DE2915505A1 - Kraftbegrenzer fuer eine stellstange - Google Patents

Description

Dipl -Ing Dipr.-Chem. Dipl -Ing £. *» I v^ ν»

E.Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

17. April 1979

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania /V.St.A.

Unser Zeichen: R 978

Kraftbegrenzer für eine Stellstange

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftbegrenzer für
eine Stellstange gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
und betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Erzeugung einer maximalen Zugkraft auf die Stellstange, die geringer als die normalerweise auf einen Kolben eines mit einer Stellstange verbundenen Ventilstellgliedes ist, wenn die Stellstange das Ventil in einer zurückgestellten
Stellung angeordnet hat.

Bisher wurden eine Anzahl von Einrichtungen zum Schliessen großer Ventile in Speisewasser- und Dampfsystemen von

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Kraftwerken verwendet. Gegenwärtig ist man der Auffassung, daß ein mit einem Hydraulikzylinder und einem Gasdruckspeicher arbeitendes Ventilstellglied eine ausgezeichnete Einrichtung zum schnellen Schließen dieser Ventile darstellt. Dabei bewegt sich ein mittels Hydrauliköl betriebener in dem Hydraulikzylinder angeordneter Kolben zum öffnen des Ventils gegen ein Hochdruckgas, das auf die andere Seite des Kolbens wirkt. Eine bestimmte Menge Hochdruckgas wird in einem Druckspeicher bereitgehalten, um eine ausreichende Menge zur Betägigung des Kolbens zum schnellen Schließen des Ventils zur Verfügung zu haben, wenn der Hochdruck abfällt.

Es wurde festgestellt, daß aufgrund der Abmessungen der Stellglieder und der erforderlichen Drücke zur Erzeugung einer geeigneten öffnungs- und Schließkraft für die Ventile eine große Zugkraft auf die Stellgliedstange ausgeübt wird, wenn sich das Ventil in einer offenen, zurückgestellten Stellung befindet. Aus diesem Grund verwendete man verschiedene Kraftbegrenzer in Form von Kupplungen zwischen der Stellgliedstange und der Ventilspindel, um das Ventil während der Rückstellung zu schützen. Hierdurch wurde bei diesen Geräten jedoch ein zusätzliches Element erforderlich, was mit zusätzlichen Kosten für die Ventilstellgliedausbildung verbunden war, wenn auch mittels dieser Einrichtungen eine zuverlässige Begrenzung der Zugkraft erreicht wurde. D.h., es besteht immer nocht ein Bedürfnis für eine einfachere, zuverlässige und billige Einrichtung für ein Ventilstellglied, damit während der Rückstellung das Ventil nicht beschädigt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftbegrenzer für eine Stellgliedstange zu schaffen,

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der keine kraftbegrenzende Kupplung zwischen der Stellgliedstange und der Ventilspindel benötigt, sicher und zuverlässig arbeitet und relativ billig herzustellen ist,

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der Erfindung wird ein Kraftbegrenzer für eine Stellgliedstange eines Ventilstellgliedes geschaffen, bei dem ein Hydraulikfluid von einer ersten Quelle wahlweise einem Zylinder zu- bzw. von ihm abgeführt wird, wobei der Zylinder auf einer ersten Seite einer, mit einer Stellgliedstange verbundenen, in ihm angeordneten Kolbenanordnung liegt, und wobei ein Fluid von einer zweiten Quelle in entgegengesetzter Richtung auf eine zweite Seite der Kolbenanordnung wirkt. Die Kolbenanordnung weist einen mittleren Hohlraum mit einer zylindrischen Bohrung auf, die einen Durchmesser hat, der zu einer, auf der ersten Seite der Kolbenanordnung angeordneten öffnung kleiner wird, so daß die öffnung leinen kleineren Querschnitt als die Bohrung hat. Die Stellgliedstange ist in der öffnung gleitend aufgenommen und erstreckt sich von der ersten Seite der Kolbenanordnung durch eine öffnung in einem ersten Endabschnitt des Zylinders und endet an einem darüber hinausgehenden, außerhalb des Zylinders liegenden Endabschnitts und ist mit einer Ventilspindel verbindbar. Ein vergrößerter Kolbenkopf ist mit seiner ersten Seite mit dem anderen Endabschnitt der Stellgliedstange befestigt und ist innerhalb der zylindrischen Bohrung mittels einer Stellung der um die öffnung liegenden Kolbenanordnung zum Zurückhalten angeordnet. Der Kolbenkopf steht für eine begrenzte axiale Bewegung mit dem Innern der Bohrung in gleitender, dichtender Berührung. Durch eine Verbindung mit der Bohrung ist ein vorbestimmter Fluid-

