WO2008141661A2 - Ventileinrichtung - Google Patents

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WO2008141661A2
WO2008141661A2 PCT/EP2007/004490 EP2007004490W WO2008141661A2 WO 2008141661 A2 WO2008141661 A2 WO 2008141661A2 EP 2007004490 W EP2007004490 W EP 2007004490W WO 2008141661 A2 WO2008141661 A2 WO 2008141661A2
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WO
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valve
valve device
pressure sensor
force
actuator
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Johannes Volzer
Wolfang Mechler
Markus Weber
Bernd Kärcher
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Festo Ag & Co. Kg
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Priority to PCT/EP2007/004490 priority patent/WO2008141661A2/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • G05D16/202—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means actuated by an electric motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D15/00—Control of mechanical force or stress; Control of mechanical pressure
    • G05D15/01—Control of mechanical force or stress; Control of mechanical pressure characterised by the use of electric means

Definitions

  • the invention relates to a valve device, comprising a valve unit having a valve chamber in which a valve member by means of an actuator between an open position and a closed position, in which the valve member for fluid-tight closing of the passage through the valve chamber with contact force to a valve seat comes into contact and corresponding sealing surfaces on valve member and valve seat are pressed together, is movable, and with a coupled to the actuator control means for controlling the contact pressure.
  • a valve device of the type mentioned which has a valve which is located in a passageway between two vacuum chambers.
  • the valve is designed as a slide valve, wherein a valve slide in its closed position blocks the passage through the passageway fluid-tight.
  • On the valve spool is a seal, which is pressed when closing with a contact force on a valve seat.
  • the contact pressure required to achieve a sealing effect depends largely on the differential pressure between the two vacuum chambers. At a smaller differential pressure, a smaller contact force is required to achieve the desired sealing effect, while at a larger differential pressure accordingly a larger contact force is necessary.
  • each vacuum chamber is assigned a pressure sensor, so that the differential pressure between the two vacuum chambers can be determined. Via a control unit, which is coupled to the actuator, the contact pressure can then be controlled in dependence on the determined differential pressure. In concrete terms, this means that the closing position of the valve spool is defined defined as a function of the determined differential pressure.
  • the lo ratios in the passage are not taken into account in such differential pressure measurements. For example, frictions that are not taken into account occur there, so that such measurements are faulty.
  • the object of the invention is to provide a valve device of the type mentioned, with which the contact pressure when closing the valve member can be controlled reliably and with simple means.
  • the valve device is characterized in that the control device has a valve element arranged on the valve element. Neten load cell for receiving the force acting on the valve member, wherein the force via transmission medium to a pressure sensor located outside the valve chamber is transferable.
  • the force acting on the valve member can be the contact pressure force on contact with the sealing surface on the valve seat or, in the case of a position of the valve member lifted off the valve seat, the force acting on the valve chamber due to the pressure conditions in the valve chamber.
  • the measurement is thus carried out directly at the point of action, namely on the valve member, which is pressed when closing with contact force on the valve seat.
  • the pressure sensor is located outside the valve chamber, so that cable routing from the valve chamber is avoided when the signal is transmitted by cable. High temperatures can prevail in the valve chamber, which can impair the functionality of a pressure sensor arranged in the valve chamber. If the pressure sensor is located outside the valve chamber, this problem does not arise.
  • the transmission means serving for force transmission between the force transducer and the pressure sensor can be formed by at least one fluid column, in particular a fluid column, coupled on the one hand to the force transducer and, on the other hand, to the pressure sensor.
  • the incompressibility of the liquid causes a direct, independent of the transmission medium power transmission.
  • a liquid for example, oil, preferably hydraulic oil, may be provided.
  • transmission means at least one on the one hand with the force transducer and on the other hand with the pressure sensor coupled rigid transmission member, for example in the form of a plunger, is provided.
  • the transmission means are arranged in a projecting into the valve chamber via a passage output member of the actuator.
  • a fluid-operated working cylinder is provided as the actuator, which has a cylinder housing in which a fluidbeauftschter working piston is movably guided, which in turn is connected to a the output member forming piston rod.
  • an electric linear drive for example a linear motor, as the actuator.
  • the transmission means can be arranged in a sensor carrier projecting beyond a passage into the valve chamber and receiving the pressure sensor in a region outside the valve chamber.
  • the pressure sensor is located outside the valve chamber. As already mentioned above, it can be attached to a sensor carrier. Alternatively, it is possible that the pressure sensor is seated on the actuator, for example on the output member, during
  • the load cell is formed by a bellows which hermetically seals a fluid-filled pressure chamber.
