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Dokumentenidentifikation DE102007012292B3 26.06.2008
Titel Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen
Anmelder RMG-GASELAN Regel + Messtechnik GmbH, 15517 Fürstenwalde, DE
Erfinder May, Günter, Dipl.-Ing. (FH), 15344 Strausberg, DE
Vertreter COHAUSZ HANNIG DAWIDOWICZ & SOZIEN, 12489 Berlin
DE-Anmeldedatum 08.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007012292
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.06.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2008
IPC-Hauptklasse F16K 17/02(2006.01)A, F, I, 20070308, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für Sicherheitsabsperrventile zu entwickeln, bei dem die Schaltkräfte für die Auslösung des Sicherheitsabsperrventils wesentlich herabgesetzt, die Empfindlichkeit gegenüber geringen Schaltkraftänderungen erhöht und der Arbeitsbereich durch Anpassung an die Drehmomente unterschiedlicher Baugrößen der Sicherheitsabsperrventile unter gleichzeitiger Erhöhung des Standardisierungsgrades für schaltkrafterzeugende Baugruppen durch die Reduzierung der Bautypen der Geräte vergrößert wird, die Einhandbedienung bei der Inbetriebnahme mit wenigen Handgriffen möglich ist und der technologische Aufwand gesenkt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass dem Verriegelungselement (16) ein Formgesperre (FG) aus einem mit einem an der Innenwandung (31) des Gehäuses (1) angeordneten Gelenk (34) schwenkbar abgelenkten Winkelhebel (H) und mindestens einer zwischen Messwerk (MW) und Winkelhebel (H) angeordneten, durch ein Gelenk (29) mit dem Winkelhebel (H) verbundene, axial verschiebbare und längenverstellbare Schaltstange (9; S1; S2) zugeordnet ist, und dass der Winkelhebel (H) eine als Widerlager für das Verriegelungselement (16) ausgebildete drehbare Rolle (R) aufweist, die das Verriegelungselement (16) bei anliegender Grenzkraft ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen, das an eine Ventilklappe zum Ver- und Entriegeln des Ventils tragende Klappenwelle kuppelbar ist, mit einem einen Boden und Deckel aufweisenden Gehäuse, in dem eine am Boden des Gehäuses kraftschlüssig gehaltene Führungsbuchse angeordnet ist, in der eine eine Nut und eine axial durchgehende Bohrung enthaltende Rastbuchse zum formschlüssigen Ankuppeln der Klappenwelle drehbar und nahezu schwimmend konzentrisch zur Achse der Klappenwelle gelagert ist, eine im Deckel drehbar gelagerte Welle, die zum Drehen der Rastbuchse mit Klappenwelle in die Offenstellung außenseitig mit einem Mitnehmer und innenseitig mit der Rastbuchse jeweils formschlüssig verbunden ist und mit einem die Rastbuchse verriegelnden walzenförmigen Element, welches von einer im Mantel der Führungsbuchse axial angeordneten Ausnehmung frei drehbar aufgenommen ist, wobei in der Rastbuchse eine an das Element angepasste Vertiefung vorgesehen ist, in die das Element zum Verriegeln der Klappenwelle eingreift und mit einem Membranmesswerk zum Bereitstellen einer aus einer Druckänderung eines Gases resultierenden, die Schaltkraft übersteigenden Grenzkraft zum Entriegeln der Klappenwelle.

Aus der DE 23 03 715 A1 ist ein gattungsgemäßes selbsttätiges Sicherheitsabsperrventil, insbesondere für Druckregelanlagen, bekannt, dessen klappenförmig ausgebildetes Verschluss-Stück auf einer in Umfangsrichtung federbelasteten Welle angeordnet ist. In der Offenstellung ist das Verschluss-Stück mittels einer Rasteinrichtung verriegelbar und mittels einer die Rasteinrichtung entriegelnden Auslöseinrichtung betätigbar. Die Rasteinrichtung besteht aus einer die Welle koaxial umgebenden gehäusefesten Führungsbuchse, die mit mindestens zwei axial verlaufenden Ausnehmungen versehen ist, mindestens umfangsverteilt in den Ausnehmungen der Führungsbuchse angeordneten Schaltwalzen, einem die Führungsbuchse koaxial umgebenden, im Gehäuse drehbeweglich angeordneten Schaltlager, dessen innere Mantelfläche mit Schaltnocken versehen ist, und auf der Welle angeordneten, axial verlaufenden Nuten zur Aufnahme der Schaltwalzen in der Ventiloffenstellung.

Dieses bekannte Sicherheitsabsperrventil hat den Nachteil, dass bei Erreichen der Ansprechwerte an den Verriegelungselementen Haft- und Gleitreibungskräfte zu überwinden sind, die in Abhängigkeit von der Größe des an der Welle anliegenden Drehmomente beträchtliche Beträge erreichen, was entweder große Messwerke für kleine Ansprechdrücke oder die Einschränkung des Führungsgrößenbereiches auf größere Sollwerte oder den Einsatz von Kraftverstärkern erforderlich macht, wodurch ein höherer technologischer Aufwand entsteht und eine Einhandbetätigung zum Öffnen des Sicherheitsabsperrventils nicht möglich ist.

Nachteilig ist ferner, dass in Abhängigkeit von der Baugröße des jeweiligen Sicherheitsabsperrventils mehrere verschieden große Schaltgeräte notwendig sind.

Die erheblichen Haft- und Gleitreibungskräfte beeinflussen die Zuverlässigkeit dieser bekannten Sicherheitsabsperrventile nachteilig.

