Betreiben des Antriebs , und Prozessventil

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Prozessventil , ein Verfahren zum Betreiben des Antriebs sowie ein Prozessventil .

Die Probleme des Standes der Technik werden gelöst durch :

Einen Antrieb gemäß dem Anspruch 1 , ein Verfahren gemäß einem abhängigen Anspruch sowie durch ein Prozessventil gemäß einem weiteren abhängigen Anspruch .

Ein Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand :

Einen Antrieb für ein Prozessventil umfassend : einen innerhalb eines Antriebsgehäuses entlang einer Stellachse beweglich gelagerten Antriebskolben, welcher einen Innenraum des Antriebsgehäuses in eine mit einem Stellfluid-Anschluss verbundene Steuerkammer und eine weitere Kammer aufteilt; wenigstens eine erste Druckfeder, welche sich am Antriebsgehäuse und an einem zugeordneten Abschnitt des Antriebskolbens abstützt, und welche den Antriebskolben in Richtung einer Ruheposition des Antriebskolbens drückt; wenigstens einen entlang der Stellachse beweglich gelagerten Hubteiler, welcher in einer in Richtung des Antriebskolbens orientierten ersten Endposition einen Primärhub des Antriebskolbens begrenzt, und welcher in einer von dem Antriebskolben weg orientierten zweiten Endposition einen Sekundärhub des Antriebskolbens begrenzt; und wenigstens eine zweite Druckfeder, welche sich am Antriebsgehäuse und an dem Hubteiler abstützt, und welche den Hubteiler in Richtung des Antriebskolbens drückt .

Durch den vorgeschlagenen Aufbau ist nur ein einziger Antriebskolben zur Realisierung von zwei unterschiedlichen Hüben notwendig . Es muss somit nur eine Lagerung und eine Abdichtung des Antriebskolbens realisiert werden . Über die Gestaltung des Hubteilers kann eine Zwischenposition zwischen Primärhub und Sekundärhub variiert werden .

Über die Aufteilung des Hubes in den Primärhub und den Sekundärhub können mittels eines einzigen vorgeschlagenen Antriebs Funktionen realisiert werden, für die üblicherweise mehrere Ventile oder ein anders gestalteter Antrieb nötig wären . Beispielsweise beim Abfüllen von schäumenden Prozessmedien kann der Primärhub beim Anfüllen oder beim abschließenden Vollfüllen, also zu Beginn und zum Ende des Abfüllvorgangs , dazu beitragen, dass ein Auf schäumen reduziert oder verhindert wird .

Vorteilhaft wird beispielsweise gegenüber Doppelkolben- Antrieben eine Reduzierung von Komponenten erreicht . Weitergehend wird der Verschleiß reduziert, da der Hubteiler resilienter gegenüber Fehlfunktionen ist . Des Weiteren baut der bereitgestellte Antrieb kleiner .

So ist z . B . von Vorteil , dass ein Abstand zwischen dem Hubteiler und dem Antriebskolben dem Primärhub entspricht, wenn sich der Antriebskolben in seiner Ruheposition befindet .

Zum Beispiel ist es von Vorteil , dass ein Abstand zwischen einem zumindest im Betrieb zum Antriebsgehäuse feststehend angeordneten Anschlag und einem dem Anschlag zugeordneten Gegenanschlag des Hubteilers dem Sekundärhub entspricht, wenn sich der Hubteiler in seiner ersten Endposition befindet .

Es ist beispielsweise vorteilhaft, dass eine zumindest im Betrieb zum Antriebsgehäuse feststehend angeordnete Hubbegrenzung einen Anschlag für den Hubteiler bereitstellt, wobei der Anschlag der Hubbegrenzung die erste Endposition des Hubteilers begrenzt .

Vorteile werden dadurch erzielt, dass der Hubteiler einen dem Antriebskolben zugewandten Anschlag bereitstellt, wobei der Anschlag des Hubteilers eine Zwischenposition des Antriebskolbens begrenzt, wenn ein dem Anschlag zugeordneter Gegenanschlag des Antriebskolbens auf den Anschlag des Hubteilers trifft . Es ist zum Beispiel von Vorteil , dass eine Position des Gegenanschlags entlang der Stellachse einstellbar ist .