  • a fluid-filled bellows is used.
  • other types of force sensors can also be used, for example a deformation body with strain gauges (DMS) or the like.
  • DMS deformation body with strain gauges
  • the force transducer is expediently located at the connection point between valve member and driven member or sensor carrier. By varying the force application surface of the force transducer, different force translations are possible between the force acting on the valve member and the force transmitted by the force transducer to the pressure sensor.
  • a control module for processing signals transmitted by the pressure sensor by means of signal transmission and corresponding to actual actual contact forces, and for controlling the actuator. Since the pressure sensor is located outside the valve chamber, a simple, cable-controlled signal transmission from the pressure sensor to the control module is also possible. Alternatively, a wireless signal transmission, in particular signal transmission by means of radio, conceivable.
  • an elastic seal which is claimed when pressing the valve member to the valve seat.
  • the valve device may further comprise a passageway which connects two working chambers, for example vacuum chambers, to each other.
  • the valve chamber of the valve unit may be arranged.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the valve device according to the invention, wherein only a part of the valve unit is shown,
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the valve device of FIG. 1 with all the components of the valve unit in a schematic illustration
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the valve device according to the invention in a schematic representation
  • Figure 4 shows a third embodiment of the valve device according to the invention in a schematic representation.
  • FIGS 1 and 2 show a first embodiment of the valve device 11 according to the invention the heart of the valve device 11 is a valve unit 12, which could also be referred to as a process valve.
  • the valve unit 12 has a valve chamber 13, in which a valve member 14 by means of an actuator 15 between an open position and a closed position is movable.
  • the valve chamber 13 is located in a passage 16 which connects two working chambers 17, 18 with each other. In the working chambers 17, 18 process gases may be located. An exchange is possible via the passage 16.
  • the task of the valve unit 12 is, if necessary, to close the passage through the passageway 16 in a fluid-tight manner.
  • valve member 14 is moved by means of the actuator 15 in its closed position, in which it comes with contact pressure on a valve seat 19 to the plant.
  • mutually corresponding sealing surfaces are pressed together.
  • the Valve member-side sealing surface is formed by an elastic seal 20 which is attached to the outside of the valve member 14, in particular vulcanized to the outside.
  • the valve member 14 may have a wedge-shaped cross section, wherein the tip of the valve member 14 is immersed in the closed position in the corresponding thereto also wedge-shaped valve seat 19.
  • a control device 21 is used to set a defined contact force.
  • This comprises a force transducer 22 for receiving the force acting on the valve member 14 which can be transmitted via transmission means to a pressure sensor 23 located outside the valve chamber 13.
  • a bellows As a load cell, a bellows is provided, which hermetically seals a liquid-filled pressure chamber.
  • the liquid used here is oil.
  • the transmission means are also formed in this case by a liquid column 29, which communicates on the one hand with the pressure chamber of the bellows and on the other hand with the
  • Pressure sensor 23 is coupled. As a liquid is also here Used oil.
  • the bellows is located at the junction between valve member 14 and a driven member 24 of the actuator 15th
  • the actuator 15 is shown here by way of example in the form of a fluid-operated working cylinder, which has a cylinder housing 25 in which a working piston 26 which can be loaded with fluid is movably guided.
  • the working piston 26 is connected to a piston rod which forms the output member 24 and which projects into the valve chamber 13 via a passage 28 which is sealed by means of a seal 27.
  • the bellows is located at the piston-remote end of the piston rod.
  • the liquid column 29 is located inside the hollow piston rod.
  • the piston rod can pass through the rear side of the cylinder housing 25, in which case the pressure sensor 23 is seated on the bellows-distal end of the piston rod. It can also be provided two piston rods, of which a first piston rod connects the bellows with the piston and the other piston rod connecting the piston with the pressure sensor 23. In an alternative, not shown, the pressure sensor may also be located in the working piston. A continuation of the piston rod or a second piston rod is then not necessary.
  • the pressure sensor 23 comprises a P / U converter, which detects the force transmitted by the liquid column 29 in the form of a pressure and converts it into a voltage.
  • a control module 30 which receives the voltage signals of the pressure sensor 23 and the working cylinder conveniently via a control valve (not shown) controls.
  • the signal transmission from the pressure sensor 23 to the control module 30 is carried out according to the first embodiment by cable. Alternatively, however, a wireless or wireless signal transmission would be possible.
  • Figure 3 shows a second embodiment of the invention. It differs from the first exemplary embodiment described above in that a sensor carrier 31 is provided, which protrudes into the valve chamber 13 via a passage 28 which is sealed by means of a seal 27.
