DE69316584T2 - Druckmittelbetätigte Ventilstellvorrichtung insbesondere für unterseeische Verwendung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Ventilsteilvorrichtung der in der Präambel des Anspruchs 1 beschriebenen Art.
• Ventilstellvorrichtungen dieser Art werden beispielsweise zum Betätigen von Ventilen in Rohrleitungen für Gas oder Öl verwendet, in denen das Ventil im Fall von Unfällen, insbesondere dem Verlust von Flüssigkeitsdruck sich schließen oder öffnen muß, wobei das Öffnen oder Schließen in diesen Fällen durch die Kraft von Schalenfederpaketen bewirkt wird.
• In einer vorbekannten Ventilstellvorrichtung der erwähnten Art, ist das Schalenfederpaket koaxial um den relativ langen Ausgangsschaft zwischen dem Stapel und der inneren Wand des Gehäuses angeordnet, wobei ein Ende des Stapels von dem Basisflansch getragen wird, während der Zylinder nach oben durch einen oberen Deckel geschlossen ist und der Kolben, wenn Flüssigkeitsdruck ausgeübt wird, das Umsetzungsglied in Form einer getrennten Komponente nach unten gegen die Kraft des Schalenfederpakets bewegt.
• Diese bekannte Ventilstellvorrichtung leidet unter mehreren Nachteilen, denn
• - sie erfordert einen großen Raum in der Höhenrichtung, was für manche Anwendungen unerwünscht ist,
• - die Arbeit des Zusammenbaus während der Herstellung ist schwierig und zeitaufwendig und
• - schließlich konnte in der Praxis nicht nachgewiesen werden, daß sie so gestaltet ist, daß die von dem Schalenfederpaket ausgeübte Kraft in eine Drehbewegung mit einer Größe umgewandelt wird, die zum Öffnen oder Schließen großer Ventile ausreicht.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine druckmittelbetätigte Ventilstellvorrichtung der in der Präambel des Anspruchs 1 genannten Art bereitzustellen, die in der Konstruktion kompakt ist und insbesondere eine geringe Höhe hat und die wesentlich leichter als die vorbekannte Ventilstellvorrichtung zusammenzubauen ist. Dieses Ziel wird mit einer Ventilstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale charakterisiert ist.
• In dieser Anordnung sind die funktionalen Teile der Ventilstellvorrichtung im wesentlichen im entgegengesetzten Sinne im Bezug auf die Anordnung dieser Komponenten in der bekannten Ventilstellvorrichtung angeordnet mit dem Schalenfederpaket zuoberst und alleine in einem Federgehäuse angeordnet und den übrigen Komponenten der Ventilstellvorrichtung zusammengefaßt in der mit dem Federgehäuse verbundenen Basis. Dadurch wird erreicht,
• - daß die Ventilstellvorrichtung in ihrer Konstruktion kompakt ist,
• - daß bei der Herstellung die Ventilstellvorrichtung mit einem Minimum an Arbeit zusammengebaut werden kann und
• - daß letztlich es möglich ist, das Schalenfederpaket unabhängig von den übrigen Komponenten der Ventilstellvorrichtung in der Weise zu konstruieren, daß es auf das Umsetzungsglied eine Kraft ausübt, die ausreicht, um die geforderteten großen Drehkräfte zu erzielen.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Ventilstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren Wirkungen in dem folgenden detaillierten Teil der vorliegenden Beschreibung erläutert werden, werden in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
• In dem folgenden detaillierten Teil der vorliegenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung in größeren Einzelheiten unter Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform einer Ventilstellvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, die in der einzigen Figur der Zeichnungen gezeigt ist, wobei die linke Seite der Figur den Kolben in seiner obersten Stellung zeigt, während die rechte Seite der Figur den Kolben in seiner untersten Stellung zeigt.
