DE2438553C3 - Pneumatisch gesteuertes Ventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Ventil mit zwei federbelasteten, unabhängig voneinander bewegbaren Kolben, einem diesen zugeordneten federbeaufschlagten Übertragungselement zum öffnen und Schließen des Ventils und einem Steuerventil zum Steuern der Druckluft, die den den Kolben zugeordneten Zylindern über getrennte Eingägnge zugeführt wird.

Es sind Ventile für Feuerungsanlagen bekannt, bei denen die Brennstoffzufuhr langsam aufgesteuert wird, andererseits aber eine Sicherheitsabschaltung mit Schnellschluß erforderlich ist. Für solche Anwendungsgebiete, die ein hochvakuumdichtes Absperren von Gasen bei außergewöhnlichem Zuverlässigkeitsgrad erfordern, wie es beispielsweise bei Uran-Trennanlagen und der dort vorkommenden Förderung von Uranhexa- &5 fluorid der Fall ist, sind diese bekannten Ventile nicht geeignet. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß die bekannten Ventile mechanisch durch eine Druckfeder schließen, so daß das Dichtelement bei jedem Schließvorgang aufgrund des starken Federimpulses erheblich belastet und folglich verhältnismäßig frühzeitig in seiner Dichtwirkung beeinträchtigt oder gar zerstört wird. Beim Absperren agressiver Medien, wie z. B. Uranhexafluorid, wird eine extrem hohe Dichisicherheit in der Größenordnung von IQ-'⁰ Torr 1/sec bezogen auf Helium gefordert Diese Forderung erzwingt von Dichtmaterial relativ hoher Elastizität, das gegenüber impulsartiger Schließkräften besonders anfällig ist Hinzu kommt, daß die Zahl der Schließ- und Öffnungsvorgänge in Feuerungsanlagen relativ gering ist, während sie beispielsweise in rechnergesteuerten Anlagen um Größenordnungen darüber liegen kann.

Weiterhin ist ein Ventil bekannt, das zwei voneinander unabhängige Kolben besitzt, die über getrennte Eingänge an die Druckluftquelle angeschlossen sind. Während der erste Kolben dem öffnen des Vetils dient und das Ventil wiederum durch Federkraft geschlossen wird, dient der zweite Kolben dazu, die Bewegungsenergie des ersten Kolbens nebst Übertragungselementen kurz vor dem Schließen des Ventils abzufangen, so daß die Bewegungsenergie nicht mehr von den die Abdichtung bewirkenden Elementen des Ventils aufgenommen werden muß. Der Nachteil dieser Konstruktion ist entweder die Stoßbelastung innerhalb des Ventils bei jedem Schließvorgang oder eine verhältnismäßig langsame Schließzeit und die Gefahr, daß sich die Schließzeiten im Laufe der Zeit durch Verschleiß verändern.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der vorgenannten Art so weiterzubilden, daß es unter Beibehaltung der Sicherheitsabschaltung und der Dichtsicherheit für rechnergesteuerte Anlagen im Ultrahochvakuum-Bereich einsetzbar wird sowie auch nach langer Betriebszeit dadurch mit der erforderlichen Schnelligkeit und Exaktheit arbeitet, daß zumindest während der üblicherweise herrschenden Betriebsverhältnisse schlagartige Betätigungen vermieden werden.

Bei einem Ventil der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Kolben unabhängig voneinander mit dem durch die Feder in die Öffnungsstellung des Ventils vorgespannten Übertragungselement koppelbar sind; daß ein gesteuerter Ausgang des Steuerventils in der stromlosen Stellung den Eingang des einen Zylinders und der Direktauszug des Steuerventils den Eingang des anderen Zylinders mit der Druckluftquelle verbindet; daß der über den mit dem Direktausgang des Steuerventils verbundenden Eingang betätigbaren Kolben durch Federn in einer die Schließstellung des Ventils bewirkenden Weise vorgespannt und der mit dem gesteuerten Ausgang des Steuerventils zusammenarbeitenden Kolben von der das Übertragungselement beaufschlagten Feder in eine die Öffnungsstellung des Ventils zulassende Stellung vorgespannt ist, wenn der andere Kolben in seiner bei Druckbeaufschlagung die Öffnungsstellung des Ventils zulassenden Stellung steht.

