DE10300772A1 - Fluidbetätigter Aktuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Aktuator (1) mit einem Zylinder (2), einem Kolben (3) und einer mit dem Kolben (3)verbundenen Verbindungsstange (4). Bei derartigen fluidbetätigten Aktuatoren (1) ist die erste Bewegung eine geradlinige Bewegung eines Kolbens (3) und eines Zylinders (2), die in eine zweite, drehförmige Bewegung umgewandelt werden muss, um das Ventil zu betätigen. Derartige Anordnungen benötigen eine Vielzahl von beweglichen Elementen. Die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen fluidbetätigten Aktuator (1) aufzuzeigen, der einen einfacheren Aufbau aufweist und in der Folge einfacher zu warten und zu bedienen ist, wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zylinder (2) um eine Anzahl von Winkelgraden gekrümmt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Aktuator gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Weiter betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Installation eines fluidbetätigten Aktuators unter Spannung gemäß Anspruch 20.
• Bei bekannten fluidbetätigten Aktuatoren, beispielsweise 90°-Ventilstellern, ist die erste Bewegung eine geradlinige Bewegung eines Kolbens und eines Zylinders, die in eine zweite, drehförmige Bewegung umgewandelt werden muß, um das Ventil zu betätigen. Derartige Anordnungen benötigen eine Vielzahl von beweglichen Elementen, so daß sie einen komplizierten Aufbau aufweisen und folglich schwer zu warten und zu bedienen sind.
• In bekannten 90°-Ventilstellern wird die lineare Bewegung des Kolbens in einem Zylinder dadurch in eine Drehbewegung umgewandelt, daß eine Verbindungsstange an ihrem inneren Ende an dem Kolben und an ihrem äußeren Ende über eine Stellverbindungselement an einem Dreharm, der an einer drehbaren Welle befestigt ist, angebracht ist. Die Drehbewegung der Stellverbindung erzeugt ein ungleichmäßiges Moment an der Welle, die das Ventil betätigt. Wenn sich der Kolben im unteren Teil des Zylinders befindet und sich das Ventil in vollständig geschlossener oder vollständig geöffneter Position befindet, ist das Stellverbindungselement größer als 90°. Wenn sich der Kolben im Zylinder nach oben bewegt schließt sich das Verbindungselement und ist bei 90° wenn der Kolben etwa die Hälfte seines Aufwärtsweges durchmessen hat. Das Stellverbindungselement schließt sich weiterhin, und zwar solange, bis der Kolben am oberen Ende des Zylinders angekommen ist und das Stellverbindungselement seinen kleinsten Winkel erreicht hat, welcher kleiner als 90° ist. Das an dem Stellelement aufgebrachte Moment ist am größten, wenn es seine 90°-Stellung hat, dann wird auch die volle Kraft des Kolbens geradlinig in Abwärtsrichtung der Verbindungsstange aufgebracht, um die Ventilwelle zu drehen. Das Moment nimmt ab, wenn das Stellverbindungselement eine Winkelstellung kleiner oder größer als 90° einnimmt, also am Anfang und am Ende des Hubes.
• Diese Schwankung des Momentes verursacht bei Ventilbetätigungseinrichtungen ein spezielles Problem, da die Ventile im Betrieb blockieren können. Um das Ventil dann wieder zu öffnen und den Betrieb fortsetzen zu können, ist ein sog. "Losbrechmoment" notwendig.