Dieses Beispiel ermöglicht es , sowohl die Endposition als auch die Zwischenposition gemeinsam zu verstellen .

Des Weiteren ist es zum Beispiel von Vorteil , dass eine Position der Hubbegrenzung entlang der Stellachse einstellbar ist .

Vorteilhaft kann damit die Zwischenposition zwischen Primärhub und Sekundärhub eingestellt werden .

Ein Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand : Ein Verfahren zum Betreiben des Antriebs gemäß dem vorigen Aspekt umfassend : Anlegen, mittels einer Steuereinheit, eines ersten Drucks als Steuerdruck, sodass der Antriebskolben ausgehend von seiner Ruheposition den Primärhub bis zu einer Zwischenposition durchfährt; und Anlegen, mittels der Steuereinheit, eines zweiten Drucks als Steuerdruck, welcher größer als der erste Druck ist, sodass der Antriebskolben ausgehend von der Zwischenposition den Sekundärhub bis zu einer Endposition durchfährt .

In der Zeichnung zeigen :

Figur 1 ein Prozessventil in einer schematischen

Schnittansicht ;

Figur 2 , 3 , 5 j eweils einen Pneumatikantrieb für das Prozessventil in schematischer Schnittansicht; und Figur 4 ein schematisches Zeitdiagramm mit j eweiligen

Verläufen für Druck und Hub .

Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Prozessventil 200 . Ein Antrieb 100 ist beispielsweise ein Pneumatikantrieb und umfasst einen innerhalb eines Antriebsgehäuses 102 entlang einer Stellachse S beweglich gelagerten Antriebskolben 104 . Der Antriebskolben 104 trennt einen Innenraum des Antriebsgehäuses 102 in eine mit einem Stellfluid-Anschluss 106 verbundene Steuerkammer 108 und eine weitere Kammer 110 auf . Der Antriebskolben 104 ist mit einer Antriebsstange 112 fest bzw . starr verbunden . Alternativ kann zwischen der Antriebsstange 112 oder einem Teil derselben ein elastisches Element im Kraftweg oder eine andere Art einer kraftführenden Kopplung, also insbesondere zwischen dem Antriebskolben 104 und einem Absperrkörper, vorgesehen sein .

Wenigstens eine erste Druckfeder 114 stützt sich am Antriebsgehäuse 102 und an einem zugeordneten Abschnitt 116 des Antriebskolbens 104 ab . Die wenigstens eine erste Druckfeder 114 drückt den Antriebskolben 104 in Richtung einer Ruheposition R_104 des Antriebskolbens 104 .

Wenigstens ein entlang der Stellachse S beweglich gelagerter Hubteiler 120 begrenzt in einer in Richtung des Antriebskolbens 104 orientierten ersten Endposition - also, wenn sich der Hubteiler 120 in dieser ersten Endposition befindet - einen Primärhub Hl der Antriebsstange 112 bzw . den Primärhub Hl des Antriebskolbens 104 . Der Hubteiler 120 begrenzt in einer von dem Antriebskolben 104 weg orientierten zweiten Endposition einen Sekundärhub H2 der Antriebsstange 111 bzw . den Sekundärhub H2 des Antriebskolbens 104 . Eine zweite Druckfeder 124 stützt sich am Antriebsgehäuse 102 und an dem Hubteiler 120 ab und drückt den Hubteiler 120 in Richtung des Antriebskolbens 104 .

Gezeigt ist, dass ein Abstand zwischen dem Hubteiler 120 und dem Antriebskolben 104 dem Primärhub Hl entspricht, wenn sich der Antriebskolben 104 in seiner Ruheposition R_104 befindet .

In anderen Worten wird der Primärhub Hl durch einen minimalen Abstand zwischen dem Antriebskolben 104 und dem Hubteiler 120 bestimmt, wenn sich sowohl der Antriebskolben 104 als auch der Hubteiler 120 in ihrer Ruheposition befinden, in welcher die Druckfedern 114 und 124 im verbauten Zustand ihre maximale Ausdehnung entlang der Stellachse S aufweisen .

