungslinien
um eine durch die Mittelpunkte der Verriegelungselemente, Wälzkörper, Widerlagerkörper und
dem Drehpunkt der Welle geführte
Achse justierbar. Dadurch ist es möglich, die Schaltkräfte auf
das anliegende Drehmoment im gewissen Grad einzustellen.
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Diese
bekannte Justagemöglichkeit
ist durch die vielen Bauteile sehr aufwändig und arbeitet nicht immer
störfrei.
Des Weiteren sind entsprechend ausgelegte Schaltvorrichtungen für Sicherheitsabsperrventile
unterschiedlicher Baugröße notwendig,
weil der Drehmomentbereich unterschiedlich großer Sicherheitsabsperrventile
viel zu groß ist,
um durch einen einzigen Justiervorgang abgedeckt werden zu können. Weitere
mit diesen Nachteilen behaftete Schaltgeräte sind aus der
DE 103 15 984 B3 ,
GB 2 171 176 A und
JP 60-65964A bekannt.
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Aufgabenstellung
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Bei
diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Kontrollgerät
mit Schaltfunktion für
Sicherheitsabsperrventile zu entwickeln, bei dem die Schaltkräfte für die Auslösung des Sicherheitsabsperrventils
wesentlich herabgesetzt, die Empfindlichkeit gegenüber geringen
Schaltkraftänderungen
erhöht
und der Arbeitsbereich durch Anpassung an die Drehmomente unterschiedlicher Baugrößen der
Sicherheitsabsperrventile unter gleichzeitiger Erhöhung des
Standardisierungsgrades für
schaltkrafterzeugende Baugruppen durch die Reduzierung der Bautypen
der Geräte
vergrößert wird,
die Einhandbedienung bei der Inbetriebnahme mit wenigen Handgriffen
möglich
ist und der technologische Aufwand gesenkt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie
und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Kontrollgeräts
sind den Unteransprüchen
entnehmbar.
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Die
erfindungsgemäße Lösung zeichnet
sich dadurch aus, dass ein Kontrollgerät für die Verarbeitung eines breiten
Drehmomentbereichs zur Verfügung
steht, welches für
Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen geeignet ist und zugleich in
der Lage ist, das Sicherheitsabsperrventil über den gesamten Drehmomentbereich
bei geringen Schaltkraftänderungen
auszulösen.
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Das
erfindungsgemäße Kontrollgerät besitzt ein
walzenförmiges
Verriegelungselement, dem eine einzige an einem Hebel drehbar angeordnete
Rolle zugeordnet ist, die sich an dem Verriegelungselement gegen
eine radiale Kraftkomponente der Klappenwelle des Ventils abstützt. Der
Hebel umfasst einen aus zwei Hebelarmen gebildeten Winkelhebel, dessen
erster Hebelarm die Rolle trägt
und mit einem Steuerelement zum Einstellen der Schaltkraft in Verbindung
steht, und dessen zweiter Hebelarm einem unter Federkraft stehenden
Rücksteller
zugeordnet ist, wobei der Winkelhebel um ein im Schnittpunkt der beiden
Hebelarme gelegenes, an der Gehäuseinnenwand
festgelegtes, der Rolle diametral gegenüberliegendes Gelenk schwenkbar
angeordnet ist, so dass die Rolle und das Verriegelungselement in
der Offenstellung vor Erreichen eines der Grenzwerte der zu überwachenden
Ansprechdrücke
im Kraftschluss zueinander gehalten sind. Die Rolle, der Schwenkpunkt im
Gelenk des Winkelhebels und das Verriegelungselement mit seiner
korrespondierenden Vertiefung in der Rastbuchse liegen dann auf
einer gemeinsamen Achse. Der die Rolle tragende Hebelarm ist mit
einer in einer Buchse des Gehäuses
geführten
Schaltstange des Meßwerks über ein
weiteres Gelenk verbunden und in seiner Lage gegenüber der
gemeinsamen Achse verstellbar ausgebildet so dass der zur Auslösung (Ansprechen)
des Sicherheitsabsperrventils führende
Schwenkbereich an unterschiedlich hohe Drehmomente anpassbar ist.
