Stellantrieb für ein Schnellschlussventil Die Erfindung betrifft ein Stellantrieb für ein Schnell ^¬ schussventil nach den Merkmalen des unabhängigen Patentan ^¬ spruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schnell ^¬ schlussventil nach den Merkmalen des unabhängigen Patentan ^¬ spruchs 6.

Schnellschlussventile kommen immer dann zum Einsatz, wenn aus Sicherheitsgründen die Fluidströmung in Anlagen schlagartig unterbrochen werden muss, um eine Gefahrensituation abzuwen ^¬ den. Turbinen benötigen beispielsweise aus Sicherheitsgründen ein Schnellschlussventil, das bei Überdrehzahl oder anderen Notfällen die Dampf-/Gaszufuhr zur Turbine möglichst schnell unterbricht, um ein Durchgehen der Turbine zu verhindern. Die Schnellschlussventile benötigen einen Stellantrieb, der so ^¬ wohl eine hohe Schließgeschwindigkeit ermöglicht, wie auch eine hohe Stellkraft besitzt. Zusätzlich müssen diese Stell ^¬ antriebe ein sicheres und schnelles Schließen des Schnell ^¬ schlussventils gewährleisten. Bislang sind hauptsächlich hyd ^¬ raulische und pneumatische Stellantriebe im Einsatz. Diese schließen in der Regel durch eine Federkraft in dem das Medi- um vor dem Kolben über ein Magnetventil abgeströmt wird. Ein elektrischer Stellantrieb wäre wünschenswert, da dann auf das bislang verwendete Regelöl verzichtet werden könnte. Bislang werden elektrische Stellantriebe aber vorwiegend für Ventile zur Turbinenregelung verwendet.

Ein Schnellschlussventil mit elektrischem Stellantrieb ist in der DE 15 00 249 A offenbart. Der Stellantrieb weist eine mit dem Schnellschlussventil koppelbare Ventilspindel auf. Die Ventilspindel ist in axialer Richtung verschiebbar und an der dem Schnellschlussventil abgewandten Seite an einem Federtel ^¬ ler befestigt, welcher gegen eine Federkraft einer Schließfe ^¬ der vorspannbar ist. Der Federteller steht in Wirkverbindung mit einer bewegbaren Klinke, wobei die Klinke in Richtung ei- „

nes elektromagnetischen Haftmagneten und mittels Bestromung des elektromagnetischen Haftmagneten gehalten werden kann. Bei einer axialen Bewegung der Spannspindel entgegen der Fe ^¬ derkraft kann die Klinke in die Klinkenscheibe einhaken. Bei einem stromlosen Zustand des elektromagnetischen Haftmagneten klinkt die Klinke aus der Klinkenscheibe aus und die Schließ ^¬ feder entspannt, wodurch das Schnellschlussventil schließt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ist es, ein Stellantrieb für ein Schnellschlussventil bereitzustellen, welcher ein schnelles Schließen eines Schnellschlussventils ermöglicht und einen störungsfreien Betrieb gewährleistet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Schnellschlussventil mit ei ^¬ nem solchem Stellantrieb bereitzustellen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Stellantriebs durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsicht ^¬ lich des Schnellschlussventils wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst.

Weitere Vorteile der Erfindung, die einzeln oder in Kombina ^¬ tion miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unter ^¬ ansprüche . Der erfindungsgemäße Stellantrieb für ein Schnellschlussven ^¬ til, umfasst eine mit dem Schnellschlussventil koppelbare Ventilspindel, wobei die Ventilspindel in axialer Richtung verschiebbar ist und an der dem Schnellschlussventil abge ^¬ wandte Seite an einem Federteller befestigt ist, welcher ge- gen eine Federkraft einer Schließfeder vorspannbar ist, wobei die Vorspannung mittels einer in axialer Richtung bewegbaren Spannspindel (3) erfolgt, die an Ihrem zum Federteller (10) gerichteten Ende einen elektromagnetischen Haftmagneten (2) aufweist, an dem bei Bestromung des Haftmagneten (2), der Fe- derteller (10) haftet und dadurch mittels der Spannspindel

(3) gegen die Federkraft der Schließfeder ( 4 ) vorspannbar ist, und wobei bei einem stromlosen Zustand des elektromagneti- sehen Haftmagneten (2), der Federteller (10) frei gegeben wird und die Schließfeder (4) entspannt.