• Dieses Losbrechmoment ist größer als das Moment für den normalen Betrieb des Ventils, und es ist das höchste Moment, das das Stellventil überhaupt benötigt. Deshalb muß ein Stellventil, welches durch die lineare Bewegung einer fluidbetätigten (hydraulischen oder pneumatischen) Kolben-Zylinder-Anordnung wie oben beschrieben angetrieben wird, in der Lage sein, das benötigte Losbrechmoment am Anfang oder am Ende des Hubes, also dann, wenn das aufgebrachte Moment am geringsten ist, aufzubringen. Dies bedeutet, daß eine Kolben-Zylinder-Anordnung benötigt wird, welche in der Mitte des Hubes einen Anstieg der Kraft ermöglicht.
• Stellventile werden in Industriezweigen benutzt, die einen sehr hohen Standard an Sauberkeit benötigen, z. B. in chemischen Fabriken oder in Lebensmittelfabriken. Deshalb werden dort pneumatische Zylinder hydraulischen aufgrund der geringeren Kontaminationsgefahr vorgezogen. Weiter besteht der Wunsch, ein komplett aus rostfreiem Stahl hergestelltes Stellventil zu haben, da bei diesen die Sanitation schneller geht, als bei andere Materialien, z. B. Aluminium.
• Viele bekannte Arten von fluidbetätigten Aktuatoren verwenden federbetätigte Kolben- Zylinder-Anordnungen, bei welchen der Einbau für den Betrieb und der Ausbau für Säuberung und Wartung gefährlich sein kann.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ventilbetätigungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufzuzeigen, um einige der oben genannten Probleme zu beheben. Weiter besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Installation eines gattungsgemäßen fluidbetätigten Aktuators unter Spannung gemäß Anspruch 20 zu entwickeln.
• Die Aufgabe der Schaffung eines gattungsgemäßen fluidbetätigten Aktuators werden durch die Hinzunahme der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die Aufgabe der Bereitstellung eines Verfahrens zur Installation eines gattungsgemäßen fluidbetätigten Aktuators unter Spannung durch die Hinzunahme der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 20 gelöst.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt der fluidbetätigte Aktuator einen Zylinder, einen Kolben und eine mit dem Kolben verbundene Verbindungsstange, wobei der Zylinder um einige Winkelgrade gekrümmt ist.
• Vorzugsweise ist der Zylinder im wesentlichen um 90° gekrümmt, ebenso ist die Verbindungsstange um im wesentlichen 90° gekrümmt. Die Verbindungsstange kann an ihrem äußeren Ende an einen Dreharm befestigt sein, der an einer drehbar gelagerten Welle angebracht ist.
• Der Dreharm kann so befestigt werden, daß er vorgespannt ist, damit er am Ende jedes Hubes den Kolben wieder zum unteren Teil des Zylinders bewegt und die Welle in ihre Startposition zurückdreht.
• Vorzugsweise werden der Zylinder, der Dreharm und das Spannungserzeugungselement auf einer Basisplatte angebracht, um jedwede seitliche oder nach außen gerichtete Bewegung während des Betriebs der Ventilbetätigungseinrichtung zu verhindern. Das Spannungserzeugungselement ist vorzugsweise eine flache Spiralfeder, welche an ihrem äußeren Ende an der Basisplatte und an ihrem inneren Ende an der Welle oder der Verbindung zwischen dem Dreharm und der Welle angebracht ist.
• Die Ventilbetätigungseinrichtung kann ein 90°-Stellventil sein und die drehbare Welle kann das Ventil betätigen.