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druck von einer,von der ersten und zweiten Quelle unterschiedlicher dritten Quelle auf eine zweite Seite des Kolbenkopfes aufbringbar. Das Hydraulikfluid, das auf den Kolbenkopf einen, dem vorbestimmten Fluiddruck entgegengesetzten Druck zur Erzeugung einer maximalen Zugkraft auf die Stellgliedstange aufbringt, bringt, wenn die Kolbenanordnung gegen einen Kolbenanschlag an einem zweiten Endabschnitt des Zylinders mittels des Hydraulikfluids gehalten wird, eine größere Kraft als die maximale Zugkraft auf die Kolbenanordnung auf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht eines bekannten Stellgliedes mit einer Kupplung zwischen der Stellgliedstange und der Ventilspindel in der zurückgestellten Stellung;

Fig. 2 eine geschnittene Teilansicht des erfindungsgemäßen Kraftbegrenzers, wobei die einzelnen Bauteile in sich öffnendem Zustand des Ventils dargestellt sind;

Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform in einer Stellung kurz vor der Rückstellung, wobei nur eine geringe oder keine Strömungsdruckdifferenz über dem Ventil vorhanden ist;

Fig. 4 eine geschnittene Teilansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform in einer rückgestellten Stellung; und

Fig. 5 eine geschnittene Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei die einzelnen Bauteile in der rückgestellten Stellung dargestellt sind.

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Fig. 1 zeigt ein bekanntes Ventilstellglied 10 ohne totes Spiel mit einem Hydraulikzylinder 12, der auf einem Kragen 14 eines Ventils 16 befestigt ist. In dem Zylinder 12 ist ein Kolben 18 mit einer sich von einer ersten Seite 22 des Kolbens 18 durch eine öffnung 24 in einem ersten Endabschnitt 26 des Zylinders 12 erstreckenden Kolbenstange 20 gleitend angeordnet. Die Kolbenstange 20 hat einen darüber hinausgehenden Endabschnitt 28, der mittels einer Kupplung 30 mit einer Ventilspindel 32 verbunden ist.

Die Ventilspindel 32 erstreckt sich zur Bedienung eines Schließteils 36 durch eine Dichtung 33 in einen Deckel 34 des Ventils 16. In dem gezeigten Zustand befinden sich.der Kolben 18 und damit das Schließteil 36 in der geöffneten Stellung.

Das bekannte Ventilstellglied weist weiter einen Druckspeicher 38 auf, der vorzugsweise sphärisch ausgebildet ist und eine Druckspeicherwand 40 aufweist, die von einem Zylinder 12 an einer öffnung 42 geschnitten wird. Der Zylinder 12 ist fest, dichtend mit der Druckspeicherwand 40 verbunden und relativ zu ihr so angeordnet, daß ein zweiter Endabschnitt 44 des Zylinders 12 im Innern des Druckspeichers angeordnet ist. In der bekannten Ausführung ist der zweite Endabschnitt 44 des Zylinders 12 geöffnet, damit das im Inneren 46 des Druckspeichers 38 befindliche Hochdruckgas auf eine Stirnseite bzw. zweite Seite 48 des Kolbens 18 einwirken kann.

Wenn das Ventil normal arbeitet, wird durch eine Eintrittsöffnung 50 im Innern des Zylinders 12 ein Hydraulikfluid zugeführt, das auf die erste Stirnfläche bzw. Seite 22 des Kolbens 18 zur Bewegung des Kolbens gegen

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die Wirkung des Hochdruckgases in dem Druckspeicher 28 einwirkt, bis sich das Ventil 16 in der in Fig. 1 gezeigten ,geöffneten Stellung befindet. Wenn man das Ventil 16 schließen will, läßt man das Hydraulikfluid durch die Eintrittsöffnung 5O schnell aus dem Zylinder 12 herausströmen, wodurch das Hochdruckgas auf die zweite Stirnfläche 48 des Kolbens 18 wirkt und damit den Kolben axial in Schließrichtung bewegt.

Man sieht, daß das bekannte Ventilstellglied 10 normalerweise zuverlässig ein Ventil öffnet und schließt, wobei jedoch eine relativ feste Kupplung 30 bewirkt, daß die gesamte auf den Kolben 18 wirkende Kraft auf das Schließteil 36 wirkt, wodurch eine Beschädigung des Ventils während der Rückstellung auftreten kann, wenn der Druck des Hydraulikfluids und der des Hochdruckgases nicht genau eingestellt sind. Man sieht weiter, daß irgendein Versuch zur Begrenzung der bei der Rückstellung aufgebrachten Kraft für den Fall äußerst bedenklich ist, wenn das Hochdruckgas in dem Druckspeicher infolge einer Leckage oder eines Bruchs des Druckspeichers entweichen kann. Einige Stellglieder dieser Art weisen dementsprechend zur Verbesserung eine teilweise Abdeckung des zweiten Endabschnitts 44 des Zylinders 12 zur Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 auf, wenn sich das Ventil in der geöffneten Stellung befindet. Der Abstand zwischen der Abdeckung am zweiten Ende 44 und der Rückstellung des Ventils 16 kann jedoch nicht vernünftig mit annehmbaren Toleranzen so hergestellt werden, daß man sicher ist, daß nicht eine übermäßige Kraft auf den Rückstellsitz aufgebracht wird. Dementsprechend würde eine Dehnung oder Stauchung der Stellgliedstange 20 und der Ventilspindel 32 auftreten, so daß entweder die gesamte Kraft des Hydraulikfluids auf die Rückstellung

