DE2753437B2

DE2753437B2 - Druckmittelbetätigte Ventilumstelleinrichtung mit einem Druckmittelspeicher

Info

Publication number: DE2753437B2
Application number: DE2753437A
Authority: DE
Inventors: Neil H. Akkerman; Stephen R. Foster
Original assignee: Baker CAC Inc
Current assignee: Baker CAC Inc
Priority date: 1977-03-14
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2753437C3; NO773097L; DE2753437A1; NO148567C; FR2384190A1; CA1063085A; US4135547A; FR2384190B1; NO148567B; GB1602644A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckmittelbetätigte Ventilumstellvorrichtung, bestehend aus einem Druckmittelspeicher, der über ein für das Druckmittel in Richtung des Druckmittelspeichers durchlässiges Rückschlagventil mit einer Steuerdruck für die Ventilumstellvorrichtung abgebenden Druckmittelleitung verbunden ist, und aus einem Stellzylinder, der durch einen in ihm gleitend und dichtend geführten, auf unterschiedlich großen wirksamen Flächen beaufschlagbaren Kolben in zwei Teile unterteilt ist, von denen der erste Teil mit der Druckmittelleitung und der zweite Teil, wenn der von der Druckmittelleitung zugeführte Steuerdruck ausbleibt, mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist.

Eine solche aus der DE-OS 21 13 788 bekannte Ventilumstellvorrichtung weist ein mit dem Druckmittelspeicher, dem zweiten Teil des Stellzylinders, der Druckmittelleitung und mit einer Abflußleitung verbundenes Schaltventil auf, das über die Druckmittelleitung ebenfalls Steuerdruck erhält und sich damit in einer ersten Schaltstellung befindet, in der es den zweiten Teil des Stellzylinders mit der Druckmittelabflußleitung verbindet, während der Druckmittelspeicher mit einem Ventilraum des Schaltventils verbunden ist, um eine Kraft auf den Ventilschieber auszuüben, die der durch den Steuerdruck auf den Ventilschieber ausgeübten Kraft entgegengerichtet ist. Damit trotzdem der Ventilschieber in einer die erste Schaltstellung des Schaltventils bildenden Lage verbleiben kann, ist der Ventilschieber als Differentialkolben ausgebildet, dessen vom Steuerdruck beaufschlagte Wirkfläche größer als die vom Druck des Druckmittels aus dem Druckmittelspeicher beaufschlagte Wirkfläche ist. Bleibt der Steuerdruck aus oder aber verringert sich dieser unter einen bestimmten Wert, so wird der Ventilschieber des Schaltventils durch den Druck des Druckmittels aus dem Druckmittelspeicher in seine die zweite Schaltstellung des Schaltventils bildende Stellung verschoben, in der die Druckmittelabflußleitung gesperrt und der zweite Teil des Stellzylinders mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilumstellvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß diese konstruktiv einfacher ist und trotzdem noch betriebszuverlässiger arbeitet

Bei einer Ventilumstellvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der zweite Teil des Stellzylinders ständig mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist und die im zweiten Teil wirksame Fläche des Kolbens kleiner ist als die in dem ersten Teil wirksame Fläche des Kolbens.

Die erfindungigemäße Ventilumstellvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Kolben im Stellzylinder als Differentialkolben so ausgebildet ist, daß bei einer Beaufschlagung des ersten Teils des Stellzylinders mit Steuerdruck der Kolben in eine das Ventil in die gewünschte Schaltstellung bringende Stellung bewegt werden kann. Bei dieser Bewegung wird aus dem zweiten Teil des Stellzylinders Druckmittel verdrängt und infolge der dauernden Verbindung zwischen dem zweiten Teil des Stellzylinders und dem Druckmittelspeicher in diesen eingeleitet. Der Druckmittelspeicher ist außerdem über das Rückschlagventil mit der den Steuerdruck führenden Druckmittelleitung verbunden, so daß im Druckmittelspeicher immer mindestens der Steuerdruck herrscht, der dann aber bei einer Verschiebung des Kolbens durch den Steuerdruck noch erhöht werden kann, da das aus dem zweiten Teil des Stellzylinders in den Druckmittelspeicher verdrängte Druckmittel nach einem Schließen des Rückschlagventils den Druck im Druckmittelspeicher weiter erhöht, was zu einer Kompression des Druckmittels im Druckmittelspeicher führt. Bei einem Ausbleiben oder aber Verringern des Steuerdrucks bis auf einen bestimmten Wert wird der Kolben durch das sich im Druckmiitelspeicher und dem zweiten Teil des Stellzylinders ausdehnende Druckmittel in die das Ventil in die andere Schaltstellung zurückführende Lage zurückgeschoben. Bei der erfindungsgemäßen Ventilumstellvorrichtung ist also das beim Stand der Technik vorgesehene Schaltventil fortgelassen, so daß die Ventilumstellvorrichtung konstruktiv einfacher und auch betriebszuverlässiger wird, da das zusätzliche Schaltventil als eine mögliche Fehlerquelle entfällt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die die Ventilumstellvorrichtung zeigt.