Der Haftmagnet ist dabei so ausgelegt, dass seine Haftkraft ausreicht, um as Schnellschlussventil gegen die Federkraft der Schließfeder (4) vorzuspannen und zu in Position zu hal ^¬ ten, dazu da, um die Klinke in Position zu halten. Die K Aus ^¬ lösung des Schnellschlusses erfolgt unabhängig vom Antrieb der Spannspindel und kann dadurch sehr schnell erfolgen.

Der Stellantrieb ist nach dem sogenannten Fehl-Safe-Prinzip aufgebaut, das heißt er schließt das Schnellschlussventil bei Stromausfall selbstständig . Für den erfindungsgemäßen Stell ^¬ antrieb können darüber hinaus Teile verwendet werden, die günstig in der Herstellung oder in der Beschaffung sind, wo- durch sich ein kostengünstiger Stellantrieb realisieren lässt .

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stellan ^¬ trieb für das Schnellschlussventil dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spannspindel mittels eines elektrischen An ^¬ triebs in axialer Richtung bewegbar ist.

Durch die Verwendung eines elektrischen Antriebs für die Spannspindel kann auf das sonst üblicherweise verwendete Regelöl vollständig verzichtet werden. Da das Regelöl häufig eine Gefahrenquelle, insbesondere eine Brandgefahr darstellt, erhöht sich durch die Verwendung des elektrischen Antriebs die Betriebssicherheit des Schnellschlussventils. Der

Schließmechanismus des Schnellschlussventils ist dabei so konstruiert, dass er unabhängig ist vom elektrischen Antrieb, welcher das Schnellschlussventil öffnet. Wird als elektri ^¬ scher Antrieb ein Regelmotor verwendet kann das Schnell ^¬ schlussventil gleichzeitig als Regelventil eingesetzt werden. Hierdurch kann das Ventil sowohl den Schnellschluss als auch die Regelung des Durchflusses durch das Ventil übernehmen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stellantrieb für das Schnellschlussventil dadurch gekenn ^¬ zeichnet ist, dass die Spannspindel mittels eines hydrauli- sehen oder pneumatischen Antriebs in axialer Richtung beweg ^¬ bar ist. Ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb bietet sich vor allem dann an, wenn bereits andere pneumatische oder hydraulische Regelungen in der Anlage vorgesehen sind. In diesem Fall können diese kostengünstig für den Antrieb des Stellantriebs für das Schnellschlussventil genutzt werden. Hierdurch vereinfacht sich die Ansteuerung des Stellantriebes und die Kosten für den Stellantrieb können reduziert werden. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stellantrieb eine Drossel umfasst, über die die Schließzeit des Stellantriebes und damit des Schnellschlussventils ein ^¬ stellbar ist. Das Schnellschlussventil soll üblicherweise, möglichst schnell den Fluidfluss unterbrechen, allerdings kann ein zu schnelles Schließen des Schnellschlussventils zu einem unerwünschten Druckstoß in der Rohrleitung führen. Aus diesem Grund kann es sinnvoll sein, eine Drossel vorzusehen, über die die Schließzeit des Stellantriebes und damit des Schnellschlussventils in gewissen Bereichen einstellbar und an das vorliegende System anpassbar ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Drossel durch eine Öffnung innerhalb des Federtellers realisiert ist. Die Ausbildung einer entsprechenden Öffnung im Federteller, ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung der Drossel. Je größer die Öffnung innerhalb des Federtellers ausgebildet wird, desto schneller ist die Schließzeit des Stellantriebs. Die Ausbildung der Drossel als einfache Öffnung innerhalb des Federtellers ist dabei besonders günstig und robust.