• In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der Zylinder ein pneumatischer Zylinder, der mittels Druckluft oder Heißluft betrieben wird, welche durch eine Öffnung in den unteren Teil des Zylinders geleitet wird. Der Kolben kann ein luftdichtes Dichtungselement sein, das sich im Zylinder nach oben bewegt, wenn Luft eingeleitet wird, und durch die Feder zum Boden des Zylinders bewegt wird, wenn der Luftdruck reduziert wird. In einer Ausgestaltung befinden sich an jedem Ende des Zylinders obere und untere Abschlußelemente. Das obere Abschlußelement hat eine Öffnung, durch welches sich die Verbindungsstange hindurchbewegen kann.
• Vorzugsweise ist die Basisplatte eine runde Scheibe, wobei der Zylinder benachbart des Randes angebracht ist und die Welle durch die Mitte geführt ist. Durch diese Anordnung wird eine freie Fläche auf der einen Hälfte der Scheibe erzeugt, auf der Schalter, Steuerelemente und Messeinrichtungen befestigt werden können.
• Auf der Oberseite der Ventilbetätigungseinrichtung kann eine Abdeckung angebracht werden, die auch an der Kante der Basisplatte angebracht ist. In einer Ausführungsform kann die Abdeckung aus einem durchsichtigen Material hergestellt sein, um eine schnelle Kontrolle der Ventilbetätigungseinrichtung zu ermöglichen.
• Vorzugsweise werden die Teile der Ventilbetätigungseinrichtung, umfassend den Zylinder, den Kolben, die Verbindungsstange, den Dreharm, die Welle, die Feder, die Basisplatte, das untere und das obere Abschlußelement und die Abdeckung aus rostfreiem Stahl hergestellt. Weiter ist der Zylinder vorzugsweise aus einem geradlinigen Abschnitt eines rostfreien Stahlrohres hergestellt, der im wesentlichen um 90° gebogen wird, um seine Form zu erhalten. Das rostfreie Rohr ist vorzugsweise mit einer Oberflächenpolierung von 63,5 Mikrometern (25 micro inch) oder feiner versehen. In einer Ausbildung kann die Welle mit zwei Befestigungspunkten für den Dreharm ausgestattet sein, welche im wesentlichen um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, und weiter mit Verriegelungselementen, um den Dreharm positionsfest auf der Basisplatte zu sichern. Mit dieser Anordnung kann eine Feder gefahrlos und sicher in eine Ventilbetätigungseinrichtung ein- und ausgebaut werden, wie in dem nachfolgend dargelegten Verfahren beschrieben wird.
• Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren, um unter Spannung einen Dreharm eines 90°- Stellventils, umfassend einen Zylinder, einen Kolben, eine Verbindungsstange, einen Dreharm, eine drehbare Welle, eine Basisplatte und eine Drehfeder, bei dem die Verbindungsstange an ihrem inneren Ende mit dem Kolben und an ihrem äußeren Ende mit dem äußeren Ende des Dreharms verbunden ist, wobei der Dreharm mit seinem inneren Ende lösbar mit der Welle verbunden ist, wobei die Welle durch die Basisplatte durchgeführt ist und mit einem Federbefestigungselement, zwei Dreharmbefestigungspunkten, welche um im wesentlichen 90° zueinander versetzt sind, und mit Verriegelungselementen zum sichern der Welle in einer Position bezüglich der Basisplatte versehen ist, wobei der Zylinder auf der Basisplatte befestigt ist, wobei diese Basisplatte mit Federbefestigungselementen ausgestattet ist und wobei der Zylinder und die Verbindungsstange im wesentlichen um 90° gekrümmt sind, welches folgende Schritte umfaßt:
  