Die Ventilumstellvorrichtung A wird im wesentlichen aus einer Kolbenstange 1, einem inneren Gehäuse 2, das sich außerhalb der Kolbenstange 1 in Längsrichtung erstreckt, sowie einem Druckmittelspeicher 3, der sich außerhalb des inneren Gehäuses 2 erstreckt, gebildet.

An der Kolbenstange 1 sind ein oberer und ein unterer Kolben 4 und 5 angebracht. Am oberen Kolbenkopf 4 ist ein nach außen vorstehendes, elastomeres T-Dichtungselement 6 angebracht, das in Längsrichtung längs einer glatten Wand %A eines inneren Zylinders 30 gleitet, wenn die Kolbenstange 1 bewegt wird. Das Dichtungselement 6 sieht eine dynamische Dichtune zwischen dem Kolbenkonf 4 und

dem inneren Zylinder 30 vor und begrenzt das untere Ende eines ersten Teils 8 des Zylinders 30. Eine nach innen vorstehende abgeschrägte Schulter 10 am inneren Zylinder 30 bildet einen unteren Anschlag für die Bewegung des oberen Kolbenkopfes 4 nach unten. s

Der untere Kolbenkopf 5 trägt ar seiner Außenseite ein T-Dichtelement 7, das im wesentlichen denselben Aufbau wie die T-Schiene 6 aufweist, wobei die T-Dichtung 7 an der Wand 11a des Zylinders 30 entlangläu'i und eine dynamische Dichtung bildet sowie das untere Ende des zweiten Teils 11 des Zylinders 30 begrenzt

Der obere Kolbenkopf 4 bildet das untere Ende des ersten Teils 8 des Zylinders 30, der mittels der glatten Wand 8/4 begrenzt ist Der erste Teil 8 wird mittels einer dynamischen T-Dichtung 9 abgeschlossen, die innerhalb einer Kolbenstangenführung 15 gelagert ist und von dieser aus nach außen vorsteht wobei die T-Dichtung 9 eine Druckmittelverbindung zwischen dei Kolbenstange 1 und der Weilenführung 15 verhindert.

Der untere Kolbenkopf 5 begrenzt das untere Ende des zweiten Teils 11, der oberhalb von ihm ausgebildet ist. Die T-Dichtung 6 und 7 begrenzen die oberen bzw. unteren Enden des zweiten Teils 11, während die T-Dichtungen 9 und 6 die oberen bzw. unteren Enden des ersten Teils 8 begrenzen.

Unmittelbar am oberen Ende 13 der Kolber stange 1 liegt eine Kunststoff-Wischerdichtung 12, die Verschmutzungen von der Kolbenstange 1 abwischt. Ein T-förmiger Schlitz 14 ist am unteren Ende der Kolbenstange 1 zur Aufnahme einer zugehörigen Betätigungsstange eines hier nicht gezeigten Ventils angebracht.

Das innere Gehäuse 2 der Ventilumstellvorrichtung A wird von der sich in Längsrichtung erstreckenden Kolbenstangenführung 15, dem inneren Zylinder 30, einem oberen Sockel 20 in unmittelbarer Nähe an der Kolbenstangenführung 15 und hieran angebracht und sowie einem Ventilanschlußstück 36 gebildet, das außerhalb und rund um den untersten Abschnitt des Zylinders 30 gebildet ist Die Kolbenstangenführung 15 weist Gewindeteile 16 zur Anbringung von Zubehörteilen wie etwa wärmeempfindlichen Sperr-Öffnungs-Elementen u. dgl. an der Ventilumstellvorrichtung A auf. Die Kolbenstangenführung 15 ist mittels eines Gewindes 19 innerhalb des Sockels 20 befestigt, wobei sich ein O-Ring 17 um die Kolbenstangenführung 15 innerhalb einer ihr zugeordneten Bohrung 18 des Sockels 20 erstreckt und einen Druckmitteldurchlaß zwischen der Kolbenstangenführung 15 und dem Sockel 20 verhindert.