  • the senlo sorrien 31 carries on the one hand the bellows, which in turn is in contact with the valve member 14, while on the other hand is coupled to the piston rod of the working cylinder.
  • the pressure sensor 23 is fastened to the sensor carrier 31, to be precise in an area located outside of the valve chamber 13.
  • the pressure space of the bellows and the pressure sensor are in turn connected to each other by means of a liquid column 29, wherein the liquid column 29 is located in a channel 32 formed in the sensor carrier 31.
  • the signal transmission from the pressure sensor 23 to the likewise
  • 20 existing control module 30 is done by cable.
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the invention, which is constructed identically to the second exemplary embodiment, with the exception that the signal transmission from the pressure sensor 23 to the control module 30 takes place by means of radio.
  • valve device The function of the valve device is described in more detail below:
  • valve member 14 is initially in its open position shown in Figure 1. In this case, the valve member 14 has moved completely out of the through-channel 16, so that there is no flow resistance for flow in the through-channel 16. forming process fluid.
  • the working cylinder is activated, wherein the piston rod remote side of the piston 26 with fluid, in particular with compressed air is applied, so that the piston, for example, as shown in Figures 2 to 4, after is moved above, whereby the piston rod extends out of the working cylinder and the valve member 14 is moved in the direction of the valve seat 19.
  • the speed with which the valve member 14 moves in the direction of the valve seat is chosen to be relatively high, but only until the seal 20 located on the valve member contacts the sealing surface on the valve seat 19. If the valve member 14 is now moved further, the contact pressure increases.
  • the actual contact pressure is transmitted to the pressure chamber of the bellows and from there via the liquid column 29 to the pressure sensor 23.
  • the actual contact pressure is detected as a contact pressure and converted into a corresponding voltage signal.
  • This voltage signal is then transmitted by cable or wireless to the control module 30, where a comparison of the actual contact pressure with a minimum contact force and a maximum contact force takes place.
  • the minimum contact pressure must be exceeded for a fluid-tight seal of the valve chamber 13 takes place.
  • the maximum contact pressure must not be exceeded, otherwise the elastic seal 20 will be damaged.
  • the contact pressure also depends on the pressure conditions in the passage, which are also taken into account, as they ultimately represent nothing else than a force acting on the valve member 14. Is the minimum
  • the pressure sensor 23 is seated outside the valve chamber 13, whereby it is protected from high temperatures and aggressive process media.
  • the position of the pressure sensor 23 also brings the advantage that a complex cable management out of the valve chamber 13 out - in this case, in turn, should pay attention to the fluid tightness of the cable gland - be avoided.
  • the position of the pressure sensor 23 outside the valve chamber 13 opens the possibility of wireless signal transmission to the control module 30. If the pressure sensor 23 within the valve chamber 13 would be due to the valve chamber 13 surrounding, shielding material wireless signal transmission only limited or not possible ,

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Abstract

Bei einer Ventileinrichtung, mit einer Ventileinheit, die eine Ventilkammer (13) aufweist, in der ein Ventilglied (14) mittels eines Stellantriebs (15) zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, in der das Ventilglied (14) zum fluiddichten Verschließen des Durchgangs durch die Ventilkammer (13) mit Anpresskraft an einem Ventilsitz (19) zur Anlage kommt und korrespondierende Dichtflächen an Ventilglied (14) und Ventilsitz (19) aneinandergedrückt werden, bewegbar ist, und mit einer mit dem Stellantrieb (15) gekoppelten Steuereinrichtung (21) zur Steuerung der Anpresskraft, weist die Steuereinrichtung (21) einen am Ventilglied (14) angeordneten Kraftaufnehmer (22) zur Aufnahme der auf das Ventilglied (14) wirkenden Kraft auf, wobei die Kraft über Übertragungsmittel auf einen außerhalb der Ventilkammer (13) befindlichen Drucksensor (23) übertragbar ist.

Description

Ventileinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, mit einer Ventileinheit, die eine Ventilkammer aufweist, in der ein Ventilglied mittels eines Stellantriebs zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, in der das Ventilglied zum fluiddichten Verschließen des Durchgangs durch die Ventilkammer mit Anpresskraft an einem Ventilsitz zur Anlage kommt und korrespondierende Dichtflächen an Ventilglied und Ventilsitz aneinandergedrückt werden, bewegbar ist, und mit einer mit dem Stellantrieb gekoppelten Steuereinrichtung zur Steuerung der Anpresskraft .
