PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202006000916U1 13.04.2006
Titel Steuerkopf-Modulsystem für eine pneumatische Stellvorrichtung
Anmelder Bürkert Werke GmbH & Co. KG, 74653 Ingelfingen, DE
Vertreter Prinz und Partner GbR, 81241 München
DE-Aktenzeichen 202006000916
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 13.04.2006
Registration date 09.03.2006
Application date from patent application 20.01.2006
IPC-Hauptklasse F15B 13/00(2006.01)A, F, I, 20060120, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F15B 21/00(2006.01)A, L, I, 20060120, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Steuerkopf-Modulsystem für eine pneumatische Stellvorrichtung mit einem Steuerkopfgehäuse.

Pneumatische Stellvorrichtungen mit pneumatisch betätigten Prozeßstellgeräten mit Schaltfunktion werden zum Beispiel in der Getränke- und Lebensmittelindustrie und in der Pharmazie eingesetzt. Es ist bekannt, zu ihrer Automatisierung einen Steuerkopf einzusetzen, der direkt am pneumatischen Stellantrieb oder dezentral abgesetzt montiert wird. Im Steuerkopf erfolgt das Durchschalten oder Entlüften der pneumatischen Hilfsenergie in den Stellantrieb. Häufig erhält der Steuerkopf auch eine Rückmeldung über die Position der Ventilspindel in den Stellantrieben. Es ist ferner bekannt, Steuerköpfe mit einer Anschaltungselektronik zu versehen, die eine Diagnoselogik umfaßt, dabei wird sowohl eine Diagnose der Steuerkopffunktion als auch der Funktion des Stellantriebs durchgeführt. Häufig sind Steuerköpfe mit einer Kommunikations-/Feldbusschnittstelle ausgerüstet.

Je nach Art des zu automatisierenden Prozeßstellgerätes wird eine unterschiedliche Anzahl pneumatischer Schaltausgänge zur Betätigung der Antriebsfunktionen benötigt. Die Schaltausgänge werden in der Regel unabhängig voneinander betätigt. Mindestumfang einer pneumatischen Stellvorrichtung ist immer ein pneumatischer Schaltausgang zur Betätigung des Haupthubes des Ventilsitzes im Prozeßventil.

Im Zuge immer kleiner werdender Armaturnennweiten steigt auch der Bedarf an Steuerköpfen kompakterer Bauform. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Funktionalität der Steuerung. So müssen die Steuerköpfe an geänderte Prozeßstellgeräte möglichst ohne eine Abschaltung des Systems anpaßbar sein und häufig sind für ein Prozeßventil zwei oder mehr Steuerventile notwendig. Ebenso kann bei komplexen Steueraufgaben eine Steuerhilfsluft notwendig sein oder eine Drosselung des Luftdurchflusses zur Verlangsamung der Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des gesteuerten Antriebs.

Die Erfindung stellt ein Steuerkopf-Modulsystem für eine pneumatische Stellvorrichtung zur Verfügung, das sowohl eine hohe Flexibilität in der zur Verfügung gestellten Funktionalität aufweist, als auch eine sehr kompakte Bauform bietet. Hierzu umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem gemäß Anspruch 1 ein Steuerkopfgehäuse, in dem wenigstens ein erster Flanschblock integrierbar ist. Der Flanschblock weist eine erste Flanschfläche auf mit einem pneumatischen Druckluftanschluß, zwei pneumatischen Arbeitsanschlüssen und zwei pneumatischen Entlüftungsanschlüssen. Ferner umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem wenigstens ein Steuerventil, das mit der ersten Flanschfläche lösbar verbindbar ist und an wenigstens einige der pneumatischen Anschlüsse anzuschließen ist. Durch die Bereitstellung eines Flanschblocks mit einer Flanschfläche, die fünf pneumatische Anschlüsse aufweist, können bereits in einer ersten Ausbaustufe des Steuerkopf-Modulsystems verschiedene Funktionalitäten vorgehalten werden, die leicht nachrüstbar sind und keine Vergrößerung der Baubreite zur Folge haben.