Der Vorzug dieser Lösung liegt darin, daß bei erstmaliger Druckbeaufschlagung die dem oberen Kolben zugeordneten Federn gespannt und dadurch für die Sicherheitsabschaltung vorbereitet werden, während der andere Kolben — je nach Stellung des Magnetventils — zum normalen Schließen und Offnen des Ventils herangezogen wird und das Ventil wegen der zunehmenden Kraft seiner Vorspannfeder sicher aber schonend schließt, wobei auch der Steuerdruck so einstellbar ist daß er ein sanftes Schließen unterstützt.

In der bevorzugten Ausfühmngsform der Erfindung ist vorgesehen, daß sich im Eingang zum Zylinder eine Drossel befindet. Hierdurch wird erreicht, daß das Ventil selbst in dem nur selten vorkommenden Notfall bei Ausfall der Steuerluft sanft schließt, weil die Luft nur langsam entweichen kann, die Federn das Übertragungselement also nur langsam in die Schließstellung bewegen können.

Weiterhin ist in der bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Kraftübertragungsweg vom Kolben über eine obere Hubplatte, Stangen und eine untere Hubplatte auf das Übertragungselement verläuft; und daß die Federn die untere Hubplatte in Schließstellung des Ventils beaufschlagen und daß sich in der unteren Hubplatte eine gleitend gelagerte Buchse befindet, in die die Kolbenstange des Kolbens eingreift und von dieser unter Mitnahme des Übertragungselementes in Schließrichtung des Ventils bewegbar ist Diese Merkmale bringen den zusätzlichen Vorteil, daß das Ventil kompakt aufgebaut werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine teilgeschnittene teilschematisierte Seitenansicht des Ventils ohne Antrieb, und

Fig.2 einen Längsschnitt durch den Antrieb mit schematisch darunter befindlichem Ventil.

Auf einem Ventilgehäuse 14 mit entsprechender Dichtfläche im Durchgangskanal ist unter Zwischenschaltung einer Aluminiumfolie als Dichtung 15 ein Jo Dichtflansch 1 befestigt Mit diesem Dichtflansch ist ein Führungsrohr 2, mit diesem eine Platte 3 und mit dieser ein Edelstahlbelag 4 ultrahochvakuumdicht verschweißt, so daß sich keine beweglichen Teile im Vakuum befinden. Innerhalb des Ventilgehäuses 14 befindet sich ein Dichtstempel <i, der in ein einen Dichtstempelträger bildendes Übertragungselement 5 eingeschraubt ist Zur Führung des Übertragungselementes 5 beim öffnen und Schließen des Ventils ist eine außen auf dem Führungsrohr 2 gleitende Führungsbuchse 7 angeordnet, die über eine zentrierende Paßscheibe 8, eine Paßbuchse 9 und einen Sicherungsring 10 mit dem Übertragungselement 5 verbunden ist Die Führungsbuchse 7 wird von einer Feder 11 umgeben, die sich einerseits auf dem Dichtflansch 1 und andererseits t"> über eine Scheibe 12 an einem Sicherungsring 13 abstützt, der die Kraft der Feder U in die Führungsbuchse 7 einleitet Durch die Feder 11 ist das Übertragungselement 5 und damit der Dichtstempel 6 im Ventil-Öffnungssinn vorgespannt

Oberhalb des Übertragungselementes 5 (vgl. F i g. 2) befindet sich der pneumatische Antrieb des Ventils, der zwei in eigenen Zylindern 25,16 verschiebbare Kolben 21,22 aufweist Der Zylinder 16 besitzt einen Eingang A mit darin angeordneter Drossel 17 und ist an den Direktausgang eines Magnetventils und damit direkt an eine Druckluftquelle angeschlossen. Der gesteuerte Ausgang des — nicht dargestellten — Magnetventils liegt am Eingang B des anderen Zylinders 25. Der gesteuerte Ausgang des Magnetventils ist offen, solange m> das Magnetventil stromlos ist, so daß in diesem Fall der Zylinder 25 ebenfalls mit der Druckluftquelle verbunden ist.