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aufgebracht oder möglicherweise keine Kraft auf die Rückstellung aufgebracht wird, wenn der Kolben 18 gegen die Abdeckung anliegt und die Stellgliedstange und die Ventilspindel zu lang sind, um das Schließelement 36 in die Rückstellstellung zu bringen.

Aus diesem Grund wurden weitere von der in Fig. 1 gezeigten Kupplung 30 unterschiedliche Kupplungen verwendet. Diese Kupplungen verwenden Federn oder Spanneinrichtungen mit einem Totspiel, damit der Kolben 18 voll gegen die Abdeckung am zweiten Endabschnitt 44 des Zylinders 12 anliegen kann, wobei er eine vorbestimmte Kraft auf die Ventilspindel 32 zur Schaffung eines geeigneten Spielraums und einer geeigneten Druckbelastung für die Rückstellung überträgt. Mit der vorliegenden Erfindung soll eine derartige Kupplung einfacher und direkter gemacht werden, wie z.B. die Kupplung 30, wobei jedoch eine genaue Rückstellung ermöglicht wird.

Das in Fig. 1 gezeigte bekannte Ventilstellglied 10 ist mit einem Konstruktionsmerkmal versehen, das dafür sorgt, daß kein Hydrauliköl ins Innere 46 des Druckspeichers infolge einer Leckage hineingelangt. Zu diesem Zweck ist der Kolben 18 mit einem Paar Dichtringen 52 versehen, wobei für den Fall, daß der der ersten Stirnfläche 22 benachbarte Dichtring 52 eine Leckage des Hydraulikfluids ermöglichen sollte, eine Einrichtung vorgesehen ist, die verhindert, daß das Hydraulikfluid Über den anderen Dichtring 52 hinausgelangt. Hierzu sind radial sich erstreckende Kanäle 54 mit dem Raum zwischen dem Dichtring 52 und dem axialen Kanal 56 der Stellgliedstange 2O verbunden. Der Kanal 56 erstreckt sich bis zu dem entfernten Endabschnitt 28 der Stellgliedstange 20 und endet in einem Anschlußstück 58, das wahlweise zur

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Atmosphäre geöffnet werden kann. Sollte daher eine Lekkage, wie oben beschrieben, auftreten,gelangt das Hydraulikfluid durch die Kanäle 54, den axialen Kanal 56 und kann durch das Anschlußstück 58 zur Atmosphäre abgegeben werden. Da das Innere 46 des Druckspeichers 48 unter einem wesentlich höheren Druck steht als der der in diesen Kanälen herrscht, kann das Hydraullkfluid nicht über den dem zweiten Endabschnitt 48 des Kolbens 18 benachbarten Dichtring 52 hinausgelangen.

In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Kraftbegrenzer 60 gezeigt, der in Verbindung mit einem Ventilstellglied 62, das einen dem oben erwähnten Zylinder 12 ähnlichen Zylinder 64 aufweist, verwendet werden kann.Die Bezugszeichen der einzelnen Elemente des Ventilstellgliedes 62 entsprechen, wenn nicht anders angegeben,den Elementen des bekannten Ventilstellgliedes 10.

Der Kraftbegrenzer 60 weist einen Zylinder 64 mit einer darin für eine axial gleitende Bewegung angeordnete Kolbenanordnung 66 auf, die zur Einstellung des Ventilschließteils dient. Die Kolbenanordnung 66 umfaßt jedoch einen mittleren Hohlraum 68, mit einer zylindrischen Bohrung 70, die einen Durchmesser D hat, der sich zu einer öffnung 72 auf der ersten Seite 74 der Kolbenanordnung 66 so verengt, daß die öffnung 72 einen geringeren Querschnitt als die Bohrung 70 aufweist. Eine sich durch die öffnung 72 erstreckende Stellgliedstange 76 erstreckt sich weiter von der ersten Seite 74 durch eine Öffnung 78 am ersten Endabschnitt 80 des Zylinders 64 und endet an einem darüber hinausgehenden Endabschnitt, der außerhalb des Zylinders 64 liegt, wo sie mit einer Ventilspindel, wie im Fall des bekannten Ventilstellgliedes 10, verbunden werden kann. In der zylindrischen Boh-

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rung 70 ist ein vergrößerter Kolbenkopf 82 angeordnet, der mit seiner ersten Stirnfläche bzw. Seite 84 mit dem anderen Ende 86 der Stellgliedstange 76 verbunden ist und mittels eines Abschnitts der Kolbenanordnung 66 um die Öffnung 72 gehalten wird. Der Kolbenkopf 82 hat einen Dichtungsring 88 und steht für eine begrenzte,axiale Bewegung in gleitender, dichtender Berührung mit dem Innern der Bohrung 70.

