DE69709325T2

DE69709325T2 - Drehbetätigungsvorrichtung und lenkgetriebe für ein ventil

Info

Publication number: DE69709325T2
Application number: DE69709325T
Authority: DE
Inventors: D. Baumann
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: BR9708546A; EP0888509B1; WO1997039269A1; AU2557197A; CN1215466A; US5924671A; AR006646A1; EP0888509A1; TW360818B; MY118001A; CN1096587C; HK1019164A1; JP2000508741A; JP4046148B2; DE69709325D1; CA2252023A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Drehschieber-Stellantrieb und ein Gestänge für einen Stellantrieb und speziell eine vereinfachte Stellantriebsanordnung, die kostengünstiger gefertigt werden kann und weniger Platz benötigt.
Beim Gebrauch von drehbetätigten Ventilen wie etwa Drehkegelschiebern und Absperrklappen ist es üblich, einen Stellantrieb zu verwenden, der eine lineare Stellantriebsbewegung in eine Drehbewegung auflöst. Diese Drehbewegung dient dazu, den Ventilschieber oder -kegel zu öffnen und zu schließen. Ein solcher Drehschieber ist in der US-PS 5 305 987 von Baumann gezeigt und beschrieben. In diesem Dokument ist am Ende der Welle ein Gestänge vorgesehen. Dieses Gestänge ist mit einer linearen Stellantriebseinrichtung verbunden. Solche Stellantriebe weisen häufig große mechanische Gehäuse auf, die Luft aufnehmen und eine Translationsbewegung der linearen Stellantriebskomponente durch Wechselwirkung mit einer Rollmembran bewirken, die sich in Abhängigkeit von aufgebrachtem Druck bewegt. Das Gehäuse ist relativ zu dem Ventilgehäuse von einem großen Rahmen abgestützt, der Platz für die Bewegung der erforderlichen Gestänge bietet.
Die oben umrissene Vorgehensweise zur Konstruktion einer Drehschiebereinheit ist zwar wirkungsvoll, erfordert jedoch für die Stellantriebsanordnung relativ viel Platz um das eigentliche Ventilgehäuse herum. Ebenso ist die Stellantriebsanordnung relativ komplex, und ihre Konstruktion und Instandhaltung sind daher teuer. Die Instandhaltung selbst ist schwierig, weil das Gehäuse unter dem Druck einer langen Druckfeder montiert und demontiert werden muß. Montage und Demontage erfordern das jeweilige Anbringen und Entfernen mehrerer Gewindebolzen und anderer Komponenten.
Man hat ferner erkannt, daß die Gestänge, die die lineare Translationsbewegung in eine Drehbewegung der Welle umwandeln, häufig Totgang aufweisen und/oder nur unter Schwierigkeiten an einer Welle anzubringen sind. Viele Drehschieberwellen definieren einen quadratischen Querschnitt, der Totgang erzeugen kann, wenn das Gestänge hinsichtlich seiner Größe nicht exakt an die Welle angepaßt ist. Eine Keilwelle würde den Totgang verringern, jedoch eine Fehlausfluchtung des Gestänges wahrscheinlicher machen, da das Gestänge in einer großen Zahl von Drehorientierungen positioniert werden kann. Bei einem quadratischen Querschnitt ist jedoch die Wahrscheinlichkeit größer, daß ein Spiel zwischen Gestänge und Welle möglich wird, während das Gestänge gedreht wird, um seinerseits die Welle zu drehen. Die Verwendung von Feststellschrauben oder komplizierten Klemmeinrichtungen zur Erhöhung der Festigkeit zwischen dem Gestänge und der Welle ist vorgeschlagen worden, aber diese Konstruktionen erhöhen die Komplexität der Verbindung zwischen den Komponenten und damit die Kosten in bezug auf die Montagezeit für ein Ventil. Die US-PS 4 345 850 von Baumann zeigt eine neue Drehschieber-Gestängeanordnung, bei der Bewegungen in jedem von zwei gegenüberliegenden Armen erzeugt werden, wodurch die beiden Arme in festen Eingriff mit dem quadratischen Wellenende "geklemmt" werden. Die Anwendung dieser Gestängeanordnung ist auf Fälle beschränkt, in denen die beiden Arme in relativ enger Nähe zueinander sind, da die Arme aneinander anliegen müssen, um das erforderliche Moment für einen sicheren Eingriff zu erzeugen. Es ist somit erwünscht, ein Gestänge anzugeben, das mit einer Welle mit quadratischem Querschnitt in festen Eingriff gelangt und gleichzeitig einen größeren Abstand zwischen Armabschnitten erlaubt.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehschieber-Stellantriebsanordnung anzugeben, die zuverlässig ist, leicht zu warten ist und weniger Raum als ein eher konventioneller Stellantrieb einnimmt. Dieser Stellantrieb sollte mit vielen verschiedenen Drehschiebertypen verwendbar sein und eine Drehbewegung in jeder von entgegengesetzten Richtungen mit relativer Genauigkeit ermöglichen. Der Stellantrieb sollte eine ausreichende Drehkraft erzeugen, um die meisten kleinen bis mittelgroßen Ventile anzutreiben. Ein Gestänge, das in Verbindung mit diesem Stellantrieb verwendet werden kann, sollte einen festen Eingriff mit einer quadratischen oder anders gestalteten Welle ermöglichen, wenn zwei oder mehr Arme des Gestänges in einem vorbestimmten Abstand voneinander vorgesehen sind.