Der der Sicherheitsabschaltung dienende Kolben 22 ist an eine obere Hubplatte 23 angeschlossen, die h> ihrerseits über Stangen 24 mit einer unteren Hubplatte 19 verbunden ist Zwischen dem Gehäuse des Ventilantriebs und der unteren Hubplatte 19 sind Federn 18 angeordnet, die die beiden Hubplatten 19,23, den Kolben 22 und außerdem das Übertragungselement 5 in Schließrichtung des Ventils vorspannen. Die Kraft der Federn 18 ist größer als die entgegengesetzt gerichtete Kraft der Feder 11. Zur Übertragung der Bewegung des Kolbens 22 über die obere Kubplatte, die Stangen 24 und die untere Hubplatte 19 auf das Übertragungselement 5 ist in der unteren Hubplatte 19 eine Buchse 20 vorgesehen, an der sich das Übertragungselement 5 abstützt und die bei Bewegung der ■interen Hubplatte 19 in Schließrichtung des Ventils von der unteren Hubplatte mitgenommen wird.

Die Buchse 20 ist in der unteren Hubplatte 19 verschiebbar gelagert und nimmt die Kolbenstange des Kolbens 21 verschiebbar auf. Wenn Druckluft über den Eingang B in den Zylinder 25 gelangt, bewegt sich der Kolben 21 nach unten. Wegen der beschriebenen Verbindung der Eingänge A und B mit der Druckluftquelle ist eine Beaufschlagung des Zylinders 25 mit Druckluft in der in F i g. 2 gezeigten Schließstellung des Ventils, in der der Zylinder 16 drucklos ist, nicht möglich. Eine Beaufschlagung des Zylinders 16 über den Eingang A mit Druckluft führt zu seiner Aufwärtsbewegung des Kolbens 22 unter Spannung der Federn 18 und — zunächst — unter öffnung des Ventils, da das Übertragungselement 5 von der Feder 11 in Anlage an der Buchse 20 und damit an der unteren Hubplatte 19 gehalten wird. Die Buchse 20 wandert dabei nach oben, so daß die Kolbenstange des Kolbens 21 weiter als gezeichnet in die Buchse hineinragt Wird nun Strom auf das Magnetventil gegeben, wird auch der Zylinder 25 über den Eingang B mit der Druckluftquelle verbunden, so daß der Kolben 21 nach unten auswandert und unter Mitnahme der Buchse 20 sowie entgegen der Kraft der Feder 11 das Übertragungselement 5 in die Schließstellung des Ventils drückt. Zum öffnen des Ventils wird der Strom zum Magnetventil eingeschaltet, so daß der Eingang B des Zylinders 25 von der Druckluftquelle abgetrennt und entlüftet wird, unter dem Einfluß der Feder 11 wird der Kolben 21 daraufhin nach oben und das Ventil in seine geöffnete Stellung bewegt Schließen und öffnen des Ventils findet also im Normalfall allein durch den Kolben 21 statt, während sich der Kolben 22 in der für die Sicherheitsabschaltung benötigten oberen — nicht dargestellten — Endlage befindet.