Man sieht, daß in der bevorzugten Ausführungsform des Kraftbegrenzers 60 die Stellgliedstange 76 und die öffnung 72 einenkreisförmigen Querschnitt haben, es ist jedoch verständlich, daß ebenfalls andere Querschnittsformen ohne Beeinträchtigung der Wirkungsweise der Erfindung verwendet werden können.

Die Kolbenanordnung 66 besteht im allgemeinen aus zwei Teilen, einem ersten Kolbenteil 90 mit dem mittleren Hohlraum 68 und einem zweiten mit mehreren Schrauben 94 daran angeschraubten Kolbenteil 92, um die zylindrische Bohrung 70 abzuschließen. Zur Schaffung einer KoI-benbanordnung 66, die der des bekannten Ventilstellgliedes 10 in Bezug auf die Dichtwirkung entspricht, weist jedes Kolbenteil 90,92 einen Dichtring 96 auf. Auch hier ist die Stellgliedstange 76 mit einem axialen Kanal 98 versehen, der einen Weg für eine Leckage aus dem Raum zwischen den Dichtringen 96 über radial verlaufende Kanäle 100 und der zylindrischen Bohrung 70 zur Verbindung mit der Atmosphäre schafft (siehe Fig.3).

In Fig. 3 und 4 sind die beschriebenen Bauteile aus verschiedenen Sichtwinkeln dargestellt. Weiter ist zum besseren Verständnis des Kraftbegrenzers die Kolbenanordnung 66 in den Fig. 3 und 4 in von Fig. 2 unter-

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schiedlichen Stellungen gezeigt. Im folgenden soll dementsprechend jede dieser Fig» zum besseren Verständnis der auf die Kolbenanordnung 66 und den Kolbenkopf 82 wirkenden Kräfte einzeln erläutert werden« In der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet sich das Ventil immer noch in der geschlossenen Stellung, wobei Hydraulikfluid durch eine Eintrittsöffnung 102 dem Inneren des Zylinders 64 zur Erzeugung einer nach oben gerichteten Kraft auf die Kolbenanordnung 66 strömt» Das durch die Öffnung 72 an der Stellgliedstange 76 vorbeifließende Hydraulikfluid wirkt auf die erste Stirnfläche 84 des Kolbenkopfes 82, wobei jedoch die zum Anheben des VentiischließeleHients aus seinem Sitz benötigte Kraft so groß ist„ daß die dafür tatsächliche benötigte Kraft durch die Wirkung des Hydraulikfluids auf die Kolbenanordnung 66 und nicht durch die Wirkung auf den Kolben= kopf 82 erzeugt wirdο Dies hat zum Ergebnis, daß der Kolbenkopf 82 aicial innerhalb der Bohrung 7O direkt an dem Kolbenteil 90 anliegt» Dabei tfird mittels der über den Kolbenkopf 82 und der Stellgliedstange 76 übertragenen Kraft das Ventil geöffnet« Ss ist ersichtlich, daß die auf die Kolbenanordnung 66 wirkende Kraft gleich dem Druck des Hydraulikfluids multipliziert mit der wirksamen Querschnittsfläche der ersten Stirnfläche 74 des Kolbens 66 minus dem Druck des Hochdruckgases in dem Druckspeicher multipliziert mit der effektiven Querschnittsfläche einer zweiten Stirnfläche bzw« Seite der Kolbenanordnung 66 ist. Ähnlich ist die auf den Kolbenkopf 82 aufgrund des Druckfluids wirkende Kraft gleich dem Druck des Druckfluids multipliziert mit der effektiven Querschnittsfläche der ersten Stirnfläche des Kolbenkopfes 82 minus des Drucks fin der bevorzugten Ausführungsfrom der Atmosphärendruck) in der Bohrung 70 multipliziert mit der Querschnittsfläche ei-