Die DD 0 152 178 A offenbart ein ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitendes Schnellschlussventil mit einer im Gehäuse drehbar gelagerten und die Ventilklappe tragenden Stellgliedwelle, die mit einem den Schnellschluss der Ventilklappe bewirkenden mechanischen Schalter gekuppelt ist, dessen walzenförmiges Verriegelungselement von einer Nut aufgenommen wird und der koaxial zur Stellgliedwelle angeordnet ist. Es ist ein mit der Stellgliedwelle lösbar verbundener Kupplungsstutzen vorgesehen, der in dem Schalter angeordnet ist und sich im Verriegelungszustand an der Bohrungswand des Lagers sowie an dem Verriegelungselement abstützt, das einerseits von einer einzigen axial in die Mantelfläche des Kupplungsstutzens eingearbeiteten Nut aufgenommen wird und das andererseits in einer Gehäuseausnehmung angeordnet ist und welches auf einem in einem beweglichen käfigartig ausgebildeten Schieber geführten Wälzkörper rollen artig aufliegt, der zwischen dem Verriegelungselement und einem Nocken einer Schaltwelle so angeordnet ist, dass der Wälzkörper am Nocken der Schaltwelle und am Verriegelungselement eine Abrollbewegung ausführt und der beim Verriegeln durch ein am Schieber angreifendes Federmittel in die Verriegelungsstellung gelangt, und wobei der Kupplungsstutzen auf seiner Oberfläche mindestens eine Abplattung aufweist.

Anstelle der Gehäuseausnehmung ist nach DD 0 206 196 A eine Leiste vorgesehen, die in dem Gehäuse des Schalters lösbar befestigt ist und auf der sich das Verriegelungselement abstützt und wobei anstatt des Schiebers ein hülsenförmig käfigartig ausgebildeter und koaxial an der oder um die Schaltwelle gelagerter Drehschieber angeordnet ist. Der Wälzkörper ist bei dieser bekannten Lösung im Verriegelungszustand gegenüber der gedachten Achse zwischen Kupplungsstutzen und Schaltwelle um einen definierten Betrag „e" nicht fluchtend und in einem Schlitz des hülsenförmig ausgebildeten Drehschiebers angeordnet.

Zwar realisiert dieser bekannte Stand der Technik nahezu Rollreibungsverhältnisse an einem einzigen Verriegelungselement, jedoch sind auch hier an die Baugröße der Sicherheitsabsperrventile entsprechend angepasste Schalter notwendig. Die Belastungssituation an der punktgelagerten Schaltwelle erzeugt darüber hinaus Biegemomente, die in Abhängigkeit der auftretenden Toleranzen, vor allem im Zusammenhang mit dem Versatz „e", die Höhe der Schaltkraft nachteilig beeinflussen, so dass die Vorteile aus der Rollreibung nahezu aufgezehrt werden.

Aus der DE 2 245 622 A1 ist ein Sicherheitsabsperrventil für gasförmige Medien führende Druckleitungen bekannt, dessen mittels einer in Wirkrichtung belasteten Klinke in der Öffnungsstellung gehaltener Ventilverschlusskörper beim Verlassen eines bestimmten Druckbereichs des Mediums durch eine auf die Klinke wirkende Membran ausgelöst wird. Die Klinke ist innerhalb eines Gas führenden Raums angeordnet und greift direkt an einer den Ventilschlusskörper tragenden Stange an. Zum Auslösen der Klinke ist zwischen dieser und der Membran ein drehbar gelagerter Winkelhebel angeordnet, mit dessen einem Schenkel die Membran gelenkig verbunden ist und dessen der Klinke zugeordneter Schenkel zwei spiegelbildliche Auflaufflächen mit dazwischen liegender Freilauffläche für mindestens eine an der Klinke angeordnete Klinke besitzt.

Ferner ist aus der DE 199 52 610 A1 ein Sperrventil für niedrigen und hohen Druck für Regel- und Ausschalteinrichtungen einer Druckfluidströmung bekannt, das einen Körper mit einer vom Fluid durchströmten Kammer umfasst, die eine elastische Membran enthält, die abhängig von den Veränderungen des Drucks in der Kammer und nach Maßgabe von Federn Bewegungen bezüglich einer Gleichgewichtsposition ausführen kann. Es ist ein Verschluss vorhanden, der am Ende einer die Kammer durchsetzenden Betätigungsspindel angeordnet und mit der Spindel zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bezüglich eines im Weg des Fluids angeordneten Abschaltsitzes bewegbar ist, wobei die Öffnungsstellung durch ein Blockiersystem definiert ist und die Schließstellung von einer dem Verschluss zugeordneten Druckfeder verursacht wird. Zwischen der Spindel des Verschlusses und der elastischen Membran ist ein Kupplungshebel angeordnet, der zwischen einer Blockierstellung und einer Freigabestellung zum Blockieren und Freigeben der Spindel schwenkbar ist, auf einer Seite einen zum Kuppeln und Festhalten der Spindel in der Öffnungsstellung bestimmten Blockierstift und auf der entgegengesetzten Seite ein Kontaktmittel aufweist, das mit einem Freigabenocken zusammenwirkt, der mit der elastischen Membran verbunden und mit ihr bewegbar ist.

