DE19841631C2 - Pneumatischer Linearantrieb für kryogene Steuerventile - Google Patents
Pneumatischer Linearantrieb für kryogene SteuerventileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb für ein Steuerventil
gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger pneumatischer Linearantrieb ist aus der Patentschrift DE 43 23 846 C1
bekannt. Dieser offenbart einen Linearantrieb mit einer Kolben-Zylin
dereinheit, einer den Kolben in Richtung einer Endlage belastenden Feder und
einer in je eine Ausnehmung der Kolbenstange einrastbaren Verriegelungsku
lisse. Zur Betätigung der Verriegelungskulisse sind zwei getrennte be- und
entlüftbare Druckräume vorgesehen. Um das Ventil zu öffnen, wird ein Druck
raum mit Druck beaufschlagt, um die Verriegelungskulisse aus ihrer, die Kol
benstange verriegelnden Position heraus zu bewegen. Sobald die Verriege
lungskulisse die Kolbenstange freigegeben hat, drücken Federn die Kolben
stange und somit den Ventilkegel in seine geschlossene Stellung. Beim Ver
schieben der Kolbenstange bleibt die entsprechende Fläche der Verriege
lungskulisse in Kontakt mit einer an dieser anliegenden Fläche der Kolben
stange, so daß während der Bewegung der Kolbenstange die Verriegelungs
kulisse an dieser schleift. Durch kleine Verschmutzungen ergeben sich da
durch Beschädigungen an der Kolbenstange, die auf Dauer den Betriebszu
stand des Ventils verschlechtern. Diese Schädigung durch Reibung ist bei
dem Gegenstand der DE 42 23 846 C1 nicht zu vermeiden, da die entspre
chende Buchse des gegeneinander verschieblichen Buchsenpaares nur da
durch von der zugehörigen Buchse gegen den Druck einer Feder wegbewegt
werden kann, wenn die Kulissenvorrichtung an einer Seite an der Kolben
stange anliegt. Bei einer weiteren Verschiebung der Kolbenstange kann die
Verriegelungskulisse dann in eine entsprechende Ausnehmung der Kolbenstange
einrasten, um eine passive Endlage bei Druckbeaufschlagung eines
der beiden Druckräume zu gewährleisten.
Die US 5,181,450 A offenbart eine pneumatische Antriebsvorrichtung mit einen
in einer zylindrischen Kammer mittels eines Ventils beweglichen Kolben. Das
Ventil ist in einem Raum oberhalb der zylindrischen Kammer axial beweglich
und in einer Bewegungsrichtung durch eine Druckfeder vorgespannt. Da mit
tels Druckleitungen die entsprechende Seite des Hohlraums in einen relativen
Unterdruck gebracht wird, bewegt sich der Kolben entgegen die Kraft der Fe
der in eine offene Stellung, bei der ein Zufluß atmosphärischer Luft in die zy
lindrische Kammer verhindert wird und Druckluft zur Betätigung des Kolbens
in die zylindrische Kammer zugeführt werden kann. Das Zurückfahren des
Kolbens in seine Ausgangsstellung wird durch die Bewegung des Ventils mit
tels der Druckfeder in dessen zweite Position sowie durch Zuleitung von
Druckluft mittels Öffnungen an der zylindrischen Kammer bewirkt, an denen
der Kolben bei seiner Betätigung vorbeigefahren ist, also von dem bei der Be
tätigung druckseitigen Bereich zu dem unterdruckseitigen Bereich des Kol
bens in der zylindrischen Kammer. Der zuvor unterdruckseitige Bereich wird
dann zum Bereich mit höherem Druck, so daß der Kolben zurückgestellt wer
den kann, wobei die verdrängte Luft durch das Ventil und einen Auslaß ent
weicht.
Die DE 42 21 230 C1 offenbart einen Linearantrieb für ein Steuerventil mit
einer einseitig axial vorgespannten Kolbenstange mit einem Kolben und eher
quer zur Kolbenstange verlaufenden Verriegelungskulisse. Die Kammern, in
denen die Verriegelungskulisse verläuft, können von insgesamt zwei entge
gengesetzten Kanälen mitbedrückt und entlüftet werden, um die Verriege
lungskulisse in jeder Endstellung der Kolbenstange in eine entsprechende
Verriegelungsnut einzuführen. Durch Bedrücken der entsprechenden Kammer
wird die Kulisse mit ihrem eingerasteten Teil aus der entsprechenden Verriegelungsnut
herausgefahren, bis der diesem zuvor eingerasteten Teil gegen
überliegende Teil der Verriegelungskulisse zur Anlage mit der Kolbenstange
kommt. In diesem Zustand wird die Kolbenstange in die nächste Endstellung
verfahren. Auch bei dem Gegenstand der DE 42 21 230 C1 ergibt sich der
Nachteil, daß beim Verfahren der Kolbenstange die Verriegelungskulisse in
Kontakt mit derselben ist, wodurch die Kolbenstange auf Dauer beschädigt
und die Arbeitsweise des Ventils beeinträchtigt wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Linearantrieb für ein Steuerventil zu
schaffen, bei der die Kolbenstange des Steuerkolbens ohne Berührung mit
der zugeordneten Verriegelungseinrichtung zum Öffnen und Schließen des
Steuerventils beweg wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Alternative Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Fig. 1-3
beschrieben. Diese zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Ventils mit dem
Linearantrieb und dem Verriegelungsmechanismus, wobei sich der
Ventilkörper des Ventiles in der geschlossenen und nicht verriegelten
Stellung befindet,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Ventils mit dem Linearantrieb, wobei sich der
Ventilkörper in der offenen und verriegelten Stellung befindet, und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Linearantriebs mit dem
Verriegelungsmechanismus in der verriegelten oder eingerasteten
Stellung.
