DE3615285C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs.

Ein solcher Stellantrieb ist aus der CH-PS 5 76 672 bekannt. Die Abschaltvorrichtung umfaßt dabei einen zweiarmigen Hebel, der sich durch eine Bohrung im Gehäuse erstreckt, das ein Getriebe umgibt. In der Bohrung steckt außerdem eine Büchse, in der der Drehpunkt des zweiarmigen Hebels gelagert ist. Der eine aus dem Gehäuse herausragende Arm dieses Hebels erstreckt sich mit seinem Ende zwischen zwei Schalter, die je nach Drehrichtung des Hebels einzeln betätigt werden. Der andere Arm des zweiarmigen Hebels trägt an seinem Ende ein Kugellager, das sich auf einer Seite einer am Kraftübertragungselement befestigten Ringscheibe abstützt. Durch eine zwischen der Büchse und dem einen Hebelarm angeordnete Feder wird der das Kugellager tragende Hebelarm stets an die Ringscheibe gedrückt, so daß der Hebel alle Bewegungen, welche an sich begrenzt sind, des Kraftübertragungselementes erfaßt. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung der Feder zwischen der Büchse und dem Hebelarm nicht betriebssicher genug ist, z. B. im Falle eines Lahmwerdens oder Bruches. Das Abschalten bei Auftreten einer Überlaststellung der mit dem Kraftübertragungselement verbundenen Vorrichtung kann dann verzögert oder sogar überhaupt nicht erfolgen, so daß Beschädigungen an dieser Vorrichtung und/oder am Stellantrieb auftreten können. Auch die Anordnung der Feder zwischen der Büchse und dem Hebel ist problematisch, da bei einem Auswechseln der Feder die beiden Schalter im Wege stehen, also deren Befestigung auch gelöst werden müßte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Betriebssicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs gelöst. Durch diese Gestaltung ist eine ständige kraft- und formschlüssige Verbindung der Elemente mit dem Kraftübertragungselement erreicht, ohne daß für diese Verbindung besondere Federn vorgesehen werden müßten. Dadurch wird die Betriebssicherheit erhöht, denn es ist gewährleistet, daß die Elemente jede Bewegung des Kraftübertragungselementes mitmachen. Dadurch sind also Schaltverzögerungen vermieden. Wenn beim Stellantrieb die Schalter außerhalb des das Getriebe umgebenden Gehäuses angeordnet sind, ist es auch auf konstruktiv einfache Weise möglich, die Abdichtung des nach außen durch die Gehäusewand zu führenden Elementes zu bewerkstelligen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgen­ den Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Stellantrieb im Bereich des Kraftübertragungs­ elementes,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Stellan­ triebes nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist der Stellantrieb ein ein Getriebe 19, 19 a umgebendes Gehäuse 1 mit zwei koaxialen Bohrungen 2 und 3 auf. In der in Fig. 1 oberen Bohrung 2 ist ein oberer Lager­ deckel 4 angeordnet, der mittels mehrerer, einen Flansch 5 des oberen Lagerdeckels 4 durchdringender Schrauben 6 am Gehäuse 1 befestigt ist. Ein unterer Lagerdeckel 7 ist in der Bohrung 3 in nicht näher dargestellter Weise be­ festigt. In zentralen Bohrungen 11 und 12 der Lagerdeckel 4 bzw. 7 ist als Kraftübertragungselement eine mittels eines Hohlzylinders verlängerte Stellspindelmutter 15 aus Bronze gelagert, die von je einer Dichtung 8 bzw. 9 in den Lagerdeckeln 4 und 7 umgeben sind. Mit der Stellspindelmutter 15 ist mit Hilfe eines Keils 16 ein Stahlring 17 drehfest verbunden. Die Stellspindelmutter 15 kann sich jedoch in bezug auf den Stahlring 17 axial in engen Grenzen bewegen, wobei der Keil 16 in einer Keilbahn 16 a des Stahlringes 17 gleitet. Der Stahlring 17 ist außen mittels eines Keils 18 drehfest mit einem Schneckenrad 19 aus Bronze verbunden, das mit einer Schnecke 19 a das Getriebe bildet, das von einem nicht gezeigten Antriebsmotor (Elektromotor) angetrieben wird. Der Stahlring 17 und das Schneckenrad 19 sind zwischen zwei Axial-Kugel­ lagern 20 und 21 gelagert. Das Axial-Kugellager 20 ruht auf der Stirnfläche 22′ eines hülsenartigen, den unteren Teil der Stellspindelmutter 15 umgebenden und nach innen ragenden Abschnitts 22 des Gehäuses 1, wogegen sich das Axial-Kugel­ lager 21 an der inneren Stirnseite des oberen Lagerdeckels 4 abstützt. Der Stahlring 17 ist einerseits über einen oberen Satz Tellerfedern 25 an einem Ring 26, der mittels eines Sprengringes 27 an der Stellspindelmutter 15 gehalten ist, und andererseits über einen unteren Satz Tellerfedern 30, eine Gewindehülse 31 und eine Zahnstange (Zirkularzahnstange) 32 auf einem zweiten, an der Stellspindelmutter 15 gehaltenen Sprengring 33 abgestützt. In der Stellspindelmutter 15 befindet sich eine Gewindespindel (Stellspindel) 55, auf deren oberem gewindefreien Ende mittels eines Keiles 56 eine Scheibe 57 befestigt ist, die mittels zweier Keile 58 und 59 in zwei axialen Nuten 60 bzw. 61 eines Topfes 62 geführt ist. Der an seinem oberen, nicht gezeichneten Ende geschlos­ sene Topf 62 ist auf dem oberen Lagerdeckel 4 befestigt.