• a) Befestigen des äußeren Endes der Spiralfeder an dem auf der Basisplatte angeordneten Federbefestigungselement und des inneren Endes an dem Federbefestigungselement an der drehbaren Welle, wobei die Feder entspannt ist.
• b) Befestigung des Dreharms am ersten Befestigungspunkt der Welle.
• c) Beaufschlagen des Zylinders mit flüssigkeits- oder gasförmigem Druck und Drehen der Welle um 90°, wobei die Feder gespannt wird.
• d) Sichern der Welle an der Basisplatte mit den Verriegelungselementen.
• e) Ablassen des flüssigkeits- oder gasförmigen Drucks aus dem Zylinder.
• f) Entfernen des Dreharms von der Welle.
• g) Zurückbewegen des Dreharms, der Verbindungsstange und des Kolbens um 90°.
• h) Erneutes Verbinden des Dreharms mit dem zweiten, um im wesentlichen 90° zum ersten versetzten Befestigungspunkt der Welle.
• i) Lösen der Welle von den Verriegelungselementen der Scheibe.
• Um die Anordnung abzubauen wird das Verfahren in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. Die Erfindung kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden, wobei im weiteren zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
• Fig. 1 Eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ventilbetätigungseinrichtung mit dem Zylinder und dem Kolben in Querschnitt,
• Fig. 2 Eine Seitenansicht der Ventilbetätigungseinrichtung wie in Fig. 1 gezeigt, wobei der Zylinder nicht dargestellt ist,
• Fig. 3 Eine perspektivische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ventilbetätigungseinrichtung.
• Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte 90°-Ventilsteller 1 umfaßt einen Zylinder 2 (nicht gezeigt in Fig. 2), einen Kolben 3, eine Verbindungsstange 4, einen Dreharm 5, eine drehbare Welle 6, eine flache Spiralfeder 7 und eine Basisplatte 8.
• Der Zylinder 2 ist sicher an der Basisplatte 8 mit nicht gezeigten Befestigungselementen befestigt und mit einem unteren Abschlußelement 9 und einem oberen Abschlußelement 10 (nicht dargestellt in Fig. 2) versehen, wobei dieses mit einer Öffnung 11 versehen ist, durch welche sich die Verbindungsstange 4 bewegen kann. Die Öffnung 11 ist so bemessen, daß sich die Verbindungsstange 4 an jedem Punkt des Hubes ungehemmt bewegen kann. Der Zylinder 2 ist weiter ausgestattet mit einer Druckluftöffnung 12, durch welche der Zylinder mit Druckluft beaufschlagt werden kann.
• Der Kolben 3 ist ausgestattet mit einem o-ringförmigen Dichtungselement 13, wobei er sich frei in Auf- und Abwärtsrichtung des Zylinders 2 bewegen kann. Die Verbindungsstange 4 ist unbeweglich an dem Kolben 3 und dem Dreharm 5 angeordnet. Der Dreharm 5 ist unbeweglich an der Welle 6 angeordnet.
• Die Welle 6 reicht durch eine nicht gezeigte Öffnung in der Mitte der Basisplatte 8 und weißt einen universellen Befestigungsbereich 14 auf der Unterseite der Basisplatte 8 auf, um die Welle 6 an bekannten Ventilarten befestigen zu können.
• Die flache Spiralfeder 7 enthält endseitige Befestigungselemente 15, welche in dafür vorgesehene Schlitze des Befestigungselements 16 der Basisplatte und der Welle 6 passen. Die Basisplatte 8 ist kreisförmig und enthält folglich einen freien Bereich 17, auf dem Schalt- und Steuerelemente 18 befestigt werden können. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Ventilbetätigungseinrichtung 1 auch eine Abdeckung 19 (abgehoben und in Querschnitt dargestellt), welche auf die Basisplatte 8 paßt.
• Die Hauptkomponenten, umfassend den Zylinder 2, den Kolben 3, die Verbindungsstange 4, den Dreharm 5, die Welle 6, die Feder 7, die Basisplatte 8, das untere Abschlußelement 9, das obere Abschlußelement 10 und die Abdeckung 19 sind alle aus rostfreiem Stahl gefertigt. (Die Abdeckung 19 kann auch aus einem dafür geeigneten durchsichtigen Material gefertigt sein, um eine schnelle Begutachtung der Ventilbetätigungseinrichtung zu ermöglichen). Der Zylinder 2 ist aus einem geradlinigen Abschnitt eines rostfreien Stahlrohres hergestellt, welches um 90° gebogen ist, um seine Form zu erhalten. Durch diese Ausführung entfällt die Notwendigkeit, ein gebogenes rostfreies Stahlrohr mit der entsprechend glatten Oberfläche zu fertigen, was sehr schwierig wäre. Um korrekt zu funktionieren, muß sich das Dichtungselement in einem Rohr mit einer 63,5 Mikrometer (25 micro inch) oder feinerer Oberfläche bewegen, was bei geraden rostfreien Stahlrohren leicht verwirklichbar ist.