• Die in der Zeichnung dargestellte Ventilstellvorrichtung umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Basis und ein allgemein mit 2 bezeichnetes Federgehäuse. Die Basis 1 umfaßt einen Basisflansch 3 und einen Verschlußkragen 4, in dem ein Ausgangsschaft 5 drehbar gelagert ist. Außerdem ist in der Basis 1 ein Zylinder 6, in dem sich ein Kolben 7 auf und ab bewegen kann. Ein röhrenförmiges Umsetzungsglied 8 ist ein Teil des Kolbens 7 und erstreckt sich koaxial von diesem nach unten. Auf Teilen seiner äußeren Oberfläche ist dieses Umsetzungsglied 8 mit spiralförmigen Rillen 9 versehen, in die spiralförmige Kanten 10 in einer mittleren Ausbohrung in der Basis 1 eingreifen. Auf einem Teil seiner inneren Oberfläche hat das Umsetzungsglied 8 gerade Nuten 11, in die entsprechende Nuten 12 auf einem Teil der oberen Umfangsoberfläche des Ausgangsschaftes 5 eingreifen. Wegen dem gegenseitigen Eingreifen zwischen und der Form und Anordnung der Rillen, Kanten und Nuten 9, 10 und 11, 12 dreht sich der Kolben 7 und der Ausgangsschaft 5 in einer ersten Richtung, wenn sich der Kolben 7 von seiner untersten, in der rechten Hälfte der Figur gezeigten Stellung zu der obersten, in der linken Hälfte der Figur gezeigten Stellung bewegt, während der Kolben 7 und der Ausgangsschaft 5 in einer entgegengesetzten zweiten Richtung sich drehen, wenn der Kolben 7 sich von der obersten zur untersten Stellung bewegt.
• Eine innere Anschlagschulter 6a im Zylinder 6 begrenzt die Bewegung des Kolbens 7 nach oben.
• Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 gegen die von einem vorgespannten Schalenfederpaket, allgemein mit 13 bezeichnet, ausgeübte Kraft innerhalb des Federgehäuses 2 wird erreicht durch Zuführung von Druckflüssigkeit durch die Flüssigkeitsverbindungen 14 oder 15 in den Raum in dem Zylinder 6 unter dem Kolben 7 oder zum ringförmigen Raum zwischen der Mittelbohrung in der Basis 1 und dem Ausgangsschaft 5 unter dem Umwandlungsglied 8, das nach unten aus dem Kolben 7 heraustritt, während die Bewegung des Kolbens 7 nach unten durch die Kraft des Schalenfederpakets 13 während eines gleichzeitigen Ausfließens von Flüssigkeit durch die Verbindungen 14 und 15 be6wirkt wird. Die Druckflüssigkeitsräume unter dem Kolben 7 und dem Umwandlungsglied 8 sind gegen Undichtigkeit gegenüber der Umgebung mittels geeignet angeordneter Dichtungen abgedichtet.
• Das Federgehäuse 2, in dem das Schalenfederpaket 13 angeordnet ist, besteht aus einem zylindrischen Mantel 16 und einer Abdeckung 17. An seiner untersten Kante hat der Mantel 16 eine nach innen vorspringende Schulter 18, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Basisflansches 3 ist und die an einer nach außen vorspringenden Schulter 19 an der Basis 1 anliegt und gegen letztere durch die Federkraft des Schalenfederpakets 13 gepreßt wird. Die Abdeckung 17 ist in dem Mantel 16 durch zylindrische Walzen 20 gehalten, die in einer Bahn angeordnet sind, die durch gegenüberliegende Rillen in der kreisförmigen peripheren Oberfläche der Abdeckung 17 und der kreisförmigen inneren Wand des Mantels 16 gebildet sind. Das Federgehäuse 2 ist gegen die Umgebung mittels der Dichtungen 16a und 16b abgedichtet.