Nach der DE 85 10 235 U1 ist eine Sicherheits-Absperrvorrichtung für Gasleitungen bekannt, bei der an einem Membranteller eine Membranstange befestigt ist, auf der eine Schraubhülse fest angeordnet ist, die von einem Stift durchsetzt ist, der in einen gabelförmigen Rasthebel mit einem Langloch eingreift, der im Gehäuseunterteil an einem Bock schwenkbar gelagert ist. Der Rasthebel trägt an seinem freien Ende eine Rolle, mit welcher er an einem ebenfalls im Gehäuseunterteil schwenkbar gelagerten Kipphebel anstößt. Die Rolle sitzt auf einem kleinen Amboss auf und der Kipphebel wird durch eine Blattfeder federnd gegen die Rolle gedrückt. Das dem Amboss gegenüberliegende Ende des Kipphebels ist als abgeschrägte Nase ausgebildet, welche eine Ringschulter eines im Gehäuseunterteils gelagerten Ventilstößels hintergreift, an dem ein unter dem Druck einer Spiralfeder stehender Absperrventilteller sitzt, welcher dem Ventilsitz gegenübersteht und mit diesem das Absperren bewirkt. Steigt der Ausgangsdruck über einen vorgesehenen Wert, dann bewegt sich die Membran in Richtung Arbeitsraum, die mit der Membranstange verbundene Schraubhülse schwenkt den Rasthebel hoch, die Rolle verlässt den Amboss, der Kipphebel kippt dessen Nase gibt den unter Spannung der Spiralfeder stehenden Ventilstößel frei und der Absperrventilteller wird von der Spiralfeder auf den Ventilsitz gepresst. Das Sicherheits-Absperrventil ist geschlossen.

In diesen bekannten Lösungen, die Winkelhebel mit einer Rolle (DE 2 245 622 A1) oder Kupplungshebel mit Rolle (DE 199 52 610 A1) oder Kipphebel mit Rolle (DE 85 10 235 U1) einsetzen, bewirkt die Rolle in der Offenstellung der Ventile keinen Kraftschluss zwischen Verriegelungselement und dem Verschlussorgan, sondern dient einzig der haftreibungsarmen Übertragung einer Druckerhöhung auf die das Verschlussorgan haltenden Verriegelungselemente, so dass diese Lösungen viele Bauteile benötigen und entsprechend aufwändig sind. Bei diesen bekannten Sicherheitsabsperrventilen sind die Schalteinrichtungen integraler Bestandteil des Ventils, womit die Schalteinrichtung nur auf eine Baugröße ausgelegt sein kann. Im Übrigen sind diese bekannten Schalteinrichtungen nicht für Ventilbauarten geeignet, deren Verschlussorgan als eine Klappe ausgebildet ist und von einer Welle betätigt wird. Drehmomente werden deshalb von diesen bekannten Lösungen nicht übertragen.

Des weiteren ist aus der DE 102 31 904 C1 eine Schaltvorrichtung für ein ohne Hilfsenergie arbeitendes Sicherheitsabsperrventil bekannt, bei der in einem mit Boden und Deckel versehenen Gehäuse eine Ventilklappe tragende Welle drehbar gelagert ist, die durch eine Rasteinrichtung verriegelbar ist. Die Rasteinrichtung enthält eine zur Welle koaxial angeordnete und mit dieser drehfest verbundene zylindrische Rastbuchse und ein drehbewegliches hohlzylindrisches Schaltorgan. Die Rastbuchse weist zwei axial verlaufende, im Mantel der Buchse, diametral gegenüberliegende Ausnehmungen zur Aufnahme von walzenförmigen, in einem Schlitzzylinder geführten Verriegelungselementen auf. An der inneren Mantelfläche des hohlzylindrischen Schaltorgans sind axial verlaufende, den Verriegelungselementen zugeordnete Widerlagerkörper vorgesehen. Mit dem Schaltorgan ist mindestens ein Auslöser mechanisch gekuppelt. Zwischen den Verriegelungselementen und den Widerlagerkörpern sind in einem drehbaren hülsenförmigen Käfig diametral gegenüberliegende Wälzkörper zum Übertragen der radialen Schaltkräfte auf die Widerlagerkörper angeordnet. Die Wälzkörper liegen somit im verriegelten Zustand achsparallel nebeneinander und berühren sich jeweils an ihren Kontaktflächen, so dass die von der Drehung der Klappenwelle verursachten Radialkräfte durch ein nahezu ideales Abrollen der Kontaktflächen auf die Widerlagerkörper übertragen werden können. Die Verriegelungselemente, Wälzkörper und Widerlagerkörper sind ihren Berührungslinien um eine durch die Mittelpunkte der Verriegelungselemente, Wälzkörper, Widerlagerkörper und dem Drehpunkt der Welle geführte Achse justierbar. Dadurch ist es möglich, die Schaltkräfte auf das anliegende Drehmoment im gewissen Grad einzustellen.

Diese bekannte Justagemöglichkeit ist durch die vielen Bauteile sehr aufwändig und arbeitet nicht immer störfrei. Des Weiteren sind entsprechend ausgelegte Schaltvorrichtungen für Sicherheitsabsperrventile unterschiedlicher Baugröße notwendig, weil der Drehmomentbereich unterschiedlich großer Sicherheitsabsperrventile viel zu groß ist, um durch einen einzigen Justiervorgang abgedeckt werden zu können. Weitere mit diesen Nachteilen behaftete Schaltgeräte sind aus der DE 103 15 984 B3, GB 2 171 176 A und JP 60-65964A bekannt.

Aufgabenstellung

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für Sicherheitsabsperrventile zu entwickeln, bei dem die Schaltkräfte für die Auslösung des Sicherheitsabsperrventils wesentlich herabgesetzt, die Empfindlichkeit gegenüber geringen Schaltkraftänderungen erhöht und der Arbeitsbereich durch Anpassung an die Drehmomente unterschiedlicher Baugrößen der Sicherheitsabsperrventile unter gleichzeitiger Erhöhung des Standardisierungsgrades für schaltkrafterzeugende Baugruppen durch die Reduzierung der Bautypen der Geräte vergrößert wird, die Einhandbedienung bei der Inbetriebnahme mit wenigen Handgriffen möglich ist und der technologische Aufwand gesenkt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kontrollgeräts sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Kontrollgerät für die Verarbeitung eines breiten Drehmomentbereichs zur Verfügung steht, welches für Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen geeignet ist und zugleich in der Lage ist, das Sicherheitsabsperrventil über den gesamten Drehmomentbereich bei geringen Schaltkraftänderungen auszulösen.