Sobald — bei der ersten Inbetriebnahme — der Eingang des Magnetventils mit der Druckluftquelle verbunden, das Magnetventil aber noch stromlos ist, erhält der Zylinder 16 über den Direktausgang des Magnetventils und seinen Eingang A und der Zylinder 25 vom gesteuerten Ausgang des Magnetventils über seinen Eingang B die Verbindung zur Druckluftqueile. Beide Kolben wandern daraufhin entgegengesetzt aus der in Fig.2 gezeigten Stellung aus. Der Kolben 22 nimmt dabei die untere Hubplatte 19 mit und spannt die Feder 18 für die Sicherheitsabschaltung. Der Kolben 21 drückt das Übertragungselement 5 über die Buchse 20 nach unten, so daß das Ventil zunächst geschlossen bleibt öffnen und Schließen geschieht darauf — beispielsweise rechnergesteuert — durch Schließen und öffnen des Stromkreises zum Magnetventil und entsprechende Bewegungen des Kolbens 21. In Abhängigkeit von der Größe des Steuerdruckes und stark unterstützt von der dem Schließvorgang entgegenwirkenden Kraft der Feder 11 wird das Ventil im Normalbetrieb sanft geschlossen, so daß eine Beschädigung des Dichtstempels 6 nicht zu befürchten ist.

Im Gefahrenteil sind zwei Möglichkeiten zu unter-

scheiden. Sofern der Strom für die Betätigung des Magnetventils ausfällt, Steuerdruck aber noch vorhanden ist, wird der Eingang Ädes Zylinders 25 automatisch mit der Druckluftquelle verbunden. Der Kolben 22 befindet sich dabei nach wie vor in seiner angehobenen Stellung. Die Beaufschlagung des Kolbens 21 führt in diesem Fall zum sofortigen Schließen des Ventils. Fällt dagegen die Druckluft aus oder sinkt sie unter einen vorbestimmten Wert ab, bewegen sich der Kolben 22 und die Hubplatten 23,19 unter dem Einfluß der Federn 18 nach unten und drücken das Ventil über die Buchse 2< in die Schließstellung. Auch in diesem Extremfall de Schnellschlusses treten am Dichtstempel 6 kein* impulsartigen Kräfte auf, da der Zylinder 16 wegen des Vorhandenseins der Drossel J 7 nur langsam entlüftet die Abwärtsbewegung also nur gedämpft ausgeführ wird. Ein gleichzeitiger Ausfall von Strom unc Steuerluft wirkt sich in gleicher Weise aus wie eir Ausfall nur der Steuerluft.

His.-ru 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Pneumatisch gesteuertes Ventil mit zwei federbelasteten, unabhängig voneinander bewegbaren Kolben, einem diesen zugeordneten federbeaufschlagten Übertragungselement zum öffnen und Schließen des Ventils und einem Steuerventil zum Steuern der Druckluft, die den den Kolben zugeordneten Zylindern über getrennte Eingänge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolben (21, 22) unabhängig voneinander mit dem durch die Feder (11) in die öffnungsstellung des Ventils vergespannten Übertragungselement (5) koppelbar sind; daß ein gesteuerter Ausgang des Steuerventils in der <s stromlosen Stellung den Eingang (B) des einen Zylinders (25) und der Direktausgang dps Steuerventils den Eingang (A) des anderen Zylinders (16) mit der Druckluftquelle verbindet; daß der über den mit dem Direktausgang des Steuerventils verbundenen Eingang (A) betätigbare Kolben (22) durch Federn (18) in einer die Schließstellung des Ventils bewirkenden Weise vorgespannt und der mit dem gesteuerten Ausgang des Steuerventils zusammenarbeitende Kolben (21) von der das Übertragungselement beaufschlagenden Feder (U) in eine die Öffnungsstellung des Ventils zulassende Stellung vorgespannt ist, wenn der andere Kolben (22) in seiner bei Druckbeaufschlagung die Öffnungsstellung des Ventils zulassenden Stellung steht w

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Eingang (A) zum Zylinder (16) eine Drossel (17) befindet.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftübertragungsweg vom Kolben (22) über eine obere Hubplatte (23), Stangen (24) und eine untere Hubplatte (19) auf das Übertragungselement (S) verläuft; und daß die Federn (18) die untere Hubplatte (19) in Schließstellung des Ventils beaufschlagen.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der unteren Hubplatte (19) eine gleitend gelagerte Buchse (20) befindet, in die die Kolbenstange des Kolbens (21) eingreift und von dieser unter Mitnahme des Übertragungselementes (5) in Schließrichtung des Ventils bewegbar ist