DE2045249B2 - Motorischer stellantrieb fuer ventile mit schubkraftabhaen giger entstellungsabschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen motorischen Stell- sich der Reibwert infolge äußerer Einflüsse auf das

antrieb für Ventile mit schubkraftabhängiger End- Bewegungsgewinde auf μ = 0,2 erhöhen sollte, be-

stellungsabschaltung, bei dem das Verschlußstück deutet dies, daß bei rein schubkraftabhängiger End-

über ein angekuppeltes, aus einer Gewindespindel Stellungsabschaltung das am Antriebszahnrad auf-

und einer zugeordneten motorisch verdrehbaren 5 zubringende Drehmoment sich auf den doppelten

Spindelmutter bestehendes Bewegungsgewinde axial Wert erhöht, was eine entsprechende Überlastung

bewegbar ist und der starr mit einem Antriebszahn- des Antriebsmotors und des Getriebes zur Folge hat,

rad verbundene Teil des Bewegungsgewindes an ohne daß hiergegen ein entsprechender wirksamer

einem zylindrischen Teil über beidseitig des Antriebs- Schutz vorhanden wäre.

Zahnrades angeordnete, von dazwischen eingefügten io Es sind Stellantriebe bekannt, bei denen eine dreh-Federn gegen an den zylindrischen Teil fest angeord- momentabhängige Endstellungsabschaltung vornete Widerlager andrückbare und auf dem zylin- gesehen ist, die konstruktiv in der Weise ausgebildet drischen Teil längsverschiebbare Kugellager gelagert ist, daß bei Überschreiten eines bestimmten maxiist, die gegen zwei parallele Gehäusewände abstütz- malen Drehmomentes eine gegen Federkraft ausbar und an diesen radial geführt sind, wobei der 15 wandernde Schnecke oder eine im Getriebezug unter der Wirkung der auf die Gewindespindel wir- liegende Rutschkupplung einen Endschalter betätigen, kenden Schubkraft auswandernde umlaufende Teil Bei diesen Stellantrieben sind zwar der Antriebsdes Bewegungsgewindes nach einem kurzen, vor- motor und das Getriebe gegen Überlastung geschützt, bestimmten Auswanderungsweg in beiden Bewe- doch ist kein Überlastungsschutz für das aus Spindelgungsrichtungen mit je einem koaxial zu ihm gelager- 20 mutter und Gewindespindel bestehende Bewegungsten Betätigungsglied selbsttätig kuppelbar ist, in getriebe sowie für die Verstellteile, wie Verschlußteil Abhängigkeit von dessen Ankupplung ein Endstel- und Ventilspindel, des Ventils und für die Auflagelungsabschaltmechanismus auslösbar ist. rung des Ventilsitzes usw. vorhanden, weil diese Ein motorischer Stellantrieb dieser Art geht auf Stellantriebe über keine schubkraftabhängige Endeinen älteren Vorschlag zurück. Sein Vorteil liegt 25 Stellungsabschaltung verfügen, insbesondere darin, daß unabhängig von dem auf- Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den mototretenden Drehmoment die Endstellungsabschaltung in rischen Stellantrieb mit schubkraftabhängiger End-Abhängigkeit von der Größe der auf die Gewinde- Stellungsabschaltung, wie er eingangs genannt wurde, spindel wirkenden axialen Schubkraft erfolgt. in dem Sinne zu verbessern, daß eine Überlastung In der Praxis hat sich gezeigt, daß der Reibwert 30 des Antriebsmotors und des zwischen dem Ritzel des des von der Spindelmutter und der Gewindespindel Antriebsmotors und dem Antriebszahnrad liegenden gebildeten Bewegungsgewindes nicht konstant ist, Getriebes vermieden wird.

sondern sehr starken Schwankungen unterliegt. Diese Zu diesem Zwecke ist der motorische Stellantrieb Schwankungen sind dadurch bedingt, daß die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß Schmierverhältnisse, die sich verändernde Ober- 35 dem Endstellungsabschaltmechanismus zusätzlich zu flächenbeschaffenheit der Gewindegänge, die durch der schubkraftabhängigen Endstellungsabschaltung Abrieb bedingte Verschmutzung u. dgl. auf den eine auf das auf das Antriebszahnrad ausgeübte Reibwert Einfluß nehmen. Aus praktischen Messun- Antriebsdrehmoment ansprechende, drehmomentgen wurde gefunden, daß bei Bewegungsgewinden abhängige Endstellungsabschaltung zugeordnet ist, der hier verwendeten Art der Reibwert zwischen 4° durch die bei Überschreitung eines vorbestimmten etwa μ = 0,02 und μ = 0,2 schwanken kann, je maximalen Drehmomentes unabhängig von der nachdem ob Haftreibung oder Gleitreibung vorliegt. Größe der auf die Gewindespindel wirkenden Schub-Diese starken Veränderungen des Reibwertes be- kraft der Endstellungsabschaltmechanismus auslösdingen, ausgehend von einer konstanten, an der bar ist.