Das erfindungsgemäße Kontrollgerät besitzt ein walzenförmiges Verriegelungselement, dem eine einzige an einem Hebel drehbar angeordnete Rolle zugeordnet ist, die sich an dem Verriegelungselement gegen eine radiale Kraftkomponente der Klappenwelle des Ventils abstützt. Der Hebel umfasst einen aus zwei Hebelarmen gebildeten Winkelhebel, dessen erster Hebelarm die Rolle trägt und mit einem Steuerelement zum Einstellen der Schaltkraft in Verbindung steht, und dessen zweiter Hebelarm einem unter Federkraft stehenden Rücksteller zugeordnet ist, wobei der Winkelhebel um ein im Schnittpunkt der beiden Hebelarme gelegenes, an der Gehäuseinnenwand festgelegtes, der Rolle diametral gegenüberliegendes Gelenk schwenkbar angeordnet ist, so dass die Rolle und das Verriegelungselement in der Offenstellung vor Erreichen eines der Grenzwerte der zu überwachenden Ansprechdrücke im Kraftschluss zueinander gehalten sind. Die Rolle, der Schwenkpunkt im Gelenk des Winkelhebels und das Verriegelungselement mit seiner korrespondierenden Vertiefung in der Rastbuchse liegen dann auf einer gemeinsamen Achse. Der die Rolle tragende Hebelarm ist mit einer in einer Buchse des Gehäuses geführten Schaltstange des Meßwerks über ein weiteres Gelenk verbunden und in seiner Lage gegenüber der gemeinsamen Achse verstellbar ausgebildet so dass der zur Auslösung (Ansprechen) des Sicherheitsabsperrventils führende Schwenkbereich an unterschiedlich hohe Drehmomente anpassbar ist.

Von besonderem Vorteil ist, dass die Rolle an dem Verriegelungselement bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes der eingestellten Schaltkraft durch die Schwenkbewegung des Winkelhebels um einen positiven oder negativen Betrag von der gemeinsamen Achse reibungsarm und ohne Haftreibung rollend abwälzbar angeordnet ist, so dass sich der Kraftschluss zwischen Rolle und Verriegelungselement aufhebt und das Verriegelungselement soviel Freiraum erhält, dass es eine radiale Verschiebebewegung zum Entriegeln der Rastbuchse mit Klappenwelle ausführen kann.

Das erfindungsgemäße Kontrollgerät kann beispielsweise für fünf Nennweiten eines Sicherheitsabsperrventil eingesetzt werden, ohne eine konstruktive Anpassung des Kontrollgeräts vornehmen zu müssen. Der Standardisierungsgrad der Geräte erhöht sich und der technologische Aufwand wird gesenkt.

Das erfindungsgemäße Kontrollgerät lässt sich je nach Ausführungsform sowohl für ein in das Gerät integriertes Messwerk als auch für ein an das Gehäuse des Gerätes angeflanschtes Messwerk einsetzen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts besteht darin, dass die Inbetriebnahme eines Sicherheitsabsperrventils durch die Realisierung der Einhandbedienung erheblich vereinfacht werden kann. Das erfindungsgemäße Kontrollgerät ermöglicht es, die für eine Inbetriebnahme notwendigen Funktionen wie die Herbeiführung des Druckausgleiches, die Öffnung der Ventilklappe und das Verriegeln der Ventilklappe nur durch Drehen der Betätigungseinrichtung auszuführen. Nachdem sich an der Membran des Messwerks Kräftegleichgewicht eingestellt hat, kann die Klappenwelle durch Drehen des Mitnehmers entgegen der Drehrichtung der Klappenwelle in Offenstellung gebracht werden. Der federbelastete Rücksteller bewegt den Hebel in Verriegelungsposition bezogen auf die Achse X-X. Die Ventilklappe ist in Offenstellung verriegelt.

Das erfindungsgemäße Kontrollgerät ist für rechts- oder linksdrehende Klappenwellen gleichermaßen geeignet, ist kompakt aufgebaut und bietet die Möglichkeit des lageunabhängigen Einbaus.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen die

1 einen Schnitt in Seitenansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit integriertem Messwerk für eine in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventil entlang der Linie B-B der 2,

2 einen Schnitt in Vorderansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit integriertem Messwerk für eine in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils entlang der Linie A-A der 1,

3 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit integriertem Messwerk für eine in Schließstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils entlang der Linie A-A der 1,

4a einen Schnitt in Seitenansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit externen Messwerk für eine in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils entlang der Linie C-C der 4b,

4b einen Schnitt in Vorderansicht durch das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit externen Messwerk für eine in Offenstellung gehaltene Klappenwelle eines Sicherheitsabsperrventils entlang der Linie D-D der 4a,

4c eine Einzelheit mit Darstellung der Membranstange,

5 eine schematische Darstellung von Winkelhebel, Schaltstange und Rolle,

6 einen Schritt von Winkelhebel, Schaltstange und Profilrolle sowie

7 einen Schnitt durch die Profilrolle der 6.