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Von
besonderem Vorteil ist, dass die Rolle an dem Verriegelungselement
bei Über-
oder Unterschreiten des Grenzwertes der eingestellten Schaltkraft
durch die Schwenkbewegung des Winkelhebels um einen positiven oder negativen
Betrag von der gemeinsamen Achse reibungsarm und ohne Haftreibung
rollend abwälzbar
angeordnet ist, so dass sich der Kraftschluss zwischen Rolle und
Verriegelungselement aufhebt und das Verriegelungselement soviel Freiraum
erhält,
dass es eine radiale Verschiebebewegung zum Entriegeln der Rastbuchse
mit Klappenwelle ausführen
kann.
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Das
erfindungsgemäße Kontrollgerät kann beispielsweise
für fünf Nennweiten
eines Sicherheitsabsperrventil eingesetzt werden, ohne eine konstruktive
Anpassung des Kontrollgeräts
vornehmen zu müssen.
Der Standardisierungsgrad der Geräte erhöht sich und der technologische
Aufwand wird gesenkt.
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Das
erfindungsgemäße Kontrollgerät lässt sich
je nach Ausführungsform
sowohl für
ein in das Gerät
integriertes Messwerk als auch für
ein an das Gehäuse
des Gerätes
angeflanschtes Messwerk einsetzen.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts besteht
darin, dass die Inbetriebnahme eines Sicherheitsabsperrventils durch
die Realisierung der Einhandbedienung erheblich vereinfacht werden
kann. Das erfindungsgemäße Kontrollgerät ermöglicht es,
die für
eine Inbetriebnahme notwendigen Funktionen wie die Herbeiführung des
Druckausgleiches, die Öffnung
der Ventilklappe und das Verriegeln der Ventilklappe nur durch Drehen
der Betätigungseinrichtung
auszuführen.
Nachdem sich an der Membran des Messwerks Kräftegleichgewicht eingestellt
hat, kann die Klappenwelle durch Drehen des Mitnehmers entgegen
der Drehrichtung der Klappenwelle in Offenstellung gebracht werden.
Der federbelastete Rücksteller
bewegt den Hebel in Verriegelungsposition bezogen auf die Achse
X-X. Die Ventilklappe ist in Offenstellung verriegelt.
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Das
erfindungsgemäße Kontrollgerät ist für rechts- oder linksdrehende
Klappenwellen gleichermaßen
geeignet, ist kompakt aufgebaut und bietet die Möglichkeit des lageunabhängigen Einbaus.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Es
zeigen die
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1 einen
Schnitt in Seitenansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit integriertem Messwerk
für eine
in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventil
entlang der Linie B-B der 2,
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2 einen
Schnitt in Vorderansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit integriertem Messwerk
für eine
in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils
entlang der Linie A-A der 1,
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3 einen
Schnitt durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit integriertem
Messwerk für eine
in Schließstellung
gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils entlang der
Linie A-A der 1,
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4a einen
Schnitt in Seitenansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit externen Messwerk
für eine
in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils
entlang der Linie C-C der 4b,
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4b einen
Schnitt in Vorderansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit externen Messwerk
für eine
in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils
entlang der Linie D-D der 4a,
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4c eine
Einzelheit mit Darstellung der Membranstange,
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5 eine
schematische Darstellung von Winkelhebel, Schaltstange und Rolle,
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6 einen
Schritt von Winkelhebel, Schaltstange und Profilrolle sowie
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7 einen
Schnitt durch die Profilrolle der 6.