Das erfindungsgemäße Schnellschlussventil, für den Schnell- schluss bei einer Gas- oder Dampfturbine, zeichnet sich da ^¬ durch aus, dass das Schnellschlussventil mittels eines Stell ^¬ antriebs nach einem der vorherigen Ansprüche angesteuert wird. Wie bereits beschrieben, ermöglicht der erfindungsgemä ^¬ ße Stellantrieb ein schnelles Verschließen des Schnell ^¬ schlussventils im Falle des Schnellschlusses. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzbar sind, werden nachfolgend anhand der Figuren dargestellt. Bei den Figuren handelt es sich nur um schematische Darstellungen der Erfindung. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigt :

Figur 1 den erfindungsgemäßen Stellantrieb in einer ersten

Position;

Figur 2 den erfindungsgemäßen Stellantrieb in einer zweiten

Position;

Figur 3 den erfindungsgemäßen Stellantrieb beim Auslösen des Schnellschlusses;

Figur 4 den erfindungsgemäßen Stellantrieb nach dem

Schnellschluss .

Figur 1 zeigt einen Stellantrieb für ein Schnellschlussven ^¬ til. Der Stellantrieb umfasst eine Ventilspindel 8, welche mit einer Spindel des Schnellschlussventils 11 koppelbar ist. Die Ventilspindel 8 kann dabei auch durchgehend ausgebildet sein, so dass keine Koppelung mit der Spindel 11 notwendig ist. Erfindungsgemäß sind beide Varianten umfasst.

Der Stellantrieb ist in einem Gehäuse 12 angeordnet. Die Ven- tilspindel 8 ragt durch eine Öffnung im Gehäuse 12 aus diesem heraus und ist in axialer Richtung verschiebbar ausgebildet. Die Ventilspindel 8 ist an ihrem, dem Schnellschlussventil abgewandtem Ende, an einem Federteller 10 befestigt, welcher gegen eine Federkraft einer im Gehäuse 12 angeordneten

Schließfeder 4 vorspannbar ist. Der Federteller 10 steht da ^¬ bei in Wirkverbindung mit einem elektromagnetischen Haftmag ^¬ neten 2. Der Federteller 10 lässt sich mittels des elektro ^¬ magnetischen Haftmagneten 2, welche mittels einer Spannspin ^¬ del 3 in axialer Richtung bewegt werden kann, gegen Feder- kraft der Schließfeder 4 vorspannen. Hierzu fährt der Stell ^¬ motor 5 den elektromagnetischen Haftmagneten 2 zunächst an den Federteller 10 heran. Mittels Bestromung des elektromag ^¬ netischen Haftmagneten 2 haftet der Federteller 10 am elekt- romagnetischen Haftmagneten 2 und kann mittels des Stellmo ^¬ tors 5 über die Spannspindel 3 gegen die Federkraft der der Schließfeder 4 vorgespannt werden. Im stromlosen Zustand des elektromagnetischen Haftmagneten 2 löst sich der Federteller 10 vom Haftmagneten 2 und wird durch die Federkraft der

Schließfeder entspannt, wodurch der Schnellschluss ausgelöst wird .

Nachfolgend sollen anhand der Figuren 1 bis 4 die Funktions- weise des Stellantriebs 5 beschrieben werden.

Zum Öffnen des Schnellschlussventils fährt die die Spannspin ^¬ del 3 mittels des Stellantriebs 5 (Spannspindelantriebs) , welcher vorzugsweise elektrisch ausgebildet ist, in das Ge- häuse 12 hinein. Alternativ kann der Stellantrieb 5 auch als hydraulischer oder pneumatischer Antrieb ausgebildet sein.

Durch das Verfahren der Spannspindel 3 wird der an der Spann ^¬ spindel 3 angeordnete elektromagnetische Haftmagnet 2 an den Federteller herangefahren. Befindet sich der elektromagneti ^¬ sche Haftmagnet 2 nahe genug am Federteller 10 kann durch Bestromung des elektromagnetische Haftmagnet 2 ein Haften des Federtellers 10 am Haftmagneten 2 erzielt werden. Die Vorspannung des Ventiltellers 10 gegen die Federkraft der Schließfeder 4 erfolgt dabei dadurch, dass der Stellantrieb 5 die Ventilspindel 8 in das Gehäuse 12 hineinzieht. Hierdurch wird über den am elektromagnetische Haftmagnet 2 haftenden Federteller 10 die Ventilspindel 11 verfahren und das

Schnellschlussventil in eine geöffnete Stellung gebracht wird .