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ner zweiten Stirnfläche bzw. Seite 106 des Kolbenkopfes 82. Während der Zuführung des zum anfänglichen öffnen des Ventils erforderlichen Hydraulikfluids ändert sich die Resultierende in jedem Fall in Abhängigkeit von der mittels des Hydraulikfluids aufgebrachten Kraft, d.h., daß die resultierende Kraft auf die Kolbenanordnung grosser ist. Aus diesem Grund wird über die direkte Berührung zwischen der Kolbenanordnung 66 und dem Kolbenkopf 82 die für die anfängliche Öffnung des Ventils benötigte Kraft auf die Ventilspindel übertragen. Wenn jedoch einmal die anfangs erforderliche Öffnungskraft vermindert wird, nimmt der Druck des Hydraulikfluids in ähnlicher Weise ab» wenn sich die Kolbenanordnung 66 axial in dem Zylinder 64 nach oben bewegt. Bei diesen verminderten Druckbedingungen des Hydraulikfluids sind die resultierenden Flächen und Drücke so, daß die hauptsächliche Kraft zur Bewegung der Ventilspindel und des SchlieS-elements an dem Kolbenkopf 32 erzeugt wird. Dementsprechend bewegt sich der Kolbenkopf 82 in der Bohrung 70 zu der in Fig» 3 gezeigten Stellung axial nach oben. Die während dieser Bewegung der Ventilspindel und des Schließelements benötigte Kraft entspricht im allgemeinen der Kraft,, die zur Überwindung der Reibung zwischen der Dichtung und der Ventilspindel auftritt, wenn man annimmt, daß die Strömungsdruckunterschiede relativ gering sind.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung hat das Hydrauiikfluid die Kolbenanordnung 66 axial in dem Zylinder 64 in Richrung des zweiten Endabschnitts 108 des Zylinders zu einer rückgestellten Stellung des Ventils bewegt. In dieser Stellung kurs vor der Rückstellung erzeugt das Hydraulikfluid immer noch eine Resultierende auf den Kolbenkopf und die Steligliedstange 76, die größer als die auf die Kolbenanordnung 66 wirkende Resultierende ist. Dies hat

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zum Ergebnis, daß der Kolbenkopf 82 sich imitier noch oben in der zylindrischen Bohrung 70 befindet.

Wenn die Aufwärtsbewegung der Stellgliedstange 76 dadurch begrenzt wird, daß das Schließelement gegen den Rückstellsitz anschlägt (siehe Fig.4),steigt der Druck des dem Zylinder 64 zugeführten Hydraulikfluids, wodurch sichergestellt ist, daß eine geeignete Rückstellkraft auf das Ventil aufgebracht wird. Diese Kraft auf dem Kolbenkopf 82 und die Stellgliedstange 76 wird wieder durch die Querschnittsflächen der ersten Stirnfläche 84 des Kolbenkopfes 82, der zweiten Stirnfläche 106 des Kolbenkopfes 82 und die entsprechenden, darauf wirkenden Drücke bestimmt. Der auf den Kolbenkopf 82 von unten wirkendenKraft wirkt die auf die zweite Stirnfläche 104 der Kolbenanordnung 66 wirkende Kraft des Hochdruckgases entgegen, wobei sich jedoch an dem Kolbenkopf 82 eine nach oben wirkende resultierende Kraft einstellt, die die Kolbenanordnung weiter in dem Zylinder 64 nach oben bewegt, bis sie einen Kolbenanschlag 110 am zweiten Ende 108 des Zylinders 64 berührt.

Die bevorzugte Ausführungsform des Kraftbegrenzers 6O kann grundsätzlich unabhängig von der Ventilgröße für alle Ventile verwendet werden, im vorliegenden Fall wird sie jedoch für Kugelventile und Absperrschieber zwischen 15,24 cm bis 81,28 cm beschrieben. Zum besseren Verständnis sollen einige Prameter einer typischen Ventilanordnung angegeben werden. Man fand z.B., daß für ein 40,64 cm Absperrschieber die Rückstellkraft sich zwischen 4988,7 kg und 5448,2 kg liegt. Ein hydraulisches System zur Bedienung eines 40,64 cm Absperrschiebers arbeitet bei einem Druck von 316 kg/cm². Dieser Druck ist ausreichend, um eine Öffnungskraft (das ist die Kraft, die notwendig ist, um

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den Schieber anfangs aus dem Sitz zu bewegen) in einem Bereich von 58957kg bis 63492 kg zu schaffen. Man sieht, daß ein hydraulisches System, das eine Zugkraft von dieser Größe auf die Stellgliedstange aufbringt,für die Rückstellung nicht geeignet ist. Eine derartige Kraft wird daher verwendet, wenn sich die Bauteile des Stellglieds in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befinden.Wenn jedoch das Ventil wie in Fig. 4 rückgestellt ist, wird die Kolbenanordnung 66 gegen den Kolbenanschlag 110 mittels des Hydraulikfluids gehalten, das eine wesentlich höhere nach oben gerichtete Kraft auf die Kolbenanordnung 66 als das Hydrauliköl erzeugt, wenn es unabhängig auf dem Kolbenkopf 82 wirkt. In diesem Zustand erzeugt das Hydraulikfluid auf den Kolbenkopf 82 einen Druck, der einem vorbestimmten Fluiddruck, dem Atmosphärendruck in dieser Ausführungsform, entgegengesetzt ist, um eine maximale Zugkraft auf die Stellgliedstange 76 aufzubringen, die wesentlich geringer ist, als die das hydraulische System erzeugen kann und auch tatsächlich während des anfänglichen öffnens des Ventils erzeugt.