Aus der DE 10 2005 031 411 Al ist eine Ventileinrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, die ein Ventil aufweist, das sich in einem Durchgangskanal zwischen zwei Vakuumkammern befindet. Das Ventil ist als Schieberventil ausgebildet, wobei ein Ventilschieber in seiner Schließstellung den Durchgang durch den Durchgangskanal fluiddicht absperrt. Am Ventilschieber befindet sich eine Dichtung, die beim Schließen mit Anpresskraft auf einen Ventilsitz gedrückt wird. Die Anpresskraft, die erforderlich ist, um eine Dichtwirkung zu erzie- len, hängt maßgeblich vom Differenzdruck zwischen den beiden Vakuumkammern ab. Bei einem kleineren Differenzdruck ist eine kleinere Anpresskraft erforderlich, um die gewünschte Dichtwirkung zu erzielen, während bei einem größeren Differenzdruck demgemäss eine größerer Anpresskraft notwendig ist. Es ist jeder Vakuumkammer ein Drucksensor zugeordnet, sodass der Differenzdruck zwischen den beiden Vakuumkammern ermittelt werden kann. Über eine Steuereinheit, die mit dem Stellantrieb gekoppelt ist, lässt sich dann die Anpresskraft in Ab- 5 hängigkeit vom ermittelten Differenzdruck steuern. Konkret bedeutet dies, dass die Schließposition des Ventilschiebers in Abhängigkeit vom ermittelten Differenzdruck definiert festgelegt wird.
Allerdings werden bei solchen Differenzdruckmessungen die lo Verhältnisse im Durchgangskanal nicht berücksichtigt. Beispielsweise treten dort nicht berücksichtigte Reibkräfte auf, sodass solche Messungen fehlerbehaftet sind.
Messungen, die direkt am Wirkungsort, also am Ventilschieber bzw. Ventilglied selber, durchgeführt werden, haben den Nach- i5 teil, dass eine aufwändige, fluiddicht abzudichtende Signal- führung aus der gekapselten Ventilkammer heraus notwendig ist. Auch eine drahtlose Signalübertragung aus der Ventilkammer heraus ist auf Grund des signalabschirmenden Gehäusematerials der Ventilkammer nicht zuverlässig oder gar nicht mög-
20 lieh.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der sich die Anpresskraft beim Schließen des Ventilglieds zuverlässig und mit einfachen Mitteln steuern lässt.
2s Diese Aufgabe wird durch eine Ventileinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst . Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt .
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung einen am Ventilglied angeord- neten Kraftaufnehmer zur Aufnahme der auf das Ventilglied wirkenden Kraft aufweist, wobei die Kraft über Übertragungs- mittel auf einen außerhalb der Ventilkammer befindlichen Drucksensor übertragbar ist. Die auf das Ventilglied einwir- kende Kraft kann bei Kontakt mit der Dichtfläche am Ventilsitz die Anpresskraft oder bei einer vom Ventilsitz abgehobenen Stellung des Ventilglieds die aufgrund der Druckverhältnisse in der Ventilkammer einwirkende Kraft sein.
Die Messung erfolgt also direkt am Wirkungsort, nämlich am Ventilglied, das beim Schließen mit Anpresskraft auf den Ventilsitz gedrückt wird. Jedoch sitzt der Drucksensor außerhalb der Ventilkammer sodass bei kabelgeführter Signalübertragung eine aufwändige Kabeldurchführung aus der Ventilkammer heraus vermieden wird. In der Ventilkammer können hohe Temperaturen herrschen, die die Funktionsfähigkeit eines in der Ventilkammer angeordneten Drucksensors beeinträchtigen können. Sitzt der Drucksensor außerhalb der Ventilkammer, stellt sich dieses Problem nicht.
Die zur Kraftübertragung zwischen Kraftaufnehmer und Druck- sensor dienenden Übertragungsmittel können von wenigstens einer einerseits mit dem Kraftaufnehmer und andererseits mit dem Drucksensor gekoppelten Fluidsäule, insbesondere Flüssigkeitssäule, gebildet werden. Die Inkompressibilität der Flüssigkeit bewirkt dabei eine direkte, vom Übertragungsmedium unabhängige Kraftübertragung. Als Flüssigkeit kann beispielsweise Öl, vorzugsweise Hydrauliköl, vorgesehen sein.
