DE3543030C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung, insbesondere für die Steuerung eines verunreinigten Druckmittelstromes, in einem Druckmittelkreislauf, in welchem das gesteuerte Druckmittel Druckschwankungen unterliegt, mit einem in die Druckmittelleitung des Druckmittelstromes eingeschalteten Absperrventil, dessen Absperrkörper mit einem Betätigungskolben ver­ bunden ist, der in einem Betätigungszylinder ver­ schiebbar angeordnet ist und über ein Vorsteuerventil mit einem Vorsteuer-Druckmedium beaufschlagbar ist bzw. von diesem entlastbar ist, wobei der Vorsteu­ erkreis einen Druckspeicher enthält, der mittels ei­ ner Pumpe aufladbar ist, die das Vorsteuermedium aus einem Vorratsbehälter ansaugt und in den Druckspeicher pumpt.

Steuerventilanordnungen der angegebenen Art werden beispielsweise in offenen Wasserkreisläufen für die Beaufschlagung von Wassersprühdüsen in industriellen Staubbekämpfungsanlagen verwendet, beispielsweise in Hüttenwerken, Stahlwerken, Walzwerken oder im unter­ tägigen Grubenbetrieb. Da das in derartigen Anlagen verwendete Druckwasser nicht ausreichend sauber ist, kann man dieses Druckwasser nicht ohne weiteres als Vorsteuer-Druckmedium verwenden. Aus diesem Grunde ist bei den bekannten Steuerventilanordnungen der an­ gegebenen Art ein gesonderter geschlossener Vorsteuer­ kreis vorhanden, der natürlich eine gesonderte Druck­ erzeugungsanlage erforderlich macht. Diese Drucker­ zeugungsanlage wird bei den nach dem Stande der Tech­ nik bekannten Steuerventilanordnungen der angegebenen Art gesondert mit Energie versorgt, was zusätzlichen Aufwand erforderlich macht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Steuerven­ tilanordnung der eingangs angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß die Energie für die Druckerzeu­ gung im Vorsteuerkreis dem gesteuerten, verunreinig­ ten Druckmittelstrom entnommen wird, ohne daß es da­ bei zu Schwierigkeiten mit den in diesem Druckmittel­ strom enthaltenen Verunreinigungen kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung aus­ gehend von einer Steuerventilanordnung der eingangs genannten Art vor, daß die Pumpe als Verdrängerpumpe ausgebildet ist, deren Verdrängungskörper im Ansaug­ sinne durch ein Rückstellelement und im Ausdrücksinne durch das vom Absperrventil gesteuerte, verunreinigte Druckmittel beaufschlagt ist, wobei das Ansaugvolumen der Verdrängerpumpe mindestens ebenso groß oder ge­ ringfügig größer ist als das Hubvolumen des Betäti­ gungskolbens.

Die Steuerventileinrichtung gemäß der Erfindung nutzt auf besonders vorteilhafte Art und Weise die Druck­ schwankungen in dem vom Absperrventil gesteuerten ver­ unreinigten Druckmittel auftretenden Druckschwankun­ gen für die Betätigung der Pumpe des Vorsteuerkrei­ ses. Auf diese Weise wird die für den Betrieb der Pum­ pe des Vorsteuerkreises erforderliche Energie direkt dem gesteuerten, verunreinigten Druckmittelstrom ent­ nommen, ohne daß das Vorsteuer-Druckmedium mit dem durchströmenden verunreinigten Druckmittelstrom in Berührung kommt. Da das Ansaugvolumen der Verdränger­ pumpe mindestens ebenso groß oder geringfügig größer ist, als das Hubvolumen des Betätigungskolbens, wird bei jedem Öffnungsvorgang des Absperrventiles minde­ stens so viel Vorsteuer-Druckmedium in den Druckspei­ cher des Vorsteuerkreises eingespeist, wie für den nachfolgenden Schließvorgang des Absperrventiles be­ nötigt wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung sieht vor, daß die Pumpe als im Ansaugsinne durch eine Feder belastete Membranpumpe ausgebildet ist. Eine solche Membranpumpe hat keine aneinander gleitenden Teile, so daß sie auch bei der Beaufschla­ gung mit einem verschmutzten oder aggressiven Druck­ medium einwandfrei arbeitet.