Das Ventil 1 umfaßt einen Linearantrieb 2 mit einem
Verriegelungsmechanismus 3. In dem Ventil 1 ist ein Ventilkörper 4
angeordnet, der von einer offenen (Fig. 2) in eine geschlossene Stellung
(Fig. 1) und umgekehrt geschoben werden kann. Das Ventil 1 ist zwischen einen
Treibstoff-Tank und einem Raketen-Motor gelegen und kann an diese direkt
oder über eine entsprechende Treibstoffleitung angeschlossen sein. In der
Darstellung der Fig. 1 bis 3 ist der Treibstoff-Tank aus Sicht des Betrachters
in einer, zunächst zur linken Seite und der Raketen-Motor in einer, zunächst zur
rechten Seite führenden Richtung gelegen.
Das Ventil 1 umfaßt ein Ventil-Gehäuse 10 mit einem Zentral-Gehäuse 11,
dessen die Verschieblichkeit des Ventilkörpers 4 gewährleistenden
Strukturteile im wesentlichen rotationssymetrisch gestaltet sind,
Anschlußstücke 15, 19 und ein Steuergehäuse 5. Das Ventil-Gehäuse kann von
einer Isolationsschicht 5a umgeben sein. Über Verbindungselemente 12, die
gleichmäßig über den Umfang eines Flansches 13 des Zentral-Gehäuses 11
angeordnet sind, ist der auf der Seite des Treibstoff-Tanks des
rotationssymetrisches Anschlußstück 15 angebracht. Ebenso ist über
Verbindungselemente 17, die gleichmäßig über den Umfang eines
entsprechenden Flansches 18 des Ventil-Gehäuses 11 verteilt sind, auf der
Seite des Raketen-Motors das Anschlußstück 19 angebracht. Die
Anschlußstücke 15, 19 dienen zum Anschluß an eine Treibstoff-Leitung oder
auch zum direkten Anschluß des Ventils 1 an den Treibstoff-Tank bzw. den
Raketen-Motor.
Die Anschlußstücke 15, 19 sind rotationssymetrisch gestaltet und konzentrisch
zueinander angeordnet. Deren Längsachse ist mit dem Bezugszeichen 20
bezeichnet. Die Längsachse 20 ist gleichzeitig die Längsachse und
Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 4. Das Zentral-Gehäuse 11 weist eine
Bohrung 21 mit einer Längsachse 22 auf, die senkrecht zur Längsachse 20 des
Ventilkörpers 4 verläuft. In der Bohrung 21 ist längsverschieblich eine
Klinkenstange 23 angeordnet.
Der Ventilkörper 4 umfaßt auf der in Strömungsrichtung zum Raketen-Motor
gelegenen Seite einen Dichtkegel 25 mit einem vorderen Ende 26. Von dem
Dichtkegel 25 aus erstreckt sich in Richtung zum Treibstoff-Tank ein
zylindrischer Teil 27 mit zwei Langlöchern 28, 29. Die Langlöcher 28, 29
erstrecken sich in Richtung der Längsachse 20 und liegen sich diametral
gegenüber. In Umfangsrichtung des rotationssymetrisch ausgebildeten
Ventilkörpers 4 sind die Langlöcher 28, 29 derart gelegen, daß durch sie das
Zentral-Gehäuse 11 hindurch ragt. Die Langlöcher 28, 29 gewährleisten die
Längsverschieblichkeit des Ventilkörpers 4 innerhalb des Ventil-Gehäuses 10,
während gleichzeitig das Zentral-Gehäuse 11 mit dem Verriegelungs-
Mechanismus 3 zum Teil durch den Ventilkörper 4 hindurchragt. An dem freien
Ende des zylindrischen Teils 27, d. h. an dem dem Treibstoff-Tank zugewandtem
Ende des Ventilkörpers 4, ist über Verbindungselemente 29a, 29b eine
Haltevorrichtung 29 angebracht. Diese ist ebenso im wesentlichen
rotationssymetrisch zur Längsachse 20 ausgebildet. An deren Zentrum ist über
Verbindungselemente 31 eine Kolbenstange 33 mit einem Kolben 34 befestigt.
Die Haltevorrichtung 29 ist im wesentlichen kegelförmig mit einem runden
Endstück ausgebildet, wobei sich ihre vom Treibstoff-Tank aus gesehen
konvexe Konturlinie zum Treibstoff-Tank hin erstreckt. Die Kolbenstange 33, die
als Längsachse die Längsachse 20 hat, erstreckt sich von dem tankseitigen
Ende der Haltevorrichtung 29 im Inneren derselben bzw. des Ventilkörpers 4 in
Richtung zum Raketen-Motor.
Das Zentral-Gehäuse 11 umfaßt einen äußeren zylindrischen Teil 41 mit den
Flanschen 13, 18 und einen inneren rohrförmigen Teil 42. Der äußere Teil 41
verläuft in Umfangsrichtung um den Ventilkörper 4 herum und erstreckt sich in
Richtung der Längsachse 20. Dabei bildet er in diesem Bereich den
Strömungsquerschnitt 43 aus, der von der von dem äußeren Teil 41
umgrenzten Fläche abzüglich der von dem Ventilkörper 4 abgedeckten Fläche
gebildet wird. Der innere Teil 42 des Zentral-Gehäuses 11 verläuft senkrecht zur
Längsachse 20 und weist eine rohrförmige Gestalt mit abschnittsweise
veränderlichem Außendurchmesser auf. Der innere Teil 42 verläuft durch einen
Umfangsbereich des äußeren Teils 41 hindurch bis zu dem diametral
gegenüberliegenden Umfangsbereich des äußeren Teils 41 quer durch diesen
hindurch.