Alternativ ist es möglich, dass als Übertragungsmittel wenigstens ein einerseits mit dem Kraftaufnehmer und andererseits mit dem Drucksensor gekoppeltes starres Übertragungs- glied, beispielsweise in Form eines Stößels, vorgesehen ist. Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Übertragungsmittel in einem über eine Durchführung in die Ventilkammer hineinragenden Abtriebsglied des Stellantriebs angeordnet. Zweckmäßigerweise ist als Stellantrieb ein fluidbetätigter Arbeitszylinder vorgesehen, der ein Zylindergehäuse aufweist, in dem ein fluidbeaufschlagter Arbeitskolben beweglich geführt ist, der seinerseits mit einer das Abtriebsglied bildenden Kolbenstange verbunden ist. Alternativ ist jedoch auch möglich, als Stellantrieb einen elektrischen Linearantrieb, beispielsweise einen Linearmotor, einzusetzen.
In alternativer Anordnung können die Übertragungsmittel in einem über eine Durchführung in die Ventilkammer hineinragenden, den Drucksensor in einem Bereich außerhalb der Ventilkammer aufnehmenden Sensorträger angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass Standard-Stellantriebe verwendet werden können, an die jeweils der Sensorträger angebaut werden kann.
Der Drucksensor sitzt außerhalb der Ventilkammer. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann er an einem Sensorträger befestigt sein. Alternativ ist es möglich, dass der Drucksensor am Stellantrieb sitzt, beispielsweise am Abtriebsglied, beim
Einsatz eines Arbeitszylinders also an der Kobenstange befestigt ist. Alternativ ist es beim Einsatz eines Arbeitszylinders möglich, den Drucksensor in den Kolben zu integrieren.
In besonders bevorzugter Weise wird der Kraftaufnehmer von einem Faltenbalg gebildet, der einen fluidgefüllten Druckraum hermetisch dicht verschließt. Zweckmäßigerweise wird ein mit Flüssigkeit gefüllter Faltenbalg verwendet. Prinzipiell sind auch andere Arten von Kraftaufnehmern einsetzbar, beispielsweise ein Verformungskörper mit Dehnungsmessstreifen (DMS) oder dergleichen. Der Kraftaufnehmer sitzt zweckmäßigerweise an der Verbindungsstelle zwischen Ventilglied und Abtriebsglied bzw. Sensorträger. Durch Variation der Kraftangriffsfläche des Kraftaufnehmers sind verschiedene Kraftübersetzungen zwischen der auf das Ventilglied einwirkenden Kraft und der vom Kraftaufnehmer auf den Drucksensor übertragenden Kraft möglich.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Steuermodul zur Verarbeitung von vom Drucksensor mittels Signalübertragung übermittelten, jeweils aktuellen Ist -Anpresskräften entspre- chenden Signalen und zur Ansteuerung des Stellantriebs vorgesehen. Da der Drucksensor außerhalb der Ventilkammer sitzt, ist auch eine einfache, kabelgeführte Signalübertragung vom Drucksensor auf das Steuermodul möglich. Alternativ ist auch eine drahtlose Signalübertragung, insbesondere Signalübertra- gung mittels Funk, denkbar.
Zweckmäßigerweise befindet sich an der Dichtfläche am Ventilglied eine elastische Dichtung, die beim Anpressen des Ventilglieds auf den Ventilsitz beansprucht wird. Durch die zuvor beschriebenen Maßnahmen kann nun die Anpresskraft gesteu- ert werden, sodass die elastische Dichtung beim Auftreffen auf die entsprechende Dichtfläche am Ventilsitz nicht beschädigt wird.
Die Ventileinrichtung kann ferner einen Durchgangskanal aufweisen, der zwei Arbeitskammern, beispielsweise Vakuumkam- mern, miteinander verbindet. In dem Durchgangskanal kann die Ventilkammer der Ventileinheit angeordnet sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung, wobei nur ein Teil der Ventileinheit gezeigt ist,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der Ventileinrichtung von Figur 1 mit sämtlichen Komponenten der Ventileinheit in schematischer Darstellung,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung in schematischer Darstellung und
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung in schematischer Darstellung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 11. Herzstück der Ventil- einrichtung 11 ist eine Ventileinheit 12, die auch als Prozessventil bezeichnet werden könnte. Die Ventileinheit 12 besitzt eine Ventilkammer 13, in der ein Ventilglied 14 mittels eines Stellantriebs 15 zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. Zweckmäßigerweise befindet sich die Ventilkammer 13 in einem Durchgangskanal 16, der zwei Arbeitskammern 17, 18 miteinander verbindet. In den Arbeitskammern 17, 18 können sich Prozessgase befinden. Ein Austausch ist über den Durchgangskanal 16 möglich. Aufgabe der Ventileinheit 12 ist es, bei Bedarf den Durchgang durch den Durch- gangskanal 16 fluiddicht zu verschließen.