Die besonderen Abmessungen und Querschnittsflächen der verschiedenen oben erwähnten Flächen müssen entsprechend den besonderen Anforderungen an das Ventil mit dem das Ventilstellglied verbunden wird, bestimmt werden. Es muß daher für jedes Ventil der Kraftbegrenzer besonders in Abhängigkeit von den zu erwartenden zur öffnung des Ventils, zur Rückstellung des Ventils und zum schnellen

Schließen des Ventils erforderlichen Kräften,ausgelegt werden.

Man sieht, daß der Kraftbegrenzer 60 zur Begrenzung der während des Rückstellvorgangs auf eine Stellgliedstange aufgebrachtenZugkraft geeignet ist,und daß _er ebenfalls eine Leckagesicherung der oben beschriebenen Art

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schafft, die verhindert, daß das Hydraulikfluid durch beide Dichtungen 96 in das Innere 46 des Druckspeichers 38 gelangt. Um die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung noch besser darzulegen, soll gezeigt werden, daß auch andere Einrichtungen für die Verbindung des Fluiddrucks von einer äußeren Quelle zur geeigneten Aufbringung einer Kraft auf den Kolbenkopf 82 vorgesehen sein können.

In Fig. 5 ist ein anderes Stellglied 120 dargestellt, das Hochdruckfluid und Hochdruckgas in einem Druckspeicher 122 in der im allgemeinen bisher beschriebenen Weise verwendet. Das Ventilstellglied 120 verwendet jedoch ein Paar Kolben 124, 126, die unabhängig, gleitend innerhalb eines Zylinders 28 angeordnet sind. Während des normalen Betriebs bewegen sich die Kolben innerhalb des Zylinders 28, wobei ein Hydraulikfluid eine erste Stirnfläche bzw. Seite 130 des Kolbens 124 und das Hochdruckgas auf eine erste Stirnfläche bzw. Seite 132 des Kolbens 126 über Eintrittsöffnungen 134 wirkt, die sich durch einen fest an dem Ende des Zylinders 128 befestigten Deckel bzw. Abschlußeinrichtung 136 erstrekken.

Dieses Ventilstellglied 120 weist jedoch eine Konstruktion auf, mit der das Ventil mittels Hydraulikfluid für den Fall geschlossen werden kann, wenn der Druckspeicher 122 ein Leck oder einen Riss aufweisen sollte, wodurch der Druck des Hochdruckgases auf ein Niveau abfallen würde, der ein Schließen des Ventils nicht mehr möglich machen würde.

Zu diesem Zweck weist das Stellglied 120 ein an dem Dekkel 136 angeordnetes rohrförmiges Gehäuse 138 auf, das

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sich in den oberen Abschnitt des Druckspeichers 122 erstreckt. Das rohrförmige Gehäuse 138 hat ein bis über den Druckspeicher 122 hinausgehendes äußeres Anschlußstück 140/ das mit einem Rohrleitunssystem verbunden ist, das zur Atmosphäre hin entlüftet werden kann. Der Kolben 126 weist weiter ein sich von seiner ersten Seite 132 erstreckendes hohles Rohr 142 auf/ das im Innern des rohrförmigen Gehäuses 138 aufgenommen wird. Zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 138 und dem hohlen , Rohr 142 ist zur Abdichtung in dem Deckel 136 eine Dichtung 144 vorgesehen, die eine abdichtende, gleitende Berührung zwischen dem hohlen Rohr 142 und dem rohrförmigen Gehäuse 138 erlaubt. Das hohle Rohr 142 ist von ausreichender Länge, um diese Berührung während der gesamten axialen Bewegung des Kolbens 126 beizubehalten.

In zumindest einer der sich berührenden Oberflächen der Kolben 124, 126 ist eine sich radial erstreckende Nut 146 vorgesehen. Somit kann, wenn kein Hochdruckgas zum Schließen des Ventils zur Verfügung steht, Hydraulikfluid dem rohrförmigen Gehäuse 138 über den Anschlußstutzen 140 zugeführt werden. Das Hydraulikfluid gelangt durch das Innere des Rohres 142 und kann auf die obere Stirnfläche des Kolbens 124 einwirken. Der Kolben 126 wird fest gegen den Deckel 136 gehalten und der Kolben 124 wird zum Schließen des Ventils nach unten bewegt, wenn das Hochdruckfluid zwischen die Kolben 124, 126 gelangt.

Man sieht, daß mit dem Stellglied 120 auch dann ein Ventil geschlossen werden kann, wenn kein Hochdruckgas vorhanden ist, und wenn eine Stellgliedstange fest an dem Kolben 124 in einer Art und Weise befestigt ist, in der die vorliegende Erfindung keine Anwendung findet.

