Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung mit Schnellschaltfunktion,
insbesondere für die Brand- und Explosionsbekämpfung.
Bei der Brand- und Explosionsbekämpfung sind schnell öffnende
und/oder schnell schließende Absperrorgane erforderlich, die die Zufuhr oder
Abfuhr von Materialien aus dem zu schützenden Bereich in kürzester Zeit
beenden. Solche Absperrorgane sind Schieber oder andere Ventile, die in Leitungen,
welche ein Medium transportieren können, eingebaut sind. Der Brand- und Explosionsschutzmarkt
sucht nach preisgünstigen Entkopplungseinrichtungen mit kurzen Öffnungs-
bzw. Schließzeiten deutlich unter 200 msec. Derzeit gibt es schnelle Schiebersysteme
mit Schließzeiten deutlich unter 50 msec, die im oberen Preisbereich liegen,
schnelle Quetschventile, die im unteren Preisbereich liegen, jedoch bei Stäuben
nur bedingt geeignet sind. Außerdem gibt es im unteren Preisbereich schnelle
Klappen, die ebenfalls bei Stäuben nur eingeschränkt geeignet sind. Systeme
mit Schließzeiten um 200–250 msec im unteren Preisbereich haben keine
Sicherheitsreserven in der Schließzeit und können oft nur verhältnismäßig
geringe Stellkräfte aufbringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung
mit Schnellschaltfunktion zu schaffen, die mit geringen Systemkosten herstellbar
ist und kurze Schließzeiten hat.
Die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung ist im Anspruch
1 definiert. Sie weist ein pneumatisches oder hydraulisches Stellorgan auf sowie
ein Steuerventil, das in einer ersten Position den Vorlaufanschluss des Stellorgans
mit einer Druckquelle verbindet. Erfindungsgemäß ist das mit dem Rücklaufanschluss
des Stellorgans verbundene Entlastungsventil von dem Steuerventil gesteuert. In
einer zweiten Position des Steuerventils, in der der Vorlaufanschluss des Stellorgans
drucklos ist, ist das Entlastungsventil mit der Druckquelle verbunden.
Bei der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung steuert das
Steuerventil das Entlastungsventil, wobei die Druckquelle in Abhängigkeit von
der Stellung des Steuerventils mit dem Vorlaufanschluss oder über das Entlüftungsventil
mit dem Rücklaufanschluss des Stellorgans verbunden wird. In jedem Fall führt
der Druckweg von der Druckquelle über das Steuerventil. Das erfindungsgemäße
Ventil besitzt die geforderten Eigenschaften bezüglich kurzer Schließzeiten,
eines großen Druckbereichs sowie Robustheit gegen Stäube und geringe Systemkosten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat
das Entlastungsventil bistabiles Schaltverhalten und es weist einen Steueranschluss
auf, der mit einem Auslass des Steuerventils verbunden ist. Auf diese Weise erfolgt
eine unmittelbare Steuerung des Entlastungsventils durch das Steuerventil.
Als Steuerventil ist ein 5/2-Wegeventil mit fünf Anschlüssen
und 2 Schaltstellungen zweckmäßig. Die beiden Schaltstellungen definieren
die erste und die zweite Position des Steuerventils.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung bilden in der zweiten Position des Steuerventils das Entlastungsventil
und das Stellorgan eine Reihenschaltung, die zwei Anschlüsse des Steuerventils
miteinander verbindet. Diese Anschlüsse sind die Druckauslässe des Steuerventils,
die wechselseitig mit der Druckquelle verbunden werden. Da bei einem 5/2-Wegeventil
immer einer der beiden Druckauslässe mit Druck beaufschlagt ist, entfällt
eine zusätzliche Verriegelung dieses Ventils. Durch das Entlastungsventil wird
auch bei kleinen Strömungsquerschnitten des Steuerventils das Druckfluid bei
geringem Arbeitsverlust aus dem Zylinder des Stellorgans ausgeschoben.
Um die Zuverlässigkeit des Systems zu erhöhen, kann die
Druckquelle einen Druckbehälter und einen Druckwächter enthalten. Der
Druckbehälter sichert die Versorgung bei Druckschwankungen, geringem Querschnitt
der Versorgungsleitung oder Druckausfall. Ferner kann die Druckquelle ein Rückschlagventil
enthalten, das die Entleerung des Druckbehälters zur Versorgungsleitung hin
verhindert. Zusätzlich kann ein Manometer zur optischen Druckanzeige verwendet
werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein schematischer Schaltplan der Absperrvorrichtung
dargestellt.
Die Absperrvorrichtung enthält ein Absperrorgan 10,
das in eine Rohrleitung 11 eingesetzt ist und beispielsweise aus einem
Flachschieber, einer Klappe, einem Segmentventil oder einem Kugelhahn besteht. Es
sei angenommen, dass das Absperrorgan im Brand- oder Explosionsfall schnell geschlossen
werden muss. Das Öffnen und Schließen des Absperrorgans 10 erfolgt
durch ein hydraulisches oder pneumatisches Stellorgan 12, das hier aus
einem Zylinder 13 und einem darin bewegbaren Kolben 14 mit Kolbenstange
15 besteht. Das Stellorgan 12 weist einen Vorlaufanschluss
16 und einen Rücklaufanschluss 17 auf, um den Kolben
14 entweder vor- oder zurückzubewegen.