Von dem inneren Teil 42 ragt in Richtung zum Raketen-Motor ein
Kolbengehäuse 45 mit der Längsachse 20 weg. Dieses ist zur Seite des Motors
hin geschlossen und zur Bohrung 21 hin offen gestaltet. Weiterhin weist der
innere Teil 42 des Zentral-Gehäuses 11 eine Bohrung 47 mit der Längsachse 20
auf, die die Bohrung 21 zur Haltevorrichtung 29 bzw. zur Kolbenstange 23 hin
öffnet. Dadurch ist es möglich, daß die Kolbenstange 33 von der Tankseite her
den inneren Teil 42 durchragt und sich zum Teil - je nach der Stellung des
Ventilkörpers 4 relativ zum Zentral-Gehäuse 11 und damit zum Kolbengehäuse
45 - in das Kolbengehäuse 45 hinein erstreckt.
Mit Verbindungselementen 51, die von der Längsachse 20 aus gesehen axial
innerhalb des zylindrischen Teils 27 des Ventilkörpers 4 gelegen sind, ist an
dem inneren Teil 41 des Zentral-Gehäuses 11 ein Kammergehäuse 52 befestigt.
Im Bereich der Verbindungselemente 51 bzw. des Kammergehäuses 52 ist der
innere Teil 42 des Zentral-Gehäuses 11 daher zylindrisch oder
rotationssymetrisch zur Längsachse 20 ausgebildet, um eine Ankopplung des
ebenfalls zylindrisch und rotationssymetrisch zur Längsachse 20 ausgebildeten
Kammergehäuses 52 zu bewerkstelligen. Das Kammergehäuse 52 weist an
seinem dem Tank zugewandten Ende eine Bohrung 53 und eine Ausnehmung
54 auf, wobei sich die Ausnehmung 54 sich zur Seite des Tanks hin öffnet. Die
an der Haltevorrichtung 29 des Ventilkörpers 4 angebrachte Kolbenstange 33
weist einen ersten Teil 55 und einen zweiten Teil 56 auf. In dem Übergang vom
ersten Teil 33, der tankseitig gelegen ist, zum zweiten Teil 56, der motorseitig
gelegen ist, befindet sich der Kolben 34, der achsial von der Kolbenstange 33
wegragt. Die Bohrung 53 des Kammergehäuses 52 ist so gemessen, daß die
Kolbenstange 33 mit ihrem ersten Teil 55 in bezug auf ihren Außendurchmesser
knapp durch sie hindurchragt. Um das Innere des Kammergehäuses 52
gegenüber ihrer innerhalb des Ventilkörpers 4 gelegenen Umgebung
abzudichten, sind in der Ausnehmung 54 des Kammergehäuses 52
Dichtelemente 57 vorgesehen, die an dem dem Tank zugewandtem Ende des
Kammergehäuses 52 befestigt sind und teilweise an der Außenseite des ersten
Teils 55 der Kolbenstange 33 anliegen.
Im Inneren des Kammergehäuses 52 erstreckt sich rotationssymetrisch zur
Längsachse 20 eine erste Steuergas-Kammer 59, in deren Zentrum sich die
Kolbenstange 33 erstreckt. Insbesondere ist im Bereich der ersten Steuergas-
Kammer 59 der Kolben 34 gelegen, dessen Außenseite von der sich
axialerstreckenden inneren Mantelfläche oder Führungsfläche 60 geführt wird.
Die Kolbenstange 33 erstreckt sich in beiden Endstellungen mit ihrem zweiten
Teil 56 durch seinen in bezug auf die Längsachse 20 rotationssymetrisch
ausgebildeten Bereich 61 des inneren Teils 42 mit der Bohrung 47 und zum Teil
in das Kolbengehäuse 45 hinein. Zwischen dem freien Ende des zweiten Teils
56 und der Innenseite des freien Endes des Kolbengehäuses 45 bildet sich eine
zweite Steuergas-Kammer 63 aus, die über dem Zwischenraum 64, der
zwischen der Außenfläche des zweiten Teils 56 der Kolbenstange 33 und der
Innenseite des Kolbengehäuses 45 freigelassen wird, in Verbindung steht.
Jedoch liegt die Außenseite des zweiten Teils 56 der Kolbenstange 33
ausreichend an der Innenseite des Kolbengehäuses 45 an, so daß die
Kolbenstange 33 zum Teil auch - über die Führung des Kolbens 34 durch die
Führungsfläche 60 hinaus - durch die Innenseite des Kolbengehäuses 45
geführt wird. Von der Innenseite des vorderen Endes 26 des Dichtkegels 25 aus
erstreckt sich eine zylindrische Führungshülse 26a, in die das Kolbengehäuse
45 des Zentral-Gehäuses 11 zum Teil hineinragt. Die zylindrische Führungshülse
26a bewirkt eine zusätzliche Führung des Ventilkörpers 4 bei dessen
Längsverschiebung bzw. in dessen jeweiliger Stellung.