GB-A-1240746 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilstellers und weist insbesondere die folgenden Schritte auf: Gießen einer ersten und einer zweiten Gehäusehälfte, die im wesentlichen identisch sind; individuelles Endbearbeiten von ersten und vorbestimmten Bereichen jeder Hälfte; Zusammenfügen der Hälften und Endbearbeiten von zweiten vorbestimmten Bereichen jeder Hälfte, um dadurch kontinuierliche Lagerflächen an gegenüberliegenden, nicht in Berührung befindlichen Bereichen der Hälften zu bilden.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Stands der Technik durch Bereitstellen einer Drehschieber- Stellantriebsanordnung gemäß den Ansprüchen 1 bis 26. Die Drehschieber-Stellantriebsanordnung hat ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angebrachten und relativ zu dem Gehäuse entlang einer langgestreckten Gehäuseachse bewegbaren Kolben, eine mit dem Gehäuse gekoppelte Fluiddruckquelle zum Bewegen des Kolbens entlang der Achse. Das Gehäuse ist ein rohrförmiges Gehäuse und hat ein Paar von Öffnungen an gegenüberliegenden Seiten davon, und das Gestänge weist zwei Arme auf, die den Kolben durch die Öffnungen in dem rohrförmigen Gehäuse miteinander in Eingriff bringen. Das Gestänge ist mit einer drehbaren Welle verbunden, die vollständig außerhalb des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist, wobei die Bewegung des Kolbens entlang der Achse bewirkt, daß das Gestänge die Welle dreht.
Die vorstehenden und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich unter Bezugnahme auf die nachstehende genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind; diese zeigen in:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Drehschiebers und einer Stellantriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine offene Teilperspektivansicht der Stellantriebsanordnung von Fig. 1;
Fig. 3 eine offene Perspektivansicht der Stellantriebsanordnung, wobei die Orientierung des Stellantriebs umgekehrt ist;
Fig. 4 einen seitlichen Querschnitt durch die Stellantriebsanordnung entlang der Linie 4-4 von Fig. 2;
Fig. 5 einen anderen Querschnitt durch die Stellantriebsanordnung, wobei die relativen Positionen des Stellantriebskolbens und -gestänges gezeigt sind;
Fig. 6 einen frontalen Querschnitt der Stellantriebsanordnung entlang der Linie 6-6 von Fig. 5;
Fig. 7 einen Teilquerschnitt des Gestänges zum Gebrauch mit der Stellantriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8A, 8B und 8C Teilquerschnitte von Wellen und passenden Gestängen entlang der Linie 8-8 von Fig. 7; und
Fig. 9 eine eher schematische Explosionsansicht eines Gestänge- und Keilsystems zum Gebrauch mit einer im Querschnitt quadratischen Welle gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt als Übersicht eine Drehschieber- und Stellantriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Ventilgehäuse 20 kann jede Art von drehbetätigtem Ventil aufweisen, in dem ein Stopfen- oder Schieberelement (nicht gezeigt) den Durchfluß zwischen einem Einlaß 22 und einem Auslaß 24 auf der Basis der Drehbewegung des Schiebers reguliert. Das Ventil 20 ist über eine Flanschanordnung 26 mit der Stellantriebsanordnung 28 der vorliegenden Erfindung verbunden. Die Stellantriebsanordnung weist ein Gehäuse 30 auf, das eine vordere Hälfte 32 und eine rückwärtige Hälfte 34 hat. Die rückwärtige Hälfte ist mit der Flanschanordnung 26 in Eingriff. Das Gehäuse 30 kann aus jedem geeigneten Werkstoff wie etwa Aluminiumguß, Eisen oder rostfreiem Stahl hergestellt sein. Es kann unter Anwendung eines Gieß- oder Stanzverfahrens geformt werden, wenn eine relativ genaue Passung der vorderen und rückwärtigen Hälfte 32 und 34 erwünscht ist; dieser Bereich des Gehäuses ist nicht typischerweise luftdicht, und daher können viele verschiedene billige Herstellungsverfahren angewandt werden.