Die Druckfedern 114 und 124 stützen sich also an einer Innenwand eines Deckels des Antriebsgehäuses 102 ab .

Es ist auch gezeigt, dass ein Abstand zwischen einem zumindest im Betrieb des Antriebs 100 zum Antriebsgehäuse 102 feststehend angeordneten Anschlag 122 und einem dem Anschlag 122 zugeordneten Gegenanschlag 123 des Hubteilers 120 dem Sekundärhub H2 entspricht, wenn sich der Hubteiler 120 in seiner ersten Endposition R_120 befindet .

In anderen Worten wird der Sekundärhub H2 durch einen minimalen Abstand zwischen dem Hubteiler 120 und dem zum Antriebsgehäuse 102 feststehenden Anschlag 122 bestimmt, wenn sich der Hubteiler 120 in seiner Ruheposition befindet, in welcher die Druckfeder 124 im verbauten Zustand ihre maximale Ausdehnung entlang der Stellachse S aufweist . In einem nicht gezeigten Beispiel ist eine weitere Hubbegrenzung vorgesehen, die den Anschlag 122 für den Hubteiler 120 umfasst . Diese weitere Hubbegrenzung - und damit der Anschlag 122 - ist entlang der Stellachse S verstellbar ausgebildet, beispielsweise über ineinandergreifende Gewinde des Antriebsgehäuses 102 und der weiteren Hubbegrenzung . Während des Betriebs des Antriebs 100 ist der Anschlag 122 feststehend zum Antriebsgehäuse 102 angeordnet und begrenzt die Endposition des Antriebskolbens 104 bzw . die Endposition der Antriebsstange 112 .

Eine Position des Anschlags 122 entlang der Stellachse S ist einstellbar und während des Betriebs des Antriebs 100 festgelegt .

Eine zumindest im Betrieb zum Antriebsgehäuse 102 feststehend angeordnete Hubbegrenzung 130 stellt einen Anschlag 132 für den Hubteiler 120 bereit, wobei der Anschlag 132 der Hubbegrenzung 130 die erste Endposition des Hubteilers 120 begrenzt .

Der Anschlag 132 wird durch wenigstens eine vom Antriebskolben 104 weg weisende Oberfläche der Hubbegrenzung 130 bereitgestellt .

Die Hubbegrenzung 132 führt den Hubteiler 120 entlang der Stellachse S .

Eine Position der Hubbegrenzung 130 ist entlang der Stellachse S einstellbar . Hierzu weist die Hubbegrenzung 130 ein Außengewinde auf , welches in ein zum Antriebsgehäuse 102 feststehendes Innengewinde eingreift . Mittels eines in die Hubbegrenzung 130 eingreifenden Werkzeugs ist die Position der Hubbegrenzung 130 einstellbar . Beispielsweise ist ein zum Antriebsgehäuse 102 feststehendes Innengewinde vorgesehen, in welchem die Hubbegrenzung 130 mittels eines Außengewindes gehalten ist . Über die Drehposition der Hubbegrenzung 130 lässt sich die Position der Hubbegrenzung 130 entlang der Stellachse und damit die Zwischenposition einstellen .

Liegen ein Gegenanschlag 133 des Hubteilers 120 und der Anschlag 132 der Hubbegrenzung 130 aneinander an, dann ist die erste Endposition R_120 des Hubteilers 130 erreicht .

Der abschnittsweise zylindermantelartig ausgeformte Hubteiler 120 ist mittels des Hubbegrenzers 130 linear entlang der Stellachse S gelagert . Der Hubbegrenzer 130 ist ebenfalls abschnittsweise zylindermantelartig ausgeführt .

Der Anschlag 132 wird durch einen nach außen abragenden Kragen 136 des Hubbegrenzers 130 bereitgestellt . Ein nach innen ragender Kragen 138 des Hubteilers 120 umgreift den Kragen 136 .

Ein nach außen ragender Kragen 140 des Hubteilers 120 stellt eine dem Antriebskolben 104 abgewandte Anlagefläche 142 für die zweite Druckfeder 124 bereit . Des Weiteren stellt der Kragen 140 den Anschlag 126 bereit, welcher die Position der Zwischenposition zwischen dem Primärhub Hl und dem Sekundärhub H2 bereitstellt .

