DE102010012435B4

DE102010012435B4 - Stellantrieb für ein Gasventil

Info

Publication number: DE102010012435B4
Application number: DE201010012435
Authority: DE
Inventors: Detlef Bayer
Original assignee: Mertik Maxitrol GmbH and Co KG
Current assignee: Maxitrol GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: US20130000754A1; EP2548090A1; DE102010012435A1; CA2792193A1; WO2011113573A1; US9201429B2

Abstract

Stellantrieb (3) für ein Gasventil, bestehend aus • einem Gehäuse (9), das durch einen Deckel (10) verschlossen ist, wobei zwischen dem Gehäuse (9) und dem Deckel (10) eine Arbeitsmembran (8) eingespannt ist, die den von Gehäuse (9) und Deckel (10) umschlossenen Raum in eine deckelseitige Arbeitsdruckkammer (11) und eine gehäuseseitige Ausgangsdruckkammer (13), die über eine Ausgangsdruckleitung (14) mit der Ausgangsseite des Gasventils (2) verbunden ist, unterteilt, • einem im Gehäuse (9) schwenkbar gelagertem Hebel (15), der sich einerseits an der Arbeitsmembran (8) abstützt, und der andererseits über einen Antriebsstößel (16) auf einen Schließkörper (17) des Gasventils (2) wirkt, • einem über eine Sollwertfeder (23) einstellbaren Druckbegrenzungsventil (6), dessen Druckkammer (21) über einen Kanal (22) mit der deckelseitigen Arbeitsdruckkammer (11) verbunden ist und über einen durch einen Verschluss (18) verschließbaren Ventilsitz (20) mit der Ausgangsdruckleitung (14) verbindbar ist, • einem Magnetventil (7), das über eine Eingangsdruckleitung (12) mit der Eingangsseite das Gasventils (2) verbunden ist, • einer in der Eingangsdruckleitung (12) stromauf des Magnetventils (7) befindlichen Drossel (29), die eine manuelle Einstellung des Öffnungsquerschnittes der Eingangsdruckleitung (12) ermöglicht, • wobei das doppelt wirkende Magnetventil (7) in geschlossenem Zustand die Eingangsdruckleitung (12) verschließt und gleichzeitig einen Verbindungskanal (28) zwischen der deckelseitigen Arbeitsdruckkammer (11) und der gehäuseseitigen Ausgangsdruckkammer (13) öffnet, wohingegen bei geöffnetem Magnetventil (7) die Eingangsdruckleitung (12) mit der deckelseitigen Arbeitsdruckkammer (11) und der Druckkammer (21) des Druckbegrenzungsventils (6) verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für ein Gasventil zum Regeln des Druckes und zum Absperren des Gasstromes in einer Gasleitung.
Stand der Technik
Gasventile mit Stellantrieben werden vor Gasverbrauchseinrichtungen eingesetzt. Mit diesen Gasventilen wird der Druck des Gasstromes geregelt. Weiterhin ermöglicht das Gasventil ein Absperren des Gasstromes.
So ist aus der DE 100 18 757 A1 eine Gasarmatur zum Regeln des Druckes und zum Absperren des Gasstromes bekannt. Diese Gasarmatur besitzt zwei hintereinander geschaltete Hauptventile, die über je eine Membran gesteuert werden. Dabei bildet jede Membran in einem Membrangehäuse eine erste und eine zweite Kammer, wobei die erste Kammer mit einer Stelldruckleitung verbunden ist, die stromauf der Hauptventile an die Gasleitung angeschlossen ist.
Jedes Hauptventil weist zwei Schließkörper auf, wobei ein Schließkörper vom Gasstrom in Schließrichtung und der andere Schließkörper in Öffnungsrichtung belastet ist. Der Stelldruck in den beiden ersten Kammern wird in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck geregelt. Die beiden zweiten Kammern werden mit dem Druck des Gasstromes zwischen den beiden Stellgliedern beaufschlagt.
Bei dieser bekannten Gasarmatur ist es von Nachteil, dass zur Erreichung der geforderten Stellkräfte eine Druckerhöhung notwendig ist, die durch den Einbau einer zusätzlichen Pumpe realisiert wird. Dadurch wird der Aufbau aufwendiger und komplizierter. Desweiteren ist es bei dieser Gasarmatur nicht möglich die Öffnungszeit zu verändern oder die Gasarmatur manuell abzusperren.
Ein weiteres Gasregelgerät mit Servodruckregler ist in der EP 0 109 978 A1 beschrieben. Bei diesem Gasregelgerät wird der Schließkörper des Hauptventils über eine Membran des Servodruckreglers mit dessen den Gasdurchsatz bestimmenden Steuerdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Dabei bildet die den Schließkörper des Hauptventils bewegende Membran einen Teil der Kammerwand der den Steuerdruck führenden Kammer (34) des Servodruckreglers.