Der Stellantrieb ist mit einem Stellungsgeber versehen, der die momentane Stellung der Stellspindel 55 und damit die Stellung der vom Stellantrieb betätigten Vorrichtung, z. B. eines Ventils, angibt. Von dem Stellungsgeber ist hier nur die Gewindehülse 31 gezeigt, die ein zweigängiges Gewinde 31 a trägt, dessen Steigung der Steigung des Ge­ windes 15 b der Stellspindelmutter 15 gleich ist und das in einer Ebene, die zur Zeichenebene senkrecht steht, in ein nicht gezeigtes Schraubenrad eingreift.

Der Stellantrieb ist ferner mit einer Abschaltvorrichtung versehen, die in jeder der beiden Endlagen der Stell­ spindel 55 oder bei Überlast, z. B. infolge eines einge­ klemmten Fremdkörpers, den Antriebsmotor ausschaltet und nur noch ein Einschalten in Richtung weg von der ent­ sprechenden Überlaststellung zuläßt. Die Abschaltvor­ richtung ist wie folgt aufgebaut:

Die schon erwähnte, die Stellspindelmutter 15 umgebende Zirkular­ zahnstange 32 steht im Eingriff mit einem Ritzel 35, das einstückig mit einer Welle 36 verbunden ist. Die Welle 36 ist in einer Führungsbüchse 37 gelagert, die sich durch den hülsenartigen Gehäuseabschnitt 22 erstreckt bis außerhalb des Gehäuses 1 (Fig. 2). Mittels mehrerer, einen Flansch 37′ der Führungsbüchse 37 durchdringender Senk­ schrauben 38 mit Innensechskant ist die Führungsbüchse von außen am Gehäuse 1 befestigt. Eine Anschlagfläche 35′ am Übergang vom Ritzel 35 zur Welle 36 und ein in diese Welle 36 eingesetzter Sprengring 39 außerhalb des Gehäuses 1 fixieren das Ritzel 35 und damit die Welle 36 axial in der Führungsbüchse 37. Ein zweiarmiger Hebel 40 steckt auf dem aus der Führungsbüchse 37 herausragenden Endabschnitt der Welle 36 und ist in axialer Richtung auf dem Endabschnitt zwischen dem Sprengring 39 und einer Sechskantmutter 41 festgehalten. Gegen ein Ver­ drehen ist der Hebel 40 mittels eines Stiftes 42 fixiert. An seinen beiden Enden weist der Hebel 40 je einen in Fig. 3 nach oben vorstehenden, eingeschraubten Finger 43 und 43′ auf, die beim Drehen der Welle 36 - je nach Drehrichtung - auf einem Druckknopf 45 bzw. 45′ eines elektrischen Schalters 44 bzw. 44′ wirken. Die Schalter 44 und 44′ sind so mit dem Antriebsmotor geschaltet, daß - solange einer der Druckknöpfe 45, 45′ gedrückt ist - die zugehörige Drehrichtung des Antriebsmotors blockiert ist.

Die Arbeitsweise des Stellmotors ist wie folgt: Aufgrund eines Stellsignals am nicht gezeigten Antriebs­ motor dreht dieser über das Getriebe 19, 19 a die Stell­ spindelmutter 15 in der einen oder anderen Richtung, wobei die Stellspindel 55 auf- oder abwärts bewegt wird. Wenn die Stellspindel 55 mit einem Ventilverschlußteil verbunden ist, wird durch die Bewegung der Stellspindel 55 das Öffnen oder das Schließen des Ventils bewirkt. Dabei gibt der mit der Gewindehülse 31 zusammenwirkende Stellungsgeber jeweils die Stellung der Stellspindel 55 an und damit auch die Betriebsstellung des Ventilverschluß­ teils.