Die Bohrung 21 des Zentral-Gehäuses 11 erstreckt sich bis zu der Randfläche
der Bohrung 47 im Zentral-Gehäuse 11, wobei die Bohrung 21 in die Bohrung
47 übergeht und die jeweiligen Achsen der Bohrungen 21, 47 senkrecht
zueinander stehen. Die Klinkenstange 23, die die Bohrung 21 von einer
Ausnehmung 71 aus durchragt und zum Teil in die Bohrung 47 hineinragt, weist
an ihrem im Bereich der Bohrung 47 liegenden Ende eine Klinke 73 auf, die fest
an der Klinkenstange 23 angebracht ist. Die Klinke 73 ist vorzugsweise
zylindrisch gebildet, wobei ihre Achse parallel zur Längsachse 20 verläuft und in
Richtung zur Längsachse 74 der Bohrung 21 innerhalb der Bohrung 47
längsverschieblich ist. Die Klinke 73 umfaßt eine Bohrung 75, durch die der
zweite Teil 56 der Kolbenstange 33 hindurchragt. Im Bereich des freien Endes
des ersten Teils 55 der Kolbenstange 33 ist eine Verriegelungsnut oder Nut 76
vorgesehen, die bei einer entsprechenden Stellung der relativ zur Klinkenstange
23 und somit zur Klinke 73 längsverschieblichen Kolbenstange 33 mit einem
entsprechenden Teil 77 der Klinke 73 formschlüssig zusammenpaßt. Dabei ist
die Nut 76 und der Teil 77 der Klinke 73 auf derjenigen Seite der Kolbenstange
33 gelegen, die entgegengesetzt zu der Seite liegt, auf der sich die
Klinkenstange 23 befindet. Von der Seite der Klinkenstange 23 aus gesehen
greift also die Klinke 73 bei einer entsprechenden Längsverschiebung der
Klinkenstange 23 von unten in die Nut 76 ein. Auf der der ersten Steuergas-
Kammer 59 zugewandten Seite der Bohrung 47 ist eine Blende 79 angeordnet,
um die Klinke 73 auf dieser Seite zu führen.
Auf das freie, von der Kolbenstange 4 wegragende Ende 81 der Klinkenstange
23, das einen im Vergleich zu deren im Zentral-Gehäuse 11 befindlichen Teil
einen kleineren Durchmesser hat, ist eine Hülse 82 aufgepreßt, die mit ihrem
einen Ende an einer entsprechenden Anlagefläche oder Stufe der Klinkenstange
23 anliegt und mit ihrem zweiten Ende ein Stück weit über das freie Ende 81
der Klinkenstange 23 hinausragt. In das freie Ende der Hülse 82 ragt eine
Verlängerung 83 eines Verbindungsstücks 84 zum Teil hinein, wobei die Hülse
82 relativ zur Verlängerung 83 verschieblich ist. Das Verbindungsstück 84 ist
rotationssymetrisch zur Längsachse 74 gestaltet und sowohl in seiner radialen
als auch axialen Richtung mittels einer entsprechenden Verengung 86 des
Steuergehäuses 5 festgelegt. Die Festlegung des Verbindungsstücks 84 im
Steuergehäuse 5 erfolgt dabei einerseits durch eine Austragung 87 des
Verbindungsstücks 84, da auf derjenigen Seite der Verrengung 86 des
Steuergehäuses 5 gelegen ist, die zur Klinkenstange 23 gerichtet ist und
andererseits durch eine Mutter 88, die zusammen mit einer entsprechenden
Scheibe von der anderen Seite der Verengung 86 auf das Verbindungsstück 84
aufgeschraubt ist. In ihrem Zentrum weist das zylindrische Verbindungsstück
84 eine Bohrung 89 auf, die vollständig durch das Verbindungsstück 84
hindurch geht und von dem freien Ende des Verbindungsstücks 84 in das Innere
der Hülse 82 übergeht.
Das Steuergehäuse 5 ist über Verbindungselemente im Bereich der
Ausnehmung 71 an der Außenseite des Zentralgehäuses 11 angebracht. Das
Steuergehäuse 5 ist aus zwei Teilen gebildet und umfaßt einen unteren Teil 91
mit einer Bohrung 90 und einen oberen Teil 92 mit einer Bohrung 93. Die
Bohrungen 90, 93 sind konzentrisch zueinander ausgebildet und durch die
Verengung 86, die an einem Umfangsbereich des Verbindungsstücks 84
anliegt, voneinander getrennt. Da die Innendurchmesser der Bohrungen 90 und
93 größer sind als die Außendurchmesser der Hülse 82 und des
Verbindungsstücks 84, bildet sich zwischen den Innenwänden der Bohrungen
90 bzw. 93 und den Außenseiten des Verbindungsstücks 84 und der Hülse 82
eine untere bzw. erste Kammer 95 im unteren Teil 91 und eine obere bzw. zweite Kammer 96 im
oberen Teil 92 aus. In der unteren Kammer 95 ist ein zylindrischer Balg 97
vorgesehen, der zum Teil an der Hülse 82 anliegt. Der Balg 97 ist mit seinem
ersten Ende an einer entsprechenden Stelle der Hülse 82 und mit seinem
zweiten Ende an einer entsprechenden Stelle des unteren Teils 91 des
Verbindungsstücks 84 in dichter Weise befestigt. Da die Klinkenstange 23
zusammen mit der Hülse 83 gegenüber dem Verbindungsstück 84
längsverschieblich angeordnet ist, wird ausgehend von einer Ausgangsstellung
der Balg 97 gedehnt, wenn die Klinkenstange 23 von dem Verbindungsstück 84
wegbewegt wird.