In einer ersten Ausführungsform handelt es sich bei dem Steuerventil um ein 3-/2-Wegeventil. Mit diesem sind einfache Steuerfunktionen möglich, d.h. die Betätigung eines Stellantriebs mit einfacher Ein-/Aus-Funktion. In einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem ein doppeltes 3-/2-Wegeventil. Dieses an der ersten Flanschfläche anschließbare und mit ihr lösbar verbindbare Steuerventil erlaubt die Be- und Entlüftung zweier unabhängiger Schaltausgänge.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem ein 5-/2-Wegeventil. Hiermit ist eine invers gekoppelte Be- bzw. Entlüftung von zwei pneumatischen Schaltausgängen möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem weiterhin eine pneumatische Stellvorrichtung, die wenigstens ein Prozeßventil mit einer Arbeitskammer und einer Federkammer umfaßt. Das Steuerkopf-Modulsystem umfaßt dann ferner ein Steuerventil, das ein NOT-Element ist. Dieses wird durch einen abfallenden Druck in der Arbeitskammer des Prozeßventils geschaltet und beaufschlagt die Federkammer des Prozeßventils mit Druck. Dies erhöht zusätzlich zur Federkraft des Prozeßventils die Schließkraft auf den Ventilsitz. Diese erhöhte Schließkraft verhindert auch bei Auftreten von Druckstößen ein Leckwerden des Ventilsitzes. Die Gestaltung der ersten Flanschfläche erlaubt vorteilhafter Weise einen gleichzeitigen Anbau eines NOT-Elements und eines 3-/2-Wegeventils an der Flanschfläche, wobei NOT-Element und 3-/2-Wegeventil an die pneumatischen Anschlüsse anschließbar sind. Damit kann bei immer noch gleicher Baubreite ein Stellantrieb geschaltet und die Schließkraft dieses Stellantriebs durch eine Druckbeaufschlagung erhöht werden.

Vorteilhafterweise umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem einen zweiten Flanschblock, der ebenfalls im Steuerkopfgehäuse integrierbar ist, und eine gleiche Baubreite b wie der erste Flanschblock aufweist. Der zweite Flanschblock weist eine zweite Flanschfläche auf mit einem pneumatischen Druckluftanschluß, einem pneumatischen Arbeitsanschluß und einem pneumatischen Entlüftungsanschluß. Er stellt damit weniger pneumatische Verbindungsanschlüsse bereit als der erste Flanschblock auf seiner ersten Flanschfläche. Der zweite Flanschblock ermöglicht einen gezielten Ausbau eines Steuerkopfes entsprechend den Anforderungen durch die pneumatische Stellvorrichtung.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Steuerkopf-Modulsystem einen dritten Flanschblock, der die gleiche Baubreite b wie der erste Flanschblock aufweist, wobei der dritte Flanschblock zwei Flanschflächen aufweist, die einander gegenüber liegen und wobei es sich um zwei erste Flanschflächen, zwei zweite Flanschflächen oder um eine erste und eine zweite Flanschfläche handeln kann. Damit kann bei gleichbleibender Ventil- und Flanschbaubreite eine größere Anzahl von Steuerventilen auf einem Flanschblock untergebracht werden. Das Steuerkopf-Modulsystem enthält in einer weiteren Ausführungsform auch einen vierten Flanschblock, der eine Baubreite 2b hat, die doppelt so groß ist wie die Baubreite des ersten Flanschblocks, wobei der vierte Flanschblock zwei Flanschflächen aufweist, die nebeneinander liegen. Auch hierbei kann es sich um zwei erste Flanschflächen, zwei zweite Flanschflächen oder um eine erste und eine zweite Flanschfläche handeln. Der vierte Flanschblock kann zum Einsatz kommen, wenn eine Bestückung mit Steuerventilen nur von einer Seite des Flanschblocks aus gewünscht ist. Innerhalb eines Steuerkopfgehäuses können mehrere Flanschblöcke frei kombiniert werden, auch Flanschblöcke verschiedener Bauart.

Um weitere Funktionalitäten für die Ansteuerung von Prozeßstellgeräten zur Verfügung zu stellen, ist in einer Ausführungsform in wenigstens einem Flanschblock wenigstens eine Druckluftkanalabsperrung realisiert. Damit kann der Tausch eines Steuerventils ohne Abschaltung der pneumatischen Versorgungsluft erfolgen, lediglich der vom Umbau betroffene pneumatische Schaltausgang ist vorübergehend nicht ansteuerbar.

In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens in einem Flanschblock wenigstens ein Funktionselement zur Drosselung der Druckluftzufuhr bzw. zur Druckluftentlastung des Stellantriebs realisiert. Mit dieser Drosselung des Luftdurchflusses kann die Öffnungsgeschwindigkeit bzw. die Schließgeschwindigkeit des Stellantriebs an die jeweiligen Anforderungen angepaßt werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist in wenigstens einem Flanschblock wenigstens ein Rückschlagventil integriert. Das Rückschlagventil verhindert die ungewollte gegenseitige Beeinflussung bzw. Betätigung mehrer Antriebsfunktionen über den gemeinsam verwendeten Entlüftungskanal.