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich der Kolben 3 auf dem halben Weg des Hubes. Der Zylinder 2 wurde mit Druckluft durch die Druckeinlaßöffnung 12 beaufschlagt, so daß der Kolben 3 im Zylinder nach oben gedrückt wird. Als Folge dreht die Verbindungsstange 4 den Dreharm 5 der die Welle 6 dreht und somit das Ventil tätigt (nicht dargestellt). Die Spiralfeder 7 ist vorgespannt auf dem Befestigungselement 16 der Basisplatte und der Welle 6 montiert, und arbeitet gegen die Bewegung des Kolbens 3. Wenn der Kolben 3 das Ende des Hubes erreicht und sich benachbart des oberen Abschlußelements 10 befindet, wird der Luftdruck auf einen Druck reduziert, welcher niedriger als die Kraft der Feder 7 ist, und die Feder 7 wird den Kolben 3 zurück in den Zylinder 2 an den Anfangspunkt des Hubes benachbart des unteren Abschlußelementes 9 bewegen. Der Zylinder wird so mit der Druckluft beaufschlagt, daß Hübe jeglicher benötigter Länge erzeugt werden können, um die Durchflußmenge durch das Ventil zu steuern.
• Während der Entwicklung der Ventilbetätigungseinrichtung 1 wurden zahlreiche unerwünschte Kräfte beobachtet, welche auf die arbeitenden Teile der Ventilbetätigungseinrichtung einwirken. Wenn die arbeitenden Teile während des Hubes nicht in einem speziellen Befestigungsverhältnis angebracht sind, kann die Feder 7 eine nach außen gerichtete Radialkraft auf die Verbindungsstange 4 ausüben, die diese gerade zu biegen versucht. Zusätzlich wird der Kolben 3 durch die Feder 7 mit einer Rotationskraft im inneren des Zylinders beaufschlagt. Weiter wurde beobachtet, daß eine Kraft derart auf das mit dem Dreharm verbundene Ende der Verbindungsstange 4 wirken kann, so daß diese beiden Teile auf die Oberfläche der Basisplatte 8 gedrückt werden. Sämtliche dieser Kräfte werden jedoch in der Ventilbetätigungseinrichtung 1 beherrscht, da der Zylinder 2 und der Dreharm 5 in der gleichen Ebene auf der Basisplatte 8 befestigt sind und die Welle 6 sich im Zentrum der Drehbewegung des Kolbens 3 befindet.
• Falls notwendig, kann die Erfindung günstigerweise auch auf fluidbetätigte Aktuatoren angewandt werden, bei denen die Drehung mehr oder weniger als 90° erfordert.
• Die Fig. 3 zeigt ein 90°-Stellventil 20 das einen Zylinder 21, ein Dichtungselement 22, eine Verbindungsstange 23, einen Dreharm 24, eine drehbare Welle 25 und eine Basisplatte 26 umfaßt. (Der fluidbetätigte Aktuator 20 funktioniert mit einer flachen Spiralfeder, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist).
• In dem Zylinder 21 sitzt ein unteres Abschlußelement 27 und ein oberes Abschlußelement 28, welches eine Öffnung 29 aufweist. Die Öffnung 29 verjüngt sich konisch, um der Verbindungsstange 23 zu ermöglichen, sich an jeder Stelle des Hubes ungehindert durchzubewegen. Das untere Abschlußelement 27 enthält eine Öffnung 30, durch welche der Zylinder 21 mit Heißluft beaufschlagt werden kann. Das untere Abschlußelement 27 ist innerhalb des Zylinders 21 mittels einer nicht gezeigten Schraube befestigt, welche durch eine Öffnung auf der Oberseite des Zylinders (nicht dargestellt) in das Schraubengewinde 31 greift. Der Zylinder 21 ist auf der Basisplatte 26 mittels Schrauben (nicht dargestellt) befestigt, welche durch Öffnungen in seiner unteren Oberfläche (nicht dargestellt) benachbart des oberen und des unteren Abschlußelements 27 und 28 durchgreifen. Die Öffnung 32 im oberen Abschlußelement stimmt überein mit einer Öffnung im Zylinder 21 und in der Basisplatte 26.