Um eine relative Drehbewegung zwischen den Teilen 15 und 20 zu verhindern, erstreckt sich ein Stift 29 in Längsrichtung zwischen diesen. Der Sockel 20 weist an seinem oberen Ende eine Zuführöffnung 22 zur Aufnahme einer Druckmittelleitung 23 auf, die eine Zufuhr von Druckmittel unter Steuerdruck bewirkt. Die Zuführöffnung 22 steht mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 2iA in Verbindung, der innerhalb des Sockels 20 ausgebildet ist, wobei der Kanal 21A an seinem unteren Ende ein Rückschlagventil 24 aufweist und dazwischen mit einem querverlaufenden Kanal 21B verbunden ist, der sich seitlich zum Kanal 21A innerhalb des Sockels 20 als Druckmittelverbindung zwischen dem ersten Teil 8 des Zylinders und dem Kanal 21Λ erstreckt.

Das Rückschlagventil 24 weist ein unteres Stopfelement 24Λ . das innerhalb des Sockels 20 mittels eines Gewindes befestigt ist, einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 24B und an seinem oberen Ende einen Sitz für das untere Ende eines zusammendrückbaren Federelementes 25 auf. Das Federelement 25 drückt eine Kugel 26 gegen dessen Sitz 27 am unteren Ende des Kanals 21A Druckmittel innerhalb des Kanals 21Λ kann außen um die Kugel 26 herum und durch den Kanal 24β strömen, wenn die Kugel 2S von ihrem Sitz 27 abgehoben wird, wenn die Druckkraft der Feder 25 von dem höheren Steuerdruck im Kanal 21/4 überwunden wird.

Unterhalb der Kolbenstangenführung 15 erstreckt sich der innere Zylinder 30, der am unteren Abschnitt des Sockels 20 mittels eines Gewindes 31 ist und der ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes elastomeres Dichtungselement 32 aufweist das an einer Bohrung 33 des Sockels 20 anliegt, um einen Druckmitteldurchlaß zwischen dem Zylinder 30 und dem Sockel 20 zu verhindern. Der obere Abschnitt des inneren Zylinders 30 weist eine glatte innenwand 8A auf, die eine Gleitbahn für die T-Dichtung 6 darstellt Zusätzlich weist der innere Zylinder 30 die abgeschrägte Schulter 10 auf, um einen unteren Anschlag für den Kolbenkopf 4 zu bilden. Der innere Zylinder 30 weist unmittelbar unterhalb bzw. an der Schulter 10 eine sich seitlich erstreckende öffnung 34 auf, um eine kontinuierliche Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten Teil 11 unterhalb des Kolbenkopfes 4 und dem Druckmittelspeicher 48 zu bilden. Der innere Zylinder 30 weist eine glatte Wand 11Λ auf, die der T-Dichtung 7 zugeordnet ist. Der innere Zylinder 30 enthält auch an seinem untersten Ende ein sich in Längsrichtung erstreckendes nach außen hervorstehendes Schulterteil 3OA das, wenn der innere Zylinder 30 am Ventilanschlußstück 36 mittels des Gewindes 35 befestigt ist Kräfte über das innere Gehäuse 2 überträgt. Eine Stiftschraube 39 dient zum weiteren Befestigen des Ventilanschlußstückes 36 am inneren Zylinder 30 während der Anbringung der Ventilumstellvorrichtung A am Ventil an einer Baustelle.

Das Ventilanschlußstück 36 ist ein zylindrisches Teil, das eine Reihe von kreisförmigen Durchgangsbohrungen 36/4 zur Aufnahme von Schrauben des hier nicht gezeigten Ventils aufweist, wenn die Ventilumstellvorrichtung A am Ventil befestigt ist.

Der Druckmittelspeicher im Gehäuse 3 wird von einem länglichen zylindrischen Teil 3A gebildet, das an seinem oberen und unteren Ende an einer oberen bzw. unteren Platte 40 bzw. 49 angebracht ist. Die obere Platte 40 ist am Teil 3/4 mittels eines Gewindes 43 befestigt, wobei ein O-Ring 41 an einer Bohrung 42 der Platte 40 anliegt und einen Druckmitteldurchlaß zwischen dem Sockel 20 und der oberen Platte 40 verhindert, während ein O-Ring 44, der innerhalb einer Bohrung 45 angeordnet ist, einen Druckmiüeldurchlaß zwischen der oberen Platte 40 und dem Teil 3Λ verhindert. In der oberen Platte 40 ist eine öffnung 46 am oberen Ende eines sich in Längsrichtung erstreckenden Kanals 46Λ ausgebildet. Die öffnung 46 nimmt ein Ventil 47 auf, das normalerweise geschlossen ist. Das Ventil 47 wird geöffnet, um den Restdruck im Druckmittelspeicher 48 abzulassen und um restliches Druckmittel zu entfernen, wenn die Ventilumstellvorrichtung A vom Ventil entfernt werden soll.

