DE2518681C2

DE2518681C2 - Vorrichtung zur Fernsteuerung des Öffnens und/oder Schließens eines Drehventils

Info

Publication number: DE2518681C2
Application number: DE2518681A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Masclet
Original assignee: Messier Hispano Bugatti SA
Current assignee: Safran Landing Systems SAS
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1975-04-26
Publication date: 1981-11-26
Also published as: DE2518681A1; JPS51110178A; FR2274853A1; FR2274853B1; GB1463940A; US4034958A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Vorrichtungen verwendet man in Strömungskreisläufen, welche ein rasches, betriebssicheres und zuverlässiges Ein- und Ausschalten erfordern, z. B. für Belüftungssysteme, Kühlsysteme, Klimaanlagen, Brandschutzanlagen, wie sie in den verschiedensten industriellen und sonstigen Einrichtungen verwendet werden.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus der US-PS 29 63 260. Diese Schrift zeigt einen Kugelhahn und eine hydraulische Vorrichtung zu seiner Betätigung. Diese Vorrichtung enthält in ihrem Arbeitskolben ein Drosselrückschlagventil und ermöglicht dadurch ein

langsames öffnen des Kugelhahns. Beim öffnen wird in einer Feder Energie gespeichert, und wenn die Steuerleitung zur hydraulischen Vorrichtung drucklos wird, bewirkt diese Feder ein rasches Schließen des Kugelhahns. Hierdurch wird eine begrenzte Sicherheit gewährleistet, jedoch nur für eine BfSätigungsrichtung des Kugelhahns. Außerdem ist von Nachteil, daß der Kugelhahn in keiner seiner beiden Arbeitstagen verriegelt ist, also durch äußere Kräfte ebenfalls beeinflußt werden kann.

Zur Fernsteuerung des Schließens eines Drehklappenventils im Sauerstoffkreislauf einer Rakete ist es ferner aus der US-PS 37 92 833 bekannt, ein Schließglied mittels einer pyrotechnischen Ladung zu betätigen. Dadurch wird die Drehklappe aus einer Raststellung ausgeklinkt und gleichzeitig etwas verdreht. Die restliche Verdrehung der Drehklappe in ihre Schließstellung wird durch den Sauerstoffstrom bewirkt, der die Drehklappe vollends zuknallt und geschlossen hält. Eine Verriegelung der Schließstellung fehlt vollständig.

Außerdem erfolgt der Schließvorgang äußerst abrupt, was in vielen Fällen unerwünscht ist.

Aus der DE-AS 11 65 954 ist die Betätigung einer in einem Kanal verdrehbaren Absperrklappe mittels eines hydraulischen Stellkolbens bekannt, wobei auf der Antriebswelle der Absperrklappe eine Kurbel befestigt ist, die über einen Lenkerhebel durch einen Stellkolben betätigt wird. In der Schließstellung der Absperrklappe sind alle Teile der Betätigung kinematisch verriegelt, d.h. irgendwelche Kräfte, die im Betrieb auf die

f>5 Absperrklappe einwirken, können den Stellkolben nicht verschieben. In der Offenstcllung der Absperrklappe dagegen muß zur Verriegelung eine besondere Sperrnase vorgesehen werden, die über einen gesonderten

Steuerzylinder betätigt wird, Dadurch wird die bekannte Vorrichtung relativ kompliziert und auch störanfällig, denn wenn z, B, die Absperrklappe lange Zeit in der Offenstellung war, ist nicht immer gewährleistet, daß der Steuerzylinder für die Sperrnase noch funktioniert Und wenn dieser Steuerzylinder nicht mehr arbeitet, kann auch die Absperrklappe nicht mehr geschlossen werden. Nur eine ständige, sorgfältige Wartung kann also hier eine sichere Funktion gewährleisten.

Aus der US-PS 32 13 760 kennt man ferner eine Endlagendämpfung für einen Verstellkolben. Im letzten Abschnitt der Schließbewegung wird hier das noch im Zylinder verbliebene Hydrauliköl durch eine verstellbare Drossel gepreßt und dämpft so das Einlaufen in die Endlage. Voraussetzung für eine sichere Funktion ist aber hier, daß noch Hydrauliköl im Arbeitszylinder vorhanden ist. Wird jedoch ein Gerät lange Zeit nicht betätigt, so ist diese Voraussetzung nicht unter allen Umständen gegeben.