Hierzu wird das Ventilglied 14 mittels des Stellantriebs 15 in seine Schließstellung gefahren, in der es mit Anpresskraft an einem Ventilsitz 19 zur Anlage kommt. Dabei werden zueinander korrespondierende Dichtflächen aneinandergedrückt . Die ventilgliedseitige Dichtfläche wird von einer elastischen Dichtung 20 gebildet, die an der Außenseite des Ventilglieds 14 befestigt, insbesondere auf die Außenseite aufvulkanisiert ist. Wie insbesondere in Figur 1 gezeigt, kann das Ventilglied 14 eine keilförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Spitze des Ventilglieds 14 in der Schließstellung in den korrespondierend hierzu ebenfalls keilförmig ausgebildeten Ventilsitz 19 eintaucht.
Wird das Ventilglied zu schnell, also mit zu hoher Anpress- kraft in die Schließstellung gefahren, so besteht die Gefahr, dass die Dichtung 20 beschädigt wird. Andererseits ist auch eine Mindest-Anpresskraft notwendig, um eine fluiddichte Abdichtung des Durchgangskanals 16 zu erreichen. Ferner können im Durchgangskanal abhängig vom Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitskammern 17, 18 oft ganz unterschiedliche Druckverhältnisse vorliegen, die beim Schließvorgang mitberücksichtigt werden müssen.
Es ist also notwendig, das Ventilglied 14 mit definierter Anpresskraft in seine Schließstellung zu bewegen. Zur Einstel- lung einer definierten Anpresskraft dient eine Steuereinrichtung 21. Diese umfasst einen Kraftaufnehmer 22 zur Aufnahme der auf das Ventilglied 14 wirkenden Kraft, die über Übertragungsmittel auf einen außerhalb der Ventilkammer 13 befindlichen Drucksensor 23 übertragbar ist.
Als Kraftaufnehmer ist ein Faltenbalg vorgesehen, der einen flüssigkeitsgefüllten Druckraum hermetisch dicht verschließt. Als Flüssigkeit wird hierbei Öl verwendet. Die Übertragungsmittel werden in diesem Fall ebenfalls von einer Flüssigkeitssäule 29 gebildet, die einerseits mit dem Druckraum des Faltenbalgs in Verbindung steht und andererseits mit dem
Drucksensor 23 gekoppelt ist. Als Flüssigkeit wird auch hier Öl verwendet. Der Faltenbalg befindet sich an der Verbindungsstelle zwischen Ventilglied 14 und einem Abtriebsglied 24 des Stellantriebs 15.
Der Stellantrieb 15 ist hier beispielhaft in Form eines flu- idbetätigten Arbeitszylinders gezeigt, der ein Zylindergehäuse 25 besitzt, in dem ein fluidbeaufschlagbarer Arbeitskolben 26 beweglich geführt ist. Der Arbeitskolben 26 ist mit einer das Abtriebsglied 24 bildenden Kolbenstange verbunden, die über eine, mittels einer Dichtung 27 abgedichteten Durch- führung 28 in die Ventilkammer 13 hineinragt. Am kolbenfernen Ende der Kolbenstange befindet sich wie erwähnt der Faltenbalg.
Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, befindet sich die Flüssigkeitssäule 29 gemäß erstem Ausführungsbeispiel im In- nern der hohlförmig ausgestalteten Kolbenstange. Die Kolbenstange kann durch die Rückseite des Zylindergehäuses 25 hindurchtreten, wobei dann an dem faltenbalgfernen Ende der Kolbenstange der Drucksensor 23 sitzt. Es können auch zwei Kolbenstangen vorgesehen sein, von denen eine erste Kolbenstange den Faltenbalg mit dem Kolben und die andere Kolbenstange den Kolben mit dem Drucksensor 23 verbindet. In einer nicht dargestellten Alternative kann sich der Drucksensor auch im Arbeitskolben befinden. Eine Weiterführung der Kolbenstange bzw. eine zweite Kolbenstange ist dann nicht notwendig.
Der Drucksensor 23 umfasst einen P/U-Wandler, der die mittels der Flüssigkeitssäule 29 übertragene Kraft in Form eines Druckes detektiert und diesen in eine Spannung umwandelt.
