DE2747029C2 - Hydraulisch betätigtes Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigtes Ventil mit einem in einem Gehäuse angeordneten Ventilglied, auf das ein Kolben über eine Feder einwirkt, die nur einen kleinen Teil des Ventilhubes als wirksamen Weg aufweist.

Bei den aus der US-PS 28 72 149, der FR-PS 22 24 690 und dem DE-GM 17 86671 bekannten Ventilen der oben genannten Art ist die Feder der Schließstellung des Ventils zugeordnet, denn sie sorgt dafür, daß zwischen der Bewegung des Antriebskolbens und dem Erreichen der Schließstellung des von dem Kolben betätigten Ventilgliedes Toleranzen zulässig sind.

Aus den US-PS 2642 255 und 39 87 818 sind auch Ventile bekannt, die eine in Öffnungsrichtung wirkende Feder aufweisen. Die bekannten Ventile sind jedoch so ausgebildet daß die Feder über den gesamten Weg des beweglichen Ventilgliedes wirksam ist Bei dem Ventil nach der US-PS 39 87 818 dient die Feder zum Druckausgleich an dem Betätigungskolben, damit dort eine Vorsteuerung für die Druckmittelbetätigung des Antriebskolbens möglich ist Bei dem Ventil nach der US-PS 26 42 255 bringt die Feder eine Dichtungskraft auf, mit der der Ventilstößel in der Öffnungsstellung des Ventils konisch in eine für den Ventilstößel vorgesehene Bohrung greift Damit soll eine Abdichtung auch für den Fall erreicht werden, daß das Ventilgehäuse zum Auswechseln einer äußeren Dichtungsmembran zum Teil geöffnet wird.

Bei dem aus der US-PS 39 87 818 bekannten Ventil für Dampf- oder Gasturbinen ist der Ventilteller in der Öffnungsstellung in einer Vertiefung eines Führungskörpers zurückgezogen, so daß er durch seine Lage gegen Schwingungen festgelegt ist Nachteilig ist jedoch, daß sich der Ventilteller in der Vertiefung verklemmen kann, insbesondere dann, wenn die Ausnehmung und/oder der Ventilteller sich in ihrer Oberflächenbeschaffenheit durch Verschmutzung oder Korrosion ändern.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein hydraulisch betätigtes Ventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine schwingungsfreie Festlegung in der Offtnsteilung möglich ist, ohne daß dazu der Ventilteller in eng begrenzte Ausnehmungen einfahren muß.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Feder das Ventilglied in an sich bekannter Weise in der Öffnungsstellung gegen einen festen Sitz drückt.
Die Feder ergibt einen Anpreßdruck in der

Öffnungsstellung, der für die sichere Festlegung ausreicht. Darüber hinaus kann die Feder Schwankungen in der Zugkraft ausgleichen, denen der Kolben entweder durch Differenzen der Wärmedehnungen oder durch Druckschwankungen in der Hydraulik unterliegt. Das letzte ist besonders wichtig, wenn die hydraulische Betätigung zusätzlich zu einer Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, die in an sich bekannter Weise das durch das Ventil gesteuerte Medium als Antriebsmittel aufweist, wie dies zum Beispiel in der DE-OS 25 19 346 angegeben ist.

Für den letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, wenn dem Kolben ein Auslaßquerschnitt zugeordnet ist, der V₂₀ bis V₅ der Kolbenfläche beträgt und durch druckbegrenzenda, normalerweise federbelastete Überströmventile verschlossen ist. Hierdurch wird nämlich erreicht, daß die hydraulische Betätigungseinrichtung den Bewegungen infolge der Wirkung des vom Ventil gesteuerten Mediums auch dann nur einen begrenzten Widerstand entgegensetzt, wenn diese Bewegung,

5d insbesondere im Schließsinn, sehr schnell erfolgt.

Bei einem Ventil, bei dem ein dem Kolben zugeordneter Zylinder außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, kann der Zylinder am Gehäuse vorteilhaft über die Feder abgestützt sein. Dabei können Endschalter zur Stellungsmeldung der Feder vorgesehen sein. Mit Hilfe der Stellungsmeldung kann die Federlage und damit die Kraft überwacht werden, so daß gegebenenfalls zusätzlich zu einer Drucküberwachung des Hydraulikmittels eine redundante Messung der Stangenkraft und damit eine vergrößerte Sicherheit gegen Schwingungen gegeben ist.