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Beispiel 1: Kontrollgerät mit internem
Messwerk
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Die 1 und 2 zeigen
den grundsätzlichen
Aufbau eines erfindungsgemäßen Kontrollgerätes KG mit
einem integrierten Messwerk MW1. Das Kontrollgerät ist axial auf das aus einem
Gehäuse
G herausragenden Ende einer Klappenwelle W eines nicht weiter dargestellten
Sicherheitsabsperrventils aufgesteckt und am Gehäuse G des Sicherheitsabsperrventils
durch Schrauben angeflanscht. Das Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG und
das Gehäuse
G des Sicherheitsabsperrventils besitzt jeweils aufeinander abgestimmte
Ausnehmungen A, die eine gemeinsame Zentrierbuchse ZB aufnehmen,
welche das Kontrollgerät
KG in seiner Lage zum Gehäuse
G mit der herausragenden Klappenwelle W entsprechend zentriert.
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Am
Boden 6 des Gehäuses 1 ist
eine durch Zylinderschrauben 38 und 39 drehfest
gehaltene Führungsbuchse 2 angeordnet,
in der eine Rastbuchse 3 mittels der Lager 4 nahezu
schwimmend gelagert ist. Die Rastbuchse 3 hat eine Bohrung
B1, die mit einer Nut N versehen ist, in die das Ende der Klappenwelle
beim Anflanschen eingeschoben ist, um das an der Klappenwelle anliegende
Drehmoment MA über
eine Passfeder 35 formschlüssig auf die Rastbuchse 3 übertragen
zu können.
Die Rastbuchse 3 ist diamaterial der Nut N gegenüberliegend an
ihrer Außenseite
mit einer Vertiefung A2 versehen, die für die teilweise Aufnahme eines
walzenförmigen
Verriegelungselementes 16 vorgesehen ist, welches im Mantel
der Führungsbuchse 2 in
einer axial verlaufenden Ausnehmung A1 einliegt. Die Form und die
Dimensionierung der Vertiefung A2 in der Rastbuchse 3 und
der Ausnehmung A1 in der Führungsbuchse 2 sind
so aufeinander abgestimmt, dass das Verriegelungselement 16 radial
frei beweglich ist. Die Führungsbuchse 2 dient
somit einerseits zur Lagerung der drehbaren Rastbuchse 3 und
zur Führung
des radial beweglichen Verriegelungselementes 16 sowie
andererseits zur Aufnahme der vertikalen Kraftkomponente der Aktionskraft
aus dem Antriebsmoment MA der Klappenwelle W, die über die
Rastbuchse 3 in das Verriegelungselement 16 eingeleitet
wird.
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Das
Verriegelungselement 16 stützt sich in der Offenstellung
der Klappenwelle W – wie
in 2 dargestellt – an einer einzigen als Widerlager
ausgebildeten Rolle R ab, die am Ende eines ersten Hebelarmes H1
eines Winkelhebels H drehbar gelagert ist. Der Winkelhebel H umfasst
einen zweiten Hebelarm H2, der mit dem ersten Hebelarm H1 einen
im Wesentlichen rechten Winkel einschließt. Im Schnittpunkt der beiden
einander zugewandeten Enden der Hebelarme H1 und H2 befindet sich
eine Bohrung 32, die ein an der Gehäuseinnenwand 31 des
Kontrollgeräts
KG festgelegter Zylinderstift 33 durchsetzt. Die Bohrung 32 und
der Zylinderstift 33 bilden ein der Rolle R diametral gegenüberliegendes
erstes Gelenk 34, um das der Winkelhebel H entsprechend schwenkbar
ist.
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Der
erste Hebelarm H1 ist über
ein zweites Gelenk 29 mit einer Schaltstange 9 verbunden,
die an einem einen Membranteller 27 und eine Membran 26 haltenden
Druckstück 28 des
internen Messwerkes MW1 befestigt ist. Das Gelenk 29 liegt
etwa mittig zwischen dem ersten Gelenk 34 und der Rolle
R des Hebelarms H1 und besteht aus einer in den Hebelarm H1 eingebrachten
Bohrung 25 und einem Gelenkstück 24, das die Bohrung 25 durchsetzt.