Ferner ist ein Steuermodul 30 vorgesehen, das die Spannungssignale des Drucksensors 23 empfängt und den Arbeitszylinder zweckmäßigerweise über ein Steuerventil (nicht dargestellt) ansteuert. Die Signalübertragung vom Drucksensor 23 auf das Steuermodul 30 erfolgt gemäß erstem Ausführungsbeispiel per Kabel. Alternativ wäre jedoch eine drahtlose bzw. kabellose Signalübertragung möglich.
s Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Sensorträger 31 vorgesehen ist, der über eine mittels einer Dichtung 27 abgedichteten Durchführung 28 in die Ventilkammer 13 hineinragt. Der Sen- lo sorträger 31 trägt einerseits den Faltenbalg, der wiederum mit dem Ventilglied 14 in Kontakt ist, während er andererseits an die Kolbenstange des Arbeitszylinders angekoppelt ist. Am Sensorträger 31 ist ferner der Drucksensor 23 befestigt und zwar in einem Bereich, der sich außerhalb der Ven- i5 tilkammer 13 befindet. Der Druckraum des Faltenbalgs und der Drucksensor sind wiederum mittels einer Flüssigkeitssäule 29 miteinander verbunden, wobei sich die Flüssigkeitssäule 29 in einem im Sensorträger 31 ausgebildeten Kanal 32 befindet. Die Signalübertragung vom Drucksensor 23 auf das ebenfalls vor-
20 handene Steuermodul 30 erfolgt mittels Kabel.
Schließlich zeigt Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das identisch zum zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, mit der Ausnahme, dass die Signalübertragung vom Drucksensor 23 auf das Steuermodul 30 mittels Funk erfolgt.
25 Nachfolgend wird die Funktion der Ventileinrichtung näher beschrieben:
Das Ventilglied 14 befindet sich zunächst in seiner in Figur 1 gezeigten Offenstellung. Dabei ist das Ventilglied 14 vollständig aus dem Durchgangskanal 16 herausgefahren, sodass 0 es keinen Strömungswiderstand für im Durchgangskanal 16 strö- mendes Prozessfluid bildet. Zum Schließen der Ventilkammer 13 bzw. des Durchgangs durch den Durchgangskanal 16 wird nunmehr der Arbeitszylinder aktiviert, wobei die kolbenstangenferne Seite des Kolbens 26 mit Fluid, insbesondere mit Druckluft beaufschlagt wird, sodass der Kolben, beispielsweise wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, nach oben bewegt wird, wodurch die Kolbenstange aus dem Arbeitszylinder ausfährt und das Ventilglied 14 in Richtung des Ventilsitzes 19 bewegt wird. Gemäß einer ersten Variante wird hier die Geschwindig- keit mit der das Ventilglied 14 in Richtung auf den Ventilsitz fährt relativ hoch gewählt, jedoch nur bis die am Ventilglied befindliche Dichtung 20 die Dichtfläche am Ventilsitz 19 berührt. Wird das Ventilglied 14 nunmehr weiterbewegt, so erhöht sich die Anpresskraft. Die Ist -Anpresskraft wird auf den Druckraum des Faltenbalgs übertragen und von dort über die Flüssigkeitssäule 29 auf den Drucksensor 23. Die Ist-Anpresskraft wird als Anpressdruck detektiert und in ein korrespondierendes Spannungssignal umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird dann mittels Kabel oder drahtlos zum Steuermodul 30 übertragen, wo ein Vergleich der Ist- Anpresskraft mit einer Mindest-Anpresskraft und einer Maximal-Anpresskraft stattfindet. Die Mindest-Anpresskraft muss überschritten werden, damit eine fluiddichte Abdichtung der Ventilkammer 13 stattfindet. Die Maximal-Anpresskraft darf nicht überschritten werden, da ansonsten die elastische Dichtung 20 beschädigt wird. Die Anpresskraft hängt wie bereits erwähnt auch von den Druckverhältnissen im Durchgangskanal ab, die hier ebenfalls mitberücksichtigt werden, da sie letztendlich nichts anderes darstellen, als ebenfalls eine auf das Ventilglied 14 wirkende Kraft. Ist die Mindest-
Anpresskraft unterschritten, so wird das Ventilglied 14 weiter in Richtung des Ventilsitzes 19 gefahren. Eine Überschreitung der Maximal -Anpresskraft ist dabei nicht möglich, da ständig ein Abgleich der Ist-Anpresskraft mit diesem Maximalwert stattfindet. Insgesamt ist es dadurch möglich, das Ventilglied mit definierter Anpresskraft in seine Schließstellung zu bringen. Es ist gewährleistet, dass die Ventil- kammer und somit der Durchgang durch den Durchgangskanal 16 fluiddicht abgedichtet ist und andererseits besteht keine Gefahr, dass die elastische Dichtung 20 beschädigt wird.