Der Kolben kann vorteilhaft ein Ringkolben sein, der eine mit dem Ventilglied verbundene Stange umgibt.

weil man daraus eine raumsparende Bauweise für den Fall einer zusätzlichen, gegebenenfalls nachträglich anoaubaren Einheit erhält Die Stange kann auf dem Kolben in Öffnungsrichtung des Ventils lösbar aufsitzen. Dies ist für den schon erwähnten Fall der Betätigung durch ein weiteres Antriebsmittel vorteilhaft, weil dann in der einen Richtung keine zusätzlichen Kräfte von dem nach der Erfindung vorgesehenen Kolben ausgeübt werden. Im Prinzip ist es aber auch denkbar, daß die lösbare Anordnung für die Schließrichtung des Ventils gilt Ferner kann man eine in Gegenrichtung zu der lösbaren Verbindung wirkende Sollbruchstelle vorsehen, wie anhand eines Ausführungsbeispiels später noch erläutert wird.

Der Zylinder für den bei der Erfindung vorgesehenen Kolben kann mit einem ihn umgebenden Vorratsbehälter für die Hydraulikflüssigkeit baulich vereinigt sein. Man benötigt dann keine ölführenden Leitungen und kann damit auch zugehörige Steuerventile und gegebenenfalls eine Pumpe für die Hydraulikflüssigkeit in kompakter Anordnung zusammenfassen. Dies erleichtert die Montage am Einsatzort und verringert die Gefahr eines ölbrandes.

Das Ein- und Ausschalten der Pumpe kann von einem Druckschalter aus gesteuert werden. Wenn am Ende des Kolbenhubes der Druck ansteigt und das Ausschaltsignal für die Pumpe kommt, kann es vorteilhaft sein, die Pumpe unter Zuhilfenahme eines Zeitrelais noch einige Sekunden weiterlaufen zu lassen. Sie fördert dann öl über das üblicherweise vorhandene druckbegrenzende Überströmventil zurück in den Vorratsbehälter. Dies ist besonders günstig, wenn die Überströmleitung von einem hochgelegenen Punkt des Zylinderraums ausgeht Dann ergibt sich nämlich eine automatische, immer wiederkehrende Entlüftung des Hydrauliksystems.

Die Antriebseinrichtung kann einschließlich der Feder am Gehäuse in einer Leckölsammelwanne sitzen. Damit vermeidet man bei Dichtungsproblemen, daß die Hydraulikflüssigkeit das Ventil verschmutzt oder gar daran entzündet wird, denn wenn das Ventilglied längere Zeit in der Endstellung verharrt, ist zu erwarten, daß der Druck infolge von Leckagen langsam absinkt trotz der Speicherwirkung der Feder. Beim Unterschreiten des vorgegebenen Grenzdruckschalters setzt die Pumpe dann wieder ein und die Feder wird stärker gespannt. Hierbei bewegt sich die Kolbendichtung, so daß die Gefahr des Festbackens wegen zu langer Ruhezeit verhindert wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das maßstäblich dargestellt ist, und zwar in

F i g. 1 als Seitenansicht eines Ventils mit der Antriebseinrichtung im ganzen und in

F i g. 2 in vielfach größerem Maßstab in einem Schnitt durch die Antriebseinrichtung.

F i g. 3 zeigt schematisiert ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Das Ventil 1 mit seinem Ventilgehäuse 2 und dem beweglichen Ventilglied 3, das in der Figur auf dem Ventilsitz 4 aufsitzt, ist ein Absperrventil in einer Frischdampfleitung 5 für einen Druckwasserreaktor und hat eine Nennweite von 700 mm. Das Ventilglied 3 wird im Normalfall durch den in der Frischdampfleitung vorhandenen Dampf mit einem Druck von 70 bar betätigt. Zu diesem Zweck sind an einem Deckel 6 des Ventilgehäuses 2 magnetisch betätigbare Entlüftungsventile 7 und 8 angebracht.

Das bewegliche Ventilglied 3 wiegt zusammen mit seinem nicht näher dargestellten dampfbetätigten Kolben 9 etwa 3 t Es soll in der Öffnungsstellung zudem mit etwa 31 gegen einen oberen Sitz gepreßt werden, um ein Vibrieren des Ventilgliedes in der Dampfsirömung zi·. verhindern. Die hierfür gewünschte Haltekraft von 61 wird mit einer hydraulischen Antriebseinrichtung 10 aufgebracht Diese greift an dem Ventilglied 3 über eine Stange 11 an, die dicht durch den Deckel 6 des Ventilgehäuses 2 geführt ist Die Stange ist von einem Stützrohr 12 umgeben, das die Antriebseinrichtung 10 trägt und Reedkontakte 13 (Reedrelais) zur Stellungsmeldung trägt

Die Antriebseinrichtung 10 umfaßt einen Hydraulikzylinder 14, der in Längsrichtung der Stange 11 beweglich gelagert ist Der Hydraulikzylinder 14 wird von dem Rohr 12 getragen. Er stützt sich gegenüber einer daran befestigten Platte 16 durch einen Stapel 17 von Tellerfedern 18 ab. Da die Platte 16 auf dem Rohr 12 sitzt, das am Ventilgehäusedeckel 6 befestigt ist sitzt der Zylinder 14 auch gegenüber dem Gehäuse 2 beweglich, so daß der als Feder wirkende Stapel 17 die zwischen dem Ventilglied 3 und der Antriebseinrichtung 10 auftretende Kraft mit einer Federkonstante von 0,8 t/mm begrenzt.