Eine manuelle Override-/Endanschlagschraube 36 und ein Handrad 38 sind vorgesehen. Die Schraube 36 kann in jeder von zwei mit Gewinde versehenen Basen 40 und 42 an dem rückwärtigen Bereich des Gehäuses aufgenommen sein. Die Funktion der Schraube 36 wird weiter unten beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind die vordere und rückwärtige Hälfte 32 und 34 durch eine Serie von Flanschen 44, die Gewindebolzen aufnehmen, miteinander verbunden. Die beiden Hälften 32 und 34 sichern zwischen sich das Stellantriebselement 48 gemäß der Erfindung. Das Stellantriebselement 48 ist als eine integrale Einheit ausgebildet und empfängt bei dieser Ausführungsform Fluiddruck durch ein Anschlußstück 50, das mit einer Druckleitung 52 verbunden ist.
Fluiddruck in Form von Luft, eines anderen Gases oder Flüssigkeit wird genutzt, um die Bewegung des Stellantriebselements 48 gemäß der vorliegenden Erfindung zu steuern.
Die Relativbewegung des Stellantriebs wird bei dieser Ausführungsform durch eine Skala 54 und einen bewegten Zeiger 56 (Fig. 1) angezeigt, der an einem Ende der Stellantriebsgestängeanordnung angebracht ist, die im einzelnen in den Fig. 2 ff. gezeigt ist. Gemäß den Fig. 2 bis 5 ist die vordere Hälfte des Gehäuses abgenommen worden, um den inneren Betriebsablauf der Stellantriebsanordnung zu zeigen. Das Stellantriebselement 48 besteht bei dieser Ausführungsform aus einem nahtlosen Rohr, das aus einem langlebigen Werkstoff wie etwa rostfreiem Stahl hergestellt ist. Bei dieser Ausführungsform kann leicht verfügbares Rohrmaterial verwendet werden, um Kosten und Fertigungs Zeit in Verbindung mit dem Stellantriebselement 48 zu reduzieren. Das Stellantriebselement 48 umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden gefrästen Öffnungen 60, die das Innere des Rohrs freilegen. Das Gestänge 62 ist mit dem Stellantriebselement 48 durch die Öffnungen 60 betriebsmäßig verbunden.
Gemäß den Fig. 4 bis 6 weist das Gestänge zwei Arme 64 und 66 auf, die fest auf einer Welle 68 mit quadratischem Querschnitt sitzen. Das Ende 70 der Welle 68 kann ein Gewinde aufweisen (siehe Fig. 3), um eine Sicherungsmutter 72 aufzunehmen, wie in Fig. 1 zu sehen ist. Der Mechanismus zur Festlegung der Arme 64 und 66 an der Welle 68 wird weiter unten beschrieben.
Jeder Arm 64, 66 weist einen zugehörigen Führungsblock 74 bzw. 76 auf. Die Führungsblöcke sind in entsprechenden Schlitzen 80 aufgenommen, die in den Seitenwänden des Stellantriebskolbens 82 der Erfindung ausgebildet sind. Wie im einzelnen in Fig. 5 gezeigt ist, bewirkt eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung (Doppelpfeil 84) des Kolbens 82 innerhalb des Stellantriebsrohrs eine entsprechende Drehbewegung (gekrümmte Pfeile 86) des Gestänges 62. Die Blöcke 74 und 76 bewegen sich entlang den jeweiligen Schlitzen 80, während das Gestänge 62 rotiert (siehe Doppelpfeile 88A in Fig. 5). Daher nehmen die Schlitze eine Lageänderung des Arms in einer zu der zentralen Achse des zylindrischen Rohrs quer verlaufenden Richtung auf. Die Blöcke 74 und 76 schwenken relativ zu ihren jeweiligen Armen 64 und 66, um die Bewegung entlang den Schlitzen 80 zu erleichtern. Die Schwenkbewegung wird unter Verwendung von Schrauben 88 erreicht, die relativ zu den Armenden 90 und 92 frei schwenkbar sind (Fig. 6). Der Kolben ist bei dieser Ausführungsform aus einem stabilen Kunststoff wie etwa Nylon oder Delrin® geformt. Diese Materialien sind selbstschmierend, und daher ist nur eine minimale Schmierung des Kolbens relativ zu dem Rohr erforderlich. Der Kolben 82 weist eine hohle Mitte auf, die an der Vorderseite 96 offen ist, um eine Feder 98 aufzunehmen. Die Feder liegt an der rückwärtigen Wand 100 des Kolbens und an einer ortsfesten Frontwand 102 des Rohrs an. Die Federkonstante und die aufgebrachte Kraft der Feder relativ zu dem Kolben sind so gewählt, daß die Federkraft überwunden und der Kolben in eine vollständige vordere Position (103 in Fig. 5) bewegt wird, wenn auf den Stellantrieb der maximale Druck aufgebracht wird. Bei dieser Ausführungsform ist ein maximaler Druck von ungefähr 6,895 · 10&sup5; N/m² (100 psi) vorgesehen, der eine maximale Kraft von ungefähr 226,80 kg (500 pounds) innerhalb des Kolbens und eine Drehkraft von ungefähr 3,103 · 10&sup6; N/m² (450 inch pounds) erzeugt. Diese Werte können in Abhängigkeit von Größe und Funktion der Stellantriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung geändert werden.