Gewindespindel wirkenden Schubkraft, eine ent- 45 Der neue Stellantrieb kommt dem modernen sprechende starke Veränderung des auf das Antriebs- Erfordernis einer immer kleineren und hinsichtlich zahnrad auszuübenden Drehmomentes. Für die der Bemessung der Bauelemente optimaleren Aus-Dimensionierung des Stellantriebes muß bei rein legung weit entgegen. Für normale Reibungsverhältschubkraftabhängiger Endstellungsabschaltung je- nisse in dem Bewegungsgewinde erfolgt die erstrebte doch von dem ungünstigsten Fall ausgegangen 50 schubkraftabhängige Endstellungsabschaltung; sollte werden, d. h. sowohl der Antriebsmotor als auch infolge einer Änderung der Reibungsverhältnisse im das zwischen dem Ritzel des Antriebsmotors und Bewegungsgewinde jedoch das Drehmoment am dem Antriebszahnrad liegende Getriebe müssen für Antriebszahnrad einen vorbestimmten Grenzwert den höchstmöglichen Reibwert dimensioniert wer- übersteigen, so wird der Antrieb abgeschaltet, so daß den, um eine Zerstörung oder Beschädigung des 55 er keinen Schaden nehmen kann. Bei dem neuen Antriebes zu vermeiden. Dies führt zu einer verhält- Stellantrieb ist somit gewährleistet, daß einerseits die nismäßig großen Überdimensionierung dieser Teile, auf die Spindel wirkende Schubkraft in einem weiten die bei Stellantrieben für Schubkräfte in der Größen- Normalbereich die Endstellungsabschaltung auslöst Ordnung von Tonnen unerwünscht wird, um so mehr, und diese Schubkraft somit einen vorbestimmten als bei normalen Verhältnissen hinsichtlich der Rei- 60 Grenzwert nicht übersteigen kann, andererseits aber bung des Bewegungsgewindes diese starke Über- auch das auf das Antriebszahnrad wirkende Drehdimensionierung nicht ausgenützt wird. moment innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Damit Geht man bei der Dimensionierung des Stell- können alle Teile des Stellantriebes genau dimenantriebs beispielsweise von einem mittleren Reib- sioniert werden, womit sich ein Stellantrieb von wert von μ = 0,1 aus, so ist damit sichergestellt, daß 65 geringem Platzbedarf und großer Wirksamkeit ergibt, eine exakte schubkraftabhängige Endstellungsab- Außerdem bietet der neue Stellantrieb die Möglichschaltung gewährleistet ist, solange der Reibwert keit einer Typenvereinfachung insoweit, daß er unterhalb dieses Grenzwertes liegt. Falls nun aber sowohl als reiner Drehantrieb als auch als Hub-

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antrieb eingesetzt werden kann, wozu erforderlich Durchmesser als der zylindrische Teil 11 aufweisen,

ist, daß er — wie vorhanden — über eine schub- so daß die Drehbewegung des zylindrischen Teiles 11

kraftabhängige und über drehmomentabhängige ungehindert ist. Die Hebel 22 sind endseitig jeweils

Endstellungsabschaltung verfügt. mit einer Ausnehmung 24 (Bild 3) versehen, in die

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die 5 eine Gehäuserippe 25 eingreift, die ein gehäusefestes Anordnung derart getroffen, daß das Antriebszahn- Widerlager bildet und die Hebel gegen Verdrehung rad bei Überschreiten der auf die Gewindespindel sichert. Die Hebel 22 liegen jeweils zwischen zwei wirkenden, vorbestimmten maximalen Schubkraft elastischen Ringen 24, die solche Abmessungen durch die selbsttätig angekuppelten Betätigungs- haben, daß bei unbelasteter Gewindespindel ein glieder feststellbar ist und zwischen dem Antriebs- io kleiner axialer Abstand zwischen dem Antriebszahnmotor und dem Antriebszahnrad ein bei Uberschrei- rad 12 und den Ringen 24 bzw. zwischen dem Innentung des vorbestimmten Drehmomentes auswandern- ring der Kugellager 9,10 und den Ringen 24 vorder Teil liegt, der mit dem Endstellungsabschalt- handen ist. mechanismus gekuppelt ist. Der Antrieb der Gewindespindel 7 und des