Das Gelenkstück 24 besitzt
einen mit Außengewinde
versehenen Schraubenschaft 23, der in das Innengewinde
einer Ausnehmung 22 der Schaltstange 9 in axialer
Richtung einschraubbar ist, so dass die Wirklänge der Schaltstange 9 gegenüber dem
Gelenk 29 durch Herausschrauben verlängert oder durch Hereinschrauben
in die Ausnehmung 22 verkürzt werden kann. Dies ermöglicht es,
die Lage der Rolle R in Bezug auf das Verriegelungselement 16 entsprechend der
Höhe des
anliegenden Antriebsmoments MA der Klappenwelle W einzustellen.
Die Schaltstange 9 ist in einer vom Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG aufgenommen
Buchse B axial verschieblich geführt
und überträgt somit
die durch den anstehenden Wirkdruck hervorgerufene Verschiebung
der Membran auf das Gelenk 29, so dass der Winkelhebel
H um das Gelenk 34 eine Schwenkbewegung im Winkel φ in positiver
oder negativer Richtung ausführen
kann (siehe 3). Der Winkelhebel H, die Rolle
R und die Schaltstange 9 sind zu einem Formgesperre FG
zusammengefasst, das einerseits im Gelenk 34 schwenkbar
ist und andererseits durch die Verstellbarkeit der Wirklänge L der
Schaltstange 9 sowohl die Größe des Schwenkwinkels φ bestimmt
als auch eine Anpassung an die Größe des aufzunehmenden Antriebsmomentes
MA ermöglicht.
Im Gleichgewichtszustand, d. h. in der Offenstellung der Ventilklappe,
liegen die Nut N, die Vertiefung A2 in der Rastbuchse 3,
die Ausnehmung A1 der Führungsbuchse 2,
das Verriegelungselement 16, die Rolle R auf einer gemeinsamen
Achse X-X. Die Rolle R befindet sich an der Kontaktfläche KF im
Kraftschluss zum Verriegelungselement 16 und hält dieses
in der Vertiefung A2 der Rastbuchse 2 mit einer definierten Kraft
fest, die einem durch die Einstellung der Wirklänge L der Schaltstange 9 eingestellten
Gleichgewichtswert als Grenzkraftwert entspricht.
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Zwischen
Membranteller 27 und dem die Buchse B aufnehmenden Gehäuseteil
befindet sich eine Rückstellfeder 13,
die der Schaltstange 9 zugeordnet ist. Bei hergestelltem
Kräftegleichgewicht
an der Membran kann die Klappenwelle W in die Offenstellung gedreht
werden. Hierzu ist im Deckel 5 des Kontrollgeräts KG eine
Welle 10 zum Rückstellen drehbar
gelagert, die an ihrer Außenseite
mit einem Mitnehmer 11 und an ihrer Innenseite mit der
Rastbuchse 3 formschlüssig
verbunden ist. Durch Drehen entgegen Pfeilrichtung (Drehrichtung
der Welle) wird an der Rückstellfeder 13 eine Rückstellkraft
erzeugt, die den Winkelhebel H mit Rolle R automatisch in Verriegelungsposition
bringt. Die Nut N, die Vertiefung A2 in der Rastbuchse 3,
die Ausnehmung A1 der Führungsbuchse 2,
das Verriegelungselement 16 und die Rolle R liegen dann
wieder auf der gemeinsamen Achse X-X. Die Klappenwelle W ist in
Offenstellung.
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Dem
zweiten Hebelarm H2 kann auch ein unter Federkraft stehender externer
Rücksteller
RS zugeordnet sein, der am Gehäuse 1 des
Kontrollgeräts
KG befestigt ist und durch eine Bohrung B3 in der Gehäusewand
auf den Hebelarm H2 einwirken kann. Dieser Rücksteller RS bewegt den Winkelhebel
H mit Rolle R mit Hilfe einer durch eine Feder einstellbaren Stellkraft
ebenso wie die Rückstellfeder 13 in
die Offenstellung.
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Beispiel 2: Kontrollgerät mit externem
Messwerk
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Die 4a, 4b und 4c zeigen
das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit externem
Messwerk MW2. Der Aufbau und die Anordnung des Winkelhebels H mit
Rolle R entsprechen dem des Beispiels 1.