Der Kolben 82 der vorliegenden Ausführungsform weist einen Hauptwandabschnitt 106 auf, der von der Innenwand des Rohrs beabstandet ist. Zwei Sätze von Führungsringen 108 und 110 sind mit der Innenwand des Rohrs in Eingriff. Durch Minimierung eines Flächenkontakts zwischen dem Kolben 82 und der Rohrinnenwand wird die Reibung vermindert, und die Gefahr eines Verklemmens zwischen den Komponenten wird minimiert. Der hintere Ring 108 hat einen Durchmesser, der ungefähr 1/16 kleiner als der Innendurchmesser des Rohrs ist. Der äußere Ring 110 ist an den Durchmesser des Rohrinnendurchmesser enger angepaßt. Die Öffnung 60 macht eine Formänderung des Rohrs wahrscheinlicher, und daher bietet die enger angepaßte Frontringanordnung 110 eine zusätzliche Abstützung des Rohrs an seiner schwächsten Stelle.
Wie oben erwähnt wird, besteht das Rohr des Stellantriebselements 48 aus einem nahtlosen Rohr aus rostfreiem Stahl. Bei dem gezeigten Ventil ist der Durchmesser des Rohrs ungefähr 4 inches. Die Wandstärke ist ungefähr 0,001588 m (1/16 inch). Die Vorderendkappe 102 ist abnehmbar, so daß das Innere des Elements 48 gewartet werden kann. Ein Sprengring 120 sitzt in einer im Inneren des Rohrs ausgebildeten Ausnehmung 122. Die Ausnehmung hat ausreichende Tiefe, so daß sie den Sprengring daran hindert, sich axial aus der Rohröffnung zu bewegen. Die Endkappe 102, die aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlich langlebigen Werkstoff besteht, weist eine Schulter 124 auf, die an dem Sprengring anliegt. Wie in den Fig. 2 und 3 im einzelnen gezeigt ist, kann in einem Loch in der Endkappe eine Kunststoffkappe 126 angeordnet sein. Dieses Loch und die Kappe 126 können jedoch entfallen. Die Endkappe 102 wird durch Belasten der Kappe nach innen gegen die Feder 98, bis sie sich an dem Sprengring 120 vorbeibewegt hat, installiert und entfernt. Nachdem die Endkappe 102 den Sprengring 120 passiert hat, kann sie relativ zu der Ausnehmung 124 entfernt oder eingebaut werden. Sprengringe mit großen Durchmessern, wie gezeigt, sind von verschiedenen industriellen Herstellern in Deutschland und anderswo zu erhalten. Unter Federbelastung ist es unmöglich, den Sprengring 120 zu lösen, da die Umfangsschulter 125 der Kappe 102 in festem Eingriff mit dem Innendurchmesser des Sprengrings ist und so den Sprengring daran hindert, sich radial nach innen aus der Nut 122 heraus zu bewegen.
Das Stellantriebselement 48 weist ferner eine gegenüberliegende Basiskappe 130 auf, die zu gewölbter Gestalt gegossen oder geformt ist. Diese gewölbte Gestalt trägt zur Aufrechterhaltung von Hochdruck bei. Eine Öffnung 132 bringt die Fluidleitung 52 in Verbindung mit dem Inneren des Stellantriebselements im Bereich der Endkappe 130. Die Endkappe 130 ist an dem Rohr dauerhaft durch eine plastisch verformte Endwand 134 befestigt, die im rückwärtigen Ende des Rohrs ausgebildet ist. Die verformte Endwand hindert die Endkappe 130 daran, sich axial nach außen weg von dem Rohr zu bewegen. Geeignete Schweiß- oder Lötverbindungen können außerdem zwischen dem Rohr und der Endkappe angebracht sein. Es wird im allgemeinen daran gedacht, die Endkappe 130 einzupressen. Die Endkappe 130 umfaßt einen ungefähr zylindrischen Innenabschnitt 136, der mit der Innenwand des Rohrs in Eingriff ist. Der Innenwandabschnitt 136 weist eine Ausnehmung 138 zur Aufnahme der Basis 140 auf, die gleichzeitig als radiale statische Dichtung einer Rollmembran 142 dient. Die Rollmembran ist von vielen verschiedenen industriellen Quellen zu beziehen. Bei dieser Ausführungsform ist sie ein mit Nitrilkautschuk verstärktes textiles Flächengebilde mit einer Dicke von ungefähr 0,00106 m (0,04 inch). Die Rollmembran nimmt den Raum zwischen der Hauptwand 106 des Kolbens 82 und der Innenwand des Rohrs an der Rückseite des Rings 108 ein. Wie Fig. 5 zeigt, bewirkt Druck, daß sich die Membran an die Hinterwand 100 des Kolbens 82 anlegt und den Kolben dadurch vorwärts zu der Vorderendkappe 102 bewegt. Die Membran bildet eine positive Fluiddichtung innerhalb des hinteren Bereichs des Stellantriebselements 48. Somit ist die Stellantriebs- und Kolbenanordnung vor der Membran 142 offen und unabgedichtet. Aus dieser Beschreibung ist ersichtlich, daß das gezeigte und beschriebene Stellantriebselement 48 relativ leicht zu bauen und zu unterhalten ist und weniger Raum als herkömmliche Stellantriebe einnimmt. Es ist im wesentlichen ohne Schrauben oder andere Befestigungselemente konstruiert und kann, wenn es beschädigt ist, als entsorgungsfähig angesehen werden. Die Wartung des Stellantriebs ist jedoch durch die abnehmbare Frontkappe 102 hindurch möglich, wie oben gesagt wurde. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen zeigen die Fig. 2 und 3 die zusätzliche Vielseitigkeit der Stellantriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die der Frontkappe 102 benachbarte Ausnehmung 122 dient als Festlegering, der in entsprechenden Ausnehmungen 148 in der hinteren Gehäusehälfte 34 sitzt (Fig. 2). Das Stellantriebselement 48 ist symmetrisch ausgebildet, so daß es um 180º gedreht und in einen gegenüberliegenden Satz von Ausnehmungen 150 in der hinteren Gehäusehälfte 34 eingesetzt werden kann (Fig. 3). Somit kann das Stellantriebselement 48 durch einen einfachen Neuanordnungsvorgang so positioniert werden, daß es in jeder von entgegengesetzten Richtungen relativ zu dem Ventil betrieben werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der nicht in Gebrauch befindliche Satz von Ausnehmungen (z. B. die Ausnehmungen, die nicht mit der Frontkappenanordnung in Eingriff sind) mit einem O-Dichtring geeigneter Größe und Dicke gefüllt werden, um den Mittelabschnitt des Stellantriebselements 48 noch sicherer zu befestigen.
Der obere Bereich des Gestänges 62 weist eine Anschlagkonstruktion 150 auf, die sich gemeinsam mit den Armen 64 und 65 dreht (Fig. 5). Die Anschlagkonstruktion weist eine Rolle 152 auf, die die Reibung verringert, wenn sie mit den Gewindeanschlägen, die in den Basen 40 und 42 angeordnet sind, in Eingriff gelangt. Wie oben beschrieben wird, können die Schraube 36 und eine gegenüberliegende Schraube (156 in Fig. 5), falls gewünscht, relativ zu ihrer jeweiligen Basis 40 und 42 bewegt werden, um die Endanschlagpositionen des Gestänges 62 zu definieren. Im übrigen sind die Endanschlagpositionen durch die minimale und die maximale Bewegung des Kolbens 82 innerhalb des Rohrs des Stellantriebselements 48 definiert. Die Schraube 36 kann bei einem Druckausfall auch zum manuellen Eingriff verwendet werden. Wenn die Schraube einwärts gedreht wird, bewirkt sie, daß die Anschlagkonstruktion 150A die Welle 68 dreht, wodurch der Ventilschieber (nicht gezeigt) bewegt wird. Die Bewegung der Anschlagkonstruktion 150 überwindet die von der Feder 98 aufgebrachte Kraft.
Unter weiterer Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 wird der Befestigungsmechanismus für ein Gestänge 62 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben. Insbesondere Fig. 7 zeigt die Anbringung des Gestänges 62 auf einer Welle 68 mit quadratischem Querschnitt, die mit dem Ventilkörper eines Drehschiebers (nicht gezeigt) verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist der quadratischen Querschnitt aufweisende Bereich der Welle 68 aus einer runden Welle mit größerem Durchmesser geformt, wobei der runde Bereich 160 der Welle eine Schulter 162 definiert, an der ein inneres Ende des Arms 64 anliegt. Das freie Ende der Welle 68 ist bei dieser Ausführungsform gerundet und mit einem Endabschnitt 70 versehen, der ein Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 72 hat. Die Länge des Wellenbereichs mit quadratischem Querschnitt ist so gewählt, daß die Mutter 72 vollständig angezogen werden kann, um eine Kraft (Pfeil 164) auf die Gestängeanordnung 62 aufzubringen.
Bei dieser Ausführungsform definiert der Anschlagbereich 150 ein Mittelstück des Gestänges 62. Er weist ein Loch mit quadratischem Querschnitt auf, das relativ eng an Größe und Gestalt der Welle 68 mit quadratischem Querschnitt angepaßt ist. Bei dieser Ausführungsform definieren gegenüberliegende obere Schenkel der Anschlagkonstruktion 150 Keile 166, die sich von der Anschlagkonstruktion weg in entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Insbesondere definieren die Keile 166 Verlängerungen, die sich über die Endwände 168 des unteren Bereichs 170 der Anschlagkonstruktion 150 hinaus erstrecken. Unter Bezugnahme auf die Fig. 8A und 9 weist jeder Arm 64 und 66 eine jeweilige Anbringbasis oder ein Armende 174 und 176 auf, die ebenfalls mit einem Loch mit quadratischem Querschnitt ausgebildet sind. Diese Löcher sind an Größe und Gestalt der Welle 68 angepaßt. Jedes Armende 174 und 176 weist ferner eine nach innen weisende dreieckige Ausnehmung 180 auf, die so bemessen und angeordnet ist, daß sie einen jeweiligen Keil 166 aufnimmt. Der Winkel des Keils kann ungefähr 15º oder mehr oder weniger sein. Dieser Winkel kann in Abhängigkeit vom Anwendungsfall veränderlich sein. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 7 werden durch Aufbringen von Kraft (Pfeil 164) auf das Gestänge 62 die gegenüberliegenden Armenden 174 und 176 in Kompression (Pfeile 184 bzw. 186) gegen die Keile 166 der Anschlagkonstruktion 150 gepreßt. Da die Keile und die passenden Schlitze in den Armenden 174 und 176 abgewinkelt sind, lösen sie die Kompressionskraft (Pfeile 184 und 186) in senkrechte Kraftkomponenten (Pfeile 194, 196 und 198) auf, die die Armenden 174 und 176 und die Anschlagkonstruktion 150 in festen Eingriff mit den Flachstellen der Welle 68 treiben. Je fester die Mutter 72 auf dem Wellenende 70 gedreht wird, um so fester ist der Eingriff der Gestängekomponenten mit den Flachstellen der Welle 68. Solange die Wände der Wellenenden 174 und 176 hinreichend robust ausgebildet sind, kann auf die Gestängekomponenten eine ganz beträchtliche Arretierungskraft aufgebracht werden. Diese Arretierungskraft verringert die Möglichkeit von Totgang, wenn die Arme 64 und 66 zum Drehen der Welle 68 betätigt werden, ganz erheblich.
Es ist zu beachten, daß, wie Fig. 7 zeigt, ein Zwischenraum 200 zwischen den Endwänden 168 der Anschlagkonstruktion und den entsprechenden Endwänden 202 jedes Armendes 174 und 176 vorgesehen sein sollte. Ohne diesen Zwischenraum haben die Komponenten eventuell nicht ausreichend Platz, um sich senkrecht in eine vollständige Eingriffsposition mit den Flachstellen der Welle 68 zu bewegen.
Es ist ersichtlich, daß das hier beschriebene Grundprinzip bei einer Vielzahl von Wellenformen anwendbar ist. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, wenn die Welle mindestens eine Flachstelle hat. Beispielsweise zeigen die Fig. 8B und 8C Wellen 268 und 368, die rund bzw. hexagonal sind. Jede Welle 268 und 368 weist mindestens eine Flachstelle 290 und 390 auf, auf der ein Keil 266 und 366 in Anlage sitzen kann. Das jeweilige Armende 274 und 374 weist ein Loch auf, das an die Gestalt der Welle mit einem geeignet abgewinkelten Ausschnitt 280 bzw. 380 zur Aufnahme des Keils 266 bzw. 366 angepaßt ist. Ebenso braucht der zentrale, den Keil tragende Bereich kein umgebendes Gehäuse mit einem Loch zur Aufnahme der Welle aufzuweisen. Statt dessen kann, wie Fig. 9 zeigt, das Mittelstück eine einzige einteilige Platte 208 mit an jedem Ende definierten Keilen 166 aufweisen. Die Länge der Platte 208 oder einer anderen keiltragenden Konstruktion ist unendlich variabel, und somit können die Arme in einem beträchtlichen Abstand voneinander gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sein. Während ferner die Welle eine Widerlagerwand 162 aufweist, können Muttern oder andere Befestigungskonstruktionen an beiden Enden vorgesehen und so eingestellt werden, daß die Druckkraft und die Position des Gestänges nach Bedarf geändert werden können.
Es ist ersichtlich, daß der hier beschriebene Armanbringmechanismus es ermöglicht, daß Arme und Wellen mit einer etwas geringeren Toleranz hergestellt werden und doch eine relativ totgangfreie Passung ermöglichen. Arme können unter Anwendung von Gießverfahren oder anderen Formverfahren gemäß dieser Ausführungsform hergestellt werden.
Das Vorstehende ist eine genaue Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Verschiedene Modifikationen und Äquivalente sind möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird zwar bei dieser Ausführungsform eine Rollmembran verwendet, aber es kann nach Wunsch statt dessen ein hermetischer Kolben verwendet werden. Größe und Gestalt der Komponenten können zum Gebrauch mit unterschiedlichen Bauarten von Drehschiebern geändert werden, und die hier beschriebene Stellantriebsanordnung kann mit oder ohne die gezeigte und beschriebene besondere Gestängeanbringeinrichtung verwendet werden. Ebenso kann die Gestängeanbringeinrichtung bei anderen Konstruktionen angewandt werden, bei denen es erwünscht ist, Arme unter Anwendung einer schnellen und kostengünstigen Technik an Wellen zu befestigen. Daher ist die vorliegende Beschreibung nur beispielhaft und schränkt den Umfang der Erfindung nicht ein.