Im unteren Teil 91 des Steuergehäuses 5 ist ein unterer Eintrittskanal 101
vorgesehen, der in einen unteren Druckanschluß 101a an der Außenseite des
unteren Teils 91 des Steuerhauses 5 übergeht. Ebenso ist im oberen Teil 92 des
Steuergehäuses 5 ein oberer Eintrittskanal 102 vorgesehen, der in einen
oberen Druckanschluß 102a an der Außenseite des oberen Teils 92 übergeht.
Der untere Druckanschluß 101a und der obere Druckanschluß 102a sind über
ein nicht dargestelltes Vierwege-Ventil an einem Drucktank angeschlossen. In
dem Drucktank wird ein Steuergas mit entsprechendem Druck bevorratet. Eine
Steuereinheit (nicht gezeigt) steuert das Vierwege-Ventil, das je nach
Steuervorgaben den unteren Eintrittskanal 101 und/oder den oberen
Eintrittskanal 102 bedrückt, d. h. dem entsprechenden Kanal Steuergas aus
dem Drucktank zuführt, oder beide oder einer der Kanäle 101, 102 gegenüber
den Drucktank sperrt oder entdrückt, d. h. belüftet.
In der Ausnehmung 71 des Zentral-Gehäuses 11 ist eine Schaltscheibe oder
Kalibrierdose 110 mit einer Steuerbohrung 111 angeordnet. Vom Boden der
Ausnehmung 71 weg, und zwar von einer Stelle, die von der Umrandung der
Bohrung 21 beabstandet ist, verlaufen zumindest zwei Steuerkanäle 113. Die
Steuerkanäle 113 münden nach einer bestimmten Strecke in Richtung zur
Längsachse 20 gesehen in die Bohrung 21 ein und verlaufen daher
vorzugsweise schräg zur Längsachse 74 der Klinkenstange 23. Die
Schaltscheibe 110 ist fest an der entsprechenden Stelle der Klinkenstange 23
angebracht oder einteilig mit dieser ausgebildet. In der in der Fig. 1 gezeigten
unteren Stellung der Klinkenstange 23, d. h. in der Stellung, in der die
Klinkenstange am weitesten in Richtung der Längsachse 20 bewegt ist, liegt die
untere Seite der Schaltscheibe 110 an dem Boden der Ausnehmung 71 an. An
der Unterseite der Schaltscheibe 110, d. h. diejenige Seite, die dem Boden 71a
der Ausnehmung 71 zugewandt, ist ein ringförmig um die Längsachse 74 und
außerhalb des Beginns der Steuerkanäle 113 verlaufendes Dichtelement 115
angeordnet. Das Dichtelement 115 bewirkt, daß die Unterseite der
Schaltscheibe 110 in seiner unteren Stellung dicht an den Boden 71a der
Ausnehmung 71 anliegt.
Im Bereich des Übergangs von dem Zentral-Gehäuse 11 zu dem Anschlußstück
19 ist an deren Innenseiten eine Dichtung 19a vorgesehen, die in
Umfangsrichtung im Bereich des Übergangs zwischen dem Zentral-Gehäuse 11
und dem Anschlußstück 19 verläuft. In einer entsprechenden Stellung des
Ventilkörpers 4 kommt ein entsprechender Bereich am äußeren Teil des
Dichtkegels 25 zur Anlage mit der Dichtung 19a. In dieser Situation befindet
sich der Ventilkörper 4 in der Schließstellung, d. h. in dieser Stellung verhindert
der Ventilkörper 4, daß Treibstoff aus dem Treibstoff-Tank zu dem Raketen-
Motor gelangt. In einer Stellung, in der der Ventilkörper 4 von der Dichtung 19a
weggeschoben ist, d. h. also aus der Sicht des Betrachters der Fig. 1 und 2
nach links oder gegen die Strömungsrichtung des Treibstoffs bewegt ist, wird
der Treibstoffkanal 6 zum Teil von dem Ventilkörper 4 freigegeben, so daß
Treibstoff von dem Treibstoff-Tank zu dem Raketen-Motor fliessen kann.
Am Zentral-Gehäuse 11 ist eine Anzeigevorrichtung 105 angeordnet, die
vorzugsweise auf magnetischer Basis arbeitet und die Stellungen des
Ventilkörpers 4 im Ventil 1 anzeigt.
An der Außenseite der Haltevorrichtung 29 ist eine Strömungskappe 106
angeordnet, die die Verbindungselemente 28a, die Haltevorrichtung 29 und die
Verbindungselemente 31 gegenüber dem Treibstoff-Kanal 6 abdichtet.
Der Ventilkörper 4 ist gegenüber dem Zentral-Gehäuse 11 durch Zylinderfedern
120 vorgespannt. Die Zylinderfedern 120 liegen einerseits an der Innenseite
des Dichtkegels 25 und andererseits an der dem Dichtkegel 25 zugewandten
Außenseite des Bereichs 61 des Zentral-Gehäuses 11 an. Die Zylinderfedern
120 drücken den Ventilkörper 4 zur Dichtung 19a hin. Um den Ventilkörper 4 in
Richtung zum Treibstoff-Tank zu bewegen, muß also die Kraft der Zylinderfedern
120 überwunden werden.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Ventils 1 mit dem Linearantrieb 2
und dem Verriegelungsmechanismus 3 beschrieben:
In der Fig. 1 ist das Ventil 1 in seiner geschlossenen Stellung gezeigt, bei der der Ventilkörper 4 an einer entsprechenden Stelle der Dichtung 19a anliegt. In dieser Stellung ist der Treibstoff-Tank gegenüber dem Motor abgesperrt, d. h. kein Treibstoff fließt durch den Treibstoff-Kanal 6 zum Motor hin. In der geschlossenen Stellung des Ventils 1 liegt kein Druck an dem unteren Druckanschluß 101a und Druck an dem oberen Druckanschluß 102a an. (???)