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Das
Messwerk MW2 ist am Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG mit
Schrauben angeflanscht und enthält
wie das Messwerk MW1 eine jedoch hier nicht dargestellte Membran
zur Aufnahme des Wirkdruckes. Die Membran arbeitet mit einer Membranstange
M1 zusammen, die mit einer Ausnehmung 19 versehen ist,
in der eine Kugel K im Gleichgewichtszustand der Kräfte teilweise
einliegt (siehe 4c). Sobald eine Druckänderung
die Membran bewegt, überträgt diese
die Bewegung auf die Membranstange M1, die sich in der hier nicht
dargestellten z-Richtung verschiebt. Die Kugel K bewegt sich aus
der Ausnehmung 19 heraus und drückt entgegen einer Feder F
auf eine Schaltstange S1, die in einem Verbindungsstück 17 axial
verschieblich angeordnet ist. Das Verbindungsstück 17 liegt in einer
Ausnehmung 14 des Gehäuses 1 des
Kontrollgeräts
KG gasdicht ein und wird durch die Verschraubung des Messwerks MW2
am Gehäuse 1 gehalten.
Die Schaltstange S1 durchdringt das Verbindungsstück 17 und
setzt auf die Schaltstange S2 kraftschlüssig auf und verschiebt letztere
axial in der Buchse B gegen den Hebelarm H1 des Winkelhebels H.
Die Verbindung der Schaltstange S2 mit dem Hebelarm H1 entspricht dem
des Beispiels 1.
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Nachfolgend
wird die Funktion des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts beschrieben.
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Das
anliegende Drehmoment MA der Klappenwelle W des Sicherheitsabsperrventils
wird von dem Verriegelungselement 16 aufgenommen, das teilweise
in der Vertiefung A2 der Rastbuchse 3 einliegt und sich
jeweils an der entsprechenden Wandung der Ausnehmung A1 der Führungsbuchse 2 abstützt. Die
im Kontrollgerät
KG wirkende Radialkraft wird direkt über das Verriegelungselement 16 auf
die Kontaktfläche
KF der Rolle R des Winkelhebels H übertragen. Zur Anpassung des
Kontrollgeräts
an das vorhandene baugrößenabhängige Antriebsdrehmoment
MA der Klappenwelle W sowie zur Optimierung der Schaltkraft zwecks
Auslösung
des Sicherheitsabsperrventils ist der Winkelhebel H in Bezug auf
die Achse X-X einstellbar. Dies geschieht durch eine entsprechende
Längenänderung
der Schaltstange 9 oder S2. Das erfindungsgemäße Kontrollgerät erreicht
einen Arbeitsbereich zwischen 2000 bis 10000 Nmm, was einer Erhöhung des Drehmoments
für eine
Baugröße von 500%
entspricht. Die Schaltkraft ändert
sich bei einer solch signifikanten Erhöhung des Arbeitsbereichs lediglich
um 6%.
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Die
am Hebelarm H1 drehbar gelagerte Rolle R dient als Widerlager und
sichert eine sehr reibungsarme Bewegungsfähigkeit des Winkelhebels H,
so dass die Auslösung
der Klappenwelle W mit gegenüber
den bisher bekannten Lösungen
wesentlich kleineren Schaltkräften
erfolgen kann. Es treten keine Haft- und Gleitreibungskräfte an der
Kontaktfläche KF
des Verriegelungselements 16 auf und sind lediglich die
Rückstellkräfte, die
drehmomentbedingten Reibkräfte
(nahezu Rollreibung) und die Lagerreibung zwischen den Lagerungen
von Winkelhebel H und Rolle R zu überwinden.
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Der
Schaltvorgang zur Auslösung
des Sicherheitsabsperrventil wird mittels der Schaltstange 9 im
Beispiel mit integriertem Messwerk MW1 bzw. mit geteilten Schaltstangen
S1 und S2 im Beispiel mit externen Messwerk MW2 realisiert, nachdem
der Grenzwert der eingestellten Ansprechdrücke über- oder unterschritten wird.