Weitere vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften 15 Antriebszahnrades 12 geschieht durch einen auf dem

des neuen Stellantriebes ergeben sich aus den übrigen Gehäuse 8 angeordneten Antriebsmotor 26, der mit

Unteransprüchen. seinem Ritzel 27 ein zwischen dem Ritzel 27 und

In der nachfolgenden Beschreibung wird an Hand dem Antriebszahnrad 12 angeordnetes Getriebe ander Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Gegen- treibt. Dieses Getriebe weist eine zu der Gewindestandes der Erfindung dargestellt. 20 spindel 7 achsparallele, in dem Gehäuse 8 drehbar

In der Zeichnung zeigt gelagerte Welle 28 auf, die oben aus dem Gehäuse 8

B i 1 d 1 einen Stellantrieb gemäß der Erfindung herausgeführt ist und auf der zwei Zahnräder 29, 30

in einer Seitenansicht, frei drehbar gelagert sind, von denen das Zahnrad 29

Bild 2 den Stellantrieb nach Bild 1, im axialen mit dem Ritzel27 und das Zahnrad30 mit dem

Schnitt, in einer Seitenansicht, unter Weglassung des 25 Antriebszahnrad 12 im Eingriff steht. Außerdem ist

Ventiles, auf der Welle 28 eine Schwinge 31 schwenkbar ge-

B i 1 d 3 den Stellantrieb nach Bild 2, geschnitten lagert, die einen zwischen dem Ritzel 27 und dem

längs der Linie A-B des B i 1 d e s 2, in der Drauf- Antriebszahnrad 12 liegenden auswandernden Teil

sieht und bildet. Die Schwinge 31 trägt eine Welle 32, auf der

Bild 4 den Stellantrieb nach Bild 3, geschnitten 30 ein Zahnrad33 gelagert ist, das die beiden Zahnräder

längs der Linie C-D des Bildes3 in einer Seiten- 29, 30, mit denen es im Eingriff steht, miteinander

ansieht. kuppelt. Die Schwinge 31 ist mit der Welle 28 dreh-

In Bild 1 ist der erfindungsgemäße Stellantrieb fest verbunden, so daß die Welle28 die Schwenkin der Zuordnung zu einem Ventil 1 dargestellt, bewegung der Schwinge 31 mitmacht. Die Welle 28 dessen Verschlußstück bei 2 veranschaulicht ist. Das 35 trägt außerdem einen Hebel 34, der bei Verschwen-Ventilverschlußstück 2 sitzt an einer Stange 3, die kung der Welle 28 einen der beiden zugeordneten mit einer mittels eines Ansatzes 4 an einer Gestell- Endstellungsabschalter 36 betätigt, säule 5 drehfest geführten Spindelmutter 6 verbunden Die Schwinge 31, die in Gestalt eines Bügels ausist. In die Spindelmutter 6 ist eine Gewindespindel 7 gebildet ist, weist eine ebene Fläche 37 (B i 1 d 3) auf, eingeschraubt, die mit der Spindelmutter ein Bewe- 40 die sich gegen eine Blattfeder 38 abstützt, welche bei gungsgewinde bildet, durch das die Drehbewegung 39 an dem Gehäuse 8 verankert ist. Die Blattfeder 38 der Gewindespindel 7 in eine Längsbewegung der hält die Schwinge 31 in der aus B i 1 d 3 ersichtlichen Gewindemutter 6 und damit des mit dieser verbun- neutralen Lage, bis ein auf die Schwinge 31 ausdenen Verschlußstückes 2 umgesetzt wird. geübtes Drehmoment eine bestimmte Größe über-

