DE2744677A1

DE2744677A1 - Gabel-antrieb

Info

Publication number: DE2744677A1
Application number: DE19772744677
Authority: DE
Inventors: Bernd Ing Grad Lange
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1979-04-05
Also published as: JPS5455267A; DE2744677B2; DE2744677C3; FR2404777B1; FR2404777A1; GB2005373A

Description

B<Ä>RSIG

GRUPPE DEUTSCHE BAHCOCK

Die Erfindung betrifft einen Gabel-Antrieb, bei dem antriebseitige vor- und rückläufige, geradlinige,mechanische Verstellbewegungen mittels einer mit einem Drehelement starr verbundenen Gabel in vor- und rückläufige Drehbewegungen des angetriebenen Drehelements umgewandelt werden.

Bei derartigen Gabel-Antrieben ist für jeden Punkt der gesamten vor- und rückläufigen Bewegungsabläufe eine solche eingeleitete horizontale Kraft auf die Gabel erforderlich, die jeweils ein solches Antriebs- bzw. Ausgangsdrehmoment erzeugt, das das angetriebene Drehelement fordert.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse Zahnstangen-Antriebe oder symmetrische Gabel-Antriebe vorzusehen. Die Zahnstangen-Antriebe haben bei konstanter, eingeleiteter, horizontaler Kraft über ihren ganzen Wirkungsbereich ein fast konstantes Ausgarigsdrehmoment, während die symmetrischen Gabel-Antriebe dabei eine symmetrische Drehmomentenkennlinie zeigen, die in den Endstellungen ihr größtes Drehmoment und in der Mittel- bzw. Nullstellung der Gabel - bei parabelförmigem Verlauf - ihr kleinstes Drehmoment aufweisen. Zum Schalten z.B. eines Kugelhahnkükens entspricht keine der bekannten Drehmomentkennlinien der hierfür erforderlichen Drehmomentenkennlinie, die von der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens bis zu seiner Offenstellung zunächst stark abfallend, im Mittelbereich etwa gleichbleibend und dann zu einem relativ kleinen Endwert bei der Offenstellung verläuft. Zur Verwirklichung dieser erforderlichen Drehmomentenkennlinie bzw. zum Schalten eines Kugelhahnkükens zeigt der Verlauf der eingeleiteten horizontalen Kraft über dem Drehwinkel des Kugelhahnkükens im Verlaufe des ganzen Drehwinkel-Bereiches für die beiden bekannten Antriebe starke Unterschiede, die weitaus größten Werte in der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens.

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GRUPPE DEUTSCHE BABCOCK

Die Erfindung soll das bessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gabel-Antrieb zu schaffen, bei dem die eingeleitete horizontale Kraft intyerlaufe des Drehwinkels des Kugelhahnkükens möglichst geringe Schwankungen zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch verschieden große Auslenkwinkel der Gabel des Gabel-Antriebs · bezogen auf ihre senkrecht zur Gleitbahn des geradlinig hin- und hergehenden Antriebbolzens gegebene Nullstellung - der Gabel-Antrieb unsymmetrisch ist.

Um eine möglichst gute Übereinstimmung der Antriebs-Drehmomentenkennlinie mit der erforderlichen Drehmomentenkennlinie des Kugelhahnkükens zu erreichen, erstreckt sich nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung für den Antrieb des Kugelhahnkükens mit einem Drehwinkel-Bereich von ß gleich minus 45 Grad bis β gleich plus 45 Grad der Auslenkwinkel-Bereich der Gabel des Gabel-Antriebs vorzugsweise von minus«* gleich 6o bis 7o Grad nahe der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens bei β gleich minus 45 Grad bis plus A gleich 4o bis 3o Grad nahe der Offenstellung des Kugelhahnkükens bei ß gleich plus 45 Grad.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonder« darin, daß die eingeleitete horizontale Kraft des unsymmetrischen Gabel-Antriebs im Verlaufe des gesamten Schaltvorganges des Kugelhahnkükens fast konstant ist und die maximale horizontale Kraft etwa 3o Prozent der entsprechenden des Zahnstangen-Antriebs bzw. etwa 5o Prozent der entsprechenden des symmetrischen Gabel-Antriebs beträgt, wodurch der ganze Gabel-Antrieb bedeutend schwächer dimensioniert und viel preisgünstiger hergestellt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit den zur Verdeut-