Fig.2 zeigt daß der Zylinder 14 im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Stange 11 zentrisch umgibt Er enthält einen Ringkolben 20, der unter einen mit der Stange 11 über eine Schraube 21 verbundenen Trägerkörper 22 greift Die Schraube 21 ist als Sollbruchstelle mit einer Verjüngung 19 versehen. Damit wird erreicht, daß ein Versagen der Hydraulik, das an sich selbstverständlich nach Gestaltung und durch Überwachung vermieden wird, das Schließen des Ventils nicht behindern kann, weil dann die Sollbruchstelle öffnet. Das Versagen der Hydraulik ist damit für sicherheitstechnische Betrachtungen nicht mehr relevant

Der Tragkörper 22 ist über ein Kugellager 23 mit einem Arm 24 verbunden, der zu einer mit einer Spule 25 arbeitenden analogen Stellungsanzeige 26 für die Stange 11 führt. Die Stellungsanzeige 26 ist in F i g. 2 versetzt gezeichnet. Sie durchsetzt den Körper 27 des Zylinders 14 und ist mit Schrauben 28 an der Platte 16 befestigt.

Der Körper 27 des Zylinders 14 ist seinerseits von einem Ölsammelbehälter 30 umgeben, so daß zwischen dem Zylinder 14 und dem ölsammelbehälter nur kurze Leitungen 29 erforderlich sind. Das öl aus dem Sammelbehälter 30 wird durch eine an dessen Oberseite angeflanschte Zahnradpumpe 31 unter Druck gesetzt, wenn die Haltekraft der Antriebseinrichtung 10 aufgebracht werden soll. Der Kolben 20 bewegt sich dann nach oben, die Endstellung ist in F i g. 1 bei 32 gestrichelt gezeichnet. In der oberen Endlage wird eine Umgehungsleitung durch ein Überströmventil 33 freigegeben. Gleichzeitig kann die Pumpe 31, die aus dem Vorratsbehälter 30 Hydrauliköl ansaugt und damit für den erforderlichen Druck unter dem Kolben 20 sorgt, abgeschaltet werden. Dabei kann man durch ein nicht dargestelltes Zeitrelais dafür sorgen, daß ein bestimmter Druck von zum Beispiel 180 bar erreicht wird, der für das Arbeiten der Antriebseinrichtung als Offenh^ltesystem gewünscht wird.

Die Pumpe 31 wird aber nicht nur stellungsabhängig, sondern auch druckabhängig gesteuert. Dadurch kann man erreichen, daß bei einem Absinken des Druckes der Hydraulikflüssigkeit auf beispielsweise 140 bar die Pumpe 31 neu eingeschaltet wird. Man kann in diesem

Fall auf einen zusätzlichen Speicher, etwa einen Hydraulikspeicher mit Gasblase verzichten. Die Feder 17 sorgt dabei für einen Ausgleich der mit dem Öldruck absinkenden Haltekraft. Sie kann zugleich als Druckgeber wirken. Ihre Kompression wird dadurch gemessen, daß an der Unterseite 35 des Zylinders 14 ein Winkel 36 angebracht ist, der einen Steuerschalter 37 je nach Lage des Winkels und damit je nach der Spannung der Feder 17 betätigt.

Auf der Platte 16 sitzt ein Rohr 40, das beim Ausführungsbeispiel zusammen mit dem die Stange 11 umfassenden Teil 41 der Platte 16 eine Leckölsammelwanne 42 bildet. Deshalb kann das aus den verschiedenen Dichtungsstellen gegebenenfalls austretende Leckö! nicht über das Ventil 1 laufen, wo es wegen der hohen, dort vorhandenen Temperaturen (etwa 300⁰C) entzündet werden könnte. Außerdem ist der Teil 41 im Bereich der Unterseite 35 mit einem Absatz 43 versehen, auf dem der Körper 27 aufsetzen kann, wenn die maximale gewünschte Kompression der Feder 17 erreicht ist.