Der Kragen 140 ist in einem Beispiel in Umfangsrichtung nicht voll ausgeführt, sondern unterbrochen und kann in einem weitergehenden Beispiel auch wie eine Art Krone aussehen . Sich radial nach außen ragende Elemente bilden in den voran genannten Beispielen den Kragen 140 und eine unterbrochene Anlagefläche 142 aus .

Das Prozessventil 200 ist beispielsweise als Sitzventil oder Membranventil ausgebildet . Das Prozessventil 200 umfasst einen zu dem Antriebsgehäuse 102 feststehend angeordneten Ventilkörper 210 , der einen nicht gezeigten Fluidkanal , der ein Prozessfluid führt, umfasst . Der Fluidkanal verbindet wenigstens zwei Fluidanschlüsse 230 und 240 fluidführend miteinander . Der Durchfluss durch den Fluidkanal wird durch eine Position eines Absperrkörpers 250 bestimmt . Die Position der Absperrkörpers 250 begrenzt im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz im Ventilkörper 210 den Fluss des Prozessfluids durch den Ventilkörper 230 . Der Absperrkörper 250 ist mit der Antriebsstange 112 mechanisch verbunden . Die Position bzw . der Hub der Antriebsstange 112 bestimmt also die Position des Absperrkörpers 250 .

Das Prozessventil 200 ist in Figur 1 beispielhaft normal geschlossen, was bedeutet, dass der Absperrkörper 250 ohne anliegenden wirksamen Steuerdruck am Ventilsitz anliegt und kein Fluid zwischen den Anschlüssen 220 und 230 fließen kann .

Der Gesamthub setzt sich vorliegend aus dem Primärhub Hl und dem Sekundärhub H2 zusammen . Die Ruheposition R_104 des Antriebskolbens 104 kann beispielsweise durch die Position des Ventilsitzes im Ventilkörper 210 und den Absperrkörper 250 definiert sein . Der Primärhub Hl ist zum einen durch das Aufdrücken des Absperrkörpers 250 auf den Ventilsitz begrenzt und zum anderen durch die erste Endposition des Hubteilers Hl . Der Steuerdruck in der Steuerkammer 108 arbeitet gegen die Kraft der Druckfeder 114 .

Ein Verfahren zum Betreiben des Antriebs 100 umfasst : Anlegen, mittels einer Steuereinheit 300 , eines ersten Drucks pl als Steuerdruck p, sodass die Antriebsstange 112 ausgehend von ihrer Ruheposition R_104 den Primärhub Hl bis zu einer Zwischenposition Z durchfährt; und Anlegen, mittels der Steuereinheit 300 , eines zweiten Drucks p2 als Steuerdruck p, welcher größer als der erste Druck Pl ist, sodass die Antriebsstange 112 ausgehend von der Zwischenposition Z den Sekundärhub H2 bis zu einer Endposition E durchfährt .

Die Steuereinheit 300 erzeugt in Abhängigkeit von einem Stellsignal c den Steuerdruck p mit dem Druckwert pl , dem Druckwert p2 oder dem Umgebungsdruckwert, um die Zwischenposition, die Endposition oder die Ruheposition der Ventilstange 112 bzw . des Antriebskolbens 104 einzustellen .

Unter dem Anlegen des Steuerdrucks p wird verstanden, dass der Steuerkammer 108 so viel Steuerfluid bzw . Stellfluid zugeführt wird bzw . von dieser entnommen wird, dass der gewünschte Steuerdruck p innerhalb der Steuerkammer 108 herrscht .

Figur 2 zeigt einen Zustand des Antriebs 100 , in welchem ausgehend von der Figur 1 der Primärhub Hl bereits durchlaufen wurde . Zum Beispiel wird gezeigt, dass der Hubteiler 120 einen dem Antriebskolben 104 zugewandten Anschlag 126 bereitstellt, wobei der Anschlag 126 des Hubteilers 120 die Zwischenposition Z des Antriebskolbens 104 begrenzt, wenn ein dem Anschlag 16 zugeordneter Gegenanschlag 128 des Antriebskolbens 104 auf den Anschlag 126 des Hubteilers 120 trifft .