Der um den erforderlichen Schwenkwinkel φ ausgelenkte Winkelhebel H
gibt die Verriegelung der mit der Rastbuchse 3 gekuppelten Klappenwelle
W frei, die nicht dargestellte Ventilklappe des Sicherheitsabsperrventils
wird vom Antriebsmoment der Klappenwelle W und den Strömungskräften beschleunigt,
erreicht die Schließlage
und sperrt den freien Gasdurchgang ab.
-
Haben
die zu überwachenden
Größen ihren normalen
Betriebswert wieder erreicht, stellt sich ein entsprechendes Gleichgewicht
an der Membran des Messwerks MW1 oder MW2 ein.
-
Die
Klappenwelle W kann mittels einer Betätigungseinrichtung BE – wie zuvor
bereits beschrieben – in
die Offenstellung gebracht werden. Das Kontrollgerät KG verriegelt
die Klappenwelle W und das Sicherheitsabsperrventil ist wieder betriebsbereit.
-
Die 5 bis 7 zeigen
Varianten des Einsatzes der Rolle R aus Stahl mit einer gehärteten glatten
Oberfläche
oder einer profilierten Oberfläche. Die
Rolle R mit der profilierten Oberfläche weist ein Profil auf, das
eine Tiefe t im Bereich zwischen dem 0,02 bis 0,03-fachen des Durchmessers
d der Rolle R hat und aus axial verlaufenden Kreissegmenten mit einem
Radius des 0,4-fachen des Durchmessers besteht.
-
- 1
- Gehäuse des
Kontrollgeräts
KG
- 2
- Führungsbuchse
- 3
- Rastbuchse
- 4
- Lager
- 5
- Deckel
in KG
- 6
- Boden
des KG
- 9
- Schaltstange
- 10
- Welle
zum Rückstellen
- 11
- Mitnehmer
an 10
- 13
- Rückstellfeder
- 14
- Ausnehmung
für 17 in 1
- 16
- Verriegelungselement
- 17
- Verbindungsstück für MW2
- 19
- Ausnehmung
in M1
- 22
- axiale
Ausnehmung in 9
- 23
- Schraubenschaft
von 24 des Gelenks 29
- 24
- Gelenkstück des Gelenks 29
- 25
- Bohrung
in Hebelarm H1 für 24
- 26
- Membran
von MW1
- 27
- Membranteller
von MW1
- 28
- Druckstück von MW1
- 29
- zweites
Gelenk des Winkelhebels H
- 31
- Gehäuseinnenwand
- 32
- Bohrung
im Winkelhebel für
Gelenk 34
- 33
- Zylinderstift
für Gelenk 34
- 34
- erstes
Gelenk
- 35
- Passfeder
- 38,
39
- Zylinderschrauben
- 40
- Deckel
an KG
- A
- Ausnehmung
im Gehäuse
von KG und G
- A1
- Ausnehmung
in 2
- A2
- Vertiefung
in 3
- B
- Buchse
für 9 in 1 bzw.
S2 in 1
- B1
- Bohrung
in 3
- B3
- Bohrung
in 1 für
Rücksteller
RS
- BE
- Betätigungseinrichtung
- d
- Durchmesser
der Rolle R
- E-E
- Achse
der Schaltstange
- F
- Feder
- FG
- Formgesperre
- G
- Gehäuse des
Sicherheitsabsperrventils
- H
- Winkelhebel
- H1
- Hebelarm
von H
- H2
- Hebelarm
von H
- K
- Kugel
- KF
- Kontaktfläche an Rolle
R
- KG
- Kontrollgerät
- L
- Länge der
Schaltstange
- M1
- Membranstange
in MW2
- MA
- Antriebsdrehmoment
- MW,
MW1, MW2
- Messwerk
- N
- Nut
in Bohrung B1
- R
- Rolle
- r
- Radius
des Kreissegmentes in R
- RS
- Rücksteller
- S1,
S2
- Schaltstange
- t
- Tiefe
des Radius r in Rolle
- W
- Klappenwelle
- X-X
- Achse
- ZB
- Zentrierbuchse
- φ
- Schwenkwinkel