Ein Magnetventil dient zum Ein- und Abschalten der Gaszufuhr zum Servodruckregler, wobei der Schließkörper des Magnetventils vom Einlassdruck in Schließrichtung beaufschlagt ist. Desweiteren ist zwischen dem Gasausgang und einem durch das Magnetventil vom Gaseingang getrennten und über eine Drosselstelle mit der Steuerdruckkammer verbundenen Raum ein Verbindungskanal vorgesehen, in dem eine als Abblasöffnung für die Steuerdruckkammer dienende Drosselstelle angeordnet ist.
Auch bei diesem Gasregelgerät ist es von Nachteil, dass es nicht möglich ist, die Öffnungszeit zu verändern oder die Gasarmatur manuell abzusperren. Weiterhin ist es zur Gewährleistung der Dichtheit, insbesondere bei einer in der Praxis vielfach geforderten Gegendruckprüfung, notwendig einen entsprechend hohen Wert für die Schließkraft bereit zu stellen. Damit ist zwangsweise auch die Öffnungskraft entsprechend hoch zu dimensionieren. Dies führt auf Grund des sich daraus ergebenden Durchmessers der direkt wirkenden Membran zu großen Abmessungen des Gasregelgerätes.
Als weiterer Stand der Technik sind aus der DE 91 01 293 U1 ein Gasdruckregler und aus der US 3 749 120 A ein Membrangasventil bekannt. Doch auch diese Ausführungen legen selbst in Zusammenschau mit den weiter oben genannten Druckschriften den beanspruchten Stellantrieb für ein Gasventil nicht nahe.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Stellantrieb für ein Gasventil der genannten Art zu entwickeln, mit dem eine Änderung der Öffnungs zeit und ein manuelles Verriegeln der Gaszufuhr ermöglicht wird. Weiterhin soll die Bauweise möglichst kompakt sein.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Der Stellantrieb für ein Gasventil besteht aus einem Gehäuse, das durch einen Deckel verschlossen ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Deckel ist eine Arbeitsmembran eingespannt, die einen von Gehäuse und Deckel umschlossenen Raum in eine deckelseitige Arbeitsdruckkammer und eine gehäuseseitige Ausgangsdruckkammer, die über eine Ausgangsdruckleitung mit der Ausgangsseite des Gasventils verbunden ist, unterteilt. Im Gehäuse ist ein Hebel schwenkbar gelagert, der sich einerseits an der Arbeitsmembran abstützt, und der andererseits über einen Antriebsstößel auf einen Schließkörper des Gasventils wirkt.
Durch die Verwendung eines schwenkbar gelagerten Hebels wird es ermöglicht über das Hebelverhältnis die Kräfte so zu bestimmen, dass eine kompakte Bauweise erzielt wird.
Desweiteren weist der erfindungsgemäße Stellantrieb ein über eine Feder einstellbares Druckbegrenzungsventil auf. Die Druckkammer des Druckbegrenzungsventils ist über einen Kanal mit der deckelseitigen Arbeitsdruckkammer verbunden und über einen durch einen Verschluss verschließbaren Ventilsitz mit der Ausgangsdruckleitung verbindbar.
Weiterhin weist der erfindungsgemäße Stellantrieb ein Magnetventil auf, das über eine Eingangsdruckleitung mit der Eingangsseite des Gasventils verbunden ist. Eine in der Eingangsdruckleitung stromauf des Magnetventils befindliche Drossel ermöglicht eine manuelle Einstellung des Öffnungsquerschnittes der Eingangsdruckleitung.
Das doppelt wirkende Magnetventil öffnet in Schließstellung, das heißt bei geschlossener Eingangsdruckleitung, einen Verbindungskanal zwischen der Arbeits- und der Ausgangsdruckkammer. Dagegen ist in der Offenstellung die Eingangsdruckleitung mit der Arbeitsdruckkammer und der Druckkammer verbunden.
Damit wurde eine Lösung gefunden, mit der die weiter oben genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt wurden.
Ausführungsbeispiel
Beispielhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Stellantriebs mit einem Gasventil werden nachstehend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs mit einem Gasventil,
2 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb für ein Gasventil im Schnitt im geschlossenen Zustand,
3 einen erfindungsgemäßen Stellantrieb für ein Gasventil im Schnitt im geöffneten Zustand,
4 eine andere Ausführung eines Stellantriebs mit einem Gasventil in schematischer Darstellung.
In der 1 ist ein in eine Gasleitung 1 eingebautes Gasventil 2 gezeigt, dessen Ventilstellung über einen Stellantrieb 3 beeinflussbar ist, der in den 2 und 3 ohne Gasventil 2 dargestellt ist. In der durch einen Richtungspfeil 4 gezeigten Richtung kann bei Offenstellung des Gasventils 2 Gas durch die Gasleitung 1 hindurchströmen.
Der Stellantrieb 2 besteht aus den Funktionseinheiten

