DE2944125C2 - Kurbelgetriebe, insbesondere zum Antrieb von Ventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgetriebe, insbesondere zum Antrieb von Ventilen, Schiebern, Stellgliedern und ähnlichen Einrichtungen, insbesondere solchen mit rotierender Antriebswelle und einem einer evtl. Reduziergetriebestufe nachgeschalteten Kurbelgetriebe im Gehäuse des Ventiles zur Längsbewegung des Schließkörpers.

Das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Antriebes liegt im Bereich hoher Betätigungskräfte bzw. Arbeitsdrücke und Abdichtungserfordernisse, insbesondere bei motorisch angetriebenen Ventilen.

Kurbelgetriebe mit Anordnung der Kurbel im Ventil sind bekannt beispielsweise aus der GB-PS 12 29 367, welche ein einfaches Kurbelgetriebe mit beidseitiger Lagerung im Einbaugehäuse zeigt, das jedoch keine Vorkehrungen für hohe Dichtkraftverstärkung und Überlastsicherung des Antriebes aufweist.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist es, daß bei motorischem Antrieb zum sicheren Abschließen nur sehr enge Wegebegrenzungen beim Auslaufen des Stellantriebes zugelassen werden können und daß beim Übersteuern des Totpunktes die Schließkraft abrupt nachläßt.

Weil es möglich ist, daß bei einer derartigen Konstruktion die Losreißkräfte wesentlich größer als die Schließkräfte werden, wird hierfür evtl. ein Stellmotor in der Regel erheblich überdimensioniert, um Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Der infolgedessen größer zu wählende Antriebswellen-Querschnitt erforderte auch höhere Gehäuse-Abdichtungsaufwendungen, z. B. eine längere Stopfbüchse. Damit ergaben sich auch ungünstig große Antriebs-Bauhöhen. Mit wachsender Bauhöhe wurde es jedoch immer schwieriger, die erforderlichen Antriebskräfte bei Hochdruckventilen mit der zulässigen Spindelbeanspruchung und den Abdichtungserfordernissen in Einklang zu bringen.

Der Einsatz von Kurbelgetrieben, welche außerhalb des Ventilkörpers gelegen sind, ist auch aus Ventilsteuerungen für Turbinen oder aus Antrieben für Höhne, Klappen usw., auch mit motorischem Antrieb, allgemeiner Stand der Technik, der wegen der durch die Gehäuseabdichtung einzuleitenden gesamten Drehmomente noch mehr Probleme für hohe Schließkräfte aufwirft, als bei oben erwähnter Ausgangsdruckschrift Eine ebenfalls auf die Sicherung eines Kurbelantriebes vor Überlastung gerichtete Anordnung wurde weiterhin noch bekannt aus der DE-PS 9 23 837. Indessen handelt es sich hier um eine »Oberlastsicherung« für Baggereimerketten mit einer auf Ventilprobleme nicht übertragbaren lösbaren Koppelung einer

ίο Welle mit einem Ketten-Antriebsrad (Turas) mittels mindestens eines damit kämmenden Ritzels oder Ritzelpaares, dessen Lager von der Turas-Achse lastabhängig per Kurbeltrieb selbsttätig fortbeweglich und dadurch außer Eingriff bringbar sind.

Aufgabe der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung ist es daher, ein Kurbelgetriebe, insbesondere zum Antrieb von Ventilen, Schiebern oder Stellgliedern vorzuschlagen, bei dem hohe Schl'eßkräfte und geringe Motorleistungen zuverlässig erreichbar sind. Ein geschwächter, gekerbter Querschnitt des Schließkörpers sollte nicht im Bereich höchster Festigkeitsbeanspruchung liegen. Zumindest ein Teil der Getriebeübersetzung sollte sich möglichst nahe am Schließkörper selbst befinden. Dem Antriebsmotor soll ein möglichst konstanter Belastungswert über den ganzen Bereich bei niedrigen Anfahrleistungs-Bedürfnissen sowie möglichst hohen Abdichtungskräften am Schließkörper in der Bewegungsendlage ohne gleichzeitige Motorüberlastgefahren abnehmbar sein.

— Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles von Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhaft bei dem Antrieb nach der Erfindung ist eine Ventilantriebslösung, welche bei integrierter Bauweise zu einem geringen Kraft- und Raumbedarf und einer Vereinfachung der Fertigung und Vorratshaltung im Bereich der Ventilantriebe unter Kostensenkung trotz verbesserter Abdichtung bei Vermeidung von Motorüberlastungsgefahren führt.
Der Abschluß des Schließkörpers wird außerdem durch das längselastische Element auch bei ungünstigen Kurbelstellungen, gröberen Fertigungstoleranzen, Verschmutzungen zuverlässig sichergestellt.

Eine optimierte Zuordnung des Kurbeltotpunktes zum Dichtungsanschlag mit Hilfe des längenelastischen Elementes bewirkt eine Dichtkraft-Verstärkungs- und auch eine Rückstellkraft-Minderungswirkung, ohne das Antriebsdrehmoment zu erhöhen.

Die Losreißkräfte zum Öffnen bleiben niedrig. Der Antriebsmotor bzw. die Eingangswelle ist nun auf platzsparende Weise etwa achsparallel zur Hauptdurchflußrichtung des Ventils angeordnet. Das Gesamtaggregat baut daher sehr viel niedriger als bisher vergleichbare Stelltriebkonstruktionen mit Spindeln.
Neben der Verbesserung der Abschlußwirkung des Ventiltellers durch das längenelastische Element wird durch die Erfindung noch eine weitere Reihe von Vorteilen erschlossen, die eine Sicherung gegen Überlastung des Antriebes und des Ventilgehäuses betreffen.

Nach Erreichung der Endlage ist der Schließkörper nach der Erfindung relativ zur an sich unbewegten Kurbel-Schubstange nämlich immer noch begrenzt beweglich, sofern die ihm entgegenwirkende Gegenkraft ein vorgegebenes Maß überschreitet. Eine solche

Überschußkraft reicht dann aus, um die vorgegebene Vorspannung des Federpaketes zwischen Schließkörper und Schubstange zu überwinden und den Schließkörper entlang der in Ruhelage befindlichen Schubstan-

ge bzw. deren Geradführung aus der Endlage heraus hochzuschieben.

Entweder baut sich dann die Gegenkraft (der Flüssigkeitsdruck) oder die Zunahme der Feder-Reaktionskraft schnell wieder ab, und es wird das Gleichgewicht der Kräfte wieder hergestellt. Bei so erfindungsgemäß ausgestalteten Antraben für Ventile kann auf die geschilderte Weise über dem bei Normalbetrieb zuverlässig geschlossenen Ventilteller, ohne daß es eines Antriebes von der Kurbelwelle her bedürfte, ein eventueller Mediendruck selbsttätig, ähnlich einem Druckbegrenzungsventil, abgebaut werden.

Die sich damit bietende Möglichkeit zur Doppelnutzung von Absperr- bzw. Regelventilen als Sicherheitsventile ist insbesondere für Dampfkraftwerke und Chemieanlagen vorteilhaft Nun kann nämlich aus jedem Anlagebereich (ohne Stellkraft) jede eventuelle Drucküberschreitung auf dem vorgesehenen Abflußwege (z. B. zu einem zentralen Leckagetank) selbsttätig abgebaut und (mit Stellkraft) ferngesteuert werden, ohne daß es dazu besonderer Steuer- bzw. Sicherheitsventile bedarf.

Wenn nämlich über den Stellmotor der der Endlage des Schließkörpers für den Normalbelastungsfall zugeordnete Kurbelwinkel bzw. Schubstangenhub verändert wird, kann ohne äußeren Eingriff der Ansprechpunkt der Ventilöffnung durch die dem Kurbelwinkel proportionale Vorspannungsveränderung gehoben oder gesenkt werden.