Die Energieversorgung des Systems erfolgt durch eine
Druckquelle 18. Bei dem vorliegenden Beispiel ist das System pneumatisch
betrieben, so dass die Druckquelle 18 eine Druckluftquelle ist. An die
Druckluftquelle 18 ist über eine Leitung 19 das Steuerventil
20 angeschlossen. Das Steuerventil 20 ist ein Magnetventil, das
eine erste Position 1P und eine zweite Position 2P einnehmen kann.
Die Ruheposition ist die zweite Position 2P, in der der Elektromagnet dieses
Ventils aberregt ist. Die Arbeitsposition ist die erste Position, in der der Elektromagnet
erregt ist. Das das Steuerventil 20 infolge der automatischen Rückkehr
in die Ruheposition nur eine einzige elektrische Steuerleitung benötigt, kommt
die gesamte Absperrvorrichtung miteiner einzigen Steuerleitung aus.
Das Steuerventil 20 ist ein Ventil mit zwei Schaltstellungen
(Positionen) und fünf äußeren Anschlüssen. Von diesen Anschlüssen
sind drei Anschlüsse Eingangsanschlüsse und zwei Anschlüsse Auslassanschlüsse.
Von den Einlassanschlüssen ist jeweils einer ein Druckanschluss, der mit der
Leitung 19 verbindbar ist, einer ein Rücklaufanschluss, der mit einem
Auslass oder Schalldämpfer 21 verbunden ist und einer ein Sperranschluss,
der ebenfalls mit einem Auslass bzw. Schalldämpfer 22 verbunden ist.
In der ersten Position 1P des Steuerventils 20 verbindet
der Druckauslass DA1 die Leitung 19 mit dem Vorlaufanschluss
16 des Stellorgans 12. In der zweiten Position 2P verbindet
das Steuerventil die Leitung 19 mit dem Einlass eines Entlastungsventils
25, das über eine Leitung 26 mit dem Rücklaufanschluss
17 des Stellorgans 12 verbunden ist. Das Steuerventil
20 verbindet ferner denjenigen der Anschlüsse 16,
17, der nicht mit Druck beaufschlagt ist, mit dem Rücklauf, d. h.
mit einem der Auslässe 21, 22. Auf diese Weise wird eine
Druckwippe gebildet, bei der das Stellorgan 12 stets auf einer Seite mit
Druck beaufschlagt und auf der gegenüberliegenden Seite drucklos ist.
Das Entlastungsventil 25 ist ein bistabiles Ventil, das zwei
entgegengesetzte Ventilsitze 27, 28 hat. Eine Kugel
29 verschließt abwechselnd einen der beiden Ventilsitze
27, 28. Der Ventilsitz 27 ist über eine Leitung
30 mit einem Anschluss des Steuerventils 20 verbunden. Der Ventilsitz
28 ist mit einem Auslass 31 verbunden, der einen Schalldämpfer
aufweist. Die Leitung 30 bildet die Steuerleitung für das Entlastungsventil
25. Wenn an Leitung 30 Druck ansteht, wird die Kugel
29 gegen den Ventilsitz 28 gedrückt. Auf diese Weise gelangt
der Druck in die Leitung 26 und somit zum Rücklaufanschluss
17. Wenn die Leitung 30 drucklos ist, wird die Kugel
29 durch den Druck einer Hilfsleitung 32, die mit Leitung
26 verbunden ist, gegen den Ventilsitz 27 gedrückt. Die Leitung
26 wird dann druckentlastet.
Wenn das Absperrorgan 10 ein Schnellschlussventil ist, das
normalerweise geöffnet ist, ist die zweite Position 2P des Steuerventils
20 die Normalposition. In diesem Zustand ist über das Entlastungsventil
25 der Rücklaufanschluss 17 mit Druck beaufschlagt und der
Vorlaufanschluss 16 ist über das Steuerventil 20 drucklos.
Im Gefahrenfall muss das Absperrorgan 10 geschlossen werden. Zu diesem
Zweck wird das Steuerventil in die erste Position 1P gesteuert. Dadurch
wird der Vorlaufanschluss 16 mit Druck beaufschlagt und gleichzeitig wird
über das Entlastungsventil 25 der Rücklaufanschluss
17 drucklos. Auf diese Weise erfolgt ein schnelles Schließen des Absperrorgans
10.
Aus der Zeichnung ergibt sich, dass in der zweiten Position
2P des Steuerventils 20 das Stellorgan 12 und das Entlastungsventil
25 eine pneumatische Reihenschaltung bilden, die zwei Anschlüsse des
Steuerventils 20 miteinander verbindet. Auf diese Weise wird ein Druck-Kreislauf
gebildet, der entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn beaufschlagt
wird. In der ersten Position 1P des Steuerventils 20 besteht die
Reihenschaltung ebenfalls, jedoch ist sie dann an einem Ende durch den Auslass
31 offen und somit nicht mit dem Steuerventil verbunden.
Die Druckquelle 18 ist an eine Versorgungsleitung
35 angeschlossen. Die Versorgungsleitung 35 ist über ein
Rückschlagventil 36 mit einem Druckbehälter 37 verbunden,
der den Lieferauslass der Druckquelle 18 bildet. Die Versorgungsleitung
35 enthält einen Öler 38 und einen Filter und/oder Wasserabscheider
39. Die Versorgungsleitung ist ferner ein Manometer 40 zur Anzeige
des an den Druckbehälter 37 gelieferten Druckes angeschlossen.
Der Druckbehälter 37 ist ferner mit einem Druckwächter
41 verbunden. Hierbei handelt es sich um einen Druckschalter zur Überwachung
des Behälterdrucks und zur Erzeugung eines Alarms wenn der Behälterdruck
nicht den Vorgaben entspricht.