In einer weiteren Ausführungsform ist in wenigstens einem Flanschblock wenigstens ein Funktionselement zur Versorgung des Steuerventils mit Steuerhilfsluft realisiert, die vorzugsweise in dem Flanschblock auch gefiltert wird. In einem Flanschblock kann auch eine Filterung der Druckluft vorgesehen sein. Durch Integration eines oder mehrerer der vorgenannten Funktionselemente in einen oder mehrere Flanschblöcke wird die durch den Steuerkopf zur Verfügung gestellte Funktionalität noch einmal erhöht, ohne daß dabei die Baubreite verändert werden muß.

In der Zeichnung zeigen

1 eine erste Flanschfläche;

2 eine zweite Flanschfläche;

3 die Verschaltung eines NOT-Elements mit einem 3-/2-Wegeventil zur Ansteuerung eines Prozeßventils.

1 zeigt eine erste Flanschfläche 10 eines ersten Flanschblocks. Die Flanschfläche 10 hat eine Baubreite b. Sie stellt fünf pneumatische Anschlüsse zur Verfügung: Einen Druckluftanschluß P, zwei Arbeitsanschlüsse A, B und zwei Entlüftungsanschlüsse R, S. Für den Anschluß eines einfachen 3-/2-Wegeventils als Steuerventil wird neben dem Druckluftanschluß P nur je ein Arbeitsanschluß und ein Entlüftungsanschluß benötigt, bei einem doppelten 3-/2-Wegeventil oder bei einem 3-/2-Wegeventil als Steuerventil werden alle fünf pneumatischen Anschlüsse belegt. Des weiteren kann ein kombiniertes Steuerventil (Doppelventil) mit den Funktionen 3/2-Wegeventil und NOT-Element gemäß 3 angebaut und angeschlossen werden.

Im Betrieb wird zur Belüftung eines Prozeßstellantriebes der Weg vom Druckluftanschluß P zum Arbeitsanschluß A oder gegebenenfalls der Weg vom Druckluftanschluß P zum Arbeitsanschluß B durch das Steuerventil freigeschaltet und zum Entlüften des Prozeßstellantriebes wird der Weg zwischen dem Arbeitsanschluß A und dem Entlüftungsanschluß R, bzw. der Weg zwischen dem Arbeitsanschluß B und dem Entlüftungsanschluß S freigeschaltet.

2 zeigt eine zweite Flanschfläche. Diese weist nur einen Druckluftanschluß P, einen Arbeitsanschluß A und einen Entlüftungsanschluß R auf. Diese pneumatischen Anschlüsse genügen zum Be- und Entlüften eines Schaltausgangs. Es kann ein 3-/2-Wegeventil oder ein NOT-Element angebaut und angeschlossen werden.

3 zeigt eine schematische Darstellung der Verschaltung eines 3-/2-Wegeventils 14 mit einem NOT-Element 16 zur Ansteuerung eines Prozeßventils 18. Das 3-/2-Wegeventils 14 ist an einer ersten Flanschfläche eines nicht dargestellten Flanschblocks an dem Druckluftanschluß P, an dem Arbeitsanschluß A und an dem Entlüftungsanschluß R angeschlossen. Das NOT-Element 16 ist mit dem Druckluftanschluß P, dem Arbeitsanschluß B und dem Entlüftungsanschluß S verbunden. Das Prozeßventil 18 umfaßt eine Arbeitskammer 20, eine Federkammer 22 mit einer Feder 24 und einen Ventilsitz 26. Der Flanschblock weist Arbeitsanschlüsse A' und B' auf, die durch den Flanschblock mit den Arbeitsanschlüssen A bzw. B verbunden sind, und an die Prozeßstellgeräte angeschlossen werden können. Der Arbeitsanschluß A' des Flanschblocks ist mit der Arbeitskammer 20 des Prozeßventils 18 verbunden, während der Arbeitsanschluß B' mit der Federkammer 22 des Prozeßventils 18 verbunden ist.

In der dargestellten Schaltstellung wird die Arbeitskammer 20 des Prozeßventils 18 über den Arbeitsanschluß A und den Entlüftungsanschluß R über das Steuerventil 14 entlüftet. Die Feder 24 in der Federkammer 22 drückt den Ventilstößel des Prozeßventils 18 nach unten und verschließt den Ventilsitz 26. Das NOT-Element 16 ist mit der Arbeitskammer 20 verbunden, wie durch eine gestrichelte Linie 28 angedeutet. Das NOT-Element umfaßt eine Feder 30, die bei abfallendem Druck in der Arbeitskammer 20 das NOT-Element schaltet, so daß ein Weg zwischen dem Druckluftanschluß P und dem Arbeitsanschluß B frei wird. Damit wird die Federkammer 22 des Prozeßventils 18 mit Druck beaufschlagt und die Schließkraft am Ventilsitz 26 erhöht.