Claims

1. Drehschieber-Stellantriebsanordnung (30), die folgendes hat: ein Gehäuse und einen Kolben (82), der in dem Gehäuse angebracht und relativ zu dem Gehäuse entlang einer langgestreckten Gehäuseachse bewegbar ist, eine mit dem Gehäuse gekoppelte Fluiddruckquelle (52) zum Bewegen des Kolbens (82) entlang der Achse; wobei das Gehäuse ein rohrförmiges Gehäuse (48) ist und ein Gestänge (62) zwei Arme (64, 66) aufweist, die den Kolben und die drehbare Welle miteinander verbinden,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Gehäuse ein Paar von Öffnungen (60) an gegenüberliegenden Seiten davon hat; und

das Gestänge (62) mit dem Kolben durch die Öffnungen in dem rohrförmigen Gehäuse in Eingriff gelangt, wobei das Gestänge (62) vollständig außerhalb des rohrförmigen Gehäuses (48) angeordnet ist und wobei die Bewegung des Kolbens (82) entlang der Achse bewirkt, daß das Gestänge (62) die Welle (68) dreht.

2. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 1, die ferner ein Gestängegehäuse (32, 34) aufweist, das das rohrförmige Gehäuse (48) aufnimmt und das rohrförmige Gehäuse (48) relativ zu der Welle ortsfest hält.

3. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 2, wobei das rohrförmige Gehäuse (48) eine Rollmembran (142) aufweist, die zwischen einem geschlossenen Ende (130) des rohrförmigen Gehäuses (48) und dem Kolben (82) positioniert ist.

4. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 3, die ferner eine Druckfeder (98) aufweist, die zwischen einem Ende (102) des rohrförmigen Gehäuses (48) und einem Bereich (100) des Kolbens (82), der von der Rollmembran (142) entfernt ist, angeordnet ist, um den Kolben (82) in einer vorbestimmten Richtung vorzuspannen, die durch Aufbringen von Fluiddruck überwunden wird.

5. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Arme (64, 66) Gelenkblöcke (74, 76) aufweisen, die entlang Schlitzen (80) gleiten, die in dem Kolben (82) ausgebildet sind.

6. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Welle (68) wenigstens eine flache Oberfläche daran aufweist und wobei die Arme Armenden aufweisen, von denen jedes übereinstimmende Flachstellen hat, die mit der Flachstelle an der Welle (68) in Eingriff gelangen.

7. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 6, wobei die Welle (68) eine Welle (68) mit quadratischem Querschnitt aufweist, die vier Flachstellen hat.

8. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 7, die ferner eine Anschlagkonstruktion (150) hat, die zwischen jedem der Arme angeordnet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die zu einer Erstreckungsrichtung der Arme entgegengesetzt ist, und ferner wenigstens einen einstellbaren Anschlag (38) aufweist, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er mit der Anschlagkonstruktion an vorbestimmten veränderlichen Stellen in Eingriff gelangt, um die Drehung der Welle (68) zu begrenzen.

9. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 8, wobei die Anschlagkonstruktion (150) eine Rolle (152) aufweist, die mit dem einstellbaren Anschlag (40, 42) in Eingriff gelangt.

10. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 9, wobei der einstellbare Anschlag (40, 42) eine Schraube (36) aufweist und wobei das Gestängegehäuse eine mit Gewinde versehene Basis (40, 42) aufweist, die die Schraube (36) aufnimmt.

11. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 10, wobei jedes der Armenden einen abgewinkelten Schlitz aufweist und wobei die Anschlagkonstruktion zwei gegenüberliegende Keile (166) aufweist und wobei der Schlitz und die Keile so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie miteinander in Eingriff gelangen, so daß jedes von den Armenden und der Anschlagkonstruktion unter Axialdruck an der Welle anliegt.

12. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kolben (82) ein Synthetikmaterial aufweist.

13. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 12, wobei der Kolben (82) Führungsringe (108, 110) aufweist, die Durchmesser haben, die ungefähr gleich wie der Durchmesser einer Innenwand des rohrförmigen Gehäuses (48) sind, und wobei der Kolben (82) eine Hauptwand (106) aufweist, die von der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses (48) entfernt ist.

14. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei das rohrförmige Gehäuse (48) ein nahtloses Rohr aus rostfreiem Stahl aufweist.

15. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 14, wobei das rohrförmige Gehäuse (48) eine abnehmbare Endkappe (102) aufweist, die von einem Schnappring (120) in dem rohrförmigen Gehäuse (48) festgelegt ist.

16. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 15, die ferner eine Ausnehmung (122) zur Aufnahme des Schnapprings aufweist, die in einer Innenwand des rohrförmigen Gehäuses (48) ausgebildet ist.

17. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 16, die ferner ein Gestängegehäuse (34) zum Halten des rohrförmigen Gehäuses (48) aufweist, wobei das Gestängegehäuse eine Ausnehmung (148) zur Aufnahme eines Vorsprungs aufweist, der in einer Außenwand der Ausnehmung (148) ausgebildet ist, um den Schnappring (120) aufzunehmen.

18. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 17, wobei das Gestängegehäuse zwei Paare von Ausnehmungen (150) aufweist, von denen jede den Vorsprung des rohrförmigen Gehäuses (48) in jeder von entgegengesetzten Orientierungen des rohrförmigen Gehäuses (48) relativ zu dem Gestängegehäuse aufnimmt.

19. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gestänge für eine drehbare Welle folgendes aufweist:

eine Welle, die so angeordnet ist, daß sie drehbar ist, wobei die Welle (68) wenigstens eine flache Oberfläche aufweist, die sich daran entlang über einen Bereich davon erstreckt und die Welle (68) eine langgestreckte Achse hat;

ein Widerlager (162), das entlang der Welle (68) angeordnet ist;

zwei Arme mit Armenden, wobei die Armenden (174, 176) Löcher haben, die so bemessen und angeordnet sind, daß sie über den Bereich der Welle (68) gehen, der die flache Oberfläche hat, wobei jedes der Löcher eine abgewinkelte Ausnehmung (180) aufweist;

eine Keilkonstruktion (166), die eine vorbestimmte Länge und zwei Keiloberflächen hat, die so bemessen und angeordnet sind, daß sie mit der abgewinkelten Ausnehmung (180) in jedem der Armenden in Eingriff gelangen; und

einen einstellbaren Endanschlag (150), der auf jedes der Armenden und die Keilkonstruktion in der Richtung der Achse eine Kraft aufbringt, wobei wenigstens eines der Armenden an dem Anschlag (162) anliegt, so daß jedes der Armenden in Eingriff mit der Welle (68) gezwungen und die Keilkonstruktion in Eingriff mit der flachen Oberfläche gezwungen wird.

20. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 19, wobei die Keilkonstruktion einen Körper aufweist, der ein Loch hat, das so bemessen und angeordnet ist, daß es über den Bereich der Welle (68) geht, der eine flache Oberfläche hat, und wobei der Körper Endränder über wenigstens einen Bereich davon hat.

21. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 20, wobei sich die Keiloberflächen von den Endrändern nach außen erstrecken.

22. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 21, wobei die Keiloberflächen so bemessen und angeordnet sind, daß sie sich entlang der flachen Oberfläche und in Eingriff damit erstrecken.

23. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 19, wobei die Welle (68) eine Welle aufweist, die einen quadratischen Querschnitt hat.

24. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 19, wobei die Welle (68) eine Welle (268) aufweist, die einen runden Querschnitt an einem Bereich davon hat.

25. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 19, wobei die Welle (68) eine Welle (368) aufweist, die einen hexagonalen Querschnitt hat.

26. Drehschieber-Stellantriebsanordnung nach Anspruch 19, wobei die Keilkonstruktion eine sich davon erstreckende Anschlagkonstruktion (150) aufweist, die so bemessen und angeordnet ist, daß sie mit wenigstens einem Anschlag in Eingriff gelangt, wenn sich die Welle in eine vorbestimmte Winkelstellung dreht.