Ferner ist es von Vorteil, dass direkt am Wirkungsort gemessen wird, wodurch Messfehler vermieden werden, die durch Nichtberücksichtigung der im Durchgangskanal 16 vorliegenden Verhältnisse auftreten. Weitere Messfehler werden dadurch verhindert, dass der Drucksensor 23 außerhalb der Ventilkammer 13 sitzt, wodurch er vor hohen Temperaturen und aggressiven Prozessmedien geschützt ist. Die Lage des Drucksensors 23 bringt ferner den Vorteil, dass eine aufwändige Kabelführung aus der Ventilkammer 13 heraus - hier wäre wiederum auf die Fluiddichtheit der Kabeldurchführung zu achten - vermieden werden. Außerdem eröffnet die Lage des Drucksensor 23 außerhalb der Ventilkammer 13 die Möglichkeit einer drahtlosen Signalübertragung auf das Steuermodul 30. Befände sich der Drucksensor 23 innerhalb der Ventilkammer 13 wäre auf Grund des die Ventilkammer 13 umgebenden, abschirmenden Materials eine drahtlose Signalübertragung nur eingeschränkt oder gar nicht möglich.

Claims

Ansprüche
1. Ventileinrichtung, mit einer Ventileinheit (12), die eine Ventilkammer (13) aufweist, in der ein Ventilglied (14) mittels eines Stellantriebs (15) zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung, in der das Ventilglied (14) zum
5 fluiddichten Verschließen des Durchgangs durch die Ventilkammer (13) mit Anpresskraft an einem Ventilsitz (19) zur Anlage kommt und korrespondierende Dichtflächen an Ventilglied (14) und Ventilsitz (19) aneinandergedrückt werden, bewegbar ist, und mit einer mit dem Stellantrieb (15) gekoppelten Steuer- lo einrichtung (21) zur Steuerung der Anpresskraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen am Ventil- glied (14) angeordneten Kraftaufnehmer (22) zur Aufnahme der auf das Ventilglied (14) wirkenden Kraft aufweist, die über Übertragungsmittel (29) auf einen außerhalb der Ventilkam- i5 mer (13) befindlichen Drucksensor (23) übertragbar ist.
2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungsmittel wenigstens eine einerseits mit dem Kraftaufnehmer (22) und andererseits mit dem Drucksensor (23) gekoppelte Fluidsäule, insbesondere Flüssigkeits-
20 säule (29), vorgesehen ist.
3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungsmittel wenigstens ein einerseits mit dem Kraftaufnehmer (22) und andererseits mit dem Druck- sensor (23) gekoppeltes starres Übertragungsglied vorgesehen ist.
4. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel in
5 einem über eine Durchführung (28) in die Ventilkamtner (13) hineinragenden Abtriebsglied (24) des Stellantriebs (15) angeordnet sind.
5. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel in einem lo über eine Durchführung (28) in die Ventilkammer (13) hineinragenden, den Drucksensor (23) in einem Bereich außerhalb der Ventilkammer (13) aufnehmenden Sensorträger (31) angeordnet sind.
6. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- i5 durch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (23) am Stellantrieb (15) sitzt.
7. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftaufnehmer von einem Faltenbalg gebildet ist, der einen fluidgefüllten Druck-
20 räum hermetisch dicht verschließt.
8. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (15) von einem fluidbetätigten Arbeitszylinder gebildet ist, der ein Zylindergehäuse (25) aufweist, in dem ein fluidbeaufschlagba-
25 rer Arbeitskolben (26) beweglich geführt ist, der seinerseits mit einer das Abtriebsglied (24) bildenden Kolbenstange verbunden ist.
9. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuermodul (30) vorgesehen ist, zur Verarbeitung von vom Drucksensor (23) mittels Signalübertragung übermittelten, jeweils aktuellen Ist- s Anpresskräften entsprechenden Signalen und zur Ansteuerung des Stellantriebs (15) .
10. Ventileinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine kabelgeführte Signalübertragung vorgesehen ist .
lo 11. Ventileinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine drahtlose Signalübertragung, insbesondere Signalübertragung mittels Funk, vorgesehen ist.
12. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche am Ventil- i5 glied (14) von einer elastischen Dichtung (20) gebildet ist.
13. Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwei Arbeitskammern (17, 18) miteinander verbindenden Durchgangskanal (16) in dem die Ventilkammer (13) der Ventileinheit (14) angeordnet ist.
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