• Das Dichtungselement 22 hat einen gummierten becherförmigen Körper 33 und eine Deckplatte 34, welche mit der Verbindungsstange 23 verbunden ist. Der Dreharm 24 beinhaltet an seinem äußeren Ende ein vertikales Lager 35, welches mit einem Schraubenloch 36 zur Befestigung der Verbindungsstange 23 ausgestattet ist. Der Dreharm 24 enthält an seinem inneren Ende ein lateral gerichtetes Lager 37 und ein Schraubenloch 38 zur Befestigung an der Welle 25.
• Die Welle 25 enthält einen Federbefestigungsschlitz 39 zur Verbindung mit einer flachen Spiralfeder (nicht dargestellt), und zwei Befestigungspunkte 40 und 41 für den Dreharm, welche um 90° gegeneinander versetzt sind. Beide Befestigungspunkte 40 und 41 sind mit Schraubenlöchern 42 zur Befestigung des Dreharms 24 ausgestattet.
• Die Basisplatte 26 enthält Befestigungslöcher 43 zur Befestigung von bekannten Ventileinrichtungen (nicht dargestellt) und eine zentrale Öffnung 44, durch welche die Welle 25 reicht. Die Basisplatte 26 umfaßt ebenso einen freien Bereich 45, auf welcher Schalter und Steuerelemente (nicht dargestellt) befestigt werden können.
• Die Hauptteile der Ventilbetätigungseinrichtung 20 sind aus rostfreiem Stahl gefertigt, einschließlich des Zylinders 21, der Verbindungsstange 23, des Dreharms 24, der Welle 25, der Basisplatte 26, des unteren Abschlußelements 27 und des oberen Abschlußelements 28. Ebenso wie die Ventilbetätigungseinrichtung 1 aus den Fig. 1 und 2 ist der Zylinder 21 aus einem geradlinigen Abschnitt eines rostfreien Stahlrohres gefertigt, welches um 90° gebogen ist.
• Während der Entwicklung der Ventilbetätigungseinrichtung 20 wurde beobachtet, daß eine unerwünschte Rotationskraft auf das Dichtungselement 22 wirken kann, falls das Ventil (nicht dargestellt) blockiert und die Welle sich nicht dreht. Die Druckluft, welche gegen das statische Dichtungselement 22 drückt, kann diese dazu zwingen, in Gegenuhrzeigersinn zu drehen und sich in Richtung der Außenseite 21a des Zylinders 21 zu bewegen. Als Folge kann eine Undichtigkeit auftreten. Dieses Problem wurde jedoch mit der Ventilbetätigungseinrichtung 20 aufgrund des für das Dichtungselement 22 verwendeten Materials überwunden. Der Körper 33 ist hergestellt aus einem elastischen PTFE-Werkstoff, der geeignet für den Einsatz bei Heißluft ist, und die Deckplatte 34 ist aus einem geeigneten Plastikmaterial, z. B. Delrin, hergestellt, welches weniger elastisch als der Körper 33, aber elastischer als der Zylinder 21 ist. Wenn eine Rotationskraft auf das Dichtungselement 22 wirkt, wird der becherförmig geformte Körper 33 gegen die Außenseite 21a des Zylinders gedrückt, jedoch entstehen keine Undichtigkeiten, da die Deckplatte 34, wenn sie in Berührung mit der Zylinderwand kommt, ausreichend Unterstützung bietet, um zu verhindern, daß der nach innen gewandte Bereich des Körpers 33a sich von der Zylinderoberfläche abhebt und umgangen wird. Wenn sich das Ventil wieder löst und die Welle 25 wieder zu drehen beginnt, stößt die Deckplatte 34 zeitweilig gegen die nach innen gewandte Oberfläche des Zylinders 21, was aber aufgrund der höheren Elastizität der Deckplatte keine Beschädigung an der Innenseite des Zylinders 21 verursacht. (In einem günstigen Fall kann die oben beschriebene unerwünschte Rotationskraft dadurch behoben werden, daß die Verbindungsstange steifer ausgeführt wird, was allerdings sowohl Gewicht und Kosten erhöht).
• Im normalen Betrieb funktioniert die Ventilbetätigungseinrichtung 20 während des Hubes im wesentlichen auf die gleiche Art und Weise wie die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ventilbetätigungseinrichtung 1, außer daß Heißluft verwendet wird und durch die Öffnung 30 im unteren Abschlußelement 27 in den Zylinder 21 gelangt und daß der Kolben 3 und das o- ringförmige Dichtungselement 13 durch das Dichtungselement 22 ersetzt wurden. Jedoch unterstützt die Ventilbetätigungseinrichtung 20 ein Verfahren, um die flache Spiralfeder (nicht dargestellt) unter Spannung für den Betrieb der Ventilbetätigungseinrichtung anzubringen. Um die Spiralfeder unter Spannung zu montieren, werden die folgenden Schritte unternommen:
  