• Das Schalenfederpaket 13 besteht aus einer Anzahl von Schalenfedern 21, von denen im Beispiel 9 gezeigt sind, die gegeneinander mittels Walzen 22, die in Rillen nahe der inneren peripheren Kante der einander zugeneigten Oberflächen von einander grenzenden Schalenfedern 21 und durch Walzen 23, die nahe der äußeren peripheren Kante der sich einander zuneigenden Oberflächen benachbarter Schalenfedern 21 angeordnet sind, geführt sind.
• Die oberste Schalenfeder 21 in dem Paket 13 liegt an der Abdeckung 17 mittels Walzen 24 an, die in einer Rille nahe der äußeren Umfangskante dieser Schalenfeder, in der der Abdeckung 17 gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet sind, wobei die Walzen fähig sind, sich radial in einer Umfangsaussparung in der nach unten gerichteten Oberfläche der Abdeckung 17 zu bewegen.
• Nahe seiner inneren peripheren Kante liegt die unterste Schalenfeder in dem Paket 17 mit ihrer nach unten zeigenden Oberfläche auf einem Anlagering 25 auf einer Federnabe 26 an.
• Es versteht sich, daß es möglich ist, dem Federgehäuse 2 und dem Schalenfederpaket 13 eine Form zu geben, die von den Dimensionen der Basis 1 mit den verbundenen Komponenten der Ventilstellvorrichtung unabhängig ist, so daß es möglich ist, innerhalb weiter Grenzen, beispielsweise durch Veränderung der Zahl der Schalenfedern in dem Paket 13 sowie ihrer Dimensionen und anderer Charakteristika zu erreichen, daß auf die Federnabe 26 die gewünschte Federkraft ausgeübt wird. Die Federnabe 26 überträgt die Federkraft aus dem Schalenfederpaket 13 auf den Kolben 7 mittels eines Axialdruck-Rollenlagers 28, das die Übertragung der Federkraft während der Rotation des Kolbens 7 gestattet. Zentral in der Ventilstellvorrichtung 30 befindet sich eine Anzeigespindel 29, die mit dem Ausgangsschaft 5 fest verbunden ist und die die Winkelstellung des Ausgangsschafts 5 mittels einer Indikatoreinheit 30 von bekannter Art anzeigt.
• Die Ventilstellvorrichtung funktioniert in folgender Weise: Wenn Druckflüssigkeit den Flüssigkeitsverbindungen 14 oder 15 zugeführt wird, wird der Kolben 7 gegen die Kraft des Schalenfederpakets 13 nach oben bewegt und wird, wie vorstehend erläutert, den Ausgangsschaft 5 und eine (nicht gezeigte) Ventilspindel, die mit diesem verbunden ist, in einer der möglichen Richtungen drehen, wobei der Drehwinkel und danach die Stellung des Ventils mittels der Anzeigespindel 29 und der Anzeigeeinheit 30 angezeigt wird. Wenn der Flüssigkeitsdruck in den Verbindungen 14 und 15 nachgelassen wird, bewegt die Federkraft aus dem Schalenfederpaket 13 den Kolben 7 zurück in seine ursprüngliche, auf der rechten Seite in der Zeichnung gezeigten Stellung zurück unter gleichzeitiger Drehung des Ausgangsschaftes 5 und der damit verbundenen Ventilspindel zurück in ihre Ursprungsstellung, die wieder durch die Anzeigespindel 29 und die Anzeigeeinheit 30 angezeigt wird.
LISTE DER TEILE
• 1. Basis
• 2. Federgehäuse
• 3. Basisflansch
• 4. Verschlußkragen
• 5. Ausgangsschaft
• 6. Zylinder
• 6a. Anschlagschulter
• 7. Kolben
• 8. Umsetzungsglied
• 9. spiralförmige Rillen
• 10. spiralförmige Kanten
• 11. (gerade) Nuten
• 12. (gerade) Nuten
• 13. Schalenfederpaket
• 14. Flüssigkeitsverbindung
• 15. Flüssigkeitsverbindung
• 16. Mantel
• 16a. Dichtung
• 16b. Dichtung
• 17. Abdeckung
• 18. Schulter
• 19. Schulter
• 20. Walzen
• 21. Schalenfeder
• 22. Walzen
• 23. Walzen
• 24. Walzen
• 25. Anlagering
• 26. Federnabe
• 27. halb-torische Segmente
• 28. Axialdruck-Walzenlager
• 29. Anzeigespindel
• 30. Anzeigeeinheit