Anspruch[de]
  1. Steuerkopf-Modulsystem für eine pneumatische Stellvorrichtung mit

    – einem Steuerkopfgehäuse;

    – wenigstens einem ersten Flanschblock, der im Steuerkopfgehäuse integrierbar ist, wobei der Flanschblock eine erste Flanschfläche aufweist mit einem pneumatischen Druckluftanschluß P, zwei pneumatischen Arbeitsanschlüssen A, B und zwei pneumatischen Entlüftungsanschlüssen R, S; und mit

    – wenigstens einem Steuerventil, das mit der ersten Flanschfläche lösbar verbindbar und an wenigstens einige der pneumatischen Anschlüsse anschließbar ist.
  2. Steuerkopf-Modulsystem nach Anspruch 1, wobei das Steuerkopf-Modulsystem ein Steuerventil umfaßt, das ein 3/2-Wege Ventil ist.
  3. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuerkopf-Modulsystem ein Steuerventil umfaßt, das ein doppeltes 3/2-Wege Ventil ist.
  4. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuerkopf-Modulsystem ein Steuerventil umfaßt, das ein 5/2-Wege Ventil ist.
  5. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die pneumatische Stellvorrichtung wenigstens ein Prozeßventil mit einer Arbeitskammer und einer Federkammer umfaßt und wobei das Steuerkopf-Modulsystem ein Steuerventil umfaßt, das ein NOT-Element ist, das durch einen abfallenden Druck in der Arbeitskammer des Prozeßventils geschaltet wird und die Federkammer des Prozeßventils mit Druck beaufschlagt.
  6. Steuerkopf-Modulsystem nach Anspruch 5, wobei gleichzeitig mit dem NOT-Element ein 3/2-Wege Ventil mit der ersten Flanschfläche lösbar verbindbar und an die pneumatischen Anschlüsse anschließbar ist.
  7. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem zweiten Flanschblock, der im Steuerkopfgehäuse integrierbar ist, mit einer Baubreite b, die gleich der Baubreite des ersten Flanschblocks ist, wobei der zweite Flanschblock eine zweite Flanschfläche aufweist mit einem pneumatischen Druckluftanschluß P, einem pneumatischen Arbeitsanschluß A und einem pneumatischen Entlüftungsanschluß R.
  8. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem dritten Flanschblock, der im Steuerkopfgehäuse integrierbar ist, mit einer Baubreite b, die gleich der Baubreite des ersten Flanschblocks ist, wobei der dritte Flanschblock zwei Flanschflächen aufweist, die einander gegenüber liegen und wobei es sich um zwei erste Flanschflächen, zwei zweite Flanschflächen mit je einem pneumatischen Druckluftanschluß P, einem pneumatischen Arbeitsanschluß A und einem pneumatischen Entlüftungsanschluß R oder um eine erste und eine zweite Flanschfläche handelt.
  9. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem vierten Flanschblock, der im Steuerkopfgehäuse integrierbar ist, mit einer Baubreite 2b, die doppelt so groß ist wie die Baubreite des ersten Flanschblocks, wobei der vierte Flanschblock zwei Flanschflächen aufweist, die nebeneinander liegen und wobei es sich um zwei erste Flanschflächen, zwei zweite Flanschflächen mit je einem pneumatischen Druckluftanschluß P, einem pneumatischen Arbeitsanschluß A und einem pneumatischen Entlüftungsanschluß R oder um eine erste und eine zweite Flanschfläche handelt.
  10. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mehrere Flanschblöcke innerhalb eines Steuerkopfgehäuses kombiniert werden können.
  11. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in wenigstens einem Flanschblock wenigstens eine Druckluftkanalabsperrung realisiert ist.
  12. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in wenigstens einem Flanschblock wenigstens ein Funktionselement zur Drosselung der Druckluftzufuhr/Druckluftentlastung des Stellantriebs realisiert ist.
  13. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in wenigstens einem Flanschblock wenigstens ein Rückschlagventil integriert ist.
  14. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in wenigstens einem Flanschblock wenigstens ein Funktionselement zur Versorgung des Steuerventils mit Steuerhilfsluft realisiert ist.
  15. Steuerkopf-Modulsystem nach Anspruch 14, wobei in wenigstens einem Flanschblock wenigstens eine Filterung der Steuerhilfsluft erfolgt.
  16. Steuerkopf-Modulsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in wenigstens einem Flanschblock wenigstens eine Filterung der Druckluft erfolgt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com