Abhängig von der Bewegungsrichtung der Stellspindel 55 weicht die Stellspindelmutter 15 bei ihrer Drehung ent­ weder gegen die Rückstellkraft der Tellerfedern 25 oder gegen die der Tellerfedern 30 aus. Die Stellspindelmutter 15 gleitet dabei mit dem Keil 16 in der Keilbahn 16 a im Stahlring 17. Das Maß des Ausweichens der Stellspindel­ mutter 15 ist abhängig von der Belastung der Stell­ spindel 55. Sobald das Ausweichen einen bestimmten Wert überschreitet - was z. B. eintritt, wenn der Ventilver­ schlußteil seine Schließstellung erreicht hat - dreht die Zirkularzahnstange 32 das Ritzel 35 mit der Welle 36 und somit auch den Hebel 40 so weit, daß beispiels­ weise der Finger 43 den zugeordneten Druckknopf 45 des Schalters 44 betätigt und den Antriebsmotor in seiner bisherigen Drehrichtung blockiert. Da hierbei der Druck­ knopf 45′ des anderen Schalters 44′ nicht betätigt wurde, kann der Antriebsmotor gegebenenfalls ohne weiteres in entgegengesetzter Drehrichtung als vorher eingeschaltet werden, wobei sich auch die Drehrichtung der Stell­ spindelmutter 15 und die Bewegungsrichtung der Stell­ spindel 55 umkehren. Die Tellerfedern 25 oder 30 drücken dabei zunächst die Stellspindelmutter 15 in ihre neutra­ le Ausgangslage zurück.

Das Ritzel 35, die Welle 36 und der Hebel 40 bilden da­ bei einen praktisch einheitlichen, lediglich schwach auf Torsion beanspruchten Bauteil, der schon bei relativ schlanker Ausführung und anspruchsloser Fertigung für die beschriebene Anwendung eine hohe Formstabilität auf­ weist. Die einfache Geradverzahnung des Ritzels 35 und der Zirkularzahnstange 32 lassen sich bei geringem Herstellungsaufwand sehr genau herstellen und die Art der Lagerung der Stellspindelmutter 15 und der Welle 36 gewährleisten das Einhalten von sehr kleinen Spielen. Dies wird noch dadurch unterstützt, daß die Schalter 44, 44′ bzw. Druckknöpfe 45, 45′ dank ihrer Anordnung auf der selben Seite der beiden Hebelarme auf die Abschalt­ vorrichtung im wesentlichen gleich zurückwirken, so daß in beiden Drehrichtungen die eventuell vorhandenen Spiele auf praktisch die gleiche Weise und in gleicher Richtung verkleinert werden. Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß dadurch die auf die Stellspindelmutter 15 wirkende Kraft für die eine Bewegungsrichtung eine Differenz von weniger als 2 % gegenüber der entsprechenden Kraft für die andere Bewegungsrichtung aufweist.

Es können nach Bedarf noch Dichtungsringe zwischen der Welle 36 und der Führungsbüchse 37 sowie zwischen dieser und dem Abschnitt 22 angeordnet sein.

Anstelle des Hebels 40 kann auch eine Nocke oder dgl. eingesetzt werden, die gleichzeitig auf mehrere in Serie geschaltete Schalter 44, 44′ redundant wirkt, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird.

Das Schneckengetriebe kann durch eine andere Art von Getriebe ersetzt werden, und es sind andere Federarten als Tellerfedern verwendbar. Die Schaltmittel können auch beispielsweise elektronischer, mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein. Die Zahn­ stange 32 muß nicht unbedingt die Stellspindelmutter 15 auf ihrem ganzen Umfang umschließen; sie kann mittels eines Lagers, z. B. Wälzlager, mit der Stellspindelmutter 15 verbunden sein, die sich dann ohne die Zahnstange 32 drehen kann.

Das Ritzel 35 kann auch in Fig. 2 am unteren Ende zu­ sätzlich mit einer der Welle 36 entsprechenden Welle versehen sein, die dann über eine weitere Führungsbüchse im Abschnitt 22 gelagert ist.

Claims (1)

1. Abschaltvorrichtung eines Stellantriebes, insbesondere für Ventile, der einen Motor und ein Getriebe umfaßt, das ein in seiner Längsrichtung in engen Grenzen beweglich gelagertes, zwischen Federn abgestütztes Kraftübertragungselement aufweist, wobei die Abschaltvorrichtung die begrenzte Bewegung des Kraftübertragungselementes übertragende Elemente aufweist, die mit Schaltern zum Schalten des Motors in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (32, 35) aus einer mit dem Kraftübertragungselement (15) starr verbundenen Zahnstange (32) und einem in diese eingreifenden Ritzel (35) bestehen.