In der Fig. 1 ist das Ventil 1 in seiner geschlossenen Stellung gezeigt, bei der der Ventilkörper 4 an einer entsprechenden Stelle der Dichtung 19a anliegt. In dieser Stellung ist der Treibstoff-Tank gegenüber dem Motor abgesperrt, d. h. kein Treibstoff fließt durch den Treibstoff-Kanal 6 zum Motor hin. In der geschlossenen Stellung des Ventils 1 liegt kein Druck an dem unteren Druckanschluß 101a und Druck an dem oberen Druckanschluß 102a an. (???)
In der geschlossenen Stellung ist also aus der Sicht des Betrachters der Fig. 1
der Ventilkörper 4 möglichst weit nach rechts, d. h. in Richtung zum Raketen-
Motor geschoben. Da die Kolbenstange 33 fest an dem Ventilkörper 4
angebracht ist, ist der zweite Teil 56 der Kolbenstange 33 möglichst weit, in
eine erste Extremstellung, in das Kolbengehäuse 45 des Zentral-Gehäuses 11
hinein geschoben. Die Nut 76 des zweiten Teils 56 liegt damit in Richtung der
Längsachse 20 gesehen entfernt zur Nut 76 und in Richtung der Längsachse 74
gesehen beabstandet zur Nut 76. Ebenso ist auch der Kolben 34 der
Kolbenstange 33 möglichst weit nach rechts geschoben und liegt möglichst
nahe an dem Zentral-Gehäuse 11. Wegen der Stellung der Klinke 73 relativ zur
Kolbenstange 33 ist die Klinkenstange 23 - aufgrund des in der oberen
Kammer 96 und damit auch im Inneren der Hülse 82 herrschenden Drucks -
möglichst weit nach unten, d. h. in Richtung zur Kolbenstange bewegt. Dadurch
liegt die Unterseite der Schaltscheibe 110 an dem Boden 71a der Ausnehmung
71 an.
Die Zylinderfedern 120 halten den Ventilkörper 4 in seiner geschlossenen
Stellung, da die Zylinderfedern 120 bestrebt sind, den Dichtkegel 25 von dem
Zentral-Gehäuse 11 weg und an die Dichtung 19a zu drücken.
Um das Ventil 1 zu öffnen und dem Ventilkörper 4 von seiner geschlossenen
Stellung in die in der Fig. 2 gezeigte offene Stellung zu bewegen, wird der obere
Eintrittkanal 102 durch das Vierwege-Ventil gesperrt und der untere
Eintrittkanal 101 wird Steuergas aus dem Drucktank bedrückt. Das Steuergas
strömt dann durch den unteren Eintrittkanal 101 in die untere Kammer 95 des
Steuergehäuses 5. Die untere Kammer 95 wird durch den Zwischenraum
gebildet, der von der Innenseite des unteren Teils 91 des Steuergehäuses 5,
den entsprechenden freiliegenden Außenflächen des Verbindungsstücks 84,
der Außenseite des Balgs 97, eines Teils der zylindrischen Innenseite der
Ausnehmung 71 und der Oberseite der Schaltscheibe 110 freigehalten wird.
Das mit Steuerdruck in der unteren Kammer 95 befindliche Steuergas strömt
durch die Steuerbohrung 111 der Schaltscheibe 110 und gelangt in einen
Innenraum mit schmaler Höhe, die von der Unterseite der Schaltscheibe 110
und dem Boden 71a der Ausnehmung 71 und der freien Innenfläche des
Dichtelements 115 gebildet wird. Die Steuerbohrung 111 bewirkt dabei eine
Drosselung des Steuergases. Das Steuergas strömt von dort in die
Steuerkanäle 113 und von dort in den Zwischenraum, der von der
Klinkenstange 23 in der Bohrung 21 freigehalten wird. Von dort gelangt das
Steuergas in die Bohrungen 47 und in den Zwischenraum, der von der Klinke 73
in der Bohrung 47 freigehalten wird. Das Steuergas strömt weiter in den Raum
zwischen der Innenseite der Bohrung 75 und den entsprechenden Teil der
Außenseite der Kolbenstange 33. Von dort gelangt das Steuergas einerseits
zwischen dem Kolbengehäuse 45 und dem zweiten Teil 56 der Kolbenstange 33
in die zweite Steuergas-Kammer 63 und andererseits in den Teil der ersten
Steuergas-Kammer 59, der auf der dem Zentral-Gehäuse 11 zugewandten Seite
des Kolbens 34 gelegen ist und von diesem in seiner geschlossenen Stellung
noch freigehalten wird. Bei einem entsprechenden Druck des Steuergases in
der unteren Kammer 95, der von dem Drucktank und/oder zugeordneten
Komponenten bereitgestellt wird, wird der Kolben 34 gegen den Druck der
Zylinderfedern 120 von dem Zentral-Gehäuse 11 wegbewegt. Dadurch gibt der
Kolben 34 einen zunehmend größeren, zwischen dem Kolben 34 und dem
Zentral-Gehäuse 11 gelegenen Raum der ersten Steuergas-Kammer 59 frei.