Beispiel 1: Kontrollgerät mit internem Messwerk

Die 1 und 2 zeigen den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kontrollgerätes KG mit einem integrierten Messwerk MW1. Das Kontrollgerät ist axial auf das aus einem Gehäuse G herausragenden Ende einer Klappenwelle W eines nicht weiter dargestellten Sicherheitsabsperrventils aufgesteckt und am Gehäuse G des Sicherheitsabsperrventils durch Schrauben angeflanscht. Das Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG und das Gehäuse G des Sicherheitsabsperrventils besitzt jeweils aufeinander abgestimmte Ausnehmungen A, die eine gemeinsame Zentrierbuchse ZB aufnehmen, welche das Kontrollgerät KG in seiner Lage zum Gehäuse G mit der herausragenden Klappenwelle W entsprechend zentriert.

Am Boden 6 des Gehäuses 1 ist eine durch Zylinderschrauben 38 und 39 drehfest gehaltene Führungsbuchse 2 angeordnet, in der eine Rastbuchse 3 mittels der Lager 4 nahezu schwimmend gelagert ist. Die Rastbuchse 3 hat eine Bohrung B1, die mit einer Nut N versehen ist, in die das Ende der Klappenwelle beim Anflanschen eingeschoben ist, um das an der Klappenwelle anliegende Drehmoment MA über eine Passfeder 35 formschlüssig auf die Rastbuchse 3 übertragen zu können. Die Rastbuchse 3 ist diamaterial der Nut N gegenüberliegend an ihrer Außenseite mit einer Vertiefung A2 versehen, die für die teilweise Aufnahme eines walzenförmigen Verriegelungselementes 16 vorgesehen ist, welches im Mantel der Führungsbuchse 2 in einer axial verlaufenden Ausnehmung A1 einliegt. Die Form und die Dimensionierung der Vertiefung A2 in der Rastbuchse 3 und der Ausnehmung A1 in der Führungsbuchse 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Verriegelungselement 16 radial frei beweglich ist. Die Führungsbuchse 2 dient somit einerseits zur Lagerung der drehbaren Rastbuchse 3 und zur Führung des radial beweglichen Verriegelungselementes 16 sowie andererseits zur Aufnahme der vertikalen Kraftkomponente der Aktionskraft aus dem Antriebsmoment MA der Klappenwelle W, die über die Rastbuchse 3 in das Verriegelungselement 16 eingeleitet wird.

Das Verriegelungselement 16 stützt sich in der Offenstellung der Klappenwelle W – wie in 2 dargestellt – an einer einzigen als Widerlager ausgebildeten Rolle R ab, die am Ende eines ersten Hebelarmes H1 eines Winkelhebels H drehbar gelagert ist. Der Winkelhebel H umfasst einen zweiten Hebelarm H2, der mit dem ersten Hebelarm H1 einen im Wesentlichen rechten Winkel einschließt. Im Schnittpunkt der beiden einander zugewandeten Enden der Hebelarme H1 und H2 befindet sich eine Bohrung 32, die ein an der Gehäuseinnenwand 31 des Kontrollgeräts KG festgelegter Zylinderstift 33 durchsetzt. Die Bohrung 32 und der Zylinderstift 33 bilden ein der Rolle R diametral gegenüberliegendes erstes Gelenk 34, um das der Winkelhebel H entsprechend schwenkbar ist.

Der erste Hebelarm H1 ist über ein zweites Gelenk 29 mit einer Schaltstange 9 verbunden, die an einem einen Membranteller 27 und eine Membran 26 haltenden Druckstück 28 des internen Messwerkes MW1 befestigt ist. Das Gelenk 29 liegt etwa mittig zwischen dem ersten Gelenk 34 und der Rolle R des Hebelarms H1 und besteht aus einer in den Hebelarm H1 eingebrachten Bohrung 25 und einem Gelenkstück 24, das die Bohrung 25 durchsetzt. Das Gelenkstück 24 besitzt einen mit Außengewinde versehenen Schraubenschaft 23, der in das Innengewinde einer Ausnehmung 22 der Schaltstange 9 in axialer Richtung einschraubbar ist, so dass die Wirklänge der Schaltstange 9 gegenüber dem Gelenk 29 durch Herausschrauben verlängert oder durch Hereinschrauben in die Ausnehmung 22 verkürzt werden kann. Dies ermöglicht es, die Lage der Rolle R in Bezug auf das Verriegelungselement 16 entsprechend der Höhe des anliegenden Antriebsmoments MA der Klappenwelle W einzustellen. Die Schaltstange 9 ist in einer vom Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG aufgenommen Buchse B axial verschieblich geführt und überträgt somit die durch den anstehenden Wirkdruck hervorgerufene Verschiebung der Membran auf das Gelenk 29, so dass der Winkelhebel H um das Gelenk 34 eine Schwenkbewegung im Winkel &phgr; in positiver oder negativer Richtung ausführen kann (siehe 3). Der Winkelhebel H, die Rolle R und die Schaltstange 9 sind zu einem Formgesperre FG zusammengefasst, das einerseits im Gelenk 34 schwenkbar ist und andererseits durch die Verstellbarkeit der Wirklänge L der Schaltstange 9 sowohl die Größe des Schwenkwinkels &phgr; bestimmt als auch eine Anpassung an die Größe des aufzunehmenden Antriebsmomentes MA ermöglicht. Im Gleichgewichtszustand, d. h. in der Offenstellung der Ventilklappe, liegen die Nut N, die Vertiefung A2 in der Rastbuchse 3, die Ausnehmung A1 der Führungsbuchse 2, das Verriegelungselement 16, die Rolle R auf einer gemeinsamen Achse X-X. Die Rolle R befindet sich an der Kontaktfläche KF im Kraftschluss zum Verriegelungselement 16 und hält dieses in der Vertiefung A2 der Rastbuchse 2 mit einer definierten Kraft fest, die einem durch die Einstellung der Wirklänge L der Schaltstange 9 eingestellten Gleichgewichtswert als Grenzkraftwert entspricht.