Ferner kennt man aus der US-PS 24 26 212 eine Sicherheitsvorrichtung, die bei einem Rohrbruch in einer Gasleitung über einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder einen Schieber in dieser zeitung betätigt und dadurch das Leitungsstück mit der Bruchstelle isoliert Hierzu wird aus der zu überwachenden Leitung über ein Drosselventil Gas entnommen und einem Druckspeicher zugeführt der als Energiequelle für den Schließvorgang dient Fällt durch einen Leitungsbruch der Druck in der Gasleitung plötzlich ab, so entsteht an diesem Drosselventil ein großer Druckgradient und bewirkt die Verschiebung eines Arbeitskolbens, der seinerseits ein Steuerventil betätigt. Hierdurch wird der doppelt wirkende Arbeitszylinder des Schiebers in umgekehrter Richtung mit Druck beaufschlagt, d. h. seine eine Seite wird mit der Atmosphäre und seine andere Seite wird mit dem erwähnten Druckspeicher verbunden, so daß der Schieber praktisch augenblicklich geschlossen wird. — Diese Vorrichtung hat einen ziemlich komplexen Aufbau, erfordert deshalb ständige Wartung, und ermöglicht ebenfalls keine Verriegelung des Schiebers in seinen beiden Endstellungen. Wenn sich z. B. der Druckspeicher durch irgendeine Leckstelle nach einiger Zeit entleert hat, kann der Schieber praktisch frei betätigt werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ventil-Fernsteuerung zu schaffen, welche autark ist, auf Befehle rasch anspricht, dabei aber einen Bewegungsablauf zeigt, der von abrupten Stoßen frei ist, besonders beim Einlaufen in die Endlage(n), welche so ferner in ihren Endlagen sicher verriegelt ist, und weiche auch nach längeren Stand- oder Ruhezeiten betriebssicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Da sich die Druckmittelquellen, also z. B. Druckspeicher oder pyrotechnische Druckerzeuger, bei der Vorrichtung befinden, wirkt ihr Druck unverzögert auf die bewegliche Anordnung. Trotzdem ist die Betätigung nicht hart, denn der Kurbeltrieb ergibt eine Charakteristik der Verschiebegeschwindigkeit, die etwa einer Halbwolle einer Sinusfunktion entspricht. Außerdem ergibt sich in jeder der beiden Endstcllungen eine Totpunktlage und damit eine automatische Verriegelung des Drehventils in diesen Endstellungen. μ

Zum Erzielen eines von äußerer Energiezufuhr unabhängigen Betriebs geht man mit Vorteil so vor, wie das im Anspruch 2 angegeben ist. Man erhält so eine energieunabhängige und dadurch äußerst betriebssichere Arbeitsweise, was bei vielen Anwendungsfällen mit hoher Gefahrenklasse von großer Bedeutung ist Zur Fernsteuerung genügt dadurch ein sehr niedriger Signalpegel,

Die im Anspruch 3 gekennzeichnete Folgesteuerung ist kompakt und einfach aufgebaut und trägt dadurch ebenfalls wesentlich zur hohen Betriebssicherheit bei.

Durch die in den Ansprüchen 4 und 5 angegebenen Maßnahmen wird das stoßfreie Einlaufen in die Endlagen weiter verbessert und unterstützt und man wird so z. B. in die Lage versetzt starke pyrotechnische Treibladungen zu verwenden und trotzdem einen günstigen Bewegungsablauf zu erhalten.

Die Maßnahmen nach dem Anspruch 6 schließlich gewährleisten einen einfachen, kompakten und betriebssicheren Aufbau.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt längs der Kolbenachse durch eine erfindungsgemäße Vorrichnrng, bei der die Kolbenanordnung in einer ihrer beiden Endlagen dargestellt ist

Fig.2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach F i g. 1, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung in ihrer Endlage nach F i g. 1 dargestellt ist,

Fig.3 einen Schnitt gesehen längs der Linie III—III, der F i g. 1 und

F i g. 4 bis 6 zu den F i g. 1 bis 3 analoge Darstellungen, bei denen aber die Kolbenanordnung in ihrer anderen Endlage dargestellt ist

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine doppelt wirkende Kolbenanordnung 3 auf, die ihrerseits in einer Hauptbohrung 2 eines Zylinders 1 verschiebbar ist Im Zylinder 1 ist ferner eine zweite Bohrung 4 vorgesehen, die parallel zur Hauptbohrung 2 verläuft und eine Folgesteuerung aufnimmt

Das Gehäuse des Zylinders 1 endet links und rechts jeweils in einer Ausdrehung 5' bzw. 6', deren Durchmesser so groß ist, daß er die Hauptbohrung 2 und die zweite Bohrung 4 überdeckt Die Ausdrehungen 5', 6' weisen jeweils ein Gewinde auf, in das jeweils eine Druckmittelquelle 7 bzw. 8 einschraubbar ist, weiche z. B. jeweils einen geschlossenen Druckspeicher enthalten können, der unter Druck stehendes Gas enthält, das mittels einer — nicht dargestellten — pyi otechni&chen Vorrichtung und durch Fernsteuerung freigegeben werden kann.