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In dem in Fig. 5 gezeigten Ventilstellglied ist jedoch ein Kraftbegrenzer 150 in dem Kolben 124 eingebaut, der eine Stellgliedstange 152 mit einem vergrößerten Kolbenkopf 154 aufweist. Der Kolbenkopf 154 ist dichtend und gleitbar in einer zylindrischen Bohrung 156 des Kolbens 124 angeordnet, der an seiner ersten Seite 130 eine kleinere öffnung 158 aufweist. Während des normalen Betriebs ist das mit dem Anschlußstutzen 140 verbundene Rohrleitunssystem zur Atmosphäre hin entlüftet, so daß der Raum zwischen den mit den Kolben 124, 126 verbundenen Dichtringen für eine mögliche Leckage entlüftet ist, so daß atmosphärischer Druck auf die obere Stirnfläche bzw. Seite 160 des Kolbenkopfes 154 wirkt. Die relative Anordnung des Kolbenkopfes 154 innerhalb der zylindrischen Bohrung 156 ist während der Bewegung der Kolben 124, 126 die gleiche, wie sie in der in Verbindung mit der in Fig. 2-4 beschriebenen Ausfuhrungsform gezeigt wurde.

Wenn kein Hochdruckgas dem Stellglied 120 zur Verfügung steht, kann das Ventil durch Schließen der mit dem Anschlußstutzen 140 verbundenen Entlüftung geschlossen werden, indem man Hydraulikfluid dem rohrförmigen Gehäuse 138 zuführt. Durch das zwischen die Kolben 124 und 126 gelangende Hydraulikfluid wird der Kolben 128 zum Schließen des Ventils axial verschoben. Das Hydraulikfluid bewirkt, daß der Kolben 124 in Bezug auf den Kolbenkopf 154 nach unten bewegt wird, wodurch ein in der Bohrung 156 eingeschraubterAnschlagskragen 170 mit dem Kolbenkopf 154 in Berührung kommt und auf den Kolbenkopf 154 und die Stellgliedstange 152 eine zum Schliessen des Ventils ausreichende Kraft ausübt.

Durch die gezeigten zwei Anwendungsbeispiele der Erfindung in Stellgliedern, die mit einem Hydraulikfluid und

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einem Hochdruckgas arbeiten, soll gezeigt werden, daß ebenso andere Stellglieder in geeigneter Weise mit dem Kraftbegrenzer verbunden werden können. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Kraftbegrenzer in ähnlicher Weise zur Begrenzung der auf die Stellgliedstange während der Rückführung aufgebrachten Zugkraft bei einem Stellglied verwendet werden, das einfach einen Hydraulikzylinder aufweist, dem wahlweise Hydraulikfluid von entgegengesetzten Seiten eines in dem Zylinder angeordneten Kolbens zugeführt wird. Es ist verständlich, daß sogar dann, wenn Hydraulikfluid von beiden Seiten des Kolbens zugeführt wird, ein mittlerer Hohlraum vorgesehen sein kann, der zur Atmosphäre hin entlüftet ist, um den auf die Stellgliedstange wirkenden Betrag der Zugkraft zu regeln, wenn der Kolben kraftschlüssig an einem Zylinderendanschlag in der Richtung zum öffnen des Ventils zur Anlage kommt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bestand die Quelle des dem Kolbenkopf zugeführten Fluiddrucks aus Luft von atmosphärischem Druck; es ist jedoch verständlich, daß irgendein anderes System mit einem vorbestimmten Gas- oder Fluiddruck zur Erzielung der gleichen Ergebnisse verwendet werden kann.

Es wird ein Kraftbegrenzer für eine Stellgliedstange eines Ventils beschrieben, bei dem ein Hydraulikfluid wahlweise einem Zylinderraum zu- bzw. von ihm abgeführt wird, wobei der Zylinderraum von einer ersten Seite eines Kolbens begrenzt wird, und der Kolben mit der Stellgliedstange verbunden ist, wobei ein Hochdruckgas aus einem auf dem Zylinder befestigten Druckspeicher entgegengesetzt auf eine zweite Seite des Kolbens wirkt.