Der solchermaßen vorgespannte Stellantrieb ist in Figur 2 dargestellt. Die Kraftübertragung von der Spannspindel 3 auf die Ventilspindel 8 erfolgt dabei ausschließlich über die elektromechanischen Kräfte des Haftmagneten. Im Schnellschlussfall, welcher in Figur 3 dargestellt ist, wird der elektromagnetische Haftmagnet 2 stromlos geschaltet. Dies führt dazu, dass der Federteller 10 nicht mehr vom elektromagnetischen Haftmagneten 2 in seiner Position gehal- ten wird. Aufgrund der Federkraft der Schließfeder 4, wird der Federteller 10 in das Gehäuse 12 bewegt (in Richtung des Schnellschlussventils) . Hierdurch fährt die Ventilspindel 8 aus dem Gehäuse aus und löst somit den Schnellschluss des Schnellschlussventils aus.

Die Schließgeschwindigkeit des Stellantrieb und somit auch des Schnellschlussventils ist über die Drossel 7 regelbar. Die Drossel 7 ist dabei in Ihrer einfachsten Form als einfa ^¬ che Öffnung im Federteller 10 realisiert. Je größer die Öff- nung innerhalb des Federtellers 10 ausgebildet ist, umso schneller ist die Schließzeit des Stellantriebs, da die Luft oberhalb des Federtellers 10 schneller in den Raum unterhalb des Federtellers 10 abströmen kann. Die Ausbildung der Dros ^¬ sel 7 als einfache Öffnung innerhalb des Federtellers ist da- bei besonders günstig und robust.

Figur 4 zeigt den Stellantrieb bei ausgelöstem Schnell ^¬ schluss. Zum Öffnen des Schnellschlussantriebs muss der Fe ^¬ derteller 10 wieder mittels des elektromagnetischen Haftmag- neten 2 und der Spannspindel 3 gegen die Schließfeder 4 vor ^¬ gespannt werden.

Durch die Verwendung eines elektrischen Antriebes als Antrieb 5 kann das Schnellschlussventil auch als Regelventil ausge ^¬ bildet und eingesetzt werden. Für die Verwendung als Regel ^¬ ventil ist eine direkte oder innendirekte Messung der Ventil ^¬ öffnung beispielsweise über die Stellung der Spannspindel 3 oder des Ventiltellers 10 mittels geeigneter Sensoren notwen ^¬ dig. Der Spannspindelantrieb wird dann als Regelmotor ange ^¬ steuert. Die Verwendung eines elektrischen Antriebs als

Spannspindelantrieb ermöglicht es zudem ganz auf Regelöl zu verzichten. Hierdurch lässt sich ein ölfreies Schnellschluss ^¬ ventil realisieren. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Betriebssicherheit von Vorteil, da sich Öl entzünden kann und somit ein Sicherheitsrisiko darstellt. Der Stellantrieb ist dabei erfindungsgemäß so konstruiert, dass die Auslösung des Schnellschluss mechanisch erfolgt und dabei völlig unabhängig vom elektrischen Antrieb der Spannspindel erfolgt.

Grundsätzlich können mit dem erfindungsgemäßen Stellantrieb Kräfte übertragen werden, die abhängig sind von der Leistung des Haftmagneten. Der Antrieb ist dabei nach dem sogenannten Fehl-Safe-Prinzip aufgebaut, dies Bedeutet, dass das Schnell ^¬ schlussventil bei einem Stromausfall selbstständig schließt. Der erfindungsgemäße Stellantrieb kann dabei, aufgrund der günstig herzustellenden oder zu beschaffenden Bauteile, ein ^¬ fach und kostengünstig hergestellt werden.