— Von weiterem Vorteil ist dabei der Umstand, daß ohne ständige Bereithaltung von Energie zur Anpressung des Schließkörpers bei selbsthemmendem Kurbelwellen-Antrieb stets eine ausreichend hohe Dichtkraft sichergestellt ist, auch wenn der tatsächliche Hub des Schließkörpers z. B. durch Verschleiß, Verformung oder Fertigungstoleranzen einmal etwas geringer als geplant ausfallen sollte.

— Im Sinne einer »Überlastsicherung« des Antriebes wirkt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zusätzlich aber auch noch, indem beim Schließen der Anlauf zur Endlage weicher abgefedert und die dabei gespeicherte Federkraft zur Überwindung der Losreißkräfte beim Öffnen andererseits wieder nutzbar gemacht wird. Letzteres ist irisbesondere deshalb günstig, weil die Bewegungsenergie aus dem Abbremsen des Antriebes genutzt werden kann zum Ausfahren der Schubstange in die an sich drehmoment-ungünstige Kurbelstellung kurz vor dem Totpunkt und andererseits die Federkraft zum Öffnen eine erhebliche Anfahrerleichterung bewirkt, welche bei entsprechender Ansteuerung des Kurbelgetriebes mit schnellster Vollöffnung verbunden sein kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch beschrieben.

Mit einer bei voll geöffnetem Schließkörper wirksamen zweiten Dichtfläche kann dabei das Kurbelgetriebe, die beiden Lager und die Abdichtung noch zuverlässiger vor Strömungsmedium-Einflüssen geschützt werden. Die Gefahr einer Beeinträchtigung der Kurbelgetriebefunktionen durch Medium-Ablagerungen ist daher auch bei hohen Betriebsdrücken minimal.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Darstellung, die den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebes verdeutlicht,

F i g. 2 ist ein Querschnitt durch ein mit Rückdichtung ausgerüstetes Ventil,

F i g. 3 ist ein Schnitt durch das Ventil parallel zur Kurbelgetriebeachse.

In F i g. 1 enthält das Gehäuse 1 das die Rotations-Antriebsbewegung in eine Längsbewegung umwandelnde Kurbelgetriebe 2, dessen Schubstange 3 mit dem Schließkörper 4 in Wirkverbindung steht. Der Schließkörper kann selbst als Geradführung 5 ausgebildet sein und ist mit der Schubstange 3 über ein längenelastisches Element 6 verbunden. Die Vorspannung desselben kann durch eine Vorspannungseinrichtung 7 den Verhältnissen angepaßt werden.

In Fig.2 sind das Gehäuse 1, der Schließkörper 4 bzw. die Geradführung 5 so ausgebildet, daß in voll geöffneter Stellung des Schließkörpers 4 ein zweiter Endanschlag 8' als Rückdichtung wirksam wird, die den Einbauraum des Kurbelgetriebes 2 weitgehend vor Einwirkungen des Strömungsmediums schützt. Eine Zugkraftsicherung 10, welche die Rückstellkraft von der Schubstange 3 auf den Schließkörper 4 überträgt, ist auf dem abtriebsseitigen Ende des längenelastischen Elementes 6 angeordnet Die Hubbegrenzung ist mittels Gewindehülse 9 veränderbar.

In Fig. 3 ist der Antriebsmotor 11 ebenfalls unmittelbar am Einbauflansch 12 befestigt. Das erste Lager 13, welches gleichzeitig als Abdichtung gestaltet ist, befindet sich in einer rechtwinklig zur Bewegungsachse des Schließkörpers 4 stehenden Gehäusetasche und ist auch dadurch gegen Medien-Einwirkung geschützt. Das zweite Lager 14 zur Deformationsvermeidung und Schließkraftverstärkung befindet sich in einer ähnlichen, jedoch nicht geöffneten Tasche des Gehäuses auf der gegenüberliegenden Seite.