Die Druckmittelquellen 7 und 8 liegen jeweils mit ihrer dem Zylinder 2 zugewandten Seite dichtend gegen eine Schulter 5" bzw. 6" an, die jeweils zwischen der Hauptbohrung 2 und den Ausdrehungen 5', 6' ausgebildet ist und trennen so die Hauptbohrung 2 von Ringräumen S, 6 innerhalb der Ausdrehungen 5', 6'. Das von den Druckmittelquellen 7,8 abgegebene Druckmittel strömt über Auslässe 9 in den zugeordneten Ringraum 5 oder 6, welch letzterer selbst mit dem benachbarten Ende der zweiten Bohrung 4 ständig in Verbindung steht.

Die eigentliche Folgesteuerung weist zwei Schieber 10, 11 auf, welche verschiebbar an den Enden der zweiten Bohrung 4 angeordnet sind und mittels einer Übertragungsstange 12 verbunden sind, die es ermöglicht, daß der eine Schieber auf den anderen einwirkt. Die beiden Zylinderkammern 13, 14 zwischen der beweglichen Anordnung 3 und den Druckmittelquellcn 7, 8 können je nach der Lage der Schieber 10, 11 entweder mit einer der zugeordneten Ringkammcm 5,6

oder mit der Atmosphäre verbunden werden.

Ersteres erfolgt über Ausnehmungen 15 bzw. 16 zwischen der Hauptbohrung 2 und der zweiten Bohrung 4, und die Verbindung mit der Atmosphäre erfolgt über die Ausnehmungen 15 oder 16 und Ausnehmungen 17, 18, die zwischen der zweiten Bohrung 4 und der Außenseite vorgesehen sind.

Die Kolbenanordnung 3 wird von einem Doppelkolben gebildet, der an seinen Enden mit Dichtringen 19,20 versehen ist. Er ist mit Bewegungsdämpfern versehen, von denen eine spezielle Ausfuhrungsform im folgenden beschrieben wird. Der Doppelkolben enthält eine Längsbohrung 21, welche in ihrem Mittelabschnitt eine Verengung aufweist, die als Drossel 22 dient. In dieser Bohrung 21 ist beiderseits der Drossel 22 je ein Kolben 23, 24 angeordnet, welcher jeweils mit einem Dichtring 25 bzw. 26 versehen ist und welcher in die zugeordnete Zylinderkammer 13 bzw. 14 hineinragt. Der Raum zwischen den beiden Kolben 23 und 24 ist mit einer Verschiebung des Schiebers 11 verbindet die Zylinderkammer 14 über die Ausnehmungen 16 und 18 mit der Außenluft. Der Druck wirkt dann von links auf die Kolbenanordnung 3 und verschiebt diese in Richtung zur Druckmittelquelle 8, also nach rechts. Diese Translationsbewegung bewirk! über die Zahnstange 27 und das Ritzel 28 eine Verdrehung der Welle 29 und damit der Kurbel 34 im Uhrzeigersinn, dadurch eine Verschiebung der Koppel 38 und hierdurch eine Verdrehung der Ventil-Antriebswelle 33 (und damit des zu steuernden Drehventils) im Gegenzeigersinn. Die Wellen 29 und 33 drehen sich also im Betrieb gegenläufig. Der von der Kolbenanordnung 3 mitgenommene Kolben 24 wird in seiner Translationsbewegung angehalten, wenn sein freies Ende auf die dem Zylinder 1 zugewandte Seite der Druckmittelquelle 8 stößt. Die Relativbewegung zwischen der Kolbenanordnung 3 und dem Kolben 24 preßt dann über die Drossel 22 das in der Bohrung 21 zwischen dem Kolben 24 und

DäiT.pfflüssigkci; gefüllt z. ß. einer viskosen Flüssigkeit 20 der Dresse! 22 enthaltene Elastomer durch die Drossel

oder einem Elastomer.