Gleichzeitig vergrößert sich zunehmend der Teil der zweiten Steuergas-Kammer
63, der zwischen dem Kolben 34 und dem Zentral-Gehäuse 11 gelegen ist.
Durch den Druck des Steuergases wird also der Kolben 34 und damit der
Ventilkörper 4 zum Treibstoff-Tank hin oder vom Betrachter der Fig. 2 aus
gesehen nach links verschoben. Diese Verschiebung des Ventilkörpers 4 erfolgt
gegen die Kraft der Zylinderfedern 120 bis zu einer Position gegenüber dem
Zentral-Gehäuse 11, bei der in Richtung der Längsachse 20 gesehen die Nut 76
der Kolben-Stange 33 auf gleicher Höhe wie die Klinke 73 liegt. Durch den
Druck des Steuergases in der oberen Kammer 96 des Steuergehäuses 5 wird
die Schaltscheibe 110 nach unten gedrückt und dadurch weiterhin auf dem
Boden 71a der Ausnehmung 71 gehalten. Dadurch wird die Klinkenstange 23
und somit auch die Klinke 73 in ihren untersten Stellungen gehalten. In dieser
Stellung ist die Klinke 73 berührungsfrei gegenüber der Kolbenstange 33, so
daß keine Reibungskräfte durch die Anlage der Klinke 73 an den zweiten Teil 65
der Kolbenstange 33 auftreten, wenn sich die Kolbenstange 33 relativ zur
Klinke 73 bewegt. Diese unterste Stellung der Klinkenstange 23 bewirkt auch,
daß der Balg 97 in seinem gedehnten Zustand ist.
Die Klinke 73 liegt in der Richtung der Längsachse 20 gesehen auf der Höhe
der Nut 76, wenn der Kolben 34 an der entgegengesetzt zur Bohrung 47
gelegenen Stirnseite des Kammergehäuses 52 anliegt. In dieser Stellung erfolgt
das Verriegeln der Kolbenstange 33 mittels der Klinkenstange 23 und der
Klinke 73. Dazu wird der obere Eintrittskanal 102 belüftet. In dem Raum
zwischen dem Ende 81 der Klinkenstange 23 und dem Verbindungsstück 84
zwischen der Hülse 82 befindliche Treibgas entweicht durch die Bohrung 89
des Verbindungsstücks 84, durch die obere Kammer 96 des Steuergehäuses 5
und durch den oberen Eintrittskanal 102. Dadurch wird die zur Dehnung des
Balgs 97 ausgeübte Kraft verringert und die Klinkenstange 23 aufgrund des
Unterdrucks in der oberen Kammer 96 nach oben, d. h. zur oberen Kammer 96
hin bewegt. In dieselbe Richtung bewegt sich auch die Schaltscheibe 110 und
die Klinke 73. Die Schaltscheibe 110 bewegt sich nach oben bis ihre Oberseite
zur Anlage mit einer Anlagefläche an der Unterseite des Steuergehäuses 5
kommt. In dieser Stellung befindet sich die Klinkenstange in einer Stellung, bei
der sich die Klinke 73 berührungsfrei im Eingriff mit der Nut 76 befindet. In
dieser Stellung ist die Kolbenstange 33 in ihrer Beweglichkeit längs der
Längsachse 20 festgelegt und der Ventilkörper 4 in seiner in der Fig. 2
gezeigten offenen Stellung verriegelt. In dieser offenen Stellung des
Ventilkörpers 4 und der verriegelten Stellung der Kolbenstange 33 strömt also
Treibstoff von dem Treibstoff-Tank durch den Treibstoff-Kanal 6 zu dem
Raketen-Motor. In dieser Situation ist also der obere Eintrittkanal 102 belüftet
und der untere Eintrittkanal 101 mit Druck beaufschlagt.
Zum Schließen des Ventils 1, d. h. um den Übergang von der offenen Stellung
der Fig. 2, in der der Ventilkörper 4 verriegelt ist, zu der in der Fig. 1 gezeigten
Stellung zu bewirken, wird der obere Eintrittkanal 102 mit Druck beaufschlagt.
Dadurch strömt Steuergas mit dem entsprechenden Druck in die obere
Kammer 96 des Steuergehäuses 5 und in die Bohrung 89 des
Verbindungsstücks 84. Von dort gelangt es in das Innere der Hülse 82 und
drückt das Ende 81 der Klinkenstange 23 von dem Verbindungsstück 84 gegen
die Kraft des dehnbaren Balgs 97 weg. Der Balg 97 wird gedehnt und die
Klinkenstange 23 nach unten bewegt. Dadurch bewegt sich die Klinke 73 aus
der Nut 76 heraus und gibt die Kolbenstange 33 zur Verschiebung in Richtung
Raketen-Motor frei. Gleichzeitig oder anschließend wird der untere Eintrittkanal
101 belüftet oder mit Unterdruck beaufschlagt. Das in der ersten 59 und in der
zweiten 63 Steuergas-Kammer befindliche Steuergas entweicht durch die
Bohrung 21, die Steuerkanäle 113, die Steuerbohrung 111, die unterer Kammer
95 und den unteren Eintrittkanal 101. Somit bewirkt das Steuergas in den
Steuergas-Kammern 95, 63 keine Gegenkraft mehr zu den von den
Zylinderfedern 120 ausgeübten Kräften, die somit den Ventilkörper 4 wieder
nach rechts, d. h. zum Raketen-Motor oder zur Dichtung 19a hin bewegt. Die
Schaltscheibe 110 wird dadurch zum Boden 71a der Ausnehmung 71 gedrückt.