Der Schließkörper kann selbstverständlich mit einem beliebig gestalteten Befestigungsende 15 ausgestattet werden. Beispielsweise können dreh- oder pendelbewegliche Befestigungsformen bekannter Art für die Absperrkörper 16 eingesetzt werden.

Die Funktion des Antriebes ist im folgenden kurz anhand vorstehender Figuren erläutert. Beim Drehen des Kurbelgetriebes 2 wird die Schubstange 3 in Richtung des Endanschlages 8 verschoben. Sobald eine Gegenkraft wirksam wird, erhöht sich die Anpreßkraft infolge der im längenelastischen Element 6 eingespeicherten Federkraft, und ein ungewolltes Lockern der Anpreßkraft wird vermieden. Das Abheben des Schließkörpers 4 vom Endanschlag 8 wird hingegen durch die Wirkung des längenelastischen Elementes 6 erleichtert. Bei Ausgestaltung der Geradführung 5 für eine Rückdichtung 8' wird die Ausführung des längenelastischen Elementes 6 so gewählt, daß auch eine Vorspannung im Rückdichtungssinne wirksam werden kann. Die Zugkraft aus der Schubstange 3 wirkt dann insbesondere auf die Zugkraftsicherung 10 unter Mitnahme des Geradführungselementes 5. Die abgewinkelte Anordnung des Antriebsmotors 11 kann insbesondere bei heißen Ventilkörpern dazu beitragen, diesen vor unzulässigen Erwärmungen besser zu schützen, als wenn er koaxial unmittelbar über dem Schließkörper liegen würde. Über den Einbauflansch 12 besteht eine günstige Montagemöglichkeit für das erste Laeer 13, das eigentliche Kurbelgetriebe 2 und das zweite Lager 14. Die kurzen Abstände der Abstützungen und geringen Knicklängen der beanspruchten Teile erlauben eine sehr festigkeitsgünstige Gestaltung. Dadurch spielen auch gewisse Überdimensionierungen

eine geringere Rolle, so daß andererseits wieder die Vei wendbarkeitsmöglichkeilen dieser Konstruktion bei gleichen Hauptabmessungen auch für unterschiedlich große Stellkräfte gegeben sind. Bei Ausführung des Befestigungsendes 15 am freien Ende des Schließkörpers 4 für variable Anschlüsse lassen sich beispielsweise die unterschiedlichsten Absperrkörper 16 oder andersartige Betätigungselemente am gleichen Grundelement leicht befestigen.

Durch das Zusammenwirken des Kurbelgetriebes 2 und des längenelastischen Elementes 6 werden viele Nachteile sowohl der bisher hauptsächlich bevorzugten Spindelbetätigung, wie z. B. die großen Bauhöhen und unzuverlässigen Stopfbuchsen bzw. verschleißanfälligen Antriebe und hohen Herstellkosten vermieden und der Einsalzbereich von Kurbelgetriebe-Stellantrieben erheblicherwartet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kurbelgetriebe, insbesondere zum Antrieb von Ventilen, Schiebern oder Stellgliedern mit einer Kurbelwelle und einer daran innerhalb eines Gehäuses angelenkten Schubstange, an deren freiem Ende ein im Gehäuse gerade geführter und gegen einen Endanschlag verschieblicher Schließkörper befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schubstange (3) und dem Schließkörper (4) ein vorspannbares, längenelastisches Element (6) vorgesehen ist, welches sowohl als Dicntkraftverstärkung als auch als Oberlastsicherung des Antriebes wirkt, so daß der Schließkörper im Bereich der Bewegungsendlage des Getriebes einen optimalen Dichtungsanschlag hat.

2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (4) am antriebsseitigen Ende eine im Rückdichtungssinne aktivierbare zweite Dichtfläche (9) aufweist, gegenüber der die Oberlastsicherung ebenfalls wirkt.