Claims (6)

1. Druckmittelbetätigte Ventilstellvorrichtung, insbesondere für unterseeische Verwendung, umfassend

a) ein Gehäuse mit einem Basisflansch (3) und einer oberen Abdeckung (17),

b) einen Kolben (7), der in einem in diesem Gehäuse angeordneten Druckmittelzylinder (6) gegen die Kraft eines vorgespannten Schalenfederpakets (13) bewegbar ist

c) einen Ausgangsschaft (5) in diesem Gehäuse, der mit einer Ventilspindel verbunden werden kann, und

d) ein röhrenförmiges Umsetzungsglied (8), das sich mit dem genannten Kolben (7) bewegen kann und mittels spiralförmiger Rille (9) und gerader Nuten (11) im Eingriff mit korrespondierenden spiralförmigen Kanten (10) und geraden Nuten (12) in dem Gehäuse und auf dem Ausgangsschaft (5) die Hin- und Herbewegung des Kolben (7) in eine Drehbewegung des Ausgangsschafts (5) umwandeln kann

dadurch gekennzeichnet, daß

e) das Schalenfederpaket (13) mit dem Kolben (7) auf dessen vom Ausgangsschaft weg weisenden Seite in Eingriff steht, und

f) das Gehäuse geteilt ist in

f1) eine Basis (1), die den Zylinder (6), den Kolben (7) mit dem Umsetzungsglied (8), den Ausgangsschaft (5) und den Basisflansch (3) umfaßt, und

f2) ein Federgehäuse (2), das das Schalenfederpaket (13) aufnimmt und mit der Basis (1) ohne Verwendung von Bolzen oder Schrauben durch gegenseitig ineinander greifende Teile (18), (19), die an der Basis (1) und dem Federgehäuse (2) gebildet sind, eingreifen.

2. Ventilstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft des Schalenfederpakets (13) auf den Kolben (7) mittels einer Federnarbe (26), die drehbar auf dem Kolben angebracht ist, übertragen wird.

3. Ventilstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenfedern (21) in dem Paket (13) gegeneinander mittels Walzenelementen (22), (23) geführt sind, die in Rillen nahe dem inneren und äußeren Umfang auf der Oberfläche jeder Feder, wo diese sich gegen die nächste Feder (21) des Pakets neigt, gelagert sind.

4. Ventilstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Federgehäuse (2) aus einem zylindrischen Mantel (16) und einer darin befestigten zylindrischen oberen Abdeckung (17) besteht

b) diese obere Abdeckung (17) mit dem Mantel (16) durch zylindrische Walzen (20) in einer Bahn verbunden ist, die teilweise in dem äußeren Umfang der Abdeckung (17) und teilweise in der inneren zylindrischen Wand des Mantels (16) gebildet ist und

c) dieser Mantel (16) wegen der Vorspannung des Schalenfederpakets (13) mit der Basis (1) durch ineinander eingreifende Teil (18), (19) zusammengehalten wird, die gebildet sind durch eine nach außen vorspringende zylindrische Schulter (19) an der Basis (1), die mit einer nach innen vorspringenden zylindrischen Schulter (18) auf dem Mantel (16) in Eingriff steht.

5. Ventilstellvorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Schalenfeder (21), die der oberen Abdeckung (17) am nächsten ist, an dieser mittels Walzen anliegt, die in einer Rille nahe dem äußeren Umfang der Feder (21) angeordnet sind, wobei die genannten Walzen in einer umfänglichen Aussparung in der Abdeckung (17) anliegen und

b) die Schalenfeder (21), die der Federnabe (26) am nächsten ist, nahe ihrem inneren Umfang an einer radialen Oberfläche dieser Nabe mittels einer Anzahl halbtorischer Segmente (27) und eines harten Anlagerings (25) anliegt.

6. Ventilstellvorrichtung nach irgendeinem oder einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Kolben (7) durch einen Anschlag (6a) im Zylinder (6) begrenzt ist.