Zwischen Membranteller 27 und dem die Buchse B aufnehmenden Gehäuseteil befindet sich eine Rückstellfeder 13, die der Schaltstange 9 zugeordnet ist. Bei hergestelltem Kräftegleichgewicht an der Membran kann die Klappenwelle W in die Offenstellung gedreht werden. Hierzu ist im Deckel 5 des Kontrollgeräts KG eine Welle 10 zum Rückstellen drehbar gelagert, die an ihrer Außenseite mit einem Mitnehmer 11 und an ihrer Innenseite mit der Rastbuchse 3 formschlüssig verbunden ist. Durch Drehen entgegen Pfeilrichtung (Drehrichtung der Welle) wird an der Rückstellfeder 13 eine Rückstellkraft erzeugt, die den Winkelhebel H mit Rolle R automatisch in Verriegelungsposition bringt. Die Nut N, die Vertiefung A2 in der Rastbuchse 3, die Ausnehmung A1 der Führungsbuchse 2, das Verriegelungselement 16 und die Rolle R liegen dann wieder auf der gemeinsamen Achse X-X. Die Klappenwelle W ist in Offenstellung.

Dem zweiten Hebelarm H2 kann auch ein unter Federkraft stehender externer Rücksteller RS zugeordnet sein, der am Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG befestigt ist und durch eine Bohrung B3 in der Gehäusewand auf den Hebelarm H2 einwirken kann. Dieser Rücksteller RS bewegt den Winkelhebel H mit Rolle R mit Hilfe einer durch eine Feder einstellbaren Stellkraft ebenso wie die Rückstellfeder 13 in die Offenstellung.

Beispiel 2: Kontrollgerät mit externem Messwerk

Die 4a, 4b und 4c zeigen das erfindungsgemäße Kontrollgerät mit externem Messwerk MW2. Der Aufbau und die Anordnung des Winkelhebels H mit Rolle R entsprechen dem des Beispiels 1.

Das Messwerk MW2 ist am Gehäuse 1 des Kontrollgeräts KG mit Schrauben angeflanscht und enthält wie das Messwerk MW1 eine jedoch hier nicht dargestellte Membran zur Aufnahme des Wirkdruckes. Die Membran arbeitet mit einer Membranstange M1 zusammen, die mit einer Ausnehmung 19 versehen ist, in der eine Kugel K im Gleichgewichtszustand der Kräfte teilweise einliegt (siehe 4c). Sobald eine Druckänderung die Membran bewegt, überträgt diese die Bewegung auf die Membranstange M1, die sich in der hier nicht dargestellten z-Richtung verschiebt. Die Kugel K bewegt sich aus der Ausnehmung 19 heraus und drückt entgegen einer Feder F auf eine Schaltstange S1, die in einem Verbindungsstück 17 axial verschieblich angeordnet ist. Das Verbindungsstück 17 liegt in einer Ausnehmung 14 des Gehäuses 1 des Kontrollgeräts KG gasdicht ein und wird durch die Verschraubung des Messwerks MW2 am Gehäuse 1 gehalten. Die Schaltstange S1 durchdringt das Verbindungsstück 17 und setzt auf die Schaltstange S2 kraftschlüssig auf und verschiebt letztere axial in der Buchse B gegen den Hebelarm H1 des Winkelhebels H. Die Verbindung der Schaltstange S2 mit dem Hebelarm H1 entspricht dem des Beispiels 1.

Nachfolgend wird die Funktion des erfindungsgemäßen Kontrollgeräts beschrieben.

Das anliegende Drehmoment MA der Klappenwelle W des Sicherheitsabsperrventils wird von dem Verriegelungselement 16 aufgenommen, das teilweise in der Vertiefung A2 der Rastbuchse 3 einliegt und sich jeweils an der entsprechenden Wandung der Ausnehmung A1 der Führungsbuchse 2 abstützt. Die im Kontrollgerät KG wirkende Radialkraft wird direkt über das Verriegelungselement 16 auf die Kontaktfläche KF der Rolle R des Winkelhebels H übertragen. Zur Anpassung des Kontrollgeräts an das vorhandene baugrößenabhängige Antriebsdrehmoment MA der Klappenwelle W sowie zur Optimierung der Schaltkraft zwecks Auslösung des Sicherheitsabsperrventils ist der Winkelhebel H in Bezug auf die Achse X-X einstellbar. Dies geschieht durch eine entsprechende Längenänderung der Schaltstange 9 oder S2. Das erfindungsgemäße Kontrollgerät erreicht einen Arbeitsbereich zwischen 2000 bis 10000 Nmm, was einer Erhöhung des Drehmoments für eine Baugröße von 500% entspricht. Die Schaltkraft ändert sich bei einer solch signifikanten Erhöhung des Arbeitsbereichs lediglich um 6%.

Die am Hebelarm H1 drehbar gelagerte Rolle R dient als Widerlager und sichert eine sehr reibungsarme Bewegungsfähigkeit des Winkelhebels H, so dass die Auslösung der Klappenwelle W mit gegenüber den bisher bekannten Lösungen wesentlich kleineren Schaltkräften erfolgen kann. Es treten keine Haft- und Gleitreibungskräfte an der Kontaktfläche KF des Verriegelungselements 16 auf und sind lediglich die Rückstellkräfte, die drehmomentbedingten Reibkräfte (nahezu Rollreibung) und die Lagerreibung zwischen den Lagerungen von Winkelhebel H und Rolle R zu überwinden.