Die Gewindespindel 7 ragt in ein auf den Gestell- 45 steigt, worauf die Schwinge 31 unter Kippwirkung säulen 5 angeordnetes Gehäuse 8, in dem sie mittels von der Blattfeder 38 freikommt, so daß die Welle 28 zweier Kugellager 9, 10 radial geführt ist. Die verschwenkt wird. Gewindespindel 7 weist einen zylindrischen Teil 11 Wirkungsweise· auf, der sich beidseitig eines mit ihr starr verbundenen Antriebszahnrades 12 erstreckt und auf dem die 5° Beim Einschalten des Antriebsmotors 26 wird die beiden Kugellager 9,10 längsverschieblich angeord- Gewindespindel 7 über das Ritzel 27, das Getriebe net sind. Zwischen die Kugellager 9,10 sind in der 29, 33, 30 und das Antriebszahnrad 12 in Umdrehung aus Bild 4 ersichtlichen Weise zwei im wesentlichen versetzt, wobei die Schwinge 31 zunächst von der U-förmige Blattfedern 13 eingefügt, welche bestrebt Feder 38 in der im B i 1 d 3 veranschaulichten Stelsind, die Kugellager 9,10 gegen ihre Abstützungen 55 lung gehalten ist. Die elastischen Ringe 27 sind bei 14, 15 an zwei parallelen Gehäusewänden 16,17 in axialer Richtung zwischen dem Antriebszahnrad anzudrücken. Die radiale Führung der Kugellager 9, 12 und den Innenringen der Kugellager 9,10 frei 10 geschieht jeweils durch einen Bund 18,19, der an beweglich, so daß die Betätigungshebel 22 die Drehdiesen Gehäusewänden 16,17 angeformt ist. Auf bewegung des Antriebszahnrades 12 nicht hemmen, dem zylindrischen Teil 11 der Gewindespindel 7 sind 60 Läuft nun das Ventilverschlußstück 2 auf den Ventilzwei Widerlager 20, 21 in Gestalt zweier Seegerringe sitz auf, so wird auf die Gewindespindel 7 eine zuvorgesehen, gegen die sich die Innenringe der Kugel- nehmende, in Achsrichtung wirkende Schubkraft lager 9,10 abstützen. ausgeübt, die zur Folge hat, daß das auf der

Auf dem zylindrischen Teil 11 sind in dem Be- Gewindespindel 7 sitzende Antriebszahnrad 12 nach

reiche zwischen dem Antriebszahnrad 12 und den 65 oben auszuwandern beginnt. Bei dieser Auswande-

Innenringen der beiden Kugellager 9,10 zwei Betäti- rungsbewegung wird das untere Kugellager 9 von

gungsglieder in Gestalt zweier Hebel 22 angeordnet, dem Widerlager 21 mitgenommen, während das

die eine Bohrung 23 von geringfügig größerem obere Kugellager 10 sich bei 14 gegen den Gehäuse-

teil 16 abstützt. Mit zunehmender Auswanderung wird der,Abstand zwischen dem Antriebszahnrad 12 und den Innenringen der beiden Kugellager 9,10 kleiner, bis die elastischen Ringe 24 beidseitig der Betätigungshebel 22 zusammengedrückt werden, womit eine reibschlüssige Kupplung zwischen dem Antriebszahnrad 12 und den beiden Betätigungshebeln 22 zustandekommt. Da die Betätigungshebel 22 durch die Gehäuserippen 25 an einer Verdrehung gehindert sind, wird das Antriebszahnrad 12 festgesetzt.

Die Größe der auf die Gewindespindel 7 wirkenden Axialkraft, die das Festsetzen des Antriebszahnrades 12 bewirkt, ist durch die Blattfedern 13 bestimmt, welche der Schubkraft entgegenwirken. Sowie das Antriebszahnrad 12 in der beschriebenen Weise festgebremst ist, steigt das Drehmoment an, das über das Zahnrad 33 und die Welle 32 auf die Schwinge 31 ausgeübt wird. Demgemäß wird die Schwinge 31 nunmehr aus der neutralen Stellung nach Bild 3, in der sie von der Blattfeder38 gehalten wurde, gelöst und zusammen mit der Welle 28 verschwenkt. Dies hat zur Folge, daß der Hebel 34 nunmehr mit dem seiner Schwenkrichtung zugeordneten Endschalter 35 bzw. 36 in Eingriff kommt, womit die Endstellungsabschaltüng bewirkt wird.

Bei der beschriebenen Wirkungsweise ist davon ausgegangen, daß der in dem Bewegungsgewinde 6,7 auftretende Reibwert μ so klein ist, daß eine Verschwenkung der Schwinge 37 erst dann stattfindet, wenn das Antriebszahnrad 12 schubkraftabhängig festgebremst ist. Im Gegensatz zu diesem normalen Betriebsfall können Umstände eintreten, durch die der Reibwert μ in dem Bewegungsgewinde 6,7 wesentlich erhöht wird, beispielsweise, wenn eine Verschmutzung des Gewindes auftritt. In diesem Falle ist das von dem Ritzel 27 über das Getriebe 29, 33, 30 auf das Antriebszahnrad 12 zu übertragende Drehmoment so groß, daß die Schwinge 31 unter der Wirkung dieses Drehmomentes aus ihrer Neutralstellung nach Bild 3 herausgedreht wird, womit die Endstellungsabschaltüng wirksam wird. Die Größe des Drehmomentes, bei dessen Überschreitung die Schwinge 31 von der Blattfeder 38 freigegeben wird, läßt sich durch entsprechende Bemessung der Blattfeder 38 ernsteilen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Antriebszahnrad 12. mit der Gewindespindel 7 drehfest verbunden, während die Spindelmutter 6 drehfest geführt ist. Die Anordnung könnte auch derart getroffen werden, daß die Gewindespindel drehfest geführt und die Spindehnutter mit dem Antriebszahnrad 12 starr verbunden ist.