Der Teil der Kolbenanordnung, der zwischen den beiden Dichtringen 19 und 20 liegt, hat einen verringerten Durchmesser und ist mit einer Längsverzahnung 27 nach Art einer Zahnstange versehen, welche mit einem Ritzel 28 kämmt, das auf einer zur Kolbenanordnung unter einem rechten Winkel verlaufenden Welle 29 (Fig. 3) befestigt ist und das verdrehbar in einer Ausnehmung 30 des Gehäuses des Zylinders 1 angeordnet ist. Dieses Gehäuse weist ferner einen Ansatz 31 auf, in dem eine zur Ausnehmung 30 parallele Ausnehmung 32 vorgesehen ist, und in dem drehbar eine Ventil-Antriebswelle 33 angeordnet ist, welche mechanisch über eine nicht dargestellte Verbindung mit der Steuerwelle eines (nicht dargestellten) Drehventils verbunden ist.

Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, trägt die Welle 29 an einem Ende eine erste Kurbel 34, welche mit einem Drehzapfen 35 versehen ist, der relativ zur Drehachse O, der ersten Kurbel 34 versetzt ist. Ebenso trägt die Welle 33 an einem Ende eine zweite Kurbel 36, welche mit einem Drehzapfen 37 versehen ist, der relativ zur Drehachse O₂ der zweiten Kurbel 36 versetzt isL Eine Koppel 38 verbindet die Kurbelzapfen 35 und 37 miteinander.

Bei der in den F i g. I bis 3 dargestellten Stellung liegen die Anlenkachsen Q i und Q 2 der Koppel 38 an den Kurbeln 34 und 36 und die Drehachse Oi der ersten Kurbel 34 in derselben Ebene. Auf diese Weise wird die Übertragung eines von der Ventil-Antriebswelle 33, also dem Drehventil, kommenden Antriebsmoments auf die Welle 29 unmöglich gemacht so daß die bewegliche Anordnung 3 in ihrer Lage nach F i g. 1 verriegelt bleibt

Arbeitsweise:

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Wenn die Druckmittelquelle 7 erregt wird und Druckgas abgibt, strömt dieses über die Auslässe 9 in den Ringraum 5 und von dort in die rweite Bohrung 4 und beaufschlagt die Außenfläche des Schiebers 10, so daß dieser nach rechts (bezogen auf F i g. 1) verschoben wird und dabei auch die Übertragungsstange 12 und den Schieber 11 nach rechts verschiebt Diese Rechtsverschiebung hat zur Folge, daß die Auslässe 9 der Druckmittelquelle 7 über die Ausnehmung 15 mit der Zylinderkammer 13 verbunden werden, und die 22 und bewirkt dadurch ein Ausfahren des anderen Kolbens 23.

Der Druck, der erforderlich ist, um das Elastomer durch die Drossel 22 zu pressen, bewirkt eine Kraft, die der Längsverschiebung der Kolbenanordnung 3 entgegenwirkt, und zwar geschwindigkeitsabhängig, und welche daher die Bewegung der Kolbenanordnung 3 dämpft.

Fig 5 zeigt die Stellung der Koppel 38 in ihrer Endlage. Auch hier liegen die Anlenkachsen Ql, Q 2 in einer Ebene mit der Drehachse Ou so daß auch hier keine Rückwärtsbewegung der Kurbel 36 möglich ist. ganz gleich, wie groß das antreibende Moment ist, das das Drehventil auf die Ventil-Antriebswelle 33 ausübt.

Die Freigabe der Druckmittelquelle 8 bewirkt infolge der Symmetrie der Vorrichtung die entgegengesetzte Bewegungsfolge. Die Druckmittelquelle 8 füllt über die Auslässe 9 den Ringraum 6 mit Druckgas, und dieses verschiebt den Schieber 11 nach links (bezogen auf F i g. 4), und mit ihm die Übertragungsstange 12 und den Schieber 10. Diese Linksverschiebung verbindet über die Ausnehmung 16 den Ringraum 6 mit der Zylinderkammer 14, während die Zylinderkammer 13 über 15 und 17 mit der Atmosphäre verbunden wird.

Der Druck wirkt also dann auf das rechte Ende der Kolbenanordnung 3 und verschiebt diese in Richtung zur Druckmittelquelle 7. Die Translationsbewegung der Kolbenanordnung 3 bewirkt über die Zahnstange 27 und das Ritzel 28 eine Drehung der Welle 29 und der Kurbel 34 im Gegenzeigersinn. Die Koppel 38 wird verschoben und überträgt auf die Kurbel 36 eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn, und die Ve til-Antriebswelle 33 überträgt diese Drehbewegung auf das Drehventil.