Da für die Inbetriebnahme der Steuerventilanordnung der Druckspeicher des Vorsteuerkreises vorgeladen wer­ den muß, ist weiterhin zweckmäßig an den Vorsteuer­ kreis eine Handpumpe anschließbar. Diese Handpumpe kann gegebenenfalls wieder von dem Vorsteuerkreis ge­ löst werden, wenn der Druckspeicher aufgeladen ist. An die Stelle der Handpumpe kann selbstverständlich auch eine andere geeignete Druckerzeugungseinrichtung treten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgen­ den anhand der Zeichnung näher erläutert, in der die Steuerventilanordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Beim Ausführungsbeispiel ist die ankommende Drucklei­ tung, die das zu steuernde verunreinigte oder aggres­ sive Druckmittel führt, mit dem Bezugszeichen 1 be­ zeichnet. In der Druckleitung 1 ist ein als 2/2-Wege­ ventil ausgebildetes Absperrventil 2 angeordnet, des­ sen Absperrkörper 3 mit einem ersten Betätigungs­ kolben 4 verbunden ist, der von dem zu steuernden Druckmittel im Öffnungssinne beaufschlagt ist, und mit einem weiteren Betätigungskolben 5 verbunden ist, der in einem gesonderten Betätigungszylinder 6 ver­ schiebbar angeordnet ist und dessen Beaufschlagungs­ fläche größer ist als die Beaufschlagungsfläche des Betätigungskolbens 4. Beide Betätigungskolben 4 und 5 sind durch einen mit der freien Atmosphäre verbunde­ nen Raum getrennt, so daß bei einer eventuellen Leck­ age keine Vermischung der unterschiedlichen Druckmit­ tel auftreten kann. Hinter dem Absperrventil 2 ist an die Druckleitung 1 ein Düsensystem 7 angeschlossen, beispielsweise Sprühdüsen einer intermittierend arbei­ tenden Staubbekämpfungsanlage oder dergleichen.

Der Druckraum des Betätigungszylinders 6 ist über eine Druckmittelleitung 8 und ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Vorsteuerventil 9 wahlweise an die Druckleitung 10 oder die Entlastungsleitung 11 eines Vorsteuerkreises anschließbar. Dieser Vorsteuerkreis enthält einen an die Druckleitung 10 angeschlossenen, aufladbaren Druckspeicher 12 und ein an die Ent­ lastungsleitung 11 angeschlossenen drucklosen Vorrats­ behälter 13 für das Vorsteuer-Druckmedium. Außerdem enthält der Vorsteuerkreis eine Pumpe 14, deren Ansaugventil 15 an den Vorratsbehälter 13 und deren Ausdrückventil 16 an die Druckleitung 10 des Vor­ steuerkreises angeschlossen ist. Diese Pumpe 14 ist als im Ansaugsinne durch eine Feder 17 belastete Mem­ branpumpe ausgebildet, an deren Membrane 18 von einer Seite das Vorsteuer-Druckmedium und von der anderen Seite das gesteuerte, verunreinigte Druckmittel an­ steht. Zu diesem Zweck ist die Pumpe 14 über eine Druckmittelleitung 19 an die Druckmittelleitung 1 des von dem Absperrventil 2 gesteuerten Druckmittels an­ geschlossen, und zwar in Strömungsrichtung hinter dem Absperrventil.

Weiterhin ist an den Vorsteuerkreis eine Handpumpe 20 anschließbar, die es ermöglicht, den Druckspeicher 12 des Vorsteuerkreises von Hand aufzuladen. Diese Handpumpe 20 ist gegebenenfalls lösbar mit dem Vor­ steuerkreis verbunden und kann abgenommen werden, so­ bald der Druckspeicher 12 hinreichend aufgeladen ist.

Die beschriebene Steuerventilvorrichtung arbeitet wie folgt:

Bei Inbetriebnahme wird zunächst der Druckspeicher 12 mit Hilfe der Handpumpe 20 aufgeladen. Bei der dar­ gestellten Stellung des Vorsteuerventiles 9 gelangt der Speicherdruck über die Druckleitung 10 und die Druckmittelleitung 8 in den Druckraum des Betätigungs­ zylinders 6 und beaufschlagt den Betätigungskolben 5 und damit den Absperrkörper 4 des Absperrventiles 2 im Schließsinne, so daß das Absperrventil 2 ge­ schlossen ist. Da die Druckmittelleitung 1 hinter dem Absperrventil 2 an die mit der Atmosphäre verbundenen Düsen 7 angeschlossen ist, stellt sich in diesem Abschnitt der Druckmittelleitung 1 und in der mit ihr verbundenen Druckmittelleitung 19 und somit an der Unterseite der Membran 18 der Pumpe 14 Atmosphä­ rendruck ein. Die Membran 18 ist somit entlastet und bewegt sich unter dem Einfluß der Feder 17 nach un­ ten. Dabei saugt die Pumpe 14 über das Ansaugventil 15 Vorsteuermedium aus dem Vorratsbehälter 13 an. Wird nun zum Öffnen des Absperrventiles 2 das Vorsteuerven­ til 9 in die andere, in der Zeichnung nicht darge­ stellte Schaltstellung verbracht, so wird der Betäti­ gungskolben 5 entlastet und der Absperrkörper 3 be­ wegt sich unter dem Einfluß des durch die Druckmittel­ leitung 1 anströmenden verunreinigten Druckmittels in die Öffnungsstellung. Unmittelbar nach Öffnung des Absperrventiles 2 stellt sich in der Druckmittellei­ tung 1 zwischen dem Absperrventil 2 und den Düsen 7 wieder der Betriebsdruck des zuströmenden, verunrei­ nigten Druckmittels ein. Dieser Druck wirkt über die abzweigende Druckmittelleitung 19 auf die Unterseite der Membran 18 der Pumpe 14, so daß das zuvor ange­ saugte Vorsteuermedium über das Ausdrückventil 16 in die Druckleitung 10 und den Druckspeicher 12 einge­ speist wird. Das Hubvolumen der Membran 18 ist etwas größer als das Hubvolumen des Betätigungskolbens 5 eingestellt, so daß das zum Schließen des Absperrven­ tiles 2 benötigte Volumen an Vorsteuermedium min­ destens kompensiert wird. Auf diese Weise füllt sich der Druckspeicher 12 bei jedem Schaltvorgang weiter auf, bis ein Gleichgewicht zwischen dem Speicherdruck und dem dynamischen Druck im abfließenden Druckmittel herrscht. Danach bewegt sich die Membran 18 nur noch so weit, bis das beim vorhergehenden Schaltvorgang verbrauchte Volumen an Vorsteuermedium ausgeglichen ist. Da der dynamische Druck in der Druckmittellei­ tung 1 bzw. 19 kleiner ist als der statische Druck des Systems, ist die Fläche des Betätigungskolbens 5 größer als die des Betätigungskolbens 4. Der stati­ sche Druck im Druckspeicher kann nur den Wert des dynamischen Druckes in 1 bzw. 19 erreichen. Folglich ist zum Schließen das obengenannte Flächenverhältnis notwendig. Das Pumpenvolumen muß immer größer sein als das Kolbenvolumen, da somit bei einem zufällig auftretenden Druckabfall im Druckspeicher 12 keine Druckerhöhung auftreten würde.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Steu­ erventilanordnung zur Steuerung eines offenen Wasser­ kreislaufes verwendet. Die Verwendungsmöglichkeit der Steuerventilanordnung gemäß der Erfindung ist jedoch nicht auf offene Kreisläufe beschränkt. Sie kann viel­ mehr auch bei geschlossenen Kreisläufen verwendet wer­ den, bei denen hinter dem Haupt-Steuerventil oder an einer anderen zugänglichen Stelle des gesamten Systems ausreichend große Druckschwankungen auftreten.

Claims (3)

1. Steuerventilanordnung, insbesondere für die Steuerung eines verunreinigten Druckmittel­ stromes, in einem Druckmittelkreislauf, in welchem das gesteuerte Druckmittel Druckschwankungen unter­ liegt, mit einem in die Druckmittelleitung des Druck­ mittelstromes eingeschalteten Absperrventil, dessen Absperrkörper mit einem Betätigungskolben verbunden ist, der in einem Betätigungszylinder verschiebbar angeordnet ist und über ein Vorsteuerventil mit einem Vorsteuer-Druckmedium beaufschlagbar ist bzw. von die­ sem entlastbar ist, wobei der Vorsteuerkreis einen Druckspeicher enthält, der mittels einer Pumpe auf­ ladbar ist, die das Vorsteuermedium aus einem Vorrats­ behälter ansaugt und in den Druckspeicher pumpt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (14) als Verdrängerpumpe ausgebildet ist, deren Verdrängungskörper (18) im Ansaugsinne durch ein Rückstellelement (17) und im Ausdrücksinne durch das vom Absperrventil (2) gesteuerte verunrei­ nigte Druckmittel beaufschlagt ist, wobei das Ansaug­ volumen der Verdrängerpumpe (14) mindestens ebenso groß oder geringfügig größer ist als das Hubvolumen des Betätigungskolbens (5).

2. Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerpumpe (14) als im Ansaugsinne durch eine Feder (17) belaste­ te Membranpumpe ausgebildet ist.

3. Steuerventilanordnung nach den Ansprü­ chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Vor­ steuerkreis (10, 11) eine Handpumpe (20) anschließbar ist.