Claims (9)

Patentansprüche: 55

1. Motorischer Stellantrieb für Ventile mit sehubkraftabhängiger Endstellungsabschaltüng, bei dem das Verschlußstück über ein angekuppeltes, aus einer Gewindespindel und einer zugeordneten motorisch verdrehbaren Spindehnutter bestehendes Bewegungsgewinde axial bewegbar ist und der starr mit einem Antriebszahnrad verbundene Teil des Bewegungsgewindes an einem zylindrischen Teil über beidseitig des Antriebszahnrades angeordnete, von dazwischen eingefügten Federn gegen an den zylindrischen Teil fest angeordnete Widerlager andrückbare und auf dem zylindrischen Teil längsverschiebbare Kugellager gelagert ist, die gegen zwei parallele Gehäusewände abstützbar und an diesen radial geführt sind, wobei der unter der Wirkung der auf die Gewindespindel wirkenden Schubkraft auswandernde umlaufende Teil des Bewegungsgewindes nach einem kurzen, vorbestimmten Auswanderungsweg in beiden Bewegungsrichtungen mit je einem koaxial zu ihm gelagerten Betätigungsglied selbsttätig kuppelbar ist, in Abhängigkeit von dessen Ankupplung ein Endstellungsabschaltmechanismus auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Endstellungsabschaltmechanismus (34, 36, 35) zusätzlich zu der schubkraftabhängigen Endstellungsabschaltüng (13, 24, 22) eine auf das auf das Antriebszahnrad (12) ausgeübte Antriebsdrehmoment ansprechende drehmomentabhängige Endstellungsabschaltüng (28, 31, 38) zugeordnet ist, durch die bei Überschreitung eines vorbestimmten maximalen Drehmomentes unabhängig von der Größe der auf die Gewindespindel (7) wirkenden Schubkraft der Endstellungsabschaltmechanismus auslösbar ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (12) bei überschreiten der auf die Gewindespindel (7) wirkenden, vorbestimmten maximalen Schubkraft durch die selbsttätig angekuppelten Betätigungsglieder (22) feststellbar ist und zwischen dem Antriebsmotor (26) und dem Antriebszahnrad (12) ein bei Überschreitung des vorbestimmten Drehmomentes auswandernder Teil (31) liegt, der mit dem Endstellungsabschaltmechanismus (34, 36, 35) gekuppelt ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsglieder (22) zwei auf einem mit dem Antriebszahnrad (12) verbundenen zylindrischen Teil (IiI) zwischen zwei elastischen Ringen (24) gelagerte Hebel (22) sind, die endseitig an einem gehäusefesten Widerlager (25) drehfest verankert sind, und daß die elastischen Ringe (24) bei unbelasteter Gewindespindel (7) mit kleinem anxialem Abstand zwischen dem Antriebszahnrad (12) und jeweils einem Kugellager (9,10) liegen.

4. Stellantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auswandernde Teil eine auf einer Welle (28) eines zwischen dem Antriebsmotorritzel (27) und dem Antriebszahnrad (12) liegenden Getriebes sitzende verschwenkbare Schwinge (31) ist, in der ein drehmomentübertragendes Zahnrad (33) des Getriebes drehbar gelagert ist, das zwei auf der die Schwinge (31) halternden Welle (28) frei drehbar gelagerte Zahnräder (29, 30) miteinander kuppelt.

5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (31) durch eine Federkraft vorbestimmter Größe in einer Neutralstellung haltbar ist, in der sie außer Eingriff mit dem Endstellungsabschaltmechanismus (34, 36, 35) steht.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (31) durch einen Kippfedermechanismus (37, 38) in der Neutralstellung haltbar ist.

7. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Schwinge (31) eine ebene Fläche (37) aufweist, die in der Neutralstellung der Schwinge gegen eine gehäusefeste Blattfeder (38) abgestützt ist.

8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schwinge (31) drehfest verbundene Welle (28)

über das Gehäuse (8) hinausgeführt ist und einen Teil des Endstellungsabschaltmechanismus bildet.

9. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (12) mit der Gewindespindel (7) drehfest verbunden ist und die Gewindemutter (6) drehtest geführt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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