Der von der Kolbenanordnung 3 mitgenommene Kolben 23 wird bei seiner Translationsbewegung angehalten, wenn sein linkes, freies Ende auf die dem Zylinder 2 zugewandte Seite der Druckmittelquelle 7 trifft Die Relativbewegung zwischen Kolbenanordnung 3 und Kolben 23 drückt das Dämpfungsmittel durch die Drossel 22 nach rechts, bewirkt ein Ausfahren des Kolbens 24, und dämpft gleichzeitig die Bewegung der Kolbenanordnung 3 in ihre linke Endlage. Die Vorrichtung befindet sich dann am Ende wieder in ihrer Stellung nach den F i g. 1 bis 3.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Fernsteuerung des öffnens und/oder Schließens eines Drehventils, insbesondere eines Ventils nach Art eines Drehklappenventils, welche Vorrichtung einen Zylinder aufweist, in welchem abgedichtet in einer Hauptbohrung eine bewegliche Kolbenanordnung unter Druckmitteldruck verschiebbar ist, ferner mit einer an der beweglichen Kolbenanordnung vorgesehenen Zahnstange und einem mit dieser kämmenden, zum Drehantrieb der Ventil-Antriebswelle dienenden Ritzel, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei jeweils durch einen Befehl freigebbare Druckmittelquellen (7,8) aufweist, durch deren Druckmittel jeweils eine Folgesteuerung (10, 11, 12) betätigbar ist, mittels deren gleichzeitig das Druckmittel von der freigegebenen Druckmittelquelle (7, 8) der zugeordneten Endfläche der Kolbenanonduung (3) zuführbar und die andere Endfläche dieser Kolbenanordnung (3) mit der Atmosphäre verbindbar ist, und daß mit einer das Ritzel (28) tragenden Welle (29) eine erste (34) und mit der Ventil-Antriebswelle (33) eine zweite Kurbel (36) verbunden ist, zwischen welchen beiden Kurbeln (34,36) eine Koppel (38) vorgesehen und an diesen Kurbeln angelenkt ist, deren Lage sowohl am Ende des Öffnungswegs wie am Ende des Schließwegs des Drehventils so ist, daß ihre Anlenkachsen (Q 1, Q 2) an den Kurbeln (34,36) einerseits und die Drehachse (O) der ersten Kurbel (34) andererseits etwa in derselben Ebene (F i g. 2, Fi g. 5) liegen, so daß je nach freigegebener Druckmittelquelle (7, 8) die Kolbenanordnung (3; to der einen oder der anderen Richtung verschiebbar st und dabei die Kurbel-Koppel-Anordnung (34,36,38) in eine ihrer beiden Totpunktlagen schiebt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquellen (7,8) entweder als geschlossene Druckspeicher, welche ein unter Druck stehendes Gas enthalten, das z. B. mittels einer pyrotechnischen Vorrichtung freisetzbar ist, oder als pyrotechnische Gaserzeuger ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuerung zwei an den Enden einer Übertragungsstange (12) angeordnete Schieber (10, 11) aufweist, die in einer zur Hauptbohrung (2) des Zylinders parallelen zweiten Bohrung (4) angeordnet sind, welche an ihren Enden von ersten, mit der Hauptbohrung (2) in Verbindung stehenden Ausnehmungen (15,16) und von zweiten, mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Ausnehmungen (17,18) durchbrochen ist, so daß bei Freigabe einer Druckmittelquelle das Druckmittel dit- zugeordnete Außenseite eines Schiebers (10,11) beaufschlagt und die Gesamtheit der Schieber (10, 11) in eine Lage schiebt, in der der Druck über die zugeordnete erste Ausnehmung (z. B. IS) derjenigen Fläche der Kolbenanordnung (3) zuführbar ist, die der freigegebenen Druckmittelquelle zugewandt ist, und bei der die andere Fläche der Kolbenanordnung (3) über die zugeordnete erste und zweite öffnung (/. B. 16 und 18) mit der Atmosphäre verbunden wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die KoI-benanordnung (3) mit gegen Ende des Kolbenhubs wirksam werdenden Bewegungsdämpfern (22, 23, 24), vorzugsweise vom Typ mit viskoser Reibung, mit Drosselung eines flüssigen Druckmittels oder mit Drosselung eines Elastomers, versehen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsdämpfer zwei abgedichtet verschiebbare Kolben (23, 24) aufweisen, welche an den Enden einer in ihrem Mittelabschnitt eine als Drossel dienende Verengung (22) aufweisenden, mit Dämpfflüssigkeit gefüllten Bohrung (21) herausragen, welche Bohrung die Kolbenanordnung (3) axial durchdringt

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Kurbeln (34, 36) gegenläufig miteinander gekoppelt sind.