Trifft der Antriebskolbens 104 auf den Anschlag 126 , so erfährt er eine durch die zweite Druckfeder 124 verursachte Gegenkraft . In der Zwischenposition Z des Antriebskolbens 104 wirken also die Kräfte der ersten Druckfeder 114 und der zweiten Druckfeder 124 als Gegenkraft zu der durch den Steuerdruck p in der Steuerkammer 108 erzeugten Kraft auf den Antriebskolben 104 .

Die erste äußere Druckfeder 114 ist für den Primärhub Hl wirksam, wohingegen die zweite Druckfeder 124 beim Durchlaufen des Primärhubs Hl zunächst keine Wirkung hat . Nach Auftreffen des Antriebskolbens 104 auf den Hubteiler 120 muss die von den beiden Druckfedern 114 , 124 erzeugte Kraft mittels eines auf den Druckwert p2 erhöhten Steuerdrucks p in der Steuerkammer 108 überwunden werden, um den Sekundärhub H2 in Richtung der der Ruheposition des Antriebskolbens 104 gegenüberliegende Endposition zu erreichen .

Die erste Druckfeder 114 hat einen größeren Durchmesser als die zweite Druckfeder 124 . Die zweite Druckfeder 124 befindet sich innerhalb der ersten Druckfeder 114 . Der Hubteiler 120 befindet sich teilweise innerhalb des zweiten Druckfeder 124 . Zwischen der Antriebsstange 112 und dem Hubteiler 120 befindet sich in einem zur Stellachse S lotrechten Schnitt der Hubbegrenzer 130 . Figur 3 zeigt den Antrieb 100 , in welcher sich der Antriebskolben 104 und damit die Antriebsstange 112 in einer der Ruheposition gegenüberliegenden Endposition E befindet . In der Endposition E wurde der Steuerdruck p in der Steuerkammer 108 so weit auf den Druckwert p2 aus Figur 1 erhöht, dass die dem Steuerdruck p entgegenwirkenden Kräfte der beiden Druckfedern 114 , 124 überwunden wurden . Der Antriebskolben 104 und der Hubteiler 120 liegen direkt aneinander an . Der Hubteiler 120 liegt über den Gegenanschlag 123 an dem Antriebsgehäuse 102 an . In anderen Worten ist die Endposition E des Antriebskolbens 104 dann erreicht, wenn sowohl der Hubteiler 120 an dem Anschlag 122 anliegt als auch der Antriebskolben 104 an dem Hubteiler 120 anliegt .

Figur 4 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Steuerdrucks p und den zeitlichen Verlauf des Hubs H . Der Antriebskolben beginnt zum Zeitpunkt tl sich aus der Ruheposition R_104 heraus zu bewegen, nachdem der Steuerdruck p zum Zeitpunkt tO auf den Druckwert pl erhöht wurde . Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Antriebskolben die Zwischenposition Z . Der Druckwert pl reicht nicht aus , um zusätzlich die zweite Druckfeder zusammenzudrücken, weshalb der Antriebskolben bei Anliegen des Druckwerts pl bei der Zwischenposition verharrt . Ausgehend vom Zeitpunkt t3 wird der Steuerdruck p weiter in Richtung des Druckwerts p2 , der zum Zeitpunkt t5 erreicht wird, erhöht . Noch vor Erreichen des Druckwerts p2 beginnt der Antriebskolben zum Zeitpunkt t4 sich aus der Zwischenposition Z heraus in Richtung der Endposition E zu bewegen, welche zum Zeitpunkt t6 erreicht wird . Figur 5 zeigt im Gegensatz zu den Figuren 1 bis 3 den Antrieb 100 zur Realisierung einer im Vergleich mit den Figuren 1 bis 3 umgekehrten Betriebsart bzw . Steuerfunktion . Beispielsweise kann mit dem gleichen Ventilkörper 210 anstatt der normal geschlossenen Position ein normal geöffnetes Prozessventil 200 bereitgestellt werden . Im Übrigen wird auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 3 verwiesen .