Der Schaltvorgang zur Auslösung des Sicherheitsabsperrventil wird mittels der Schaltstange 9 im Beispiel mit integriertem Messwerk MW1 bzw. mit geteilten Schaltstangen S1 und S2 im Beispiel mit externen Messwerk MW2 realisiert, nachdem der Grenzwert der eingestellten Ansprechdrücke über- oder unterschritten wird. Der um den erforderlichen Schwenkwinkel &phgr; ausgelenkte Winkelhebel H gibt die Verriegelung der mit der Rastbuchse 3 gekuppelten Klappenwelle W frei, die nicht dargestellte Ventilklappe des Sicherheitsabsperrventils wird vom Antriebsmoment der Klappenwelle W und den Strömungskräften beschleunigt, erreicht die Schließlage und sperrt den freien Gasdurchgang ab.

Haben die zu überwachenden Größen ihren normalen Betriebswert wieder erreicht, stellt sich ein entsprechendes Gleichgewicht an der Membran des Messwerks MW1 oder MW2 ein.

Die Klappenwelle W kann mittels einer Betätigungseinrichtung BE – wie zuvor bereits beschrieben – in die Offenstellung gebracht werden. Das Kontrollgerät KG verriegelt die Klappenwelle W und das Sicherheitsabsperrventil ist wieder betriebsbereit.

Die 5 bis 7 zeigen Varianten des Einsatzes der Rolle R aus Stahl mit einer gehärteten glatten Oberfläche oder einer profilierten Oberfläche. Die Rolle R mit der profilierten Oberfläche weist ein Profil auf, das eine Tiefe t im Bereich zwischen dem 0,02 bis 0,03-fachen des Durchmessers d der Rolle R hat und aus axial verlaufenden Kreissegmenten mit einem Radius des 0,4-fachen des Durchmessers besteht.

1
Gehäuse des Kontrollgeräts KG
2
Führungsbuchse
3
Rastbuchse
4
Lager
5
Deckel in KG
6
Boden des KG
9
Schaltstange
10
Welle zum Rückstellen
11
Mitnehmer an 10
13
Rückstellfeder
14
Ausnehmung für 17 in 1
16
Verriegelungselement
17
Verbindungsstück für MW2
19
Ausnehmung in M1
22
axiale Ausnehmung in 9
23
Schraubenschaft von 24 des Gelenks 29
24
Gelenkstück des Gelenks 29
25
Bohrung in Hebelarm H1 für 24
26
Membran von MW1
27
Membranteller von MW1
28
Druckstück von MW1
29
zweites Gelenk des Winkelhebels H
31
Gehäuseinnenwand
32
Bohrung im Winkelhebel für Gelenk 34
33
Zylinderstift für Gelenk 34
34
erstes Gelenk
35
Passfeder
38, 39
Zylinderschrauben
40
Deckel an KG
A
Ausnehmung im Gehäuse von KG und G
A1
Ausnehmung in 2
A2
Vertiefung in 3
B
Buchse für 9 in 1 bzw. S2 in 1
B1
Bohrung in 3
B3
Bohrung in 1 für Rücksteller RS
BE
Betätigungseinrichtung
d
Durchmesser der Rolle R
E-E
Achse der Schaltstange
F
Feder
FG
Formgesperre
G
Gehäuse des Sicherheitsabsperrventils
H
Winkelhebel
H1
Hebelarm von H
H2
Hebelarm von H
K
Kugel
KF
Kontaktfläche an Rolle R
KG
Kontrollgerät
L
Länge der Schaltstange
M1
Membranstange in MW2
MA
Antriebsdrehmoment
MW, MW1, MW2
Messwerk
N
Nut in Bohrung B1
R
Rolle
r
Radius des Kreissegmentes in R
RS
Rücksteller
S1, S2
Schaltstange
t
Tiefe des Radius r in Rolle
W
Klappenwelle
X-X
Achse
ZB
Zentrierbuchse
&phgr;
Schwenkwinkel