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öffnung an der ersten Seite verengt, in der die Stellgliedstange gleitend aufgenommen ist. Die Stellgliedstange erstreckt sich von der ersten Seite des Kolbens durch eine öffnung an dem ersten Endabschnitt des Zylinders, um außerhalb des Zylinders mit einer Ventilspindel verbunden zu werden. Ein vergrößerter Kolbenkopf ist mit einer ersten Seite am anderen Ende der Stellgliedstange befestigt und im Inneren der zylindrischen Bohrung in gleitender, abdichtender Berührung mit dem Innern der Bohrung angeordnet. Die Bohrung ist mit dem atmosphärischen Druck verbunden und wirkt auf die zweite Seite des Kolbenkopfes. Das Hydraulikfluid erzeugt auf die erste Seite des Kolbenkopfes einen Druck, der dem atmosphärischen Druck auf der zweiten Seite entgegengesetzt ist, um eine maximale Zugkraft auf die Stellgliedstange auszuüben, wohingegen, wenn der Kolben gegen den Kolbenanschlag an der zweiten Seite des Zylinders mittels des Hydraulikfluids anliegt, eine Kraft auf den Kolben ausgeübt wird, die größer als die maximale auf die Stellgliedstange ausgeübte Zugkraft ist.

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Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 17. April 1979 ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION 600 Grant Street Pittsburgh, Pennsylvania /V.St.A. Unser Zeichen: R 978 Patentansprüche

1. Kraftbegrenzer für eine Stellgliedstange eines Ventilstellgliedes, bei dem ein Hydraulikfluid von einer ersten Quelle wahlweise einem Zylinder zu- bzw. von ihm abgeführt wird, wobei der Zylinder auf einer ersten Seite einer, mit einer Stellgliedstange verbundenen, in ihm angeordneten Kolbenanordnung liegt, und wobei ein Fluid von einer zweiten Quelle in entgegengesetzter Richtung auf eine zweite Seite der Kolbenanordnung wirkt, dadurch gekennzeichnet , daß

- die Kolbenanordnung (66) einen mittleren Hohlraum mit einer zylindrischen Bohrung (70,156) aufweist, die ei-

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nen Durchmesser hat, der zu einer, auf der ersten Seite (74,130) der Kolbenanordnung (66) angeordneten Öffnung (72,158) kleiner wird, so daß die Öffnung (72,158) einen kleineren Querschnitt als die Bohrung (70,156) hat;

die Stellgliedstange (76,152) gleitend in der Öffnung (72,158) aufgenommen ist und sich von der ersten Seite der Kolbenanordnung (66) durch eine Öffnung (24) in einem ersten Endabschnitt (26) des Zylinders (12, 128) erstreckt und an einem darüber hinausgehenden, außerhalb des Zylinders (12,128) liegenden Endabschnitt (28) endet und mit einer Ventilspindel (32) verbindbar ist;

ein vergrößerter Kolbenkopf (82,154) mit seiner ersten Seite (84) mit dem anderen Endabschnitt mit der Stellgliedstange (76,152) befestigt und innerhalb der zylindrischen Bohrung (70,156) mittels einer Stellung der um die Öffnung (72,158) liegenden Kolbenandordnung (66) zun Zurückhalten angeordnet ist;

der Kolbenkopf (82,154) für eine begrenzte, axiale Bewegung mit dem Innern der Bohrung (7O,156) in gleitender, dichtender Berührung steht; durch eine Verbindung (98,142) mit der Bohrung (70, 156) ein vorbestimmter Fluiddruck von einer, von der ersten und zweiten Druckquelle unterschiedlichen dritten Quelle auf eine zweite Seite (106,160) des Kolbenkopfes (82,154) aufbringbar ist; und

das Hydraulikfluid, das auf den Kolbenkopf (82,154) einen, dem vorbestimmten Fluiddruck entgegengesetzten Druck zur Erzeugung einer maximalen Zugkraft auf die Stellgliedstange (76,152) aufbringt,und wenn dieKolbenanordnung (66) gegen einen Kolbenanschlag (110,136) an einem zweiten Endabschnitt (108) des Zylinders (64, 128) mittels des Hydraulikfluids gehalten wird, eine

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größere Kraft, als die maximale Zugkraft auf die Kolbenanordnung (66) aufbringt.

2. Kraftbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid der zweiten Quelle ein Hochdruckgas eines an dem Zylinder (64,128) befestigten Druckspeichers (22,122) und der vorbestimmte Fluiddruck aus der dritten Quelle ein atmosphärischer Luftdruck eines Entlüftungsanschlusses zur Atmosphäre ist.

3. Kraftbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung (66) ein erstes Kolbenteil (90,124) mit der zylindrischen Bohrung (70,156), der öffnung (72,158) und der ersten Seite (74,130) der Kolbenanordnung (66) und ein zweites Kolbenteil (92,126) mit der zweiten Seite der Kolbenanordnung (66) aufweist, mit der das zweite Kolbenteil (92,126) auf dem ersten Kolbenteil (90,124) zur Ausbildung eines von der ersten Seite (74, 130) der Kolbenanordnung (66) entfernten Hohlraumendes aufliegt, wobei der Kolbenkopf (82,154) in der zylindrischen Bohrung (70,156) aufgenommen wird»

4. Kraftbegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kolbenteil (90,124) und das zweite Kolbenteil (92,126) miteinander verbunden sind.

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