• Membranantrieb 5
• Druckbegrenzungsventil 6
• Magnetventil 7

Wie in der 1 schematisch und in den 2 und 3 detaillierter zu erkennen ist, besitzt der Membranantrieb 5 eine Arbeitsmembran 8, die zwischen einem Gehäuse 9 und einem das Gehäuse 9 verschließenden Deckel 10 eingespannt ist. Der von der Arbeitsmembran 8 und dem Deckel 10 umschlossene Raum bildet eine Arbeitsdruckkammer 11, die über eine Eingangsdruckleitung 12 mit der Eingangsseite des Gasventils 2 verbunden ist, wenn das Magnetventil geöffnet ist. Demgegenüber bilden die Arbeitsmembran 8 und das Gehäuse 9 eine Ausgangsdruckkammer 13, die über eine Ausgangsdruckleitung 14 mit der Ausgangsseite des Gasventils 2 verbunden ist.
Im Gehäuse 9 ist ein Hebel 15 schwenkbar gelagert, der sich einerseits an der Arbeitsmembran 8 abstützt, und der andererseits mit einem Antriebsstößel 16 derart verbunden ist, dass die Schwenkbewegung des Hebels 15 in eine geradlinige Bewegung des Antriebsstößels 16 umgewandelt wird, wodurch die Stellung der in diesem Fall zwei Schließkörper 17 des Gasventils 2 beeinflusst wird.
Die notwendige Rückstellkraft auf den Hebel 15 erfolgt dabei Günstigerweise unter Berücksichtigung des sich auf Grund des Hebelverhältnisses ergebenden Kräfte über eine im Gasventil 2 vorhandene Rückstellfeder 30 und/oder die vorhandene Rückstellkraft der Arbeitsmembran 8. Denkbar ist es natürlich auch auf den Hebel 15 eine sich im Gehäuse 9 abstützende Feder direkt wirken zu lassen.
Wie aus den 2 und 3 weiterhin zu erkennen ist, weist das Gehäuse 9 ein Druckbegrenzungsventil 6 auf, dessen Verschluss aus einer eine Kugel 18 tragenden Membran 19 besteht. Der zugehörige Ventilsitz 20 bildet die ausgangsseitige Verbindung der Druckkammer 21 des Druckbegrenzungsventils 6 mit der Ausgangsdruckleitung 14. Der Verschluss wird in Schließrichtung durch eine einstellbare Sollwertfeder 23 belastet. Über einen Kanal 22 ist die Druckkammer 21 mit der Arbeitsdruckkammer 11 des Membranantriebes 5 verbunden.
Ein auf dem Gehäuse 9 befestigtes doppelt wirkendes Magnetventil 7 ragt mit einem mit dem Anker 24 verbundenen Stößel 25 in das Gehäuse 9 hinein und ein auf dem Stößel 25 befindlicher Ventilkörper 26 verschließt im nicht erregten Zustand unter der Krafteinwirkung einer Schließfeder 27 die Eingangsdruckleitung 12. Gleichzeitig ist in dieser Stellung ein Verbindungskanal 28 zwischen der Arbeitsdruckkammer 11 und der Ausgangsdruckkammer 13 geöffnet.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Stößel 25 an seinem dem Anker 24 abgewandten Ende einen Kolben 33 auf, der in einen mit der Ausgangsdruckkammer 13 in Verbindung stehenden Gaskanal 34 hineinragt und diesen gasdicht verschließt. Dabei wird der Kolben 33 mit dem in der Ausgangsdruckkammer 13 herrschenden Druck beaufschlagt. Dadurch wird verhindert, dass der Ventilkörper 26 durch den in der Eingangsdruckleitung 12 herrschenden Eingangsdruck trotz nicht erregtem Zustand des Magnetventils 7 geöffnet werden kann.
Befindet sich dagegen das Magnetventil 7 im erregten Zustand, wie in 3 gezeigt, so ist der Anker 24 gegen die Kraft der Schließfeder 27 angezogen und der Verbindungskanal 28 zwischen der Arbeitsdruckkammer 11 und der Ausgangsdruckkammer 13 ist verschlossen, wohingegen die Eingangsdruckleitung 12 mit der Arbeitsdruckkammer 11 und der Druckkammer 21 verbunden ist.