Anspruch[de]
Kontrollgerät mit Schaltfunktion für ohne Hilfsenergie und Hilfsgas arbeitende Sicherheitsabsperrventile verschiedener Baugrößen, das an eine Ventilklappe zum Ver- und Entriegeln des Ventils tragende Klappenwelle (W) kuppelbar ist, mit einem einen Boden (6) und Deckel (5; 40) aufweisenden Gehäuse (1), in dem eine am Boden des Gehäuses kraftschlüssig gehaltene Führungsbuchse (2) angeordnet ist, in der eine eine Nut (N) und eine axial durchgehende Bohrung enthaltende Rastbuchse (3) zum formschlüssigen Ankuppeln der Klappenwelle (W) drehbar und nahezu schwimmend konzentrisch zur Achse der Klappenwelle gelagert ist, eine im Deckel (5) drehbar gelagerte Welle (10), die zum Drehen der Rastbuchse (3) mit Klappenwelle in die Offenstellung außenseitig mit einem Mitnehmer (11) und innenseitig mit der Rastbuchse (3) jeweils formschlüssig verbunden ist und mit einem die Rastbuchse verriegelnden walzenförmigen Element (16), welches von einer im Mantel der Führungsbuchse (2) axial angeordneten Ausnehmung (A1) frei drehbar aufgenommen ist, wobei in der Rastbuchse (3) eine an das Element (16) angepasste Vertiefung (A2) vorgesehen ist, in die das Element (16) zum Verriegeln der Klappenwelle (W) eingreift und mit einem Membranmesswerk (MW) zum Bereitstellen einer aus einer Druckänderung eines Gases resultierenden, die Schaltkraft übersteigenden Grenzkraft zum Entriegeln der Klappenwelle (W), dadurch gekennzeichnet, dass dem Verriegelungselement (16) ein Formgesperre (FG) aus einem mit einem an der Innenwandung (31) des Gehäuses (1) angeordneten Gelenk (34) schwenkbar angelenkten Winkelhebel (H) und mindestens einer zwischen Messwerk (MW; MW1; MW2) und Winkelhebel (H) angeordneten, durch ein Gelenk (29) mit dem Winkelhebel (H) verbundenen, axial verschiebbarer und längeneinstellbaren Schaltstange (9; S1; S2) zugeordnet ist, und dass der Winkelhebel (H) eine als Widerlager für das Verriegelungselement (16) ausgebildete drehbare Rolle (R) aufweist, die das Verriegelungselement (16) bei anliegender Grenzkraft kraftschlüssig gegen eine radiale Kraftkomponente der Klappenwelle (W) in seiner Offenstellung hält, wobei die Rolle (R), das Verriegelungselement (16), die Nut (N), und die Vertiefung (A2) auf einer durch die Länge (L) der Schaltstange (9; S1; S2) bestimmten gemeinsamen Achse (X-X) liegen, um die der Winkelhebel (H) mit Rolle (R) bei einem Über- oder Unterschreiten der Grenzkraft eine Schwenkbewegung in seinem Gelenk (34) in positiver oder negativer Richtung zum Lösen des Kraftschlusses zwischen Rolle (R) und Verriegelungselement (16) bewirkt. Kontrollgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelhebel (H) Hebelarme (H1; H2) umfasst, dessen einer Hebelarm (H1) die Rolle (R) trägt und mit der Schaltstange (9; S1; S2) in Verbindung steht, und dessen anderem Hebelarm (H2) ein unter Federkraft stehender extern verstellbarer Rücksteller (RS) zugeordnet ist. Kontrollgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (34) des Winkelhebels (H) im Schnittpunkt der beiden Hebelarme (H1; H2) angeordnet ist und der Rolle (R) diametral gegenüberliegt. Kontrollgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstange (9) zur Übertragung der Schaltkraft einerends über einen Kolben direkt mit einer vom Ansprechdruck des Gases beaufschlagten Membran (26) des integrierten Messwerks (MW1) und anderenends durch das mit einem Schraubenschaft (23) versehenen Gelenkstück (24) direkt mit dem Hebelarm (H1) des Winkelhebels (H) verbunden ist, wobei der Schraubenschaft (23) in eine mit Innengewinde versehene axiale Ausnehmung (22) der Schaltstange (9) so einschraubbar ist, dass die Schaltstange in ihrer Länge (L) durch ein Drehen um ihre Achse E-E in positiver oder negativer Richtung bezogen auf die X-X-Achse auf unterschiedliche Drehmomentwerte einstellbar ist. Kontrollgerät nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Membran (26) des internen Messwerks (MW1) und der die Buchse (B) aufnehmenden Wandung des Gehäuses (1) eine die Schaltstange (9) umschließende Rückstellfeder (13) angeordnet ist, die bei Drehen des Mitnehmers (11) entgegen der Drehrichtung der Klappenwelle das Verriegelungselement (16) durch Verschwenken des Winkelhebels (H) in seine Verriegelungsposition in der Rastbuchse (3) bringt. Kontrollgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, dass zwei Schaltstangen (S1; S2) zur Übertragung der Schaltkraft mit einer vom Ansprechdruck des Gases beaufschlagten Membran (26) des externen angeflanschten Messwerks (MW2) über eine Membranstange (M1) und eine Kugel (K) vorgesehen sind, von denen die Schaltstange (S1) von einem Verbindungsstück (17) im Kraftschluss zur Schaltstange (S2) gehalten ist, und die Schaltstange (S2) durch ein mit einem Schraubenschaft (23) versehenes Gelenkstück (24) mit dem Hebelarm (H1) des Winkelhebels (H) verbunden ist, wobei der Schraubenschaft (23) in eine mit Innengewinde versehene axiale Ausnehmung (22) der Schaltstange (S2) so einschraubbar ist, dass die Schaltstange (S2) in ihrer Länge (L) durch ein Drehen um ihre Achse E-E in positiver oder negativer Richtung bezogen auf die X-X-Achse auf unterschiedliche Drehmomentwerte einstellbar ist. Kontrollgerät nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem das externe Messwerk (MW2) haltenden Deckel (40) und der die Buchse (B) aufnehmenden Wandung des Gehäuses (1) eine die Schaltstange (S2) umschließende Rückstellfeder (13) angeordnet ist, die bei Drehen des Mitnehmers (11) entgegen der Drehrichtung der Klappenwelle das Verriegelungselement (16) durch Verschwenken des Winkelhebels (H) in seine Verriegelungsposition in der Rastbuchse (3) bringt. Kontrollgerät nach Anspruch 1, 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Verriegeln des Verriegelungselements (16) ein externer einstellbarer Rücksteller (RS) vorgesehen ist, der dem Hebelarm (H2) des Winkelhebels (H) zugeordnet ist. Kontrollgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (R) an dem Verriegelungselement (16) bei Über- oder Unterschreiten der Grenzwerte der vorgegebenen Ansprechdrücke durch die Schwenkbewegung des Winkelhebels (H) um einen positiven oder negativen Betrag von der Achse (X-X) reibungsarm und ohne Haftreibung abwälzbar angeordnet ist, wobei der Kraftschluss zwischen Rolle und Verriegelungselement aufgehoben wird und das Verriegelungselement (16) soviel Freiraum erhält, dass es eine radiale Verschiebebewegung zum Entriegeln der Rastbuchse (3) mit Klappenwelle (W) ausführen kann. Kontrollgerät nach Anspruch 1 bis 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (R) eine glatte gehärtete oder profilierte Oberfläche aufweist.






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