Dabei bewirkt die Steuerbohrung 111 eine Drosselung des entweichenden
Steuergases. Dadurch wird erreicht, daß sich die Kolbenstange 33 erst bewegt,
wenn die Klinke 73 aus der Nut 76 herausbewegt ist, so daß eine Klemmung
von Klinke 73 und Nut 76 verhindert wird.
Claims (5)
1. Linearantrieb für ein Steuerventil mit einer pneumatisch wirkenden,
mit einem Ventilkörper (4) gekoppelten Kolben-Zylinder-Einheit (33, 34, 45,
52), die eine Kolbenstange (33) und einen in einer ersten Steuergas-Kammer
(59) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglichen Kolben
(34) zum Öffnen und Schließen des Steuerventils aufweist, wobei der Ventil
körper (4) mittels einer Feder (120) in seine schließende Position vorgespannt ist,
mit einem Verriegelungsmechanismus (3), der eine an einer pneumatisch be
tätigbaren Klinkenstange (23) angebrachte Klinke (73) aufweist, die an der
offenen Stellung des Ventilkörpers (4) in eine entsprechende Verriegelungs
nut (76) einrastbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klinke (73) mittels einer an der Klinkenstange (23) angebrachten und in einer ersten Kammer (95) beweglichen Schaltscheibe (110) durch Druckbe aufschlagung der ersten Kammer (95) aus der Verriegelungsnut (76) heraus gefahren wird, wobei die Schaltscheibe (110) an eine Anschlagstelle (71a) gefahren wird, bei der die Klinke (73) zur Kolbenstange (33) berührungsfrei ist und wobei in der Schaltscheibe eine Steuerbohrung (111) vorgesehen ist, durch die in der Anschlagstellung der Schaltscheibe (110) Steuergas zur Be tätigung des Kolbens (34) in seine erste Stellung gelangt, um den Ventilkör per (4) gegen die Kraft der Federn (120) in seine offene Stellung zu bewegen,
daß durch Belüften der ersten Kammer (95) der Kolben (34) durch die Kraft der Federn (120) in dessen zweite Stellung zum Schließen des Ventilkörpers (4) gebracht wird, wobei das Steuergas aus der ersten Steuergas-Kammer (59) durch die Steuerbohrung (111) entweicht und die Klinke (73) durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Kammer (96) berührungsfrei zur Kolben stange (33) gehalten wird, wobei der Druck der zweiten Kammer (96) auf die Klinkenstange (23) wirkt.
die Klinke (73) mittels einer an der Klinkenstange (23) angebrachten und in einer ersten Kammer (95) beweglichen Schaltscheibe (110) durch Druckbe aufschlagung der ersten Kammer (95) aus der Verriegelungsnut (76) heraus gefahren wird, wobei die Schaltscheibe (110) an eine Anschlagstelle (71a) gefahren wird, bei der die Klinke (73) zur Kolbenstange (33) berührungsfrei ist und wobei in der Schaltscheibe eine Steuerbohrung (111) vorgesehen ist, durch die in der Anschlagstellung der Schaltscheibe (110) Steuergas zur Be tätigung des Kolbens (34) in seine erste Stellung gelangt, um den Ventilkör per (4) gegen die Kraft der Federn (120) in seine offene Stellung zu bewegen,
daß durch Belüften der ersten Kammer (95) der Kolben (34) durch die Kraft der Federn (120) in dessen zweite Stellung zum Schließen des Ventilkörpers (4) gebracht wird, wobei das Steuergas aus der ersten Steuergas-Kammer (59) durch die Steuerbohrung (111) entweicht und die Klinke (73) durch Druckbeaufschlagung einer zweiten Kammer (96) berührungsfrei zur Kolben stange (33) gehalten wird, wobei der Druck der zweiten Kammer (96) auf die Klinkenstange (23) wirkt.
2. Linearantrieb für ein Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweite Kammer (96) von der ersten Kammer (95) durch ein
Verbindungsstück (84) getrennt ist, das über einen Balg (97) mit der Klin
kenstange (23) axial verschieblich in Verbindung steht, wobei bei Bedrücken
der zweiten Kammer (96) Steuergas von dieser über eine in dem Verbin
dungsstück (84) axial verlaufenden Bohrung (89) in den innerhalb des Balgs
(97) befindlichen Raum gelangt, um die Klinke (73) der Klinkenstange (23) in
ihre ausgefahrene Stellung zu bringen.
3. Linearantrieb nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nut (76) der Kolbenstange (33) zwischen der ersten Steuergas-Kammer (59)
und der zweiten Steuergas-Kammer (63) gelegen ist und die zweite Steuergas-
Kammer (63) mit der ersten Steuergas-Kammer (59) in Verbindung steht.
4. Linearantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (96) von der ersten Kammer (95)
durch ein am Steuergehäuse (5) befestigtes Verbindungsstück (84) mit einer
Bohrung (89) und einem Balg (97) getrennt ist, der mit seinem einen Ende an
dem Verbindungsstück (84) und seinem anderen Ende an der Klinkenstange
(23) befestigt ist, wobei das Steuergas in der zweiten Kammer (96) durch die
Bohrung (89) auf die Klinkenstange (23) drückt, um diese in ihre ausgefahrenen
Stellung zu bewegen.
5. Linearantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltscheibe (110) mit einer Anschlagstelle zur
Anlage kommt, wenn die Klinkenstange (23) in ihrer eingefahrenen Stellung ist.
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