Stromauf des Magnetventils 7 ist eine in die Eingangsdruckleitung 12 hineinreichende Drossel 29 angeordnet, in diesem Fall eingeschraubt. Durch die von außen mögliche manuelle Veränderung der Einschraubtiefe erfolgt eine Veränderung des Öffnungsquerschnittes der Eingangsdruckleitung 12 und damit eine Veränderung der Öffnungszeit. Zusätzlich ist dadurch auch ein manuelles Verschließen der Eingangsdruckleitung 12 unabhängig vom Magnetventil 7 möglich.
Die Funktionsweise dieses erfindungsgemäßen Stellantriebs ist wie folgt: Mit Aktivierung des Magnetventils 7 nimmt der weiter oben im Ausführungsbeispiel beschriebene erfindungsgemäße Stellantrieb 3 die in der 3 gezeigte Stellung ein. Der Anker 24 wird angezogen und über den Ventilkörper 26 wird die Eingangsdruckleitung 12 geöffnet. Über die Drossel 29 gelangt der in der Eingangsdruckleitung 12 herrschende Druck durch Kanäle, wie durch Pfeile erläuternd gezeigt, in die Druckkammer 21 des Magnetventiles 7 und die Arbeitsdruckkammer 11 des Membranantriebes 5. Die Arbeitsmembran 8 bewegt sich und betätigt über den Hebel 15 und den Antriebsstößel 16 das Gasventil 2. Die Zeitdauer ist dabei abhängig von der Einstellung der Drossel 29 und dem dadurch entstandenen Öffnungsquerschnitt.
Über die manuelle Einstellung der Drossel 29 ist es auch möglich die Eingangsdruckleitung 12 vollständig zu verschließen. Damit kann die Gasleitung 1 über das Gasventil 2 unabhängig von einer Betätigung des Magnetventils 7 geschlossen gehalten werden.
Steigt der Druck in der Druckkammer 21 über den mittels der Sollwertfeder 23 voreingestellten Druck, so hebt die Kugel 18 vom Ventilsitz 20 ab und öffnet den Durchlass zur Ausgangsdruckleitung 14, über die der Druck abgebaut wird. Somit wird der Druck in der Druckkammer 21 unabhängig vom Druck in der Eingangsdruckleitung 12 und der Stellung des Antriebsstößels 16 konstant gehalten.
Wird das Magnetventil 7 stromlos geschaltet, so ergibt sich die in der 2 gezeigte Stellung. Der Anker 24 fällt ab und der Ventilkörper 26 verschließt die Eingangsdruckleitung 12. Gleichzeitig wird der Verbindungskanal 28 geöffnet und verbindet, wie ebenfalls durch Pfeile erläuternd gezeigt, die Arbeitsdruckkammer 11 und die Ausgangsdruckkammer 13. Die Membran 8 geht zurück in ihre Ausgangsstellung und über den Hebel 15 und den Antriebsstößel 16 wird das Gasventil 2 innerhalb kürzester Zeit geschlossen.
In der 4 wird in schematischer Darstellung ein anderes Beispiel eines Stellantriebes gezeigt. Bei diesem Beispiel wird kein Membranantrieb 5 verwendet, sondern statt der Arbeitsmembran 8 kommt ein Pneumatikmotor 31 zum Einsatz. Die Übertragung auf das Gasventil 2 erfolgt dann statt über den schwenkbar gelagerten Hebel 15 durch einen Gewindetrieb 32.
Bezugszeichenliste

1: Gasleitung
2: Gasventil
3: Stellantrieb
4: Richtungspfeil
5: Membranantrieb
6: Druckbegrenzungsventil
7: Magnetventil
8: Arbeitsmembran
9: Gehäuse
10: Deckel
11: Arbeitsdruckkammer
12: Eingangsdruckleitung
13: Ausgangsdruckkammer
14: Ausgangsdruckleitung
15: Hebel
16: Antriebsstößel
17: Schließkörper
18: Kugel
19: Membran
20: Ventilsitz
21: Druckkammer
22: Kanal
23: Sollwertfeder
24: Anker
25: Stößel
26: Ventilkörper
27: Schließfeder
28: Verbindungskanal
29: Drossel
30: Rückstellfeder
31: Pneumatikmotor
32: Gewindetrieb
33: Kolben
34: Gaskanal