Die untere Platte 49 ist als Gegenstück zur oberen Platte 40 ausgebildet und ist am Teil 3/4 mittels eines Gewindes 50 befestigt. Ein O-Ring 53 ist am Ventilanschlußstück 36 an einer Bohnuns* ^^ der unteren

Platte 49 anliegend angeordnet. Der O-Ring 53 verhindert einen Druckrrjtteldurchlaß zwischen dem Veniilanschlußstück 36 und der unteren Platte 49, während ein als Gegenstück ausgebildeter elastomerer O-Ring 51 innerhalb einer Bohrung 52 des Teils 3A einen Druckmitteldurchlaß zwischen der unteren Platte 49 und dem Teii 3/4 verhindert.

Ein Kanal 56A, der sich in Längsrichtung durch die untere Platte 49 erstreckt, endet in einem erweiterten Bereich 56, der eine ein Rückschlagventil 58 aufweisende Druckmittelleitung 57 aufnimmt, die mit einer unter Druck stehenden Druckmittelquelle in Verbindung stehen kann, wobei die Druckmittelquelle als zweite oder Hilfseinrichtung zum kontinuierlichen oder zusätzlichen Aufladen des Druckmiltelspeichers 48 verwendet wird. Das Rückschlagventil 58 befindet sich in seiner geschlossenen Stellung, wenn der Druck im Druckmittelspeicher größer ist als der der Hilfseinrichtung. Außerdem kann die Leitung 57 und das Rückschlagventil 58 von der Hilfseinrichtung getrennt werden und die öffnung kann dicht verstöpselt werden. Ein auf Wärme ansprechendes Überdruckventil 60 steht dichtend mit einer Entlastungsöffnung 61 in Eingriff, die durch die untere Platte 49 hindurchgeht. Dieses Oberdruckventil 60 gestattet das automatische Abiassen von Druck bis auf die Höhe normalen Steuerdrucks in dem Fall, daß die Ventilumstelleinrichtung A Umgebungsbedingungen mit erhöhter Temperatur ausgesetzt ist, um ein Entstehen von Überdruck zu vermeiden.

Arbeitsweise

Um den Ventilschieber des hier nicht gezeigten, von der Ventilumstellvorrichtung A betätigten Ventils in die untere oder offene Stellung zu bringen, tritt das Druckmittel innerhalb der Druckmittelleitung 23 durch den Sockel 20 in den Kanal 21A und wird gleichzeitig durch den Kanal 21B in den ersten Teil 8 übertragen und bei ausreichendem Druck das Rückschlagventil 24 geöffnet und die Verbindung zum Druckmittelspeicher 48 hergestellt. Gleichzeitig mit dem Füllen des Druckmittelspeichers 48 übt der Druck innerhalb des ersten Teils, der von den dynamischen T-Dichtungen 6 und 9 begrenzt ist, eine Kraft auf den Kolbenkopf 4 aus, die größer ist als die entgegengerichtete Kraft, die innerhalb des zweiten Teils 11 zwischen den T-Dichtungen 6 und 7 erzeugt wird, so daß die Kolbenstange 1 nach unten gedrückt wird, bis der Ventilschieber völlig geöffnet ist

Da der Druckmittelspeicher 48 ständig in Druckmittelverbindung mit dem zweiten Teil 11 über die öffnungen 34 steht, kann kontinuierlich Druckmittel in den zweiten Teil 11 eintreten. Da das Rückschlagventil 24 Druckmittel aus dem Kanal 21/4 in den Druckmittelspeicher 48 strömen läßt, aber Druckmittel aus dem Druckmittelspeicher 48 daran hindert, in den Kanal 2t A zurückzuströmen, ist der Druckmittelspeicher 48 strömungsmitteldicht und eine Längsbewegung des Kolbenkopfes 4 nach unten verkleinert das Volumen des zweiten Teils 11, so daß Druckmittel aus diesem durch die öffnung 34 und in den Druckmittelspeicher 48 übertragen wird, wodurch das Druckmittel komprimier wird.