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-A-

lichung notwendigen Drehmomenten und Werten der eingeleiteten horizontalen Kraft in Abhängigkeit vom Auslenkwinkel des Antriebs bzw. vom Drehwinkel des angetriebenen Drehelements im Vergleich zu zwei bekannten Antrieben sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm mit dem Ausgangsdrehmoment eines Zahnstangen-Antriebs Μ, als Funktion des Auslenkwin-

d,Antrieb 1

kels C* bei konstanter, eingeleiteter, horizontaler Kraft P_Q,

Fig. 2 eine teilweise Darstellung eines Zahnstangen-Antriebs im Schema,

Fig. 3 ein Diagramm mit dem Ausgangsdrehmoment eines symmetrischen Gabel-Antriebs M, Antrieb 2 ^a^"^{s Fun}ktion ^von ^ bei P = constant,

Fig. 4 eine teilweise Darstellung eines symmetrischen Gabel-Antriebs im Schema,

Fig. 5 ein Diagramm mit der Drehmomentenkennlinie eines Kugelhahnkükens M_d Hahn ⁱⁿ Abhängigkeit von seinem Drehwinkel h> ,

Fig. 6 ein Diagramm mit dem Ausgangsdrehmoment eines unsymmetrischen Gabel-Antriebs M, ,..,-> und mit dem Aus- ^J d, Antrieb 3

gangsdrehmoment eines symmetrischen Gabel-Antriebs M,, Antrieb 2, beide als Funktion des Auslenkwinkels (X der Gabel bei P = constant,

Fig. 7 ein Diagramm mit den zum Schalten eines Kugelhahnkükens notwendigen P -Werten eines Zahnstangen-Antriebs, eines symmetrischen Gabel-Antriebs und eines unsymmetrischen Gabel-Antriebs als Funktion von c/L und ß mit gegeneinander

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GHuPPE ULUISCHL

verschobenen Nullpunkten und

Fig. 8 eine teilweise Darstellung eines eines unsymmetrischen Gabel-Antriebs im Schema.

Die eingeleitete horizontale Kraft P des Gabel- bzw. Zahnstangen-Antriebs wirkt auf das angetriebene Drehelement, auf das hier nicht dargestellte Kugelhahnküken, wobei die mit dem Kugelhahnküken starr verbundene Gabel 1o, die eine Führungsbahn 11 für den Antriebsbolzen 12 hat, der in der geradlinigen Gleitbahn 13 eines feststehenden Gehäuses 14 durch die Kraft P in Längsrichtung der Gleitbahn 13 mit wechselnder Richtung hin- und herbewegt wird, mit der Gleitbahn veränderliche Auslenkwinke1 ei zeigt, deren Nullwert stets in der Stellung der Gabel 1o senkrecht zur Gleitbahn bzw. senkrecht zur Richtung der Kraft P festgelegt ist. Die negativen d -Werte weisen in Richtung der Geschlossenstellung und die positiven </- -Werte in Richtung der Offenstellung des Kugelhahnkükens. Die Summe der absoluten maximalen d-Werte beträgt immer 1oo Grad, 1o Grad mehr - für ein Einstellspiel des Antriebs - als die entsprechende Summe der maximalen Werte des Drehwinkels ρ des Kugelhahnkükens, der immer von/3 gleich minus 45 Grad (Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens) bis fi gleich plus 45 Grad (Offenstellung des Kugelhahnkükens) reicht. Das Antriebs- bzw. Ausgangsdrehmoment ist M, Arj + γ.·» ν gleich P₁ mal a (Fig. 8) , wobei beim Gabel-Antrieb im Verlaufe eines Schaltvorganges des Kugelhahnkükens sich die aus der Kraft P und den Reibungskräften ergebende Kraft P₁, die senkrecht zum Hebelarm a wirkt,und der Hebelarm a ständig in ihren Größenwerten ändern. Mit M, TJ_nV_1n ist das vom Kugelhahnküken aufgenommene erforderliche Drehmoment bezeichnet, F, , . , . , F₇₁ . , „ und F, , . , , sind

Antrieb 1 Antrieb 2 Antrieb 3

die Flächen unter den M, *.··.(<* )-Kurven bei einem

d, Antrieb

Zahnstangen-Antrieb, einem -symmetrischen und einem unsymme-

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trischen Antrieb It. Fig. 1, Fig. 3 und Fig. 6. ^F _Hann ist die Fläche, unter der M, Hahn^ß ^-Kurve, der Drehmomentenkennlinie eines Kugelhahnkükens (Fig. 5).