In Fig.3 ist schematisiert ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Man erkennt die Stange 11, die mit dem nicht gezeichneten beweglichen Ventilglied verbunden ist und an ihrem freien Ende über den Körper 22 auf einem oberen Federtelier 45 abgestützt ist. Das Tellerfederpaket 17, das von unten gegen den Federteller 45 drückt, sitzt auf einem unteren Federteller 46, der seinerseits auf den Ringkolben 20 drückt. Hier ist also die Lage der Feder zwischen dem Ringkolben und dem beweglichen Ventilglied im Sinne des Betätigungshubes klar ersichtlich.

Die F i g. 3 zeigt darüber hinaus die Einzelheiten des Hydraulikkreises. Man erkennt den Vorratsbehälter 30, der mit dem Körper 27 für den Zylinder 14 baulich vereinigt ist. Aus diesem Vorratsbehälter saugt die in doppelter Ausführung vorgesehene Zahnradpumpe 31 über Filter 48 öl an und drückt dies über Rückschlagventile 49 in die Druckleitung 50. An der Druckleitung ist ein Druckmesser 51 vorgesehen, der auch zur Steuerung der Antriebsmotoren 52 der Pumpen 31 dienen kann.

Die Druckleitung 50 ist über zwei parallel geschaltete Drosseln 53, denen Magnetventile 54 nachgeschaltet sind, mit einer Entlastungsleitung 55 verbunden, die in

ίο den Vorratsbehälter 30 führt. Mit diesen kann einmal eine Funktionsprüfung durchgeführt werden. Außerdem ermöglichen die Ventile 54 über die Drosseln 53 eine Druckentlastung beim Eintritt eines Störfalles.

In F i g. 3 ist ferner eine Leitung 57 zu sehen, die vom

!5 oberen Ende des Zylinders 14 in den Vorratsbehälter 30 führt. Diese Leitung ergibt eine stellungsabhängige Entlastung am Ende des Hubes des Kolbens 20.

Am oberen Ende des Kolbens 20 ist ferner ein Entlüftungsventil 58 vorgesehen, das den Übertritt von Gas oder Schaum am Ende des Kolbenhubes ermöglichen soll. Sollte sich dies im Hydrauliksystem entwikkeln, so wird es zu dessen höher gelegenen Teilen wandern und kann deshalb über das Entlüftungsventil 58 entfernt werden.

Am unteren Ende des Zylinders 14 ist für das schnelle Ausschieben des Öls eine Parallelschaltung von drei Ventilen 60,61 und 62 vorgesehen, deren Anschlüsse 63, 64 und 65 ebenfalls in den Vorratsbehälter 30 münden. Die Ventile können druckabhängig öffnen, wie durch die ihnen zugeordneten Federn angedeutet ist. Der Ansprechdruck ist geringfügig größer als der des Entlüftungsventils 58. Zum Beispiel kann der Druck des Entlüftungsventils 195 bar, der der Abblaseventile 200 bar betragen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

TI 47 029 Patentansprüche:

1. Hydraulisch betätigtes Ventil mit einem in einem Gehäuse angeordneten Ventilglied, auf das ein Kolben über eine Feder einwirkt, die nur einen kleinen Teil des Ventilhubes als wirksamen Weg aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder 17) das Ventilglied (3) in an sich bekannter Weise in der Öffnungsstellung gegen einen festen Siu drückt

2. Ventil nach Anspruch 1, bei dem ein dem Kolben zugeordneter Zylinder außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (14) an dem Gehäuse (2) über die Feder (17) abgestützt ist

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Endschalter (37) zur Stellungsrneldung der Feder (17) vorgesehen sind.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben der hydraulischen Betätigung (14, 20), die über die Feder (17) auf das Ventilglied (3) wirkt, eine Betätigungseinrichtung (9) vorgesehen ist die in an sich bekannter Weise das durch das Ventil (1) gesteuerte Medium als Antriebsmittel aufweist und das Ventilglied (3) unter Umgehung der Feder (17) direkt betätigt.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem über die Feder (17) wirkenden Kolben (20) ein Auslaßquerschnitt zugeordnet ist, der V₂o bis Vs der Kolbenfläche beträgt und durch Überströmventil (60,61,62) verschlossen ist.

6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (17) über eine mit dem Ventilglied (3) verbundene Stange (11) wirkt, und daß die Stange (11) auf dem Kolben (20) in Öffnungsrichtung des Ventils (1) lösbar aufsitzt.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (Ii) mit einer in der Gegenrichtung wirkenden Sollbruchstelle (19) versehen ist.

8. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (14) mit einem ihn umgebenden Vorratsbehälter (30) für die Hydraulikflüssigkeit baulich vereinigt ist, unter dem die Feder (17) in einer Leckölsammelwanne (42) sitzt.

9. Ventil nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Vorratsbehälter (30) eine Pumpe (31) für die Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist, die in Abhängigkeit von der Kompression der Feder (17) gesteuert wird.