• a) Das innere Ende einer flachen Spiralfeder wird am Befestigungsschlitz 39 der Welle 25 und das äußere Ende am Befestigungselement (nicht dargestellt) der Basisplatte befestigt. Die Feder ist entspannt.
• b) Der Dreharm 24 wird ist am Befestigungspunkt 40 der Welle 25 befestigt.
• c) Der Zylinder 21 wird über die Öffnung 30 solange mit Heißluft beaufschlagt, bis sich die Welle um 90° gedreht und die Feder gespannt hat.
• d) Die Welle 25 wird in dieser Position durch eine Schraube (nicht dargestellt) gesichert" welche durch ein Schraubenloch (nicht dargestellt) an der Unterseite der Basisplatte 26 und durch ein Schraubenloch (nicht dargestellt) auf der Unterseite der Welle 26 gesteckt wird.
• e) Der Heißluftdruck wird auf Null reduziert.
• f) Der Dreharm 4 wird vom Festigungspunkt 40 entfernt.
• g) Der Dreharm 24 wird um 90° zurückgedrückt, bis das Dichtungselement 22 benachbart des unteren Abschlußelements 27 ist.
• h) Der Dreharm 24 wird am Befestigungspunkt 41 der Welle 25 befestigt.
• i) Die Welle 25 wird von der Basisplatte 26 entfernt.
• Um die Anordnung zur Wartung und Reinigung abzubauen werden die obigen Schritte umgekehrt ausgeführt.
• Die fluidbetätigten Aktuatoren dieser Erfindung haben mehrere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Erstens muß keine lineare Bewegung in eine Drehbewegung umgewandelt werden. Als Folge kann ein konstantes Moment an der Betätigungswelle des Ventils aufgebracht werden, was bedeutet, daß kein Leistungsanstieg in der Mitte des Hubes erfolgen muß, um die Anforderung für das Losbrechmoment am Anfang des Hubes zu erfüllen. Der fluidbetätigte Aktuator dieser Erfindung erreicht an allen Punkten des Hubes das Losbrechmoment.
• Zweitens gibt es sehr wenige bewegliche Teile, was zu einer einfacheren und kostengünstigeren Herstellung und einer geringen Ausfallrate führt. Weiter benutzen viele bekannte fluidbetätigte Aktuatoren mehrere Zylinder in unterschiedlichen Anordnungen, in dieser Erfindung hingegen wird nur ein Zylinder benötigt, was die Komplexität deutlich reduziert.
• Drittens können die fluidbetätigten Aktuatoren aus rostfreiem Stahl mit ausreichender Oberflächenglätte im inneren des Zylinders hergestellt werden, was bedeutet, daß die Einrichtungen für unterschiedliche Anwendungen schnell gesäubert und sterilisiert werden können.
• Viertens kann eine flache Spiralfeder verwendet werden, welche in die fluidbetätigten Aktuatoren eingebaut und für die Benutzung gefahrlos unter Spannung eingebaut werden können, und welche ebenso gefahrlos zur Reinigung und Wartung ausgebaut werden können.
• Fünftens, da die runde Basisplatte einen freien Bereich aufweist, können empfindliche Steuerelemente, Schalter und Meßeinrichtungen in einer geschützten und sicheren Umgebung unter der Abdeckung enthalten sein.