Wenn der Ventilschieber geschlossen werden soll wird der Steuerdruck innerhalb der Druckmittelleituni 23 vermindert. Dadurch wird der Druck innerhalb de; ersten Teils 8 und dem Kanal 2\A bis unter den Wer verringert, der erforderlich ist, um die Kolbenstange 1 ir ihrer unteren Stellung zu halten und um der Ventilschieber offenzuhalten. Der Druck innerhalb des

ίο Druckmittelspeichers wird jedoch nicht verringert, da das Rückschlagventil 24 schließt Der Druck innerhalt des Druckmittelspeichers 48 bleibt daher mindestens gleich dem ursprünglichen Steuerdruck, der über die Druckmittelleitung 23 und den Kanal 21/4 in dem erster Teil 8 aufgebracht wurde. Infolge der Verringerung dieses Druckes innerhalb des ersten Teils 8 erlaubt es der Druck, der innerhalb des zweiten Teils 11 und dem Druckmittelspeicher 48 auf den Koibenkopf 4 einwirkt der Kolbenstange 1, sich nach oben zu bewegen. Das Verringern des Steuerdrucks innerhalb der Druckmittelleitung 23 bewirkt daher, daß die Kraft des kompressiblen Druckmittels, das innerhalb dem Druckmittelspeicher 48 gespeichert ist, wie bei einer zusammengedrückten Feder die Kolbenstange 1 nach

oben bewegt. Als kompressibel können dabei hier auch noch bestimmte flüssige Druckmittel gelten, da ihre auch nur sehr kleine Kompressibilität hier genügt, um eine ausreichende Energie in dem Druckmittelspeicher zu speichern.

Die erwünschte Druckkraft, die durch den Druckmittelspeicher 48 zu erzeugen ist, ist vorwählbar, wobei die Parameter vom Volumen des Druckmittelspeichers, der wirksamen Flächen des ersten und zweiten Teils 8 und U, dem Steuerdruck innerhalb der Druckmittelleitung 23, der Druckkraft, die von der Feder 25 des Rückschlagventils 24 ausgeübt wird, und der Kompressibilität des gewählten hydraulischen und/oder pneumatischen Druckmittels abhängen. Selbst wenn der Druckmittelspeicher 48 und der zweite Teil 11 ursprünglich gefüllt waren, können sie kontinuierlich und zusätzlich auch dann wieder aufgeladen werden, falls O-Ringe und/oder Ventile lecken. Der Druckmittelspeicher 48 wird also kontinuierlich aufgeladen, wodurch eine festgelegte Druckkraft zur wahlweisen Einwirkung auf das untere Ende des Kolbenkopfes 4 und umgekehrt zum Drücken der Kolbenstange 1 in eine obere Stellung und zum Schließen des Ventilschiebers sichergestellt ist
Als eine andere Druckquelle zum Verschieben der

so Kolbenstange 1 nach oben kann eine Stickstoff- oder andere Druckmittelquelle an die Leitung 57 angeschlossen werden, wobei das Rückschlagventil 58 geöffnet wird. Somit kann der Stickstoff in den Druckmittelspeicher 48 und den zweiten Teil 11 zur Einwirkung auf das untere Ende des Kolbenkoppfes 4 eingeleitet werden, um die Kolbenstange 1 in eine obere Stellung zu drücken und den Ventilschieber in seine völlig geschlossene Stellung zu verschieben, wodurch immer noch eine ausfallsichere Arbeitsweise des Ventils gewährleistet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetätigte Ventilumstellvorrichtung, bestehend aus einem Druckmittelspeicher, der über ein für das Druckmittel in Richtung des Druckmittelspeichers durchlässiges Rückschlagventil mit einer Steuerdruck für die Ventilumstellvorrichtung abgebenden Druckmittelleitung verbunden ist, und aus einem Stellzylinder, der durch einen in ihm gleitend und dichtend geführten, auf unterschiedlich großen wirksamen Flächen beaufschlagbaren Kolben in zwei Teile unterteilt ist, von denen der erste Teil mit der Druckmittelleitung und der zweite Teil, wenn der von der Druckmittelleitung zugeführte Steuerdruck ausbleibt, mit dem Druckmittelspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der .zweite Teil (11) des Stellzylinders ständig mit dem Druckmittelspeicher (48) verbunden ist und die im zweiten Teil (11) wirksame Fläche des Kolbens (4,5) kleiner ist als die in dem ersten Teil (8) wirksame Fläche des Kolbens.

2. Ventilumstell vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Druckmittelleitung (57), die in dem Druckmittelspeicher (48) mündet und durch ein steuerbares, nur in Richtung des Druckmittelspeichers zu öffnendes Rückstellventil (58) gesperrt ist.

3. Ventilumstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Überdruckventil (60), das über eine Ablaßöffnung (61) mit dem Druckmittelspeicher (48) verbunden ist.