Bei einem Vergleich des Zahnstangen-Antriebs It.Fig. 1und 2, des symmetrischen Gabel-Antriebs It. Fig. 3 und 4 und des unsymmetrischen Gabel-Antriebs It.Fig. 6 und 8 bezüglich der Erfordernisse zumjschalten des Kugelhahnkükens ist folgendes festzustellen :

Bei konstanter Kraft P ist beim Zahnstangen-Antrieb das Antriebsdrehmoment fast oder praktisch konstant (Fig. 1), während beim symmetrischen Gabel-Antrieb das Antriebsdrehmoment einen ab- und ansteigenden, parabeiförmigen Verlauf mit gleich großen Werten in den Endpunkten zeigt (Fig. 3). Die Drehmomentenkennlinie des Kugelhahnkükens in Abhängigkeit vom Drehwinkels zeigt einen anders gearteten, nach unten weisenden parabelförmigen Verlauf mit sehr starker Größendifferenz zwischen dem hohen Wert bei Geschlossenstellung zu dem niedrigen Wert bei Offenstellung des Kugelhahnkükens (Fig. 5).

Ein optimaler Antrieb ist dann vorhanden, wenn F_n gleich ^FAntrieb ^ist' ^{wobei M}d, Antrieb ^{größer oder} *^{lelch M}d, Hahn in allen Winkelstellungen von/3 gleich minus 45 Grad bis

plus 45 Grad sein muß.

Dieser Forderung kommt der unsymmetrische Gabelantrieb nach Fig. 6 und 8 am nächsten, wobei die gestrichelt gezeichnete Kurve nach der Fig. 3 zur Verdeutlichung des Unterschiedes zu einem symmetrischen Gabel-Antrieb ebenfalls eingezeichnet ist. Beim unsymmetrischen Gabel-Antrieb nach Fig. 6 ist die Symmetrie z.B. um 1o Grad verschoben, womit, unter der Voraussetzung P = constant, nach den Fig. 6, 5, 3 und 1 gilt :

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GRUPPE DFUTSCHE BABCOCK

1 <

Antrieb 3 ^ Antrieb 2 - Antrieb 1

Hahn

Auch die Forderung

Hahn

_Antrieb

Hahn _Rahn

ist erfüllt.

Somit ist der unsymmetrische Gabel-Antrieb (Antrieb 3) der günstigste. Dies zeigt auch die Fig. 7 noch deutlicher, bei der die erforderlichen eingeleiteten Kräfte P während eines Schaltvorganges eines Kugelhahnkükens mit einem Zahnstangen-Antrieb (Kurve 1), einem symmetrischen Gabel-Antrieb (Kurve 2) und einem unsymmetrischen Gabel-Antrieb (Kurve 3) dargestellt sind. P ist beim unsymmetrischen Gabel-Antrieb fast konstant und im Maximum etwa 3o Prozent der entsprechenden des Zahnstangen-Antriebs und etwa 5o Prozent der entsprechenden des symmetrischen Gabel-Antriebs, wodurch sich die obengenannten Vorteile ergeben.

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Claims

27*4677

B<g»RSIG ^. ^p-e-.t.-r Π

GRUPPE DLUTSCHt HABCOCK 3244/22

Borsig Gesellschaft mit beschränkter Haftung I000 Berlin 27

Gabel-Antrieb

Mj. Gabel-Antrieb, bei dem antriebseitige, vor- und rückläufige, geradlinige, mechanische Verstellbewegungen mittels einer, mit einem Drehelement starr verbundenen,Gabel in vor- und rückläufige Drehbewegungen des angetriebenen Drehelements umgewandelt werden, dadurch gekennzeichne daß durch verschieden große Auslenkwinkel (-0^ , + c/ ) der Gabel (1o) - bezogen auf ihre senkrecht zu einer Gleitbahn (13) eines Antriebbolzens (12) gegebene Nullstellung - der Gabel-Antrieb unsymmetrisch ist.
2. Gabel-Antrieb nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb eines Kugelhahnkükens mit einem Drehwinkel-Bereich von /5 =-45 Grad bisß*+45 Grad sich der Auslenkwinkel-Bereich der Gabel (1o) vorzugsweise von - 0* = 60 bis 7o Grad nahe der Geschlossenstellung des Kugelhahnkükens bei β = -45 Grad bis +öl = 4o bis 3o Grad nahe der Offenstellung des Kugelhahnkükens bei Λ = +45 Grad erstreckt.

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