Claims (20)

1. Fluidbetätigter Aktuator mit einem Zylinder, einem Kolben und einer mit dem Kolben verbundenen Verbindungsstange, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder um eine Anzahl von Winkelgraden gekrümmt ist.

2. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder und die Verbindungsstange um im wesentlichen 90° gekrümmt sind.

3. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange an ihrem äußeren Ende mit einem an einer drehbaren Welle befestigten Dreharm verbunden ist.

4. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreharm unter Spannung befestigt ist und so angepaßt ist, daß er am Ende jedes Hubes den Kolben zum unteren Teil des Zylinders zurückbewegt und die drehbare Welle an ihre Startposition zurückdreht.

5. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder, der Dreharm und das Spannungserzeugungselement so auf einer Basisplatte angeordnet sind, daß eine Seitwärts- oder Ausdehnungsbewegung zwischen den Einzelteilen während des Betriebs des fluidbetätigten Aktuators verhindert wird.

6. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungserzeugungselement eine flache Spiralfeder ist, welche an ihrem äußerem Ende an einem auf der Basisplatte angeordneten Federbefestigungselement und an ihrem inneren Ende mit der drehbaren Welle oder einem Verbindungselement zwischen dem Dreharm und der drehbaren Welle befestigt ist.

7. Fluidbetätigter Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidbetätigter Aktuator ein 90°-Ventilsteller ist, wobei die drehbare Welle das Ventil betätigt.

8. Fluidbetätigter Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein durch Druckluft oder Heißluft betriebener pneumatischer Zylinder ist.

9. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch eine Öffnung in den unteren Teil des Zylinder eingeleitet wird.

10. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus einem luftdichten Dichtungselement besteht, das sich im Zylinder nach oben bewegt, wenn die Luft eingeleitet wird und das durch die Feder zum unteren Teil des Zylinders zurückbewegt wird, wenn der Luftdruck reduziert wird.

11. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein unteres und ein oberes Abschlußelement an jedem Ende des Zylinders angeordnet ist und daß das obere Abschlußelement eine Öfihung hat, durch die sich die Verbindungsstange bewegt.

12. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte eine runde Scheibe ist.

13. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder benachbart der Außenkante der Basisplatte angebracht ist und daß die drehbare Welle im wesentlichen durch das Zentrum der Basisplatte hindurchreicht.

14. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung über das Oberteil des fluidbetätigten Aktuators und an der Außenkante der Basisplatte angeordnet wird.

15. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einem durchsichtigen Material hergestellt ist.

16. Fluidbetätigter Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder, der Kolben, die Verbindungsstange, der Dreharm, die drehbare Welle, die Feder, die Basisplatte, das untere Abschlußelement, das obere Abschlußelement und die Abdeckung aus rostfreiem Stahl hergestellt sind.

17. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus einem geradlinigen Abschnitt eines rostfreien Stahlrohres geformt ist, das im wesentlichen um 90° gebogen wurde.

18. Fluidbetätigter Aktuator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das rostfreie Stahlrohr eine innenseitige Oberflächenglätte von 63, 5 Mikrometern (25 micro inch) oder feiner aufweist.

19. Fluidbetätigter Aktuator nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle mit zwei um im wesentlichen 90° gegeneinander versetzten Dreharmbefestigungspunkten und mit Verriegelungselementen zum positionsfesten Sichern der drehbaren Welle auf der Basisplatte versehen ist, und daß der Dreharm an jedem Dreharmbefestigungspunkt lösbar angebracht werden kann.

20. Ein Verfahren zum Anbringen eines fluidbetätigen Aktuators nach Anspruch 19 unter Spannung, welches folgende Schritte enthält:

a) Befestigen des äußeren Endes der Spiralfeder an dem auf der Basisplatte angeordneten Federbefestigungselement und des inneren Endes an dem Federbefestigungselement der drehbaren Welle, wobei die Feder entspannt ist.

b) Befestigen des Dreharms am ersten Befestigungspunkt der drehbaren Welle.

c) Beaufschlagen des Zylinders mit flüssigkeits- oder gasförmigen Druck und Drehen der drehbaren Welle um 90°, wobei die Feder gespannt wird.

d) Sichern der drehbaren Welle an der Basisplatte mit den Verriegelungselementen.

e) Ablassen des flüssigkeits- oder gasförmigen Drucks aus dem inneren des Zylinders.

f) Entfernen des Dreharms von der drehbaren Welle.

g) Zurückbewegen des Dreharms, der Verbindungsstange und des Kolbens um 90°.

h) Erneutes Verbinden des Dreharms mit dem zweiten, um im wesentlichen 90° zum ersten versetzten Dreharmbefestigungspunkt der drehbaren Welle.

i) Lösen der drehbaren Welle von den Verriegelungselementen.